电子油墨、导电连接结构、多层电路及对应制作方法与流程

本发明涉及电子材料技术领域，尤其涉及一种电子油墨、导电连接结构、多层电路及对应制作方法。

背景技术：

随着微电子技术的快速发展，对快速制造电子产品的需求日益增加。传统电子电路集成于pcb板上，制作pcb板的过程复杂，需要开料、钻孔、沉铜、外形电路、图形电镀、蚀刻、中测、阻焊等繁琐的制作工序。

近年来，电子浆料作为一种具有特定功能的基础电子材料，发挥着越来越重要的作用。电子浆料是由固体导电粉末、粘结体和有机载体混合辊轧而成的均匀的膏状或漆状物。使用电子浆料制作电子产品时，需要先通过电子浆料在基材上形成导电线路，然后使导电线路固化，然后在导电线路上喷涂封装材料，最后使封装材料固化，形成封装层以对以上导电线路进行封装。以上制作过程仍然较为复杂。

技术实现要素：

本发明提供一种电子油墨、导电连接结构及其制作方法，可以使由电子油墨制成的导电线路具有自封装的效果，简化电子产品的制作过程。

第一方面，本发明提供一种电子油墨，采用如下技术方案：

所述电子油墨由均匀混合的呈液态的液态金属和具有流动性的水性树脂组成，所述水性树脂包裹所述液态金属形成的液滴；所述电子油墨中，所述液态金属与所述水性树脂的重量比为：0.5∶1～60∶1。

可选地，所述液态金属为熔点在300℃以下的金属单质或者合金。

进一步地，所述液态金属包括：汞单质、镓单质、铟单质、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。

可选地，所述液态金属形成的液滴的直径为0.05μm～2μm。

可选地，所述水性树脂包括树脂基体和助剂，所述助剂至少用于调节所述水性树脂的流动性。

进一步地，所述树脂基体为环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、改性聚丁二烯树脂、氨基树脂、聚酯树脂、有机硅树脂或者有机氟树脂。

第二方面，本发明提供一种导电连接结构，采用如下技术方案：

所述导电连接结构位于第一基材上，所述导电连接结构由以上任一项所述的电子油墨制作形成，且所述导电连接结构包括与所述第一基材接触的第一树脂层，位于所述第一树脂层上的第一液态金属层，以及位于所述第一液态金属层上的第二树脂层。

