用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及印刷电路制造设备技术领域，尤其涉及一种用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品。本发明的用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法和装置中，液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别与打印控制器连接，打印控制器能分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以使液态金属打印喷头和油墨打印喷头按预设顺序、或同时在基底上分别打印液态金属导线和丝印标记，从而能一次性打印出印有液态金属导线和丝印标记的印刷电路。该打印方法利用该装置进行，具有集成度高，操作便捷且丝印标记形式灵活的特点，生成的产品可以有效拓展现有的液态金属印刷电路的复杂度和适用性。
【专利说明】
用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品
技术领域
[0001]本发明涉及印刷电路制造设备技术领域，尤其涉及一种用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品。
【背景技术】
[0002]集成电路印刷技术是一种广泛应用于消费电子，工业生产，电气设备以及医疗监护等领域的技术，其主要特点是通过工艺上的标准化，流程化以及集成化，实现电子设备的小型化以及研发生产的快速迭代。集成电路印刷技术促进了信息化时代的发展，也是当代工业文明的基石。
[0003]印刷电路一般由基底，导线，封装材料，丝印层几部分叠加而成，其中基底提供电路板所需的机械强度，并为导线以及封装材料提供附着方式。封装材料用于保护基底上的导线材料。丝印层的作用是为印刷电路上电子元器件的焊接等提供标识位置，以及说明元器件或管脚作用等。丝印层的具体内容可以根据需要在电路生成软件中进行设计。
[0004]随着技术的进步以及工业生产中需求的增加，电路的快速制造技术得到了快速发展。在电子设计爱好者，工业产品原型开发，电子设备维修等领域中都有着重要的作用，现有电路快速制造的基本原理是使用可注射的导电材料，通过打印的方式在基底上形成功能电路，相比于传统的铜层蚀刻等减材方法，这种打印方式属于增材制造技术，具有设计灵活，流程少，生产速度快等优点。已有的可注射导电材料一般以纳米银混合液以及镓基液态金属为主。
[0005]液态金属是熔点不超过铝熔融温度(660.37°C)的十七种金属的总称。这十七种金属分别是萊、铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、祕、铭、镉、铅、锌、铺、镁、招。另外，还有许多合金以及上述金属的合金在室温甚至在更低的温度时也为液态。液态金属本身具有很好的导电性，并且在常温下处于液体状态，因而可以作为柔性导电材料，通过打印的方式制作电路。相比于传统集成电路打印方法，液态金属印刷电路有着能够快速制造，环境友好，可用于制作柔性可弯曲，可拉伸电路等诸多优点。中科院理化所的研究表明，液态金属打印柔性电路可以复合LED灯，微控制芯片等，形成功能性设备。
[0006]液态金属印刷电路有着广泛的应用前景，目前已经有了较为成熟和稳定的液态金属印刷电路打印设备，在液态金属电路的制作中，丝印层的打印也会是必不可少的一部分，目前的打印设备还不能为液态金属印刷电路添加丝印或标记，所以需要一种方法来实现基于液态金属印刷电路的丝印层添加。而现有的喷墨打印技术已经得到广泛应用，其原理与生产都具有完备的基础，可以结合现有的喷墨打印技术来为液态金属印刷电路添加标识或丝印。
[0007]鉴于上述【背景技术】的缺陷，本发明提供了一种用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品。
【发明内容】
[0008](一)要解决的技术问题
[0009]本发明要解决的技术问题是提供了一种用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品，能够在现有的液态金属印刷电路的基础上，一次性生成功能电路与电路标识，缩短电路生产流程，提高液态金属印刷电路的实用性，并更好地与现有电路印刷技术及工艺相结合。
[0010](二)技术方案
[0011]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于喷墨与液态金属混合打印的装置，其特征在于，包括打印控制器、液态金属打印喷头和油墨打印喷头，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别与打印控制器连接，所述打印控制器用于分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以使所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头按预设顺序、或同时在基底上分别打印液态金属导线和丝印标记。
