CN116179020A - 一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 - Google Patents
一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116179020A CN116179020A CN202310184112.6A CN202310184112A CN116179020A CN 116179020 A CN116179020 A CN 116179020A CN 202310184112 A CN202310184112 A CN 202310184112A CN 116179020 A CN116179020 A CN 116179020A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid metal
- substrate
- ultrasonic
- circuit
- ink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 38
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 38
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 38
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 38
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 45
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000006082 mold release agent Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1241—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by ink-jet printing or drawing by dispensing
- H05K3/125—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by ink-jet printing or drawing by dispensing by ink-jet printing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/30—Inkjet printing inks
- C09D11/38—Inkjet printing inks characterised by non-macromolecular additives other than solvents, pigments or dyes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/52—Electrically conductive inks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
- H05K3/1283—After-treatment of the printed patterns, e.g. sintering or curing methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
本发明提供了一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，包括如下步骤：在将EGaIn合金、高分子分散剂和溶剂混合，进行超声分散处理，得到液态金属墨水；将态金属墨水注入微电子打印机针管中，在基板打印所需电路图案，将将超声焊机上的变幅杆与基板贴紧，施加超声烧结，得到导电电路；或者在基板上涂一层柔性材料，固化后，在柔性材料上打印所需电路图案，将超声焊机上的变幅杆贴紧基板的底面，施加超声烧结，然后进行柔性材料封装，固化后将柔性材料与基板剥离，得到柔性电路或电子器件。本发明的技术方案通过超声烧结的方法，不需要直接接触线路，降低了对电路图案的损坏，大大节省了制备时间。
Description
技术领域
本发明涉及液态金属墨水技术领域，尤其涉及一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法。
背景技术
镓基液态金属是一种在室温下可保持液态的金属，具有高电导率、低毒性、高流动性等特点，由于镓基液态金属润湿性差，将其应用于柔性电子器件时需要将液态金属分散在溶剂中，并加入高分子分散剂制备成液态金属墨水，调整其粘度以适应电子打印完成图案化的要求。在墨水中，液态金属以微纳米颗粒的形式存在，周围有一层绝缘的氧化膜，当将液态金属打印成线路后为绝缘状态，需要通过机械力如机械挤压或拉伸的方式破坏氧化膜，才能使电路导电，这一过程被称为机械烧结，是目前液态金属墨水制备导电线路的常用方法。但是这一过程会打破液态金属颗粒的氧化膜，并使内部液态金属流出，极易破坏原有的电路形貌，导致电路之间相互连接发生短路。此外，在有孔洞、凹陷的线路区域，墨水难以接触，无法用常规机械烧结手段获得导电线路，特别是在一些复杂的三维曲面上施加机械力就更为困难。
除机械烧结外，现有的其他烧结方法，如激光烧结和自烧结，都存在一些缺陷，如激光烧结可导致基材烧蚀，如图1a)和图1b)所示，在孔洞、台阶等表面可能因激光反射、折射导致烧结效果不好；而自烧结需要依靠高分子的溶胀来破坏氧化膜，这需要对墨水进行加水润湿-加热干燥循环，工艺曲线如图2所示，可见三个循环耗时在300s以上，制备时间长，效率低。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，利用超声振动和液态金属墨水的特性，无直接接触烧结液态金属墨水，降低了对电路图案的损坏。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，在容器中加入EGaIn合金、高分子分散剂和溶剂得到混合液，将超声变幅杆插入到混合液中进行超声分散处理，得到液态金属墨水；
步骤S2，将混合好的液态金属墨水注入微电子打印机针管中，在基板打印所需电路图案，将将超声焊机上的变幅杆与基板贴紧，施加超声使液态金属墨水电路烧结，得到导电电路；或者在基板上涂一层柔性材料，固化后，在柔性材料上打印所需电路图案，将超声焊机上的变幅杆贴紧基板的底面，施加超声使液态金属墨水电路烧结，然后在电路上覆盖一层柔性材料封装，固化后将柔性材料与基板剥离，得到柔性电路或电子器件。
此技术方案突破现有技术的液态金属烧结方法，采用超声烧结，更好的保护了电路图案，得到的电路缺陷少，导电性好，而且大大节省了制备时间。
对于上述以柔性高分子作为基底的柔性电路或电子器件，如果采用现有技术的超声在刚性基底上的烧结技术，超声能量将在高分子基底内衰减，无法使液态金属烧结；而如果将超声变幅杆与柔性高分子材料直接接触则会存在破坏柔性高分子材料的可能，特别是PDMS不能承受高功率、长时间的超声，而单纯降低功率就不能使液态金属墨水烧结。为了完成液态金属柔性器件的超声烧结，本发明的技术方案采用刚性基底-柔性基底复合的结构，仍然采用Al2O3作为最下层基板，由于Al2O3刚度高，可以承受大功率超声，Al2O3表面通过涂覆一层PDMS，厚度较小，不会大幅衰减超声能量，从而实现液体金属墨水线路的烧结。
作为本发明的进一步改进，所述基板为Al2O3基板、铜板或玻璃板，优选的，所述基板为Al2O3基板。
作为本发明的进一步改进，所述柔性材料为PDMS或Ecoflex，优选的，所述柔性材料为PDMS。
作为本发明的进一步改进，所述高分子分散剂为PVP。为了实现烧结，需要设计液态金属墨水内部的分散剂和溶剂种类，分散剂需保证能分离液态金属颗粒并与基底结合较紧密。通过选择很多分散剂进行实验，最终发现采用PVP作为分散剂的效果好。其次，
作为本发明的进一步改进，所述溶剂为乙醇。对于溶剂而言，要求能快速挥发，否则超声时液态金属颗粒会进一步破碎而不会结合，通过实验，选择乙醇。
作为本发明的进一步改进，在Al2O3基板上涂一层PDMS前，先在Al2O3基板上预涂一层水溶性胶，待其干燥后旋涂PDMS；在PDMS封装固化后，将Al2O3基板浸泡于水中，待胶溶解后得到剥离的柔性电路或电子器件。进一步优选的，浸泡时间为2-5h。
采用本发明技术方案制备的柔性电路或电子器件，脱模过程可能会导致PDMS破损，而使用普通脱模剂可能影响PDMS的固化，为此先预涂一层水溶性胶，待其干燥后旋涂PDMS，超声烧结后再用PDMS二次封装。将它们都浸泡于水中，待胶溶解后PDMS与液态金属电路都能脱下，且对PDMS和电路都没有损伤。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，PDMS固化的温度为55-65℃。进一步优选的，PDMS固化的温度为60℃。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述变幅杆的位置贴紧基板的底面并位于打印的电路图案的中心处。
作为本发明的进一步改进，所述超声的功率为不超过640W，时间不超过2s。
直接将超声焊接技术手段引入液态金属墨水烧结存在许多技术难点，超声的声空化效应能损坏材料，对于固体材料而言，由于空化泡溃灭过程中产生微射流和冲击波能冲击固体表面，伴随局部高温高压，这个过程如果持续进行，将在一段时间内不断对固体壁面造成影响，导致材料的疲劳破损。此外，对于柔性高分子材料，超声产生的高温也可能使材料发生热变形，造成材料损伤。当超声施加于液体中时，声空化效应引发的高温、高压、微射流及冲击波能使液体变为数个小液滴。直接在液态金属电路上施加超声会导致液态金属破碎为小液滴飞溅，电路图案遭到破坏。
超声功率过高或时间过长都会破坏液态金属墨水电路图案，为保护基体材料和电路，需要控制超声时间和功率，实验优化参数后超声时间控制在2s内，超声功率在640W以下。
作为本发明的进一步改进，所述超声的功率为480W。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述超声变幅杆的外径为不低于3mm。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述容器为离心管。进一步优选的，所述容器为5ml的离心管。
超声能产生大量空化泡，范围在1mm范围内，不同仪器会有区别，但是不会差别太大，如果用100mL烧杯超声，在第一次振动后液态金属碎裂分散在溶剂中，远离超声源，此时几乎不破裂，由于超声此时是非线性衰减，无法通过增大功率解决这一问题，而仅靠延长超声时间会导致液态金属颗粒粒径降低，伴随表面氧化膜的增加，这会导致超声烧结不成功，因此，需要短时超声来制备墨水，本发明的技术方案将液态金属和溶剂在5mL离心管中超声破碎解决了这一问题，可以在1min制备出超声烧结需要的墨水，超声时变幅杆距离液态金属液面保持在1mm左右保证超声能量不会大幅衰减。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，将混合好的液态金属墨水静置12h后或进行离心处理后，注入微电子打印机针管中进行打印。
在墨水制备完成后，液态金属颗粒之间的距离不能分离过远，否则高分子将阻碍液态金属墨水的流出，提高超声功率也不能使其烧结。为了解决这一问题，在处理墨水之后不直接打印，而是将墨水静置12h后打印，或者采用离心机进行处理到电子打印机的粘度适用范围。采用挤出式打印时，由于转移过程中液态金属颗粒距离会因溶剂流动而增大，需要预先挤出一段降低墨水颗粒距离，参数可根据打印机实际情况调整。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，位于基板上的柔性材料的厚度为80-100μm。进一步优选的，所述柔性材料的厚度为100μm。
采用本发明技术方案制备的柔性电路或电子器件，如果PDMS厚度过低，脱模会导致PDMS破损，如果厚度太厚，会影响超声烧结的效果。采用合适的厚度，有利于得到完好的柔性电路或电子器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的技术方案，将液态金属墨水打印成线路，通过超声烧结的方法，不需要直接接触线路，降低了对电路图案的损坏，大大节省了制备时间；同时还可以实现复杂表面上的电路烧结。
附图说明
图1是本发明现有技术激光烧结样品的放大图片，其中，a)和b)为不同放大倍数的示意图。
图2是本发明现有技术自烧结的工艺参数图。
图3是本发明实施例1采用超声烧结液态金属墨水电路的示意图；其中，1为微电子打印机针管，2为液态金属墨水，3为液态金属墨水图案，4为超声焊机变幅杆。
图4是本发明实施例2采用超声烧结制备液态金属柔性电路的流程示意图；其中，1为打印得到的液态金属墨水电路，2为PDMS；3为Al2O3基板；4为用于封装的PDMS。
图5是本发明实施例1采用超声烧结和对比例1采用机械烧结得到的电路对比图，其中a)是实施例1，b)是对比例1。
图6是本发明实施例3在柔性基底上超声烧结示意图。
图7是本发明实施例4液态金属墨水电路的超声位置以及电阻结果图，其中a)为液态金属墨水电路的位置示意图，图中每条黑线为一条液态金属墨水电路；b)为施加超声的示意图，超声位置在板中心，坐标(37.5,5)；c)为超声功率480W时，超声位置在(37.5,5)时各电路的电阻。
图8是本发明实施例超声功率480W改变超声施加位置时液态金属墨水电路电导率变化图。
图9是本发明对比例2采用不同超声工艺参数得到的电路形貌图，其中a)为超声功率720W,2s，b)为超声功率480W,3s。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，超声分散制备液态金属墨水，具体为：在5mL离心管中加入3g EGaIn合金，再准备PVP的乙醇溶液1mL加入离心管中，EGaIn合金的浓度为50g/L，将细胞破碎仪进行超声处理1min，将超声变幅杆插入到混合液中，超声功率为240W，时间为1min，超声开1.5s，关1.5s，得到液态金属墨水；
步骤S2，将液态金属墨水注入微电子打印机针管，在Al2O3基板上打印所需电路图案，如图3所示，将超声焊机上的变幅杆与基板的底部贴紧施加超声，使液态金属墨水发生烧结并导电，所用超声功率480W，时间为2s，得到导电电路。
实施例2
一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，超声分散制备液态金属墨水，具体为：在5mL离心管中加入3g EGaIn合金，再准备PVP的乙醇溶液1mL加入离心管中，EGaIn合金的浓度为50g/L，将细胞破碎仪进行超声处理1min，将超声变幅杆插入到混合液中，超声功率为240W，时间为1min，超声开1.5s，关1.5s，得到液态金属墨水；
步骤S2，在Al2O3基板上旋涂一层PDMS，旋涂参数为750r/min，60s，旋涂后将板和PDMS在60℃烘箱中放置4h固化，得到PDMS厚度为100μm左右。将液态金属墨水注入微电子打印机针管，在PDMS上打印所需电路图案，将超声焊机上的变幅杆与基板的底部贴紧施加超声，使液态金属墨水发生烧结并导电，所用超声功率480W，时间为2s。烧结后在电路上覆盖一层PDMS封装，并在60℃烘箱中固化，固化后剥离电路可得到柔性电路或电子器件；该步骤的过程如图4所示。
实施例1和实施例2采用超声烧结，超声烧结的温度远低于激光，没有产生烧蚀的问题，相对于自烧结三个循环耗时在300s以上，超声烧结需要的时间在2s以内，大大节省了制备时间。
对比例1
在实施例1的基础上，步骤S2采用机械烧结的方式，得到导电电路。
将实施例1和对比例1对烧结前后进行对比，结果如图5所示。可见，实施例1利用超声烧结获得的导电电路，避免了直接接触液态金属墨水，不会破坏液态金属电路形貌，如图5a)所示，超声烧结后的液态金属墨水电路形貌基本没有变化，电路之间仍有空隙；如图5b)所示，普通的机械烧结的液态金属墨水电路形貌会被破坏，此时液态金属从内部溢出，容易导致电路之间相互连接发生短路。
实施例1采用超声烧结的方式，利用超声在介质中的传播可以在孔洞、凹陷等机械烧结无法实施的区域完成液态金属墨水的烧结。当部分墨水处于沟槽内部时，滚压一类的机械烧结手段无法使电路导电，导致电路无法连通，而施加超声后，超声在材料内部传导使液态金属墨水发生烧结，最终电路连通。采用超声烧结解决了目前机械烧结易破坏液态金属电路形貌的问题，同时在机械烧结无法实现的复杂表面也能获得导电线路，扩展了液态金属墨水在柔性电子和印刷电路领域的应用。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例的不同在于：步骤S2中，在Al2O3基板上旋涂一层PDMS前，先预涂一层水溶性胶(HORI 3D打印防翘胶水)，待其干燥后旋涂PDMS，如图6所示。采用超声烧结后再用PDMS二次封装，将它们都浸泡于水中4h，待胶溶解后PDMS与液态金属电路都能顺利的剥离开，且对PDMS和电路都没有损伤。这里采用水溶性胶，不会影响PDMS，而普通脱模剂可能影响PDMS的固化。
实施例4
超声波在材料内部的反射与衍射使不同材料上声场分布和振幅分布不同，这也使得直接在液态金属墨水上引用超声焊接技术变得尤为复杂，因为振幅极低区域液态金属墨水不会烧结，需要合理设计超声施加位置与超声功率。
在实施例3的基础上，本实施例在超声烧结时，将超声变幅杆的位置施加在电路中心位置，如图7b)所示，坐标为(37.5,5)，超声功率为480W，时间为2s，得到的液态金属墨水电路结果图如图7a)所示，各电路的电阻如图7c)所示。可见，当超声位置在(37.5,5)时，即当超声位置选择中心时，在边缘的电路电阻较高，没有成功烧结，需要将电路图案设计在超声施加位置附近。
变化超声变幅杆的位置，即改变施加位置(37.5,X)的X值，X表示超声位置与板边缘的距离，每个条件下准备3个样品并将其烧结后电阻绘制于图中，得到液态金属墨水电路电导率变化图如图8所示。可以看到超声施加位置附近电路必然能导电，结合这些结果，超声位置选择基板中心，坐标(37.5,5)，功率选择480W，液态金属墨水电路要在超声施加位置附近3mm内。
对比例2
在实施例1的基础上，本对比例的不同在于，超声工艺参数不同，分别采用720W,2s和480W,3s，得到的电路图如图9a)和9b)所示，与图5相比，可见超声功率过高导致电路断裂以及部分脱离，超声时间过长导致电路出现位移。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1，在容器中加入EGaIn合金、高分子分散剂和溶剂得到混合液，将超声变幅杆插入到混合液中进行超声分散处理，得到液态金属墨水；
