CN111315146A - 柔性复合电路的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性复合电路的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：步骤一：利用激光加工装置以激光直写的方式在柔性光敏高分子薄膜表面诱导碳化形成具有预定的图案的石墨烯电路；步骤二：对步骤一中得到的石墨烯电路进行电化学沉积处理，使得所述石墨烯电路上沉积预定厚度的金属层，最终形成柔性复合电路。通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种柔性复合电路的制造方法，通过将激光直写和电化学沉积两种工艺相结合，在激光直写形成的石墨烯电路上电镀金属层，既可以快速高效地制造柔性复合电路，也可以提高柔性复合电路的导电性能。

Description

柔性复合电路的制造方法
技术领域
本发明涉及柔性电路的制造方法领域，尤其涉及一种柔性复合电路的制造方法。
背景技术
随着可穿戴的柔性电子器件的高速发展，柔性电路的发展需求也越来越大。通常，柔性电路都是银浆丝网印刷或光刻刻蚀金属的方法制造，这两种方法都需要借助掩模板来实现金属电路的图案化，使用这些传统方法制造电路通常需要相对长的时间和相对多的步骤。如果需要对电路的设计改变，还需要重新定制掩模板，这会消耗更多的时间。
考虑到掩模板的诸多局限，激光直写聚酰亚胺诱导碳化产生石墨烯电路是一种富有潜力的更高效快速制造电路的方法。但是，因为生成的激光诱导石墨烯电路是具有微孔隙的块体导电材料结构，导致激光诱导石墨烯电路的电导率和金属导线的电导率会相差3至4个数量级，导电性能较差。
发明内容
基于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够提高柔性电路的制造效率和导电性能的柔性复合电路的制造方法。
为此，本发明提供如下技术方案。
一种柔性复合电路的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
步骤一：利用激光加工装置以激光直写的方式在柔性光敏高分子薄膜表面诱导碳化形成具有预定的图案的石墨烯电路；
步骤二：对步骤一中得到的石墨烯电路进行电化学沉积处理，使得所述石墨烯电路上沉积预定厚度的金属层，最终形成柔性复合电路。
优选地，在形成所述石墨烯电路之前，先使用计算机辅助设计软件绘制所述图案，并将所述图案预先输入到激光加工装置的控制器中，使得所述激光加工装置能够根据所述图案加工所述柔性光敏高分子薄膜形成所述石墨烯电路。
优选地，在使用所述激光加工装置加工之前，将所述柔性光敏高分子薄膜固定于一固定板上。
优选地，所述柔性光敏高分子薄膜的厚度为50μm至100μm。
优选地，在进行所述电化学沉积处理之前，配置10-20mmol/L的柠檬酸钠电解质水溶液，并在所述电解质水溶液中加入硫酸铜盐，使得到的混合物中的硫酸铜盐的浓度为2-5mmol/L。
优选地，将所述石墨烯电路放置于所述电解质水溶液中，进行电化学沉积400秒至600秒。
优选地，所述金属层为铜层。
优选地，所述金属层的厚度为50nm至200nm。
优选地，所述制造方法还包括步骤三：用去离子水浸泡和清洗所述柔性复合电路，然后进行通风晾干。
优选地，所述柔性光敏高分子薄膜的制成材料包括聚酰亚胺。
通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种柔性复合电路的制造方法，通过将激光直写和电化学沉积两种工艺相结合，在激光直写形成的石墨烯电路上电镀金属层，既可以快速高效地制造柔性复合电路，也可以提高柔性复合电路的导电性能。
附图说明
图1示出了根据本发明的柔性复合电路的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的保护范围。
下面根据图1详细说明根据本发明的柔性复合电路的制造方法的具体实施方式。
在本实施方式中，如图1所示，根据本发明的柔性复合电路的制造方法包括：
步骤S1、固定柔性高分子薄膜
取一张大约A4纸尺寸大小、厚度大约为50-100μm的柔性高分子薄膜(例如，聚酰亚胺薄膜)，将其固定(例如，通过胶带固定)在一张平的固定板(例如，亚克力板)上，然后放置于激光加工装置的金属槽上。其中，固定薄膜是为了在激光加工时气流吹过和聚酰亚胺受热变形时，薄膜还会稳定地固定在固定板上，要被激光聚焦的薄膜平面和激光发射光源一直保持恒定的距离。
步骤S2、向激光加工装置中导入电路图案
使用计算机辅助设计软件(例如，CAD)绘制电路图案，然后将该电路图案输入至激光加工装置的计算机中，并打印导入到激光加工装置的控制面板(控制器)中。
步骤S3、使用激光加工装置加工柔性高分子薄膜，形成石墨烯电路
首先，通过对焦尺测量激光头和薄膜表面的距离，保证激光照射在最佳焦距。然后，在激光加工装置的控制面板中，切换激光到“光栅”模式(进行扫面加工)。接着，调节设置加工能量为1.44W，加工速度为7mm/s，PPI(Pixels Per Inch，像素密度)值为1000。最后，启动激光加工装置按照导入的电路图案进行激光直写，经过激光对薄膜的光热转化，即可在柔性高分子薄膜表面诱导碳化形成具有预定的图案的石墨烯电路。
其中，所使用的激光加工装置可以为VLS2.30，激光头可以为常规的激光头，使用的激光可以为二氧化碳激光。
步骤S4、对石墨烯电路进行电化学沉积铜处理，得到柔性复合电路
首先，配置10-20mmol/L的柠檬酸钠电解质水溶液，并在此电解质水溶液中加入硫酸铜盐，使得混合物中的硫酸铜盐的浓度为2-5mmol/L。
然后，在电化学工作站上，选择恒压法(电压＝0.34V)在以上述步骤S3中激光直写得到的石墨烯电路为工作电极，在以Ag/AgCl为参比电极和铂丝为对电极的三电极体系中，将形成了石墨烯电路的薄膜放入上述的电解质水溶液中，电化学沉积持续400s至600s，特别是500s，最终在石墨烯电路上电化学沉积大概50nm至200nm厚度的铜，特别是100nm厚度的铜，得到柔性复合电路。可以理解，石墨烯电路中的部分孔隙中将形成块铜，能够提高石墨烯电路的导电性能。
步骤S5、清洗晾干柔性复合电路
可以用去离子水浸泡和清洗电镀了铜的石墨烯电路。接着，可以在通风橱里，在常温条件下自然晾干上述的柔性复合电路。
通过使用半导体特性分析仪进行测试，与未电镀铜时相比，电镀了铜的柔性复合电路的电导率可提到1至2个数量级。
通过采用上述技术方案，根据本发明的柔性复合电路的制造方法至少具有如下优点：
在本发明的柔性复合电路的制造方法中，通过将激光直写和电化学沉积两种工艺相结合，在激光直写形成的石墨烯电路上电镀金属(例如铜)层，既可以快速高效地制造柔性复合电路，也可以提高柔性复合电路的导电性能。
以上的具体实施方式对本发明的技术方案进行了详细阐述，但是还需要补充说明的是：
(1)虽然在上述实施方式中说明了柔性高分子薄膜的材质为聚酰亚胺，但是本发明不限于此，该薄膜也可以是其他可被激光碳化的柔性光敏高分子薄膜。柔性高分子薄膜可以是包含柔性光敏高分子薄膜，例如聚酰亚胺薄膜的复合膜。
(2)虽然在上述实施方式中说明了电化学沉积铜至石墨烯电路，但是本发明不限于此，也可以沉积其它导电性良好的金属(例如，铝)至石墨烯电路。
(3)虽然在上述实施方式中说明了调节设置加工能量为1.44W，加工速度为7mm/s，但是本发明不限于此，也可以根据实际情况的需要设置其它合适的参数，只要加工能量和加工速度相匹配，能够进行碳化直写即可。