[0012]进一步的，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头安装于同一喷枪上。
[0013]进一步的，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别安装于两个喷枪上。
[0014]进一步的，还包括封装装置，所述封装装置与打印控制器连接，用于将封装材料封装在印有所述液态金属导线和/或丝印标记的基底外。
[0015]进一步的，所述液态金属导线的成分为镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、汞、钠、
钾、铝、铁、钴、镍、锰、钛或钒中的一种或多种混合;所述液态金属导线的形式为熔融态的单质金属、或恪融态的金属合金、或金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。
[0016]进一步的，所述基底的材质为高分子聚合物、玻璃、陶瓷、木材、纸张、固体单质金属、固体金属合金或有机生物体中的一种或几种;所述高分子聚合物包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、硅胶或橡胶中的一种或几种混合。
[0017]本发明提供了一种采用如上所述的装置的打印方法，包括以下步骤:
[0018]S1、固定基底，在基底上打印原始印刷电路；
[0019]S2、通过打印控制器分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以预设顺序、或同时在印有所述原始印刷电路的基底上分别打印液态金属导线和丝印标记；
[0020]S3、通过封装装置将封装材料封装在印有所述液态金属导线和丝印标记的印刷电路外，即得。
[0021]进一步的，通过所述打印控制器分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以预设顺序、或同时在印有所述原始印刷电路的基底上分别打印液态金属导线和丝印标记中，进一步包括:
[0022]S201、通过所述打印控制器控制液态金属打印喷头，在印有所述原始印刷电路的基底上打印液态金属导线，以形成具有液态金属导线层的印刷电路；
[0023]S202、通过封装装置将封装材料封装在具有液态金属导线层的印刷电路外，以形成封装好的具有液态金属导线层的印刷电路；
[0024]S203、通过所述打印控制器控制油墨打印喷头，在所述封装好的具有液态金属导线层的印刷电路上打印丝印标记，以形成具有丝印标记层的印刷电路。
[0025]本发明提供了一种采用如上所述的打印方法而得到的产品，包括由下至上顺序设置的基底、液态金属导线及丝印标记层、和封装材料层。
[0026]本发明提供了一种采用如上所述的打印方法而得到的产品，包括由下至上顺序设置的基底、液态金属导线层、丝印标记层和封装材料层，所述液态金属导线层和丝印标记层之间还设有至少一层封装材料层。
[0027](三)有益效果
[0028]本发明的上述技术方案具有以下有益效果:本发明的用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法和装置中，液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别与打印控制器连接，打印控制器能分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以使液态金属打印喷头和油墨打印喷头按预设顺序、或同时在基底上分别打印液态金属导线和丝印标记，从而能一次性打印出印有液态金属导线和丝印标记的印刷电路。该打印方法利用该装置进行，具有集成度高，操作便捷且丝印标记形式灵活的特点，生成的产品可以有效拓展现有的液态金属印刷电路的复杂度和适用性。
[0029]本打印方法利用本装置能够一次性产生包含功能电路与丝印层的液态金属印刷电路产品，简化现有液态金属印刷电路的生产流程，缩短制作时间，并提高其适用范围，更好地与现有电路设计软件等相配合。这种一次成形的产品能够应用到设备原型开发，电子产品维修，医疗监护设备，可穿戴设备，传感器生产等诸多领域。相比于现有的液态金属印刷电路生产方式，本方法可以在保证电路的功能性及柔性的基础上，拓展了液态金属电路的应用范围。在未来，随着打印技术以及打印材料的多样化，本技术有望在基底上直接打印出三极管，二极管等半导体器件，进一步提高电路集成度并降低电路厚度，为电路生产工艺以及电子设备制造带来新的突破。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例一的装置结构示意图；
[0031]图2为本发明实施例一的产品结构不意图；
[0032]图3为本发明实施例一的打印方法的流程框架图；
[0033]图4为本发明实施例二的打印方法的流程框架图；
[0034]图5为本发明实施例二的打印方法的步骤S201的装置状态图；
[0035]图6为本发明实施例二的打印方法的步骤S203的装置状态图；
