[發明專利]一種高分子液態金屬共打印的柔性電路三維打印方法

在審

• 申請號: 201810160724.0
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108381903A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 賀永;周璐瑜;傅建中;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/379;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 黃燕

本發明公開了一種高分子液態金屬共打印的柔性電路三維打印方法，其特征在于，包括：帶有同軸噴頭的三維打印裝置根據設定的柔性電路的三維模型數據進行打印，在打印過程中控制同軸噴頭內噴頭中的液態金屬在外噴頭中的高分子材料的包裹下穩定連續流出，形成初始的三維模型，經過固化處理和封裝后得到所述的柔性電路。本發明操作簡單，易于操作，成本低，能夠同時完成柔性電路打印時構造中空管路和灌注液態金屬兩個過程，實現外部柔性襯底(高分子)和內部導電材料(液態金屬)的共打印，提高生產效率，有效降低次品率。

技術領域

本發明涉及柔性電路制作領域，尤其是涉及一種高分子液態金屬共打印的柔性電路三維打印方法。

背景技術

隨著電子信息產業的迅速發展，多種多樣的電子器件活躍在我們的生活中，但是，這些電子器件大多是剛性的，這極大地限制了它們的應用范圍。隨著人們需求的不斷增加，實際的需要對電路承受拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等大變形的能力提出了更高的要求，由此，產生了柔性電子的概念。

柔性電子定義為將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延展塑料或薄金屬基板上的新興電子技術。與傳統的剛性電子相比，柔性電子具有可彎曲、拉伸、折疊的特性，并且輕便、易于攜帶。由柔性電子技術制成的柔性傳感器、柔性天線、柔性電池等在信息、能源、醫療、國防等領域有著廣泛的應用。

柔性電子制造的一個技術關鍵是導電材料的選擇。目前柔性電路使用的導體材料主要包括導電高分子材料、碳基小分子導電材料(石墨烯等)、固體金屬和液態金屬。其中導電高分子材料以及碳基小分子導電材料的電導率極低，限制了其應用范圍。固體金屬的電導率很高，但是柔性較差，無法滿足柔性器件變形大、次數多的需求。液態金屬材料具有極高的電導率，常溫下為液態，具有較好的流動性，在大變形下能夠保證其與襯底材料的柔性相匹配，不會發生斷裂，保證了其工作的可靠性。因此，目前液態金屬是制造柔性電路最佳的導體材料之一。

應用液態金屬制造柔性電子，主要有三種方法：直接書寫法、模板印刷法和微流道注入法。直寫打印法是直接利用噴頭將液態金屬墨水打印在柔性襯底材料上，這種方法直接便捷，但是液態金屬極高的表面張力以及液態金屬與襯底材料不良的濕潤性限制了它的可打印性能，其表面氧化物易堵塞噴頭，打印穩定性差，打印后成品次品率高。而且打印未密封，不能實現多層、三維電路的打印。模板印刷是利用金屬、紙張等模版有選擇的將液態金屬印刷在基底材料上，同一模版反復使用適合大批量制造，但是毎個電路都需要相應的模版，電路頻繁變化時造成模板浪費。而微流道注入法為首先利用光刻等微制造方法制作出一定形態的微流道，然后將液態金屬填充到微流道中，在微流道中的液態金屬能夠保持很好的流動性，材料彎曲和拉伸均不改變其特性。但是，該方法制造過程麻煩，往往需要制造微流道和注入液態金屬兩個過程，操作復雜，難以大批量生產。

申請號為CN201510857645.1的中國發明專利文獻公布了一種基于 3D打印工藝的液態金屬立體電路及其制造方法，其基本步驟包括：(1) 建立與待制造立體電路的三維結構相對應的三維模型，并根據所述立體電路的線路走向在所述三維模型內部建立中空流道；(2)通過3D打印工藝，將所述步驟(1)得到的三維模型打印成三維實體；(3)在所述三維實體的中空流道內注滿液態金屬；(4)將電子元器件管腳插入所述步驟(3) 得到的三維實體的對應位置；(5)對所述電子元器件管腳插口、所述液態金屬的灌注口和/或排氣口進行封裝。該種制造方式是典型的微流道注入法，需要制造微流道和注入液態金屬兩個步驟，步驟復雜、工藝繁瑣，生產效率低，且對灌注過程的操作要求高，極易因為灌注過程中的細小失誤致使液態金屬灌注不充分，進一步導致電路的斷路失效，不利于工業化大規模生產。

發明內容

鑒于目前微流道注入法制作液態金屬柔性電路過程中操作復雜、成品率低的技術瓶頸，本發明提供了一種高分子液態金屬共打印的柔性電子三維打印方法。