Claims (10)

1.一种柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
步骤一：利用激光加工装置以激光直写的方式在柔性光敏高分子薄膜表面诱导碳化形成具有预定的图案的石墨烯电路；
步骤二：对步骤一中得到的石墨烯电路进行电化学沉积处理，使得所述石墨烯电路上沉积预定厚度的金属层，最终形成柔性复合电路。
2.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，在形成所述石墨烯电路之前，先使用计算机辅助设计软件绘制所述图案，并将所述图案预先输入到激光加工装置的控制器中，使得所述激光加工装置能够根据所述图案加工所述柔性光敏高分子薄膜形成所述石墨烯电路。
3.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，在使用所述激光加工装置加工之前，将所述柔性光敏高分子薄膜固定于一固定板上。
4.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述柔性光敏高分子薄膜的厚度为50μm至100μm。
5.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，在进行所述电化学沉积处理之前，配置10-20mmol/L的柠檬酸钠电解质水溶液，并在所述电解质水溶液中加入硫酸铜盐，使得到的混合物中的硫酸铜盐的浓度为2-5mmol/L。
6.根据权利要求5所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，将所述石墨烯电路放置于所述电解质水溶液中，进行电化学沉积400秒至600秒。
7.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述金属层为铜层。
8.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述金属层的厚度为50nm至200nm。
9.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括步骤三：用去离子水浸泡和清洗所述柔性复合电路，然后进行通风晾干。
10.根据权利要求1所述的柔性复合电路的制造方法，其特征在于，所述柔性光敏高分子薄膜的制成材料包括聚酰亚胺。
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