CN106455311A - 一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，所述方法包括如下步骤：1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉在柔性基体的两面上分别打印目标柔性电路的线路图案；2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的柔性基体和两张分别均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，得到柔性基体上的双面电路；4)在双面电路需要导电连接处用微针阵列刺穿双面电路及柔性基体，形成贯通的微孔道阵列；5)将导电浆液滴入微孔道阵列中，干燥或固化后形成导电连接，即得到连通的双面柔性电路。此方法简单高效，双面电路可同时成型，大幅度地提高了电路成型效率。

Description

一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法
技术领域
本发明涉及一种双面柔性电路的成型方法，特别涉及一种通过激光双面打印图形后，利用导电粉体成型电路的方法。
背景技术
现代电子产品的发展更加趋于小型化和轻便化。因此要求其中的电子器件可以充分利用内部狭小的空间。在同一基体上制作双面电路是一种可以充分利用空间，减小器件厚度的方法。目前应用的双面电路是通过蚀刻方法，在电路板的两面分别蚀刻出电路图案，然后在连接处打孔，并通过电镀导通两侧电路。而柔性双面电路则是利用同样的方法在柔性基体，如聚酰亚胺薄膜上进行蚀刻成型。这种方法的缺点是由于需要使用蚀刻液，因此不能在易吸湿基体，如纸张等上制作双面电路。并且，蚀刻电路需要制作模板，因此并不适合小规模的快速打样和定制生产。另一方面，电路的导通需要对基体进行打孔和电镀，效率较低，并且对柔性基体来说较大的孔洞会对其力学性能造成比较大的影响。如使用银浆印刷或喷墨打印导电墨水等方法制作双面柔性电路，则需要首先印刷或打印一面电路，在完成固化或烧结之后，再进行另一面电路的印刷或打印，效率较低。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，该电路成型方法简单高效，双面电路可同时成型，不需要长时间烧结或固化，并且电路成型过程不需要溶剂，适合在易吸湿的基体上制作电路。利用微孔道阵列导通两侧电路，既可以保证连接处的电性能，又可以大限度地保持柔性基体的力学性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，所述方法包括如下步骤：
1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉在柔性基体的两面上分别打印目标柔性电路的线路图案；
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的柔性基体和两张分别均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；
3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，得到柔性基体上的双面电路；
4)在双面电路需要导电连接处用微针阵列刺穿双面电路及柔性基体，形成贯通的微孔道阵列；
5)将导电浆液滴入微孔道阵列中，干燥或固化后形成导电连接，即得到连通的双面柔性电路。
由于用于激光打印的墨粉是热塑性的，经过热压时可以使墨粉熔化并粘附导电粉体，因此在经过热压后，仅在打印有图形的部分粘有导电粉体，形成导电图形。聚合物薄膜上未被粘附的导电粉体仍留在薄膜上，可经冲洗进行回收和再利用。优选地，所述的柔性基体为纸张或聚合物薄膜。
优选地，所述的导电粉体为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体。其中，所述金属片粉体中的金属片为金片、银片、铜片、铝片、铁片、镀银铜片、镀银铝片和镀银铁片中的一种或多种，金属片的直径为10nm～1mm；所述金属纳米线粉体中的金属纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线和铝纳米线中的一种或多种，金属纳米线直径为1nm～10μm，金属纳米线长度为10nm～1mm。
优选地，所述的热压辊的加热温度为80℃-200℃，加压压力为0.1MPa-20MPa。
优选地，所述的微针阵列中微针的直径为50μm-1mm，长度为50μm-1mm，针数为4-100。
所述的导电浆液为导电胶；或为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体的分散液。其中，所述金属片粉体中的金属片为金片、银片、铜片、铝片、铁片、镀银铜片、镀银铝片和镀银铁片中的一种或多种，金属片的直径为10nm～1mm；所述金属纳米线粉体中的金属纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线和铝纳米线中的一种或多种，金属纳米线直径为1nm～10μm，金属纳米线长度为10nm～1mm。
本发明的电路成型方法简单高效，双面电路可同时成型，大幅度地提高了电路成型效率。另外，由于电路成型过程中不需要溶剂，因此适合在易吸湿的基体上制作电路。利用微孔道阵列代替大孔径通孔导通两侧电路，既可以保证连接处的电性能，又可以大限度地保持柔性基体的力学性能。
