【技术实现步骤摘要】
本申请属于功能线路制备领域，更具体地，涉及一种功能线路原位直写方法及其功能元器件。
技术介绍
1、随着微波探测、无线通信、智能可穿戴设备及其他电子产品向多功能、小型化、共形化和便携式方向发展，以曝光显影加化学蚀刻为代表的传统导电线路制造工艺已越来越不能满足要求。以喷墨打印、气溶胶喷印以及微笔直写/喷射成型～激光微熔覆为代表的电路直写技术具有无需掩膜版、成本低、柔性化程度高的特点，能够弥补传统制造工艺在部分应用场景中的不足。
2、喷墨打印是通过压电/热气泡等驱动方式使功能墨水按预设路径喷射并沉积在衬底上得到功能线路/图案的方法，目前已广泛应用于柔性电子器件、传感器以及能源电池等领域的功能元器件制备中。然而，喷墨打印时由于功能墨水中功能相含量较低，导致导电层电阻率通常明显高于纯金属块体，而且对基底的粗糙度和均匀性要求均较高。气溶胶喷印技术是一种新型的非接触式增材制造技术，主要通过气动或超声作用将功能墨水雾化生成气溶胶，之后借助气体运输至喷印头并精确沉积在衬底上，获得功能图案。与喷墨打印对比，气溶胶喷印的主要优势为材料适用范围广泛、导线精度高、能够实现曲面加工等，但该技术及设备基本被国外垄断，存在价格高昂等问题。
3、微笔直写/喷射成形～激光微熔覆是首先通过气压/机械/压电等驱动方式使功能浆料按预设路径挤出/喷射方式沉积在衬底上得到功能线路/图案，之后利用激光束对功能浆料表面进行扫描辐照，使之发生固化、烧结的方法。与喷墨打印和气溶胶喷印技术对比，微笔直写/喷射成形技术可沉积的功能浆料粘度较高(约105cps)，
4、1.功能线路与基板的结合力不够。通常情况下，当功能线路/膜层与介质基板的结合力达到美国材料测试协会(astm)astm d3359～08标准中的5b等级时，则认为其能够满足一般电子电路的使用需求。然而，在一些使用环境特殊的场合，如平面/曲面电路板焊盘等，其通常需要通过一个高温过程(如回流焊的260℃)实现表面电子元器件的贴装，上述5b等级结合力远远不能达到使用要求。特别是对于使用温度较低的树脂介质基板而言，激光固化参数受到限制，使得功能线路/膜层与基板间的结合力更低，进而极大限制了该技术的进一步发展。
5、2.功能线路与基板热膨胀系数匹配性较差，导致界面处在激光微熔覆过程中极易产生应力集中，使功能线路/膜层等发生开裂、起皮等缺陷，严重影响其成形质量及服役性能。
6、3.功能线路成形精度较差，新型电路直写技术均是用电子墨水或功能浆料来直写电路，由于功能浆料具有一定流动性，当用于制造高精密度电路结构时，往往实际所得线宽大于预设值，电路成形精度较差，严重制约了该技术可使用范围。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本申请提供了一种功能线路原位直写方法及其功能元器件，旨在解决现有的功能线路与基板的结合力不够、易发生开裂起皮等缺陷、成形精度较差的问题。
2、本申请提供的一种功能线路原位直写方法，具体为：
3、s1在介质基板上进行激光刻蚀以构造微结构阵列，进而获得改性基板；
4、s2在所述改性基板上沿微结构阵列原位直写功能浆料，然后对功能浆料进行固化，以此制得具有高服役可靠性和精度的功能线路。
5、通过本申请所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于本申请在介质基板上构造微结构阵列，能够使介质基板与功能线路形成浸润与机械咬合相结合的界面结合机制，进而使两者的界面结合力得到大幅提升，并且不易产生开裂、起皮等缺陷。
6、作为进一步优选的，步骤s1中，当所述介质基板为树脂基板时，激光刻蚀的参数为：激光输出波长为355nm，激光平均输出功率为0.3w～30w，脉冲频率为100khz～1000khz，激光输出脉宽为5ps～20ns。
7、作为进一步优选的，步骤s1中，当所述介质基板为陶瓷基板、玻璃基板或玻璃陶瓷基板时，激光刻蚀的参数为：当激光输出波长为355nm时，激光平均输出功率为0.5w～100w，脉冲频率为100khz～1000khz，激光输出脉宽为5ps～20ns；当激光输出波长为532nm时，激光平均输出功率为20w～300w，激光脉冲频率为100khz～3000khz，激光输出脉宽为10ns～80ns；当激光输出波长为1064nm时，激光平均输出功率为5w～300w，脉冲频率为100khz～5000khz，激光输出脉宽为100fs～40ns。
8、作为进一步优选的，步骤s1中，在介质基板的单侧或双侧进行激光刻蚀。
9、作为进一步优选的，步骤s2中，采用微笔直写、喷射成形、喷墨打印或气溶胶喷印工艺直写功能浆料。
10、作为进一步优选的，步骤s2中，采用加热的方式进行固化，固化温度为50℃～800℃，固化时间为10min～180min。
11、作为进一步优选的，步骤s2中，采用连续激光烧结的方式进行固化，激光输出波长为532nm或1064nm，激光光斑为0.02mm～5mm，平均输出功率为0.5w～100w，激光扫描速度为0.3mm/s～100mm/s，搭接间距为0.01mm～10mm。
12、作为进一步优选的，所述制备方法还包括步骤s3，利用激光刻蚀工艺去除改性基板上多余的功能线路。
13、作为进一步优选的，步骤s3中，当激光输出波长为355nm时，激光平均输出功率为0.3w～100w，脉冲频率为100khz～1000khz，激光输出脉宽为5ps～20ns，激光扫描速度为500mm/s～4000mm/s；
