CN113613395B - 一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简便高效的定制化液态金属电路图案的印刷方法，包括步骤：根据设计的定制化电路图案，利用激光雕刻机在PET薄膜上镂空制作出所需的电路图案；将带有镂空图案的PET薄膜紧密贴附于柔性基底材料上，利用金属滚轮将液态金属均匀填充至镂空图案处；将PET薄膜从柔性基底材料上去除，基底上得到完整的液态金属电路。本发明提出的方法，具有操作简单便捷、适用范围广、成本较低、可大规模印刷等特点，能够大大降低电路印刷成本，并支持多层电路、大面积电路领域的印刷，在柔性电子器件制造中具有较为广阔的应用前景。

Description

一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法

技术领域

本发明属于电路图案印刷领域，具体涉及一种简便高效的定制化液态金属电路图案的印刷方法。

背景技术

集成电路印刷技术是一种广泛应用于消费电子，工业生产，电气设备制造以及医疗监护等领域的技术，其主要特点是通过工艺上的标准化、流程化以及集成化，实现电子设备的微型化与研发生产的快速迭代。集成电路印刷技术促进了信息化时代的发展，也是当前及未来工业文明的基石。

目前工业界广泛应用的集成电路印刷技术主要是刻蚀法。普通的刻蚀过程大致如下：先在表面涂敷一层光致抗蚀剂，然后透过掩模对抗蚀剂层进行选择性曝光，由于抗蚀剂层的已曝光部分和未曝光部分在显影液中溶解速度不同，经过显影后在衬底表面留下了抗蚀剂图形，以此为掩模就可对衬底表面进行选择性腐蚀。如果衬底表面存在介质或金属层，则选择腐蚀以后，图形就转移到介质或金属层上。最后将树脂类材料通过膜压方法叠加得到铜电路导线层表面，使得铜导线层不会被擦除或氧化，形成保护作用。

随着技术进步及工业生产中特殊需求的增加，近年来柔性电子技术得到了快速发展，例如柔性电极、柔性屏幕等，催生了柔性电路印刷技术的突破。已有的一种类型的柔性电路是在可弯曲的塑料薄膜衬底上镀上铜层，形成可弯曲电子线路；另一种类型的柔性电路则以液态金属、液态合金材料作为基础，匹配适当的柔性基底材料，形成所需的集成印刷电路。

液态金属是指一种不定型金属，其具有很好的导电性，并且在常温下处于液体状态，因而可以作为柔性导电材料，通过打印的方式制作柔性电路。相比于传统集成电路印刷方法，液态金属印刷技术具有敏捷制造、环境友好、无需大型设备、所制作电路可弯曲、可拉伸等诸多优点。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种综合性能较为优良的工程塑料，具有刚性大，机械强度高，耐热性好的特点，并且具有良好的尺寸稳定性和电绝缘性。其在激光的作用下，高温汽化，在蒸汽喷出的同时在材料上形成切口，是掩模法中的常用材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了满足液态金属电路印刷的需求，本发明提出了一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法。

本发明的一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，包括如下步骤：

S1、根据定制化电路图案，利用激光雕刻机在PET薄膜上镂空出所述定制化电路图案；

所述定制化电路图案可通过CAD软件进行设计，并将其导入激光雕刻机适配软件中。激光雕刻机速度参数和功率参数分别设置为10％和40％，根据不同的电路图案大小及不同厚度的PET薄膜，可以修改激光雕刻速度、激光雕刻功率，以确定最佳的参数。

S2、将带有镂空图案的PET薄膜紧密贴附于柔性基底上，利用金属滚轮将液态金属均匀填充至镂空图案中。

S3、将PET薄膜从柔性基底上去除，在柔性基底上得到完整的定制化液态金属电路。

进一步的，所述PET薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate)，厚度为0.1mm。

进一步的，所述柔性基底采用Ecoflex，SEBS，PDMS，硅胶中的一种或多种。

进一步的，所述柔性基底采用硅胶，其制备方法包括以下步骤：将A型和B型溶液按照体积比1：1均匀混合后，将其滴在位于旋涂机上的载玻片超净表面的中心，经200RPM速度旋涂50s后得到圆形柔性基底，静置2h后固化成型。

进一步的，所述液态金属采用低熔点的镓铟合金、或镓铟合金与其它金属构成的合金，如镍镓铟合金、铜镓铟合金等。

进一步的，所述液态金属采用镍镓铟合金，由Ga、In、Ni金属按照质量分数65.7％、21.3％、13％混合均匀制备获得镍镓铟合金液态金属。

进一步的，本发明的一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，还包括：

S4，将等量的Ecoflex材料A型、B型液分别加入烧杯中，搅拌混合物并将其缓慢均匀地滴于定制化液态金属电路表面，待Ecoflex自然固化后，完成定制化液态金属电路表面封装。

本发明的一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法制备还可用于制造柔性电子器件，包括应变传感器、导线等。

本发明的有益效果在于：本发明提供的方法，具有操作简单便捷、适用范围广、成本较低、可大规模印刷等特点，是一种潜在的大规模生产方式。本方法相比于已有的印刷方法，能够大大降低电路印刷成本，提高印刷效率，并支持多层电路、大面积电路领域的印刷。

