CN104889394A - 铜或银电子线路板的制作方法及电子线路打印头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铜或银电子线路板的制作方法包括：3D打印机的控制系统读取电子线路的数据；所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米氧化铜溶液或纳米硝酸银溶液注入打印头的第一独立分腔，将乙醛和乙醛酸溶液或有机溶液注入打印头的第二独立分腔；所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合后，生成的单质并喷射到基板上；该方法能够使得电子线路板的制作满足工业电子线路要求；本发明公开一种电子线路打印头包括：墨室设置第一独立分腔和第二独立分腔，该电子线路打印头可以用于实现上述电子线路的制作。

Description

铜或银电子线路板的制作方法及电子线路打印头

技术领域

本发明涉及电线工艺技术领域，特别是涉及一种铜或银电子线路板的制作方法及电子线路打印头。

背景技术

目前，电子线路例如铜电子线路制作方法有两种，分别为减成法制作和加成法制作。其中，减成法工艺复杂，步骤繁琐，每步的工艺都需要配置专用设备，且污染严重；加成法中的印刷法，工艺也比较复杂，成本高，而且不满足铜电子线路导电电阻5mΩ以下的要求；加成法中的打印法，其中，打印导电墨水方式，无法满足电子线路17.5um(或35um)厚度要求；导电方阻都在10Ω以上，不满足铜电子线路导电电阻5mΩ以下的要求。打印常温银液体合金方式缺点是常温银液体合金颗粒比较大，不满足铜电子线路线宽6mil(0.15mm)要求；且成本非常高。因此，如何使得电子线路板的制作满足工业电子线路要求，制作成本低，且操作简单易行，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子线路板的制作方法，该方法能够使得电子线路板的制作满足工业电子线路要求，制作成本低，且操作简单易行；本发明的另一目的是提供一种电子线路打印头。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铜电子线路板的制作方法包括：

3D打印机的控制系统读取铜电子线路的数据；

所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米氧化铜溶液注入打印头的第一独立分腔，将乙醛和乙醛酸溶液注入打印头的第二独立分腔；

所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合后，生成铜单质并喷射到基板上。

其中，所述纳米氧化铜溶液按照以下步骤制备：

在有机高分子材料的水溶液中，加入碱金属弱酸盐、碱金属卤化物和碱金属络合物，使得一价铜和氧化剂发生氧化还原反应，生成包覆有机高分子材料的纳米氧化铜颗粒，其中，有机高分子材料与纳米氧化铜的重量比的范围为0.2-20：50-90；

将纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸和异氟尔酮二异氰酸酯在催化剂的作用下聚合，1-4小时后停止加热，在冷却后加入三乙胺和水，使纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸、异氟尔酮二异氰酸酯、三乙胺、水的重量比的范围为50-90：2-19：3-25：0.1-1.0：0.5-32：4-22；并将其配成固含量60％-90％的聚合物溶液；

将所述聚合物溶液摇匀2-6小时后得到纳米氧化铜溶液。

其中，所述纳米氧化铜溶液和乙醛和乙醛酸溶液中纳米氧化铜、乙醛、乙醛酸的重量比的范围为35-65：35-65：15-45。

本发明还提供一种银电子线路板的制作方法，包括：

3D打印机的控制系统读取银电子线路的数据；

所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米硝酸银溶液注入打印头的第一独立分腔，将预先制备的有机溶液注入打印头的第二独立分腔；

所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合，生成银单质并喷射到基板上。

其中，所述纳米硝酸银溶液按照以下步骤制备：

将硝酸银、氨的化合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、表面活性剂和硼氢化钠(NaBH4)按照摩尔比为：35-85：15-65：2-44：0.1-20：0.04-10.66的比例混合；