可选地，所述导电连接结构的厚度大于或等于30μm。

第三方面，本发明提供一种导电连接结构的制作方法，用于制作以上任一项所述的导电连接结构，所述导电连接结构的制作方法采用如下技术方案：

所述导电连接结构的制作方法包括：

提供一第一基材；

通过以上任一项所述的电子油墨，在所述第一基材上形成导电图案；

对所述导电图案进行烘干处理，得到所述导电连接结构。

第四方面，本发明提供一种多层电路，采用如下技术方案：

所述多层电路包括第二基材、位于所述第二基材上的第一线路和第二线路，所述第二线路具有搭接于所述第一线路上的部分；

沿远离所述第二基材的方向，所述第一线路包括第三树脂层，位于所述第三树脂层上的第二液态金属层，以及位于所述第二液态金属层上的第四树脂层；

沿远离所述第二基材的方向，所述第二线路包括第五树脂层，位于所述第五树脂层上的第三液态金属层，以及位于所述第三液态金属层上的第六树脂层。

第五方面，本发明提供一种多层电路的制作方法，用于制作以上所述的多层电路，采用如下技术方案：

所述多层电路的制作方法包括：

提供一第二基材；

通过以上任一项所述的电子油墨，在所述第二基材上形成第一线路图案；

对所述第一线路图案进行烘干处理，得到所述第一线路；

通过以上任一项所述的电子油墨，在所述第二基材上形成第二线路图案，所述第二线路图案具有搭接于所述第一线路上的部分；

对所述第二线路图案进行烘干处理，得到所述第二线路。

本发明提供了一种电子油墨、导电连接结构、多层电路及对应制作方法，其中，电子油墨由均匀混合的呈液态的液态金属和具有流动性的水性树脂组成，水性树脂包裹液态金属形成的液滴，电子油墨中，液态金属与水性树脂的重量比为：0.5∶1～60∶1，使用上述电子油墨制作导电线路时，只需要使用电子油墨在基材上形成导电图案，然后通过烘干的方式使导电图案固化(即导电图案中的水性树脂固化)，在固化过程中与基材直接接触的水性树脂会粘附在基材上呈层状结构，液态金属形成的液滴会向下沉淀聚集为层状结构，并将其他水性树脂向上挤形成又一层状结构，进而得到具有三层结构的导电线路，该导电线路中上下两层水性树脂将液态金属包覆在其中，即可起到很好的封装作用，无需再额外进行封装，进而可以简化电子产品的制作过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电子油墨的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电子油墨固化后的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的导电连接结构的俯视图；

图4为本发明实施例提供的图3沿aa’方向的截面示意图；

图5为本发明实施例提供的导电连接结构连接导电端子的结果示意图；

图6为本发明实施例提供的多层电路的俯视图；

图7为本发明实施例提供的图6沿aa’方向的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供一种电子油墨，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例提供的电子油墨的结构示意图，该电子油墨由均匀混合的呈液态的液态金属1和具有流动性的水性树脂2组成，水性树脂2包裹液态金属1形成的液滴；电子油墨中，液态金属1与水性树脂2的重量比为：0.5∶1～60∶1。

其中，由于水性树脂2具有流动性，且呈液态的液态金属1也具有很好的流动性，因此，该电子油墨也具有流动性。以上电子油墨可以适用于丝网印刷、喷涂、打印、点胶、钢网印刷等工艺中。水性树脂2具有流动性指的是，水性树脂2在用来制备电子油墨的过程中具有流动性，以及在制备得到的电子油墨中具有流动性，优选在室温具有流动性的水性树脂2，以使得电子油墨的制备过程简单。

示例性地，以上电子油墨的制备过程可以包括：按比例称量液态金属1和水性树脂2；将呈液态的液态金属1和水性树脂2放入锡膏搅拌机的锡膏罐中，对锡膏罐抽真空后，密封，其中，若液态金属1的熔点低于室温，则直接使用即可，若液态金属1的熔点高于室温，先对液态金属1进行加热，使其熔化呈液态，再进行使用；将锡膏罐倾斜45°放入锡膏搅拌机中，并保证对称放置的锡膏罐重量一致；开启锡膏搅拌机，以1200r/min～2000r/min(如1600r/min)的转速搅拌5～20分钟，在此过程中锡膏罐进行旋转；停止锡膏搅拌机，打开锡膏罐，取出制备好的电子油墨。

其中，对锡膏罐抽真空的目的在于有效防止液态金属1在搅拌过程中被氧化，造成导电性能下降和粘稠度的上升。另外，若搅拌不充分，液态金属1和水性树脂2会出现分层现象，上述搅拌转速和搅拌时间的选择可以有效保证液态金属1和水性树脂2充分混合。

另外，发明人还试过其他方式来制备以上所述的电子油墨，如普通搅拌的方式，但制备效率和制备出的电子油墨的质量均低于以上所述的方法。

发明人发现，如图2所示，图2为本发明实施例提供的电子油墨固化后的结构示意图，在将上述电子油墨形成于基材(图中未示出)上，进行烘干固化的过程中，与基材直接接触的水性树脂2会粘附在基材上呈层状结构，液态金属1形成的液滴会向下沉淀聚集为层状结构，并将其他水性树脂2向上挤形成又一层状结构，固化后上下两层水性树脂2将液态金属1包覆在其中，可以达到自封装的效果。

