CN108511238B - 一种薄膜开关及其制备薄膜开关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备薄膜开关的装置及方法。该装置包括金属材料盒，其顶部具备注入孔和真空压力孔，内部具备搅拌片和导热震动片，腔体内可容纳低熔点金属合金；笔管，位于所述金属材料盒的下部，且其内腔与所述金属材料盒相通；圆珠，位于所述笔管的下部开口处，并在此处上下移动；基底和加热台，所述基底位于所述加热台的上表面。利用该装置制备薄膜开关，采用的原材料的生产无污染物，且成本相较现有技术中的导电银浆更低，且该薄膜开关的生产方式定制化成本低。

Description

一种薄膜开关及其制备薄膜开关的方法

技术领域

发明涉及一种薄膜开关及其制备该薄膜开关的装置和方法。

背景技术

现有技术的薄膜开关中导电原材料基本以导电银浆为主，而导电银浆在生产过程中会产生一定量的硝酸盐以及可挥发有机溶剂，硝酸盐以及可挥发有机溶剂都有一定毒性，尤其硝酸盐，为目前威胁环境的主要污染源之一，另一方面，导电银浆价格不菲，十分昂贵。

另外，从制造工艺上来说，现有技术的薄膜开关一般通过丝网印刷方式进行，丝网印刷方式需有制图、绷网、光刻、洗网等步骤，操作繁复，定制化生产成本高。

发明内容

本发明提供一种薄膜开关，利用金属镓、铟、锡、铋、银、锌、锑中的一种或几种形成熔点120℃以下的低熔点金属合金制作薄膜开关的接触点，本发明提供的制备装置中，包括了制取低熔点金属合金的金属材料盒的结构及其合成低熔点金属合金的方法，该金属材料盒可用于120℃以下的低熔点金属合金的混合及制取。

一种制备薄膜开关的装置，其包括金属材料盒，其顶部具备注入孔和真空压力孔，所述金属材料盒内部具备搅拌片和导热震动片，所述金属材料盒腔体内容纳低熔点金属合金；笔管，位于所述金属材料盒的下部，且所述笔管内腔与所述金属材料盒相通；圆珠，位于所述笔管的下部开口处，并在所述下部开口处上下移动；基底和加热台，所述基底位于所述加热台的上表面。

一种利用所述的装置制备的薄膜开关，其包括金属层、基底，及隔离层。

进一步地，所述隔离层为超软硅胶，所述基底为PET材料。

一种利用所述的装置制备薄膜开关的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将所述低熔点金属合金置于所述金属材料盒中，

步骤(2)：通过所述真空压力孔抽出气体以使所述金属材料盒内形成负压；

步骤(3)：所述圆珠与所述基底接触后缩回所述笔管内，所述低熔点金属合金在自重和负压的综合作用下平缓溢出所述笔管，打印沉积在所述基底上；

步骤(4)：所述基底始终放置在所述加热台上，所述加热台的温度始终高于所述低熔点金属合金的熔点；

步骤(5)：在打印完成后，所述加热台停止加热，打印在所述基底上的所述低熔点金属合金降温凝固，形成薄膜开关电路。

进一步地，在步骤(1)之前利用所述装置制备所述低熔点金属合金，还包括如下步骤：

步骤a.将原材料熔融后通过所述注入孔依次注入所述金属材料盒中，所述原材料为金属镓、铟、锡、铋、银、锌、锑中的一种或几种；

步骤b.通过所述真空压力孔将所述金属材料盒抽成真空状态；

步骤c.所述导热震动片对所述金属材料盒进行加热和震动，所述搅拌片对所述原材料进行二十分钟的搅拌；

步骤d.得到所述低熔点金属合金。

进一步地，在步骤(5)之后制备所述薄膜开关，还包括：

将两张镜像打印的所述薄膜开关电路采用隔离层封胶后互相贴附，将贴附后的所述薄膜开关电路放进烘箱，加热导致隔离层相互融合，形成所述薄膜开关。

进一步地，所述金属材料盒固定在水平二维导轨上实现水平运动，用电磁铁吸附所述金属材料盒实现垂直运动。

进一步地，所述搅拌片为磁体，在制备过程中持续旋转产生旋转的磁场，使得所述金属材料盒中的所述低熔点金属合金不断切割磁感线，辅助搅拌；同时所述导热震动片持续震动对所述金属材料盒内的所述低熔点金属合金进行震荡搅拌。

进一步地，所述水平二维导轨及所述电磁铁对所述金属材料盒的运动驱动，以及所述真空压力孔对所述金属材料盒的抽负压，均通过外接程序进行操控。

进一步地，所述方法可在任何含二维导轨的3D打印机上进行改装实现。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：

