CN112333928A - 一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，首先在较低的固化温度下打印电路基底，将其进行原位高温固化，待其在短时间内由液态转化为固态后，在固化的电路基底表面进行液态金属导线的打印，打印完毕后放置电子元器件，然后较低的固化温度下进行封装层的打印，待封装层打印完毕后进行高温固化形成最终的柔性电路。该方法步骤简单高效，所制备的柔性电路液态金属线完整，具有良好的拉伸能力。

Description

一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法
技术领域
本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法。
背景技术
柔性电子在人体健康监测，可穿戴电子和机器人等领域中具有广阔用途。而镓基液态金属由于同时具有液体的流动性和金属的导电性，被广泛地应用在柔性电子行业。发明专利“激光诱导液态金属转印电路、制备方法及柔性压力传感器”(申请号202010170222.3)，利用飞秒激光诱导PDMS表面形成一定图案的微纳米结构，改变PDMS表面的黏附性，并用来选择性转印液态金属，再用PDMS膜封装后得到液态金属微通道组成的激光诱导液态金属转印电路。发明专利“基于液态金属的柔性大应变传感器及其制备方法”(申请号201911270990.X)，提出通过3D打印包括型腔和型芯，型芯与微流体通道的蜡模模具，并用高分子材料填入蜡模模具，加热熔化蜡模得到微流体通道，利用真空将液态金属填入微流体通道。发明专利“基于液态金属的高灵敏度拉力传感器及其制造方法”(申请号201910158982.X)公开了一种基于液态金属的高灵敏度拉力传感器及其制造方法，利用光刻技术制作流道模具，将液态的PDMS倒入上基片流道模具，固化后打孔，利用注射器将液态金属注入预设通道，形成液态金属导线。
综上所述，已经公开的基于液态金属的柔性电路制造工艺存在以下缺点：(1)液态金属导线制作工艺复杂，需要光刻，转印或者是熔模铸造等工艺；(2)柔性电路基底和封装工艺复杂，需要多个工艺或工位。
本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
发明内容
针对背景技术中指出的问题，本发明提出了一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，该方法步骤简单高效，所制备的柔性电路液态金属线完整，具有良好的拉伸能力。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
在本申请的一些实施例中，一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，首先在较低的固化温度下打印电路基底，将其进行原位高温固化，待其在短时间内由液态转化为固态后，在固化的电路基底表面进行液态金属导线的打印，打印完毕后放置电子元器件，然后较低的固化温度下进行封装层的打印，待封装层打印完毕后进行高温固化形成最终的柔性电路。
在本申请的一些实施例中，首先在加热底板上放置打印底板，按照以下步骤进行打印：步骤1，设置加热底板的温度为较低固化温度，使用基底料筒进行打印，按照柔性电路形状打印完电路基底；步骤2，在电路基底打印完毕后，升高加热底板的温度到较高的固化温度，加热一段时间后，直到待电路基底由液态变为固态；步骤3，在固化的电路基底的表面，按照电路图需要，使用液态金属料筒打印液态金属导线；步骤4，按照电路图需要，放置电子元器件；步骤5，设置加热底板的温度为较低固化温度，根据电路形状和电子元器件的高度，控制封装料筒的移动轨迹，打印封装层；步骤6，设置加热底板的温度为较高固化温度，将打印完封装层的电路进行高温固化，待其变为固态后可以原位固化，也可将其从打印底板上揭下放入加热炉中固化。
在本申请的一些实施例中，所述液态金属为质量比为75％的镓和25％的铟组成的共晶镓铟合金(EGaIn)。
在本申请的一些实施例中，所述较低固化温度为40-60℃。
在本申请的一些实施例中，所述较高固化温度60-100℃。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
本发明步骤简单高效，所制备的柔性电路液态金属线完整，具有良好的拉伸能力，且液态金属作为导线，基底层和封装层在一个工位上打印出来，并且同位固化，高效快速成本低，具有很大的应用前景。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的打印步骤示意图；
图2为扫描电镜图，(a)液态金属线导线，(b)封装完成后电路截面图；
