一種柱狀嵌入式柔性電路的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性電路制備技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種在粘流態(tài)基材上噴射導(dǎo)電墨水制備柱狀嵌入式柔性電路版的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性印刷電路具有可動(dòng)態(tài)彎折、重量輕、厚度薄、占用空間小等優(yōu)點(diǎn),可以極大降低電子產(chǎn)品的重量、尺寸以及增加其封裝密度,已經(jīng)廣泛用于智能手機(jī)、筆記本電腦、液晶顯示模塊、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)噴頭連接線等具有高度集成和耐彎折需求的場(chǎng)合。隨著智能手機(jī)、大尺寸液晶屏、柔性顯示器等電子產(chǎn)品的普及,柔性電路的需求和產(chǎn)量都在不斷增加,但目前制作柔性印刷電路的主流方法仍然是光刻法。如CN 1984534AXN 103108492A、CN103428994 A所述,首先在柔性基材覆銅箔,然后涂覆感光膠,經(jīng)曝光顯影刻蝕得到銅導(dǎo)電線路。這是一種“減法”制作工藝,絕大部分銅箔被浪費(fèi),工藝復(fù)雜生產(chǎn)成本高,同時(shí)感光刻蝕過(guò)程會(huì)造成大量環(huán)境污染。為了解決上述問(wèn)題,CN 102450110 A公開(kāi)了一種半加成法制作柔性電路的方法。首先在聚酰亞胺薄膜上形成化學(xué)鍍金屬鎳層,然后在金屬鎳層上設(shè)置干膜抗蝕劑,經(jīng)曝光和刻蝕在柔性基底形成金屬鎳圖案,最后在金屬鎳層圖案上電鍍銅。這種半加成法雖然避免了大量銅箔的浪費(fèi),但金屬鎳圖案的形成仍然需要顯影曝光刻蝕過(guò)程,且工藝流程復(fù)雜。
[0003]噴墨打印技術(shù)由于是一種“加法”制作工藝,可以極大提高材料利用效率,且工藝簡(jiǎn)便、成本低、無(wú)污染,通過(guò)將導(dǎo)電材料配制成墨水,使用噴墨打印技術(shù)在柔性基底上打印導(dǎo)電線路可以解決光刻法制作柔性電路中存在的工藝復(fù)雜、高污染、制作成本高等問(wèn)題。但噴墨打印由于墨滴在柔性基底上的鋪展只能形成幾百納米的導(dǎo)電層,而光刻法制作的電路厚度可以達(dá)到微米級(jí)別,這就造成了打印電路電子迀移率低,反復(fù)彎折后導(dǎo)電性能衰減。另夕卜,墨滴在基材上的鋪展導(dǎo)致打印電路的分辨率低,目前噴墨打印單根導(dǎo)電線路的精度普遍處在20-30 μ m,與光刻法亞微米級(jí)別的分辨率還有很大差距,這對(duì)提高打印電路的集成度至關(guān)重要。
[0004]所以,雖然噴墨打印制備柔性電路具有高效、低成本、無(wú)污染的優(yōu)勢(shì),但打印電路由于墨滴鋪展而造成厚度薄、精度低,這些問(wèn)題限制了噴墨打印技術(shù)在柔性電路板制作領(lǐng)域的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有柔性電路中以上問(wèn)題,本發(fā)明提出一種噴墨打印制備柱狀嵌入式柔性電路的方法。
[0006]本發(fā)明在處于粘流態(tài)的尚分子基材上喂'墨打印導(dǎo)電墨水,喂'頭喂'射出的墨滴由于沖擊作用而沉入基材內(nèi)部,通過(guò)后續(xù)處理使原先處于粘流態(tài)的基材固化形成被基材包裹的柱狀嵌入式柔性電路。
[0007]本發(fā)明所述的柱狀嵌入式柔性電路的制備方法為:首先將處于粘流態(tài)的高分子材料涂覆在支撐材料上,然后噴墨打印導(dǎo)電墨水,由于噴頭噴射時(shí)的沖擊作用使導(dǎo)電墨水沉入粘流態(tài)的高分子材料內(nèi)部,最后經(jīng)過(guò)加熱或光照進(jìn)行固化得到柱狀嵌入式柔性電路;導(dǎo)電墨水干燥后形成導(dǎo)電線路,粘流態(tài)的高分子材料固化成膜,形成導(dǎo)電線路的封裝材料。
[0008]所述的處于粘流態(tài)的高分子材料為聚酰亞胺溶液、可后續(xù)發(fā)生交聯(lián)的硅橡膠材料、或低聚合度的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
[0009]所述的聚酰亞胺溶液濃度為10_50wt%,溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二-甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或幾種。
[0010]所述的可后續(xù)發(fā)生交聯(lián)的硅橡膠材料為二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基乙稀基娃橡膠。
[0011]所述的低聚合度的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的聚合度為1-50,可后續(xù)進(jìn)一步發(fā)生酯化反應(yīng)形成聚合度為100-200的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
[0012]所述的涂覆方式包括旋涂、刮涂、浸涂、輥輪涂布;所述的涂覆厚度為10-1000 μmD
[0013]所述的支撐材料包括金屬鋁片、玻璃片、硅片、PET薄膜、聚酰亞胺薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜;粘流態(tài)的高分子材料固化成膜后可與支撐材料剝離,支撐材料可繼續(xù)重復(fù)使用。
[0014]所述的導(dǎo)電墨水含有金屬納米材料、導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電碳材料中的一種或幾種。
[0015]所述的金屬納米材料為銀納米顆粒、銀納米線、銀納米片、銅納米顆粒、銅納米線、銅納米片、金納米顆粒、金納米線、錫包銅納米顆粒、錫包銅納米線。
[0016]所述的導(dǎo)電高分子材料為聚吡咯、聚對(duì)苯撐、聚苯硫醚、聚苯胺。
[0017]所述的導(dǎo)電碳材料為石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑。
[0018]上述制備得到的柱狀嵌入式柔性電路在制備柔性集成電路板中的應(yīng)用。
[0019]上述制備得到的柱狀嵌入式柔性電路在制備拉伸傳感器中的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明通過(guò)在處于粘流態(tài)的高分子基材上噴墨打印導(dǎo)電墨水,得到封裝在基材內(nèi)部的導(dǎo)電線路。粘流態(tài)的高分子基材抑制了打印墨滴的鋪展,最終得到的導(dǎo)線厚度大大提高,并具有圓形的截面。本發(fā)明制備的封裝在高分子基材內(nèi)部的單根導(dǎo)線的寬度和高度在500nm-50um之間,寬度/高度值在0.5-2之間;導(dǎo)線距離封裝基材上下界面的距離為10um-100um。本發(fā)明在避免曝光刻蝕高污染高成本的同時(shí),極大提高了打印電路的厚度和打印精度,并且一步封裝電路的方法免去了后續(xù)的封裝過(guò)程,可以應(yīng)用于制備透明超薄柔性電路板、高集成度排線等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為實(shí)施例1所制備的柔性電路板光學(xué)顯微鏡照片;
[0022]圖2和圖3為實(shí)施例1所制備柔性電路截面電子顯微鏡照片;
[0023]圖4為實(shí)施例3所制備的柔性電路截面電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025]將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體和交聯(lián)劑硅酸乙酯按質(zhì)量比5:1混合均勻,2000rpm轉(zhuǎn)速離心除去氣泡。使用勻膠機(jī)在2000rpm轉(zhuǎn)速下將混合物旋涂在厚度為125um的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜上,得到粘流態(tài)高分子基材備用。將合成好的銀納米顆粒溶解在體積比為4:1的水和乙二醇的混合溶劑中配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的導(dǎo)電墨水,使用富士 Dimat