在10℃～80℃的温度下，搅拌4min～240min得到包覆有机高分子材料的纳米硝酸银颗粒；

纳米硝酸银颗粒与水混合，得到纳米硝酸银溶液，其中，纳米硝酸银颗粒与水的重量比的范围为5.5-185：500-3000。

其中，所述有机溶液为：

柠檬酸化合物、抗坏血酸(维生素C)、硫酸盐、乙醛、乙醛酸或者其组合。

本发明还提供一种电子线路打印头包括：

驱动器；

与所述驱动器底部相连的驱动板；

与所述驱动板相连的墨室，所述墨室设置第一独立分腔和第二独立分腔，其中，所述第一独立分腔的底部设置第一出液口，所述第二独立分腔的底部设置第二出液口；

与所述第一出液口和所述第二出液口均连通的喷嘴。

其中，所述第一出液口具体为第一微喷孔；所述第二出液口具体为第二微喷孔。

其中，所述第一微喷孔和所述第二微喷孔在所述喷嘴内毗邻。

其中，所述驱动器包括：

铜导线、波导管、阻尼器、永磁铁、检测电路和外壳；其中，所述波导管与所述驱动板的接触面图形为中间凹，两端平。

本发明提供的一种铜或银电子线路板的制作方法，该方法通过将打印头的墨室设置成具有两个独立分腔的结构，可以将预先制备的两种溶液分别注入第一独立分腔和第二独立分腔内，两个独立分腔中的溶液在喷嘴内混合发生化学反应生成铜或银单质，通过上述方法得到的单质颗粒很小，将细小的单质通过喷嘴喷射到基板上；通过这样的方法是制作的电子线路板的精度符合工业要求。本发明还提供一种电子线路打印头，具有第一独立分腔和第二独立分腔，能够实现上述铜或银电子线路板的打印过程。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的铜电子线路板的制作方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的银电子线路板的制作方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的驱动器A-E的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电子线路打印头结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电子线路板的制作方法，该方法能够使得电子线路板的制作满足工业电子线路要求，制作成本低，且操作简单易行；本发明的另一目的是提供一种电子线路打印头。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的铜电子线路板的制作方法的流程图；该方法可以包括：

步骤s100、3D打印机的控制系统读取铜电子线路的数据；

其中，3D打印机通过一台有XYZ三轴的微型数控机床，打印头一般安装在Z轴，3D打印机控制系统读取电子线路数据通过所述数据控制驱动器来控制打印头工作。因此，首先要读取需要打印的铜电子线路的数据。

步骤s110、所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米氧化铜溶液注入打印头的第一独立分腔，将乙醛和乙醛酸溶液注入打印头的第二独立分腔；

本发明通过利用铜的氧化物，通过反应生成铜单质，直接将生成的细小单质打印到基板上，从而满足电子线路线宽的要求。

其中，现有的墨室都只有一个独立的腔，因此只能选择放入铜单质，或者其他需要打印的物质本身，由于想要打印到符合要求的电子线路，就必须要求使用的单质尽可能的小，而直接使用铜溶液的话，会发现由于聚合，铜单质颗粒大则不能满足精度要求，要想满足精度要求只能使得单质生成的越晚越好，这样可以保证精度，因此利用反应生成单质的方式进行打印，但是现有的墨室不符合要求，而且反应物质的种类也需要确定。

因此，本发明将现有墨室改造成具有两个独立分腔的结构。

3D打印机根据获取的电子线路的数据控制送液电机将预先制备的纳米氧化铜溶液注入打印头的第一独立分腔，将乙醛和乙醛酸溶液注入打印头的第二独立分腔。

步骤s120、所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合后，生成铜单质并喷射到极板上。其中，为了使得打印精度更好，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合后，离电子基板更近，生成铜单质直接由喷嘴喷射到基板上。

基于上述技术方案，本发明实施例提供铜电子线路板的制作方法；该方法通过将打印头的墨室设置成具有两个独立分腔的结构，可以将预先制备的两种溶液分别注入第一独立分腔和第二独立分腔内，两个独立分腔中的溶液在喷嘴内混合发生化学反应生成铜单质，通过上述方法得到的单质颗粒很小，将细小的单质通过喷嘴喷射到基板上；通过这样的方法是制作的电子线路板的精度符合工业要求。

优选的，所述纳米氧化铜溶液按照以下步骤制备：

在有机高分子材料的水溶液中，加入碱金属弱酸盐、碱金属卤化物和碱金属络合物，使得一价铜和氧化剂发生氧化还原反应，生成包覆有机高分子材料的纳米氧化铜颗粒，其中，有机高分子材料与纳米氧化铜的重量比的范围为0.2-20：50-90；

