CN109379848A - 新型柔性印刷电路的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型柔性印刷电路的制造方法。本发明公开了一种新型柔性印刷电路的制造方法,该方法是在需要制备柔性电路的基体材料上覆盖上图案化掩膜版,其中掩膜版是有镂空的,具有电路图案化的膜版,然后利用超声精密雾化喷涂技术,将配置好的纳米导电油墨进行超声雾化,并在喷头处产生微米级细小雾滴,与此同时,加入一定压力的压缩空气,使油墨雾滴在气流的引导下均匀的喷涂到覆盖有掩膜版的基体材料上,根据纳米导电油墨的性质,对基体材料进行退火烧结处理,至此完成柔性电路的制备。可以满足市场上对柔性电路的要求,并且,喷涂厚度可控、适应不同的基材。本发明方法将为柔性电路板的制备工艺和方法提供一种新的思路。

Description

新型柔性印刷电路的制造方法
技术领域
本发明涉及印刷电子领域,具体涉及一种新型柔性印刷电路的制造方法。
背景技术
随着我过经济的迅速发展,人们生活水平的日益提升,对电子产品的需求也不断膨胀。现如今电子产品已经与我们生活紧紧联系在一起,在某种程度上来说,我们对它们的依赖也比以往任何时候都大。而构成所有这些电子产品中必不可少的一部分就是印刷电路板(PCB),我国是世界PCB生产的第一大国,总产值、总产量双双位居第一,去年产值达到5584多亿人民币,电路板的制作也由此成为信息产业界的重要产业,但传统制造PCB过程大多采用蚀刻减成法,从而污染大、技术含量低。而印刷电子作为一种新兴的制造技术正引起人们极大的关注。
现如今,电子产品越来越灵活多样,对PCB的要求也越来越高,柔性化、低污染、高效性等都是不可忽略的影响因素。数字印刷技术是目前采用的最多的替代传统印刷的一种方法,喷墨印刷作为其中的典型代表尤其受到关注,喷墨印刷主要实现了个性化印刷,实现即时、小批量可变数据印刷。喷墨印制PCB时,油墨泵以一定的压力将导电油墨从喷嘴中喷射出。形成连续的墨流,接着墨流会被送至印刷头中获得静电,其中印刷头中充有高压电的金属管,此时的墨滴流将按一定的顺序排列。可以通过调节油墨泵的压力和电压的幅度来产生尽量多的微小墨滴,墨滴通过带点金属管时,那些微小的墨滴被充电,而大墨滴不被充电。当充电信号被去除时,带有静电的微小墨滴在偏转电极直流电场的作用下发生偏转,形成印刷的油墨束,进而射到承印物上,完成印刷。而不充电的墨滴则被回收再利用。
传统技术存在以下技术问题:
现有的两种制备PCB的方法中,传统的蚀刻减成法生产工序多、材料消耗大、对环境污染严重,每层制作都需要剥离光阻材料,重复加工工作量大,故效率低、污染重、成本高。目前备受关注的喷墨印刷法虽在一定程度上解决了高污染的问题,但在大幅面、重载荷的PCB制备中仍然束手无策。可以想象,喷墨印刷是通过电子偏转后喷在承印物上的,其工作速度无法满足大批量的产品订单,这在工业生产中是很大的缺陷。此外,由于一般的喷墨印刷机都只能小范围的印制PCB,那么在遇到较大幅面的电路板时将无法完成制作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型柔性印刷电路的制造方法,可通过较少的工序完成大幅面、大批量的PCB制作,而且不存在污染的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种新型柔性印刷电路的制造方法,包括:
基材、导电油墨的选择和配制:基材选择可承印导电油墨的基体材料;导电油墨选择金属纳米导电油墨;
金属掩膜版设计制作根据生产厂家的实际印刷电路需求可制作不同图案的印制电路,所选掩膜版采用金属材料,基体材料的大小尺寸来确定所需掩膜版的大小,所选掩膜版的厚度应小于待加工导线的最小宽度,通过现有加工技术获得镂空的电路图案;