与现有技术相比，本发明提供的柔性电路成型方法有以下优点：
1、可进行双面柔性电路的快速原型打样，不需制作模板。
2、热塑性电路成型瞬间完成，不需要后续高温烧结或长时间固化，且两面电路成型可同时完成，大幅度提高了双面电路的成型效率。
3、电路成型过程中不需要溶剂，适合在易吸湿基体(如纸张)上进行电路制作。
4、电路的电性能可以通过控制导电粉体的用量方便地进行调节。
5、利用微孔道阵列导通两侧电路，既可以保证连接处的电性能，又可以大限度地保持柔性基体的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
1)在纸张基体上进行电路图形的双面激光打印，在基体两侧分别形成热塑性墨粉图案。
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的纸张基体和两张分别涂覆有银纳米线的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。
3)将聚酰亚胺薄膜和纸张基体分离，则在纸张基体上得到目标图形的双面柔性电路。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将银纳米线的乙醇分散液滴入微孔道阵列中，干燥后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中聚酰亚胺薄膜上银纳米线的面密度是0.5mg cm-2。热压辊温度为150℃，压力为0.1MPa。微针阵列中微针直径为50μm，长度为50μm，针数为36。测试所得电路面电阻为0.026Ωsq-1。
实施例2
1)在PET基体上进行电路图形的双面激光打印，在基体两侧分别形成热塑性墨粉图案。
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的PET基体和两张分别涂覆有片状银粉的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。
3)将聚酰亚胺薄膜和PET基体分离，则在PET基体上得到目标图形的双面柔性电路。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将环氧基导电胶滴入微孔道阵列中，干燥后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中聚酰亚胺薄膜上片状银粉的面密度是1mg cm-2。热压辊温度为200℃，压力为20MPa。微针阵列中微针直径为100μm，长度为150μm，针数为16。测试所得电路面电阻为0.029Ωsq-1。
实施例3
1)在纸张基体上进行电路图形的双面激光打印，在基体两侧分别形成热塑性墨粉线路图案。
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的纸张基体和两张分别涂覆有铜纳米线的聚四氟乙烯薄膜一同经过热压辊进行热压。
3)将聚四氟乙烯薄膜和纸张基体分离，则在纸张基体上得到目标图形的双面柔性电路。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将铜纳米线的水分散液滴入微孔道阵列中，干燥后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中聚四氟乙烯薄膜上铜纳米线的面密度是0.3mg cm-2。热压辊温度为80℃，压力为5MPa。微针阵列中微针直径为1mm，长度为1mm，针数为4。测试所得电路面电阻为0.035Ωsq-1。
实施例4
1)在PET基体上进行电路图形的双面激光打印，在基体两侧分别形成热塑性墨粉线路图案。
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的PET基体和两张分别涂覆有镀银铜粉的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。
3)将聚酰亚胺薄膜和PET基体分离，则在PET基体上得到目标图形的双面柔性电路。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将丙烯酸基导电胶滴入微孔道阵列中，固化后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中聚酰亚胺薄膜上镀银铜粉的面密度是2mg cm-2。热压辊温度为120℃，压力为1MPa。微针阵列中微针直径为200μm，长度为250μm，针数为100。测试所得电路面电阻为0.031Ωsq-1。
实施例5
作为对比，利用现有丝网印刷技术制作导电银浆双面电路，具体步骤如下：
1)分别制作双面电路两面图案所对应的丝网印刷网版。制版和晒制过程约需2小时，并且网版制作完成后图形将无法更改。
2)首先在纸张基体上印刷一面导电银浆图案，然后将基体和印刷线路放于120℃烘箱中固化30分钟。
3)再纸张基体的另一面上印刷导电银浆图案，然后再将基体和印刷线路放于120℃烘箱中固化30分钟。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将导电银浆滴入微孔道阵列中，固化后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中微针阵列的微针直径为100μm，长度为150μm，针数为16。测试所得电路面电阻为0.042Ωsq-1。可见，丝网印刷方法制备的电路面电阻大于本发明实施例1和2中激光打印方法制备的银线或银片电路。并且，丝印方法需要制作网版和后续较长时间的固化，且双面电路的成型需分步进行，效率较低。相比之下，本发明中的激光打印方案无需模板，不需长时间固化，而且双面电路可同时成型，大幅度地提高了双面柔性电路的成型效率。
