使用喷墨印刷的刚性-柔性印刷电路板制造的制作方法
背景技术：
本公开涉及用于直接印刷刚性柔性印刷电路板的方法和组合物。具体来说，本公开涉及使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性-柔性电路板和/或柔性电子器件进行直接喷墨印刷的方法和组合物。
柔性-刚性复合电子件表示新一代的电子件，其既具有拉伸性质，又具有弯曲柔性。这些性质将使电子装置具有弯曲和扭曲的一致性，以及在大应变范围内拉伸和压缩的能力。由于其柔软性和可贴合性，可拉伸的电子件在例如表皮电子装置和可植入装置的生物医学工程方面显示出巨大的潜力。所述电子件在对可穿戴电子器件和例如传感器、具有复杂几何形状的天线或放置在弯曲物体上的rfid等其它行业的不断增长的需求方面也显示出巨大的潜力。
预期柔性电子器件领域中的进展将在许多重要的新兴技术中发挥关键作用。例如，柔性传感器阵列、电子纸、可穿戴电子装置和大面积柔性有源矩阵显示器。另外，还预期柔性集成电子系统和处理方法的开发显著影响数种其它重要技术，包含微流体学和纳米流体学、传感器和智能蒙皮、射频识别系统(rfid)、信息存储以及微机电系统和纳米机电系统。然而，柔性电子技术的这些应用的成功取决于新材料的持续开发，以及用于制造在弯折、变形和弯曲构象中展现良好的电子、机械和光学性质的集成电子电路和装置的商业上可行且可扩展的制造路径。
柔性电子器件目前指的是通过将电子装置沉积到柔性衬底上来构建电子电路的技术。制造性能等于构建在脆性半导体晶片上但具有光学透明度，重量轻，具有可拉伸/可弯曲格式且易于大面积快速印刷的常规(刚性)微电子器件的柔性电子器件已经展示为实现不同应用，例如柔性显示器、薄膜太阳能电池、大面积传感器和致动器。在所有这些应用中，电路和其上并有的组件两者的柔性表示与通常刚性电路的主要差异。迄今为止，已经证明，设计基于无机材料的可弯曲(由杨氏模量控制，其为描述等于机械张力与对应伸长率和因此材料硬度量度之间的比率的材料性质或参数的弹性模量)且可拉伸(由泊松比控制，其指宽度随长度变化的相对变化的测量结果，或者在拉伸期间组件“颈缩(neckin)”的趋势)的电子器件是一个挑战，这是因为它们具有小的断裂应变(高杨氏模量且泊松比为1)。柔性电子器件的典型实施例是无机物薄膜，其用作衬底上的半导体、导体和/或绝缘体以最小化由弯曲或拉伸引起的应变。另一实施例由波浪形图案的电路表示，其可以提供完全可逆的可拉伸/可压缩性，而在电路材料本身中没有可观的应变。
本文提供一种由有机和/或金属材料组成的柔性和/或可拉伸/可弯曲刚性-柔性二维或三维柔性电子器件，其用于制造电子装置/连接器/印刷电路板/天线/传感器/rfids等。术语“可弯曲”是指指示材料、结构、装置或装置组件在不经历引入显著应变(例如使材料、结构、装置或装置组件的故障点特性化的应变)的变换的情况下变形成弯曲形状(参见例如图2到4c)的能力的机械性质。在示例性实施例中，柔性材料、结构、装置或装置组件可在不引入大于或等于约300％的应变的情况下变形为弯曲形状。同样，“可扩展”和“可拉伸”可以同义地在本描述中使用，并且指代材料、结构、装置或装置组件在不经历断裂的情况下应变的能力。本发明的一些可拉伸材料、结构和装置能够在没有机械故障的情况下展现至少一些膨胀和/或压缩。在一个实施例中，本发明的可拉伸结构能够沿着给定方向，并且在一些实施例中沿着例如定向成彼此正交的方向的两个方向经历其总覆盖面积约5％的变化。在一些实施例中，可拉伸性是由所使用的材料的结构的元件引起的，所述元件能够相对于彼此移动或移位。
柔性-刚性复合物体(柔性-刚性电子器件)表示混合复合结构，其中单个整体产品由柔性组件和刚性组件两者构成，其中的每一个或这两者由有机材料或金属材料或者这两者组成。形成此类刚性-柔性电子装置的能力可解决电子行业中被称为摩尔定律的一个主要问题，摩尔定律陈述了密集集成电路中的晶体管的数目约每两年增加一倍。这种预计导致集成电路占用的空间增大。然而，在由电子装置占据的空间受到限制的情况下，例如对于植入的医疗装置，需要折叠装置，或能够以复杂的三维几何形状产生电子装置，所述几何形状具有高表面积和低空间占用。
柔性-刚性复合电路板表示印刷电路板(pcb)的混合复合结构，其中柔性和刚性电路板彼此连接以形成单个复合电路板。多层柔性-刚性电路板复合结构的各种层通常通过金属涂布的贯通开口连接。
通常将柔性连接桥紧固到刚性或加强pcb以利用封装(即，构造和连接技术)的优点以及昂贵电子组件中的柔性衬底，其中出于成本原因使用显著更具成本效益的刚性电路板。通常借助于热棒焊接或激光焊接的此连接步骤在离散步骤中逐电路执行。
隔离的柔性连接桥和pcb结构的额外处理和定位难以自动化，这导致高生产成本并减少用于产生柔性连接的循环时间。在小pcb结构中，如在医学植入物中所使用，这些问题进一步增加。另外的问题是在重复地应变柔性时在重复使用中的分层和接触劣化。
本公开旨在克服一个或多个上述问题。
技术实现要素：
在各种实施例中，公开了使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性-柔性电子器件和/或柔性导体进行直接喷墨印刷的系统、方法和组合物。
在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机制造刚性-柔性电子物体的方法，其包括：提供喷墨印刷系统，所述喷墨印刷系统包括：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“cam”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示刚性-柔性电子物体的2d或3d可视化文件；生成表示用于印刷刚性-柔性电子物体的至少一个基本2d层的文件；接收与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2d层的文件，其中cam模块被配置成控制第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；使用cam模块获得表示用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层的生成文件，所述2d层包括表示刚性树脂喷墨油墨、刚性金属喷墨油墨、柔性树脂喷墨油墨、柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案；使用第一印刷头在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性树脂表示的图案；固化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于刚性树脂表示的图案；使用第三印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性树脂表示的图案；使刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性树脂表示的图案凝固；使用第二印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性金属油墨表示的图案；使用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中对应于刚性金属油墨表示的图案凝固；使用第四印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性导电油墨表示的图案；以及使刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性导电表示的图案凝固。
在另一实施例中，在具有单种刚性树脂油墨组合物的专用印刷头中，或在具有与第一刚性树脂油墨不同或相同的单独刚性树脂油墨的专用额外印刷头中，刚性树脂油墨可以是以下的混合物：光可聚合单体、低聚物或其组合、高分子量聚合物的胶体分散体、聚合物溶液或其组合。
在实施例中，刚性金属油墨可以是溶剂中金属纳米粒子的分散体或金属前体溶液或分散体或其组合。