其中，包覆有机高分子材料的纳米氧化铜，其特征是颗粒粒径为1-100nm。

将纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸和异氟尔酮二异氰酸酯在催化剂的作用下聚合，1-4小时后停止加热，在冷却后加入三乙胺和水，使纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸、异氟尔酮二异氰酸酯、三乙胺、水的重量比的范围为50-90：2-19：3-25：0.1-1.0：0.5-32：4-22；并将其配成固含量60％-90％的聚合物溶液；

将所述聚合物溶液摇匀2-6小时后得到纳米氧化铜溶液。

优选的，所述纳米氧化铜溶液和乙醛和乙醛酸溶液中纳米氧化铜、乙醛、乙醛酸的重量比的范围为35-65：35-65：15-45。

其中，纳米氧化铜溶液通过独立分腔，乙醛和乙醛酸通过另外的独立分腔在打印头(喷射头)内混合，这样的好处是，可以使得打印的铜单质尽可能的小，保证制作的铜电子线路的精度，发生氧化还原反应，生成铜单质，从而创建铜电子线路。

这是一个优选的制作溶液的方式，但是并不限于此。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的银电子线路板的制作方法的流程图；该方法可以包括：

步骤s200、3D打印机的控制系统读取银电子线路的数据；

步骤s210、所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米硝酸银溶液注入打印头的第一独立分腔，将预先制备的有机溶液注入打印头的第二独立分腔；

步骤s220、所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合，生成银单质并喷射到基板上。

银电子线路板的制作方法的原理类似于上述的铜电子线路板的制作方法，不同是在于两个独立分腔中的溶液不一样，因为需要的单质不一样，本实施例中生成的为银单质。

优选的，所述纳米硝酸银溶液按照以下步骤制备：

将硝酸银、氨的化合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、表面活性剂和硼氢化钠(NaBH4)按照摩尔比为：35-85：15-65：2-44：0.1-20：0.04-10.66的比例混合；

在10℃～80℃的温度下，搅拌4min～240min得到包覆有机高分子材料的纳米硝酸银颗粒；

其中，该制作纳米硝酸银颗粒的方法操作简单，成功率高。

纳米硝酸银颗粒与水混合，得到纳米硝酸银溶液，其中，纳米硝酸银颗粒与水的重量比的范围为5.5-185：500-3000。

优选的，所述有机溶液为：

柠檬酸化合物、抗坏血酸(维生素C)、硫酸盐、乙醛、乙醛酸或者其组合。

其中，纳米硝酸银溶液通过独立分腔，有机溶液通过另外的独立分腔在打印头(喷射头)内混合，发生氧化还原反应，生成银单质，重而创建银电子线路。有机溶液为柠檬酸化合物、抗坏血酸(维生素C)、硫酸盐、乙醛以及乙醛酸一种、两种或者多种。这里不做限定。

基于上述技术方案，本发明实施例提供银电子线路板的制作方法；该方法通过将打印头的墨室设置成具有两个独立分腔的结构，可以将预先制备的两种溶液分别注入第一独立分腔和第二独立分腔内，两个独立分腔中的溶液在喷嘴内混合发生化学反应生成银单质，通过上述方法得到的单质颗粒很小，将细小的单质通过喷嘴喷射到基板上；通过这样的方法使得制作的电子线路板的精度符合工业要求。

本发明实施例提供了铜或银电子线路板的制作方法，可以通过上述方法能够使得电子线路板的制作满足工业电子线路要求。

下面对本发明实施例提供的电子线路打印头进行介绍，下文描述的电子线路打印头与上文描述的铜或银电子线路板的制作方法。

本发明提供一种电子线路打印头包括：

驱动器；

其中，所述驱动器可以由铜导线、波导管、阻尼器、永磁铁、检测电路、316不锈钢外壳组成，铜导线用于脉冲信号的传输，该脉冲信号线和检测信号线从驱动器引出后，通过激光焊接将驱动器安装于墨室的顶部。

