This paper presents the evaluation of PID and fuzzy control logic for the lateral position control of a moving web in roll-to-roll (R2R) printed electronics. In addition, we report the implementation of computer simulation software that enables us to develop the control logic in a graphic user interface and to test the controller performance in 3D dynamic environment. A mathematical model of the web dynamics is described first to explain the lateral motion of a moving web. Based on the model, PID and fuzzy controllers are designed, and embedded in the simulation software. Under the simulation conditions for fabricating RFID antenna by R2R printing, the results indicate that the fuzzy controller shows a better performance and can be more suitable for R2R multi-layer printed electronics.
In this research, a continuous roll-to-roll screen printing system was developed using a flat screen. It has a newly devised sliding mechanism of screen printing module, which can be controlled accurately in sync with a moving web, driven by a roll-to-roll tension control and web-guiding system. In addition, the real-time precision alignment module that consists of a vision camera and an $X-Y-{\theta}$ alignment stage was implemented. With this developed system, the feasibility of continuous printing with minimum pattern width below $60{\mu}m$ was verified, and an overlay of ${\pm}60{\mu}m$ between the laser-patterned reference mark and the printed mark on a 300-mm-wide film was achieved.
최근 RFID, 유연디스플레이, 태양전지, 전자 종이 등의 소자를 프린팅 방식을 이용하여 생산하려는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 이런 방식이 기존의 노광기술과 식각기술에 의존하는 반도체 공정에 비해 가격 경쟁력에서 우수하기 때문이다. 특히 RFID, 유연디스플레이, 태양전지, 전자 종이 등은 유연성과 대량생산을 필요로 하기 때문에 롤투롤(roll to roll)공정과 같은 저가격화, 대형생산화에 관심이 집중되고 있다. 이 롤투롤 기술을 사용하기 위해서는 인쇄 패턴의 빠른 구현, 표면 균일도, 두께 등의 높은 인쇄 품질이 보장 되어야 한다. 본 연구는 실험계획법(Design of Experiment)을 적용하여 인자들의 주효과와 교호작용 효과를 분석하고, 롤투롤 전자인쇄 시스템에서 닙 롤의 특성에 따른 인쇄 품질의 영향과 인쇄 품질의 향상 방안을 찾기 위한 매칭기술을 제안 하였다.
Manufacturing of printed electronics using printing technology has begun to get into the hot issue in many ways due to the low cost effectiveness to existing semi-conductor process. This technology with both low cost and high productivity, can be applied in the production of organic thin film transistor (OTFT), solar cell, radio frequency identification (RFID) tag, printed battery, E-paper, touch screen panel, black matrix for liquid crystal display (LCD), flexible display, and so forth. The emerging technology to manufacture the products in mass production is roll-to-roll printing technology which is a manufacturing method by printings of multi-layered patterns composed of semi-conductive, dielectric and conductive layers. In contrary to the conventional printing machines in which printing precision is about $50~100{\mu}m$, the printing machines for printed electronics should have a precision under $30{\mu}m$. In general, in order to implement printed electronics, narrow width and gap printing, register of multi-layer printing by several printing units, and printing accuracy of under $30{\mu}m$ are all required. We developed the roll-to-roll printing equipment used for printed electronics, which is composed of un-winder, re-winder, tension measurement system, feeding units, dancer systems, guide unit, printing unit, vision system, dryer units, and various auxiliary devices. The equipment is designed based on cantilever type in which all rollers except printing ones have cantilever types, which could give more accurate machine precision as well as convenience for changing rollers and observing the process.
The process of manufacturing printed electronics using printing technology is attracting attention because its process cost is lower than that of the conventional semiconductor process. This technology, which offers both a lower cost and higher productivity, can be applied in the production of organic TFT (thin film transistor), solar cell, RFID(radio frequency identification) tag, printed battery, E-paper, touch screen panel, black matrix for LCD(liquid crystal display), flexible display, and so forth. In general, in order to implement printed electronics, narrow width and gap printing, registration of multi-layer printing by several printing units, and printing accuracy of under $20\;{\mu}m$ are all required. These electronic products require high precision to the degree of tens of microns - in a large area with flexible material, and mass productivity at low cost. As such, the roll-to-roll printing process is attracting attention as a mass production system for these printed electronic devices. For the commercialization of this process, two basic electronic ink technologies, such as conductive ink and polymers, and printing equipment have to be developed. Therefore, this paper addressed basis design and test to develop fine patterning equipment employing the roll-to-roll printing equipment and electronic ink.
롤투롤 인쇄전자 시스템은 높은 생산성과 낮은 원가를 이점으로 인쇄전자 산업에서 가장 각광을 받고 있는 인쇄기술 중 하나이다. 이러한 롤투롤 인쇄전자 시스템에서 인쇄패턴의 특성은 인쇄물의 기능적 성질을 결정짓는 중요한 문제라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 인쇄패턴의 특성을 결정짓는 주요 인자들이 특별히 인쇄패턴의 두께와 표면 조도에 미치는 영향성에 대한 분석이 수행되었다. 실험계획법을 적용하여 인쇄패턴의 두께와 표면조도에 대한 각 인자의 주효과 및 교호작용 효과를 정량적으로 제시하였고, 분산분석을 통해 유의한 인자를 찾아내었다. 또한 이에 따르는 통계적 모델이 주요 인자의 함수로서 개발되었다. 이러한 결과는 롤투롤 전자인쇄 시스템의 특징에 따라 요구되는 인쇄패턴의 특성을 얻는데 활용될 수 있을 것이다.
Roll-to-roll printing technology has lately become a subject of special interests in the field of printed electronics. Since this technology has the advantage that continuous and mass production is possible. And for high precision register control is required in multi-layer printing to produce the electronic devices, this is one of the most important technologies in roll-to-roll printing technology. Register error could be generated by various reasons like eccentricity of roll and thermal deformation due to temperature variation in drying section. In this study, the effect of tension variation on the register was analyzed. The results of these analyses show that it is essential to consider the tension disturbance which is generated by the change of temperature in drying section, and conventional register model has limitation to estimate the register error. In order to overcome the limitation of the register model, advanced register model based on the SI process was developed. Also, the performance of the developed model was verified experimentally.
Recent advances in printing technology have increased the productivity of the roll-to-roll (R2R) printing process for printed circuitry. In the R2R printed electronics, characteristics of printed and coated layers are one of the most important issues that determine the functional quality of final products. The slot-die technology can coat a large area with high uniformity using low-viscosity materials; determining the process parameters is important to obtain excellent coating qualities. In this study, a viscocapillary model was used to predict qualities of coated layers and patterns. On the basis of analysis results, a novel meta model was derived using design of experiment methodology to improve accuracy. Sensitivity analysis was performed to define major parameters in R2R slot-die coating process. The coating speed was found to most significantly affect the coated layer thickness and was easily controlled. The performance of the proposed model is verified through experimental studies. Based on the statistical analysis results, R2R slot die process can be optimized to guarantee a desired thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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