使用喷墨印刷的刚性-柔性印刷电路板制造制造技术

本公开涉及用于直接印刷刚性柔性电子物体的方法和组合物。具体来说，本公开涉及使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性‑柔性电子器件进行直接、任选地同时喷墨印刷的方法、系统和组合物，所述刚性‑柔性电子器件例如刚性‑柔性PCB、FPC、TFT、天线太阳能电池、RFID等等。

Manufacturing of rigid flexible printed circuit board using inkjet printing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用喷墨印刷的刚性-柔性印刷电路板制造
技术介绍
本公开涉及用于直接印刷刚性柔性印刷电路板的方法和组合物。具体来说，本公开涉及使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性-柔性电路板和/或柔性电子器件进行直接喷墨印刷的方法和组合物。柔性-刚性复合电子件表示新一代的电子件，其既具有拉伸性质，又具有弯曲柔性。这些性质将使电子装置具有弯曲和扭曲的一致性，以及在大应变范围内拉伸和压缩的能力。由于其柔软性和可贴合性，可拉伸的电子件在例如表皮电子装置和可植入装置的生物医学工程方面显示出巨大的潜力。所述电子件在对可穿戴电子器件和例如传感器、具有复杂几何形状的天线或放置在弯曲物体上的RFID等其它行业的不断增长的需求方面也显示出巨大的潜力。预期柔性电子器件领域中的进展将在许多重要的新兴技术中发挥关键作用。例如，柔性传感器阵列、电子纸、可穿戴电子装置和大面积柔性有源矩阵显示器。另外，还预期柔性集成电子系统和处理方法的开发显著影响数种其它重要技术，包含微流体学和纳米流体学、传感器和智能蒙皮、射频识别系统(RFID)、信息存储以及微机电系统和纳米机电系统。然而，柔性电子技术的这些应用的成功取决于新材料的持续开发，以及用于制造在弯折、变形和弯曲构象中展现良好的电子、机械和光学性质的集成电子电路和装置的商业上可行且可扩展的制造路径。柔性电子器件目前指的是通过将电子装置沉积到柔性衬底上来构建电子电路的技术。制造性能等于构建在脆性半导体晶片上但具有光学透明度，重量轻，具有可拉伸/可弯曲格式且易于大面积快速印刷的常规(刚性)微电子器件的柔性电子器件已经展示为实现不同应用，例如柔性显示器、薄膜太阳能电池、大面积传感器和致动器。在所有这些应用中，电路和其上并有的组件两者的柔性表示与通常刚性电路的主要差异。迄今为止，已经证明，设计基于无机材料的可弯曲(由杨氏模量控制，其为描述等于机械张力与对应伸长率和因此材料硬度量度之间的比率的材料性质或参数的弹性模量)且可拉伸(由泊松比控制，其指宽度随长度变化的相对变化的测量结果，或者在拉伸期间组件“颈缩(neckin)”的趋势)的电子器件是一个挑战，这是因为它们具有小的断裂应变(高杨氏模量且泊松比为1)。柔性电子器件的典型实施例是无机物薄膜，其用作衬底上的半导体、导体和/或绝缘体以最小化由弯曲或拉伸引起的应变。另一实施例由波浪形图案的电路表示，其可以提供完全可逆的可拉伸/可压缩性，而在电路材料本身中没有可观的应变。本文提供一种由有机和/或金属材料组成的柔性和/或可拉伸/可弯曲刚性-柔性二维或三维柔性电子器件，其用于制造电子装置/连接器/印刷电路板/天线/传感器/RFIDs等。术语“可弯曲”是指指示材料、结构、装置或装置组件在不经历引入显著应变(例如使材料、结构、装置或装置组件的故障点特性化的应变)的变换的情况下变形成弯曲形状(参见例如图2到4C)的能力的机械性质。在示例性实施例中，柔性材料、结构、装置或装置组件可在不引入大于或等于约300％的应变的情况下变形为弯曲形状。同样，“可扩展”和“可拉伸”可以同义地在本描述中使用，并且指代材料、结构、装置或装置组件在不经历断裂的情况下应变的能力。本专利技术的一些可拉伸材料、结构和装置能够在没有机械故障的情况下展现至少一些膨胀和/或压缩。在一个实施例中，本专利技术的可拉伸结构能够沿着给定方向，并且在一些实施例中沿着例如定向成彼此正交的方向的两个方向经历其总覆盖面积约5％的变化。在一些实施例中，可拉伸性是由所使用的材料的结构的元件引起的，所述元件能够相对于彼此移动或移位。柔性-刚性复合物体(柔性-刚性电子器件)表示混合复合结构，其中单个整体产品由柔性组件和刚性组件两者构成，其中的每一个或这两者由有机材料或金属材料或者这两者组成。形成此类刚性-柔性电子装置的能力可解决电子行业中被称为摩尔定律的一个主要问题，摩尔定律陈述了密集集成电路中的晶体管的数目约每两年增加一倍。这种预计导致集成电路占用的空间增大。然而，在由电子装置占据的空间受到限制的情况下，例如对于植入的医疗装置，需要折叠装置，或能够以复杂的三维几何形状产生电子装置，所述几何形状具有高表面积和低空间占用。柔性-刚性复合电路板表示印刷电路板(PCB)的混合复合结构，其中柔性和刚性电路板彼此连接以形成单个复合电路板。多层柔性-刚性电路板复合结构的各种层通常通过金属涂布的贯通开口连接。通常将柔性连接桥紧固到刚性或加强PCB以利用封装(即，构造和连接技术)的优点以及昂贵电子组件中的柔性衬底，其中出于成本原因使用显著更具成本效益的刚性电路板。通常借助于热棒焊接或激光焊接的此连接步骤在离散步骤中逐电路执行。隔离的柔性连接桥和PCB结构的额外处理和定位难以自动化，这导致高生产成本并减少用于产生柔性连接的循环时间。在小PCB结构中，如在医学植入物中所使用，这些问题进一步增加。另外的问题是在重复地应变柔性时在重复使用中的分层和接触劣化。本公开旨在克服一个或多个上述问题。
技术实现思路
在各种实施例中，公开了使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性-柔性电子器件和/或柔性导体进行直接喷墨印刷的系统、方法和组合物。在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机制造刚性-柔性电子物体的方法，其包括：提供喷墨印刷系统，所述喷墨印刷系统包括：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示刚性-柔性电子物体的2D或3D可视化文件；生成表示用于印刷刚性-柔性电子物体的至少一个基本2D层的文件；接收与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的文件，其中CAM模块被配置成控制第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；使用CAM模块获得表示用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示刚性树脂喷墨油墨、刚性金属喷墨油墨、柔性树脂喷墨油墨、柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案；使用第一印刷头在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2D层中形成对应于刚性树脂表示的图案；固化刚性-柔性电子物体的2D层中对应于刚性树脂表示的图案；使用第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用喷墨印刷机制造刚性-柔性电子物体的方法，其包括：/na.提供喷墨印刷系统，其包括：/ni.第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；/nii.第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；/niii.第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；/niv.第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；/nv.传送器，其可操作地联接到所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头中的每一个；以及/nvi.