[0036]图7为本发明实施例一■的广品结构不意图；
[0037]图8为本发明实施例三的装置结构示意图。
[0038]其中，1、液态金属打印喷头;2、油墨打印喷头;3、基底;4、打印控制器;5、封装材料层;6、液态金属导线及丝印标记层;7、液态金属导线;8、丝印标记;9、液态金属导线层；10、丝印标记层。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0040]在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0041]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]液态金属材料是指熔点在室温范围内的一大类金属材料的统称，通常以镓金属或者镓基合金，以及含有铟的伍德合金(铋50%，铅25 %，锡12.5%，镉12.5 % )为主。液态金属材料有着良好的导电性能，可以用作印刷电路的导电线路部分的制作。
[0043]喷墨打印是一种广泛应用于文字及图片印刷的技术，因而也可以用于印刷电路中的丝印层制作。本发明中结合了喷墨打印与液态金属电路印刷两种技术，实现了一种混合打印产生带标识的液态金属印刷电路的方法。
[0044]以下以三个实施例来详细说明下该用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法、装置及产品。
[0045]实施例一
[0046]如图1所示，本实施例一提供的用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法和装置中，液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2分别与打印控制器4连接，打印控制器4能分别控制液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2，以使液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2按预设顺序、或同时在基底3上分别打印液态金属导线7和丝印标记8，从而能一次性打印出印有液态金属导线7和丝印标记8的印刷电路。该打印方法利用该装置进行，具有集成度高，操作便捷且丝印标记8形式灵活的特点，生成的产品可以有效拓展现有的液态金属印刷电路的复杂度和适用性。
[0047]该装置还包括封装装置，封装装置与打印控制器4连接，用于将封装材料封装在印有液态金属导线7和丝印标记8的基底3外，形成封装材料层5，液态金属导线7与基底3相接触并附着在基底3上，而封装材料层5将液态金属导线7和丝印标记8覆盖，起到保护作用。
[0048]本实施例一中，打印控制器4中设有控制电路，通过控制电路能控制并设计液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2的行程、速度以及印刷材料的流速。
[0049]本实施例一中，液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2分别安装于两个喷枪上，可以通过打印控制器4分别控制液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2进行打印工作。
[0050]本实施例一的液态金属导线7可选用不同的液态金属，其成分可以为镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、汞、钠、钾、铝、铁、钴、镍、锰、钛或钒中的一种或多种混合;其形式可以为熔融态的单质金属、或熔融态的金属合金、或金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体，可根据液态金属导线7对环境的适应性要求以及所得产品的应有功能进行选取。
[0051 ]本实施例一的基底3的材质可以为高分子聚合物、玻璃、陶瓷、木材、纸张、固体单质金属、固体金属合金或有机生物体中的一种或几种，其中有机生物体可以选择生物骨骼、指甲材质中的一种或几种;可以是非透明材料，也可以是透明材料，该高分子聚合物包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、硅胶或橡胶中的一种或几种混合。
[0052]本实施例一的液态金属打印喷头I可以通过挤出、加热、电子喷射、磁控喷射或自然流动等方式，以使液态金属由喷头喷出并附着在基底3上，油墨打印喷头2可以将带有颜色的油墨喷涂或打印在基底3或封装材料上，形成丝印标记8，该油墨打印喷头2可以是一个油墨出口，也可以具有多个油墨出口，多个油墨出口能分别射出不用颜料或材质的油墨，以进行复合打印，以确保液态金属导线7和丝印标记8的喷涂打印的快速准确。
[0053]本实施例一的打印方法采用了如本实施例一中所述的装置，该打印方法包括以下步骤:
[0054]S1、固定基底3，在基底3上打印原始印刷电路；
[0055]S2、通过打印控制器4分别控制液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2，以预设顺序、或同时在印有原始印刷电路的基底3上分别打印液态金属导线7和丝印标记8;