在又一实施例中，喷墨印刷系统进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二刚性或柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二刚性或柔性树脂油墨的第二刚性或柔性树脂油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二刚性或柔性树脂油墨组合物；使用第二刚性或柔性树脂油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案；以及固化或交联或官能化或凝固刚性-柔性电子物体的2d层中对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案，其中第二刚性或柔性树脂油墨组合物中的刚性或柔性树脂组合物不同于第一印刷头或第二印刷头中的刚性或柔性树脂油墨组合物。
当结合附图和实例阅读时，根据以下详细描述，使用喷墨印刷来制造刚性到柔性物体和/或刚性-柔性电子物体的方法和组合物的这些和其它特征将变得显而易见，所述附图和实例是示例性的而非限制性的。
附图说明
为了更好地理解彩色树脂金属制造方法和组合物，关于其实施例参考所附实例和附图，其中：
图1a示出了柔性pcb，其中导电金属图案与柔性树脂印刷在一起，且图1ba示出了其示意性横截面；
图2示出了柔性导体，其中金属图案印刷在柔性树脂上；并且
图3示出了使用下文提供的系统、方法和组合物制造的t形刚性-柔性-刚性pcb，其中四个刚性部分由三个柔性部分连接；
图4a示出了t腿顶端上的刚性部分的弯曲性，其中图4b中示出横向臂至多90°的可弯曲性，且图4c中示出所有柔性部分至多90°的可弯曲性；
图5示出了使用所描述的方法和组合物的实施例制造的柔性导电带的弯曲半径；
图6示出了图5中的条带在50次反复弯曲到8mm半径之后的顶部平面图；
图7示出了使用所描述的组合物和方法的实施例制造的fpc；
图8示出了图7的fpc的弯曲半径；并且
图9示出了关于图7的fpc的屈服测试的结果。
具体实施方式
本文提供使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合对刚性-柔性物体和/或柔性电子器件进行直接喷墨印刷的方法和组合物的实施例。
通常将柔性连接桥紧固到刚性或加强pcb以利用封装(即，构造和连接技术)的优点以及昂贵电子组件中的柔性衬底，其中出于成本原因使用显著更具成本效益的刚性电路板。通常借助于热棒焊接或激光焊接的此连接步骤在离散步骤中逐电路执行。
隔离的柔性连接桥和pcb结构的额外处理和定位难以自动化，这导致高生产成本并减少用于产生柔性连接的循环时间。在小pcb结构中，如在医学植入物中所使用，这些问题进一步增加。
刚性-柔性电子组件的制造中的主要考虑因素是成本、处理量、可实现的特征大小以及与每个部分中使用的材料(即，电子组件的刚性和柔性部分)的相容性。柔性电子器件(例如，tft、传感器等)的制造呈现与导电材料(迹线)相关联的持续挑战。例如，用于限定源与目标之间的长度的高分辨率图案化技术对于制造薄膜晶体管(tft)是关键的，这是因为它对电流输出、切换速度等等的影响。主要依赖于选择性光刻的当前技术虽然具有高分辨率，但不太适合刚性-柔性电子器件，因为它们的工艺非常复杂、昂贵、耗时、浪费，并且仅适用于小区域的图案化。此外，需要利用抗蚀剂、溶剂和显影剂的许多步骤，这可能与塑料衬底不相容。此外，蚀刻底层和去除光致抗蚀剂可能会破坏大多数有机电子材料和聚合物衬底的活性。
本文所公开的印刷方法在单个步骤中实施沉积和图案化材料。目前，主要有两种印刷方法：(1)将完成的电路转移并接合到柔性衬底上，例如转移印刷；(2)直接在柔性衬底上制造电路，例如喷墨印刷和微接触印刷(软光刻)。在转移印刷中，通过标准方法在si晶片或玻璃板上制造整个结构，接着将其转移到柔性衬底，这具有在柔性衬底上提供高性能装置的优点。它主要受益于高分辨率光刻和高温沉积技术。其缺点是与光学光刻相当的小表面积覆盖和高成本。微接触印刷可形成用作掩模的多层级图案，并与高处理量批式或卷对卷(roll-to-roll，r2r)技术兼容。典型的印刷方法目前不涉及直接(和任选地同时)将刚性部分和柔性部分(导电和/或介电)直接印刷在一次性衬底或卡盘(或支撑物粉末)上，而没有本文所公开和要求保护的支撑物或衬底。
在实施例中，使用本文公开的组合物、方法和印刷系统可允许：非接触图案化、低温工艺、添加剂图案化、实时调整、三维结构化、易于对齐、有机物/无机材料的可印刷性、低成本、与大面积和高处理量量处理相容。使用本文所描述的方法的喷墨印刷例如具有图案质量不再受光学件的聚焦深度限制的优点。本文所描述的方法、组合物和系统可与有机和无机材料具有极佳相容性。此外，作为数据/计算机驱动的过程，本文描述的方法、组合物和系统可以直接根据cad/cam制造装置。其可在大区域上动态地对齐且对准各种电子器件，不管是柔性还是刚性的实时对准。作为非接触图案化，本文所描述的方法、组合物和系统可以适于使污染最小化。由于组合的柔性和刚性部分在高纳米级分辨率下的同时图案化，因此堆叠中例如局部和层间失真等缺陷大多不存在。本文所描述的方法、组合物和系统提供按需滴墨(dod)工艺而不需要物理掩模，并且仅在需要所需量的情况下应用材料。此外，本文描述的方法、组合物和系统可以允许用户设计并快速制造具有复杂三维形状的刚性-柔性电子物体。并且可通过基于软性的印刷机控制系统快速改变微结构。
本文中所描述的方法可用以在使用喷墨印刷装置的连续添加剂制造工艺中使用印刷头与柔性和刚性导电和介电油墨组合物的组合，或使用若干次来形成/制造刚性-柔性电子物体和/或柔性电子器件。使用本文所描述的方法，可使用热固性刚性树脂材料来形成复合组件的刚性树脂部分，所述刚性树脂部分通常在一个实施例中同时形成，或在另一实施例中分开着色，柔性部分同样与刚性导电金属迹线或柔性导电材料分开或同时形成，从而形成柔性导电图案或迹线或接触件。这些组件，。使用本文所描述的方法和组合物，可以消除单独的制造和组装，并且使用本文所描述的方法和组合物，可以实现更好地控制复杂几何结构和快速成型以及刚柔电子器件的大批量生产。
因此且在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机直接将刚性到柔性电子组件制造到一次性可剥离或可去除衬底上的方法，其包括：提供喷墨印刷系统，所述喷墨印刷系统包括：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“cam”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示刚性-柔性电子物体的3d可视化文件；生成表示至少一个基本2d层的文件以印刷刚性-柔性电子物体；接收与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2d层的文件，其中cam模块被配置成控制第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；使用cam模块获得表示用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层的生成文件，所述2d层包括表示刚性树脂喷墨油墨、刚性金属喷墨油墨、柔性树脂喷墨油墨、柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案；使用第一印刷头在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性树脂表示的图案；固化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于刚性树脂表示的图案；使用第三印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性树脂表示的图案；使刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性树脂表示的图案凝固；使用第二印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性金属油墨表示的图案；烧结用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中对应于刚性金属油墨表示的图案；使用第四印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性导电油墨表示的图案；以及交联刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性导电表示的图案。
