專利名稱：一種液態(tài)金屬印刷電路板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于印刷電路板及制備領(lǐng)域，特別涉及一種液態(tài)金屬印刷電路板及其制作方法，即直接將室溫液態(tài)金屬涂覆于非金屬材料基底表面形成電路，從而大規(guī)模低成本制作液態(tài)金屬印刷電路板，特別是柔性液態(tài)金屬印刷電路板。
背景技術(shù)：
自導(dǎo)電塑料被發(fā)現(xiàn)并獲得2000年諾貝爾獎后，塑料-金屬復(fù)合材料以及其他非金屬柔性材料與金屬的復(fù)合材料逐漸為人們所重視。歷來被視為絕緣體的各種非金屬材料，越來越多地被賦予了導(dǎo)電的特性。近期，隨著一些特殊應(yīng)用場合對開發(fā)非金屬導(dǎo)電制品的需要，各種新型導(dǎo)電非金屬材料及產(chǎn)品不斷取得工業(yè)生產(chǎn)方面的突破而逐步被商品化。它們在賦予非金屬材料導(dǎo)電性的同時，確保了其具有輕薄、高性能的特點(diǎn)，取得了以往金屬導(dǎo) 電材料很難達(dá)到的效果。導(dǎo)電非金屬制品包括導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電布和導(dǎo)電織物等多種產(chǎn)品。塑料-金屬復(fù)合材料可以用于需要配備印刷電路板的塑料部件的地方，例如在汽車或飛機(jī)上。另外，在便攜電源、微芯片、太陽能電池、顯示器、電磁防護(hù)品、蓄電、超導(dǎo)技術(shù)、電子服裝、可穿戴式計算機(jī)等領(lǐng)域，甚至生命科學(xué)領(lǐng)域，導(dǎo)電塑料用途廣闊。可以說，非金屬柔性材料(尤其是塑料)和金屬的復(fù)合材料在制作電路板特別是柔性電路板方面具有天然的優(yōu)勢?，F(xiàn)有的薄膜電極制作工藝一般都比較復(fù)雜。最典型的導(dǎo)電塑料是通過摻雜使聚乙炔薄膜形成導(dǎo)電聚合物；也有研究人員將一層極薄的金屬膜覆蓋至一層塑料層之上，并借助離子束將其混入高分子聚合體表面，生成一種導(dǎo)電塑料膜；此外，還有通過采用各種沉積技術(shù)，將一種活性材料薄膜附著在某一基質(zhì)上的方法配制電極，這類沉積技術(shù)包括諸如脈沖激光沉積法，離心噴涂法和濺涂法等。而多層印刷布線板往往采用粘貼然后蝕刻的方法加工電極，這也是傳統(tǒng)印刷電路板(其形狀固定)的典型制造途徑。無疑，這些方法均需要借助一系列特殊的加工過程將金屬和非金屬材料混合在一起，以形成一個單一的材料，制作工藝相當(dāng)繁瑣復(fù)雜。而且為了防止脫離或?yàn)榱诉_(dá)到金屬化表面與塑料良好的粘附性，一般都需要采用耐高溫的塑料，但這種特殊塑料的材料成本高，在成形技術(shù)方面也需要比較昂貴的費(fèi)用。鑒于此，工業(yè)界長期期待著開發(fā)出工藝簡單、成本低廉的電路板特別是柔性印刷電路板的制作方法。本發(fā)明的目標(biāo)在于首次弓I入室溫下呈液態(tài)的液態(tài)金屬，利用其與特定非金屬基底材料之間的相容性，按照特定功能要求將其以一定圖案涂覆于基底上，從而在常規(guī)條件下獲得特定的單層、雙面或多層電極乃至電路板。整個制作過程方便快捷，仿佛像采用普通鋼筆在紙上寫字一樣方便。而且，由于基底材料可選擇許多柔軟程度較高的非金屬材料，由此可實(shí)現(xiàn)除常規(guī)電路板之外的不同種類的柔性印刷電路板。這種方法在國內(nèi)外以往的電路板制作中從未見報道。本文中所采用的術(shù)語“印刷”系指用來產(chǎn)生涂層厚度為I納米 10毫米的涂刷方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、制作簡單、能夠大大提高生產(chǎn)效率的液態(tài)金屬印刷電路板特別是柔性印刷電路板及其制作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的液態(tài)金屬印刷電路板，其由基底，涂覆于所述基底上表面或上下表面上的由第一電極和第二電極構(gòu)成的金屬電極；和覆于所述金屬電極之上及金屬電極所在基底表面之上的防氧化絕緣性膜層組成；其特征在于所述基底為至少一層非金屬材料基底、復(fù)合型基底、表面上涂覆有涂料層的非金屬材料基底或表面上涂覆有涂料層的復(fù)合型基底；所述復(fù)合型基底由兩塊非金屬材料基底，及夾于該兩塊非金屬材料基底之間的金屬材料層組合而成；所述第一電極為第一室溫液態(tài)金屬電極或摻有0. Olwt % 80wt %納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬電極；所述第二電極為第二室溫液態(tài)金屬電極或摻有0. 01wt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極和第二室溫液態(tài)金屬電極構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極中室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬電極中的室溫液態(tài)金屬為兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬；所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金；所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑lnm-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、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、締化銦顆粒、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、締化錫顆粒、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、硒化鋅顆粒或締化鋅顆粒。