一种电路的制作方法转让专利
申请号 : CN201811547640.9
文献号 : CN111326419B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 严启臻 , 张玉星
申请人 : 北京梦之墨科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种电路的制作方法,其特征在于,包括:步骤S1、提供一粘附液态金属的基材;
步骤S2、在所述基材的第一面上形成第一表面改性层,所述第一表面改性层疏离液态金属;
步骤S3、在所述基材的第一面上形成第一凹槽,所述第一凹槽的深度大于或等于所述第一表面改性层的厚度;
步骤S4、在所述第一凹槽内填充液态金属,形成第一液态金属线路;
步骤S5、对所述基材的第一面上的所述第一液态金属线路进行封装;
还包括在所述步骤S4与所述步骤S5之间,使用粘附所述液态金属的辊子从所述第一液态金属线路上滚过;
其中,所述液态金属与所述第一表面改性层之间的附着力为F1,所述液态金属与所述基材之间的附着力为F2,所述液态金属与所述辊子之间的附着力为F3,其中F1
2 2
与F1之间的差值大于或等于0.45μN/mm,F2与F3之间的差值大于或等于0.45μN/mm。
2.根据权利要求1所述的电路的制作方法,其特征在于,所述步骤S3中,通过激光烧蚀工艺,在所述基材的第一面上形成所述第一凹槽。
3.根据权利要求1所述的电路的制作方法,其特征在于,所述使用粘附所述液态金属的辊子从所述第一液态金属线路上滚过包括:将所述基材放置于冷板上,所述冷板的温度低于所述液态金属的熔点,所述辊子的温度高于所述液态金属的熔点;以及使用所述辊子从所述第一液态金属线路上滚过。
4.根据权利要求1~3任一项所述的电路的制作方法,其特征在于,还包括:步骤S6、在所述基材的第二面上形成第二表面改性层,所述第二表面改性层疏离所述液态金属,所述第一面和所述第二面相对设置;
步骤S7、在所述基材的第二面上形成第二凹槽,所述第二凹槽的深度大于或等于所述第二表面改性层的厚度;
步骤S8、在所述第二凹槽内填充所述液态金属,形成第二液态金属线路;
步骤S9、对所述基材的第二面上的所述第二液态金属线路进行封装。
5.根据权利要求4所述的电路的制作方法,其特征在于,还包括:在所述步骤S6和所述步骤S7之间,形成贯穿所述第二表面改性层和所述基材的过孔;
在所述过孔中填充所述液态金属形成连接件;
所述连接件用于电连接所述第一液态金属线路和所述第二液态金属线路。
6.根据权利要求4所述的电路的制作方法,其特征在于,还包括:在所述步骤S8和所述步骤S9之间,在所述基材的第二面上贴附元器件,所述元器件的引脚与所述第二液态金属线路电连接。
7.根据权利要求6所述的电路的制作方法,其特征在于,还包括:在所述步骤S6和所述步骤S8之间,在所述基材的第二面上形成用于放置所述元器件的引脚的第三凹槽,各所述第三凹槽的一端与所述第二凹槽连通,所述第三凹槽的深度大于所述第二凹槽的深度;
在所述步骤S8中,在所述第二凹槽和所述第三凹槽内均填充所述液态金属。
8.根据权利要求7所述的电路的制作方法,其特征在于,还包括:在所述步骤S8之后,在所述基材的第二面上形成第四凹槽;所述第四凹槽的两端各连通一个所述第三凹槽,所述第四凹槽用于放置所述元器件的主体结构;所述第四凹槽的深度小于所述第三凹槽的深度,且大于所述第二凹槽的深度。
说明书 :
一种电路的制作方法
技术领域
背景技术
料、电子线路、工艺品等,应用范围十分广泛。
性能稳定性不佳。
发明内容
2
<F2,且F3与F1之间的差值大于或等于0.45μN/mm , F2与F3之间的差值大于或等于0.45μ
2
N/mm。
高于所述液态金属的熔点;以及使用所述辊子从所述第一液态金属线路上滚过。
所述第二凹槽连通,所述第三凹槽的深度大于所述第二凹槽的深度;
所述元器件的主体结构;所述第四凹槽的深度小于所述第三凹槽的深度,且大于所述第二
凹槽的深度。
一表面改性层,第一表面改性层疏离液态金属,然后在基材的第一面上形成第一凹槽,第一
凹槽的深度大于或等于第一表面改性层的厚度,然后在第一凹槽内填充液态金属,形成第
一液态金属线路,然后对基材的第一面上的第一液态金属线路进行封装。在第一凹槽内填
