一种全有机透明柔性印刷电路及其制备方法与流程

1.本发明属于印刷电路制备技术领域，具体涉及一种全有机透明柔性印刷电路及其制备方法。


背景技术：

2.柔性印刷电路(flexible print circuit,fpc)，是一种基于柔性绝缘基材制备的具有高集成度，质量轻，厚度薄，曲饶性好的印刷电路板。因其在三维空间内可被任意弯折和转移的特性被广泛应用于小微电子设备以及柔性可穿戴电子设备的开发。但随着物联网设备与技术的蓬勃发展，以及柔性电子设备应用领域的不断拓展，更为精细的应用需求也对柔性印刷电路技术的发展提出了更高的要求。例如，现有的柔性印刷电路技术无法满足具有高集成度柔性透明器件的开发。另外，现有的柔性印刷电路生产流程包含电镀，蚀刻，金镍沉积，表面处理等过程，其工艺流程复杂，能耗高，且过程中会产生大量对环境有害的废酸，废气，废水等。因此开发满足新兴应用领域以及更为环境友好的柔性印刷电路制造技术迫在眉睫。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种全有机透明柔性印刷电路及其制备方法，利用具有良好透光性的导电聚合物制备全有机透明柔性印刷电路，有效解决了现有技术中无法满足具有高集成度柔性透明器件开发、产生大量环境污染物和能耗高等问题。
4.为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种全有机透明柔性印刷电路的制备方法，包括以下步骤：
5.(1)将待印刷的柔性电路投印到基板上，通过二氧化碳激光切割或光纤激光切割将待印刷电路切割镂空，清洗晾干，得掩板；或将1
‑
10ml聚合物溶液涂覆在柔性印刷电路基底上，在50
‑
70℃温度下干燥处理2
‑
8h或在70
‑
90℃温度下真空固化1
‑
3h，然后投印待印刷的柔性电路，通过二氧化碳激光切割或光纤激光切割将待印刷电路掩膜铣削去除，清洗晾干，得含有印刷电路图案掩膜的柔性印刷电路基板；
6.(2)将清洁后的柔性印刷电路基板夹持在步骤(1)所得掩板和底板之间，然后在185nm波长的真空紫外光下辐照1
‑
3h，再去除掩板和底板，得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板；或将步骤(1)所得含有印刷电路图案掩膜的柔性印刷电路基板在185nm波长的真空紫外光下辐照1
‑
3h，然后揭除掩膜，得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板；
7.(3)将步骤(2)所得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板在水溶性导电聚合物水溶液中浸渍，或将水溶性导电聚合物水溶液滴加到步骤(2)所得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板的真空紫外光刻蚀区域，然后置于1300nm红外灯下炙烤5
‑
10min，得全有机透明柔性印刷电路。
8.进一步，还包括以下步骤：(4)将步骤(3)所得全有机透明柔性印刷电路上涂覆并
固化聚二甲基硅氧烷层，重复步骤(2)
‑
(3)，得多层全有机透明柔性印刷电路。
9.进一步，步骤(1)中，基板为金属板、硬质塑料板或玻璃片。
10.进一步，金属板为铝，铜，铁，镍，钴及其常见合金，硬质塑料板为聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，尼龙，聚二甲基硅氧烷等。
11.进一步，步骤(1)中，光纤激光切割时，光源种类为1064nm红外激光、532nm绿光激光或355nm紫外激光。
12.步骤(1)中，将聚合物溶液通过刮涂涂覆在柔性印刷电路基底上，刮刀间隙100
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250μm，行程速度8
‑
20mm/s，总行程为30
‑
100mm。
13.进一步，聚合物溶液为聚偏氟乙烯体系、聚氨酯体系或聚二甲基硅氧烷体系。
14.进一步，聚偏氟乙烯体系为8
‑
12wt％浓度的聚偏氟乙烯的n
‑
甲基吡咯烷酮溶液；聚氨酯体系为12
‑
15wt％浓度的聚氨酯的n
‑
甲基吡咯烷酮溶液；聚二甲基硅氧烷体系为聚二甲基硅氧烷和交联剂sygard
tm 184质量比10:1混合而成的混合物。
15.进一步，当选用聚偏氟乙烯体系或聚氨酯体系，在50
‑
70℃温度下干燥处理2
‑
8h；当选用聚二甲基硅氧烷体系，在70
‑
90℃温度下真空固化1
‑
3h。
16.进一步，柔性印刷电路基板为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
17.进一步，步骤(3)中，水溶性导电聚合物水溶液中第一组分为聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩:聚对甲基苯磺酸水溶液，浓度为1
‑
1.5wt％；第二组分为二甲基亚砜、乙二醇、山梨糖醇或氯铂酸，其中二甲基亚砜、乙二醇和山梨糖醇浓度为1
‑
5wt％，氯铂酸浓度为0.02
‑
0.04mol/l。
18.本发明先制备掩板或掩膜，然后通过掩板法或掩膜法进行真空紫外光刻蚀，得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板，在通过水溶性导电聚合物水溶液进行选择性沉积，红外灯下炙烤，得全有机透明柔性印刷电路。
19.上述的全有机透明柔性印刷电路的制备方法制得的全有机透明柔性印刷电路。
20.综上所述，本发明具有以下优点：
21.1、本发明利用具有良好透光性的导电聚合物制备全有机透明柔性印刷电路，例如聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩:聚对甲基苯磺酸(poly(3,4
