一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法
【專利摘要】一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，涉及印刷電路板。提供材料利用率高、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單、綜合成本低、制造精度高的一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法。將覆膠基材進(jìn)行等離子處理，然后在處理后的覆膠基材上進(jìn)行氣流噴印后，再熱處理，電鍍銅后即得基于氣流噴印的柔性電路。避免了熱壓、曝光、蝕刻等傳統(tǒng)工藝帶來(lái)的工序復(fù)雜、產(chǎn)生污染物等缺點(diǎn)，使用覆膠基材進(jìn)行噴印，提高了導(dǎo)線與基材的附著力。涂膠基材通過(guò)等離子處理后疏水性得以降低，噴印導(dǎo)線連續(xù)性得到改善。經(jīng)過(guò)電鍍后的導(dǎo)線電阻值明顯下降，同時(shí)導(dǎo)線的可焊性也得到了提高。
【專利說(shuō)明】一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及印刷電路板，尤其是涉及一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常所說(shuō)的柔性電路是指以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的柔性印制電路板，又稱為撓性印制電路(FPC flexible Printed Circuit)，簡(jiǎn)稱軟板或FPC。柔性印制電路作為電子互連的基礎(chǔ)器件(孔祥麟.高精密撓性印制電路技術(shù)[J].印制電路信息，2004，12:51-53)，有著薄、輕、靈活、既可靜態(tài)彎曲又可動(dòng)態(tài)彎曲、卷曲、折疊等突出特點(diǎn)，對(duì)電子電路承擔(dān)著電氣連接和機(jī)械支撐作用。
[0003]目前的柔性電路的制造一般采用減成法，使用聚酰亞胺樹脂與銅箔層壓形成的覆銅板為基材，通過(guò)貼膜(感光性干膠)、曝光、顯影、時(shí)刻銅箔等制造工藝形成產(chǎn)品。其加工工藝復(fù)雜，需經(jīng)過(guò)涂布、線路成形、絕緣壓著、表面處理、形狀加工、清洗6大類近20道具體的工藝(Wong, William S., Alberto Salle0.Flexible electronics !materials andapplications.Vol.11.Springer, 2009)。由于減成法(熱壓、曝光、蝕刻等)工藝的生產(chǎn)流程繁瑣復(fù)雜，工藝通用性差，光照、蝕刻工藝投資成本高，金屬原料浪費(fèi)嚴(yán)重，金屬利用率僅為10%，同時(shí)該制造方法使用多種化學(xué)藥劑及特殊原料，蝕刻生成的化學(xué)污水、重金屬?gòu)U液排放對(duì)環(huán)境污染非常嚴(yán)重，不能滿足綠色、低成本生產(chǎn)的要求，并且難以制造100 μ m以下的線路等問(wèn)題(Myoung Seong-Sik, Kim Seon-1I , Jung Joo-Yong.A Flexible RF transmittermodule based on flexible printed circuit board by using micro—maching fabricationprocess [J].Mircro wave and Optical Technology Letters.2010，52 (12): 2636-2639)。因此，亟需一種速度快、成本低、工藝兼容性好的新型制造方法、設(shè)備，提高我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)的綜合技術(shù)與實(shí)力、進(jìn)軍柔性電子技術(shù)高端市場(chǎng)。
[0004]加成制造工藝已經(jīng)成為下一代柔性電路、柔性電子制造的最佳選擇，引起工業(yè)界的廣泛關(guān)注(Bozkurt Alperj Lal Amit Low-cost flexible printed circuit technologybased microelectrode array for extracellular stimulation of the invertebratelocomotory system[J].Sensors and Actuators a-physical，2011，169 (I):89-97)。 與傳統(tǒng)工藝所釆用的“減成法”相比，“加成法”制造技術(shù)，在降低設(shè)備投資、減少材料浪費(fèi)、環(huán)境污染和節(jié)約成本等方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，噴印技術(shù)被FPC產(chǎn)業(yè)界公認(rèn)為下一代規(guī)?；圃旒夹g(shù)，無(wú)需制作模板，在常溫、常壓環(huán)境下將溶液直寫到柔性基板上(Sturm H，Sosna C，Buchner R，et al.New electrical connection technology for
microsystems using inktelligent printing^ and functional nanoscaled INKS[C]//Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009.TRANSDUCERS2009.1nternational.1EEE, 2009:1702-1705)，可實(shí)現(xiàn)柔性電路的大面積、批量化、高效制造，實(shí)現(xiàn)“綠色生產(chǎn)”。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供材料利用率高、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單、綜合成本低、制造精度高的一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法。
[0006]本發(fā)明的具體步驟如下:
[0007]將覆膠基材進(jìn)行等離子處理，然后在處理后的覆膠基材上進(jìn)行氣流噴印后，再熱處理，電鍍銅后即得基于氣流噴印的柔性電路。
[0008]所述覆膠基材可采用涂覆有熱熔性膠的聚酰亞胺基材；所述等離子處理的方法是將覆膠基材置于等離子處理機(jī)中，通入氧氣進(jìn)行等離子處理，等離子處理的時(shí)間可為I?3min ;所述氣流噴印的墨水可采用納米銀顆粒墨水,所述納米銀顆粒墨水由納米銀顆粒和溶劑組成，所述納米銀顆粒的平均直徑小于lOOnm，最好小于60nm，所述溶劑可選自去離子水、乙醇、乙二醇等有機(jī)溶劑中的至少一種；所述熱處理的溫度可為100?300°C，熱處理的時(shí)間可為30?120min ;所述電鍍銅的電流可為15?40mA。
[0009]以下給出氣流噴印的原理:
[0010]氣體從噴霧器的進(jìn)氣口進(jìn)入溶液罐，將溶液罐中的墨水壓到噴嘴處，噴嘴處的高速氣體剪切墨水形成小液滴(其中也包含部分納米顆粒)，這種氣液固混合體被稱作氣溶膠。在噴頭處使用環(huán)形約束氣體(又稱鞘氣)將氣溶膠壓縮聚焦成很小的一束噴印到基材上。
[0011]以下給出等離子處理的原理:
[0012]等離子體處理是將材料暴露在非聚合性等離子氣體中，利用等離子體轟擊材料表面，引起高分子材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高分子材料進(jìn)行表面改性。等離子體處理后，材料表面發(fā)生了多種物理變化和化學(xué)變化，例如產(chǎn)生刻蝕，形成致密的交聯(lián)層以及引入極性基團(tuán)，使得材料的粘結(jié)性、親水性等得到改善。
[0013]本發(fā)明避免了熱壓、曝光、蝕刻等傳統(tǒng)工藝帶來(lái)的工序復(fù)雜、產(chǎn)生污染物等缺點(diǎn)，使用覆膠基材進(jìn)行噴印，提高了導(dǎo)線與基材的附著力。涂膠基材通過(guò)等離子處理后疏水性得以降低，噴印導(dǎo)線連續(xù)性得到改善。經(jīng)過(guò)電鍍后的導(dǎo)線電阻值明顯下降，同時(shí)導(dǎo)線的可焊性也得到了提高。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
[0015]1、用含銀顆粒的墨水通過(guò)噴印的方法制造柔性電路，避免了熱壓、曝光、蝕刻等傳統(tǒng)工藝帶來(lái)的工序復(fù)雜、產(chǎn)生污染物等缺點(diǎn)。
[0016]2、使用覆膠基材進(jìn)行噴印，提高了導(dǎo)線與基材的附著力，涂膠工藝和印刷工藝可以分開進(jìn)行，降低加工成本。
[0017]3、涂膠基材通過(guò)等離子處理后疏水性得以降低，噴印導(dǎo)線連續(xù)性得到改善，未進(jìn)行等離子處理的涂膠基材噴印后導(dǎo)線斷斷續(xù)續(xù)，經(jīng)等離子處理后的涂膠基材噴印后導(dǎo)線呈連續(xù)狀。
[0018]4、經(jīng)過(guò)電鍍后的導(dǎo)線電阻值明顯下降，同時(shí)導(dǎo)線的可焊性也得到了提高。在對(duì)未電鍍過(guò)的導(dǎo)線進(jìn)行可焊性測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銀線碰到熔融的焊錫時(shí)會(huì)被焊錫熔化，導(dǎo)線完全沒有可焊性，經(jīng)過(guò)電鍍的導(dǎo)線可焊性較好。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施例詳予說(shuō)明。
[0020]納米銀顆粒墨水選用Cabot CSD-32銀漿，其中銀納米顆粒<60nm，溶劑乙二醇。
[0021]覆膠基材使用涂覆聚酰亞胺樹脂的PI薄膜，將該覆膠基材置于等離子處理設(shè)備中，通入氧氣處理lmin，等離子處理后的材料表面獲得親水性是因?yàn)樘幚磉^(guò)程中表面引入了含氧基團(tuán)，恢復(fù)疏水性與材料表面含氧基團(tuán)的再定位及表面大分子降解后重排有關(guān)。
[0022]在處理后的覆膠基材上進(jìn)行氣流噴印，噴印選用氣浮沉積噴印系統(tǒng)AJ300，噴印過(guò)程中將承載基材的平臺(tái)加熱至80°C，使熱熔膠將墨水導(dǎo)線與基材充分粘結(jié)在一起。
[0023]對(duì)噴印后的覆膠基材進(jìn)行熱處理:待噴印線路干燥后，將印有線路的基材置于燒結(jié)爐中熱處理，在200°C條件下加熱30min。
[0024]采用鍍銅設(shè)備對(duì)熱處理產(chǎn)物進(jìn)行電鍍銅:電鍍液由硫酸銅及去離子水組成，電鍍電流為28mA，電鍍時(shí)間為15min。
[0025]使用前，可將產(chǎn)品經(jīng)過(guò)清洗、覆膜和沖切等工藝。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于其具體步驟如下: 將覆膠基材進(jìn)行等離子處理，然后在處理后的覆膠基材上進(jìn)行氣流噴印后，再熱處理，電鍍銅后即得基于氣流噴印的柔性電路。
2.如權(quán)利要求1所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述覆膠基材采用涂覆有熱熔性膠的聚酰亞胺基材。
3.如權(quán)利要求1所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述等離子處理的方法是將覆膠基材置于等離子處 理機(jī)中，通入氧氣進(jìn)行等離子處理，等離子處理的時(shí)間為I~3min。
4.如權(quán)利要求1所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述氣流噴印的墨水采用納米銀顆粒墨水，所述納米銀顆粒墨水由納米銀顆粒和溶劑組成。
5.如權(quán)利要求4所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述納米銀顆粒的平均直徑小于lOOnm。
6.如權(quán)利要求5所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述納米銀顆粒的平均直徑小于60nm。
7.如權(quán)利要求4所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述溶劑選自去離子水、乙醇、乙二醇中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述熱處理的溫度為100~300°C，熱處理的時(shí)間為30~120min。
9.如權(quán)利要求1所述一種基于氣流噴印的柔性電路制備方法，其特征在于所述電鍍銅的電流為15~40mA。
【文檔編號(hào)】H05K3/00GK104023478SQ201410298151
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】趙揚(yáng), 馬少宇, 余兆杰, 陳新敏, 楊群峰, 徐兵 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)