充液态金属的过程中,一方面,第一凹槽限制了液态金属的流动,另一方面,第一凹槽外的
第一表面改性层上不会粘附液态金属,使得形成的第一液态金属线路的线宽与第一凹槽的
宽度一致,不会因液态金属的流动性而发生变化,进而可以简化基于液态金属的电路的设
计且提高其性能稳定性。
附图说明
明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以
根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
于或等于第一表面改性层2的厚度;第一液态金属线路4,第一液态金属线路4设置于第一凹
槽3中;第一保护膜5,第一保护膜5覆盖于基材1的第一面上,用于封装第一液态金属线路4。
第一凹槽3的设置可以限制液态金属的流动,且第一凹槽3外的第一表面改性层2 上不会粘
附液态金属,使得形成的第一液态金属线路4的线宽与第一凹槽3 的宽度一致,不会因液态
金属的流动性而发生变化,进而可以简化基于液态金属的电路的设计且提高其性能稳定
性。
二酸‑对苯二甲酸丁二酯基材、硅橡胶基材、天然橡胶基材、异戊橡胶基材、丁苯橡胶基材、
顺丁橡胶基材、氯丁橡胶基材、乙丙橡胶基材、丁腈橡胶基材、硅橡胶基材、聚硫橡胶基材、
玻璃基材、聚氨酯基材、亚克力基材、不锈钢基材、硅基材、尼龙布中的一种。
乙烯薄膜、聚碳酸酯片、聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯片、棉布、麻布、蚕丝布、涤纶布、锦纶布、
丙纶布、粘胶纤维布、无尘布(70%涤纶,30%尼龙梭织布)、醋酸纤维布等中的一种。
能粉体中的至少两种。液态金属单质可以为汞单质、镓单质、铟单质或者锡单质。液态合金
可以为镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合
金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、
铋铟锡锌合金、铋铟锡铅合金、铋锡镉合金、铋铅锡合金、铋锡铅镉合金、锡铅合金、锡铜合
金、锡锌合金、锡锌铜合金和锡银铜合金中的一种。
种。
过大的问题出现。优选为,第一凹槽3的深度大于第一表面改性层2的厚度。需要说明的是,
各附图中仅以第一凹槽3的深度等于第一表面改性层2的厚度为例进行示出,并非限定。可
选地,第一凹槽3的深度为0.1mm~0.5mm。
态金属(例如选择包括镓铟共晶合金和银包铜的纳米颗粒的液态金属),由于该具有掺杂的
液态金属的表面张力远小于未掺杂的液态金属的表面张力,其很容易通过较小的孔隙,且
可以承受较小的线宽,可以更好地满足精细化电路的需求。另外,包括镓铟共晶合金和银包
铜的纳米颗粒的液态金属还具有较好的粘度和导电性,而且其中的镓还可以氧化成氧化
镓,氧化镓包覆在液态金属表面上,形成一层致密的氧化物薄膜,阻止空气进入液态金属内
部,保证内部的液态金属不被氧化,使得液态金属的电学性能不会随着时间发生变化。
余的液态金属受到挤压流动,对其他位置造成污染或破坏,还有助于提高封装效果。
位于基材1的第二面上,且疏离液态金属;第二凹槽8,第二凹槽8设置于基材1的第二面上,
第二凹槽8的深度大于或等于第二表面改性层7的厚度;第二液态金属线路9,第二液态金属
线路9 设置于第二凹槽8中;第二保护膜10,第二保护膜10覆盖于基材1的第二面上,用于封
装第二液态金属线路9。具有以上所述结构的电路为双层电路。
和第一保护膜5的具体内容,此处不再进行赘述。
件12,连接件12由填充于过孔11中的液态金属形成;连接件12用于电连接第一液态金属线
路4和第二液态金属线路9。如此设置可以将位于基材1的第一面上的液态金属线路4和第二
液态金属线路9电连接。
一面上也可以贴附有元器件,元器件的引脚与第一液态金属线路4电连接即可。以上所述的
元器件可以为芯片、电阻、电容、传感器等多种类型,本发明实施例不进行限定。
度,第三凹槽中填充有液态金属,元器件13的引脚放置于第三凹槽中。如此设置可以使得元
器件13的引脚更好地与液态金属接触,有助于提高基于液态金属的电路的性能。
深度,且小于第三凹槽的深度,元器件13的主体结构放置于第四凹槽中。如此设置可以使得
元器件13的整个结构都位于凹槽内,其上表面可以和第二液态金属线路9之间具有很小的
高度差,甚至齐平,有助于元器件13的固定,且有助于对第二液态金属线路9和元器件13的
封装。优选地,第四凹槽的深度与元器件13的主体结构的厚度一致,第三凹槽的深度与元器
件13的引脚的长度一致。
态金属;第一凹槽,第一凹槽设置于基材的第一面上,第一凹槽的深度大于或等于第一表面
改性层的厚度;第一液态金属线路,第一液态金属线路设置于第一凹槽中;第一保护膜,第
一保护膜覆盖于基材的第一面上,用于封装第一液态金属线路。第一凹槽的设置可以限制
液态金属的流动,且第一凹槽外的第一表面改性层上不会粘附液态金属,使得形成的第一
液态金属线路的线宽与第一凹槽的宽度一致,不会因液态金属的流动性而发生变化,进而
可以简化基于液态金属的电路的设计且提高其性能稳定性。
电路的制作方法包括:
1,然后在基材1的第一面上形成第一表面改性层2,第一表面改性层2疏离液态金属,然后在
基材1的第一面上形成第一凹槽3,第一凹槽3的深度大于或等于第一表面改性层2的厚度,
然后在第一凹槽3内填充液态金属,形成第一液态金属线路4,然后对基材1的第一面上的第
一液态金属线路4进行封装。在第一凹槽3内填充液态金属的过程中,一方面,第一凹槽3限
制了液态金属的流动,另一方面,第一凹槽3外的第一表面改性层2上不会粘附液态金属,使
得形成的第一液态金属线路4 的线宽与第一凹槽3的宽度一致,不会因液态金属的流动性
而发生变化,进而可以简化基于液态金属的电路的设计且提高其性能稳定性。
面干燥,在基材1的第一面上形成第一表面改性层2。
乳化蜡、褐煤蜡、费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氯化石蜡、乙烯‑乙酸乙烯共聚蜡、氧化乙烯
蜡中的一种或几种。
的一种使改性处理后的基材1的第一面干燥。
热融化蒸发,进而可以在基材1的第一面上形成第一凹槽3。激光烧蚀工艺可以形成宽度较
小(50微米~200微米)的第一凹槽3,因此,以上所述的电路的制作方法可以满足精细化电
路的需求。
次移动过程中形成第一凹槽3,以使得效率较高,也可以使激光烧蚀设备往返多次形成第一
凹槽3,以使得第一凹槽3的深度可控性较好,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
面上的第一液态金属线路4进行封装,在第二个例子中,通过将成型的第一保护膜5覆盖于
基材1的第一面上,将第一保护膜5和基材1压合(热压、冷压等多种压合方式),对基材1的第
一面上的第一液态金属线路4进行封装。其中,采用第二个例子中所示的方式对基材1 的第
一面上的第一液态金属线路4进行封装时,由于第一保护膜5已经成型,且通常厚度较薄且
厚度均匀,可以使得封装过程简单易操作、封装时间短、且封装厚度可控。
路4上滚过,可以将多余的液态金属带走,以防止在对第一液态金属线路4进行封装过程中,
多余的液态金属受到挤压流动,对其他位置造成污染或破坏。优选辊子6与第一表面改性层
2刚好接触,二者之间无压力或者有轻微压力,可以将多余的液态金属带走,且形成的第一
液态金属线路4的表面与第一表面改性层2齐平,还有助于提高封装效果。
2 2
的差值大于或等于0.45μN/mm ,F2与F3之间的差值大于或等于0.45μN/mm ,以使得辊子6可
以将液态金属完全从第一表面改性层2上粘走的同时,仅能将第一液态金属线路4中多余的
液态金属粘走,大部分液态金属仍会保留在第一液态金属线路4中。需要说明的是,基材1在
经过激光烧蚀后,第一凹槽3底部与液态金属之间的附着力要大于 F2,也就是说激光烧蚀
有助于更好地实现以上效果。
度低于液态金属的熔点,辊子6的温度高于液态金属的熔点,因此,第一液态金属线路4中靠
近基材1的一侧为固态,与辊子6接触的部分为液态,使用辊子6从第一液态金属线路4上滚
过后,辊子6将处于液态的液态金属粘走,处于固态的液态金属仍然保留在第一液态金属线
路4中。
℃,以使得液态金属可以快速凝固,辊子的温度高于液态金属的熔点至少70℃,以使得液态
金属可以快速熔化。
中,步骤S6~步骤S9在步骤S2~步骤S5之前执行,在图9所示的例子中,步骤S6与步骤S2同
时执行,步骤S7~步骤S9 在步骤S2~步骤S5之后执行,当然也可以步骤S6与步骤S2同时执
行,步骤 S7~步骤S9在步骤S2~步骤S5之前执行。本发明实施例中优选步骤S6与步骤S2同
时执行,以简化电路的制作方法。
步骤S7~步骤S9在步骤S2~步骤S5之后执行为例,使用该电路的制作方法制作基于液态金
属的电路的过程如下:首先提供一粘附液态金属的基材1,然后在基材1的第一面上形成第
一表面改性层2 且在基材1的第二面上形成第二表面改性层7,第一表面改性层2和第二表
面改性层7均疏离液态金属,然后在基材1的第一面上形成第一凹槽3,第一凹槽3的深度大
于或等于第一表面改性层2的厚度,然后在第一凹槽3内填充液态金属,形成第一液态金属
线路4,然后对基材1的第一面上的第一液态金属线路4进行封装,然后在基材1的第二面上
形成第二凹槽8,第二凹槽8的深度大于或等于第二表面改性层7的厚度,然后在第二凹槽8
内填充液态金属,形成第二液态金属线路9,然后对基材1的第二面上的第二液态金属线路9
进行封装,例如,将成型的第二保护膜10覆盖于基材1的第二面上,将第二保护膜10和基材1
压合,对基材1的第二面上的第二液态金属线路9进行封装。
性的液态,也不会影响双层电路的制作。
形成连接件12;连接件12用于电连接第一液态金属线路4和第二液态金属线路9。可以通过
激光烧蚀工艺形成过孔11,由于第一液态金属线路4中的液态金属的沸点远高于基材1和第
二表面改性层7的沸点,因此,在形成过孔11的过程中不会破坏第一液态金属线路4。
件13的引脚与第二液态金属线路9电连接。当然,如有需要,也可以在步骤S4和步骤S5之间,
在基材1的第一面上贴附元器件,元器件的引脚与第一液态金属线路4电连接。
第二凹槽8连通,第三凹槽14的深度大于第二凹槽8的深度;在步骤S8中,在第二凹槽8和第
三凹槽14内均填充液态金属。如此设置可以使得元器件13的引脚更好地与液态金属接触,
有助于提高基于液态金属的电路的性能。可选地,第三凹槽14和第二凹槽8在一次激光烧蚀
工艺中形成,以简化电路的制作方法。
结构;第四凹槽15的深度小于第三凹槽14的深度,且大于第二凹槽8的深度。如此设置可以
使得元器件13的整个结构都位于凹槽内,其上表面可以和第二液态金属线路9之间具有很
小的高度差,甚至齐平,有助于元器件13的固定,且有助于对第二液态金属线路9的封装。优
选地,第四凹槽15的深度与元器件13的主体结构的厚度一致,第三凹槽 14的深度与元器件
13的引脚的长度一致。
示,图13为本发明实施例提供的电路的制作装置的结构示意图,电路的制作装置包括:
一表面改性层和第二表面改性层的统称),表面改性层疏离液态金属;
充模块300在第一凹槽中填充液态金属,形成第一液态金属线路,然后贴片模块400在第一
液态金属线路上贴附元器件,最后封装模块500对第一液态金属线路进行封装。
均与夹持机械手101连接;其中,夹持机械手 101用于水平移动基材600,升降气缸102用于
升降夹持机械手101,翻转气缸103用于翻转夹持机械手101。该机械手模块100具有简单的
结构,且可对基材600的移动和翻转进行较好的控制。
手101的翻转可以实现基材600的翻转(即基材 600的第一面和第二面翻转)。
激光Z轴移动系统205、激光固定座 206和激光支撑柱207,激光固定座206用于在激光烧蚀
过程中固定基材600;其中,激光X轴移动系统203通过激光支撑柱207架设于激光底座201上
方;激光Z轴移动系统205与激光X轴移动系统203连接,且可沿激光X轴移动系统203移动;激
光头202与激光Z轴移动系统205连接,且可沿激光Z轴移动系统205移动;激光Y轴移动系统
204位于激光底座201上,激光固定座206位于激光Y轴移动系统204上,且可沿激光Y轴移动
系统204移动。该激光烧蚀模块200具有简单的结构,且可方便地在基材600上形成凹槽。
实施例提供的激光固定座的结构示意图,激光固定座206包括固定卡槽206a和位于固定卡
槽206a底部的多个负压口206b,通过抽取负压的方式可实现曲面基材的固定。可选地,多个
负压口206b阵列分布于固定卡槽206a底部。
填充固定座305、填充支撑柱306和填充Z轴移动系统307,填充固定座305用于在填充液态金
属过程中固定基材 600;其中,填充X轴移动系统303通过填充支撑柱306架设于填充底座
301 上方;填充Z轴移动系统307与填充X轴移动系统303连接,且可沿填充X 轴移动系统303
移动;填充头302与填充Z轴移动系统307连接,且可沿填充Z轴移动系统307移动;填充Y轴移
动系统304位于填充底座301上,填充固定座305位于填充Y轴移动系统304上,且可沿填充Y
轴移动系统304 移动。该金属填充模块300具有简单的结构,且可方便地在基材600上的凹
槽中填充液态金属。
蚀模块200传输过来的激光固定座,本发明实施例中优选后者,以简化电路的制作装置的结
构和电路的制作工艺。后续其他固定座也可以参照此处,后续不再进行赘述。
果,提高液态金属线路的性能,且可实现在曲面基材上的凹槽中填充液态金属。
头405、元器件槽406和沿Y轴延伸的导梁407,贴片固定座402用于在贴附元器件过程中固定
基材600;其中,贴片Y轴移动系统403位于贴片底座401上,贴片固定座402位于贴片Y轴移动
系统404上,且可沿贴片Y轴移动系统404移动;贴片X轴移动系统403 位于贴片底座401上,
导梁407与贴片X轴移动系统403连接,且可沿贴片 X轴移动系统403移动;贴片头405与导梁
407连接,且可沿导梁407移动;元器件槽406位于贴片底座401上。该贴片模块400具有简单
的结构,且可方便地在基材600上的液态金属线路上贴附元器件。
定座506,覆膜固定座506用于在封装过程中固定基材600;其中,覆膜子导轨505连接于覆膜
主导轨502与覆膜装置 501之间,覆膜固定座506可随覆膜主导轨502和覆膜子导轨505前
进;覆膜装置501用于使保护膜700与基材600结合;供膜盘503用于向覆膜装置 501所在位
置提供保护膜700(之前所述的第一保护膜或者第二保护膜的统称);收膜盘504用于收卷覆
膜后剩余的保护膜700。该封装模块500具有简单的结构,且可方便地对基材600进行封装,
且使用覆膜的方式封装可以减小封装厚度、封装厚度均匀可控、且提高封装效率。
广。
间,粘附模块用于粘附液态金属线路中多余的液态金属。通过粘附模块粘附液态金属线路
中多余的液态金属,可以避免在封装过程中液态金属受到挤压流动,对其他位置造成污染
或破坏,且可使液态金属线路的表面与表面改性层的表面齐平,有助于提高封装效果。
粘附固定座802位于粘附Y轴移动系统 804上,且可沿粘附Y轴移动系统804移动,粘附辊子
801通过粘附支撑柱 803架设于粘附底座805上方。优选地,粘附辊子801可上下移动,以控
制粘附辊子801与液态金属线路是否接触,且可以调节粘附辊子801与液态金属线路之间的
压力的大小。
粘附辊子801可以适用于不规则曲面。优选地,第一弹性层801b满足之前所述的附着力的限
定。
弹性轴801c和刚性轮801d外部的第二弹性层 801e。具有此结构的粘附辊子801适合用于凸
面,当粘附辊子801滚过凸面时,第二弹性层801e与弹性轴801c会拉伸,适应凸面的起伏,而
刚性轮801d 会带动粘附辊子801进行滚动。
高于液态金属的熔点,使用粘附辊子801从液态金属线路上滚过时,液态金属线路中靠近粘
附底座805的一侧为固态,与粘附辊子801接触的部分为液态,使用粘附辊子801从液态金属
线路上滚过后,粘附辊子801将处于液态的液态金属粘走,处于固态的液态金属仍然保留在
液态金属线路中。
独设置。另外,各模块均可以包括并列设置的一条或多条工作路径(在图15、17和图20所示
的例子中,各模块包括两条工作路径),使用过程中可以将多个基材600同时沿机械手模块
100~封装模块500 的方向传输,同时对多个基材600进行处理,也可以将需要在第一面上
制作电路的基材600沿机械手模块100~封装模块500的方向传输,将已经完成在第一面上
制作电路的基材600沿封装模块500~机械手模块100的方向传输,以使机械手模块100对基
材进行翻转,再将基材600沿机械手模块100~封装模块500的方向传输,以在基材600的第
二面上制作电路,实现双层电路的制作。
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。