多管芯電子直寫式圓珠筆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多管芯電子直寫式圓珠筆，包括：筆架結(jié)構(gòu)，用于承載裝有液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨的多管式筆芯；筆芯，用于裝載液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨，并使油墨能直寫在基底上；其中，所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨用于印制或?qū)懗鰧?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體油墨用于印制或?qū)懗霭雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述絕緣油墨用于封裝導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的用于直寫電路及電子器件的多管芯電子直寫式圓珠筆，因引入了可印刷的液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨及配套的半導(dǎo)體油墨，使得電路以及電子器件能以一種像寫字的方式直接制造出來。
【專利說明】多管芯電子直寫式圓珠筆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及印刷電子制造工藝領(lǐng)域，特別涉及一種可將液態(tài)金屬電路、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)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(shù)】
[0002]印刷電子技術(shù)是基于印刷原理(添加技術(shù))的電子制造技術(shù)，然而在過去的幾十年中娃基微電子制造技術(shù)占據(jù)了電子制造領(lǐng)域的絕對主導(dǎo)地位。集成電路技術(shù)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(shù)的弊端逐漸被認知，包括制造工藝復(fù)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(tǒng)集成電路制造技術(shù)是一種刪減技術(shù)，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(nèi)完成，這需要消耗大量的能源并會帶來外部環(huán)境的污染。
[0003]如果集成電路乃至電子器件能采用添加技術(shù)以直接直寫式的方式制作，則可望實現(xiàn)集成電路高度快捷的生產(chǎn)制造，大幅度改觀電子制造及相關(guān)行業(yè)的現(xiàn)狀，并進一步建成高效、低成本、綠色化的電路及器件生產(chǎn)模式。
[0004]為改變上述現(xiàn)狀，研究人員提出了使用有機導(dǎo)電聚合物油墨來直接印刷。但這類材料的導(dǎo)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(dǎo)電性納米顆粒來實現(xiàn)可印刷的導(dǎo)電油墨，但其仍舊有配制工藝復(fù)雜、電阻率相對較高、導(dǎo)線形成需要借助一定的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)、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(shù)百度的高溫使這類油墨發(fā)生蒸發(fā)、化學(xué)反應(yīng)乃至燒結(jié)，才能最后沉積下所需的導(dǎo)體部件，故整個工藝仍然相當復(fù)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(lǐng)域的深入發(fā)展。最近，室溫液態(tài)金屬以其獨特的導(dǎo)電及直寫式特性而逐漸被科研人員所關(guān)注，并用于制作液態(tài)金屬電子器件。然而，液態(tài)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(tài)金屬印刷工藝。總之，到目前為止，國內(nèi)外電子制造行業(yè)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(shè)備及工藝。
[0005]為此，本發(fā)明引入一種滾動式油墨書寫機構(gòu)，提供采用金屬流體、半導(dǎo)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(dǎo)電的低熔點室溫液態(tài)金屬油墨，由此實現(xiàn)快捷直寫式，并直接構(gòu)建金屬電路及液態(tài)金屬電子器件。其可望發(fā)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(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)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(shè)計與制造，部分解決電路或電子器件制造程序復(fù)雜、材料及能源消耗大、環(huán)境污染相對較高等問題。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多管芯電子直寫式圓珠筆，包括:筆架結(jié)構(gòu)，用于承載裝有液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨的多管式筆芯；筆芯，用于裝載液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨，并使油墨能直寫在基底上；其中，所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨用于印制或?qū)懗鰧?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體油墨用于印制或?qū)懗霭雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述絕緣油墨用于封裝導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述筆架結(jié)構(gòu)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。
[0011]優(yōu)選地，所述筆芯包括:筆芯殼，用于裝載所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨；電熱絲，用于使所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨保持液態(tài)；筆芯頭，用于使圓珠保持原地滾動以帶動所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、半導(dǎo)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(tài)金屬導(dǎo)電油墨、半導(dǎo)體油墨及所述絕緣油墨并使其直寫在基底上。