‑
ethlenedioxythiophene):polystyrene sulfonate,pedot:pss)替代现柔性印刷电路技术中的铜，金，镍，铝，碳，铟等无机及金属材料构筑全有机透明柔性印刷电路导电通路，将真空紫外光(vacuum ultraviolet,vuv)掩膜刻蚀技术，配合水溶性导电聚合物构筑具备任意结构的柔性印刷电路导电通路，其制备工艺简单，全程无废水，废气，废酸排放，并且能量消耗极低，有效解决了现有技术中无法满足具有高集成度柔性透明器件开发、产生大量环境污染物和能耗高等问题。
22.2、相对于传统柔性印刷电路制备工艺流程，本技术提供的全有机透明柔性印刷电路制备过程中不产生任何废水，废酸，废气，真正实现制备过程的零排放，并且整体工艺更为简单，能耗极低。
23.3、现有的柔性印刷电路导电通路均为贵金属，制备成本高昂且回收困难。同时金属不具备透光性，因此现有的柔性印刷电路均不具备良好的透光能力，无法做到完全透明，不能直接集成到柔性透明电子器件中。而本技术中用于绘制柔性印刷电路导电通路的材料均为兼具优异导电特性和良好透光性的导电聚合物，同时此类聚合物成本低廉，且不具有
生物毒性，对环境和生物无毒副作用。
附图说明
24.图1为全有机透明柔性印刷电路的制备方法示意图；
25.图2为柔性印刷电路掩板法真空紫外光刻蚀组装体示意图；
26.图3为柔性印刷电路掩膜法真空紫外光刻蚀组装体示意图；
27.图4为不同柔性印刷电路基板表面透明水溶性导电聚合物附着情况；
28.图5为聚对苯二甲酸乙二醇酯基底在不同真空紫外光刻蚀时长下材料表面亲疏水性变化；
29.图6为聚酰亚胺基底在不同真空紫外光刻蚀时长下材料表面亲疏水性变化；
30.图7为柔性聚甲基丙烯酸甲酯基材的透明柔性印刷电路对不同波长光的透过率。
具体实施方式
31.实施例1
32.一种全有机透明柔性印刷电路，其制备方法包括以下步骤：
33.(1)将待印刷的柔性电路投印到铜基板上，通过二氧化碳激光切割将待印刷电路切割镂空，清洗晾干，得掩板；
34.(2)将清洁后的柔性印刷电路基板夹持在步骤(1)所得掩板和底板之间，然后在185nm波长的真空紫外光下辐照2h，再去除掩板和底板，得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板；
35.(3)将步骤(2)所得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板在水溶性导电聚合物水溶液中浸渍，然后置于1300nm红外灯下炙烤7min，得全有机透明柔性印刷电路。水溶性导电聚合物水溶液中第一组分为聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩:聚对甲基苯磺酸水溶液，浓度为1wt％；第二组分为二甲基亚砜，其中二甲基亚砜浓度为2wt％。
36.实施例2
37.一种全有机透明柔性印刷电路，其制备方法包括以下步骤：
38.(1)将8ml聚合物溶液涂覆在柔性印刷电路基底上，在60℃温度下干燥处理6h，然后投印待印刷的柔性电路，通过二氧化碳激光切割或光纤激光切割将待印刷电路掩膜铣削去除，清洗晾干，得含有印刷电路图案掩膜的柔性印刷电路基板；聚合物溶液为聚偏氟乙烯体系，聚偏氟乙烯体系为10wt％浓度的聚偏氟乙烯的n
‑
甲基吡咯烷酮溶液；
39.(2)将步骤(1)所得含有印刷电路图案掩膜的柔性印刷电路基板在185nm波长的真空紫外光下辐照2h，然后揭除掩膜，得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板；
40.(3)将水溶性导电聚合物水溶液滴加到步骤(2)所得刻蚀有印刷电路的柔性印刷电路基板的真空紫外光刻蚀区域，然后置于1300nm红外灯下炙烤8min，得全有机透明柔性印刷电路。水溶性导电聚合物水溶液中第一组分为聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩:聚对甲基苯磺酸水溶液，浓度为1.2wt％；第二组分为二甲基亚砜，其中二甲基亚砜浓度为3wt％。
41.实验例
42.采用本发明的实施例1所示制备方法(掩板法)按表1制备5种不同的全有机透明柔性印刷电路(五触点印刷电路)，其真空紫外光刻蚀示意图图2所示，不同柔性印刷电路基板
所得全有机透明柔性印刷电路的表面透明水溶性导电聚合物附着情况如图4所示，其中a为聚对苯二甲酸乙二醇酯，b为聚酰亚胺。
43.表1制备情况统计表
[0044][0045]
由图4可知，聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯均可用于本发明全有机透明柔性印刷电路的制备。
[0046]
此外真空紫外在不同柔性印刷电路基板上(聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺)的刻蚀效果采用不同处理时间基底表面水接触角的大小来表示，分别如图5和6所示。由图5和6可知，随着处理时间的延长，所有基底的亲水性都获得了巨大的改善，此表征可用获得最佳光刻蚀时间数据。
[0047]
而柔性印刷电路的透光率采用uv
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vis
‑
nir光谱数据来表征(见图7)，结果表明在基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯并且印刷电路厚度为3μm的条件下，器件在可见光波段依旧保有50％的透光率，所得的全有机柔性印刷电路具有良好的透光性，同时进一步降低印刷电路层的厚度可以获得更好的透光性，而传统以金属为导电通路的柔性印刷电路的透光率为0％。
[0048]
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。