微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法及裝置製造方法
2024-02-07 13:53:15 2
微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，基於氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置先後控制金屬鹽溶液與還原劑溶液噴出，並按照相同的沉積軌跡沉積，沉積的還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。本發明微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，將微滴噴射自由成型技術與化學沉積技術相結合，將溶液微滴按照需求堆積在基板表面，通過化學反應沉積形成柔性導電線路，解決了現有方法製備柔性織物導電線路影響織物柔軟性的問題，並且基板表面不受弧度的限制，操作簡單，節約材料，可控性好，能在織物表面得到微米級別的柔性導電線路。
【專利說明】微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於柔性導電線路製備【技術領域】，本發明涉及一種微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，本發明還涉及使用該方法製備柔性導電線路的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置。
【背景技術】
[0002]目前在柔性織物基板上製造導電線路的方法通常有絲網印刷或者刺繡、縫紉、編織等。刺繡、縫紉、編織等主要是將導電纖維或金屬絲植入到基板的紋理中，來實現各電子元件在基板上的集成，成型後的織物太硬、重量大、不易彎曲，從而影響織物的柔軟性。絲網印刷技術是印版(可通過油墨的網孔)在印刷時，通過一定的壓力使導電油墨通過印版的孔眼轉移到承印物上，形成所需的線路。然而絲網印刷技術它的基板表面會受到弧度的限制，所以只能針對一些平面的產品和部分微小弧度的產品，對於弧度超過某個數值的基板而言，此方法實現難度較大，並且印刷過程中無法實現墨量的精確控制，影響成形微細導電線路的製備精度。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，解決了現有方法製備柔性導電線路影響織物柔軟性的問題，並且基板表面不受弧度的限制。
[0004]本發明的另一個目的是提供使用該方法製備柔性導電線路的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置。
[0005]本發明所採用的技術方案是:微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，基於氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置先後控制金屬鹽溶液與還原劑溶液噴出，並按照相同的沉積軌跡沉積，沉積的還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。
[0006]本發明的特點還在於，
[0007]氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置包括三維移動平臺，三維移動平臺側面設置有CXD照相機，三維移動平臺上方設置有坩堝A和坩堝B，坩堝A通過接氣管A連接氣泵A，氣泵A與坩堝A之間的接氣管A上依次設置有電磁閥A和排氣閥A，坩堝B通過接氣管B連接氣泵B，氣泵B與坩堝B之間的接氣管B上依次設置有電磁閥B與排氣閥B ；電磁閥A、電磁閥B、三維移動平臺和CCD照相機均與控制設備相連接。
[0008]坩堝A與坩堝B分別鑲嵌有噴嘴；氣泵A與氣泵B分別連接有壓力表。
[0009]具體製備方法包括以下步驟:
[0010]步驟1:將基板搭載在三維移動平臺上，並在坩堝A與坩堝B中分別盛裝金屬鹽溶液與還原劑溶液；
[0011]步驟2:打開氣泵A與氣泵B，根據壓力表的示數，調節氣壓至合適範圍；
[0012]步驟3:啟動控制設備及三維移動平臺，控制設備控制金屬鹽溶液噴出，金屬鹽微滴按照三維移動平臺預設運動軌跡沉積在基板上，金屬鹽溶液沉積完成後控制設備停止工作；
[0013]步驟4:再次啟動控制設備及三維移動平臺，控制設備控制還原劑溶液噴出，還原劑溶液的噴射軌跡與金屬鹽溶液的噴射軌跡相同，還原劑微滴按照金屬鹽微滴的沉積軌跡沉積在金屬鹽微滴上，還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。