[0012]優(yōu)選地，所述圓珠的直徑為1nm?5cm。
[0013]優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬油墨包括低熔點液態(tài)金屬或其合金、以及少量氧化物或磁性納米顆粒添加物。
[0014]優(yōu)選地，所述液態(tài)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。
[0015]優(yōu)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、N1、Co、Gd、Fe304、CoFe204、ZnFe204、MnZnFe204。
[0016]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體性油墨包括以下材料中的至少一種或其任意組合:紅熒烯rubrene、并五苯pentacene、聚3_己基喔吩P3HT、聚3，3’- 二燒基連四喔吩PQT、聚3芳基胺PTAA、梯形聚合物BBL，以及在其內(nèi)添加的半導(dǎo)體納米顆粒。
[0017]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體納米顆粒為以下材料中的至少一種或其任意組合:硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、碲化鍺顆粒、鉍化銦顆粒、砷化銦顆粒、銻化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、砷化鎵顆粒、磷化鎵顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、締化鉛顆粒、娃化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、碲化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化碲顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、鋪化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硫化鎘顆粒、氧化硼顆粒、硒化鋅顆粒、締化鋅顆粒，所述半導(dǎo)體納米顆粒的粒徑為Inm?900nm。
[0018]優(yōu)選地，所述絕緣油墨中含有的聚合物為以下材料中的至少一種或其任意組合:聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯苯酚、硅膠等。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明提出的用于直寫電路及電子器件的多管芯電子直寫式圓珠筆，因引入了可印刷的液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨及配套的半導(dǎo)體油墨，使得電路以及電子器件能以一種像寫字或打印的方式直接制造出來。其在常溫或常規(guī)條件下甚至普通辦公場所即可完成，其無高的環(huán)境要求，能源消耗及材料無效損耗低，既可直接手寫，也可由電腦操控實現(xiàn)自動打印，由此可顯著降低集成電路及電子器件制備工藝的復(fù)雜性和成本，大幅度提高其生產(chǎn)效率。使用該方法得到的集成電路及電子器件，可廣泛用于快速電子工業(yè)制造、個性化電子設(shè)計 (DIY)、柔性電子功能器件等，甚至擁有重塑集成電路電子產(chǎn)業(yè)的巨大潛力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)動式多管芯電子直寫式圓珠筆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的圓珠筆芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的多管芯電子直寫式圓珠筆包括筆架結(jié)構(gòu)和裝載不同油墨的筆芯4。
[0025]其中，筆架結(jié)構(gòu)包括:筆殼1、筆芯按鈕2和筆芯彈簧3。
[0026]筆殼I用于包裝及承載筆芯按鈕2、筆芯彈簧3和筆芯4，筆殼I可用于承載構(gòu)件及1-50枚填充有油墨的筆芯，圖2中示出的筆殼I承載了構(gòu)件及4枚筆芯4，分別裝載有液態(tài)金屬油墨、P型半導(dǎo)體油墨、N型半導(dǎo)體油墨及絕緣封裝油墨。
[0027]置于不同筆芯內(nèi)的液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨及半導(dǎo)體油墨，用于印制或?qū)懗鰧?dǎo)體或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；置于不同筆芯內(nèi)的絕緣油墨用于封裝導(dǎo)體或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0028]優(yōu)選地，筆外殼可為塑料或金屬。
[0029]優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬油墨為鎵。
[0030]優(yōu)選地,所述P型半導(dǎo)體性油墨為紅突烯rubrene。
[0031]優(yōu)選地，所述N型半導(dǎo)體性油墨為梯形聚合物BBL。
[0032]優(yōu)選地，所述絕緣油墨為硅膠。
[0033]筆芯按鈕2用于供使用者選擇所需要的裝載不同油墨(如:液態(tài)金屬導(dǎo)體、P型/N型半導(dǎo)體油墨及絕緣油墨)的筆芯4并在筆芯彈簧3的作用下將選擇好的筆芯送入筆口或從筆口收回筆芯4。
[0034]筆芯彈簧3，用于使筆芯在按鈕作用下順利上下運動。
[0035]筆芯4主要由筆芯殼41、電熱絲42、筆芯頭43和鋼珠44組成。
[0036]筆芯殼41用于裝載不同的導(dǎo)電油墨,如:液態(tài)金屬油墨、半導(dǎo)體油墨及絕緣油墨。
[0037]電熱絲42用于使液態(tài)金屬油墨、半導(dǎo)體油墨及絕緣油墨保持液態(tài)。
[0038]其中，液態(tài)金屬油墨，用于構(gòu)成電路及電子器件；絕緣油墨，用于封裝導(dǎo)體或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0039]液態(tài)金屬油墨包括低熔點液態(tài)金屬及其合金、含少量氧化物或磁性納米顆粒的液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨。
[0040]所述液態(tài)金屬為鎵、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。
[0041]所述磁性納米顆粒為Fe、N1、Co、Gd、Fe304、CoFe2O4^ ZnFe2O4 或 MnZnFe204。