本發(fā)明提供的液態(tài)金屬印刷電路板的制作方法，其步驟如下I)借助充填有室溫液態(tài)金屬墨水的筆型裝置，按待制作電路的形狀將第一室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底上表面或上下表面上，繪制出第一室溫液態(tài)金屬電極；按待制作電路的形狀將第二室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底的具有第一液態(tài)金屬電極的同一表面或不同表面上，繪制出第二室溫液態(tài)金屬電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極和所述第二室溫液態(tài)金屬電極構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極；所述基底為至少一層非金屬材料基底、復(fù)合型基底、表面上涂覆有涂料層的非金屬材料基底或表面上涂覆有涂料層的復(fù)合型基底；所述復(fù)合型基底由兩塊非金屬材料基底，及夾于該兩塊非金屬材料基底之間的金屬材料層組合而成；所述第一室溫液態(tài)金屬墨水由第一室溫液態(tài)金屬或摻有0. Olwt% 80wt*%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第二室溫液態(tài)金屬墨水由第二室溫液態(tài)金屬或摻有0. Olwt% 80wt%m米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第一室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬為兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬；所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金；所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑為lnm-900nm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、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、締化銦顆粒、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、締化錫顆粒、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、硒化鋅顆粒或締化鋅顆粒；2)將所述第一液態(tài)金屬電極和第二液態(tài)金屬電極的兩電極間用導(dǎo)線或電子元器件相連；3)將一防氧化絕緣性膜層覆蓋于所述室溫液態(tài)金屬電極之上及室溫液態(tài)金屬電極所在的基底的表面上，完成液態(tài)金屬印刷電路板的制作。所述的非金屬材料基底為塑料基底、玻璃鋼基底、橡膠基底、紙基底和織物基底中的至少一種；所述的金屬材料層中的金屬材料為銅、鐵、鋅、錫、鈉、鉀、鎂、鉛、鍺、金和銀中的至 少一種；所述涂料層材質(zhì)為醇酸漆、丙烯酸乳膠漆、溶劑型丙烯酸漆、環(huán)氧漆、聚氨酯漆、硝基漆、氨基漆、不飽和聚酯漆、酚醛漆和乙烯基漆中的至少一種。所述防氧化絕緣性膜層材質(zhì)為塑料膜層、玻璃鋼膜層、橡膠膜層、紙膜層、織物膜層或漆膜層。所述導(dǎo)線或電子元器件材質(zhì)為銅質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)、銀質(zhì)或超導(dǎo)材料。所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置為鋼筆式筆型裝置、圓珠筆式筆型裝置或噴頭式筆型裝置。所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置由筆筒、裝于所述筆筒之內(nèi)的室溫液態(tài)金屬墨水、裝于所述筆筒后端的電池、裝于所述筆筒外壁上的電源開關(guān)組成；所述電池通過導(dǎo)線分別與室溫液態(tài)金屬墨水和電源開關(guān)電連接。本發(fā)明的液態(tài)金屬印刷電路板及制備方法，由于首次引入了概念嶄新的室溫液態(tài)金屬充當(dāng)印刷用墨水，借助液態(tài)金屬墨水與匹配基底材料之間良好的相容性，制備過程在常溫及常規(guī)條件下即可完成，對環(huán)境要求不高，因而可顯著有效的降低印刷電路板制作成本。整個過程工藝簡單，大幅緩和了電路板制作的制約條件，可大大提高生產(chǎn)效率，便于電子產(chǎn)品開發(fā)實(shí)驗(yàn)階段的快速系統(tǒng)構(gòu)建和檢測。難能可貴的是，這種方法制備電路板特別是柔性電路板極為方便，超越了傳統(tǒng)的導(dǎo)電塑料制作技術(shù)理念。使用該制備方法得到的電路板特別是柔性印刷電路板，可廣泛適用于便攜電源、微芯片、太陽能電池、顯示器、電磁防護(hù)品、蓄電、超導(dǎo)技術(shù)、電子服裝，甚至生命科學(xué)領(lǐng)域，在各大、中、小學(xué)的電路教學(xué)、科學(xué)普及甚至趣味電路設(shè)計中也可得到廣泛推廣，具有極高的應(yīng)用價值。相應(yīng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)印刷電路板的技術(shù)理念，也因此為大規(guī)模實(shí)現(xiàn)柔性印刷電路板的制造和應(yīng)用提供了便捷而節(jié)能的手段。采用這種技術(shù)，人們可以很方便的像操作圓珠筆、鋼筆那樣，借助金屬墨水隨意繪制出特定電路結(jié)構(gòu)。只是與此不同的是，這里的墨水實(shí)際上與傳統(tǒng)概念不同，是液態(tài)金屬墨水，當(dāng)其作用于基底(類似于紙張)時，同樣會因相容性作用而形成特定圖案，于是，根據(jù)電子元器件功能需要，即可方便地制造出特定的電路板。有了這樣的技術(shù)，今后人們甚至可隨心所欲的“畫出”電路板，甚至沒有經(jīng)驗(yàn)的小學(xué)生被略加引導(dǎo)后，即可采用這種充填有液態(tài)金屬的筆型裝置設(shè)計電路。所以，本發(fā)明技術(shù)提供了大量嶄新的應(yīng)用空間，可望滿足快速設(shè)計電路及測試的需要。