[0014]步驟I中金屬鹽溶液為銀鹽類溶液，具體為硝酸銀、月桂酸銀、肉豆蘧酸銀，檸檬酸銀中的任意一種。
[0015]步驟I中還原劑溶液為乙二醇、NaBH4、三乙胺，抗壞血酸中的任意一種。
[0016]步驟2中氣壓的壓強為30KPa_250KPa。
[0017]本發明所採用的另一個技術方案是:使用上述方法製備柔性導電線路的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，包括三維移動平臺，三維移動平臺側面設置有CCD照相機，三維移動平臺上方設置有坩堝A和坩堝B，坩堝A通過接氣管A連接氣泵A，氣泵A與坩堝A之間的接氣管A上依次設置有電磁閥A和排氣閥A，坩堝B通過接氣管B連接氣泵B，氣泵B與坩堝B之間的接氣管B上依次設置有電磁閥B與排氣閥B ；電磁閥A、電磁閥B、三維移動平臺和CXD照相機均與控制設備相連接。
[0018]本發明的特點還在於，
[0019]坩堝A與坩堝B分別鑲嵌有噴嘴。
[0020]氣泵A與氣泵B分別連接有壓力表。
[0021]本發明的有益效果是:本發明微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，將微滴噴射自由成型技術與化學沉積技術相結合，將溶液微滴按照需求堆積在基板表面，通過化學反應沉積形成柔性導電線路，解決了現有方法製備柔性織物導電線路影響織物柔軟性的問題，並且基板表面不受弧度的限制，操作簡單，節約材料，可控性好，能在織物表面得到微米級別的柔性導電線路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明使用的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置的結構示意圖。
[0023]圖中，1.接氣管A，2.電磁閥A，3.電磁閥B，4.基板，5.三維移動平臺，6.(XD照相機，7.控制設備，8.坩堝A，9.坩堝B，10.排氣閥A，11.排氣閥B，12.氣泵A，13.氣泵B，14.接氣管B。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0025]本發明微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，基於氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，如圖1所示，包括三維移動平臺5，三維移動平臺5側面設置有CCD照相機6，三維移動平臺5上方設置有坩堝AS和坩堝B9，坩堝AS與坩堝B9分別鑲嵌有噴嘴，噴嘴直徑為80-300 μ m,坩堝A8通過接氣管Al連接氣泵A12，氣泵A12與坩堝A8之間的接氣管Al上依次設置有電磁閥A2和排氣閥A10，坩堝B9通過接氣管B14連接氣泵B13，氣泵B13與坩堝B9之間的接氣管B14上依次設置有電磁閥B3與排氣閥BI I，氣泵A12與氣泵B13分別連接有壓力表；電磁閥A2、電磁閥B3、三維移動平臺5和CCD照相機6均與控制設備7相連接。控制設備7包括北京卓立漢光的MC600-4B型控制器，MC600-4B型控制器通過USB接口或者RS232接口與計算機相連，實現對三維運動平臺5的運動軌跡及電磁閥A2、電磁閥B3打開與關閉的控制，實現微滴噴射過程的控制。
[0026]上述裝置先後控制金屬鹽溶液與還原劑溶液噴出，並按照相同的沉積軌跡沉積，沉積的還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路，具體包括以下步驟:
[0027]步驟1:將基板4搭載在三維移動平臺5上，並在坩堝AS與坩堝B9中分別盛裝金屬鹽溶液與還原劑溶液；此處的金屬鹽溶液為銀鹽溶液，具體為硝酸銀、月桂酸銀、肉豆蘧酸銀，檸檬酸銀中的任意一種；還原劑溶液為乙二醇、NaBH4、三乙胺，抗壞血酸中的任意一種；
[0028]步驟2:打開氣泵A12與氣泵B13，根據壓力表的示數，調節氣壓壓強在30KPa-250KPa範圍內，具體壓強主要與噴嘴的直徑大小有關，噴嘴直徑小所需壓強大；
[0029]步驟3:啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制金屬鹽溶液噴出，金屬鹽微滴按照三維移動平臺5預設運動軌跡沉積在基板4上，金屬鹽溶液沉積完成後控制設備7停止工作；
[0030]步驟4:再次啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制還原劑溶液噴出，還原劑溶液的噴射軌跡與金屬鹽溶液的噴射軌跡相同，還原劑微滴按照金屬鹽微滴的沉積軌跡沉積在金屬鹽微滴上，還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。