图3为柔性LED灯电路点亮照片(a)自然放置状态(b)对角拉伸状态，(c)对边拉伸状态。
附图标记：
1-基底料筒，2-电路基底，3-打印底板，4-加热底板，5-液态金属导线，6-液态金属料筒，7-电子元器件，8-封装料筒，9-封装层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的一些实施例中，首先在加热底板(4)上放置打印底板(3)，按照以下步骤进行打印：步骤1，设置加热底板(4)的温度为较低固化温度，使用基底料筒(1)进行打印，按照柔性电路形状打印完电路基底(2)；步骤2，在电路基底(2)打印完毕后，升高加热底板(4)的温度到较高的固化温度，加热一段时间后，直到待电路基底(2)由液态变为固态；步骤3，在固化的电路基底(2)的表面，按照电路图需要，使用液态金属料筒(6)打印液态金属导线(5)；步骤4，按照电路图需要，放置电子元器件(7)；步骤5，设置加热底板(4)的温度为较低固化温度，根据电路形状和电子元器件(7)的高度，控制封装料筒(8)的移动轨迹，打印封装层(9)；步骤6，设置加热底板(4)的温度为较高固化温度，将打印完封装层(9)的电路进行高温固化，待其变为固态后可以原位固化，也可将其从打印底板(3)上揭下放入加热炉中固化。
在本申请的一些实施例中，通过控制基底料筒(1)和封装料筒(8)的运动轨迹、运动速度、出料速度和低温固化温度等参数，可以实现电路基底(2)和封装层(9)厚度的调控。
在本申请的一些实施例中，按照图1所示的打印步骤，打印底板(3)选取玻璃板，基底料筒(1)内罐装配制好的PDMS原料，设置加热底板(4)的温度为50℃，打印完成电路基底(2)后，设置加热底板(4)的温度为100℃，并加热5分钟。打印液态金属导线(5)，所打印的液态金属导线的扫描电镜图如图2(a)所示，液态金属导线(5)在电路基底(2)上呈现为半圆柱形态分布。继续按照图1所示的打印步骤，在步骤4中选用LED灯珠作为电子元器件(7)；步骤5，设置加热底板(4)的温度为70℃，直接进行封装层(9)的打印，封装料筒(8)内罐装配制好的PDMS原料，封装层(9)打印完毕后，立刻设置加热底板(4)的温度为100℃，固化2个小时，取下柔性电路。此时的电路截面如图2(b)所示，封装层(9)和电路基底(2)中间的液态金属导线(5)依旧呈现出半圆状，表明液态的封装层(9)在打印过程中并没有将液态金属导线(5)压变形。
按照上述步骤和参数所打印的柔性LED灯电路，在自然放置状态下的点亮照片如图3(a)所示，在对角拉伸状态下的点亮照片如图3(b)所示，在对边拉伸状态下的点亮照片如图3(c)所示，均展示出了良好的拉伸特性。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，其特征在于，包括以下步骤：首先在较低的固化温度下打印电路基底，将其进行原位高温固化，待其在短时间内由液态转化为固态后，在固化的电路基底表面进行液态金属导线的打印，打印完毕后放置电子元器件，然后较低的固化温度下进行封装层的打印，待封装层打印完毕后进行高温固化形成最终的柔性电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，其特征在于，首先在加热底板上放置打印底板，按照以下步骤进行打印：步骤1，设置加热底板的温度为较低固化温度，使用基底料筒进行打印，按照柔性电路形状打印完电路基底；步骤2，在电路基底打印完毕后，升高加热底板的温度到较高的固化温度，加热一段时间后，直到待电路基底由液态变为固态；步骤3，在固化的电路基底的表面，按照电路图需要，使用液态金属料筒打印液态金属导线；步骤4，按照电路图需要，放置电子元器件；步骤5，设置加热底板的温度为较低固化温度，根据电路形状和电子元器件的高度，控制封装料筒的移动轨迹，打印封装层；步骤6，设置加热底板的温度为较高固化温度，将打印完封装层的电路进行高温固化，待其变为固态后可以原位固化，也可将其从打印底板上揭下放入加热炉中固化。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，其特征在于，所述液态金属为镓75％和铟25％。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，其特征在于，所述较低固化温度为40-60℃。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于液态金属的柔性电路一体化打印及封装方法，其特征在于，所述较高固化温度60-100℃。
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