CN108337813A - 一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法 - Google Patents

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黄维
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Abstract

本发明公开一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，包括工艺参数优化以及基底表面修饰与处理。具体如下：在柔性基底如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，聚对萘二甲酸乙二醇酯PEN，聚酰亚胺PI、聚乙烯醇PVA、聚氨酯丙烯酸酯PUA、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物SEBS上涂布一层高疏水材料聚二甲基硅氧烷PDMS，随后进行氧等离子体或紫外臭氧(UVO)处理，再将处理后的基底升温至30～65℃并控制点间距20～65μm范围内喷墨打印电路。由此制得的图案化电路精度高、线宽小、分辨率高，表现出高度导电和高度柔性特征。

Description

一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法
技术领域
本发明涉及一种喷墨印刷柔性电路的方法，属于印刷电子、柔性电子技术领域。
背景技术
电子电路作为电子元器件基本组成部分，广泛应用于光电技术、通信、人工智能、物联网、国防等领域。目前电子电路制备主要涉及化学刻蚀等工艺，过程复杂、浪费原料、成本高、污染环境等。另外，传统电路板多采用硬质基材，柔性较差，不适于未来低成本、大面积柔性电子元器件的发展需求。喷墨印刷作为一种新兴电子制造技术，相比于传统化学刻蚀工艺具有独特的优势。喷墨印刷是一种增材制造技术，节约原料、成本低，无需模板即可实现图案化，操作简便。此外，喷墨印刷与柔性基底及卷对卷工艺兼容，可实现柔性、大面积制作。因此，喷墨印刷在取代传统化学刻蚀工艺以制备柔性电子电路方面具有广阔的应用前景。但是，喷墨印刷目前精度及分辨率相对较低，印刷的导电墨水在多种柔性基底上铺展严重，不利于制备高精度电子电路。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，可以有效控制导电墨水在基底上的铺展，降低线宽，提高打印电路的精度及分辨率。根据本发明方法印刷制作的电路线条精细，线宽相比未优化前显著降低、分辨率显著提高。
技术方案：本发明的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法包括工艺参数优化以及基底表面修饰与处理；其中工艺参数优化包括点间距、基底温度调控；所述的基底表面修饰与处理通过两步调控，分别是超疏水材料修饰及亲水处理；
具体地，该方法包含以下步骤：在柔性基底上旋涂一层超疏水材料，随后将其氧等离子体处理或紫外臭氧UVO处理，以调控基底浸润性；将处理后的基底置于喷墨印刷平台上，调控温度在30～60℃范围内，控制点间距为20～65μm喷墨印刷柔性电路。
其中，所述的基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚酰亚胺PI、聚乙烯醇PVA、聚氨酯丙烯酸酯PUA或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS中的一种。
所述的工艺参数优化具体包括：
控制点间距为20μm，基底温度从30℃升高到60℃，线宽从150μm降至90μm；
控制温度在60℃，点间距从20μm增大至50μm，线宽从90μm降至50μm。
所述点间距，最优区间控制在40～50μm范围内，基底温度最优区间控制在45～60℃范围内，获得电路线宽在50～90μm。
所述在柔性基底上旋涂一层超疏水材料为聚二甲基硅氧烷PDMS。
所述氧等离子体处理或紫外臭氧UVO处理，其中，氧等离子体处理2～30s或紫外臭氧UVO处理5～10min，线宽进一步降至30～50μm。
所述的超疏水材料PDMS是通过旋涂、刮涂、丝网印刷或喷墨打印的工艺涂布在基底上。
有益效果：本发明喷墨印刷柔性电路的方法，通过工艺参数优化以及基底表面修饰与处理，限制了导电墨水在柔性基底上的铺展，显著降低了电路的线宽，提高了分辨率和打印精度；而且喷墨印刷节约原料、操作简便，与柔性基底兼容性好。本发明提供了一种操作简便、成本低廉、可大面积印刷制作柔性电子电路的技术方案。
附图说明
图1为优化前后的线宽比较效果图。
图2喷墨印刷制作的柔性电路。
具体实施方式
本发明喷墨印刷柔性电路的方法，主要技术包括工艺参数优化以及基底表面修饰与处理。
所述的工艺参数优化主要包括点间距、基底温度调控。基底表面修饰与处理主要通过两步调控，分别是超疏水材料修饰及适度亲水处理。
具体地，该方法包含以下步骤：在柔性基底上旋涂一层超疏水材料，随后将其氧等离子体处理或紫外臭氧(UVO)处理，以调控基底浸润性；将处理后的基底置于喷墨印刷平台上，调控温度在30～60℃范围内，控制点间距为20～65μm喷墨印刷柔性电路。
工艺参数优化具体包括：控制点间距为20μm，基底温度从30℃升高到60℃，线宽从～150μm降至～90μm；控制温度在60℃，点间距从20μm增大至50μm，线宽从～90μm降至～50μm，进一步将点间距从50μm增大至65μm，电路出现断裂现象。
因此，点间距最优区间控制在40～50μm范围内，基底温度最优区间控制在45～60℃范围内，获得电路线宽在50～90μm
所述的超疏水材料修饰及适度亲水处理，超疏水材料为PDMS，亲水处理包括氧等离子体处理、UVO处理等。
其中PDMS通过旋涂、刮涂、丝网印刷、喷墨打印等工艺涂布在基底上。
本发明提供的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，具体实施方案如下，先在柔性基底上旋涂一层PDMS超疏水材料，随后进行氧等离子体或紫外臭氧(UVO)处理，再将处理后的基底升温至35～60℃并控制点间距在30～55μm内打印电路。
实施例1
在PET基底上旋涂一层PDMS超疏水材料，控制转速8000rpm/s，旋涂时间为30s，随后在加热台上控温为120℃，加热固化1min。随后将其氧等离子体处理3s，处理功率为700W。将处理后的基底置于打印平台上，预先加热到55℃，控制点间距为35μm打印电路。
实施例2
在PEN基底上旋涂一层PDMS超疏水材料，控制转速8000rpm/s，旋涂时间为30s，随后在加热台上控温为120℃，加热固化1min。随后将其氧等离子体处理3s，处理功率为700W。将处理后的基底置于打印平台上，预先加热到45℃，控制点间距为40μm打印电路。
实施例3
在PI基底上旋涂一层PDMS超疏水材料，控制转速8000rpm/s，旋涂时间为30s，随后在加热台上控温为120℃，加热固化1min。随后将其氧等离子体处理3s，处理功率为700W。将处理后的基底置于打印平台上，预先加热到40℃，控制点间距为45μm打印电路。