附圖I是實(shí)施例I的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是用于制作印刷電路板的筆型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3是實(shí)施例2的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是實(shí)施例3的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是實(shí)施例4的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是實(shí)施例5的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明專利附圖I是實(shí)施例I的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是用于制作印刷電路板的筆型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是實(shí)施例2的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是實(shí)施例3的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是實(shí)施例4的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是實(shí)施例5的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，本發(fā)明提供的液態(tài)金屬印刷電路板，其由基底1，涂覆于所述基底I上表面或上下表面上的由第一電極和第二電極構(gòu)成的金屬電極；和覆于所述金屬電極之上及金屬電極所在基底表面之上的防氧化絕緣性膜層3組成；其特征在于所述基底I為非金屬材料基底、復(fù)合型基底、表面上涂覆有涂料層的非金屬材料基底或表面上涂覆有涂料層的復(fù)合型基底；所述復(fù)合型基底由兩塊非金屬材料基底，及夾于該兩塊非金屬材料基底之間的金屬材料層組合而成；所述第一電極為第一室溫液態(tài)金屬陽極或摻有0. 01wt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬電極21 ;所述第二電極為第二室溫液態(tài)金屬陽極或摻有0. 01wt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)電極22 ;所述第一室溫液態(tài)金屬電極21和第二室溫液態(tài)金屬電極22構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極2 ;所述第一室溫液態(tài)金屬電極21中室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬電極22中的室溫液態(tài)金屬未兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬；所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金；所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑為lnm-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、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、締化錫顆粒、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、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒。本發(fā)明提供的權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制作方法，其步驟如下I)借助充填有室溫液態(tài)金屬墨水6的筆型裝置，按待制作電路的形狀將第一室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底上表面或上下表面上繪制出第一室溫液態(tài)金屬電極21 ；按待制作電路的形狀將第二室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底的具有第一液態(tài)金屬陽極21的同一表面或不同表面上繪制出第二室溫液態(tài)金屬電極22 ;所述第一室溫液態(tài)金屬電極21和所述第二室溫液態(tài)金屬電極22構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極2 ；所述第一室溫液態(tài)金屬墨水由第一室溫液態(tài)金屬或摻有0. Olwt% 80wt*%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第二室溫液態(tài)金屬墨水由第二室溫液態(tài)金屬或摻有0. Olwt% 80wt%m米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第一室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬為兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬；所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金；所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑為lnm-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、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、締化錫顆粒、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、硒化鋅顆粒或締化鋅顆粒；2)將所述第一液態(tài)金屬電極21和液態(tài)金屬電極22的兩電極間用導(dǎo)線或電子元器件4相連；3)將一防氧化絕緣性膜層3覆蓋于所述室溫液態(tài)金屬電極2之上及室溫液態(tài)金屬電極2所在的基底I表面上，完成液態(tài)金屬印刷電路板的制作。