[发明专利]一种柱状嵌入式柔性电路的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于柔性电路制备技术领域，特别涉及一种在粘流态基材上喷射导电墨水制备柱状嵌入式柔性电路版的方法。

背景技术

柔性印刷电路具有可动态弯折、重量轻、厚度薄、占用空间小等优点，可以极大降低电子产品的重量、尺寸以及增加其封装密度，已经广泛用于智能手机、笔记本电脑、液晶显示模块、数码相机、打印机喷头连接线等具有高度集成和耐弯折需求的场合。随着智能手机、大尺寸液晶屏、柔性显示器等电子产品的普及，柔性电路的需求和产量都在不断增加，但目前制作柔性印刷电路的主流方法仍然是光刻法。如CN 1984534A、CN 103108492A、CN103428994 A所述，首先在柔性基材覆铜箔，然后涂覆感光胶，经曝光显影刻蚀得到铜导电线路。这是一种“减法”制作工艺，绝大部分铜箔被浪费，工艺复杂生产成本高，同时感光刻蚀过程会造成大量环境污染。为了解决上述问题，CN 102450110 A公开了一种半加成法制作柔性电路的方法。首先在聚酰亚胺薄膜上形成化学镀金属镍层，然后在金属镍层上设置干膜抗蚀剂，经曝光和刻蚀在柔性基底形成金属镍图案，最后在金属镍层图案上电镀铜。这种半加成法虽然避免了大量铜箔的浪费，但金属镍图案的形成仍然需要显影曝光刻蚀过程，且工艺流程复杂。

喷墨打印技术由于是一种“加法”制作工艺，可以极大提高材料利用效率，且工艺简便、成本低、无污染，通过将导电材料配制成墨水，使用喷墨打印技术在柔性基底上打印导电线路可以解决光刻法制作柔性电路中存在的工艺复杂、高污染、制作成本高等问题。但喷墨打印由于墨滴在柔性基底上的铺展只能形成几百纳米的导电层，而光刻法制作的电路厚度可以达到微米级别，这就造成了打印电路电子迁移率低，反复弯折后导电性能衰减。另外，墨滴在基材上的铺展导致打印电路的分辨率低，目前喷墨打印单根导电线路的精度普遍处在20-30μm，与光刻法亚微米级别的分辨率还有很大差距，这对提高打印电路的集成度至关重要。

所以，虽然喷墨打印制备柔性电路具有高效、低成本、无污染的优势，但打印电路由于墨滴铺展而造成厚度薄、精度低，这些问题限制了喷墨打印技术在柔性电路板制作领域的应用。

发明内容

为了解决现有柔性电路中以上问题，本发明提出一种喷墨打印制备柱状嵌入式柔性电路的方法。

本发明在处于粘流态的高分子基材上喷墨打印导电墨水，喷头喷射出的墨滴由于冲击作用而沉入基材内部，通过后续处理使原先处于粘流态的基材固化形成被基材包裹的柱状嵌入式柔性电路。

本发明所述的柱状嵌入式柔性电路的制备方法为：首先将处于粘流态的高分子材料涂覆在支撑材料上，然后喷墨打印导电墨水，由于喷头喷射时的冲击作用使导电墨水沉入粘流态的高分子材料内部，最后经过加热或光照进行固化得到柱状嵌入式柔性电路；导电墨水干燥后形成导电线路，粘流态的高分子材料固化成膜，形成导电线路的封装材料。

所述的处于粘流态的高分子材料为聚酰亚胺溶液、可后续发生交联的硅橡胶材料、或低聚合度的聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述的聚酰亚胺溶液浓度为10-50wt％，溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二-甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。

所述的可后续发生交联的硅橡胶材料为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶。

所述的低聚合度的聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度为1-50，可后续进一步发生酯化反应形成聚合度为100-200的聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述的涂覆方式包括旋涂、刮涂、浸涂、辊轮涂布；所述的涂覆厚度为10-1000μm。

所述的支撑材料包括金属铝片、玻璃片、硅片、PET薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜；粘流态的高分子材料固化成膜后可与支撑材料剥离，支撑材料可继续重复使用。

所述的导电墨水含有金属纳米材料、导电高分子材料、导电碳材料中的一种或几种。

所述的金属纳米材料为银纳米颗粒、银纳米线、银纳米片、铜纳米颗粒、铜纳米线、铜纳米片、金纳米颗粒、金纳米线、锡包铜纳米颗粒、锡包铜纳米线。

所述的导电高分子材料为聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺。

所述的导电碳材料为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑。

上述制备得到的柱状嵌入式柔性电路在制备柔性集成电路板中的应用。

上述制备得到的柱状嵌入式柔性电路在制备拉伸传感器中的应用。