[0031]本發明使用的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置工作原理為:在控制設備7中建立柔性導電線路的數位化模型，該模型在建立過程中，主要依據「逐層疊加」的思想，先設計出所需的模型，然後進行分層處理，根據每個層片的信息，再將層面信息離散為線和點，最後結合工藝參數，生成數控代碼。通過線路的數控代碼，實現三維運動平臺5的數位化驅動；同時通過控制設備7控制金屬鹽溶液和還原劑溶液噴射，兩者協調控制，將金屬鹽微滴和還原劑微滴按照相同的預設軌跡先後沉積在基板4上，金屬鹽微滴與還原劑微滴發生還原反應，在基板4上形成柔性導電線路。
[0032]其中，氣泵A12和氣泵B13為坩堝A8和坩堝B9提供所需的噴射壓力；
[0033]電磁閥A2和電磁閥B3分別控制坩堝AS和坩堝B9中的壓力，電磁閥打開時坩堝中充氣，關閉時坩堝中停止充氣；
[0034]三維移動平臺5承載基板4，根據規劃的路徑運動；
[0035]坩堝AS和坩堝B9鑲嵌有噴嘴，分別盛裝金屬鹽溶液和還原劑溶液，也是微滴的發生裝置，是微滴形成的發生器；
[0036]排氣閥AlO與排氣閥Bll分別用於排除坩堝AS和坩堝B9中多餘的氣體，使坩堝中形成一定的負壓，促進微滴的斷裂形成。
[0037]CCD相機6對噴射動態過程進行採集，將採集到的信息傳至控制設備7，控制設備7對微滴的尺寸及沉積形態進行分析，便於調節噴射過程中各參數，有助於修正微滴的尺寸和定位偏差，得到優良性能的柔性導電線路。
[0038]實施例1
[0039]步驟1:將織物搭載在三維移動平臺5上，並在坩堝AS中盛裝硝酸銀溶液，在坩堝B9中盛裝抗壞血酸溶液；
[0040]步驟2:打開氣泵A12與氣泵B13，根據壓力表的示數，調節氣壓壓強為30KPa (噴嘴直徑為300 μ m)；
[0041 ] 步驟3:啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制硝酸銀溶液噴出，硝酸銀微滴按照三維移動平臺5預設運動軌跡沉積在織物指定位置，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥A2的打開與斷開，電磁閥A2打開時，氣體通過接氣管Al進入坩堝AS中，其中的硝酸銀溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥A2斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝AS中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的硝酸銀液體因失去壓力作用從而回流斷裂；硝酸銀溶液沉積完成後，控制設備7停止工作；
[0042]步驟4:三維移動平臺5沿Z軸下降一段微小距離，再次啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制抗壞血酸溶液噴出，三維移動平臺5的運動軌跡為步驟3中預設運動軌跡的逆運動，以保證抗壞血酸溶液的噴射軌跡與硝酸銀溶液的噴射軌跡完全重合，抗壞血酸微滴沉積在硝酸銀微滴上，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥B3的打開與斷開，電磁閥B3打開時，氣體通過接氣管B14進入坩堝B9中，其中的抗壞血酸溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥B3斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝B9中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的抗壞血酸液體因失去壓力作用從而回流斷裂；沉積在織物上的抗壞血酸微滴與硝酸銀微滴發生還原反應，在織物表面形成柔性導電線路。
[0043]實施例2
[0044]步驟1:將織物搭載在三維移動平臺5上，並在坩堝AS中盛裝月桂酸銀溶液，在坩堝B9中盛裝NaBH4溶液；
[0045]步驟2:打開氣泵A12與氣泵B13，根據壓力表的示數，調節氣壓壓強為150KPa (噴嘴直徑為180 μ m)；