基材、掩膜版的清洗预处理;依次进行无水乙醇、丙酮的洗涤,然后超声清洗再干燥;对不锈钢掩膜版进行同样的清洗,然后放置待用;
对覆盖有金属掩膜板的基材进行喷涂印刷;将处理好的基材、不锈钢金属掩膜版依次置于喷涂设备的载物台上,保证掩膜版与基材紧密贴合,加热载物台以确保雾化过程中导电油墨及时干燥,对导电油墨纳米金属溶液进行雾化喷涂处理;
涂覆后处理;取喷涂结束的基体材料,将掩膜版剥离基材,此时将印有金属纳米图案的基材放置于加热板上,在140℃到160℃下进行15min到25min的退火处理,得到印刷电路。
在其中一个实施例中,优选纳米银溶液作为纳米导电油墨使用。
在其中一个实施例中,基材的选择包括但不限于纺织纤维类、有机高分子材料和玻璃。
在其中一个实施例中,选择0.2mm厚度的不锈钢掩膜版。
在其中一个实施例中,在150℃下进行退火处理。
在其中一个实施例中,进行20min的退火处理。
在其中一个实施例中,“对覆盖有金属掩膜板的基材进行喷涂印刷;将处理好的基材、不锈钢金属掩膜版依次置于喷涂设备的载物台上,保证掩膜版与基材紧密贴合,加热载物台以确保雾化过程中导电油墨及时干燥,对导电油墨纳米金属溶液进行雾化喷涂处理;”中具体包括:
1)进液系统:进液系统主要用于导电油墨的存储和进给,选用一定浓度的纳米金属溶液作为喷涂使用,进液系统由主控制系统控制工作状态,与超声雾化喷头的进液端相连接,根据导电油墨的粘度,按照实际要求调节进液速度,流速在0.1ml/min-30ml/min范围内;
2)进气系统:进气系统用于给喷涂设备提供压缩气体,通过主控系统控制其通断状态,气体输出端与超声雾化喷头的进气端口相连接;依据制备情况可进行气压调节,范围在0-0.2MPa;
3)超声喷头相关部件的连接:超声雾化喷头是由驱动电源来持续发送脉冲激励压电陶瓷振动的,所选超声雾化设备可将液滴直径雾化至20mm;喷涂高度10-40mm,平均喷涂粒径8-50μm,驱动电源功率调节范围在0-5W;
4)进料系统及喷头X、Y、Z三轴联动运动系统;将基体材料以及不锈钢掩膜版传送至指定的加工位置,超声喷头安装在X、Y、Z三轴联动系统中,通过给控制系统写入程序的方式来控制喷头在各个方向上的灵活运动,也可在控制系统中规划运行路径,满足不同需求的印刷工作;其中三联动轴的各项参数均可在运行前手动设置,主要包括:运行速度、单步运行距离、起始点位置、喷涂区域、循环喷涂次数等;
5)针对具体的导电油墨以及基体材料对工艺参数进行准确设定:具体参数可直接在控制系统里的初始化程序中直接修改,也可以通过人机交互界面时时更改;完成参数的一系列设置后,喷头将按照规划路径对基体进行一定次数的喷涂工作;这样即可完成图案化柔性电路的制作。
在其中一个实施例中,所述的喷头X、Y、Z三轴联动系统各项参数(运行速度、单步运行距离、起始点位置、喷涂区域、循环喷涂次数等)可调节。
在其中一个实施例中,
本发明的有益效果:
在需要制备柔性电路的基体材料上覆盖上图案化掩膜版,其中掩膜版是有镂空的,具有电路图案化的膜版,然后利用超声精密雾化喷涂技术,将配置好的纳米导电油墨进行超声雾化,并在喷头处产生微米级细小雾滴,与此同时,加入一定压力的压缩空气,使油墨雾滴在气流的引导下均匀的喷涂到覆盖有掩膜版的基体材料上,根据纳米导电油墨的性质,对基体材料进行退火烧结处理,至此完成柔性电路的制备。其中超声雾化喷头是安装在具有X、Y、Z三个自由度的设备上的,即可实现对不同大小喷涂材料的灵活性喷涂;生产效率高、适合大幅面重载荷的大批量生产,有效解决了在工业生产中产能较低的情况。所制备的印刷线路表面光滑平整,转角边界清晰可见,导电性能优异。可以满足市场上对电路板的基本要求。
附图说明
图1是本发明新型柔性印刷电路的制造方法的处理工艺示意图。