步骤S2，将混合好的液态金属墨水注入微电子打印机针管中，在基板打印所需电路图案，将将超声焊机上的变幅杆与基板贴紧，施加超声使液态金属墨水电路烧结，得到导电电路；或者在基板上涂一层柔性材料，固化后，在柔性材料上打印所需电路图案，将超声焊机上的变幅杆贴紧基板的底面，施加超声使液态金属墨水电路烧结，然后在电路上覆盖一层柔性材料封装，固化后将柔性材料与基板剥离，得到柔性电路或电子器件。
2.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：所述高分子分散剂为PVP，所述溶剂为乙醇；所述基板为Al2O3基板、铜板或玻璃板，所述柔性材料为PDMS或Ecoflex。
3.根据权利要求2所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：在Al2O3基板上涂一层PDMS前，先在Al2O3基板上预涂一层水溶性胶，待其干燥后旋涂PDMS；在PDMS封装固化后，将Al2O3基板浸泡于水中，待胶溶解后得到剥离的柔性电路或电子器件。
4.根据权利要求2所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述变幅杆的位置贴紧Al2O3基板的底面并位于打印的电路图案的中心处。
5.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：所述超声的功率为不超过640W，时间不超过2s。
6.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：所述超声的功率为480W。
7.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述容器为离心管。
8.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将混合好的液态金属墨水静置12h后或进行离心处理后，注入微电子打印机针管中进行打印。
9.根据权利要求1所述的液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法，其特征在于：步骤S2中，位于基板上的柔性材料的厚度为80-100μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310184112.6A CN116179020B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310184112.6A CN116179020B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116179020A true CN116179020A (zh) | 2023-05-30 |
| CN116179020B CN116179020B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=86442099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310184112.6A Active CN116179020B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116179020B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103146251A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-06-12 | 溧阳市新力机械铸造有限公司 | 一种纳米金-锡-铜合金导电油墨的制备方法 |
| CN105101658A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-25 | 中南大学 | 一种纳米银导电墨水的热超声低温烧结方法及装置 |
| CN106211606A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-12-07 | 中南大学 | 一种纳米银/石墨烯复合墨水的热超声烧结方法及其装置 |
| CN108668431A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 国家纳米科学中心 | 柔性可拉伸导电线路及电路的制备方法与用途 |
| CN110240830A (zh) * | 2018-03-09 | 2019-09-17 | 国家纳米科学中心 | 基于液态金属颗粒的自烧结导电墨水、其制备方法及应用 |
| CN112509747A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-03-16 | 青岛理工大学 | 一种基于低电压驱动液膜嵌入式电喷射3d打印的柔性透明导电薄膜制造方法 |
| CN112538290A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-23 | 浙江大学 | 一种自烧结液态金属墨水及其制备方法与应用 |
| CN113683921A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 浙江理工大学绍兴柯桥研究院有限公司 | 用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用 |
-
2023
- 2023-03-01 CN CN202310184112.6A patent/CN116179020B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103146251A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-06-12 | 溧阳市新力机械铸造有限公司 | 一种纳米金-锡-铜合金导电油墨的制备方法 |