本发明提出的简便高效的液态金属印刷方法利用掩模的方法，实现了液态金属电路的快速低成本印刷，有望为快速电路成形制造技术奠定基础并进一步拓展集成电路技术的应用领域。

这种快速印刷得到液态金属印刷电路的方法能够应用到设备原型开发，电子产品维修，医疗监护设备，可穿戴设备，传感器生产等诸多领域。相比于已有的柔性电路印刷技术，使用快速印刷方法在保证电路的功能性及柔性的基础上，拓展了液态金属电路的应用前景，且随着不同类型的柔性基底的发现，可以在未来实现多样化的柔性电路生产，或与MEMS，生物芯片等技术相结合，突破现有集成电路的限制，快速制造各种功能灵活的电子产品，有望为柔性机器人，新概念机械等带来新的进展。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的依本法，并不构成对本发明实施例的限定。

图1是本发明的一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法制备流程图；

图2是本发明的制备过程中的PET薄膜图；

图3是本发明的制备的柔性液态金属应变传感器图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下以具体实施例对本发明进一步详细说明。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。实施例中，如无特别说明，所用技术手段均为本领域常规的技术手段。

本发明的一种简便高效的液态金属印刷方法较佳实施例，具体步骤如下所示：

一、材料制备

1、液态金属材料的制备(Ni-EGaIn的制备)

镍镓铟合金(Ni-EGaIn)具有低熔点、低电阻率的特点。首先，将镓(75.0g)加入烧杯中，然后在60℃水浴中加热直至熔化。接着，将铟(25.0g)放入熔化的镓中。然后将Ga-In混合液在80℃保温1h，并不断搅拌，使其混合均匀。之后，将一定量的镍颗粒(质量占比6％)散布在GaIn合金中，并使用玻璃棒将固液混合物剧烈搅拌10分钟，直到Ni颗粒完全被GaIn合金吞没，从而得到了混合有Ni颗粒的GaIn合金，称为Ni-EGaIn。

2、柔性基底的制备，具体为硅胶柔性基底的制备是；

在烧杯中分别加入3ml的硅胶A型、B型液，搅拌30s后，将其滴于位于旋涂机上的载玻片超净表面的中心。设置旋转速度为200RPM，旋涂持续50秒后得到半径为6cm的圆形柔性基底，静置2小时后固化成型。

二、定制化液态金属电路的印刷与封装

S1，通过CAD软件进行定制化电路图案设计，例如应变传感器电路图案，将其导入到控制激光雕刻机的专用软件中后，如图1和2所示，在PET薄膜上镂空出定制化的电路图案。PET薄膜的厚度为0.1毫米，激光雕刻机的速度和功率参数分别为10％和40％。激光雕刻所需时间平均为7分钟，实际时间与设计复杂度成正比。

S2，将PET薄膜与硅胶柔性基底紧密贴附，并使用金属滚轮将Ni-GaIn液滴均匀地填充至PET薄膜的镂空中。

S3，从柔性基底上去除PET掩模，以获得完整的液态金属柔性应变传感器电路，如图3所示。

S4，将等量的Ecoflex材料A型、B型液分别加入烧杯中，搅拌混合物并将其缓慢均匀地滴于需要封装的液态金属电路表面，待Ecoflex自然固化后，完成液态金属柔性应变传感器电路表面封装。

综上所述，本发明提供的一种简便高效的液态金属印刷方法。本发明简单、可靠，获得的液态金属成品可应用于柔性导体、电容传感器和触摸传感器等领域。

以上的实例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据定制化电路图案，利用激光雕刻机在PET薄膜上镂空出所述定制化电路图案；

S2、将带有镂空图案的PET薄膜紧密贴附于柔性基底上，利用金属滚轮将液态金属均匀填充至镂空图案中；

所述柔性基底采用Ecoflex，SEBS ，PDMS，硅胶中的一种或多种；

所述液态金属采用镍镓铟合金，由Ga、In、Ni金属按照质量分数65.7%、21.3%、13% 混合均匀制备获得镍镓铟合金液态金属；

S3、将PET薄膜从柔性基底上去除，在柔性基底上得到完整的定制化液态金属电路。

2.根据权利要求1所述一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，其特征在于，所述PET薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为0.1mm。

3.根据权利要求1所述一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，其特征在于，所述柔性基底采用硅胶，其制备方法包括以下步骤：将A型和B型溶液按照体积比1：1均匀混合后，将其滴在位于旋涂机上的载玻片超净表面的中心，经200 RPM速度旋涂50s后得到圆形柔性基底，静置2h后固化成型。

4.根据权利要求1所述一种简便高效的定制化液态金属电路图案印刷方法，其特征在于，还包括：

S4，将等量的Ecoflex材料A型、B型液分别加入烧杯中，搅拌混合物并将其缓慢均匀地滴于定制化液态金属电路表面，待Ecoflex自然固化后，完成定制化液态金属电路表面封装。

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