一种柔性电路的激光打印成型方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性电路的激光打印成型方法，所述方法包括如下步骤：1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉打印成目标柔性电路的线路图案；2)将打印有墨粉线路图案的柔性基体和均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，则得到柔性电路。本发明专利技术的成型方法简单高效，不需要制作模板，不需要长时间固化或高温烧结，大幅度提高了电路成型效率；并且电路成型过程不需要溶剂，因此可以避免润湿基体，与喷墨等溶剂法相比更加适合在易吸湿的基体上制作电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性电路的成型方法，特别涉及一种通过激光打印图形后，利用导电粉体成型电路的方法。
技术介绍
随着柔性及可穿戴电子器件的快速发展，对柔性电路的需求也逐步增大。柔性电路可以通过蚀刻法或银浆印刷法进行制作，但由于这两种方法在制作电路之前均需要制作模板，或需要较大型的设备，因此这两种方法只适用于大规模生产，而并不适用于小批量的快速打样或设计验证。在柔性基体上直接打印电路是一种可以小批量快速成型电路的方法，并不需要制作模板，可以对设计的电路图形快速原型打样，适用于柔性电路的定制和验证。目前主要的打印电路方法是通过喷墨打印，将导电墨水打印至柔性基体上，烧结或固化后形成电路。这种方法存在的缺点是在打印后需要高温烧结或较长时间固化，成型效率较低；并且打印的导电墨水中含有溶剂，因此在易吸湿基体(如纸张等)上进行打印时会发生渗透，导致图形分辨率下降，并对电导率和基体性能造成影响。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种柔性电路的激光打印成型方法，该方法生产过程清洁环保，简单高效，不需长时间烧结或固化，而且电路成型过程中不需要溶剂，适合应用于快速成型电路或在易吸湿基体上进行电路制作。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种柔性电路的激光打印成型方法，所述方法包括如下步骤：1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉打印成目标柔性电路的线路图案；2)将打印有墨粉线路图案的柔性基体和均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，则得到柔性电路。由于用于激光打印的墨粉是热塑性的，经过热压时可以使墨粉熔化并粘附导电粉体，因此在经过热压后，仅在打印有图形的部分粘有导电粉体，形成导电图形。聚合物薄膜上未被粘附的导电粉体仍留在薄膜上，可经冲洗进行回收和再利用。优选地，所述的柔性基体为纸张或聚合物薄膜。优选地，所述的导电粉体为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体。其中，所述金属片粉体中的金属片为金片、银片、铜片、铝片、铁片、镀银铜片、镀银铝片和镀银铁片中的一种或多种，金属片的直径为10nm～1mm；所述金属纳米线粉体中的金属纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线和铝纳米线中的一种或多种，金属纳米线直径为1nm～10μm，金属纳米线长度为10nm～1mm。优选地，所述的热压辊的加热温度为80℃-200℃，加压压力为0.1MPa-20MPa。本专利技术所得柔性电路的面电阻小于传统方法制得的柔性电路。与现有技术相比，本专利技术提供的柔性电路成型方法有以下优点：1、可进行柔性电路的快速成型制作，不需制作模板。2、热塑性电路成型瞬间完成，不需要后续高温烧结或长时间固化，大幅度提高了电路成型效率。3、电路成型过程中不需要溶剂，适合在易吸湿基体上进行电路制作。4、电路的电性能可以通过控制导电粉体的用量方便地进行调节。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例11)在纸张基体上进行电路图形的激光打印，形成墨粉图案。2)将打印有墨粉图案的纸张基体和涂覆有银纳米线的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。3)将聚酰亚胺薄膜和纸张基体分离，则在纸张基体上得到目标图形的柔性电路。本实施例中聚酰亚胺薄膜上银纳米线的面密度是0.5mgcm-2。热压辊温度为140℃，压力为0.1MPa。测试所得电路面电阻为0.0266Ωsq-1。实施例21)在PET基体上进行电路图形的激光打印，形成墨粉图案。2)将打印有墨粉图案的PET基体和涂覆有镀银铜片的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。