图2是本发明新型柔性印刷电路的制造方法的印刷电路板的照片实例之一。
图3是本发明新型柔性印刷电路的制造方法的印刷电路板的照片实例之二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
请参见图1到图3,所示,一种新型柔性印刷电路的制造方法,其具体制造实施方法和步骤如下:
(1)基材、导电油墨的选择和配制
基材的选择包括但不限于纺织纤维类、有机高分子材料(PI、PET、PP等)、玻璃等可承印导电油墨的基体材料。依据现市场传统的基材,优选有机高分子类材料PI、PET等有一定柔性的作为基体研究。导电油墨选择包括但不限于金属导电油墨(金、银、铜、碳)。依现有设备技术,优选纳米银溶液作为导电油墨使用。
(2)金属掩膜版设计制作
根据生产厂家的实际印刷电路需求可制作不同图案的印制电路,所选掩膜版包括但不限于不锈钢、铝合金等金属材料,依现有设备技术,选择不锈钢作为掩膜版使用,基体材料的大小尺寸来确定所需掩膜版的大小,所选掩膜版的厚度应小于待加工导线的最小宽度,依据实际生产情况,选择0.2mm厚度的不锈钢掩膜版,通过现有加工技术获得镂空的电路图案。
(3)基材、掩膜版的清洗预处理
取按制备要求选择的基材有机高分子材料(PET膜),依次进行无水乙醇、丙酮的洗涤,然后超声清洗再干燥,以去除基材表面的灰尘杂志及有机溶剂等。对不锈钢掩膜版进行同样的清洗,然后放置待用。
(4)对覆盖有金属掩膜板的PET膜进行喷涂印刷
将处理好的基材PET膜、不锈钢金属掩膜版依次置于喷涂设备的载物台上,保证掩膜版与基材紧密贴合,加热载物台以确保雾化过程中导电油墨及时干燥,对导电油墨纳米银溶液进行雾化喷涂处理。
结合图1工艺示意图,具体实施方法如下:
1)进液系统。进液系统主要用于导电油墨的存储和进给,按照步骤(1)所述,选用一定浓度的纳米银溶液作为喷涂使用,进液系统由主控制系统控制工作状态,与超声雾化喷头的进液端相连接,根据导电油墨的粘度,按照实际要求调节进液速度,流速在0.1ml/min-30ml/min范围内。
2)进气系统。进气系统用于给喷涂设备提供压缩气体,通过主控系统控制其通断状态,气体输出端与超声雾化喷头的进气端口相连接。依据制备情况可进行气压调节,范围在0-0.2MPa。
3)超声喷头相关部件的连接。超声雾化喷头是由驱动电源来持续发送脉冲激励压电陶瓷振动的,所选超声雾化设备可将液滴直径雾化至20μm;驱动电源功率调节范围在0-5W。
4)进料系统及喷头X、Y、Z三轴联动运动系统。将基体材料以及不锈钢掩膜版传送至指定的加工位置,超声喷头安装在X、Y、Z三轴联动系统中,通过给控制系统写入程序的方式来控制喷头在各个方向上的灵活运动,也可在控制系统中规划运行路径,满足不同需求的印刷工作。其中三轴的各项参数均可在运行前手动设置,主要包括:运行速度、单步运行距离、起始点位置、喷涂区域、循环喷涂次数等。
5)针对具体的导电油墨以及基体材料对工艺参数进行准确设定。具体参数可直接在控制系统里的初始化程序中直接修改,也可以通过人机交互界面时时更改。完成参数的一系列设置后,喷头将按照规划路径对基体进行一定次数的喷涂工作。这样即可完成图案化PCB的制作。
6)取喷涂结束的基体材料,将不锈钢掩膜版剥离PET膜,此时将印有纳米银图案的PET膜放置与加热板上,在150℃下进行20min的退火处理,得到柔性印刷电路板。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,包括:
基材、导电油墨的选择和配制:基材选择可承印导电油墨的基体材料;导电油墨选择金属纳米导电油墨;
金属掩膜版设计制作根据生产厂家的实际印刷电路需求可制作不同图案的印制电路,所选掩膜版采用金属材料,基体材料的大小尺寸来确定所需掩膜版的大小,所选掩膜版的厚度应小于待加工导线的最小宽度,通过现有加工技术获得镂空的电路图案;