需要说明的是，本发明实施例中的“烘干固化”指的是水性树脂2固化，而不对液态金属1是液态还是固态进行限定，液态金属1呈液态或固态是由其熔点决定的。在以上烘干固化的过程中，可以预先将烘箱加热到需要温度，然后将电子油墨放入进行烘干，也可以先将电子油墨放入烘箱，然后使烘箱逐渐升温，升温速率可以保持恒定，也可以变化，也可以升到某一温度不变，保持一段时间再升温，均可以达到以上效果。由于本发明实施例中的电子油墨具有如上所述的效果，因此，建议该电子油墨制备完成之后，尽快使用，以免因长期存放造成的性能改变。

值得强调的是，以上效果只有在电子油墨中液态金属1与水性树脂2的重量比在以上范围内才可以体现出。若电子油墨中液态金属1与水性树脂2的重量比小于0.5∶1，则会使得电子油墨中水性树脂2的含量过高，液态金属1在其中过于分散，而无法有效连接形成导电路径，电子油墨的导电性差甚至不导电，若电子油墨中液态金属1与水性树脂2的重量比大于60∶1，则会使得电子油墨中水性树脂2的含量过低，水性树脂2无法有效包裹液态金属1，无法达到自封装。

示例性地，电子油墨中，液态金属1与水性树脂2的重量比为：0.5∶1、0.8∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、3∶1、4∶1、12∶1、19∶1、20∶1、21∶1、22∶1、23∶1、24∶1、25∶1、26∶1、27∶1、28∶1、29∶1、30∶1、31∶1、32∶1、33∶1、34∶1、35∶1、36∶1、37∶1、38∶1、39∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1或者60∶1。

使用上述电子油墨制作导电线路时，只需要使用电子油墨在基材上形成导电图案，然后通过烘干的方式使导电图案固化(即导电图案中的水性树脂2固化)，在固化过程中与基材直接接触的水性树脂2会粘附在基材上呈层状结构，液态金属1形成的液滴会向下沉淀聚集为层状结构，并将其他水性树脂2向上挤形成又一层状结构，进而得到具有三层结构的导电线路，该导电线路中上下两层水性树脂2将液态金属1包覆在其中，即可起到很好的封装作用，无需再额外进行封装，进而可以简化电子产品的制作过程。而且，在底层水性树脂2的作用下，导电线路可以与基材结合更加牢固，不易脱离。

上述导电线路在使用过程中，可以将其需要连接其他线路或者电子元件的位置处的上层水性树脂2划破，暴露出液态金属1，然后使其他线路或者电子元件的引脚与液态金属1接触。另外，也可以在将导电图案烘干前，先将需要连接的线路或者电子元件连接或贴片完成，再进行烘干，此种方式不需要增加任何的工艺。

下面本发明实施例对上述电子油墨中的液态金属1和水性树脂2的具体情况进行举例说明。

本发明实施例中的液态金属1为熔点在300℃以下的金属单质或者合金。液态金属可包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、银、铜、钠、钾、镁、铝、铁、镍、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种。优选地，液态金属具体的选择范围包括：汞单质、镓单质、铟单质、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。

发明人发现，在此范围内，若液态金属1的熔点较高，则需要先对液态金属进行加热使其熔化，然后再和水性树脂2混合，在混合过程中水性树脂2中的组分容易挥发，且在形成导电图案的过程中，随着温度的下降，电子油墨的粘度逐渐升高，工艺难度较大，基于此，本发明实施例中优选液态金属1的熔点在60℃以下。可选地，液态金属1为镓单质(熔点为29.8℃)、镓铟共晶合金(熔点为15.5℃)、镓铟锡共晶合金(熔点为11℃)、铋铟锡共晶合金(熔点为58℃)、或者镓铟锡锌共晶合金(熔点为9℃)。当然，在不明显影响液态金属1的性能(如流动性和表面张力)的前提下，液态金属1中也可以适当含有其他成分，如高熔点金属颗粒，非金属颗粒等。

