[發(fā)明專利]一種基于氣流吹動的雙層液態(tài)金屬電路及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011524817.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112770519A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳志剛;蔣嵚;張碩;江佳俊;費文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H05K3/12
• 分類號: H05K3/12;H05K3/42;H05K1/09;H05K1/11
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發(fā)明屬于制造加工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種基于氣流吹動的雙層液態(tài)金屬電路及其制備方法，其包括以下步驟：(1)將電路基底材料貼附在PET基板表面上，以得到柔性基底；(2)采用紫外激光對柔性基底相對的兩個表面進(jìn)行圖案化處理，并在柔性基底上燒蝕通孔；柔性基底被激光處理的區(qū)域?qū)σ簯B(tài)金屬的親和特性被改變；(3)在柔性基底被激光處理后的兩個表面上印刷液態(tài)金屬線路；(4)采用氣流吹制的方式對通孔兩端的液態(tài)金屬薄膜進(jìn)行氣流吹動，以實現(xiàn)通孔內(nèi)部的導(dǎo)電連接，由此實現(xiàn)電路的層間連接，并得到雙層液態(tài)金屬電路。本發(fā)明清潔高效，適用于工藝快速生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制造加工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于氣流吹動的雙層液態(tài)金屬電路及其制備方法。

背景技術(shù)

鎵基液態(tài)金屬是一種常溫下呈液態(tài)的合金材料，其兼具金屬與流體的特性，具有高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、低毒性、低粘性等優(yōu)異的理化性質(zhì)，并在氧氣環(huán)境中能迅速進(jìn)行表面氧化，生成致密的硬質(zhì)氧化層薄膜(Ga₂O₃)。氧化層的形成會極大地減少其表面張力，維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，呈現(xiàn)一定的固體特征，而當(dāng)氧化層破裂后，液態(tài)金屬也能迅速恢復(fù)其流體特性，具有較高的流動性。

以液態(tài)金屬(Ga基合金)為導(dǎo)電材料的柔性電子器件具有較大的柔軟性和可拉伸性。在無線通訊、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療健康、軟體機(jī)器人、國防軍工等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前所采用的液態(tài)金屬柔性電路的制備方法主要有：三維直寫法、掩膜噴印法、轉(zhuǎn)印法等。然而，以上所列舉的制備方法大多只能制備單層電路，極大地限制了柔性電子器件的電路復(fù)雜度和器件集成度，導(dǎo)致柔性器件的功能性和器件集成度得到束縛。雖然目前學(xué)術(shù)界也提出一些可制備雙層柔性電路的方法，如電鍍、液態(tài)金屬沉積、焊錫材料填充等，但這些方法所用工藝步驟十分復(fù)雜，不適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，并且需引入其他化學(xué)物質(zhì)，對環(huán)境造成污染。因此，開發(fā)一種可適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的雙層液態(tài)金屬柔性電路制備方法顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于氣流吹動的雙層液態(tài)金屬電路及其制備方法，所述制備方法通過采用氣流吹制的方式，在軟基底材料的內(nèi)部通孔中制備層間導(dǎo)電連接，從而實現(xiàn)液態(tài)金屬雙層電路的制備，且所述制備方法清潔高效，適用于工藝快速生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于氣流吹動的雙層液態(tài)金屬電路的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將電路基底材料貼附在PET基板表面上，以得到柔性基底；

(2)采用紫外激光對所述柔性基底相對的兩個表面進(jìn)行圖案化處理，并在所述柔性基底上燒蝕通孔，所述通孔貫穿該兩個表面；其中，所述柔性基底被激光處理的區(qū)域?qū)σ簯B(tài)金屬的親和特性被改變；

(3)在所述柔性基底被激光處理后的兩個表面上印刷液態(tài)金屬線路；

(4)采用氣流吹制的方式對所述通孔兩端的液態(tài)金屬薄膜進(jìn)行氣流吹動，以實現(xiàn)所述通孔內(nèi)部的導(dǎo)電連接，由此實現(xiàn)電路的層間連接，并得到雙層液態(tài)金屬電路。

進(jìn)一步地，電路基底材料為黑色吸光硅橡膠cPDMS，PET基板基本呈矩型，其四個角部分別設(shè)置有定位孔，通過所述定位孔將所述柔性基底固定在工作臺上。

進(jìn)一步地，所述PET基板為100μm厚的透明薄片；步驟(4)后還包括在所述柔性基底上安置電子元件，并采用硅橡膠進(jìn)行澆注封裝，以得到柔性器件的步驟。

進(jìn)一步地，所述紫外激光的波長為355nm，脈沖寬度為0.1μs，并采用直線填充掃描的方式，掃描間距為0.02mm，激光功率為0.8W。

進(jìn)一步地，用于基底內(nèi)通孔燒蝕的激光掃描速度為30mm/s，脈沖寬度為0.2μs，并采用單線矢量掃描的方式，激光功率為3.7W。

進(jìn)一步地，所述通孔的直徑大于等于所述通孔深度的兩倍。