[0046]步驟3:啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制月桂酸銀溶液噴出，月桂酸銀微滴按照三維移動平臺5預設運動軌跡沉積在織物指定位置，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥A2的打開與斷開，電磁閥A2打開時，氣體通過接氣管Al進入坩堝AS中，其中的月桂酸銀溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥A2斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝AS中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的月桂酸銀液體因失去壓力作用從而回流斷裂；月桂酸銀溶液沉積完成後，控制設備7停止工作；
[0047]步驟4:三維移動平臺5沿Z軸下降一段微小距離，再次啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制NaBH4溶液噴出，三維移動平臺5的運動軌跡為步驟3中預設運動軌跡的逆運動，以保證NaBH4溶液的噴射軌跡與月桂酸銀溶液的噴射軌跡完全重合，NaBH4微滴沉積在月桂酸銀微滴上，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥B3的打開與斷開，電磁閥B3打開時，氣體通過接氣管B14進入坩堝B9中，其中的NaBH4溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥B3斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝B9中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的NaBHjf體因失去壓力作用從而回流斷裂；沉積在織物上的NaBH4微滴與月桂酸銀微滴發生還原反應，在織物表面形成柔性導電線路。
[0048]實施例3
[0049]步驟1:將織物搭載在三維移動平臺5上，並在坩堝AS中盛裝檸檬酸銀溶液，在坩堝B9中盛裝三乙胺溶液；
[0050]步驟2:打開氣泵A12與氣泵B13，根據壓力表的示數，調節氣壓壓強為250KPa (噴嘴直徑為80 μ m)；[0051]步驟3:啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制檸檬酸銀溶液噴出，檸檬酸銀微滴按照三維移動平臺5預設運動軌跡沉積在織物指定位置，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥A2的打開與斷開，電磁閥A2打開時，氣體通過接氣管Al進入坩堝AS中，其中的檸檬酸銀溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥A2斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝AS中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的檸檬酸銀液體因失去壓力作用從而回流斷裂；檸檬酸銀溶液沉積完成後，控制設備7停止工作；
[0052]步驟4:三維移動平臺5沿Z軸下降一段微小距離，再次啟動控制設備7及三維移動平臺5，控制設備7控制三乙胺溶液噴出，三維移動平臺5的運動軌跡為步驟3中預設運動軌跡的逆運動，以保證三乙胺溶液的噴射軌跡與檸檬酸銀溶液的噴射軌跡完全重合，三乙胺微滴沉積在檸檬酸銀微滴上，具體控制過程為:控制設備7通過脈衝信號控制電磁閥B3的打開與斷開，電磁閥B3打開時，氣體通過接氣管B14進入坩堝B9中，其中的三乙胺溶液在受到壓力後，由噴嘴噴出；電磁閥B3斷開時，通氣瞬間斷開，坩堝B9中的壓力變小，懸掛在噴嘴口的三乙胺液體因失去壓力作用從而回流斷裂；沉積在織物上的三乙胺微滴與檸檬酸銀微滴發生還原反應，在織物表面形成柔性導電線路。
[0053]本發明的有益效果是:
[0054](I)微滴大小、微滴沉積位置可控；
[0055](2)整個製造過程工藝簡單，生產成本低，與基板的結合性好；
[0056](3)其金屬鹽和還原劑接觸後在室溫下發生化學反應，沉積出所需的柔性電路，此方法現有條件下最小可實現100 μ m左右寬度的導電線路的製備；
[0057](4)微滴噴射技術仍處在起步階段，採用微滴噴射技術沉積柔性導電線路的方法，為微滴噴射技術的發展起到一定的推動作用，為微滴噴射技術的應用提供新的方向。
【權利要求】
1.微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，基於氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，所述氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置先後控制金屬鹽溶液與還原劑溶液噴出，並按照相同的沉積軌跡沉積，沉積的還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。
2.如權利要求1所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，所述氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置包括三維移動平臺(5)，所述三維移動平臺(5)側面設置有CCD照相機(6)，所述三維移動平臺(5)上方設置有坩堝A(S)和坩堝B(9)，所述坩堝A(S)通過接氣管A(I)連接氣泵A(12)，所述氣泵A(12)與所述坩堝A(S)之間的接氣管A(I)上依次設置有電磁閥A(2)和排氣閥A(10)，所述坩堝B(9)通過接氣管B(14)連接氣泵B(13)，所述氣泵B(13)與所述坩堝B(9)之間的接氣管B(14)上依次設置有電磁閥B(3)與排氣閥B(Il);所述電磁閥A(2)、電磁閥B(3)、三維移動平臺(5)和CCD照相機(6)均與控制設備(7)相連接。
3.如權利要求2所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，所述坩堝A (8)與坩堝B (9)分別鑲嵌有噴嘴；所述氣泵A (12)與氣泵B (13)分別連接有壓力表。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，具體製備方法包括以下步驟: 步驟1:將基板(4)搭載在三維移動平臺(5)上，並在坩堝A(S)與坩堝B (9)中分別盛裝金屬鹽溶液與還原劑溶液； 步驟2:打開氣泵A (12)與氣泵B (13)，根據壓力表的示數，調節氣壓至合適範圍； 步驟3:啟動控制設備(7)及三維移動平臺(5)，控制設備(7)控制金屬鹽溶液噴出，金屬鹽微滴按照三維移動平臺(5)預設運動軌跡沉積在基板(4)上，金屬鹽溶液沉積完成後控制設備(7)停止工作； 步驟4:再次啟動控制設備(7)及三維移動平臺(5)，控制設備(7)控制還原劑溶液噴出，還原劑溶液的噴射軌跡與金屬鹽溶液的噴射軌跡相同，還原劑微滴按照金屬鹽微滴的沉積軌跡沉積在金屬鹽微滴上，還原劑微滴與金屬鹽微滴發生化學反應，形成柔性導電線路。
5.如權利要求4所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，所述步驟I中金屬鹽溶液為銀鹽類溶液，具體為硝酸銀、月桂酸銀、肉豆蘧酸銀，檸檬酸銀中的任意一種。
6.如權利要求4所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，所述步驟I中還原劑溶液為乙二醇、NaBH4、三乙胺，抗壞血酸中的任意一種。
7.如權利要求4所述的微滴噴射與化學沉積技術製備柔性導電線路的方法，其特徵在於，所述步驟2中氣壓的壓強為30KPa-250KPa。
8.一種使用如權利要求1所述方法製備柔性導電線路的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，其特徵在於，包括三維移動平臺(5)，所述三維移動平臺(5)側面設置有CXD照相機(6)，所述三維移動平臺(5)上方設置有坩堝A(S)和坩堝B (9)，所述坩堝A(8)通過接氣管A(I)連接氣泵A(12)，所述氣泵A(12)與所述坩堝A(S)之間的接氣管A(I)上依次設置有電磁閥A(2)和排氣閥A(10)，所述坩堝B(9)通過接氣管B(14)連接氣泵B(13)，所述氣泵B (13)與所述坩堝B (9)之間的接氣管B (14)上依次設置有電磁閥B (3)與排氣閥B(Il);所述電磁閥A(2)、電磁閥B(3)、三維移動平臺(5)和CCD照相機(6)均與控制設備(7)相連接。
9.如權利要求8所述的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，其特徵在於，所述坩堝A(S)與坩堝B (9)分別鑲嵌有噴嘴。
10.如權利要求8所述的氣壓驅動雙噴頭微滴噴射裝置，其特徵在於，所述氣泵A(12)與氣泵B (13)分別連接有壓力表。
【文檔編號】H05K3/14GK104010446SQ201410239569
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】肖淵, 陳蘭, 黃亞超, 張丹, 蔣龍 申請人:西安工程大學