示例性地，液态金属1为镓基合金(如镓铟共晶合金、镓铟锡共晶合金、镓铟锡锌共晶合金等)，水性树脂2为水性有机硅树脂。

具体地，在一个例子中，电子油墨中，液态金属1为镓铟共晶合金，水性树脂2为水性有机硅树脂，液态金属1与水性树脂2的重量比为：4∶1，该电子油墨可以过50目丝网；

在又一个例子中，液态金属1为镓铟共晶合金，水性树脂2为水性有机硅树脂，液态金属1与水性树脂2的重量比为：19∶1，该电子油墨表面光泽度好，可以过200目丝网，粘度适中，导电性好，电子油墨性能稳定，且印刷形成的图案的尺寸较稳定；

在再一个例子中，液态金属1为镓铟共晶合金，水性树脂2为水性有机硅树脂，液态金属1与水性树脂2的重量比为：29∶1，表面光泽度好，可以过200目丝网，粘度适中，导电性好，电子油墨性能稳定，且印刷形成的图案的尺寸较稳定；

在再一个例子中，液态金属1为镓铟共晶合金，水性树脂2为水性有机硅树脂，液态金属1与水性树脂2的重量比为：39∶1，表面光泽度好，可以过200目丝网，粘度较小，导电性好。

另外，发明人发现，若电子油墨中，液态金属1形成的液滴的直径过大，则液滴容易聚合，电子油墨的性能稳定性较差，且能通过的丝网的目数较低，若电子油墨中，液态金属1形成的液滴的直径过小，则液态金属1过于分散，不利于形成导电路径，且制备电子油墨的效率低，基于此，本发明实施例中选择液态金属1形成的液滴的直径为0.05μm～2μm，以使电子油墨具有较佳的综合性能。

可选地，本发明实施例中的水性树脂2包括树脂基体和助剂，助剂至少用于调节水性树脂2的流动性。助剂可以包括稀释剂和/或分散剂，稀释剂和/或分散剂的具体材料和浓度，可以根据所选择的树脂基体进行选择，以使水性树脂2具有合适的流动性即可。以上助剂在电子油墨烘干固化的过程中，其中的全部或者大部分会挥发出去。

进一步地，树脂基体可以为环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、或者羧基改性氯乙烯-醋酸乙烯-马来酸三元共聚树脂等。

另外，本发明实施例还提供一种导电连接结构，具体地，如图3和图4所示，图3为本发明实施例提供的导电连接结构的俯视图，图4为本发明实施例提供的图3沿aa’方向的截面示意图，该导电连接结构4位于第一基材3上，导电连接结构4由以上任一项所述的电子油墨制作形成，且导电连接结构4包括与第一基材3接触的第一树脂层41，位于第一树脂层41上的第一液态金属层42，以及位于第一液态金属层42上的第二树脂层43。

此导电连接结构较为适用于带引脚或带探针的导电端子之间的电连接，如图5所示，图5为本发明实施例提供的导电连接结构连接导电端子的结果示意图，由于该导电端子5的引脚或探针上无任何绝缘性的物质包覆，直接在两引脚或探针之间的第一基材3上通过打印等方式制作导电连接结构4，即可实现相邻两导电端子5之间的电连接。

第一基材3上可以设置有一个或多个导电连接结构，此处不进行限定，导电连接结构4的具体形状也可以根据需要连接的元件进行合理设计。

此处所述的第一树脂层41即为在对电子油墨进行烘干的过程中，与基材直接接触的水性树脂2固化形成的层状结构，第一液态金属层42即为在对电子油墨进行烘干的过程中，液态金属2形成的液滴聚集在一起形成的层状结构，第二树脂层43即为在对电子油墨进行烘干的过程中，其他水性树脂2固化形成的层状结构。其中，第一液态金属层42呈现固态还是液态，是由电子油墨中的液态金属1的熔点决定的。

由于以上相邻各层是在电子油墨烘干固化的过程中自动形成的，而非在下层已经成型的结构的基础上再形成的上层结构，因此，相邻层之间的分界面较为不规则，例如可以为凹凸不平的曲面。

可选地，导电连接结构的厚度大于或等于30μm，以使得在对电子油墨进行烘干的过程中，其分层效果更明显，进而使得导电连接结构具有更加分明的三层结构，第一树脂层41和第二树脂层43对第一液态金属层42具有较好的封装效果。

可选地，以上导电连接结构所处的基材为柔性基材，如pvc、pet、pu、pi等，以使得导电连接结构可以应用于柔性电路板(fpc)等结构中。

此外，本发明实施例还提供一种导电连接结构的制作方法，用于制作以上任一项所述的导电连接结构，具体地，该导电连接结构的制作方法包括：

步骤s1、提供一第一基材。

步骤s2、通过电子油墨，在第一基材上形成导电图案。

具体地，可以通过丝网印刷、喷涂、打印、点胶、柔版印刷、钢网印刷、转印、移印等工艺，在基材上形成导电图案。

步骤s3、对导电图案进行烘干处理，得到导电连接结构。

在以上烘干的过程中，可以预先将烘箱加热到需要温度，然后将电子油墨放入进行烘干，也可以先将电子油墨放入烘箱，然后使烘箱逐渐升温，升温速率可以保持恒定，也可以变化，也可以升到某一温度不变，保持一段时间再升温，均可以达到以上效果。

烘干所需的温度以及时间应该根据水性树脂中助剂的挥发情况以及导电图案的厚度进行合理确定。以液态金属为镓铟共晶合金，水性树脂为9501水性树脂为例，形成的导电图案的厚度为30μm为例，烘干温度可以选择为105℃，烘干时间可以为40℃。

此外，本发明实施例还提供一种多层电路，具体地，如图6和图7所示，图6为本发明实施例提供的多层电路的俯视图，图7为本发明实施例提供的图6沿aa’方向的截面示意图，该多层电路包括第二基材6、位于第二基材6上的第一线路7和第二线路8，第二线路8具有搭接于第一线路7上的部分；

沿远离第二基材6的方向，第一线路7包括第三树脂层71，位于第三树脂层71上的第二液态金属层72，以及位于第二液态金属层72上的第四树脂层73；

沿远离第二基材6的方向，第二线路8包括第五树脂层81，位于第五树脂层81上的第三液态金属层82，以及位于第三液态金属层82上的第六树脂层83。

由于第一线路7中第四树脂层73的存在，以及第二线路8中第五树脂层81的存在，本发明实施例中的多层电路无需在两层线路之间设置绝缘层，进而可以简化多层电路的制作工艺、降低多层电路的厚度和成本，有利于扩大多层电路的应用范围。

当然，在第一线路7和第二线路8搭接的位置处可以根据实际需要确定是否需要电连接，此处不进行限定。

此外，本发明实施例还提供一种多层电路的制作方法，具体地，多层电路的制作方法包括：

步骤s10、提供一第二基材。

步骤s20、通过以上任一项所述的电子油墨，在第二基材上形成第一线路图案。

步骤s30、对第一线路图案进行烘干处理，得到第一线路。

步骤s40、通过以上任一项所述的电子油墨，在第二基材上形成第二线路图案，第二线路图案具有搭接于第一线路上的部分。

步骤s50、对第二线路图案进行烘干处理，得到第二线路。

本发明实施例提供了一种电子油墨、导电连接结构、多层电路及对应制作方法，其中，电子油墨由均匀混合的呈液态的液态金属1和水性树脂2组成，水性树脂2包裹液态金属1形成的液滴，电子油墨中，液态金属1与水性树脂2的重量比为：0.5∶1～60∶1，使用上述电子油墨制作导电线路时，只需要使用电子油墨在基材上形成导电图案，然后通过烘干的方式使导电图案固化(即导电图案中的水性树脂2固化)，在固化过程中与基材直接接触的水性树脂会粘附在基材上呈层状结构，液态金属1形成的液滴会向下沉淀聚集为层状结构，并将其他水性树脂向上挤形成又一层状结构，进而得到具有三层结构的导电线路，该导电线路中上下两层水性树脂将液态金属1包覆在其中，即可起到很好的封装作用，无需再额外进行封装，进而可以简化电子产品的制作过程。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。