驱动器的工作原理可以为：波导管可以由稀土超磁致伸缩材料(以下简称Tb-Dy-Fe材料)材料制成的，但不限于此，包括各种磁致材料，毫秒级脉冲电流在波导管内腔内的铜导线上传输的同时也在波导管外产生一个圆周磁场。当该磁场和固定在波导管外壁上的永磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管反复伸张与缩短，从而驱动致动板。在磁场相交位置，波导管会产生一个应变机械波，机械波分为一上一下两个方向传播，上方向机械波被阻尼器吸收，下方向机械波直接驱动驱动板。其中，使用Tb-Dy-Fe材料是由于其在交变磁场作用下，长度发生变化，发生反复伸张与缩短，将电磁能(或电磁信号)转换成机械能，产生位移而做功。

可以通过设置检测电路，其可以通过圆周磁场不断通过线圈后会产生直流信号，通过检测有无直流信号，以此来判断驱动器是否在工作。

优选的，所述驱动器包括：

铜导线、波导管、阻尼器、永磁铁、检测电路和外壳；其中，所述波导管与所述驱动板的接触面图形为中间凹，两端平。

其中，这里的驱动器与现有技术中的驱动器不一样，请参考图3，图3为本发明实施例提供的驱动器A-E的结构示意图；该种驱动器A-E用于具有不同分腔的打印头中，其工作原理为：毫秒级脉冲电流在波导管内腔内的铜导线上传输的同时也在波导管外产生一个圆周磁场。当该磁场和固定在波导管外壁上的永磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管反复伸张与缩短，从而驱动致动板。在磁场相交位置，波导管会产生一个应变机械波，机械波分为一上一下两个方向传播，上方向机械波被阻尼器吸收，下方向机械波直接驱动驱动板。其中，波导管的材料在交变磁场作用下，长度发生变化，发生反复伸张与缩短，将电磁能(或电磁信号)转换成机械能，产生位移而做功。并利用信号转换器进行信号转换。

其中，驱动器A-E的波段管的管壁可以是1mm，波段管内腔的直径是1.5mm。

与所述驱动器底部相连的驱动板；

其中，驱动器A-E被密封安装在驱动板的正上方，驱动器A-E最末端与驱动板面紧挨着安装。

与所述驱动板相连的墨室，所述墨室设置第一独立分腔和第二独立分腔，其中，所述第一独立分腔的底部设置第一出液口，所述第二独立分腔的底部设置第二出液口；

与所述第一出液口和所述第二出液口均连通的是喷嘴。

请参考图4，图4为本发明实施例提供的电子线路打印头结构示意图；这里的独立分腔1和独立分腔2也是为了区分两个独立分腔，与上文中的第一独立分腔和第二独立分腔所表达的意思一样。

优选的，所述第一出液口具体为第一微喷孔；所述第二出液口具体为第二微喷孔。

利用微喷孔可以使得流出的液体更加细小，更有利于生成细小的单质。

优选的，所述第一微喷孔和所述第二微喷孔在所述喷嘴内毗邻。

其中，当距离很近时，方便两种溶液的混合更加充分。两个独立分腔位于在墨室中，第一独立分腔和第二独立分腔末端(简称微喷孔1和微喷孔2)在电子线路打印头喷嘴内毗邻。

其中，当导液管注满溶液于第一独立分腔和第二独立分腔时，脉冲电压启动，驱动器A-E施加压力给驱动板，在压力作用下第一独立分腔和第二独立分腔的腔壁发生机械形变，使得第一独立分腔和第二独立分腔内溶液通过微喷孔喷射而出。当脉冲电压中断时，第一独立分腔和第二独立分腔的腔壁都反弹回原来的位置，机械形变也随之消失，2个微喷孔都无溶液喷射。当脉冲电压恢复且在驱动器A-E作用下，第一独立分腔和第二独立分腔的腔壁又产生机械形变，微喷孔又开始喷射下一滴溶液。