计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在所述非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示所述刚性-柔性电子物体的3D可视化文件；生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷所述刚性-柔性电子物体；接收与所述刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的所述文件，/n其中所述CAM模块被配置成控制所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头中的每一个；/nb.提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；/nc.使用所述CAM模块获得表示用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示所述刚性树脂喷墨油墨、所述刚性金属喷墨油墨、所述柔性树脂喷墨油墨、所述柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案，；/nd.使用所述第一印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于刚性树脂表示的图案；/ne.固化所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述刚性树脂表示的所述图案；/nf.使用所述第三印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于柔性树脂表示的图案；/ng.交联所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述柔性树脂表示的所述图案；/nh.使用所述第二印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于刚性金属油墨表示的图案；/ni.烧结用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中对应于所述刚性金属油墨表示的所述图案；/nj.使用所述第四印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于柔性导电油墨表示的图案；以及/nk.交联所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述柔性导电表示的所述图案。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170111 US 62/445,1131.一种使用喷墨印刷机制造刚性-柔性电子物体的方法，其包括：
a.提供喷墨印刷系统，其包括：
i.第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；
ii.第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；
iii.第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；
iv.第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；
v.传送器，其可操作地联接到所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头中的每一个；以及
vi.计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在所述非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示所述刚性-柔性电子物体的3D可视化文件；生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷所述刚性-柔性电子物体；接收与所述刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的所述文件，
其中所述CAM模块被配置成控制所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头中的每一个；
b.提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；
c.使用所述CAM模块获得表示用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示所述刚性树脂喷墨油墨、所述刚性金属喷墨油墨、所述柔性树脂喷墨油墨、所述柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案，；
d.使用所述第一印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于刚性树脂表示的图案；
e.固化所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述刚性树脂表示的所述图案；
f.使用所述第三印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于柔性树脂表示的图案；
g.交联所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述柔性树脂表示的所述图案；
h.使用所述第二印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于刚性金属油墨表示的图案；
i.烧结用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中对应于所述刚性金属油墨表示的所述图案；
j.使用所述第四印刷头，在用于印刷的所述刚性-柔性电子物体的所述第一基本2D层中形成对应于柔性导电油墨表示的图案；以及
k.交联所述刚性-柔性电子物体的所述2D层中对应于所述柔性导电表示的所述图案。


2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
a.使用所述CAM模块获得表示用于在第一层之后印刷的所述刚性-柔性电子物体的基本2D层的生成文件；以及重复用于形成后续复合组件层的步骤。


3.根据权利要求2所述的方法，其中固化所述第一层的所述步骤包括加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应，或包括前述中的一个或多个的组合。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述刚性金属油墨组合物包括：平均直径为D2,1，粒度在约20nm与约150nm之间的金属纳米粒子；以及视情况选用的溶剂。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述金属纳米粒子的纵横比基本大于1。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述刚性树脂油墨是多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合的溶液；交联剂；以及自由基光引发剂。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述刚性树脂是：聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙烯基吡咯烷酮)，或包括前述中的一种或多种的混合物或共聚物的组合。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述柔性树脂油墨是包括以下的组合物：聚(甲基丙烯酸六氟丁酯)、聚(硅氧烷)(PS)、聚(酰亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·伊利米勒，M·萨梅特巴德，D·达马托夫，A·贝利茨基，
申请(专利权)人：维纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL