Thermal Stress in a Roll-to-Roll Printed Electronics Substrate
Hämäläinen, Hiski (2012)
Diplomityö
Hämäläinen, Hiski
2012
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201211069626
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201211069626
Tiivistelmä
The Roll-to-Roll process makes it possible to print electronic products continuously onto a uniform substrate. Printing components on flexible surfaces can bring down the costs of simple electronic devices such as RFID tags, antennas and transistors. The possibility of quickly printing flexible electronic components opens up a wide array of novel products previously too expensive to produce on a large scale.
Several different printing methods can be used in Roll-to-Roll printing, such as gravure, spray, offset, flexographic and others. Most of the methods can also be mixed in one production line. Most of them still require years of research to reach a significant commercial level. The research for this thesis was carried out at the Konkuk University Flexible Display Research Center (KU-FDRC) in Seoul, Korea.
A system using Roll-to-Roll printing requires that the motion of the web can be controlled in every direction in order to align different layers of ink properly. Between printers the ink is dried with hot air. The effects of thermal expansion on the tension of the web are studied in this work, and a mathematical model was constructed on Matlab and Simulink. Simulations and experiments lead to the conclusion that the thermal expansion of the web has a great influence on the tension of the web. Also, experimental evidence was gained that the particular printing machine used for these experiments at KU-FDRC may have a problem in controlling the speeds of the cylinders which pull the web. Rullalta rullalle -painatus mahdollistaa jatkuvan elektronisten komponenttien tuotannon yhtenäiselle pinnalle. Komponenttien tulostus taipuvalle pinnalle voi halventaa RFID-sirujen, antennien ja transistoreiden tuotantokustannuksia. Joustavan elektroniikan nopea tulostus mahdollistaa useiden uusien tuotteiden valmistuksen joiden tuotanto oli ennen liian kallista isossa mittakaavassa.
Tulostettaessa rullalta rullalle voidaan käyttää useita erilaisia tulostus ja pinnoitus metodeja kuten gravuuri, suihku, offset, flexografia yms. Useimmiten metodeja voidaan myös sekoittaa samalla tuotantolinjalla. Useimmat näistä metodeista vaativat kuitenkin vielä vuosia tutkimusta ennen kuin kaupallinen tuotannon taso voidaan saavuttaa. Tutkimus tätä työtä varten tehtiin Seoulissa, Korean tasavallassa, Konkuk University Flexible Display Research Centerissä (KU-FDRC).
Laitteisto joka käyttää rullasta rullaan -painatusta vaatii yhtenäisen tulostuspinnan liikkeen tarkkaa jokasuuntaista ohjausta, jotta eri tulostuskerrokset sijoittuvat oikeille paikoilleen. Eri tulostusvaiheiden välillä muste kuivataan kuumalla ilmalla. Tässä työssä tutkittiin lämpölaajenemisen vaikutusta tulostuspinnan jännitykseen, ja tätä varten muodostettiin matemaattinen malli Matlabin Simulink-laajennuksella. Simulaatiot ja laboratorio testitulokset osoittivat että lämpölaajenemisella on suuri vaikutus tulostuspinnan jännitykseen. Koetulosten perusteella vaikuttaa myös olevan mahdollista että käytetyllä KU-FDRC:n koelaitteistolla on vaikeuksia pitää tulostuspintaa vetävien sylintereiden nopeuksia täysin tasaisina.
Several different printing methods can be used in Roll-to-Roll printing, such as gravure, spray, offset, flexographic and others. Most of the methods can also be mixed in one production line. Most of them still require years of research to reach a significant commercial level. The research for this thesis was carried out at the Konkuk University Flexible Display Research Center (KU-FDRC) in Seoul, Korea.
A system using Roll-to-Roll printing requires that the motion of the web can be controlled in every direction in order to align different layers of ink properly. Between printers the ink is dried with hot air. The effects of thermal expansion on the tension of the web are studied in this work, and a mathematical model was constructed on Matlab and Simulink. Simulations and experiments lead to the conclusion that the thermal expansion of the web has a great influence on the tension of the web. Also, experimental evidence was gained that the particular printing machine used for these experiments at KU-FDRC may have a problem in controlling the speeds of the cylinders which pull the web.
Tulostettaessa rullalta rullalle voidaan käyttää useita erilaisia tulostus ja pinnoitus metodeja kuten gravuuri, suihku, offset, flexografia yms. Useimmiten metodeja voidaan myös sekoittaa samalla tuotantolinjalla. Useimmat näistä metodeista vaativat kuitenkin vielä vuosia tutkimusta ennen kuin kaupallinen tuotannon taso voidaan saavuttaa. Tutkimus tätä työtä varten tehtiin Seoulissa, Korean tasavallassa, Konkuk University Flexible Display Research Centerissä (KU-FDRC).
Laitteisto joka käyttää rullasta rullaan -painatusta vaatii yhtenäisen tulostuspinnan liikkeen tarkkaa jokasuuntaista ohjausta, jotta eri tulostuskerrokset sijoittuvat oikeille paikoilleen. Eri tulostusvaiheiden välillä muste kuivataan kuumalla ilmalla. Tässä työssä tutkittiin lämpölaajenemisen vaikutusta tulostuspinnan jännitykseen, ja tätä varten muodostettiin matemaattinen malli Matlabin Simulink-laajennuksella. Simulaatiot ja laboratorio testitulokset osoittivat että lämpölaajenemisella on suuri vaikutus tulostuspinnan jännitykseen. Koetulosten perusteella vaikuttaa myös olevan mahdollista että käytetyllä KU-FDRC:n koelaitteistolla on vaikeuksia pitää tulostuspintaa vetävien sylintereiden nopeuksia täysin tasaisina.