Claims (7)

1.一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于该方法包括工艺参数优化以及基底表面修饰与处理；其中工艺参数优化包括点间距、基底温度调控；所述的基底表面修饰与处理通过两步调控，分别是超疏水材料修饰及亲水处理；
具体地，该方法包含以下步骤：在柔性基底上旋涂一层超疏水材料，随后将其氧等离子体处理或紫外臭氧UVO处理，以调控基底浸润性；将处理后的基底置于喷墨印刷平台上，调控温度在30～60℃范围内，控制点间距为20～65μm喷墨印刷柔性电路。
2.根据权利要求1所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述的基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚酰亚胺PI、聚乙烯醇PVA、聚氨酯丙烯酸酯PUA或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述的工艺参数优化具体包括：
控制点间距为20μm，基底温度从30℃升高到60℃，线宽从150μm降至90μm；
控制温度在60℃，点间距从20μm增大至50μm，线宽从90μm降至50μm。
4.根据权利要求3所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述点间距，最优区间控制在40～50μm范围内，基底温度最优区间控制在45～60℃范围内，获得电路线宽在50～90μm。
5.根据权利要求1所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述在柔性基底上旋涂一层超疏水材料为聚二甲基硅氧烷PDMS。
6.根据权利要求1所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述氧等离子体处理或紫外臭氧UVO处理，其中，氧等离子体处理2～30s或紫外臭氧UVO处理5～10min，线宽进一步降至30～50μm。
7.根据权利要求5所述的一种高精度喷墨印刷柔性电路的方法，其特征在于所述的超疏水材料PDMS是通过旋涂、刮涂、丝网印刷或喷墨打印的工艺涂布在基底上。
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