所述的非金屬材料基底I為塑料基底、玻璃鋼基底(玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂)、橡膠基底和編織物基底中的至少一種；所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金；所述涂料層材質(zhì)為醇酸漆、丙烯酸乳膠漆、溶劑型丙烯酸漆、環(huán)氧漆、聚氨酯漆、硝基漆、氨基漆、不飽和聚酯漆、酚醛漆和乙烯基漆中的至少一種。所述防氧化絕緣性膜層3材質(zhì)為塑料膜層、玻璃鋼膜層、橡膠膜層、紙膜層、織物膜層或漆膜層。所述導(dǎo)線或電子元器件4材質(zhì)為銅質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)、銀質(zhì)或超導(dǎo)材料。所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置為鋼筆式筆型裝置、圓珠筆式筆型裝置或噴頭式筆型裝置。所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置由筆筒5、裝于所述筆筒5之內(nèi)的室溫液態(tài)金屬墨水6、裝于所述筆筒5后端的電池8、裝于所述筆筒外壁上的電源開關(guān)7組成；所述電池8通過導(dǎo)線9分別與室溫液態(tài)金屬墨水6和電源開關(guān)7電連接。本發(fā)明的技術(shù)路線可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜模塊的組合，且尺寸、體積及形狀等可根據(jù)具體要求加以設(shè)計。作為示例，這里僅以最基本的結(jié)構(gòu)加以說明。實(shí)施例I :圖I為本發(fā)明的實(shí)施例I的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。選用200mmX 200mm的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底1，用600目的水砂紙進(jìn)行打磨；在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，打開開關(guān)7對液態(tài)金屬墨水6通電加熱,從而保證液態(tài)金屬墨水6處于流動較好的液態(tài)性質(zhì),將第一液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底I上表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第一室溫液態(tài)金屬電極21 ；同樣，在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，打開開關(guān)7對液態(tài)金屬墨水6通電加熱，從而保證液態(tài)金屬墨水6處于流動較 好的液態(tài)性質(zhì)，將第二液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦合金)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底I上表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第二室溫液態(tài)金屬電極22 ；第一室溫液態(tài)金屬電極21與第二室溫液態(tài)金屬電極22兩電極之間通過導(dǎo)線4相連，然后在基底I上表面上覆蓋一塊與基底I表面同尺寸的絕緣性膜層(玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂片)3，便完成了本實(shí)施例I的液態(tài)金屬印刷電路板的制作。實(shí)施例2 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例2的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施例I不同的是，兩種液態(tài)金屬電極間不需要通過導(dǎo)線或電子元器件4相連，而是直接將兩種不同成分的液態(tài)金屬相連接，這樣，不同液態(tài)金屬墨水制成的電路連線，可實(shí)現(xiàn)特定功能。選用200mmX 200mm的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底1，用600目的水砂紙進(jìn)行打磨；在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第一液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦錫合金)在基底I上表面上涂覆一條線，同時用與此不同的液態(tài)合金材料(液態(tài)鎵銦合金)在基底I上表面上涂覆另一條線，并使兩條線一端相交匯成一點(diǎn)，形成熱電偶形狀的電極2，在基底I上表面上覆蓋一塊與基底表面同尺寸的絕緣性膜層(泡沫塑料)3，便完成了本實(shí)施例的熱電偶對的制作。視需要，本實(shí)施例中也可采用液態(tài)金屬(如鎵)與固體導(dǎo)線(如銅線)匹配，形成需要的電偶對。