一种基于液态金属的焊接方法与流程

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种基于液态金属的焊接方法。

背景技术：

随着可穿戴电子产品日益流行，一些柔性材料如聚乙烯薄膜（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（PET）、聚二甲基硅氧烷薄膜（PDMS）等会被用作基底来制作电路。

通常情况下，这些材料是不耐高温的，或者高温会损坏其薄膜结构。而传统的电子元件焊接中，焊接温度通常在200 ℃以上，这大大增大了柔性电路的损坏几率。即便采用现有低温焊接技术（如采用低温锡膏），焊接温度也大于130 ℃，一些塑料基底还是难以承受。而且传统的高温焊接技术不仅容易损伤电路和元件，还对操作者本身产生烫伤的危险。此外，传统的焊接技术使用的是焊锡，以熔融的锡连接器件与电路，连接点是固态且是刚性的，这与柔性电子产品对柔性的要求不匹配。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于液态金属的焊接方法，旨在解决传统的焊接方法温度高不适用于柔性基底的问题。

本发明的技术方案如下：

一种焊接方法，包括：

步骤A、制作一包含焊盘的电路线路，所述焊盘由室温条件下为液态的金属材料制成；

步骤B、将贴片式电子元器件贴到所述焊盘上，然后用封装树脂将所述电路线路和所述贴片式电子元器件密封并于80 ℃以下固化；或者，用封装树脂将所述电路线路密封并于80 ℃以下固化，再将直插式电子元器件的引脚插入封装树脂并与焊盘导通。

所述的焊接方法，其中，所述步骤A中，所述电路线路在室温条件下为液态。

所述的焊接方法，其中，所述步骤A中，所述电路线路为固态电路线路，并且在所述固态电路线路上制作室温条件下为液态的焊盘。

所述的焊接方法，其中，所述步骤A中，所述金属材料为镓、镓铟合金或镓铟锡合金。

所述的焊接方法，其中，所述步骤A中，所述焊盘采用丝网印刷法、微流管道法或喷墨打印法制作而成。

所述的焊接方法，其中，所述步骤A中，所述固态电路线路通过真空蒸镀法或无电沉积法制作而成。

所述的焊接方法，其中，所述步骤B中，所述封装树脂主要由PDMS预聚体与固化剂混合而成。

所述的焊接方法，其中，所述步骤B中，所述PDMS预聚体与所述固化剂的质量比为5-15:1。

所述的焊接方法，其中，所述步骤B中，固化的温度为55-75 ℃。

所述的焊接方法，其中，所述步骤B中，固化的时间为2-4 h。

有益效果：本发明采用室温条件下为液态的金属材料作为焊料连接电子元器件与电路，有益效果包括：（1）制作全过程温度可控制在80 ℃以下，不会对柔性基底造成损坏；（2）液态金属具有良好的流动性，能保证与电子元器件电极充分接触，即使电路线路发生一定的形变也不至于断路；（3）液态金属材料导电性能良好，整体电路电阻较小；（4）本发明操作简单，且不需要用到电焊设备。

附图说明

图1为本发明应用于液态电路线路中焊接贴片式电子元器件的焊接示意图；

图2为本发明应用于液态电路线路中焊接直插式电子元器件的焊接示意图；

图3为本发明应用于固态电路线路中焊接贴片式电子元器件的焊接示意图；

图4为本发明应用于固态电路线路中焊接直插式电子元器件的焊接示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于液态金属的焊接方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明中：液态的焊盘、液态金属等术语，“液态”均指在室温条件下仍能够保持为液态，在未做其它说明时，均应当如此理解。

本发明提供了一种基于液态金属的焊接方法，包括步骤：

步骤A、制作一包含焊盘的电路线路，所述焊盘由室温条件下为液态的金属材料制成；

步骤B、将贴片式电子元器件贴到所述焊盘上，然后用封装树脂将所述电路线路和所述贴片式电子元器件密封并于80 ℃以下固化；或者，用封装树脂将所述电路线路密封并于80 ℃以下固化，再将直插式电子元器件的引脚插入封装树脂并与焊盘导通。

本发明对于贴片式的电子元器件，可以采用先贴片，然后密封固化整个电路的方式焊接；对于直插式的电子元器件，可以采用先密封固化整个电路，然后再插入电子元器件的方式焊接。以上两种焊接方式均是基于焊盘在室温条件下为液态，即采用液态金属连接电子元器件与电路，整个制作过程温度可控制在80 ℃以下，不会对柔性基底造成损坏；同时由于液态金属具有良好的流动性，能保证与电子元器件的电极充分接触，即使电路随柔性基底发生一定的形变也不至于断路，特别适合应用于柔性电子产品；而且液态金属还具有良好的导电性能；最后本发明操作简单，不需要用到电焊设备。

本发明在液态电路线路和固态电路线路中均可应用，对于贴片式电子元器件和直插式电子元器件也均适用。

在其中一种应用于液态电路线路的实施方式中，如图1所示，采用液态金属材料（例如镓、镓铟合金或镓铟锡合金等）在基底11上制作液态电路线路12及焊盘13，然后将贴片式电子元器件14贴到焊盘上，最后用封装树脂15将所述液态电路线路、所述焊盘和所述贴片式电子元器件密封并于80 ℃以下固化。

上述液态电路线路的实施方式中，如果是焊接直插式电子元器件，则在基底11上制作好液态电路线路12及焊盘13后，直接用封装树脂15将所述液态电路线路和所述焊盘密封并于80 ℃以下固化，最后将直插式电子元器件24的引脚插入封装树脂并与焊盘导通，如图2所示。

上述两种实施方式采用液态金属材料制作液态的电路线路及液态的焊盘，可以使用丝网印刷法、微流管道法或喷墨打印法等方法制作，由于液态金属材料具有良好的流动性，不仅能保证电路线路与电子元器件的电极充分接触，而且电路线路也能经受一定的变形，而不发生断路，特别适合应用于柔性电子产品。

在其中一种应用于固态电路线路的实施方式中，如图3所示，采用金属材料（例如Cu、Pt等）、半导体材料（例如ITO、FTO等）或导电纳米材料（例如碳纳米管、纳米银线等）在基底11上制作固态电路线路32，其中，所述固态电路线路采用真空蒸镀法或无电沉积法制作而成，然后采用前述的液态金属材料在固态电路线路上制作液态的焊盘33，再将贴片式电子元器件14贴到焊盘上，最后用封装树脂15将所述固态电路线路、所述焊盘和所述贴片式电子元器件密封并于80 ℃以下固化。

上述固态电路线路的实施方式中，如果是焊接直插式电子元器件，则在基底11上制作好固态电路线路32及液态的焊盘33后，直接用封装树脂15将所述液态电路线路和所述焊盘密封并于80 ℃以下固化，最后将直插式电子元器件24的引脚插入封装树脂并与焊盘导通，如图4所示。

上述两种固态电路线路的实施方式主中，通过在焊接点处制作液态的焊盘，并通过封装树脂对这个电路进行固定、封装，实现对电子元器件的焊接，整个制作过程温度不超过80 ℃，而传统的焊接方法，先刷上焊锡再贴片并封装，即使采用低温焊锡也需要130 ℃以上。本发明不仅操作简单，而且不需要用到电焊设备。

在其中一种实施方式中，所述封装树脂主要由聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体与固化剂混合而成。

在其中一种实施方式中，所述PDMS预聚体与所述固化剂的比例为5-15:1，优选10:1，固化的温度为55-75 ℃，优选65 ℃；固化的时间为2-4 h，优选3h。加热过程中，PDMS预聚体发生聚合并在固化剂的作用下凝固，对液态电路起到固定作用，同时对整个电路线路、焊盘以及电子元器件起到保护作用，防止腐蚀，增强可靠性。

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

1）采用喷墨打印法在PET基底上打印液态镓铟锡合金电路线路以及焊盘；

2）将贴片式元件贴到焊盘上；

3）以PDMS预聚体与固化剂比例为10:1的混合物密封整个电路，包括焊盘与贴片式元件，然后于65 ℃加热3 h，形成PDMS封装层，完成焊接。

实施例2

1）采用喷墨打印法在PET基底上打印液态镓铟锡合金电路线路以及焊盘；

2）以PDMS预聚体与固化剂比例为10:1的混合物密封整个电路，包括焊盘，然后于65 ℃加热3 h，形成PDMS封装层；

3）将直插式电子元器件的引脚插入封装树脂并与焊盘导通，完成焊接。

实施例3

1）采用真空蒸镀法在PET基底上制作Cu电路线路以及连接点；

2）采用喷墨打印法在上述连接点上打印液态镓铟锡合金焊盘，将贴片式元件贴到焊盘上；

3）以PDMS预聚体与固化剂比例为10:1的混合物密封整个电路，包括焊盘与贴片式元件，然后于65 ℃加热3 h，形成PDMS封装层，完成焊接。

实施例4

1）采用真空蒸镀法在PET基底上制作Cu电路线路以及连接点；

2）采用喷墨打印法在上述连接点上打印液态镓铟锡合金焊盘，以PDMS预聚体与固化剂比例为10:1的混合物密封整个电路，包括焊盘，然后于65 ℃加热3 h，形成PDMS封装层；

3）将直插式电子元器件的引脚插入封装树脂并与焊盘导通，完成焊接。

综上所述，本发明的焊接方法是基于焊盘在室温条件下为液态，即采用液态金属材料连接电子元器件与电路，整个制作过程温度可控制在80 ℃以下，不会对柔性基底造成损坏；同时由于液态金属材料具有良好的流动性，能保证与电子元器件的电极充分接触，即使电路随柔性基底发生一定的形变也不至于断路，特别适合应用于柔性电子产品；而且本发明操作简单，不需要用到电焊设备。本发明在液态电路线路和固态电路线路中均可应用，对于贴片式电子元器件和直插式电子元器件也均适用。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。