实施例6
作为对比，利用现有喷墨打印技术制备双面柔性电路，具体步骤如下：
1)在喷墨打印机中加入纳米银导电墨水。其中导电介质为10-20nm直径的银球，溶剂是甲笨，银球含量为80wt％。
2)在纸张基体的一面上将导电墨水打印成目标电路图形，并将打印好的线路在200℃下烧结5分钟，得到单面柔性电路。
3)在纸张基体的另一面上将导电墨水打印成目标电路图形，将打印的线路在200℃下烧结5分钟，得到双面柔性电路。
4)用微针阵列在连接处将双面电路和基体刺穿，形成微孔道阵列。
5)将丙烯酸基导电胶滴入微孔道阵列中，固化后形成导电连接，得到连通的双面柔性电路。
本实施例中微针阵列的微针直径为100μm，长度为150μm，针数为16。测试所得电路面电阻为0.086Ωsq-1。可见，本发明中实施例1和2中利用激光打印方法制备的电路电性能均优于喷墨打印制作的电路。喷墨打印后需要进行较长时间的高温烧结，这对耐热性较差的基体(如树脂薄膜等)性能会造成较大的影响。并且，双面的打印和烧结需要分步进行，降低了电路的成型效率。另外，由于所打印墨水中含有溶剂，因此在易吸湿基体(如纸张)上打印时会造成渗透使图形分辨率下降，并引起电性能的改变。相比之下，本发明中的激光打印方法可以通过瞬间高温使电路成型，对基体性能影响小；双面电路可同时成型，大幅度地提高了电路成型效率；另外，由于电路成型过程中不需要溶剂，因此可以避免在易吸湿基体上的溶剂渗透问题。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，所述方法包括如下步骤：
1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉在柔性基体的两面上分别打印目标柔性电路的线路图案；
2)将双面打印有热塑性墨粉线路图案的柔性基体和两张分别均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；
3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，得到柔性基体上的双面电路；
4)在双面电路需要导电连接处用微针阵列刺穿双面电路及柔性基体，形成贯通的微孔道阵列；
5)将导电浆液滴入微孔道阵列中，干燥或固化后形成导电连接，即得到连通的双面柔性电路。
2.如权利要求1中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述的柔性基体为纸张或聚合物薄膜。
3.如权利要求1中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述的导电粉体为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体。
4.如权利要求3中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述金属片粉体中的金属片为金片、银片、铜片、铝片、铁片、镀银铜片、镀银铝片和镀银铁片中的一种或多种；金属片的直径为10nm～1mm。
5.如权利要求3中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述金属纳米线粉体中的金属纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线和铝纳米线中的一种或多种，金属纳米线直径为1nm～10μm，金属纳米线长度为10nm～1mm。
6.如权利要求1中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述的热压辊的加热温度为80℃-200℃，加压压力为0.1MPa-20MPa。
7.如权利要求1中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述的微针阵列中微针的直径为50μm-1mm，长度为50μm-1mm，针数为4-100。
8.如权利要求1中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述的导电浆液为导电胶；或为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体的分散液。
9.如权利要求8中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述金属片粉体中的金属片为金片、银片、铜片、铝片、铁片、镀银铜片、镀银铝片和镀银铁片中的一种或多种，金属片的直径为10nm～1mm。
10.如权利要求8中所述的一种利用激光打印制作双面柔性电路的方法，其特征在于，所述金属纳米线粉体中的金属纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线和铝纳米线中的一种或多种，金属纳米线直径为1nm～10μm，金属纳米线长度为10nm～1mm。
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