實(shí)施例3 圖4為本發(fā)明的實(shí)施例3的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施例I和實(shí)施例2不同的是，液態(tài)金屬墨水可涂覆到基底的不同表面，彼此組合起來，而不只單純涂覆在同一表面，由此可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路連線，從而完成更多特定功能。選用200mmX200mm的棉布基底I ;在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第一液態(tài)金屬墨水(摻有0.01被％ 80被％納米半導(dǎo)體材料顆粒的液態(tài)鎵)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底I下表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第一室溫液態(tài)金屬電極21 ;所述的半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑為lnm-900nm的硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、締化鍺顆粒、秘化銦顆粒、砷化銦顆粒、鋪化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、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、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、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒均可；同樣，在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第二液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦錫鋅合金)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底I上表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第二室溫液態(tài)金屬電極22 ；此時，第一室溫液態(tài)金屬電極21和第二室溫液態(tài)金屬電極22分別在基底I的兩側(cè)面上，兩電極通過導(dǎo)線4相連；然后在基底I的兩側(cè)面分別覆蓋一塊與基底尺寸相同的絕緣性膜層(棉布)31、32，便完成了本實(shí)施例的液態(tài)金屬印刷電路板的制作。實(shí)施例4 圖5為本發(fā)明的實(shí)施例4的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。與前述實(shí)施例1，2，3不同的是，這里的基底材料由多層材料組成，即采用了復(fù)合型基底，以滿足不同的機(jī)械、力學(xué)、電學(xué)功能。選用200 X 200mm的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底11，用600目的水砂紙打磨后，將其覆蓋在同樣大小的銅基底12上；在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第一液態(tài)金屬墨 水(液態(tài)鎵)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底11的一表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第一室溫液態(tài)金屬電極21 ；同樣，在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第二液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦錫合金)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底11的同一表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第一室溫液態(tài)金屬電極22 ；兩電極通過導(dǎo)線或電子元器件4相連；然后在基底的該表面上均勻噴涂乙烯基漆形成絕緣性膜層3，便完成了本實(shí)施例的液態(tài)金屬印刷電路板的制作。實(shí)施例5 圖6為本發(fā)明的實(shí)施例5的印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖。與前述實(shí)施例1，2，3，4不同的是，這里的基底材料由多層材料組成，且液態(tài)金屬墨水或其合金流體可涂覆到基底的不同側(cè)面，由此實(shí)現(xiàn)更多的機(jī)械、力學(xué)、電學(xué)性能。選用200X 200mm的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底11，其上覆蓋同樣大小的銅基底12，銅基底12上覆蓋同樣大小的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基底13，形成兩非金屬材料基底間夾有金屬材料層的復(fù)合基底；基底11和13外表面都用600目的水砂紙打磨；在室溫下用手工或機(jī)器控制方式，將第一液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦合金)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底I下表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第一室溫液態(tài)金屬電極21 ；同樣，在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作圖2所示的筆型裝置5，將第二液態(tài)金屬墨水(液態(tài)鎵銦錫鋅鉍合金)以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底13上表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的第二室溫液態(tài)金屬電極22 ；兩電極通過導(dǎo)線4相連，然后在基底13上覆蓋一塊與基底13同樣尺寸的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂片32 ;在基底11上覆蓋一塊與基底11同樣尺寸的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂片31，便完成了本實(shí)施例的液態(tài)金屬印刷電路板的制作。