一种弹性电路板制备方法及弹性电路板技术

本发明专利技术涉及弹性和柔性电路制备技术领域，具体涉及一种弹性电路板制备方法及弹性电路板。该方法包括：S1.在基底上设置金属薄膜；S2.在金属薄膜表面涂覆光敏材料，并对光敏材料光刻出金属电路版图；S3.刻蚀光敏材料未遮盖的金属薄膜部分，去除光敏材料；S4.在余下的金属薄膜表面涂覆阻焊支撑层，并对阻焊支撑层预固化；S5.根据多种需求电路图来刻蚀阻焊支撑层，并对阻焊支撑层热固化形成金属电路层；S6.重复S1～S5制备多个金属电路层，并从基底上剥离；S7.依次对准各层金属电路层，焊接后形成弹性电路板。采用类PCB制备方法，可以最大程度的利用现有PCB加工设备，可实现多层弹性电路制备、规模化生产、成品率高、工艺成本低和兼容回流焊工艺的优点。

A Method for Preparing Elastic Circuit Board and Elastic Circuit Board

【技术实现步骤摘要】
一种弹性电路板制备方法及弹性电路板
本专利技术涉及弹性和柔性电路制备
，具体涉及一种弹性电路板制备方法及弹性电路板，适用于可穿戴设备、医疗设备和机器人领域，甚至航天航空领域。
技术介绍
基于传统的印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)等开发的电子设备应用于弯曲表面(如球面、动物皮肤表面等)和运动部位(如人体关节、机器人关节等)时，由于PCB无法弯曲和拉伸，导致这类产品无法与曲面形成紧密配合，也不适用于运动部位。由于与皮肤表面配合不佳，可能会导致传感器(如心率、脉搏、脑电传感器)测量精度降低。更多地，这类设备还存在设备体积庞大和佩戴体验差的缺点。在此技术背景之下，能够弯曲和拉伸的弹性电路技术应运而生。伴随着材料科学和微加工技术的发展，弹性电路技术尽管有了突飞猛进的发展，但距离实用化还有很长的路要走。通过检索现有弹性电路的加工方法可归纳为两类：一是在弹性材料上制备金属电路；二是利用微流控技术制备弹性电路。针对在弹性材料上制备金属电路，通常的方法是在弹性或柔性材料表面溅射一层数十到数百纳米的金属电路层。由于金属电路和弹性材料的热膨胀系数差异较大，会导致金属电路出现裂纹或断路的现象，并存在金属互连线阻抗高的问题。虽然在柔性材料表面溅射金属电路不会出现裂纹，但是需要对柔性材料进行图形化，而且溅射的金属层阻抗较微米级厚的金属电路要高得多。而利用微流控技术制备弹性电路的方法，可能会存在液体泄漏、体积较大和阻抗较高的问题。早在2011年，J.A.Rogers等在Science,2011,333:838-843中提出皮表电子的概念，文中提出的弹性电路由弹性基底(聚二甲基硅氧烷)、应力缓冲层(聚酰亚胺)、电路和器件(金属和硅等)和保护层(聚酰亚胺)构成，系统厚37微米。然而，此弹性电路系统无法焊接传统的电子元器件，这极大的限制了它的使用领域；另外，利用溅射工艺加工的金属电路层，其机械性能和电学性能远不如PCB上的金属电路。ToddP.Coleman等在AdvancedMaterials,2017,29,201701312中提出一种利用溅射的方式制备了多层的金属电路，并成功焊接了电子元器件。但该方法仍旧使用溅射工艺制备金属电路，依旧存在前述问题。为了取代硬质金属，R.K.Kramer等在AdvancedFunctionalMaterials,2014,24:3501-3507中提出将镓-铟合金直接打印至聚二甲基硅氧烷表面实现弹性电路的功能。众所周知，液态金属的电阻率远高于铜、铝、银和金等导线常用金属，因此使用此方法制备的导线电阻比较大。并且，液态金属与传统的电子元器件难以连接。S.Xu等人在Science,2014,34(6179):70-74中提出一种将传感器、金属导线、射频芯片和处理器等集成于微流体芯片中，并在微流体空腔中注入电介质防止金属导线出现短路的现象。但基于此方法制备的弹性电路，存在电介质泄露的风险和难以批量化的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种弹性电路板制备方法及弹性电路板，以至少解决现有弹性电路板拉伸性能较差的技术问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：根据本专利技术的一实施例，提供了一种弹性电路板制备方法，包括如下制备步骤：S1.在基底上设置金属薄膜；S2.在金属薄膜表面涂覆光敏材料，并对光敏材料光刻出金属电路版图；S3.刻蚀光敏材料未遮盖的金属薄膜部分，去除光敏材料；S4.在余下的金属薄膜表面涂覆阻焊支撑层，并对阻焊支撑层预固化；S5.根据多种需求电路图来刻蚀阻焊支撑层，并对阻焊支撑层热固化形成金属电路层；S6.重复S1～S5制备多个金属电路层，并从基底上剥离；S7.依次对准各层金属电路层，涂焊锡膏电性连接各层金属电路层，放置电子元器件，并焊接形成弹性电路板。进一步地，方法还包括步骤：S8.浇筑弹性聚合物并固化，最终完成弹性电路板制备。进一步地，阻焊支撑层的材质为聚酰亚胺。进一步地，聚酰亚胺分为光敏型聚酰亚胺和非光敏型聚酰亚胺；当为光敏型聚酰亚胺时，在步骤S5中对光敏型聚酰亚胺阻焊支撑层使用光刻工艺直接成型，热固化形成金属电路层；当为非光敏型聚酰亚胺时，在步骤S5中对非光敏型聚酰亚胺阻焊支撑层使用干法刻蚀和湿法刻蚀工艺加工成型，热固化形成金属电路层。进一步地，阻焊支撑层的厚度为5微米～200微米。进一步地，步骤S1包括：在基底上利用胶带粘贴金属薄膜。进一步地，金属薄膜为金、银、钛、铂、铝、铬、铜或合金薄膜；金属薄膜的厚度为1微米～100微米。进一步地，光敏材料为光刻胶或干膜。进一步地，弹性聚合物为聚二甲基硅氧烷或硅橡胶；弹性聚合物的厚度为50微米～3毫米。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种弹性电路板，弹性电路板为由上述弹性电路板制备方法制备而成。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术工艺简单，成本低、成品率高、具备规模化生产的能力；2、直接刻蚀金属薄膜制备金属电路，较其利用电镀、溅射制备的金属电路具备更优的机械性能和电学性能，具备优越的延展性能；3、克服传统元器件难以焊接的问题，兼容回流焊和手工焊接。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术一种弹性电路板制备方法的流程图；图2为本专利技术一种弹性电路板制备方法的优选流程图；图3为本专利技术一种弹性电路板制备方法的工艺流程示例图；图4为本专利技术弹性电路板的截面图；图5为使用湿法刻蚀工艺制备的铜金属互连线的显微镜照片；图6为本专利技术单层弹性电路照片；图7为本专利技术双层弹性电路板可焊性实验照片；图8为本专利技术单层弹性电路板可焊性实验照片；图9为本专利技术单层弹性电路板人体实验照片；图10为本专利技术单层弹性电路板拉伸实验照片；图11为本专利技术弹性金属互联线拉伸电学实验照片；图12为本专利技术弹性电路板弯曲实验照片；图13为基于本专利技术弹性电路板的脉搏检测系统照片；其中，1为基底，2为胶带，3、3'为金属薄膜，4为光敏材料，5、5'为阻焊支撑层，6为弹性聚合物，7为焊锡膏，8为电子元器件。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术的一实施例，提供了一种弹性电路板制备方法，参见图1，包括如下制备步骤：S1.在基底1上设置金属薄膜3；S2.在金属薄膜3表面涂覆光敏材料4，并对光敏材料4光刻出金属电路版图；S3.刻蚀光敏材料4未遮盖的金属薄膜3部分，去除光敏材料4；S4.在余下的金属薄膜3表面涂覆阻焊支撑层5，并对阻焊支撑层5预固化；阻焊支撑层5需满足需求的弯曲度，且可以在其上图形化，同时绝缘。S5.根据多种需求电路图来刻蚀阻焊支撑层5，并对阻焊支撑层5热固化形成金属电路层；S6.重复S1～S5制备多个金属电路层，并从基底1上剥离；S7.依次对准各层金属电路层，涂焊锡膏7电性连接各层金属电路层，放置电子元器件8，并焊接形成弹性电路板。该方法制备的弹性电路板具有成品率高，具备良好拉伸性能和可靠性、电流负载能力强、并具有良好的焊接性能(能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹性电路板制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：S1.在基底上设置金属薄膜；S2.在所述金属薄膜表面涂覆光敏材料，并对所述光敏材料光刻出金属电路版图；S3.刻蚀所述光敏材料未遮盖的所述金属薄膜部分，去除所述光敏材料；S4.在余下的所述金属薄膜表面涂覆阻焊支撑层，并对所述阻焊支撑层预固化；S5.根据多种需求电路图来光刻/刻蚀所述聚酰亚胺阻焊支撑层，并对所述阻焊支撑层热固化形成金属电路层；S6.重复S1～S5制备多个所述金属电路层，并从所述基底上剥离；S7.依次对准各层所述金属电路层，涂焊锡膏电性连接各层所述金属电路层，放置电子元器件，并焊接形成所述弹性电路板。