基材、掩膜版的清洗预处理;依次进行无水乙醇、丙酮的洗涤,然后超声清洗再干燥;对不锈钢掩膜版进行同样的清洗,然后放置待用;
对覆盖有金属掩膜板的基材进行喷涂印刷;将处理好的基材、不锈钢金属掩膜版依次置于喷涂设备的载物台上,保证掩膜版与基材紧密贴合,加热载物台以确保雾化过程中导电油墨及时干燥,对导电油墨纳米金属溶液进行雾化喷涂处理;
涂覆后处理;取喷涂结束的基体材料,将掩膜版剥离基材,此时将印有金属纳米图案的基材放置于加热板上,在140℃到160℃下进行15min到25min的退火处理,得到印刷电路。
2.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,优选纳米银溶液作为纳米导电油墨使用。
3.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,基材的选择包括但不限于纺织纤维类、有机高分子材料和玻璃。
4.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,选择0.2mm厚度的不锈钢掩膜版。
5.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,在150℃下进行退火处理。
6.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,进行20min的退火处理。
7.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,“对覆盖有金属掩膜板的基材进行喷涂印刷;将处理好的基材、不锈钢金属掩膜版依次置于喷涂设备的载物台上,保证掩膜版与基材紧密贴合,加热载物台以确保雾化过程中导电油墨及时干燥,对导电油墨纳米金属溶液进行雾化喷涂处理;”中具体包括:
1)进液系统:进液系统主要用于导电油墨的存储和进给,选用一定浓度的纳米金属溶液作为喷涂使用,进液系统由主控制系统控制工作状态,与超声雾化喷头的进液端相连接,根据导电油墨的粘度,按照实际要求调节进液速度,流速在0.1ml/min-30ml/min范围内;
2)进气系统:进气系统用于给喷涂设备提供压缩气体,通过主控系统控制其通断状态,气体输出端与超声雾化喷头的进气端口相连接;依据制备情况可进行气压调节,范围在0-0.2MPa;
3)超声喷头相关部件的连接:超声雾化喷头是由驱动电源来持续发送脉冲激励压电陶瓷振动的,所选超声雾化设备可将液滴直径雾化至20mm;喷涂高度10-40mm,平均喷涂粒径8-50μm,驱动电源功率调节范围在0-5W;
4)进料系统及喷头X、Y、Z三轴联动运动系统;将基体材料以及不锈钢掩膜版传送至指定的加工位置,超声喷头安装在X、Y、Z三轴联动系统中,通过给控制系统写入程序的方式来控制喷头在各个方向上的灵活运动,也可在控制系统中规划运行路径,满足不同需求的印刷工作;其中三联动轴的各项参数均可在运行前手动设置,主要包括:运行速度、单步运行距离、起始点位置、喷涂区域、循环喷涂次数等;
5)针对具体的导电油墨以及基体材料对工艺参数进行准确设定:具体参数可直接在控制系统里的初始化程序中直接修改,也可以通过人机交互界面时时更改;完成参数的一系列设置后,喷头将按照规划路径对基体进行一定次数的喷涂工作;这样即可完成图案化柔性电路的制作。
8.如权利要求1所述的新型柔性印刷电路的制造方法,其特征在于,所述的喷头X、Y、Z三轴联动系统各项参数(运行速度、单步运行距离、起始点位置、喷涂区域、循环喷涂次数等)可调节。
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