實(shí)際上，所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金均可，在此不再一一贅述。本發(fā)明的印刷電路板制備方法可方便靈活地實(shí)現(xiàn)各種電路板的制作。以實(shí)施例I為例，使用本發(fā)明專利的方式如下在室溫下用手工或機(jī)器控制方式操作筆型裝置5，將液態(tài)金屬墨水以點(diǎn)、線或面的形式涂覆在基底表面上，形成點(diǎn)、線或面形狀的電極，其中兩個液態(tài)金屬電極分別為電極21和電極22，將導(dǎo)線或電子元器件4端部連接到液態(tài)金屬電極上并用絕緣性膜層覆蓋定位，兩條導(dǎo)線另一端連接到某一電子器件上，形成閉合回路，在此電路中設(shè)置各種微型電源，即制作出電阻性器件，若此電路基底結(jié)合更多三維打印乃至引入特定功能電子元器件，則可實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。對于實(shí)施例2，兩種液態(tài)金屬重合的一端可作為測溫端，非重合端連接兩條導(dǎo)線，而兩條導(dǎo)線的另一端可連接到溫度采集裝置，從而方便地測量大氣或某種環(huán)境的溫度。對于實(shí)施例3，液態(tài)金屬或半導(dǎo)體電極位于基底兩側(cè)，兩電極通過導(dǎo)線可形成閉合回路，該電極可用于服裝等可穿戴織物上，通過熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)體表升、降溫目的。而對于實(shí)施例4和實(shí)施例5，使用方案分別與實(shí)施例I和實(shí)施例3類似，需要說明的是實(shí)施例5的復(fù)合型基底與現(xiàn)有技術(shù)中的面包板(也稱萬用線路板或集成電路實(shí)驗(yàn)板)類似，但面包板需要預(yù)先進(jìn)行成型工藝制作，加工相對復(fù)雜，成本較高，而此處實(shí)施例5涉及到的制作方法工藝簡單、成本低廉，具有明顯應(yīng)用優(yōu)勢。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。采用該制作方法制作的電路板，由液態(tài)金屬和柔性材料乃至玻璃、陶瓷等材料構(gòu)成的基底的各種位置組合均屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)金屬印刷電路板，其由基底，涂覆于所述基底上表面或上下表面上的由第一電極和第二電極構(gòu)成的金屬電極；和覆于所述金屬電極之上及金屬電極所在基底表面之上的防氧化絕緣性膜層組成；其特征在于 所述基底為至少一層非金屬材料基底、復(fù)合型基底、表面上涂覆有涂料層的非金屬材料基底或表面上涂覆有涂料層的復(fù)合型基底；所述復(fù)合型基底由兩塊非金屬材料基底，及夾于該兩塊非金屬材料基底之間的金屬材料層組合而成； 所述第一電極為第一室溫液態(tài)金屬電極或摻有0. 01wt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬電極；所述第二電極為第二室溫液態(tài)金屬電極或摻有0. Olwt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極和第二室溫液態(tài)金屬電極構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極中室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬電極中的室溫液態(tài)金屬為兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬； 所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅秘合金或鈉鉀合金； 所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑lnm-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、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、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒。
2.按權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬印刷電路板，其特征在于，所述的非金屬材料基底為塑料基底、玻璃鋼基底、橡膠基底、紙基底和織物基底中的至少一種； 所述的金屬材料層中的金屬材料為銅、鐵、鋅、錫、鈉、鉀、鎂、鉛、鍺、金和銀中的至少一種； 所述涂料層材質(zhì)為醇酸漆、丙烯酸乳膠漆、溶劑型丙烯酸漆、環(huán)氧漆、聚氨酯漆、硝基漆、氨基漆、不飽和聚酯漆、酚醛漆和乙烯基漆中的至少一種。
3.按權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬印刷電路板，其特征在于，所述防氧化絕緣性膜層材質(zhì)為塑料膜層、玻璃鋼膜層、橡膠膜層、紙膜層、織物膜層或漆膜層。