【技术特征摘要】
1.一种弹性电路板制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：S1.在基底上设置金属薄膜；S2.在所述金属薄膜表面涂覆光敏材料，并对所述光敏材料光刻出金属电路版图；S3.刻蚀所述光敏材料未遮盖的所述金属薄膜部分，去除所述光敏材料；S4.在余下的所述金属薄膜表面涂覆阻焊支撑层，并对所述阻焊支撑层预固化；S5.根据多种需求电路图来光刻/刻蚀所述聚酰亚胺阻焊支撑层，并对所述阻焊支撑层热固化形成金属电路层；S6.重复S1～S5制备多个所述金属电路层，并从所述基底上剥离；S7.依次对准各层所述金属电路层，涂焊锡膏电性连接各层所述金属电路层，放置电子元器件，并焊接形成所述弹性电路板。2.根据权利要求1所述的一种弹性电路板制备方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：S8.浇筑弹性聚合物并固化，最终完成所述弹性电路板制备。3.根据权利要求1所述的一种弹性电路板制备方法，其特征在于，所述阻焊支撑层的材质为聚酰亚胺。4.根据权利要求3所述的一种弹性电路板制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺分为光敏型聚酰亚胺和非光敏型聚酰亚胺；当为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树翔，张笛，陈迪，
申请(专利权)人：上海彰恒信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31