| CN105101658A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-25 | 中南大学 | 一种纳米银导电墨水的热超声低温烧结方法及装置 |
| CN106211606A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-12-07 | 中南大学 | 一种纳米银/石墨烯复合墨水的热超声烧结方法及其装置 |
| CN108668431A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 国家纳米科学中心 | 柔性可拉伸导电线路及电路的制备方法与用途 |
| CN110240830A (zh) * | 2018-03-09 | 2019-09-17 | 国家纳米科学中心 | 基于液态金属颗粒的自烧结导电墨水、其制备方法及应用 |
| CN112509747A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-03-16 | 青岛理工大学 | 一种基于低电压驱动液膜嵌入式电喷射3d打印的柔性透明导电薄膜制造方法 |
| CN112538290A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-23 | 浙江大学 | 一种自烧结液态金属墨水及其制备方法与应用 |
| CN113683921A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 浙江理工大学绍兴柯桥研究院有限公司 | 用商用喷墨打印机打印液态金属墨水制备微型电路的方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张铭杨: "基于液态金属纳米墨水的柔性导电线路制备及应用研究", <基于液态金属纳米墨水的柔性导电线路制备及应用研究>, pages 23 - 25 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116179020B (zh) | 2024-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5497347B2 (ja) | 配線基板 | |
| US7087523B2 (en) | Method for producing a structure using nanoparticles | |
| US7226520B2 (en) | Method for forming pattern and method for forming multilayer wiring structure by droplet discharge system | |
| US20040000429A1 (en) | Multilayered wiring board, method of producing multilayered wiring board, electronic device and electronic apparatus | |
| US9999137B2 (en) | Method for forming vias on printed circuit boards | |
| US20080070011A1 (en) | Method for manufacturing multi-layer printed circuit board | |
| CN100401860C (zh) | 图案形状物及其制造方法 | |
| TWI820152B (zh) | 具有金屬圖案的成形體之製造方法 | |
| JPWO2016208651A1 (ja) | 立体成型部品の製造方法及び立体成型部品 | |
| FR2503931A1 (fr) | Procede de fabrication de substrats pour composants electroniques et de circuits electroniques, et substrats formes | |
| CN116179020B (zh) | 一种液态金属微颗粒墨水导电线路的制备方法 | |
| JPS63239063A (ja) | インクジェット記録ヘッドの表面処理方法 | |
| CN112772011B (zh) | 电磁波遮蔽片以及电子零件搭载基板 | |
| JP2008027676A (ja) | 異方性導電膜の製造方法および異方性導電膜 | |
| CN1738040A (zh) | 芯片在薄膜上的半导体器件 | |
| JP2001301353A (ja) | 印刷用マスク及びその製造方法 | |
| TWI738273B (zh) | 電路板線路修補方法 | |
| CN111668362B (zh) | 导电薄膜及其制备方法、显示基板的制作方法及显示面板 | |
| Maekawa et al. | Packaging of electronic modules through completely dry process | |
| CN103828494A (zh) | 基板及其制造方法 | |
| Clay et al. | Direct legend printing (DLP) on printed circuit boards using piezoelectric inkjet technology | |
| CN111430299B (zh) | 微胶囊剥离剂组合物及其用于制备柔性基板的方法 | |
| JP2017216303A (ja) | 回路部材用基材、回路部材、回路部材用基材の製造方法、及び回路部材の製造方法 | |
| JP2005340437A (ja) | 多層配線基板の製造方法、電子デバイス及び電子機器 | |
| JP2006310082A (ja) | 異方性導電膜およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |