使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法和应用，方法包括以下步骤：在基底上旋涂聚乙烯醇水溶液，旋涂后干燥，在基底上得到聚乙烯醇层；采用电流体喷墨打印方法在聚乙烯醇层上印刷电路的图案；对所得基底进行等离子体烧结。本发明专利技术的方法操作简单，改善了电流体喷墨打印由于基底亲疏水性与墨水亲疏水性不同导致的印刷图案线宽不均匀、印刷效果不连续等问题，本发明专利技术在大面积范围内高分辨率电路最小线宽为8微米左右且线宽分布均匀，在小面积范围内高分辨率电路最小线宽为4微米左右且线宽分布均匀。4微米左右且线宽分布均匀。4微米左右且线宽分布均匀。

【技术实现步骤摘要】
使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法和应用


[0001]本专利技术属于印刷法制备电路
，具体来说涉及一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着柔性电子学与印刷电子学研究的不断深入，以及制备方法的日益成熟，使得柔性电路能够逐渐从实验室阶段走向医疗、工业等众多领域。然而，如何将柔性电路推向更大范围的应用，提升印刷法制备的柔性电路的分辨率，存在着重要的挑战。由于光刻技术昂贵的价格，虽然其能够制造高分辨率的柔性电路，但光刻机的造价与单次光刻的昂贵成本制约了柔性电路的大批量生产。对于其他非光刻的柔性电路制造方法，如印刷法，由于其印刷精度和印刷分辨率受印刷设备和其原理的制约，大部分印刷方法的分辨率范围在30-50微米，导致无法将单个元器件尺度做小，降低了单位面积上电子元器件的个数。因此，使用其方法制备的柔性电路体积较大，无法做到高分辨率。
[0003]电流体喷墨打印是一种利用电场将墨水按照预定的图案印刷到印刷基底，从而实现高分辨率印刷的技术。对于电流体喷墨打印技术，许多研究人员试图通过施加电场来适应控制和操纵墨滴形成过程，电流体喷墨打印已经发展成为一种用于微/纳米图案化的前瞻性技术，并且已成为许多人员研究的目标，因为与相同喷嘴尺寸的其他喷墨技术相比，电流体喷墨打印能够产生非常小的尺寸的墨滴。与传统的喷墨方法不同，它将液态墨水从喷嘴中拉出而不是推动喷嘴。结果，它能够产生尺寸比喷嘴尺寸小2至5个数量级的墨滴或喷墨，这在常规喷墨打印系统中是不可能实现的。此技术可以来打印各种功能的有机和无机油墨，包括固体物体的悬浮液，其分辨率可以扩展到亚微米范围。尤其是当需要打印电子产品要求更高的打印速度，更高的分辨率和更高的可靠性，同时还要打印更复杂的非牛顿液体和重固体液体时，电流体喷墨打印相比传统其他喷墨打印，更容易完成此类任务。但是，电流体喷墨打印仍然存在一些问题，例如当亲水的墨水印刷在疏水的基底时，由于其表面能不同，电流体喷墨打印则会出现线宽分布不均匀的现象，影响了打印的效果，为后续的其他工作带来了麻烦。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法，该方法通过将聚乙烯醇(PVA)旋涂在基底上，并通过电流体喷墨打印方法制备相应电路，再通过氩气等离子体烧结获得高分辨率电路，此方法能用于制造复杂的柔性电路，可以应用于半导体产业中的柔性集成电路制造。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0006]一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法，包括以下步骤：
[0007]1)在基底上旋涂聚乙烯醇(PVA)水溶液，旋涂后干燥，在基底上得到聚乙烯醇层；
[0008]在所述步骤1)中，所述旋涂的速度为1500～3000转/分钟，旋涂的时间为60～90
秒。
[0009]在所述步骤1)中，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为20～40mg/mL。
[0010]在所述步骤1)中，所述基底为刚性基底或柔性基底。
[0011]在所述步骤1)中，所述刚性基底为石英片或载玻片，所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚二甲基矽氧烷(PDMS)。
[0012]在所述步骤1)中，所述干燥的方法为用氮气吹干，所述氮气的纯度为99.999％。
[0013]2)采用电流体喷墨打印方法在所述聚乙烯醇层上印刷电路的图案；
[0014]在所述步骤2)中，所述电流体喷墨打印方法所采用的墨水为亲水性纳米银颗粒墨水。
[0015]在所述步骤2)中，所述电流体喷墨打印方法的电压为300～600V。
[0016]在所述步骤2)中，所述电流体喷墨打印方法的频率为80～150Hz。
[0017]在所述步骤2)中，所述电流体喷墨打印方法的速度为0.05～0.1mm/s。
[0018]在所述步骤2)中，所述电流体喷墨打印方法中喷嘴与基底的距离为30～50微米。
[0019]3)对步骤2)所得基底进行等离子体烧结。
[0020]在所述步骤3)中，烧结时间为5～10分钟，功率为50～100瓦。
[0021]在所述步骤3)中，所述等离子烧结位于氩气气氛下且压强为200～300毫托。
[0022]上述方法在提高印刷电路的图案的线宽均匀性中的应用。
[0023]在上述技术方案中，当所印刷图案的覆盖面积为(0.8～1.2)mm*(0.8～1.2)mm时，电路的图案的线宽分布均匀且线宽为8～9微米，当所印刷图案的覆盖面积为 0.01mm*0.06mm时，电路的图案的线宽分布均匀且线宽为4微米。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术提供了一种广泛适用于亲水墨水印刷在疏水基底时的改良方法，本专利技术的方法操作简单，改善了电流体喷墨打印由于基底亲疏水性与墨水亲疏水性不同导致的印刷图案线宽不均匀、印刷效果不连续等问题，本专利技术的方法可以简单快捷的得到高分辨率的导线和电路图案，为后续的电路设计提供了更好条件，在大面积范围内高分辨率电路最小线宽为8微米左右且线宽分布均匀，在小面积范围内高分辨率电路最小线宽为4微米左右且线宽分布均匀。可以用以制备复杂电路，或者快速原型电路概念验证等生产研发和科学研究场合，而不需要像传统光刻一样操作复杂、成本高、污染大且耗时。
附图说明
[0026]图1a为实施例1中基底旋涂前的接触角；
[0027]图1b为实施例1中基底旋涂后的接触角；
[0028]图2为电流体喷墨打印方法的原理图；
[0029]图3为实施例1所得到方法获得的高分辨率电路；
[0030]图4为实施例2所得到方法获得的高分辨率电路。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0032]电流体喷墨打印设备SIJ-S050购自于日本SIJ Technology公司；
[0033]光学照片使用Leica DM2700M荧光显微镜拍摄；
[0034]接触角测量使用接触角测量仪LAUDA Scientific OSA100进行测量；
[0035]氩气等离子体烧结使用了Diener ZEPTO Plasma等离子清洗机。
[0036]丙酮(分析纯)购置于天津市大茂化学试剂厂
[0037]异丙醇(HPLC)购置于天津市大茂化学试剂厂
[0038]聚乙烯醇购置于Sigma-Aldrich
[0039]基底在使用前通过丙酮、异丙醇、丙酮、异丙醇分别超声5分钟，用于对基底进行清洗。
[0040]实施例1
[0041]一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法，包括以下步骤：
[0042]1)在基底上旋涂聚乙烯醇(PVA)水溶液，聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为30mg/mL，旋涂的速度为2000转/分钟，旋涂的时间为80秒，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用电流体喷墨打印法制备高分辨率电路的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在基底上旋涂聚乙烯醇水溶液，旋涂后干燥，在基底上得到聚乙烯醇层；2)采用电流体喷墨打印方法在所述聚乙烯醇层上印刷电路的图案；3)对步骤2)所得基底进行等离子体烧结。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述旋涂的速度为1500～3000转/分钟，旋涂的时间为60～90秒。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为20～40mg/mL，所述干燥的方法为用氮气吹干。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述基底为刚性基底或柔性基底。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述刚性基底为石英片或载玻片，所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯或聚二甲基矽氧烷。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述电流体喷墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿博文，胡文平，任晓辰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：