[0042]所述P型或N型半導(dǎo)體性油墨包括紅突烯rubrene、并五苯pentacene、聚3_己基噻吩P3HT、聚3，3’- 二烷基連四噻吩PQT、聚3芳基胺PTAA、梯形聚合物BBL中的一種或多種及在其內(nèi)添加的半導(dǎo)體納米顆粒組成。
[0043]所述半導(dǎo)體納米顆粒為粒徑Inm?900nm的硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、締化鍺顆粒、鉍化銦顆粒、砷化銦顆粒、銻化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、砷化鎵顆粒、磷化鎵顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、締化鉛顆粒、娃化續(xù)顆粒、氧化錫顆粒、氣化錫顆粒、硫化錫顆粒、砸化錫顆粒、締化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化碲顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、銻化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硫化鎘顆粒、氧化硼顆粒、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒。
[0044]所述絕緣型油墨中含有的聚合物為:聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂或聚乙烯苯酚、硅膠。
[0045]筆芯頭43，用于固定鋼珠44并使其能在直寫式時保持原地滾動。
[0046]鋼珠44，用于在滾動作用下順利帶出油墨同時施加一定壓力使液態(tài)金屬油墨能流利地直寫式在基底上。
[0047]可選擇的鋼球直徑在1nm?5cm范圍，優(yōu)選地，所述鋼珠直徑為0.5mm。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多管芯電子直寫式圓珠筆,其特征在于,包括: 筆架結(jié)構(gòu)，用于承載裝有液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨的多管式筆芯； 筆芯，用于裝載液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨，并使油墨能直寫在基底上； 其中，所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨用于印制或?qū)懗鰧?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體油墨用于印制或?qū)懗霭雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述絕緣油墨用于封裝導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓珠筆，其特征在于，所述筆架結(jié)構(gòu)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆，其特征在于，所述筆芯包括: 筆芯殼，用于裝載所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨； 電熱絲，用于使所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、絕緣油墨及半導(dǎo)體油墨保持液態(tài)； 筆芯頭，用于使圓珠保持原地滾動以帶動所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、半導(dǎo)體油墨及所述絕緣油墨與出到基底上； 圓珠，用于在滾動作用下帶出所述液態(tài)金屬導(dǎo)電油墨、半導(dǎo)體油墨及所述絕緣油墨并使其直寫在基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓珠筆,其特征在于,所述圓珠的直徑為1nm?5cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆，其特征在于，所述液態(tài)金屬油墨包括低熔點液態(tài)金屬或其合金、以及少量氧化物或磁性納米顆粒添加物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓珠筆，其特征在于:所述液態(tài)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圓珠筆，其特征在于: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、N1、Co、Gd、Fe3O4, CoFe2O4, ZnFe2O4, MnZnFe204。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆，其特征在于，所述半導(dǎo)體性油墨包括以下材料中的至少一種或其任意組合:紅突烯rubrene、并五苯pentacene、聚3_己基噻吩P3HT、聚3，3’-二烷基連四噻吩PQT、聚3芳基胺PTAA、梯形聚合物BBL，以及在其內(nèi)添加的半導(dǎo)體納米顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圓珠筆，其特征在于，所述半導(dǎo)體納米顆粒為以下材料中的至少一種或其任意組合:硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、碲化鍺顆粒、鉍化銦顆粒、砷化銦顆粒、銻化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、砷化鎵顆粒、磷化鎵顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、碲化鉛顆粒、硅化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、碲化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、締化銀顆粒、氧化締顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、鋪化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硫化鎘顆粒、氧化硼顆粒、硒化鋅顆粒、碲化鋅顆粒，所述半導(dǎo)體納米顆粒的粒徑為Inm ?900nmo
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓珠筆，其特征在于，所述絕緣油墨中含有的聚合物為以下材料中的至少一種或其任意組合:聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯苯酚、硅膠。
【文檔編號】B41J2/005GK104425207SQ201310363332
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】鄭義, 劉靜 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所