CN104023478A - 一种基于气流喷印的柔性电路制备方法 - Google Patents

Abstract

一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，涉及印刷电路板。提供材料利用率高、无污染、工艺简单、综合成本低、制造精度高的一种基于气流喷印的柔性电路制备方法。将覆胶基材进行等离子处理，然后在处理后的覆胶基材上进行气流喷印后，再热处理，电镀铜后即得基于气流喷印的柔性电路。避免了热压、曝光、蚀刻等传统工艺带来的工序复杂、产生污染物等缺点，使用覆胶基材进行喷印，提高了导线与基材的附着力。涂胶基材通过等离子处理后疏水性得以降低，喷印导线连续性得到改善。经过电镀后的导线电阻值明显下降，同时导线的可焊性也得到了提高。

Description

一种基于气流喷印的柔性电路制备方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板，尤其是涉及一种基于气流喷印的柔性电路制备方法。

背景技术

通常所说的柔性电路是指以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性印制电路板，又称为挠性印制电路(FPC：Flexible Printed Circuit)，简称软板或FPC。柔性印制电路作为电子互连的基础器件(孔祥麟.高精密挠性印制电路技术[J].印制电路信息,2004,12:51-53)，有着薄、轻、灵活、既可静态弯曲又可动态弯曲、卷曲、折叠等突出特点，对电子电路承担着电气连接和机械支撑作用。

目前的柔性电路的制造一般采用减成法，使用聚酰亚胺树脂与铜箔层压形成的覆铜板为基材，通过贴膜(感光性干胶)、曝光、显影、时刻铜箔等制造工艺形成产品。其加工工艺复杂，需经过涂布、线路成形、绝缘压着、表面处理、形状加工、清洗6大类近20道具体的工艺(Wong,William S.,Alberto Salleo.Flexible electronics:materials andapplications.Vol.11.Springer,2009)。由于减成法(热压、曝光、蚀刻等)工艺的生产流程繁琐复杂，工艺通用性差，光照、蚀刻工艺投资成本高，金属原料浪费严重，金属利用率仅为10％，同时该制造方法使用多种化学药剂及特殊原料，蚀刻生成的化学污水、重金属废液排放对环境污染非常严重，不能满足绿色、低成本生产的要求，并且难以制造100μm以下的线路等问题(Myoung Seong-Sik,Kim Seon-Ⅱ,Jung Joo-Yong.A Flexible RFtransmitter module based on flexible printed circuit board by using micro-machingfabrication process[J].Mircrowave and Optical Technology Letters.2010,52(12):2636-2639)。因此，亟需一种速度快、成本低、工艺兼容性好的新型制造方法、设备，提高我国电子产业的综合技术与实力、进军柔性电子技术高端市场。

加成制造工艺已经成为下一代柔性电路、柔性电子制造的最佳选择，引起工业界的广泛关注(Bozkurt Alper,Lal Amit Low-cost flexible printed circuit technology basedmicroelectrode array for extracellular stimulation of the invertebrate locomotorysystem[J].Sensors and Actuators a-physical,2011,169(1):89-97)。与传统工艺所采用的“减成法”相比，“加成法”制造技术，在降低设备投资、减少材料浪费、环境污染和节约成本等方面具有巨大优势。同时，喷印技术被FPC产业界公认为下一代规模化制造技术，无需制作模板，在常温、常压环境下将溶液直写到柔性基板上(Sturm H,Sosna C,BuchnerR,et al.New electrical connection technology for microsystems using inktelligentand functional nanoscaled INKS[C]//Solid-State Sensors,Actuators andMicrosystems Conference,2009.TRANSDUCERS2009.International.IEEE,2009:1702-1705)，可实现柔性电路的大面积、批量化、高效制造，实现“绿色生产”。

发明内容

本发明的目的在于提供材料利用率高、无污染、工艺简单、综合成本低、制造精度高的一种基于气流喷印的柔性电路制备方法。

本发明的具体步骤如下：

将覆胶基材进行等离子处理，然后在处理后的覆胶基材上进行气流喷印后，再热处理，电镀铜后即得基于气流喷印的柔性电路。

所述覆胶基材可采用涂覆有热熔性胶的聚酰亚胺基材；所述等离子处理的方法是将覆胶基材置于等离子处理机中，通入氧气进行等离子处理，等离子处理的时间可为1～3min；所述气流喷印的墨水可采用纳米银颗粒墨水，所述纳米银颗粒墨水由纳米银颗粒和溶剂组成，所述纳米银颗粒的平均直径小于100nm，最好小于60nm，所述溶剂可选自去离子水、乙醇、乙二醇等有机溶剂中的至少一种；所述热处理的温度可为100～300℃，热处理的时间可为30～120min；所述电镀铜的电流可为15～40mA。

以下给出气流喷印的原理：

气体从喷雾器的进气口进入溶液罐，将溶液罐中的墨水压到喷嘴处，喷嘴处的高速气体剪切墨水形成小液滴(其中也包含部分纳米颗粒)，这种气液固混合体被称作气溶胶。在喷头处使用环形约束气体(又称鞘气)将气溶胶压缩聚焦成很小的一束喷印到基材上。

以下给出等离子处理的原理：

等离子体处理是将材料暴露在非聚合性等离子气体中，利用等离子体轰击材料表面，引起高分子材料结构产生变化，从而实现对高分子材料进行表面改性。等离子体处理后，材料表面发生了多种物理变化和化学变化，例如产生刻蚀，形成致密的交联层以及引入极性基团，使得材料的粘结性、亲水性等得到改善。

本发明避免了热压、曝光、蚀刻等传统工艺带来的工序复杂、产生污染物等缺点，使用覆胶基材进行喷印，提高了导线与基材的附着力。涂胶基材通过等离子处理后疏水性得以降低，喷印导线连续性得到改善。经过电镀后的导线电阻值明显下降，同时导线的可焊性也得到了提高。

本发明的有益效果如下：

1、用含银颗粒的墨水通过喷印的方法制造柔性电路，避免了热压、曝光、蚀刻等传统工艺带来的工序复杂、产生污染物等缺点。

2、使用覆胶基材进行喷印，提高了导线与基材的附着力，涂胶工艺和印刷工艺可以分开进行，降低加工成本。

3、涂胶基材通过等离子处理后疏水性得以降低，喷印导线连续性得到改善，未进行等离子处理的涂胶基材喷印后导线断断续续，经等离子处理后的涂胶基材喷印后导线呈连续状。

4、经过电镀后的导线电阻值明显下降，同时导线的可焊性也得到了提高。在对未电镀过的导线进行可焊性测试时发现，当银线碰到熔融的焊锡时会被焊锡熔化，导线完全没有可焊性，经过电镀的导线可焊性较好。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施例详予说明。

纳米银颗粒墨水选用Cabot CSD-32银浆，其中银纳米颗粒<60nm，溶剂乙二醇。

覆胶基材使用涂覆聚酰亚胺树脂的PI薄膜，将该覆胶基材置于等离子处理设备中，通入氧气处理1min，等离子处理后的材料表面获得亲水性是因为处理过程中表面引入了含氧基团，恢复疏水性与材料表面含氧基团的再定位及表面大分子降解后重排有关。

在处理后的覆胶基材上进行气流喷印，喷印选用气浮沉积喷印系统AJ300，喷印过程中将承载基材的平台加热至80℃，使热熔胶将墨水导线与基材充分粘结在一起。

对喷印后的覆胶基材进行热处理：待喷印线路干燥后，将印有线路的基材置于烧结炉中热处理，在200℃条件下加热30min。

采用镀铜设备对热处理产物进行电镀铜：电镀液由硫酸铜及去离子水组成，电镀电流为28mA，电镀时间为15min。

使用前，可将产品经过清洗、覆膜和冲切等工艺。

Claims (9)

1.一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于其具体步骤如下：

将覆胶基材进行等离子处理，然后在处理后的覆胶基材上进行气流喷印后，再热处理，电镀铜后即得基于气流喷印的柔性电路。

2.如权利要求1所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述覆胶基材采用涂覆有热熔性胶的聚酰亚胺基材。

3.如权利要求1所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述等离子处理的方法是将覆胶基材置于等离子处理机中，通入氧气进行等离子处理，等离子处理的时间为1～3min。

4.如权利要求1所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述气流喷印的墨水采用纳米银颗粒墨水，所述纳米银颗粒墨水由纳米银颗粒和溶剂组成。

5.如权利要求4所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述纳米银颗粒的平均直径小于100nm。

6.如权利要求5所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述纳米银颗粒的平均直径小于60nm。

7.如权利要求4所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述溶剂选自去离子水、乙醇、乙二醇中的至少一种。

8.如权利要求1所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述热处理的温度为100～300℃，热处理的时间为30～120min。

9.如权利要求1所述一种基于气流喷印的柔性电路制备方法，其特征在于所述电镀铜的电流为15～40mA。