[0056]S3、通过封装装置将封装材料封装在印有液态金属导线7和丝印标记8的印刷电路夕卜，即得。
[0057]在步骤S2中，当液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2同时在印有原始印刷电路的基底3上，分别打印液态金属导线7和丝印标记8时，可在基底3上形成液态金属导线及丝印标记层6;当液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2按预设顺序在印有原始印刷电路的基底3上，分别打印液态金属导线7和丝印标记8时，可在基底3上分别形成液态金属导线层9和丝印标记层10。
[0058]如图2所示，在本实施例一的装置基础上，采用该打印方法得到的产品包括由下至上顺序设置的基底3、液态金属导线及丝印标记层6、和封装材料层5。该产品中，液态金属导线7与丝印标记8处于同一层内，其外部由封装材料层5封装保护。
[0059]实施例二
[0060]如图5、图6所示，本实施例二的装置结构与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于:本实施例二的装置中，封装装置与打印控制器4连接，用于将封装材料封装在液态金属导线层9外、或丝印标记层10外，即该封装装置用于将封装材料封装在印有液态金属导线7或丝印标记8的基底3外。
[0061]本实施例二的打印方法及产品与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于:本实施例二的打印方法中，在步骤S2的通过打印控制器4分别控制液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2，以预设顺序、或同时在印有原始印刷电路的基底3上分别打印液态金属导线7和丝印标记8中，进一步包括:
[0062]S201、通过打印控制器4控制液态金属打印喷头I，在印有原始印刷电路的基底3上打印液态金属导线7，以形成具有液态金属导线层的印刷电路；
[0063]S202、通过封装装置将封装材料封装在具有液态金属导线层9的印刷电路外，以形成封装好的具有液态金属导线层9的印刷电路；
[0064]S203、通过打印控制器4控制油墨打印喷头2，在封装好的具有液态金属导线层9的印刷电路上打印丝印标记8，以形成具有丝印标记层1的印刷电路。
[0065]最后，通过步骤S3在印有液态金属导线7和丝印标记8的印刷电路上封装好封装材料，即得。
[0066]如图5所示，采用本实施例二的打印方法得到的产品包括由下至上顺序设置的基底3、液态金属导线层、丝印标记层10和封装材料层5，在液态金属导线层和丝印标记层10之间还设有至少一层封装材料层5。
[0067]本实施例二的产品中，液态金属导线7与丝印标记8处于不同层中，在液态金属导线层和丝印标记层10之间设有至少一层封装材料层5，可以很好的隔离液态金属导线7和丝印标记8，从而分别对液态金属导线7和丝印标记8进行单独保护。
[0068]需要说明的是，本实施例二中除了上述的打印顺序外，也可以在步骤S204中的封装材料层5上继续打印丝印标记8，从而形成多层次丝印标记8分层结构。
[0069]实施例三
[0070]如图8所示，本实施例三采用实施例一或实施例二的打印方法，生成的产品与实施例一或实施例二相同。该实施例三的装置中，其基本结构与实施例一或实施例二基本相同，不同之处在于:本实施例三的液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2安装于同一喷枪上。当打印液态金属导线7时，可以通过打印控制器4打开液态金属打印喷头I，并且关闭油墨打印喷头2;当打印丝印标记8时，可以通过打印控制器4打开油墨打印喷头2，并关闭液态金属打印喷头I;当需要同时打印液态金属和丝印标记8时，可以同时打开液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2即可。
[0071]需要说明的是，上述三个实施例仅用于提供对特定情况的解释与说明，丝印标记8的打印位置可以是印刷电路基底3也可以是电路封装材料，可以与液态金属导线7在同一表面也可以不在同一表面，液态金属基底3的柔性与刚性，透明与非透明，油墨打印喷头2与液态金属打印喷头I的复合与非复合(如图8所示)，其具体实施方案的任意组合，都属于本发明的保护范围之内。
[0072]综上所述，本发明的三个实施例所述的用于喷墨与液态金属混合打印的打印方法和装置中，液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2分别与打印控制器4连接，打印控制器4能分别控制液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2，以使液态金属打印喷头I和油墨打印喷头2按预设顺序、或同时在基底3上分别打印液态金属导线7和丝印标记8，从而能一次性打印出印有液态金属导线7和丝印标记8的印刷电路。该打印方法利用该装置进行，具有集成度高，操作便捷且丝印标记8形式灵活的特点，生成的产品可以有效拓展现有的液态金属印刷电路的复杂度和适用性。