主机的喷射压力控制系统将不同溶液通过独立的导液管注入到对应独立分腔内，驱动器在外加脉冲电压作用下，驱动器施加压力给驱动板，使得第一独立分腔和第二独立分腔内溶液通过微喷孔喷射而出，在打印头喷嘴内混合，产生化学反应，从而产生铜单质(或银单质)。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的铜或银电子线路板的制作方法及电子线路打印头进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铜电子线路板的制作方法，其特征在于，包括：

3D打印机的控制系统读取铜电子线路的数据；

所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米氧化铜溶液注入打印头的第一独立分腔，将乙醛和乙醛酸溶液注入打印头的第二独立分腔；

所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合后，生成铜单质并喷射到基板上。

2.如权利要求1所述的铜电子线路板的制作方法，其特征在于，所述纳米氧化铜溶液按照以下步骤制备：

在有机高分子材料的水溶液中，加入碱金属弱酸盐、碱金属卤化物和碱金属络合物，使得一价铜和氧化剂发生氧化还原反应，生成包覆有机高分子材料的纳米氧化铜颗粒，其中，有机高分子材料与纳米氧化铜的重量比的范围为0.2-20：50-90；

将纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸和异氟尔酮二异氰酸酯在催化剂的作用下聚合，1-4小时后停止加热，在冷却后加入三乙胺和水，使纳米氧化铜、聚酯二元醇或聚乙二醇、二羟甲基丙酸、异氟尔酮二异氰酸酯、三乙胺、水的重量比的范围为50-90：2-19：3-25：0.1-1.0：0.5-32：4-22；并将其配成固含量60％-90％的聚合物溶液；

将所述聚合物溶液摇匀2-6小时后得到纳米氧化铜溶液。

3.如权利要求1所述的铜电子线路板的制作方法，其特征在于，所述纳米氧化铜溶液和乙醛和乙醛酸溶液中纳米氧化铜、乙醛、乙醛酸的重量比的范围为35-65：35-65：15-45。

4.一种银电子线路板的制作方法，其特征在于，包括：

3D打印机的控制系统读取银电子线路的数据；

所述3D打印机的送液电机将预先制备的纳米硝酸银溶液注入打印头的第一独立分腔，将预先制备的有机溶液注入打印头的第二独立分腔；

所述3D打印机的驱动器通过外加脉冲电压给驱动板施加压力，使得所述第一独立分腔和所述第二独立分腔内的溶液喷出，在所述3D打印机的打印头喷嘴内混合，生成银单质并喷射到基板上。

5.如权利要求4所述的银电子线路板的制作方法，其特征在于，所述纳米硝酸银溶液按照以下步骤制备：

将硝酸银、氨的化合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、表面活性剂和硼氢化钠(NaBH4)按照摩尔比为：35-85：15-65：2-44：0.1-20：0.04-10.66的比例混合；

在10℃～80℃的温度下，搅拌4min～240min得到包覆有机高分子材料的纳米硝酸银颗粒；

纳米硝酸银颗粒与水混合，得到纳米硝酸银溶液，其中，纳米硝酸银颗粒与水的重量比的范围为5.5-185：500-3000。

6.如权利要求1所述的铜电子线路板的制作方法，其特征在于，所述有机溶液为：

柠檬酸化合物、抗坏血酸(维生素C)、硫酸盐、乙醛、乙醛酸或者其组合。

7.一种电子线路打印头，其特征在于，包括：

驱动器；

与所述驱动器底部相连的驱动板；

与所述驱动板相连的墨室，所述墨室设置第一独立分腔和第二独立分腔，其中，所述第一独立分腔的底部设置第一出液口，所述第二独立分腔的底部设置第二出液口；

与所述第一出液口和所述第二出液口均连通的喷嘴。

8.如权利要求7所述的电子线路打印头，其特征在于，所述第一出液口具体为第一微喷孔；所述第二出液口具体为第二微喷孔。

9.如权利要求8所述的电子线路打印头，其特征在于，所述第一微喷孔和所述第二微喷孔在所述喷嘴内毗邻。

10.如权利要求7所述的电子线路打印头，其特征在于，所述驱动器包括：

铜导线、波导管、阻尼器、永磁铁、检测电路和外壳；其中，所述波导管与所述驱动板的接触面图形为中间凹，两端平。