14、当激光输出波长为532nm时，激光平均输出功率为10w～300w，激光脉冲频率为100khz～3000khz，激光输出脉宽为10ns～80ns，激光扫描速度为1000mm/s～4000mm/s；
15、当激光输出波长为1064nm时，激光平均输出功率为10w～400w，激光脉冲频率为100khz～5000khz，激光输出脉宽为100fs～40ns，激光扫描速度为1000mm/s～4000mm/s。
16、按照本申请的另一方面，提供了利用上述功能线路原位直写方法制备的功能元器件。
17、作为进一步优选的，所述功能元器件中功能线路的厚度为0.002mm～1.5mm。
18、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
19、1.本申请提出在介质基板上制备微结构阵列，能够大幅提升介质基板的比表面积，促进功能浆料和介质基板之间的有效接触面积，有助于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能线路原位直写方法，其特征在于，所述功能线路原位直写方法具体为：
2.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S1中，当所述介质基板为树脂基板时，激光刻蚀的参数为：激光输出波长为355nm，激光平均输出功率为0.3W～30W，脉冲频率为100kHz～1000kHz，激光输出脉宽为5ps～20ns。
3.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S1中，当所述介质基板为陶瓷基板、玻璃基板或玻璃陶瓷基板时，激光刻蚀的参数为：当激光输出波长为355nm时，激光平均输出功率为0.5W～100W，脉冲频率为100kHz～1000kHz，激光输出脉宽为5ps～20ns；当激光输出波长为532nm时，激光平均输出功率为20W～300W，激光脉冲频率为100kHz～3000kHz，激光输出脉宽为10ns～80ns；当激光输出波长为1064nm时，激光平均输出功率为5W～300W，脉冲频率为100kHz～5000kHz，激光输出脉宽为100fs～40ns。
4.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S1中
5.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S2中，采用微笔直写、喷射成形、喷墨打印或气溶胶喷印工艺直写功能浆料。
6.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S2中，采用加热的方式进行固化，固化温度为50℃～800℃，固化时间为10min～180min。
7.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S2中，采用连续激光烧结的方式进行固化，激光输出波长为532nm或1064nm，激光光斑为0.02mm～5mm，平均输出功率为0.5W～100W，激光扫描速度为0.3mm/s～100mm/s，搭接间距为0.01mm～10mm。
8.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤S3，利用激光刻蚀工艺去除改性基板上多余的功能线路。
9.如权利要求8所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤S3中，当激光输出波长为355nm时，激光平均输出功率为0.3W～100W，脉冲频率为100kHz～1000kHz，激光输出脉宽为5ps～20ns，激光扫描速度为500mm/s～4000mm/s；
10.利用如权利要求1～9任一项所述功能线路原位直写方法制备的功能元器件。
...【技术特征摘要】
1.一种功能线路原位直写方法，其特征在于，所述功能线路原位直写方法具体为：
2.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤s1中，当所述介质基板为树脂基板时，激光刻蚀的参数为：激光输出波长为355nm，激光平均输出功率为0.3w～30w，脉冲频率为100khz～1000khz，激光输出脉宽为5ps～20ns。
3.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤s1中，当所述介质基板为陶瓷基板、玻璃基板或玻璃陶瓷基板时，激光刻蚀的参数为：当激光输出波长为355nm时，激光平均输出功率为0.5w～100w，脉冲频率为100khz～1000khz，激光输出脉宽为5ps～20ns；当激光输出波长为532nm时，激光平均输出功率为20w～300w，激光脉冲频率为100khz～3000khz，激光输出脉宽为10ns～80ns；当激光输出波长为1064nm时，激光平均输出功率为5w～300w，脉冲频率为100khz～5000khz，激光输出脉宽为100fs～40ns。
4.如权利要求1所述的功能线路原位直写方法，其特征在于，步骤s1中，在介质基板的单侧或双侧进行激光刻蚀。
5.如权利要求1所述的功能线...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟丽，郭永斌，曾晓雁，张书桓，王锦航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
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