3)将聚酰亚胺薄膜和PET基体分离，则在PET基体上得到目标图形的柔性电路。本实施例中聚酰亚胺薄膜上镀银铜片的面密度是0.8mgcm-2。热压辊温度为80℃，压力为2MPa。测试所得电路面电阻为0.0382Ωsq-1。实施例31)在纸张基体上进行电路图形的激光打印，形成墨粉图案。2)将打印有墨粉图案的纸张基体和涂覆有片状银粉的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。3)将聚酰亚胺薄膜和纸张基体分离，则在纸张基体上得到目标图形的柔性电路。本实施例中聚酰亚胺薄膜上片状银粉的面密度是1mgcm-2。热压辊温度为180℃，压力为5MPa。测试所得电路面电阻为0.0285Ωsq-1。实施例41)在PET基体上进行电路图形的激光打印，形成墨粉图案。2)将打印有墨粉图案的PET基体和涂覆有银纳米线的聚四氟乙烯薄膜一同经过热压辊进行热压。3)将聚四氟乙烯薄膜和PET基体分离，则在PET基体上得到目标图形的柔性电路。本实施例中聚四氟乙烯薄膜上银纳米线的面密度是0.7mgcm-2。热压辊温度为150℃，压力为3MPa。测试所得电路面电阻为0.0231Ωsq-1。实施例51)在纸张基体上进行电路图形的激光打印，形成墨粉图案。2)将打印有墨粉图案的纸张基体和涂覆有碳纳米管的聚酰亚胺薄膜一同经过热压辊进行热压。3)将聚酰亚胺薄膜和纸张基体分离，则在纸张基体上得到目标图形的柔性电路。本实施例中聚酰亚胺薄膜上碳纳米管的面密度是0.3mgcm-2。热压辊温度为200℃，压力为10MPa。测试所得电路面电阻为5.36Ωsq-1。由于碳纳米管之间有较大的接触电阻，所以本实施例中所得到的碳纳米管电路相比于金属电路具有较高的面电阻。实施例61)作为对比，利用现有丝网印刷技术制作柔性电路，具体步骤如下：首先根据所需电路图形晒制丝网印刷网版。制版和晒制过程约需2小时，并且网版制作完成后图形将无法更改。2)利用所制网版将导电银浆印刷至纸张基体上。导电银浆中导电介质为10-20μm直径的银片。3)将印刷好的线路和基体放入烘箱中120℃固化30分钟，则电路制作完成。测试所得电路面电阻为0.042Ωsq-1。可见，实施例1和3中利用激光打印技术制作的银纳米线或银片柔性电路的电性能均优于丝印成型电路。并且，丝印方法需要制作网版和后续固化，电路成型周期长。相比之下，本专利技术的激光打印方法不需要模板，并且热塑性电路可以瞬间完成成型，大幅度地提高了电路成型效率。实施例7作为对比，利用现有喷墨打印技术制作柔性电路，具体步骤如下：1)在喷墨打印机中加入纳米银导电墨水。其中导电介质为10-20nm直径的银球，溶剂是甲笨，银球含量为80wt％。2)在纸张基体上将导电墨水打印成目标电路图形。3)将打印好的线路在200℃下烧结5分钟，得到柔性电路。测试所得电路面电阻为0.086Ωsq-1。与实施例1和2相比，可见喷墨打印制作的电路面电阻高于本专利技术中激光打印制作的银纳米线或银片电路。喷墨打印后需要进行较长时间的高温烧结，这对耐热性较差的基体(如树脂薄膜等)性能会造成较大的影响。并且，由于所打印墨水中含有溶剂，因此在易吸湿基体(如纸张)上打印时会造成渗透使图形分辨率下降，电阻上升。相比之下，本专利技术中的激光打印方法可以通过瞬间高温使电路成型，对基体性能影响小；另一方面，由于电路成型过程中不需要溶剂，因此可以避免在易吸湿基体上的溶剂渗透问题。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电路的激光打印成型方法，所述方法包括如下步骤：1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉打印成目标柔性电路的线路图案；2)将打印有墨粉线路图案的柔性基体和均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，则得到柔性电路。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电路的激光打印成型方法，所述方法包括如下步骤：1)在柔性基体上通过激光打印将热塑性墨粉打印成目标柔性电路的线路图案；2)将打印有墨粉线路图案的柔性基体和均匀涂覆有导电粉体的聚合物薄膜贴合在一起，经过热压辊进行热压使热塑性墨粉熔化并粘附导电粉体；3)将聚合物薄膜和柔性基体分离，则得到柔性电路。2.如权利要求1所述的一种柔性电路的激光打印成型方法，其特征在于，所述的柔性基体为纸张或聚合物薄膜。3.如权利要求1所述的一种柔性电路的激光打印成型方法，其特征在于，所述的导电粉体为金属片粉体、金属纳米线粉体、碳纳米管粉体、石墨烯粉体或以上物质按任意比构成的混合粉体。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贵文，肖红梅，冯青平，李娜，付绍云，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11