4.按權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬印刷電路板，其特征在于，所述導(dǎo)線或電子元器件材質(zhì)為銅質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)、銀質(zhì)或超導(dǎo)材料。
5.一種權(quán)利要求I所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制作方法，其步驟如下 I)借助充填有室溫液態(tài)金屬墨水的筆型裝置，按待制作電路的形狀將第一室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底上表面或上下表面上，繪制出第一室溫液態(tài)金屬電極；按待制作電路的形狀將第二室溫液態(tài)金屬墨水均勻地涂覆于基底的具有第一液態(tài)金屬電極的同一表面或不同表面上，繪制出第二室溫液態(tài)金屬電極；所述第一室溫液態(tài)金屬電極和所述第二室溫液態(tài)金屬電極構(gòu)成室溫液態(tài)金屬電極； 所述基底為至少一層非金屬材料基底、復(fù)合型基底、表面上涂覆有涂料層的非金屬材料基底或表面上涂覆有涂料層的復(fù)合型基底；所述復(fù)合型基底由兩塊非金屬材料基底，及夾于該兩塊非金屬材料基底之間的金屬材料層組合而成； 所述第一室溫液態(tài)金屬墨水由第一室溫液態(tài)金屬或摻有0. 01wt% 80wt%納米半導(dǎo)體材料顆粒的第一室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第二室溫液態(tài)金屬墨水由第二室溫液態(tài)金屬或摻有0. Olwt% 80wt%m米半導(dǎo)體材料顆粒的第二室溫液態(tài)金屬墨水組成；所述第一室溫液態(tài)金屬和第二室溫液態(tài)金屬為兩種不同材質(zhì)的室溫液態(tài)金屬； 所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅秘合金或鈉鉀合金； 所述納米半導(dǎo)體材料顆粒為粒徑為lnm-900nm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、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、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒； 2)將所述第一液態(tài)金屬電極和第二液態(tài)金屬電極的兩電極間用導(dǎo)線或電子元器件相連； 3)將一防氧化絕緣性膜層覆蓋于所述室溫液態(tài)金屬電極之上及室溫液態(tài)金屬電極2所在的基底的表面上，完成液態(tài)金屬印刷電路板的制作。
6.按權(quán)利要求5所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制備方法，其特征在于，所述的非金屬材料基底為塑料基底、玻璃鋼基底、橡膠基底、紙基底和織物基底中的至少一種； 所述的金屬材料層中的金屬材料為銅、鐵、鋅、錫、鈉、鉀、鎂、鉛、鍺、金和銀中的至少一種； 所述涂料層材質(zhì)為醇酸漆、丙烯酸乳膠漆、溶劑型丙烯酸漆、環(huán)氧漆、聚氨酯漆、硝基漆、氨基漆、不飽和聚酯漆、酚醛漆和乙烯基漆中的至少一種。
7.按權(quán)利要求5所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制備方法，其特征在于，所述防氧化絕緣性膜層材質(zhì)為塑料膜層、玻璃鋼膜層、橡膠膜層、紙膜層、織物膜層或漆膜層。
8.按權(quán)利要求5所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)線或電子元器件材質(zhì)為銅質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)、銀質(zhì)或超導(dǎo)材料。
9.按權(quán)利要求5所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制備方法，其特征在于，所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置為鋼筆式筆型裝置、圓珠筆式筆型裝置或噴頭式筆型裝置。
10.按權(quán)利要求I或9所述的液態(tài)金屬印刷電路板的制備方法，其特征在于，所述的充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置由筆筒、裝于所述筆筒之內(nèi)的室溫液態(tài)金屬墨水、裝于所述筆筒后端的電池、裝于所述筆筒外壁上的電源開關(guān)組成；所述電池通過導(dǎo)線分別與室溫液態(tài)金屬墨水和電源開關(guān)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液態(tài)金屬印刷電路板特別是柔性印刷電路板及其低成本制作方法。液態(tài)金屬印刷電路板包括基底，印刷在其上的金屬電極和做蓋板用的防氧化絕緣性膜層；制作步驟涉及a)提供基底；b)借助充填有液態(tài)金屬墨水的筆型裝置，分別用兩種不同液態(tài)金屬墨水按照預(yù)先設(shè)定的形狀在基底表面上繪制第一電極和第二電極，以形成金屬電極，第一電極和第二電極間通過導(dǎo)線或電子元器件相連；c)用絕緣性膜層覆蓋電極后，完成電路板制作。本發(fā)明用于構(gòu)造各種電路板特別是柔性印刷電路板的方法，工藝簡單，環(huán)境友好，常溫下操作，能有效降低電路板制作成本，大大提高生產(chǎn)效率，具有極高的應(yīng)用價值。
文檔編號H05K1/03GK102802346SQ20111014015
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉靜, 李海燕 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所