[發明專利]多管芯電子直寫式圓珠筆

在審

• 申請號: 201310363332.1
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104425207A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 鄭義;劉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H05K3/00;B41J2/005
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及印刷電子制造工藝領域，特別涉及一種可將液態金屬電路、半導體結構及器件直接寫出并封裝的多管芯電子直寫式圓珠筆。

背景技術

印刷電子技術是基于印刷原理（添加技術）的電子制造技術，然而在過去的幾十年中硅基微電子制造技術占據了電子制造領域的絕對主導地位。集成電路技術加工制造工藝主要包括氧化、光刻、擴散、外延、濺射、真空沉積等。近年來，該電路制造技術的弊端逐漸被認知，包括制造工藝復雜、高能耗、高污染、高成本、高潔凈要求等。其主要原因在于傳統集成電路制造技術是一種刪減技術，其制造工藝需要消耗大量的原材料，水資源，能源等，并且部分加工工藝必須在潔凈室內完成，這需要消耗大量的能源并會帶來外部環境的污染。

如果集成電路乃至電子器件能采用添加技術以直接直寫式的方式制作，則可望實現集成電路高度快捷的生產制造，大幅度改觀電子制造及相關行業的現狀，并進一步建成高效、低成本、綠色化的電路及器件生產模式。

為改變上述現狀，研究人員提出了使用有機導電聚合物油墨來直接印刷。但這類材料的導電性相對較差，且溶液化和可印刷性存在一定問題；為獲得更好的溶液化，研究者們繼而通過在溶液中添加高導電性納米顆粒來實現可印刷的導電油墨，但其仍舊有配制工藝復雜、電阻率相對較高、導線形成需要借助一定的化學反應實現、器件成型固化溫度高等缺憾。實際的制造過程需要先印刷，再通過數百度的高溫使這類油墨發生蒸發、化學反應乃至燒結，才能最后沉積下所需的導體部件，故整個工藝仍然相當復雜且基底特別是柔性基底易受到高溫影響，從而限制了其在柔性電子領域的深入發展。最近，室溫液態金屬以其獨特的導電及直寫式特性而逐漸被科研人員所關注，并用于制作液態金屬電子器件。然而，液態金屬由于其自身表面張力過高，寫出困難，目前仍舊缺乏快速，高效、便攜式的液態金屬印刷工藝。總之，到目前為止，國內外電子制造行業尚未建立起快速便攜或打印機形式的可將集成電路或電子器件以直接直寫式制造出來的設備及工藝。

為此，本發明引入一種滾動式油墨書寫機構，提供采用金屬流體、半導體油墨及絕緣油墨作為直寫式油墨的多管芯電子直寫式圓珠筆，特別引入導電的低熔點室溫液態金屬油墨，由此實現快捷直寫式，并直接構建金屬電路及液態金屬電子器件。其可望發展成為一種常見的、低成本的、方便快速的電子直寫或打印式工具。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種可將電路及電子器件直接寫出或打印出來的多管芯電子直寫式圓珠筆，以滿足快速電子和個性化電子設計與制造，部分解決電路或電子器件制造程序復雜、材料及能源消耗大、環境污染相對較高等問題。

（二）技術方案

為解決上述問題，本發明提供一種多管芯電子直寫式圓珠筆，包括：筆架結構，用于承載裝有液態金屬導電油墨、絕緣油墨及半導體油墨的多管式筆芯；筆芯，用于裝載液態金屬導電油墨、絕緣油墨及半導體油墨，并使油墨能直寫在基底上；其中，所述液態金屬導電油墨用于印制或寫出導體結構，所述半導體油墨用于印制或寫出半導體結構，所述絕緣油墨用于封裝導體結構或半導體結構。

優選地，所述筆架結構包括：筆殼，用于承載所述筆芯；筆芯按鈕，用于選擇所述筆芯并將其送入筆管口；筆芯彈簧，用于使選擇的筆芯在所述筆芯按鈕作用下上、下運動。

優選地，所述筆芯包括：筆芯殼，用于裝載所述液態金屬導電油墨、絕緣油墨及半導體油墨；電熱絲，用于使所述液態金屬導電油墨、絕緣油墨及半導體油墨保持液態；筆芯頭，用于使圓珠保持原地滾動以帶動所述液態金屬導電油墨、半導體油墨及所述絕緣油墨寫出到基底上；圓珠，用于在滾動作用下帶出所述液態金屬導電油墨、半導體油墨及所述絕緣油墨并使其直寫在基底上。

優選地，所述圓珠的直徑為10nm～5cm。

優選地，所述液態金屬油墨包括低熔點液態金屬或其合金、以及少量氧化物或磁性納米顆粒添加物。

優選地，所述液態金屬為以下材料中的至少一種或其任意組合：鎵、鎵銦合金、鎵鉍合金、鎵錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵錫鉛合金、鉍銦錫合金、鉍錫合金、鉍鉛合金。

優選地，所述磁性納米顆粒為以下材料中的至少一種或其任意組合：Fe、Ni、Co、Gd、Fe₃O₄、CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、MnZnFe₂O₄。