[发明专利]多管芯电子直写式圆珠笔

说明书

技术领域

本发明涉及印刷电子制造工艺领域，特别涉及一种可将液态金属电路、半导体结构及器件直接写出并封装的多管芯电子直写式圆珠笔。

背景技术

印刷电子技术是基于印刷原理（添加技术）的电子制造技术，然而在过去的几十年中硅基微电子制造技术占据了电子制造领域的绝对主导地位。集成电路技术加工制造工艺主要包括氧化、光刻、扩散、外延、溅射、真空沉积等。近年来，该电路制造技术的弊端逐渐被认知，包括制造工艺复杂、高能耗、高污染、高成本、高洁净要求等。其主要原因在于传统集成电路制造技术是一种删减技术，其制造工艺需要消耗大量的原材料，水资源，能源等，并且部分加工工艺必须在洁净室内完成，这需要消耗大量的能源并会带来外部环境的污染。

如果集成电路乃至电子器件能采用添加技术以直接直写式的方式制作，则可望实现集成电路高度快捷的生产制造，大幅度改观电子制造及相关行业的现状，并进一步建成高效、低成本、绿色化的电路及器件生产模式。

为改变上述现状，研究人员提出了使用有机导电聚合物油墨来直接印刷。但这类材料的导电性相对较差，且溶液化和可印刷性存在一定问题；为获得更好的溶液化，研究者们继而通过在溶液中添加高导电性纳米颗粒来实现可印刷的导电油墨，但其仍旧有配制工艺复杂、电阻率相对较高、导线形成需要借助一定的化学反应实现、器件成型固化温度高等缺憾。实际的制造过程需要先印刷，再通过数百度的高温使这类油墨发生蒸发、化学反应乃至烧结，才能最后沉积下所需的导体部件，故整个工艺仍然相当复杂且基底特别是柔性基底易受到高温影响，从而限制了其在柔性电子领域的深入发展。最近，室温液态金属以其独特的导电及直写式特性而逐渐被科研人员所关注，并用于制作液态金属电子器件。然而，液态金属由于其自身表面张力过高，写出困难，目前仍旧缺乏快速，高效、便携式的液态金属印刷工艺。总之，到目前为止，国内外电子制造行业尚未建立起快速便携或打印机形式的可将集成电路或电子器件以直接直写式制造出来的设备及工艺。

为此，本发明引入一种滚动式油墨书写机构，提供采用金属流体、半导体油墨及绝缘油墨作为直写式油墨的多管芯电子直写式圆珠笔，特别引入导电的低熔点室温液态金属油墨，由此实现快捷直写式，并直接构建金属电路及液态金属电子器件。其可望发展成为一种常见的、低成本的、方便快速的电子直写或打印式工具。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种可将电路及电子器件直接写出或打印出来的多管芯电子直写式圆珠笔，以满足快速电子和个性化电子设计与制造，部分解决电路或电子器件制造程序复杂、材料及能源消耗大、环境污染相对较高等问题。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种多管芯电子直写式圆珠笔，包括：笔架结构，用于承载装有液态金属导电油墨、绝缘油墨及半导体油墨的多管式笔芯；笔芯，用于装载液态金属导电油墨、绝缘油墨及半导体油墨，并使油墨能直写在基底上；其中，所述液态金属导电油墨用于印制或写出导体结构，所述半导体油墨用于印制或写出半导体结构，所述绝缘油墨用于封装导体结构或半导体结构。

优选地，所述笔架结构包括：笔壳，用于承载所述笔芯；笔芯按钮，用于选择所述笔芯并将其送入笔管口；笔芯弹簧，用于使选择的笔芯在所述笔芯按钮作用下上、下运动。

优选地，所述笔芯包括：笔芯壳，用于装载所述液态金属导电油墨、绝缘油墨及半导体油墨；电热丝，用于使所述液态金属导电油墨、绝缘油墨及半导体油墨保持液态；笔芯头，用于使圆珠保持原地滚动以带动所述液态金属导电油墨、半导体油墨及所述绝缘油墨写出到基底上；圆珠，用于在滚动作用下带出所述液态金属导电油墨、半导体油墨及所述绝缘油墨并使其直写在基底上。

优选地，所述圆珠的直径为10nm～5cm。

优选地，所述液态金属油墨包括低熔点液态金属或其合金、以及少量氧化物或磁性纳米颗粒添加物。

优选地，所述液态金属为以下材料中的至少一种或其任意组合：镓、镓铟合金、镓铋合金、镓锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓锡铅合金、铋铟锡合金、铋锡合金、铋铅合金。

优选地，所述磁性纳米颗粒为以下材料中的至少一种或其任意组合：Fe、Ni、Co、Gd、Fe₃O₄、CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、MnZnFe₂O₄。