CN105934105A - 一种光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法，包括步骤：1)待封装的印刷电路是以液态金属作为导线的印刷电路，使用点胶装置将处于液体状态的光固化树脂，涂覆或黏着于液态金属印刷电路表面，2)照射机将光照射到液态金属印刷电路表面上的光固化树脂，被照射的光固化树脂由液态发生化学反应转化为固态，实现对液态金属印刷电路的封装。本发明提出的使用光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法，通过利用光固化树脂能够在光线照射下从液态转换为固态且易于操作的特点，实现了液态金属印刷电路的快速准确封装，提高了电路的可靠性以及适用范围。

Description

一种光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法

技术领域

本发明属于印刷领域，具体涉及一种利用光固化树脂对液态金属印刷电路进行表面封装的装置和方法。

背景技术

集成电路印刷技术是一种广泛应用于消费电子，工业生产，电气设备以及医疗监护等领域的技术。其主要特点是通过工艺上的标准化，流程化以及集成化，实现电子设备的小型化以及研发生产的快速迭代。集成电路印刷技术促进了信息化时代的发展，也是当前以及未来工业文明的基石。

目前得到广泛应用的集成电路印刷技术主要使用刻蚀法，其基本流程是，在多层复合的树脂基底材料上，镀上铜导线层，将光刻胶涂覆在铜镀层上，使用紫外光进行曝光处理，使得含有电路图案的部分光刻胶变性，去除未变性的光刻胶，并使用化学方法对铜导线层进行蚀刻，没有被光刻胶保护的铜层被刻蚀液除掉，留下了与设计的电路图案相同的铜导线，再去除光刻胶层。最后将树脂类材料通过压膜方法叠加到铜电路导线层表面，使得铜导线层不会被擦除或氧化，形成保护作用。

随着技术的进步以及工业生产中需求的增加，近年来柔性电子技术得到了快速的发展，例如柔性电极，柔性屏幕等。进而柔性集成电路技术也应运而生，已有的一种柔性电路是利用可弯曲的塑料薄膜基底，镀上铜层，形成可弯曲的导线。另外一种柔性电路则以液态金属材料为基础，匹配不同的柔性或刚性基底材料，形成所需的集成印刷电路。液态金属是熔点不超过铝熔融温度(660.37℃)的十七种金属的总称。这十七种金属分别是汞、铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、镉、铅、锌、锑、镁、铝。另外，还有许多合金以及上述金属的合金在室温甚至在更低的温度时也为液态。液态金属本身具有很好的导电性，并且在常温下处于液体状态，因而可以作为柔性导电材料，通过打印的方式制作柔性电路。相比于传统集成电路打印方法，液态金属印刷电路有着能够快速制造，环境友好，可用于制作柔性可弯曲，可拉伸电路等诸多优点。中科院理化所的研究表明，液态金属打印柔性电路可以复合LED灯，微控制芯片等，形成功能性设备。

液态金属印刷电路有着广泛的应用前景，但对于液态金属导线，必须使用一定的封装技术，将导线与外界环境相隔离，避免液态金属导线的氧化或物理性破坏。目前液态金属印刷电路通常使用PDMS或硅胶等材料，将未固化的PDMS或硅胶材料填充到液态金属印刷电路表面，利用高温或者自然固化，使得封装材料凝固，并起到保护电路的作用。这种方法需要等待较长的时间，且由于使用自然固化方法，所以封装厚度以及均匀度都很难得到保证。

光固化树脂是一种得到广泛应用的工业生产材料，在今年来快速发展的3D打印技术中，最重要的一种就是SLA光固化成形技术。利用特定波长的激光对光敏树脂进行照射，逐层固化成形，最终形成需要打印的零部件。光敏树脂有不同的种类，匹配不同波长的光线或形成不同的零件颜色。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，基于液态金属印刷电路的封装需求以及光固化树脂的特性，本发明提出了一种用光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法，包括步骤：

1)待封装的印刷电路是以液态金属作为导线的印刷电路，使用点胶机等点胶装置，将处于液体状态的光固化树脂，涂覆或黏着于液态金属印刷电路表面，光固化树脂厚度根据封装需求使用点胶机进行调节；

2)照射机将光照射到液态金属印刷电路表面上的光固化树脂，被照射的光固化树脂由液态发生化学反应转化为固态，且与液态金属印刷电路紧密结合，覆盖于液态金属导线上，形成对导线的保护，实现对液态金属印刷电路的封装。

所述的光固化树脂是一种高分子树脂材料，在正常状态下为液态，在接受了特定波长的光线照射后，被照射区域的树脂会在内部发生化学反应，转换为固态。

其中，所述待封装的印刷电路由基底和与基底紧密附着在一起的液态金属导线组成，所述液态金属为金属镓、低熔点镓基合金、含有铟的伍德合金中的一种。

例如，含有铟的伍德合金为铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％合金。也可根据导线对环境的适应性要求以及液态技术印刷电路的功能进行选取；液态金属导线可与半导体芯片，电容，电阻，二极管，三极管等电子元器件相连接构成功能性电路。

其中，所述基底的材质为塑料，陶瓷，木材、纤维复合材料、硅胶，PVC薄膜，树脂，橡胶，纸张，有机生物体中的一种或多种。

其中，照射机发出的光为可见光或紫外光，照射机的光源为线激光或面状光源；照射过程中光线直接照射在光固化树脂上，或通过透明的印刷电路基底，再照射到光固化树脂封装材料上。

更优选地，所述照射机发出的光的波长为350～455nm。

进一步地，照射完成后可以使用有机溶剂去除未固化的光固化树脂部分，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙酮中的一种。

优选地，所述光固化树脂为低粘度光敏树脂，是一种高分子树脂材料，在正常状态下为液态，在接受了特定波长的光线照射后，被照射区域的树脂会在内部发生化学反应，转换为固态。树脂的涂覆厚度可以为0.1～2mm。

其中，所述照射机设置有与所使用的光固化树脂匹配的特定波长的光源，发射的光照射到液态金属印刷电路表面的光固化树脂上，使得被照射区域树脂固化，进而形成印刷电路的封装。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的方法，具有操作简单、封装可靠性高、封装精度高且封装规格易于控制、适用范围广等特点，可大大提高现有液态金属印刷电路的可靠性以及适用领域。本方法能够在现有的液态金属印刷电路的基础上，相比于已有的封装方法，提高封装精度和速度，进而提高电路的可靠性及适用性。

本发明提出的使用光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法，通过利用光固化树脂能够在光线照射下从液态转换为固态且易于操作的特点，实现了液态金属印刷电路的快速准确封装，提高了电路的可靠性以及适用范围。有望为快速电路成形制造技术奠定基础并进一步拓展集成电路技术的应用邻域。

这种快速封装得到的液态金属印刷电路能够应用到设备原型开发，电子产品维修，医疗监护设备，可穿戴设备，传感器生产等诸多领域。相比与已有的柔性电路封装技术，使用光固化树脂在保证电路的功能性及柔性的基础上，拓展了液态金属电路的应用前景，且随着不同类型的光固化树脂的发现，可以在未来实现多样化的柔性电路生产，例如透明电路，彩色电路等，或与MEMS，生物芯片等技术相结合，突破现有集成电路的限制，实现电路加工与3D成形技术的复合工艺，有望为柔性机器人，新概念机械等带来新的进展。

附图说明

图1是光固化树脂处于液体状态时的示意图；

图2是光固化树脂被特定波长的光照射后部分转变为固体状态的示意图；

图3是去除了未固化部分的树脂后液态金属印刷电路封装图；

图4是基底材料为刚性的液态金属印刷电路及封装，

图5是基底材料为柔性的液态金属印刷电路及封装

图6光线直接照射到光固化树脂上使其固化；

图7是光线穿过透明基底材料照射到光固化树脂使其固化；

其中，1为光固化树脂，2为液态金属，3为印刷电路，4为特定波长的光，5为照射机，6为封装，7为刚性基底，8为柔性基底。

具体实施方式

以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1

图1至图3示出了光固化树脂封装液态金属印刷电路的流程，步骤包括：

1)待封装的印刷电路是以液态金属作为导线的印刷电路，使用点胶机，将处于液体状态的光固化树脂，涂覆或黏着于液态金属印刷电路表面，本实施例中涂覆厚度为0.5mm。液态金属导线可以与半导体芯片，电容，电阻，二极管，三极管等电子元器件相连接构成功能性电路；

液态金属2为含有铟的伍德合金为铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％合金。液态金属构成的印刷电路3附着在基底上，基底为刚性基底7(图4)，材质为硬质塑料。

2)照射机5将特定波长的光4照射到液态金属印刷电路表面上的光固化树脂1，被照射的光固化树脂由液态发生化学反应转化为固态，且与液态金属印刷电路紧密结合，覆盖于液态金属导线上，形成对导线的保护，实现对液态金属印刷电路的封装。本实施例中，光固化树脂为allisoon SLA300光敏树脂，光源为波长365nm的激光光源。

3)照射完成后使用有机溶剂乙醇去除未固化的光固化树脂部分。

实施例2

1)待封装的印刷电路是以液态金属作为导线的印刷电路，使用点胶机将处于液体状态的光固化树脂，涂覆或黏着于液态金属印刷电路表面，具体涂覆过程及涂覆厚度与实施例1相同。

液态金属2为低熔点镓铟合金Ga₈₀In₂₀。液态金属构成的印刷电路3附着在基底上，基底为柔性基底8(图5)，材质为硅胶。

2)照射机5将特定波长的光4照射到液态金属印刷电路表面上的光固化树脂(图6)，被照射的光固化树脂由液态发生化学反应转化为固态，且与液态金属印刷电路紧密结合，覆盖于液态金属导线上，形成对导线的保护，实现对液态金属印刷电路的封装。本实施例中，光固化树脂为allisoon SLA300光敏树脂，光源为波长365nm的激光光源。

3)照射完成后使用有机溶剂乙醇去除未固化的光固化树脂部分。

其他操作同实施例1。

实施例3

参见图7，步骤2)为：照射机5位于基底下方，封装过程中照射机5将特定波长的光4透过透明柔性基底(基底材质为PVC薄膜)照射到印刷电路3表面的液态光固化树脂1上，待被照射的树脂固化并去除多余树脂材料后得到最终封装结构

其他操作同实施例1。

以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光固化树脂封装液态金属印刷电路的方法，其特征在于，包括步骤：

1)待封装的印刷电路是以液态金属作为导线的印刷电路，使用点胶装置将处于液体状态的光固化树脂，涂覆或黏着于液态金属印刷电路表面，树脂厚度根据封装需要调节；

2)照射机将光照射到液态金属印刷电路表面上的光固化树脂，被照射的光固化树脂由液态发生化学反应转化为固态，且与液态金属印刷电路紧密结合，覆盖于液态金属导线上，形成对导线的保护，实现对液态金属印刷电路的封装。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待封装的印刷电路由基底和与基底紧密附着在一起的液态金属导线组成，所述液态金属为金属镓、低熔点镓基合金、含有铟的伍德合金中的一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基底的材质为硬质塑料，陶瓷，木材、纤维复合材料、硅胶，PVC薄膜，树脂，橡胶，纸张，有机生物体中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，照射机发出的光为可见光或紫外光，照射机的光源为线激光或面状光源；照射过程中光线直接照射在光固化树脂上，或通过透明的印刷电路基底，再照射到光固化树脂封装材料上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述照射机发出的光的波长为350～455nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，照射完成后可以使用有机溶剂去除未固化的光固化树脂部分，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙酮中的一种。

7.根据权利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述光固化树脂为低粘度光敏树脂，是一种高分子树脂材料，在正常状态下为液态，在接受了特定波长的光线照射后，被照射区域的树脂会在内部发生化学反应，转换为固态。

8.根据权利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述照射机设置有与所使用的光固化树脂匹配的特定波长的光源，发射的光照射到液态金属印刷电路表面的光固化树脂上，使得被照射区域树脂固化，进而形成印刷电路的封装。