如本文所使用，交联用作描述柔性树脂的官能化的一般术语，无论是导电树脂还是柔性介电树脂，换句话说，以有限的方式，通过其它地方的一个或多个键沿着长链分支前体(不是端基)连接以形成异形长链支化组合物而不是交联网络。官能化还可以通过引发多官能聚合物中的支化聚合物与聚合物主链中或并非聚合物主链的部分的官能基中的经取代反应物的聚合来进行。控制支化可以通过例如控制以下来完成：聚合物数均分子量、(光)引发剂的浓度、uv暴露时间、温度、引发剂类型等等。支化可以是例如长链支化(lcb)，意指至少6个碳的链长，超过所述链长将无法使用13c核磁共振谱来区分长度。每个长链分支具有与聚合物主链相同的共聚单体分布，并且可以与其所连接的聚合物主链一样长。
参考本文所描述的“刚性-柔性”或“刚性-柔性-刚性”电子物体的“刚性树脂”或“刚性部分”或其刚性部分；术语“刚性”在本文中用以指在通过喷墨印刷执行时或在受柔性部分(例如，柔性树脂组件和/或柔性导电树脂部分)限制时保持自身形状且不会因为其重量而显著变形且其中杨氏模量λ大于200mpa的材料，这不同于保持极大柔性且杨氏模量实际上为零的凝胶。本文提供的材料的杨氏模量可以介于约1与约3mpa之间，或介于约1.5mpa与约2.7mpa之间。此外，术语“柔性印刷电路”应包含相对薄的片状印刷电路和相对厚的板状印刷电路。柔性印刷电路也可被称作“柔性印刷电路电缆(fpcc)”。另外，本文用以描述本文所描述的刚性-柔性电子物体的各个层的术语“柔性”旨在表示材料保持基本上松弛，并且具有以基本均匀的方式符合二维或三维特征的能力。因此，术语“柔性”和类似术语指示树脂聚酯弹性体的弯曲模量优选为10000kgf/cm2或更小。事实上，通过选择性地改变在聚合期间使用的共聚单体组分的类型和/或量以及交联程度来选择性地调节本文提供的弹性体的结构排列，可以实现在上述定义内的任何所需弯曲模量。
替代地或另外，在用于制造刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体(例如，刚性-柔性-刚性pcb和/或fpc)的方法及系统中使用的喷墨印刷系统可进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口、第二刚性或柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二刚性或柔性树脂油墨的第二刚性或柔性树脂油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二刚性或柔性树脂油墨组合物；使用第二刚性或柔性树脂油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案；以及固化或交联或官能化或凝固刚性-柔性电子物体的2d层中对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案，其中第二刚性或柔性树脂油墨组合物中的刚性或柔性树脂组合物不同于第一印刷头或第二印刷头中的刚性或柔性树脂油墨组合物。还涵盖其中基于电子组件的类型、应用和其使用条件按需要添加各自专用于特定油墨类型的额外印刷头的实施例。
此外，本文所描述的形成刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法可进一步包括在使用第一印刷头和/或第二印刷头的步骤之前提供可剥离或可去除衬底的步骤。任选的可剥离衬底还可以是刚性或柔性的。在实施例中，术语“可剥离”是指可去除地涂覆和粘附到表面(例如通过用于形成本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法、组合物和套组所形成的表面)，并且随后可以通过力从所述表面去除的材料。根据本发明的组合物和方法的可剥离膜可以粘附地并且可去除地涂覆到安置在印刷机的传送带上的卡盘，并借助于强制去除，暴露本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的层。
可去除衬底还可以是粉末，例如陶瓷粉末，其可以涂覆于卡盘上，压紧，并且随后被去除。衬底的选择可以取决于例如最终复合组件的用途和结构。此外，可以在整个组件的制造结束时，第一2d层的制造结束时，或者在两者之间的任何阶段去除衬底。
形成本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法可包括提供衬底的步骤，如上文所描述。沉积树脂和/或金属油墨的印刷头(和其派生词；应理解为是指以受控方式在表面上沉积、转移或形成材料的任何装置或技术)可被配置成根据需求，换句话说，根据各种预选的工艺参数(例如传送器速度、所需柔性导电层厚度和/或长度、层类型、层类型、所需的层柔性(换句话说，组件应相对于初始2d配置弯曲的程度)等等提供墨滴。可去除或可剥离衬底也可以是相对刚性的材料，例如，玻璃或水晶(例如，蓝宝石)。另外或替代地，可剥离衬底可以是柔性(例如，可挠曲的)衬底(或膜)，使衬底能够轻易地从刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体中剥离，例如，聚(萘二甲酸乙二酯)(pen)、聚酰亚胺(例如杜邦(dupont)的
在制造或形成本文所描述的刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体制品和组件时，通过沉积刚性或柔性组分树脂和/或刚性金属材料或柔性导电材料的基本2d层，支撑层或结构可作为本文所描述的刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体制品和组件的基本2d表示的部分而沉积。此支撑物可以是可去除的并定位在随后印刷的突出部分之下或在预期腔之中，它们不受所述部分或组件材料本身的支撑。可利用沉积部分材料的相同沉积技术来构建支撑结构。在实施例中，cam模块可生成额外几何结构，其充当以下的支撑结构：表示所形成的复合组件的3d可视化文件的突出或自由空间区段，且在其它情况下，本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和所形成的组件的侧壁。支撑材料可被配置成例如在制造期间粘附到部分材料，并且在印刷过程完成时可从完成的本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和组件去除。
本文所使用的术语“支撑物”是指用以在制造本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和本文所描述的组件期间，向所构建彩色树脂和/或金属材料的多个层提供结构支撑的支撑材料的一个或多个层。例如，支撑材料可以是包含至少一种官能团的蜡，所述官能团能够在暴露于用于固化树脂油墨材料的光化辐射时与树脂油墨材料反应。在一些实施例中，蜡中的官能团能够在有光引发剂的情况下与构建材料进行反应，光引发剂通常用于固化构建材料，以及随后形成3d物品，并且之后在温和加热时被溶化并去除。额外支撑材料可以是例如非交联的溶剂/水溶性材料，这使得支撑结构在印刷过程完成后可以被相对容易地洗掉。替代地或另外，支撑材料也可以被分离，可以通过用手折断它们，使其脱离部件来进行去除。
在其它实施例中，用于制造本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和组件的方法和系统中所使用的支撑材料可以对光化辐射透明，以通过支撑物适应暴露。在实施例中，“光化辐射”是指能够固化树脂油墨组合物的能量束，例如任何电磁照射，例如红外、紫外线、电子束、x射线或辐射线。因此，在生产本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和本文所描述的组件时使用的术语“光化辐射可固化树脂组合物”可以是用如上所述的一种或多种光化辐射(能量束)照射时被固化的树脂组合物。
这样的照射导致光可聚合刚性树脂油墨组合物的至少一部分固化在最靠近支撑物的层中，或另外(或替代地)用以使柔性树脂凝固。合适的支撑材料的实例包含聚合物膜，例如由加成聚合物和线性缩合聚合物和透明泡沫形成的膜。本文所描述的方法中使用的聚合物支撑物可以是：醋酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚萘二甲酸乙二酯(pen)等聚酯；定向聚苯乙烯(ops)；定向尼龙(ony)；聚丙烯(pp)、定向聚丙烯(opp)；聚氯乙烯(pvc)；以及各种聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚(乙烯醇缩醛)、聚醚和聚磺酰胺，以及不透明白色聚酯。丙烯酸树脂、酚醛树脂、玻璃和金属也可以用作油墨接收器。
因此且在实施例中，在用于制造刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和组件的方法及系统中使用的喷墨印刷系统可进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、支撑物油墨储集器，和被配置成通过孔口供应支撑物油墨的支撑物油墨泵，所述方法进一步包括：提供支撑物油墨组合物；在使用第一印刷头和/或第二印刷头和/或第三印刷头和/或第四印刷头的步骤之前、同时或之后，使用支撑物油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于支撑物表示的预定图案；以及官能化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于支撑物表示的预定图案。
在实施例中，术语“形成”(及其变体“已形成”等)是指泵送、注射、浇注、释放、置换、照射、循环或者使用本领域已知的任何合适方式将流体或材料(例如，刚性金属油墨)与另一种材料(例如，衬底、树脂或另一层)接触放置。
固化通过如本文所描述的适当印刷头沉积的刚性树脂层或图案可通过例如以下来实现：加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应、通过紫外线束辐照或包括前述中的一个或多个的组合。在恰当条件下使用相同的方法，以凝固柔性树脂并使材料保持处于橡胶状态而不会塌陷。固化不需要用单一工艺进行，且可涉及同时或依序(例如，干燥和加热以及用额外印刷头沉积交联剂)的若干工艺。
通常，刚性树脂的玻璃化转变温度高于电子组件或柔性电子物体暴露的操作温度。树脂的刚性质量将源自充当油墨调配物中的单体和/或低聚物和/或聚合物的分子的性质；例如，单体和/或低聚物和/或聚合物主链中的刚性部分将给予最终树脂基质其刚性，所述刚性部分例如苯环或环庚烯或环己烷部分，对于碳-碳双键或碳碳三键也是如此，这将使得聚合物链旋转将施加通过且刚性的结构。其实例可以是环氧衍生的丙烯酸酯、环己烷衍生的丙烯酸酯等。另外并且如所指示，当在油墨调配物中以特定比例使用前述聚合物(和其它聚合物)的任一种结合物、衍生物、共聚物或三元共聚物时，可以赋予刚性树脂额外的性质(例如，介电常数、损耗角正切、耐火性、耐刮擦性等)。为了阐明，如本文所用，术语“结合物”是指通过连接不一定在聚合物主链上的两个或更多个部分形成的任何化合物。“部分”或“基团”是任何类型的由式、化学名称或结构指定的分子排列。在某些实施例的情形下，据称结合物包括一个或多个部分或化学基团。这意味着所述部分的式在某些位置被取代以便连接并且作为结合物的分子排列的一部分。尽管部分可以直接共价连接，但并不意味着两个或更多个部分必须彼此直接连接。连接基团、交联基团或连接基团是指通过共价键连接部分的任何分子排列，例如但不限于一个或多个酰胺基可以连接所述部分。另外，尽管结合物可以是未取代的，但结合物可以具有连接到连接基团和/或连接到部分的各种额外的取代基。例如，硅氧烷部分是含有硅-氧键的分子排列。优选地，在某些实施例内，硅氧烷部分是笼形结构。
此外且在另一实施例中，交联是指使用交联剂通过共价键合(即，形成连接基团)，或通过例如但不限于甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯或丙烯酰胺的单体的自由基聚合将部分结合在一起。在一些实施例中，连接基团生长到聚合物臂的末端。在优选实施例中，硅氧烷-聚合物结合物具有烯基，并且在不存在或存在含有烯基的其它分子的情况下通过自由基聚合而交联，所述其它分子例如但不限于甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯或丙烯酰胺以及交联剂和自由基、阴离子、阳离子引发剂。
此外，术语“共聚物”意指衍生自两种或更多种单体(包含三元共聚物、四元共聚物等)的聚合物，并且术语“聚合物”是指具有来自一种或多种不同单体的重复单元的任何含碳化合物。
同样，在本文所描述的刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体和fpc中使用的柔性树脂油墨可以是包括以下的组合物：天然或合成橡胶、聚(甲基丙烯酸六氟丁酯)、聚(硅氧烷)(ps)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚(酰亚胺)(pi)、聚(四氟乙烯)(ptfe)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(pet)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(pen)，或包括前述中的两种或更多种的结合物、共聚物、三元共聚物或衍生物。
柔性树脂油墨还可以是基于长脂族链的单体和/或低聚物和/或聚合物溶液的组合物，其中碳的数目在4至30之间，优选地在4至20之间，这可以允许聚合物主链自由旋转，以及聚合物的弯曲和扭曲。乙二醇基单体、低聚物和聚合物还可用以赋予所获得的树脂柔性。同样，胺基甲酸酯基聚合物的高伸长率性质也可用以赋予树脂柔性。这些类型的低聚物和/或单体将任选地用现成的聚合物官能化以得到聚合物基质。还将使用固化的程度来控制柔性性质。
在实施例中，柔性导电油墨是包括以下的组合物：弹性体或弹性体溶液，或仅具有柔性导电填充材料的溶剂；以及导电填料。弹性体可以是例如天然橡胶(nr)、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、乙烯-丙烯-二烯单体(epdm)、聚胺基甲酸酯(pu)，和聚(二甲基硅氧烷)(pdms)，其特征在于高可逆变形(>200％)和不良导电性。“橡胶”可以是被本领域技术人员视为“橡胶”的任何材料，优选地为可交联橡胶(例如，在用填充材料浸渍之前)。例如，橡胶组分可以是任何含烯烃橡胶，例如乙烯-丙烯共聚物(epm)。其它橡胶组分可包含例如乙烯-丙烯-二烯(epdm)橡胶，或epdm型橡胶。epdm型橡胶可以是由具有2到10个碳原子，优选地2到4个碳原子的至少两个不同单烯烃单体与具有5到20个碳原子的至少一个多不饱和烯烃的聚合得到的三元共聚物。
填料可为有机或无机的。例如，填料可以是银纳米纤维或(ag)纳米线、碳黑、单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)、金刚石线、石墨烯纳米粒子、例如聚苯胺的导电聚合物，或包括前述中的一种或多种的组合。在实施例中，这些填料可用以增加所描述的油墨中使用的柔性树脂和/或弹性体的导电性。在某些实施例中，这些填料还可用以影响机械性质。为了增加导电性，在实施例中，填料的分数浓度保持高于3d渗透阈值。在实施例中，对于单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)、金刚石线或导电聚合物，赋予所需电导率所需的填料的分数浓度比碳黑低。其它掺杂填料可以是例如碘(i2)和五氯化锑(sbcl5)，例如epdm或sbr。
同样，在本文所描述的方法、组合物和系统中使用的导电聚合物树脂可具有填料，例如悬浮在弹性体或柔性聚合物部分内或溶剂内的金属纳米粒子。纳米粒子可以呈薄片、球、条、线或它们的组合的形状。如本文所描述，悬浮纳米粒子的纵横比可以远大于1，这可以有利地影响(减小)其渗透阈值。
在实施例中，在本文所描述的刚性-柔性或刚性-柔性-刚性电子物体和fpc中使用的导电聚合物树脂组合物的聚合物填料部分可以是例如聚(乙炔)(pa)、聚(苯胺)(pani)、聚(吡咯)(ppy)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(pedot)、聚(4,4'-氧二亚苯基-均苯四甲酰亚胺)，或包括前述中的两种或更多种的结合物、共聚物、三元共聚物或衍生物。填料聚合物可形成互穿网络，由此弹性体可以提供所需的柔性，并且导电聚合物填料提供所需的性质。
例如，在本文所描述的柔性导电树脂油墨组合物中使用的导电聚合物树脂可以是聚(胺基甲酸酯)-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)掺合物，其中pedot的分数浓度(v/v)高于3d渗透阈值，例如在约10％与约16％pedot/pu之间。实际渗透阈值将取决于pu和pedot的重均分子量
同样，其它功能头可位于刚性和/或柔性树脂印刷头和/或刚性金属(含金属)或柔性导电印刷头之前、之间或之后。这些可包含被配置成以预定波长(λ)，例如以190nm与约400nm之间，例如395nm发射电磁辐射的电磁辐射源，在实施例中，所述电磁辐射源可用以加速和/或调制和/或促进可与刚性金属油墨中使用的金属纳米粒子分散体结合使用的光可聚合刚性和/或柔性(介电，非导电)树脂。其它功能头可以是加热元件、有不同油墨(例如，支撑物、预焊连接油墨、各种组件(例如电容器、晶体管等)的标签印刷)的额外印刷头以及前述的组合。
如所指示，用以实施用于制造刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体和其组件的方法的系统可具有额外刚性金属油墨印刷头，所述印刷头可含有不同金属。例如，如本文所描述的第二印刷头可以包括银(ag)纳米粒子，而金属油墨的额外印刷头可以包括不同金属，例如铜或金。同样，也可以使用其它金属(例如，al)或金属前体，并且提供的实例不应被视为限制性的。
类似地，额外印刷头可以专用于递送不同的柔性导电材料，例如，在第三印刷头中，柔性导电材料可以是12％pedot:pu掺合物，而专用于递送和形成另一柔性导电部分的额外印刷头可以是sbr:swcnt(约20％swcnt)。
因此，喷墨印刷系统进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二刚性金属油墨或柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二刚性金属油墨或柔性导电油墨的第二刚性金属油墨或柔性导电油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物；使用第二刚性金属油墨或柔性导电油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于第二刚性金属或柔性导电表示的预定图案；以及烧结，和/或凝固和/或交联和/或照射刚性-柔性电子物体的2d层中对应于第二刚性金属或柔性导电表示的预定图案，其中第二刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物中的金属或柔性导电组合物不同于第三印刷头或第四印刷头中的刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物。因此，所述方法可进一步包括：提供第二金属油墨组合物；使用第二金属油墨印刷头，在用于印刷的复合组件的第一基本2d层中形成对应于第二金属表示的预定图案；以及烧结复合组件的2d层中对应于第二金属表示的预定图案。第二金属油墨组合物可具有与第二印刷头中的刚性金属油墨组合物不同的金属，或在另一实施例中；并且为了实现更高的处理量，在所有金属印刷头中第二金属油墨组合物可以相同。
另外，所有印刷头和本文所描述的形成刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法可被配置成在其中具有受控气氛的壳体中进行。同样，受控气氛可能受刚性和/或柔性树脂油墨组合物影响。
可在树脂油墨或金属油墨印刷头(例如，用于烧结刚性金属层)中的每一个之前或之后采用其它类似功能步骤(因此以及用于影响这些步骤的构件)。这些步骤可包含(但不限于)：加热步骤(受加热元件或热空气影响)；(光致抗蚀剂掩膜支撑图案的)光漂白、光固化，或暴露于任何其它适当的光化辐射源(使用例如uv光源)；干燥(例如，使用真空区，或加热元件)；(反应性)等离子体沉积(例如，使用加压等离子枪和等离子束控制器)；通过使用例如[4-[(2-羟基十四烷基)-氧基]-苯基]-苯基碘鎓六氟锑酸盐等阳离子引发剂交联到柔性树脂聚合物溶液或柔性导电树脂溶液；在涂布之前；退火，或者促进氧化还原反应和其组合，而不管这些工艺的利用次序如何。在某一实施例中，可对刚性树脂和/或柔性部分使用激光(例如，选择性激光烧结/熔化，直接激光烧结/熔化)或电子束熔化。应注意，刚性金属部分的烧结可甚至在以下情况下进行：在本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的刚性树脂部分的顶部上印刷刚性金属部分。
应注意，在本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的刚性部分中；刚性金属层可以(同时且直接)沉积在刚性树脂层间，与所述树脂层上方的涂布图案分开且不同。例如，刚性金属层可以沉积在支撑物层上方，所述支撑物层在去除之后将独立于任何树脂材料。类似地，在本文所描述的本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的柔性部分中，柔性导电材料可以与柔性树脂同时或连续地沉积，并且各自可以用相同或不同功能印刷头官能化(换句话说，凝固、固化和/或交联)。
因此，在实施例中，使用第二印刷头并将刚性金属喷墨油墨沉积到衬底上且在需要时沉积到卡盘上由此形成第一印刷刚性金属(导电)图案层的步骤和/或将含刚性树脂的喷墨油墨沉积到可去除衬底(或卡盘)和/或可去除支撑物上的步骤在以下步骤之前、之后或与之同时进行：加热、光固化干燥、沉积等离子体、交联、退火、促进氧化还原反应、烧结、熔化，或包括前述中的一个或多个的步骤的组合。预处理或后部分处理(换句话说，使刚性树脂和/或刚性金属和/或任选支撑部分功能化)可以在使用柔性部分的印刷头、额外刚性或柔性树脂油墨印刷头、额外金属油墨印刷头或柔性导电喷墨油墨或以任何其它排列的步骤之前或之后进行。
调配刚性金属油墨组合物(和柔性导电喷墨油墨)可以考虑沉积工具(例如，就组合物的粘度和表面张力而言)和沉积表面特性(例如，亲水或疏水，以及可剥离或可去除衬底或支撑材料的界面能，如果使用的话)或上面沉积有连续层的衬底层施加的要求(如果存在的话)。在用压电头进行喷墨印刷的情况下，刚性金属油墨和/或形成树脂的喷墨油墨的粘度(在印刷温度℃下测量)可以为例如不低于约5cp，例如，不低于约8cp，或者不低于约10cp，并且不高于约30cp，例如，不高于约20cp，或者不高于约15cp。刚性金属油墨各自可被配置(例如，调配)成具有的动态表面张力(指的是喷墨墨滴在印刷头孔口处形成时的表面张力)在约25mn/m与约40mn/m之间，例如在约29mn/m与约31mn/m之间，通过最大气泡压力张力测量法在50ms的表面寿命的和25℃下测得。动态表面张力可以被设想成向可剥离衬底、支撑材料、树脂层、或其组合提供在约100°与约165°之间的接触角度。
在制造如本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法中使用的金属组合物可以基本上由溶剂悬浮的金属铜、银、铝纳米粒子或金属喷墨油墨组合物组成，金属喷墨油墨组合物包括前述中的一种或多种以及其它金属(例如，元素周期表的第ia族(1))、粘合剂以及溶剂，其中，油墨中的纳米粒子的直径、形状和成分比被优化，从而使得能够形成层或密集的印刷图案。应注意，金属油墨的选择将取决于待印刷的3d复合组件的最终特性。这些粒子可以在适用于所需应用的大小范围内。在实施例中，使用银形成的刚性金属部分图案是使用纳米银悬浮液油墨印刷的。在通过例如具有薄或小的特征且具有高纵横比的银纳米粒子(例如，薄片或条)烧结期间，本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的2d表示的刚性金属部分的质量可以显著增强。换句话说，金属纳米粒子的纵横比r比1要高得多(r>>1)。具有高纵横比可以使纳米粒子对齐，这是由于例如油墨在卡盘上衬底的运动方向上的流动定向，或者在另一实施例中，凭借从印刷头的孔喷射的过程。
在实施例中，术语“卡盘”意指用于支撑、保持、或保留衬底或工件的机制。卡盘可包含一个或多个部件。在一个实施例中，卡盘可包含台和插入物的组合、平台，其被夹套或者以其它方式被配置用于加热和/或冷却，并且具有另一类似组件，或者其任何组合。
在实施例中，随着印刷头(或衬底)例如在两个(x-y)(应理解，印刷头也可以在z轴上移动)维度上在可去除衬底或任何后续层之上以预定距离被操纵，允许刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的直接、持续或半持续喷墨印刷的喷墨油墨组合物、系统和方法可以通过本文所提供的来自孔的液体喷墨油墨的排出液滴一次一个地形成图案。印刷头的高度可以随着层数而改变，从而保持例如固定距离。在实施例中通过可变形的压电晶体，从可操作地联接到孔的池(well)内，每一个液滴都可以被配置成按照例如压力脉冲指挥采用衬底的预定轨线。第一喷墨金属油墨的印刷可以是额外的，并且可以容纳更多的层。本文所描述的方法中使用的喷墨印刷头可以提供等于或小于约3μm到10,000μm的最小层膜厚度。
类似地，术语“接触”在实施例中用以指可以掺合、混合、成浆、溶解、反应、处理或另外以某种其它方式接触的材料。因此，术语“接触”涵盖两种或更多种组分的“反应”，并且其还涵盖彼此不反应的两种或更多种组分的“混合”或“掺合”。
在描述的方法中所使用并且可在描述的系统中实施的各种印刷头之间的传送器操纵可以被配置成以约5毫米/秒与约1000毫米/秒之间的速度移动。例如，卡盘的速度可以取决于例如：所需的处理量、过程中使用的印刷头的数目，本文所描述的所印刷的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的层的数目和厚度、油墨的固化时间、油墨溶剂的蒸发速率、含有金属粒子或金属聚合物糊剂的第一喷墨刚性金属油墨的印刷头与包括第二热固性树脂和板形成喷墨油墨的第二印刷头之间的距离等等，或包括前述中的一个或多个的因素组合。
在实施例中，各种油墨的动力粘度可各自在约0.1与约30cp·s(mpa·s)之间，例如，最终油墨调配物在工作温度下可具有8到12cp·s的粘度，这是可以控制的。例如，包括前述的金属纳米粒子分散体、溶液、乳液、悬浮液或液体组合物或者树脂喷墨油墨可各自在约5cp·s与25cp·s之间，或者在约7cp·s与约20cp·s之间，具体地说，在约8cp·s与约15cp·s之间。
在实施例中，金属(或金属)油墨和/或第二树脂油墨的每个液滴的体积可以在0.5到300微微升(pl)范围内，例如1到4pl，并取决于驱动脉冲的强度和油墨的性质。将单个液滴排出的波形可以是10v到约70v的脉冲，或者约16v到约20v，并且可以在约2khz与约500khz之间的频率下被排出。
刚性树脂油墨可被配置成在印刷头储集器内稳定。例如，固体内容物(即，如果是胶态悬浮液的话即是悬浮固体，或者如果是溶液的话即是溶质)可以在约5wt％与约100wt％之间。在某些实施例中，通过结合光活性的单聚物/低聚物及其组合(在这种情况下不会发生明显的沉淀)，表面活性剂可能是不必要的，而且油墨可以有100％的活性。另外，油墨粘度可以被调整以促进液滴的喷射。因此，在实施例中，本文所描述的形成刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的方法中所使用的树脂油墨溶液的表面能(γ)连同动力粘度(μ)分别可以在约25mn/m与约35mn/m之间和在约8mns/m2(cp)与约15mns/m2(cp)之间的范围内。在某些实施例中使用的油墨由悬浮的亚微米粒子构成，例如在颜料着色油墨和金属粒子油墨中，而且在一些实施例中，树脂油墨可以被配置成促进通过印刷头的微液体通道内的一些阈值(例如，喷嘴孔和喷嘴颈)确定的最优操作。
在实施例中，用于所提供的刚性和/或柔性油墨和/或柔性导电树脂油墨中的交联剂、共聚单体、共低聚物、共聚物或者包括前述中的一种或多种的组合物可以是树脂油墨组合物内的溶液、乳液或悬浮液的一部分，或被配置成形成树脂油墨组合物内的溶液、乳液或悬浮液。
刚性和/或柔性和/或柔性导电树脂油墨部分的印刷图案可以由富含树脂的油墨组合物制成，例如悬浮液、乳液、溶液等等。术语“富含树脂”是指其中相比于将颜料粒子彼此结合并且将树脂层结合到下方衬底或另一复合组件或支撑部分及其组合所需的聚合物树脂组分包含更大比例的聚合物树脂组分的组合物。例如，富含树脂的组分层可包含聚合物树脂，其量为总树脂油墨重量(包含颜料)的至少95wt％。在要求通过单独的着色印刷头提供颜料的那些情况下，富含树脂的油墨组合物可具有至多99.9％的活性单体、低聚物和其组合。
如所描述，在用于制造本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的cam模块所执行的与刚性-柔性pcb和/或fpc相关的一系列参数的步骤中使用的参数可以是例如：在与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数中使用的参数；层中的刚性树脂图案、层中的刚性金属图案、柔性树脂层、柔性导电树脂图案、对刚性树脂的固化要求、对柔性树脂的交联要求、层中的刚性金属图案的烧结、柔性导电树脂的固化/和/或照射要求、处理量要求，或包括前述中的一个或多个的参数组合。
术语“模块”的使用并不意味着作为模块的一部分而被描述和要求保护的组件或功能性都被配置在共同封装中。实际上，模块的各种组件中的任一个或全部，无论是控制逻辑还是其它组件，都可以结合在单个封装中，或者被单独维护，并且可以进一步分配到多个分组或封装中或跨越多个(远程)位置。
cam模块可以包括：2d文件库，其存储从复合组件的3d可视化文件转换的文件；处理器，其与库通信；存储器装置，其存储由处理器执行的一组操作指令；一个或多个微机械喷墨印刷头，其与处理器和库通信；以及一个(或多个)印刷头接口电路，其与2d文件库、存储器和一个或多个微机械喷墨印刷头通信，2d文件库被配置成提供特定针对功能层的印刷机操作参数；预处理计算机辅助设计/计算机辅助制造(cad/cam)生成的与待制造的3d树脂金属刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体相关联的信息，由此获得多个2d文件；将来自复合组件3d可视化文件的预处理的步骤中所处理的多个2d文件加载到2d文件库上；并且使用2d文件库，指示处理器以预定次序印刷复合组件的预定层。
表示用于制造本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的复合组件的3d可视化文件可以是：.asm、stl、iges、step、catia、solidworks、proe、3dstudio、gerber、rhino文件或包括前述中的一个或多个的文件；并且其中，表示至少一个基本2d层(并且上传到库)的文件可以是例如jpeg、gif、tiff、bmp、pdf文件，或包括前述中的一个或多个的组合。
在某些实施例中，cam模块进一步包括用于制造一个或多个刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的计算机程序产品，所述嵌入式芯片组件例如电子组件、机器部分、连接器(参见例如图1、2)等等。印刷组件可以包括离散金属组件和树脂组件两者，其各自并且均任选地同时或依序且连续地印刷在pcb和/或fpc的刚性部分或柔性部分上。术语“连续”及其变体意指在基本上不间断的过程中印刷。在另一实施例中，连续是指在层、部件或结构中没有沿其长度的明显中断的层、部件或结构。
控制本文所描述的印刷过程的计算机可以包括：计算机可读存储介质，其具有以其实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在由数字计算装置中的处理器执行时致使三维喷墨印刷单元执行以下步骤：预处理计算机辅助设计/计算机辅助制造(cad/cam)生成的与本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体相关联的信息(换句话说，表示复合组件的3d可视化文件)，由此获得多个2d文件(换句话说，表示用于印刷复合组件的至少一个基本2d层以及其它组件的隔室指定的文件)，每个2d文件按照特定次序针对一个预定层；将预处理步骤中所处理的多个2d文件加载到2d文件库上；在衬底表面引导来自三维喷墨印刷单元的第一喷墨印刷头的金属材料的滴流；在衬底表面引导来自三维喷墨印刷单元的第二喷墨印刷头的彩色树脂材料的滴流；替代地或另外，在金属图案和/或树脂图案和/或支撑部分图案的表面引导来自三维喷墨印刷单元的第三喷墨印刷头的着色材料的滴流；任选地在金属图案和/或树脂图案的表面引导来自三维喷墨印刷单元的第四喷墨印刷头的支撑材料的滴流；在衬底的x-y平面上相对于衬底移动第一喷墨头、第二喷墨头、视情况选用的第三喷墨头和视情况选用的第四喷墨头，其中对于多个层中的每一个，在衬底的x-y平面上相对于衬底移动第一喷墨头、第二喷墨头、视情况选用的第三喷墨头和视情况选用的第四喷墨头的步骤是在本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的逐层制造中在衬底上执行的。
另外，计算机程序可以包括用于执行本文所描述的方法步骤的程序代码方式，以及包括程序代码方式的计算机程序产品，程序代码方式存储在可以被计算机读取的介质上，例如软盘、硬盘、cd-rom、dvd、usb记忆棒、或者可以通过例如因特网或内联网等数据网络访问的存储介质，此时计算机程序产品加载在计算机的主存储器中并由计算机执行。
本文所描述的方法中使用的存储器装置可以是各种类型的非易失性存储器装置或存储装置中的任一个(换句话说，在不通电的情况下不会丢失信息的存储器装置)。术语“存储器装置”意图涵盖安装介质，例如，cd-rom、软盘或磁带装置或例如磁性介质的非易失性存储器，例如，硬盘驱动器、光学存储装置或rom、eprom、flash等。存储器装置还可包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储器介质可位于在其中执行程序(例如，提供的3d喷墨印刷机)的第一计算机中，和/或可位于通过例如因特网等网络连接到第一计算机的第二不同的计算机中。在后一种情况下，第二计算机可进一步向第一计算机提供程序指令以供执行。术语“存储器装置”还可以包含两个或更多个存储器装置，其可位于不同的位置，例如在通过网络连接的不同计算机中。因此，例如，位图库可以位于远离联接到所提供的3d喷墨印刷机的cam模块的存储器装置上，并且可以被所提供的3d喷墨印刷机访问(例如，通过广域网)。
除非另外特定陈述，否则如从以下论述中显而易见，应理解在整个说明书的论述中，使用例如“处理”、“加载”、“通信”、“检测”、“计算”、“确定”、“分析”等术语指代计算机或计算系统，或类似电子计算装置的动作和/或过程，其将表示为物理的数据(例如晶体管结构)操纵和/或转换成类似地表示为物理结构(换句话说，树脂或金属/金属的)层的其它数据。
此外，如本文所使用，术语“2d文件库”是指给定的一组文件，其一起限定单个刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体，或者用于给定目的的多个刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体。所述术语还可以用于指一组2d文件或任何其它光栅图形文件格式(作为像素集合的图像表示，通常采用矩形栅格的形式，例如bmp、png、tiff、gif)，其能够被编入索引、搜索、以及重组以提供给定的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体的结构层，无论搜索是针对本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体还是给定特定层。
基于转换的计算机辅助设计/计算机辅助制造(cad/cam)数据包使用喷墨印刷的方法、程序和库中将制造的cad/cam生成的、与本文所描述的刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体相关联的信息可以是例如iges、dxf、dmis、nc文件、
实例
实例i.柔性导电油墨
组合物：将银纳米粒子(在约20％与约60％(w/w)之间)与聚醚丙烯酸酯(在约0.1％与约5％(w/w)之间)和光引发剂(在约1％与约5％(w/w)之间)以及碳纳米管(cnt，在约0.1％与约1％(w/w)之间)和分散剂(例如，与cnt的比率在约4:1与1:2之间的嵌段共聚物)混合，且溶解/分散/悬浮于溶剂(二丙二醇单甲醚，达100％)中
工艺：使用如上文所描述的喷墨印刷机在放置于加热卡盘(在约120℃与约190℃之间)上的聚酯衬底上印刷800个层(0.27mm)，从而形成矩形(35x35x0.27mm)。每一层暴露于uv光以进行聚合并暴露于ir源以进行烧结。
结果：如图5所示，经固化和烧结的样品展现8mm的弯曲半径，而未展示任何裂纹和/或分层。如图6所示，将条带反复弯曲到相同半径(约8mm)展示未产生裂纹或分层。导电柔性油墨调配物所产生的油墨具有约22mn/m的表面张力。
实例ii：柔性印刷电路
实例1中的导电油墨用以通过在使用柔性油墨调配物制造的衬底上印刷导电油墨来印刷如本文中所描述fpc，所述柔性油墨调配物包括以下的100％(无溶剂)组合：异丙基-硫杂蒽酮(itx)；乙基-4-二甲胺基苯甲酸酯；(edab)；二丙二醇二丙烯酸酯；三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯；聚胺酯丙烯酸酯低聚物；脂肪族胺基甲酸酯二丙烯酸酯；丙烯酸酯；2-[(丁基胺甲酰基)-氧基]丙烯酸乙酯；树枝状丙烯酸酯低聚物；以及芳香族聚胺酯丙烯酸酯低聚物。结果示于图7及8中。
50层的导电油墨所产生的具有16μm导电迹线的fpc产生弯曲半径为2mm的条带(参见例如图8)，其中迹线(0.3mm×0.15mm)电阻为2ohm/cm。介电柔性油墨调配物所产生的油墨具有约35mn/m的表面张力，其中杨氏模量为约1.9和约2.7mpa，拉伸强度在约12.5与约15mpa之间，且断裂伸长率百分比在约23％与约30％之间。
杨氏模量通常是指施加到材料的简单张力应力与平行于所述张力的所得应变的比率。杨氏模量也是材料弹性模量的量度，弹性模量也可以称为弹性系数、弹性模量或弹性模量。在实例i中印刷在kaptone上的导电油墨的应力/应变分析示于图9中，其示出在屈服点和30％断裂伸长率点下的8％伸长率。
如本文所使用，术语“包括”及其衍生词希望是开放式术语，其指定所陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其它未陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在。前述内容也适用于具有类似含义的词，例如术语“包含”、“具有”及其衍生词。
本文所公开的所有范围都包含端点，并且端点可以彼此独立地组合在一起。“组合”包含混合、混合物、合金、反应产物等。本文的术语“一个/一种(a)”、“一个/一种(an)”和“所述”并不表示数量的限制，并且应被解释为既涵盖单数也涵盖复数，除非本文另有说明或明显与上下文相矛盾。本文使用的后缀“(s)”希望既包含其所修饰术语的单数也包含复数，因此包含所述术语中的一个或多个(例如，印刷头包含一个或多个印刷头)。整个说明书中对“一个实施例”、“另一实施例”、“一实施例”等等的提及，当存在时，意味着结合所述实施例描述的特定要素(例如特征、结构和/或特性)包含在本文所描述的至少一个实施例中，而且可能在其它实施例中存在或不存在。此外，将理解的是，所描述的要素可以任何适当的方式在各种实施例中组合。此外，本文的术语“第一”、“第二”等等并不表示任何次序、数量或重要性，而是用来表示将一个要素与另一个进行区别。
同样，术语“约”意味着数量、大小、配方、参数以及其它数量和特性并不精确并且不需要精确，但可能根据需要是近似的和/或更大或更小的，这反映出公差、转换因素、四舍五入、测量误差等等，以及本领域技术人员已知的其它因素。一般来说，数量、大小、配方、参数或其它数量或特性都是“大约”或“近似”的，无论是否明确表示为这样。
因此且在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机制造刚性-柔性电子物体的方法，其包括：提供喷墨印刷系统，所述喷墨印刷系统包括：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性树脂喷墨油墨的刚性树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、刚性金属油墨储集器，和被配置成通过孔口供应刚性金属喷墨油墨的刚性金属油墨泵；第三印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性树脂喷墨油墨的柔性树脂油墨泵；第四印刷头，其具有：至少一个孔口、柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应柔性导电喷墨油墨的柔性导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“cam”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示刚性-柔性电子物体的3d可视化文件；生成表示用于印刷刚性-柔性电子物体的至少一个基本2d层的文件；接收与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2d层的文件，其中cam模块被配置成控制第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；提供刚性树脂喷墨油墨组合物、刚性金属喷墨油墨组合物、柔性树脂油墨组合物和柔性导电油墨组合物；使用cam模块获得表示用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层的生成文件，所述2d层包括表示刚性树脂喷墨油墨、刚性金属喷墨油墨、柔性树脂喷墨油墨、柔性导电喷墨油墨或包括两个或更多个的组合的图案；使用第一印刷头在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性树脂表示的图案；固化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于刚性树脂表示的图案；使用第三印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性树脂表示的图案；交联刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性树脂表示的图案；使用第二印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于刚性金属油墨表示的图案；烧结用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中对应于刚性金属油墨表示的图案；使用第四印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于柔性导电油墨表示的图案；以及交联刚性-柔性电子物体的2d层中对应于柔性导电表示的图案；其进一步包括(i)使用cam模块获得表示用于在第一层之后印刷的刚性-柔性电子物体的基本2d层的生成文件；以及重复用于形成后续复合组件层的步骤，其中(ii)固化第一层的步骤包括加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应，或包括前述中的一个或多个的组合，其中(iii)刚性金属油墨组合物包括：平均直径为d2,1，粒度在约20nm与约150nm之间的金属纳米粒子；以及视情况选用的溶剂，(iv)金属纳米粒子的纵横比基本大于1，其中(v)刚性树脂油墨是多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合的溶液；交联剂(例如，自由基、单体、低聚物或其组合)；以及自由基光引发剂，(vi)刚性树脂是：聚酯(pes)、聚乙烯(pe)、聚乙烯醇(pvoh)、聚(乙酸乙烯酯)(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚(乙烯基吡咯烷酮)，或包括前述中的一种或多种的混合物或共聚物的组合，其中(vii)柔性树脂油墨是包括以下的组合物：聚(甲基丙烯酸六氟丁酯)、聚(硅氧烷)(ps)、聚(酰亚胺)(pi)、聚(四氟乙烯)(ptfe)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(pet)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(pen)、聚(4,4'-氧二亚苯基-均苯四甲酰亚胺)，或包括前述中的两种或更多种的结合物、共聚物、三元共聚物或衍生物，其中(viii)柔性导电油墨是包括以下的组合物：弹性体；以及导电填料，(ix)弹性体是：聚(二甲基硅氧烷)(pdms)、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、乙烯-丙烯-二烯单体(epdm)、聚胺基甲酸酯(pu)，或包括前述中的两种或更多种的结合物、共聚物、三元共聚物或衍生物，其中(x)填料是碳黑、单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)、碳纳米带、金刚石线、导电聚合物，或包括前述中的一种或多种的组合，其中(xi)导电聚合物是聚(乙炔)(pa)、聚(苯胺)(pani)、聚(吡咯)(ppy)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(pedot)，或包括前述中的两种或更多种的结合物、共聚物、三元共聚物或衍生物，其中(xii)在与刚性-柔性电子物体相关的一系列参数中使用的参数是：层中的刚性树脂图案、层中的刚性金属图案、柔性树脂层、柔性导电树脂图案、对刚性树脂的固化要求、对柔性树脂的交联要求、层中的刚性金属图案的烧结、柔性导电树脂的固化/和/或照射要求、处理量要求，或包括前述中的一个或多个的参数组合，其中(xiii)表示刚性-柔性电子物体的3d可视化文件是.asm、stl、iges、step、catia、solidworks、proe、3dstudio、gerber、rhino文件或包括前述中的一个或多个的文件；并且其中表示至少一个基本2d层的文件是jpeg、gif、tiff、bmp、pdf文件，或包括前述中的一个或多个的组合，其中(xiv)喷墨印刷系统进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口、第二刚性或柔性树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二刚性或柔性树脂油墨的第二刚性或柔性树脂油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二刚性或柔性树脂油墨组合物；使用第二刚性或柔性树脂油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案；以及固化或交联或官能化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于第二刚性或柔性树脂表示的预定图案，其中第二刚性或柔性树脂油墨组合物中的刚性或柔性树脂组合物不同于第一印刷头或第二印刷头中的刚性或柔性树脂油墨组合物，(xv)喷墨印刷系统进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口、第二刚性金属油墨或柔性导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二刚性金属油墨或柔性导电油墨的第二刚性金属油墨或柔性导电油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物；使用第二刚性金属油墨或柔性导电油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于第二刚性金属或柔性导电表示的预定图案；以及烧结，和/或交联和/或照射刚性-柔性电子物体的2d层中对应于第二刚性金属或柔性导电表示的预定图案，其中第二刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物中的金属或柔性导电组合物不同于第三印刷头或第四印刷头中的刚性金属油墨或柔性导电油墨组合物，(xvi)喷墨印刷系统进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口、支撑物油墨储集器，和被配置成通过孔口供应支撑物油墨的支撑物油墨泵，所述方法进一步包括：提供支撑物油墨组合物；在使用第一印刷头和/或第二印刷头和/或第三印刷头和/或第四印刷头的步骤之前、同时或之后，使用支撑物油墨印刷头，在用于印刷的刚性-柔性电子物体的第一基本2d层中形成对应于支撑物表示的预定图案；以及官能化刚性-柔性电子物体的2d层中对应于支撑物表示的预定图案。
尽管已经依据一些实施例描述了基于转换3d可视化cad/cam数据包使用喷墨印刷对刚性-柔性和/或刚性-柔性-刚性电子物体进行3d印刷的前述公开内容，但根据本文的公开内容，其它实施例对本领域普通技术人员也将是显而易见的。此外，所描述的实施例仅以实例的方式呈现，并不意在限制本发明的范围。事实上，本文所描述的新颖的方法、程序、库以及系统可以在不背离其精神的情况下以各种其它形式实施。因此，考虑到本文的公开内容，其它组合、省略、替换以及修改对技术人员来说将是显而易见的。
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