[0073]该打印方法能够一次性产生包含功能电路与丝印层的液态金属印刷电路，简化现有液态金属印刷电路的生产流程，缩短制作时间，并提高其适用范围，更好地与现有电路设计软件等相配合。这种一次成形的液态金属印刷电路能够应用到设备原型开发，电子产品维修，医疗监护设备，可穿戴设备，传感器生产等诸多领域。相比于现有的液态金属印刷电路生产方式，本方法可以在保证电路的功能性及柔性的基础上，拓展了液态金属电路的应用范围。在未来，随着打印技术以及打印材料的多样化，本技术有望在基底3上直接打印出三极管，二极管等半导体器件，进一步提高电路集成度并降低电路厚度，为电路生产工艺以及电子设备制造带来新的突破。
[0074]本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种用于喷墨与液态金属混合打印的装置，其特征在于，包括打印控制器、液态金属打印喷头和油墨打印喷头，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别与打印控制器连接，所述打印控制器用于分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以使所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头按预设顺序、或同时在基底上分别打印液态金属导线和丝印标记。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头安装于同一喷枪上。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液态金属打印喷头和油墨打印喷头分别安装于两个喷枪上。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括封装装置，所述封装装置与打印控制器连接，用于将封装材料封装在印有所述液态金属导线和/或丝印标记的基底外。5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述液态金属导线的成分为镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、汞、钠、钾、铝、铁、钴、镍、锰、钛或钒中的一种或多种混合；所述液态金属导线的形式为熔融态的单质金属、或熔融态的金属合金、或金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。6.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述基底的材质为高分子聚合物、玻璃、陶瓷、木材、纸张、固体单质金属、固体金属合金或有机生物体中的一种或几种； 其中，所述高分子聚合物包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、硅胶或橡胶中的一种或几种混合。7.采用如权利要求1-6任一项所述的装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、固定基底，在基底上打印原始印刷电路； 52、通过打印控制器分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以预设顺序、或同时在印有所述原始印刷电路的基底上分别打印液态金属导线和丝印标记； 53、通过封装装置将封装材料封装在印有所述液态金属导线和丝印标记的印刷电路夕卜，即得。8.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于，通过所述打印控制器分别控制液态金属打印喷头和油墨打印喷头，以预设顺序、或同时在印有所述原始印刷电路的基底上分别打印液态金属导线和丝印标记中，进一步包括: 5201、通过所述打印控制器控制液态金属打印喷头，在印有所述原始印刷电路的基底上打印液态金属导线，以形成具有液态金属导线层的印刷电路； 5202、通过封装装置将封装材料封装在具有液态金属导线层的印刷电路外，以形成封装好的具有液态金属导线层的印刷电路； 5203、通过所述打印控制器控制油墨打印喷头，在所述封装好的具有液态金属导线层的印刷电路上打印丝印标记，以形成具有丝印标记层的印刷电路。9.采用如权利要求7所述的打印方法而得到的产品，其特征在于，包括由下至上顺序设置的基底、液态金属导线及丝印标记层、和封装材料层。10.采用如权利要求8所述的打印方法而得到的产品，其特征在于，包括由下至上顺序设置的基底、液态金属导线层、丝印标记层和封装材料层，所述液态金属导线层和丝印标记层之间还设有至少一层封装材料层。
【文档编号】B22F3/115GK105873370SQ201610266893
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】姚又友, 刘静, 于洋
【申请人】北京梦之墨科技有限公司