1、本发明的薄膜开关中采用的原材料的生产无污染物，且成本相较导电银浆更低。

2、本发明中薄膜开关的生产方式定制化成本低。

附图说明

附图1所示为本发明实施例所述的制备薄膜开关的装置。

附图2所示为利用本发明的薄膜开关制备装置和方法制成的薄膜开关结构示意图。

附图3所示为本发明另一种制备薄膜开关的装置

附图标记：1-金属层；2-基底；3-隔离层；4-搅拌片；5-导热震动片；6-低熔点金属合金；7-圆珠；8-注入孔；9-真空压力孔；10-笔管；11-加热台；12-丝网刮刀；13-丝网；A-金属材料盒。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

如图1所示，本发明的制备薄膜开关的装置，包括金属材料盒A，其顶部具备注入孔8和真空压力孔9，内部具备搅拌片4和导热震动片5，金属材料盒A腔体内可容纳低熔点金属合金6；笔管10，位于所述金属材料盒A的下部，且其内腔与所述金属材料盒A相通；圆珠7，位于所述笔管10的下部开口处，并在此处上下移动；基底2和加热台11，所述基底2位于所述加热台11的上表面。

如图2所示，由上述装置制备的薄膜开关，包括金属层1、基底2，及隔离层3。

其中，所述隔离层3为超软硅胶，所述基底2为PET材料。

按下薄膜开关金属层1所在的部位，超软硅胶形成的隔离层3压缩，薄膜开关金属层1上下贴附，形成导通，产生开关的作用。

利用上述装置，可以用来制备薄膜开关，具体步骤如下，：

步骤(1)：将所述低熔点金属合金6置于所述金属材料盒A中，

步骤(2)：通过所述真空压力孔9抽出气体以使所述金属材料盒A内形成负压；

步骤(3)：所述圆珠7与所述基底2接触后缩回所述笔管10内，所述低熔点金属合金6在自重和负压的综合作用下平缓溢出所述笔管10，打印沉积在所述基底2上；

步骤(4)：所述基底2始终放置在所述加热台11上，所述加热台11的温度始终高于所述低熔点金属合金6的熔点；

步骤(5)：在打印完成后，所述加热台11停止加热，打印在所述基底2上的所述低熔点金属合金6降温凝固，形成薄膜开关电路。

在上述步骤(3)中，低熔点金属合金6由于自身重力会自发溢出笔管10，而金属自重很大，自发溢出会导致溢出量过大，所以，当利用真空压力孔9抽取负压后,大气压力会抑制低熔点金属合金6的重力从而形成一种力的平衡,在这种综合作用下，低熔点金属合金6平缓溢出。

加热台11的作用有以下两点：金属会在加热作用下处于熔融状况下自流平，导致打印后线路更加平整；打印完成后进行加热热塑会导致金属在基材上附着力更好，抗挠性更佳。

在步骤(1)之前利用所述装置制备所述低熔点金属合金6，还包括如下步骤：

步骤a.将原材料熔融后通过所述注入孔8依次注入所述金属材料盒A中，所述原材料为金属镓、铟、锡、铋、银、锌、锑中的一种或几种；

步骤b.通过所述真空压力孔9将所述金属材料盒A抽成真空状态；

步骤c.所述导热震动片5对所述金属材料盒A进行加热和震动，所述搅拌片4对所述原材料进行二十分钟的搅拌；

步骤d.得到所述低熔点金属合金6。

在前述步骤(5)之后制备所述薄膜开关，还包括如下步骤：

将两张镜像打印的所述薄膜开关电路采用隔离层3封胶后互相贴附，将贴附后的所述薄膜开关电路放进烘箱，加热导致隔离层3相互融合，形成所述薄膜开关。

进一步地，所述金属材料盒A固定在水平二维导轨上实现水平运动，用电磁铁吸附所述金属材料盒A实现垂直运动。

进一步地，所述搅拌片4为磁体，在制备过程中持续旋转产生旋转的磁场，使得所述金属材料盒A中的所述低熔点金属合金6不断切割磁感线，辅助搅拌；同时所述导热震动片5持续震动对所述金属材料盒A内的所述低熔点金属合金6进行震荡搅拌。

进一步地，所述水平二维导轨及所述电磁铁对所述金属材料盒A的运动驱动，以及所述真空压力孔9对所述金属材料盒A的抽负压，均通过外接程序进行操控。

进一步地，所述方法可在任何含二维导轨的3D打印机上进行改装实现。

如图3所示，本发明的薄膜开关还可通过丝网印刷方式制备，具体方法如下：

步骤(1)：将基底2放置在加热台11上进行操作；

步骤(2)：将低熔点金属合金用丝网刮刀12均匀涂抹在丝网13上；

步骤(3)：所述低熔点金属合金通过所述丝网13的狭缝粘附在所述基底2上，形成图形；

步骤(4)：丝印完成后，所述加热台11停止加热，丝印在所述基底2上的所述低熔点金属合金降温凝固，形成薄膜开关电路。

上述低熔点金属合金可在步骤(1)之前提前制备，通过将金属镓、铟、铋、锡、锑、锌、银、锌中的一种或几种放在一起进行加热熔融，六十分钟后，再对合金进行十五分钟磁搅拌，期间无需隔氧，得到所述低熔点金属合金。

通过上述步骤(4)制得薄膜开关电路之后，即可利用制得的薄膜开关电路制备薄膜开关，通过将两张镜像打印的所述薄膜开关电路采用隔离层3封胶后互相贴附，将贴附后的所述薄膜开关电路放进烘箱，加热导致隔离层3相互融合，即可形成所述薄膜开关。

相应的，本发明还公开了采用上述制备方法制备薄膜开关的装置，该装置包括丝网刮刀12、丝网13、基底2和加热台11等组件；制备低熔点金属合金位于所述刮刀12和所述丝网13之间进行进给，在所述刮刀12的作用下所述低熔点金属合金通过所述丝网13的狭缝，粘附在位于所述丝网13下方的所述基底2上，所述基底2位于所述加热台11的上表面。

进一步地，所述低熔点金属合金为一种粘稠液体金属合金，具体为由金属镓、铟、铋、锡、锑、锌、银、锌中的一种或几种放在一起进行加热熔融后形成的低熔点合金，尤其可以为锡锌合金等120℃以下的金属及合金。

进一步地，所述丝网13为光刻法获取的丝网，丝网大小为80目至120目中的任一种。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备薄膜开关的方法，其特征在于，应用于制备薄膜开关的装置，该装置包括：金属材料盒(A)，其顶部具备注入孔(8)和真空压力孔(9)，所述金属材料盒(A)内部具备搅拌片(4)和导热震动片(5)，所述金属材料盒(A)腔体内容纳低熔点金属合金(6)；笔管(10)，位于所述金属材料盒(A)的下部，且所述笔管(10)内腔与所述金属材料盒(A)相通；圆珠(7)，位于所述笔管(10)的下部开口处，并在所述下部开口处上下移动；基底(2)和加热台(11)，所述基底(2)位于所述加热台(11)的上表面；

所述装置制备薄膜开关的方法包括如下步骤：

步骤(1)：将所述低熔点金属合金(6)置于所述金属材料盒(A)中，

步骤(2)：通过所述真空压力孔(9)抽出气体以使所述金属材料盒(A)内形成负压；

步骤(3)：所述圆珠(7)与所述基底(2)接触后缩回所述笔管(10)内，所述低熔点金属合金(6)在自重和负压的综合作用下平缓溢出所述笔管(10)，打印沉积在所述基底(2)上；

步骤(4)：所述基底(2)始终放置在所述加热台(11)上，所述加热台(11)的温度始终高于所述低熔点金属合金(6)的熔点；

步骤(5)：在打印完成后，所述加热台(11)停止加热，打印在所述基底(2)上的所述低熔点金属合金(6)降温凝固，形成薄膜开关电路。

2.如权利要求1所述的方法，在步骤(1)之前利用所述装置制备所述低熔点金属合金(6)，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a.将原材料熔融后通过所述注入孔(8)依次注入所述金属材料盒(A)中，所述原材料为金属镓、铟、锡、铋、银、锌、锑中的一种或几种；

步骤b.通过所述真空压力孔(9)将所述金属材料盒(A)抽成真空状态；

步骤c.所述导热震动片(5)对所述金属材料盒(A)进行加热和震动，所述搅拌片(4)对所述原材料进行二十分钟的搅拌；

步骤d.得到所述低熔点金属合金(6)。

3.如权利要求1或2所述的方法，在步骤(5)之后制备所述薄膜开关，其特征在于，将两张镜像打印的所述薄膜开关电路采用隔离层(3)封胶后互相贴附，将贴附后的所述薄膜开关电路放进烘箱，加热导致隔离层(3)相互融合，形成所述薄膜开关。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属材料盒(A)固定在水平二维导轨上实现水平运动，用电磁铁吸附所述金属材料盒(A)实现垂直运动。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述搅拌片(4)为磁体，在制备过程中持续旋转产生旋转的磁场，使得所述金属材料盒(A)中的所述低熔点金属合金(6)不断切割磁感线，辅助搅拌；同时所述导热震动片(5)持续震动对所述金属材料盒(A)内的所述低熔点金属合金(6)进行震荡搅拌。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平二维导轨及所述电磁铁对所述金属材料盒(A)的运动驱动，以及所述真空压力孔(9)对所述金属材料盒(A)的抽负压，均通过外接程序进行操控。

7.如权利要求4或6所述的方法，其特征在于，所述方法可在任何含二维导轨的3D打印机上进行改装实现。

8.一种薄膜开关，其特征在于，利用权利要求1-7中任一所述的制备薄膜开关的方法获得，包括金属层(1)、基底(2)，及隔离层(3)。

9.如权利要求8所述的薄膜开关，其特征在于，所述隔离层(3)为超软硅胶，所述基底(2)为PET材料。