一种基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法技术

本发明专利技术属于多功能电路结构相关技术领域，其公开了一种基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法，该方法包括以下步骤：(1)以低温合金作为打印原料，采用电流体辅助打印的方式在绝缘基底上打印电路图案，以形成多层功能电路结构的导电电路层；(2)在电路图案上喷印空间立体导线，以得到层间互连导线；(3)在电路图案上喷涂或者浇筑一层绝缘材料，以形成绝缘层；(4)重复步骤(1)至步骤(3)，直至完成多层功能电路结构的制备。本发明专利技术利用电润湿的作用来解决液态金属高表面张力难以进行高分辨率打印的问题，且可以实现在曲面绝缘基板上制备多层功能电路结构，同时可以实现多层功能电路和空间立体电路的增材数字化制备。路和空间立体电路的增材数字化制备。路和空间立体电路的增材数字化制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法


[0001]本专利技术属于多层功能电路结构相关
，更具体地，涉及一种基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法。

技术介绍

[0002]绝缘表面功能电路，特别是曲面电路已经成为现代电子工艺的一个重要研究方向，随着曲面电子技术的不断发展，传统的制造技术已经不能满足行业的需求，一些新兴的电路制备方法随之涌现。目前颇具代表性的有液态金属3D打印技术和纳米油墨直写技术，其中液态金属打印技术利用气压将液态金属挤压到基底上然后进行封装，该技术虽说已经比较成熟，但仍存在打印分辨率不高，线条粗细难以控制等方面的问题；纳米油墨直写技术是一种使用金属纳米颗粒(例如Ag或Cu)油墨的基于长丝的直接油墨书写的方法，但该方法需要额外的热退火或干燥过程来形成导电途径，该过程极易使金属电极开裂或失效。此外这种基于金属纳米油墨的直写技术的可实现的分辨率不高，难以实现超高分辨率的线形直写。
[0003]利用液态金属进行功能电路制备时，由于金属液态下的高表面张力使其在基板的粘附力较小，形成连续且稳定的打印线条较为困难。随着曲面电子技术应用越来越广泛，急需一种能够稳定实现在绝缘表面制备功能电路的加工工艺。
[0004]中国专利CN 104118222 B公开了一种液态金属针式打印设备以及打印方法。该专利技术提出的用于制造集成电路及电子器件的液态金属针式打印设备，因引入了可印刷的液态金属导电墨水，其无过高的环境要求，且能源消耗及材料无效损耗低，可显著降低集成电路及电子器件制备工艺的复杂性和成本，大幅度提高了其生产效率。中国专利CN 109014209 A公开了一种液态金属打印机及印制电路的制作方法，本专利技术的液态金属打印机不仅解决了液态金属线路缺陷自动化修补的问题，还实现了从空白的印制基材到对贴片元件和液态金属线路进行封装后的印制电路的一体化自动制备。但上述两种工艺由于液态金属的高表面张力所引发的对基板黏附力不高仍是一个突出问题，因此无法实现纳米级的高分辨率电子器件的打印。中国专利CN 112074090 A提供了一种液体介质环境下电路板3D打印制备方法及其制备的电路板。该方法是在液态环境下对基板进行绝缘材料打印来制备电路板，本专利技术的技术方案开创了电路板3D打印制备的新思路，但该项技术对打印环境要求较高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法，其利用电润湿的作用来解决液态金属高表面张力难以进行高分辨率打印的问题，且可以实现在曲面绝缘基板上制备多层功能电路结构，同时可以实现多层功能电路和空间立体电路的增材数字化制备。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法，该方法包括以下步骤：
[0007](1)以低温合金作为打印原料，采用电流体辅助打印的方式在绝缘基底上打印电路图案，以形成多层功能电路结构的导电电路层；
[0008](2)在所述电路图案上喷印空间立体导线，以得到层间互连导线；
[0009](3)在所述电路图案上喷涂或者浇筑一层绝缘材料，以形成绝缘层，即绝缘基底；
[0010](4)重复步骤(1)至步骤(3)，直至完成多层功能电路结构的制备。
[0011]进一步地，层间互连导线的两端分别电性连接与其相邻的两个导电图案。
[0012]进一步地，步骤(1)之前还包括对待制备的多层功能电路结构进行切片，以得到所述多层功能电路结构的每层电路图案及层间互连导线的位置的步骤。
[0013]进一步地，所述绝缘基底的材料为有机塑料或者表面绝缘封装的金属导电材料和复合材料。
[0014]进一步地，依据层间互连导线的位置沿这垂直方向打印出层间互连导线。
[0015]进一步地，所述低温合金为镓铟锡合金。
[0016]进一步地，电路图案的电路线条的分辨率为10微米；层间互连导线打印时以0.1mm/s的速度向上移动喷头，移动的高度为1mm。
[0017]进一步地，在外加电场的作用下，熔融状态下的低温合金与绝缘基底的接触角发生改变。
[0018]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种基于电润湿的多层功能电路结构，该电路结构是采用如上所述的基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法制备而成的。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的基于电润湿的多层功能电路结构及其电流体喷印方法主要具有以下有益效果：
[0020]1.采用电润湿辅助的电流体喷印技术打印低温合金，有效地解决了低温合金的打印性差，依据电润湿原理在外加电场的作用下，熔融的低温合金与绝缘基底接触时的接触角发生改变，使其对绝缘基底的粘附力变强，打印效果明显改善。同时，在电润湿的作用下，本专利技术所采用的方法解决了一直以来低温合金类由于其高表面张力而打印线条难以稳定的难题。
[0021]2.多工艺参数可调实现了高分辨率电路线条/图案打印，在电润湿的辅助下，其表面张力可通过电压和温度双重调控，此外通过改变如基板移动速度、喷印气压等各种工艺参数来实现高分辨率稳定打印。
[0022]3.不同于传统多层电路板的润湿刻蚀制造方法，基于电润湿的曲面绝缘多层功能电流体喷印技术利用多层电路切片设计，以数字化、增材化的方式逐层制备导电层及绝缘层，具有无毒、无污染、绿色环保的特点，并且大幅度地缩短了工艺流程，提高了功能电路的制备效率。
[0023]4.该工艺制备的功能电路具有损失自愈合的能力，利用低温合金受温度敏感的特性，即使该功能电路在工作服役过程中受到损坏，可以通过再次进行加热的方式对功能电路进行修复。
[0024]5.针对低温合金和绝缘材料的低熔点特点，可以对多层功能电路能够进行加热二次塑形，利用曲面模具来实现功能电路的结构改变，从而实现一定的功能可重构。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例提供的一种基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法的流程示意图；
[0026]图2是本专利技术使用的三轴联动电流体喷印平台的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术使用的电流体打印加热喷头的结构示意图；
[0028]图4中的(a)、(b)分别是本专利技术制备的多层功能电路结构示意图；
[0029]图5中的(a)、(b)分别是是本专利技术制备的高分辨率线条的示意图；
[0030]图6中的(a)、(b)分别是电压形式
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线宽的相关曲线及电压形式
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电阻的相关曲线；
[0031]图7中的(a)、(b)分别是电压偏置大小
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线宽的相关曲线及电压偏置大小
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电阻的相关曲线；
[0032]图8中的(a)、(b)分别是温度
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线宽的相关曲线及温度
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电阻的相关曲线。
[0033]在所有附图中，相同的附图标记用来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)以低温合金作为打印原料，采用电流体辅助打印的方式在绝缘基底上打印电路图案，以形成多层功能电路结构的导电电路层；(2)在所述电路图案上喷印空间立体导线，以得到层间互连导线；(3)在所述电路图案上喷涂或者浇筑一层绝缘材料，以形成绝缘层，即绝缘基底；(4)重复步骤(1)至步骤(3)，直至完成多层功能电路结构的制备。2.如权利要求1所述的基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法，其特征在于：层间互连导线的两端分别电性连接与其相邻的两个导电图案。3.如权利要求1所述的基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法，其特征在于：步骤(1)之前还包括对待制备的多层功能电路结构进行切片，以得到所述多层功能电路结构的每层电路图案及层间互连导线的位置的步骤。4.如权利要求1所述的基于电润湿的多层功能电路结构的电流体喷印方法，其特征在于：所述绝缘基底的材料为有机塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶冬，田雨，邱向阳，黄永安，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：