CN109121288A - 一种柔性印刷电路板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性印刷电路板及其制备方法，其包括绝缘层基板、电池元件和至少一组带状传输线，带状传输线由导电浆料制成，导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒48～60％、树脂6～15％、弹性体粒子0.1～1％和有机溶剂24～46％；带状传输线电性连接照明电子元件和/或显示电子元件，带状传输线电性连接电池元件；绝缘层基板为高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布，并具备多个气孔。柔性印刷电路板具有伸缩性、透气性。本发明还提供了一种具有伸缩性、透气性的柔性印刷电路板制造方法。

Description

一种柔性印刷电路板及其制备方法
技术领域
本发明涉及柔性印刷电路板和柔性印刷电路板的制造方法，特别是涉及一种可穿戴或包装的柔性印刷电路板及其制造方法。
背景技术
随着电子行业的高速发展，对多功能、轻量化和薄小型电子部件的需求一直在迅速增长。因此，有必要增加安装有电子部件的印刷电路板的线路密度以及降低其厚度。现有的印刷电路板可分为：刚性印刷电路板(Rigid Printed Circuit Board；Rigid PCB)，以刚性的聚酯玻璃毡层压板、环氧玻璃布层压板等作为基材制作；柔性印刷电路板(FlexiblePrinted Circuit Board；FPCB)，以柔性的聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制作；以及刚性-柔性印刷电路板(Rigid-Flexible Printed CircuitBoard；R-F PCB)，结合刚性印刷电路板和柔性印刷电路板的优点，各个印刷电路板根据其特点来使用。预计在未来得到开发并利用的未来型装置中，柔性印刷电路板的应用前景更明朗。尤其，近来用于穿戴于人体上或快速包装上的柔性印刷电路板使人类生活变得更方便。例如，物联网智能包装、智能眼镜、智能衣服等开始将柔性印刷电路板以一同内置电子部件的方式得到开发。在这种变化的过程中，对于可使用于包装和穿戴的印刷电路板的开发可促进智能包装和服装等未来型装置的应用。
现有的柔性印刷电路板使用的导电浆料通常为聚合物和银颗粒的混合物形式，其通过导电颗粒之间的接触来保持导电性。由于导电浆料的聚合物不具有拉伸性能和弹性记忆功能，因而现有的柔性印刷电路板不具有被折叠或起皱后再次展开的恢复特性，并且不具有透气性，从而存在无法适用于包装和可穿戴的缺点。
另一方面，现有的柔性印刷电路板成形为褶皱形状时外层侧的弯曲应力大，另外，褶皱形状的弯曲部分在进行1000次以内的伸缩后很有可能发生断线。因此，需要频繁地更换发生断线的柔性印刷电路板，从而维护费用增加。另外，在将上述柔性印刷电路板使用于生产设备中时，还存在因为断线而导致生产中断这一问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种柔性印刷电路板及其制备方法，该柔性印刷电路板具有伸缩性、透气性、弯曲特性，以及在被折叠或起皱的状态下可恢复原来的扁平状态的恢复特性，该柔性印刷电路板传输损耗少，且能够实现高质量的信号传输。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种柔性印刷电路板，其具备绝缘层基板、电池元件、和至少一组带状传输线。上述带状传输线由导电浆料制成，上述导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒48～60％、树脂6～15％、弹性体粒子0.1～1％和有机溶剂24～46％；上述带状传输线电性连接照明电子元件和/或显示电子元件，上述带状传输线电性连接上述电池元件；上述绝缘层基板为高分子纤维网、高分子薄膜、高分子薄膜、纸或者布，并具备多个气孔。
上述导电颗粒选自银，碳，金，铜，锡，铟和镍中的至少一种。
优选的，粒径在1-5000nm范围内的金、银、铜、镍纳米颗粒可采用化学法合成、物理研磨等制备。当采用湿化学法合成的金属纳米颗粒时，需通过清洗、离心和沉淀等工艺去除过量有机物，至有机物含量小于1wt％。当用物理研磨等其它方法制备金属纳米粒子时，其有机物含量也应控制在小于1wt％。
上述树脂为丙烯酸类共聚物树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、改性环氧树脂。
上述弹性体粒子包含有机硅的弹性体颗粒、聚氨酯的弹性体颗粒、丙烯酸酯树脂的弹性体颗粒、聚烯烃的弹性体颗粒中的至少一种。
有机溶剂包括烷烃化合物、醇类化合物、醇酯类化合物、醇醚类化合物、酯类化合物、酮类化合物中的至少一种。
优选的，所用有机溶剂为二乙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、松油醇、二元酸酯混合物、异佛尔酮等。
上述照明电子元件为LED，Micro-LED，OLED中的至少一种。上述显示电子元件为LED，Micro-LED，OLED，LCD中的至少一种。柔性印刷电路板可控制照明电子元件的开关、显示电子元件的静态和动态显示。
同时，柔性印刷电路板设置有动态开关。优选的，动态开关可以是滑动电极，导电铜带，导电磁条或指针，导电指针可以带有计时功能，也可以设置机械计时装置。
绝缘层基板具有多个气孔，其由高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布制成。气孔使柔性印刷电路板具有透气性，从而使柔性印刷电路板可穿戴。上述高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布基材的厚度超过10μm，当在基材的上侧面和下侧面分别形成电路图案时，形成于上侧面和下侧面的电路图案互不通电或通过过孔连接上下侧面。
带状传输线设置为多种图案，由导电浆料填充于所述高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布及其气孔上而形成。通过丝网或凹印或喷涂或柔版印刷导电浆料形成带状传输线，高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布及其气孔使柔性印刷电路板有防水性、透气性及可挠性。柔性印刷电路板可内置于里料与外料之间，因此具有可适用于智能包装、智能服装等多种未来型装置的优点。
此外，上述柔性印刷电路板上设置有驱动板以控制上述照明电子元件，照明电子元件为LED、Micro-LED、OLED中的至少一种。柔性印刷电路板可通过驱动板控制照明元件的开关。
上述柔性印刷电路板上设置有驱动板以控制上述显示电子元件，显示电子元件为LED、Micro-LED、OLED、LCD中的至少一种。柔性印刷电路板可通过驱动板控制显示电子元件的静态和动态显示。
上述驱动板具有无线连接组件以使其进行无线数据传输。例如，驱动板设置有蓝牙、红外近场通讯元件，或者WiFi、2.4G、433M或GPRS等网络通信元件，用户可通过近场通讯或网络连接控制柔性印刷电路板的照明或显示。
上述柔性印刷电路板上设置有连接外接电源的接口以使其接受外接电源供电。柔性印刷电路板的供电系统可由电池元件切换至外接电源，也可以通过外接电源对电池元件充电。
一种柔性印刷电路板的制备方法，包括：通过铺展具有多个气孔的高分子纤维网、高分子薄膜、纸或布形成绝缘层基板；采用丝网或凹印或喷涂或柔版在所述高分子纤维网基材上印刷导电浆料来形成带状传输线；对印刷的所述带状传输线进行固化，导电浆料中的有机溶剂在固化后完全挥发；在所述带状传输线上安装电池元件，照明电子元件和/或显示电子元件。绝缘层基板由高分子纤维网、高分子薄膜或纸或布形成。
本发明柔性印刷电路板的绝缘层基板由具有多个气孔的高分子纤维网、高分子薄膜或纸或布组成，其上面的带状传输层具有柔性和导电性。带状传输层与绝缘层基板的复合，使得带状传输层在折叠或起皱时可以释放应力至绝缘层基板。因此，柔性印刷电路板具有在多次折叠或起皱的状态下仍可恢复原来扁平状态的恢复特性，同时绝缘层基板上的气孔使得柔性印刷电路板具有透气性。
本发明的有益效果是：本发明的柔性印刷电路板，其具有弯曲特性及在被折叠或起皱的状态下可恢复原来扁平状态的恢复特性，同时还具有伸缩性和透气性，并且传输损耗少且能够实现高质量的信号传输。
附图说明
本发明及其优点将通过研究以非限制性实施例的方式给出，并通过所附附图所示的特定实施方式的详细描述而更好的理解，其中：
图1是本发明一种柔性印刷电路的立体结构剖视图；
图2是本发明一种柔性印刷电路板的带状传输线的平面图；
图3是本发明一种柔性印刷电路板的带状传输线的平面图；
图4是本发明一种柔性印刷电路板的带状传输线的平面图；
图5是本发明一种柔性印刷电路板的带状传输线120的平面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种柔性印刷电路板100，如图1所示，其具备绝缘层基板110、电池元件140、和至少一组带状传输线120。上述带状传输线120由导电浆料制成，上述导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒48％、树脂5％、弹性体粒子1％和有机溶剂46％；上述带状传输线120电性连接照明和显示电子元件130，上述带状传输线连接上述电池元件140；上述绝缘层基板110为高分子纤维网。
上述导电颗粒为粒径在200-1000nm范围内的银纳米颗粒，可采用化学法合成。当采用湿化学法合成的金属纳米颗粒时，需通过清洗、离心和沉淀等工艺去除过量有机物，至含量小于1wt％。
上述树脂为丙烯酸类共聚物。
上述弹性体粒子为重量比为1:1的聚氨酯的弹性体颗粒和丙烯酸树脂的弹性体颗粒。
上述有机溶剂为二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚。
上述导电浆料固化后的电阻率为1.0×10-3Ω.cm。
上述照明电子元件为LED121(如图4、图5所示)。柔性印刷电路板可控制照明元件的开关，显示电子元件的静态和动态显示。动态开关可以是滑动电极123(如图2所示)，导电铜带，导电磁条124(如图3所示)或导电指针122，导电指针122可以带有计时功能(如图5所示)，也可以设置机械计时装置。
上述高分子纤维网具有多个气孔。气孔使柔性印刷电路板具有透气性，从而使柔性印刷电路板可穿戴。上述高分子纤维网基材的厚度为20μm至500μm，当在基材的上侧面和下侧面分别形成电路图案时，形成于上侧面和下侧面的电路图案互不通电。
上述带状传输线设置为多种图案，由导电浆料填充于所述高分子纤维网及其气孔上而形成。通过丝网印刷形成带状传输线，高分子纤维网及其气孔使柔性印刷电路板有防水性、透气性及可挠性。柔性印刷电路板经过1000次180°弯折实验后，在20秒内恢复原有铺展形状，并没有出现任何折痕。柔性印刷电路板可内置于里料与外料之间，因此具有可适用于智能包装、智能服装等多种未来型装置的优点。
上述柔性印刷电路板设置驱动板以控制上述照明或显示电子元件。柔性印刷电路板可通过驱动板控制照明元件的开关，显示电子元件的静态和动态显示。
上述驱动板具有无线连接组件以使其进行无线数据传输。例如，驱动板设置有蓝牙近场通讯元件，或者WiFi、2.4G、433M或GPRS等网络通信元件，用户可通过网络控制柔性印刷电路板的照明或显示。
上述柔性印刷电路板上设置连接外接电源的接口以使其接受外接电源供电。柔性印刷电路板的供电系统可由电池元件切换至外接电源，也可以通过外接电源对电池元件充电。
上述柔性印刷电路板的制备方法，包括：通过对高分子及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝而形成由具有多个气孔的高分子纤维网形成绝缘层基板110；采用丝网或凹印或喷涂或柔版在所述高分子纤维网基材上印刷导电浆料来形成带状传输线120；对印刷的所述带状传输线进行固化；在所述带状传输线上安装电池元件140，照明和显示电子元件130。
实施例2
一种柔性印刷电路板，其结构与实施例1的柔性印刷电路板一致，不同之处在于绝缘层基板为无纺布材料，带状传输线的导电浆料成分不同。上述导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒60％、树脂15％、弹性体粒子0.5％和有机溶剂24.5％。
上述导电浆料中导电颗粒为粒径在100～1000nm纳米银和碳纳米管。
上述树脂为聚氨酯树脂。
上述导电浆料中弹性体粒子为聚氨酯的弹性体颗粒。
上述导电浆料中有机溶剂为二元酸酯混合物和异佛尔酮的混合物。
上述导电浆料的比电阻为4.0×10-3Ω.cm。柔性印刷电路板经过1000次180°弯折实验后，在20秒内恢复原有铺展形状，并没有出现任何折痕。
上述无纺布具有多个气孔。气孔使柔性印刷电路板具有透气性，从而使柔性印刷电路板可穿戴。上述无纺布基材的厚度为500μm，当在基材的上侧面和下侧面分别形成电路图案时，形成于上侧面和下侧面的电路图案互不通电。
上述带状传输线设置为多种图案，由导电浆料填充于所述无纺布及其气孔上而形成。通过丝网印刷形成带状传输线，无纺布及其气孔使柔性印刷电路板有防水性、透气性及可挠性。柔性印刷电路板可内置于里料与外料之间，因此具有可适用于智能包装、智能服装等多种未来型装置的优点。
上述柔性印刷电路板设置驱动板以控制上述照明或显示电子元件。柔性印刷电路板可通过驱动板控制照明元件的开关，显示电子元件的静态和动态显示。
上述驱动板具有无线连接组件以使其进行无线数据传输。例如，驱动板设置有蓝牙近场通讯元件和WiFi、GPRS网络通信元件，用户可通过网络控制柔性印刷电路板的照明或显示。
上述柔性印刷电路板上设置连接外接电源的接口以使其接受外接电源供电。柔性印刷电路板的供电系统可由电池元件切换至外接电源，也可以通过外接电源对电池元件充电。
上述柔性印刷电路板的制备方法，包括：通过铺展具有多个气孔的无纺布绝缘层基板110；采用丝网印刷法或喷墨打印在所述高分子纤维网基材上印刷导电浆料来形成带状传输线120；对印刷的所述带状传输线进行固化；在所述带状传输线上安装电池元件140，照明和/或显示电子元件130。
实施例3
一种柔性印刷电路板，其结构与实施例1的柔性印刷电路板一致，不同之处在于绝缘层基板为纤维纸，带状传输线的导电浆料成分不同。上述导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒50％、树脂15％、弹性体粒子0.1％和有机溶剂34.9％。
上述导电浆料中导电颗粒为粒径在200nm纳米银和石墨烯粉。
上述树脂为聚酯树脂。
上述导电浆料中弹性体粒子为聚氨酯弹性体颗粒。
上述导电浆料中有机溶剂为二元酸酯混合物。
上述导电浆料的比电阻为6.0×10-3Ω.cm。
上述无纺布具有多个气孔。气孔使柔性印刷电路板具有透气性，从而使柔性印刷电路板可穿戴。上述纤维纸基材的厚度为200μm，当在基材的上侧面和下侧面分别形成电路图案时，形成于上侧面和下侧面的电路图案互不通电。
上述带状传输线设置为多种图案，由导电浆料填充于所述纤维纸及其气孔上而形成。通过丝网印刷形成带状传输线，纤维纸及其气孔使柔性印刷电路板有防水性、透气性及可挠性。柔性印刷电路板可内置于里料与外料之间，因此具有可适用于智能包装、智能服装等多种未来型装置的优点。
上述柔性印刷电路板设置驱动板以控制上述照明或显示电子元件。柔性印刷电路板可通过驱动板控制照明元件的开关，显示电子元件的静态和动态显示。
上述驱动板具有无线连接组件以使其进行无线数据传输。例如，驱动板设置有蓝牙近场通讯元件，和WiFi、GPRS网络通信元件，用户可通过网络控制柔性印刷电路板的照明或显示。
上述柔性印刷电路板上设置连接外接电源的接口以使其接受外接电源供电。柔性印刷电路板的供电系统可由电池元件切换至外接电源，也可以通过外接电源对电池元件充电。
上述柔性印刷电路板的制备方法，包括：通过铺展具有多个气孔的纤维纸绝缘层基板110；采用丝网印刷法或喷墨打印在所述高分子纤维网基材上印刷导电浆料来形成带状传输线120；对印刷的所述带状传输线进行固化；在所述带状传输线上安装电池元件140，照明和/或显示电子元件130。
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种柔性印刷电路板，其包括绝缘层基板、电池元件和至少一组带状传输线，其特征在于，所述带状传输线由导电浆料制成，所述导电浆料按重量百份比包括以下组分：导电颗粒48～60％、树脂6～15％、弹性体粒子0.1～1％和有机溶剂24～46％；所述带状传输线电性连接照明电子元件和/或显示电子元件，所述带状传输线电性连接所述电池元件；所述绝缘层基板为高分子纤维网、高分子薄膜、纸或者布，并具备多个气孔。
2.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述导电颗粒包括选自银、碳、铜、锡、铟和镍中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述树脂为丙烯酸类共聚物树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、改性环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述弹性体粒子包含有机硅的弹性体颗粒、聚氨酯的弹性体颗粒、丙烯酸酯树脂的弹性体颗粒、聚烯烃的弹性体颗粒中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述有机溶剂包括烷烃化合物、醇类化合物、醇酯类化合物、醇醚类化合物、酯类化合物、酮类化合物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述照明电子元件为LED、Micro-LED、OLED中的至少一种；所述显示电子元件为LED、Micro-LED、OLED、LCD中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述带状传输线由导电浆料填充于所述绝缘层基板及其气孔上。
8.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述柔性印刷电路板上设置有驱动板，所述驱动板设置有无线连接组件。
9.根据权利要求1所述的柔性印刷电路板，其特征在于：所述柔性印刷电路板上设置有连接外接电源的接口。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的柔性印刷电路板的制备方法，其特征在于，包括：
铺展具有多个气孔的绝缘层基板；
采用丝网或凹印或喷涂或柔版在所述绝缘层基板上印刷导电浆料来形成带状传输线；
对印刷的上述带状传输线进行固化；
在上述带状传输线上集成安装电池元件、照明电子元件和/或显示电子元件；
其中所述绝缘层基板由高分子纤维网或高分子薄膜或纸或布形成。
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