一种柔性电路板的制备方法与流程

本发明属于柔性电路板技术领域，尤其涉及一种柔性电路板的制备方法。

背景技术：

20世纪60年代末之后，印刷电路板在电子行业逐渐普及，并且随着科技的发展，逐步被小型化，到了70年代末80年代初期，有机集成电路的软互连元件、高密度、表面安装技术的迅猛发展，电子设备逐步向小型化、高可靠性和智能化方向发展。印刷电路板发展至今，柔性电路板的成功研发打破了只在硬质基底上印刷电路板的传统观念，促使印刷电路板转向柔性化发展。

柔性电路板(简称fpc)，又被称为“软板”，也是印刷电路，其所用的基材为柔性绝缘基材，柔性电路板不仅可以提供很好的电性能，并且能满足高密度安装和更小型的设计需求。目前在制备柔性电路板过程中，通常使用丝网印刷的方式，但是在制备线路比较复杂、产品更小型的情况下，丝网印刷方式精度低、制备得到的电路板导电性能差且污染环境。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种精度更高、导电性能更强、更环保的柔性电路板。

一种柔性电路板的制备方法，包括以下步骤：(1)在基材放置平台上依次放置pi膜、金属掩膜版；(2)根据客户需要制作导电线路及电极；(3)根据喷涂范围及喷涂的导电油墨性质，在控制器的显示屏上设置相应的工艺参数；(4)采用超声雾化系统将导电油墨超声雾化呈纳米级颗粒；(5)将雾化后的纳米级油墨加入喷墨设备中，由喷墨设备将纳米级油墨喷涂在覆盖有掩膜版的基材上，从而印制精密电路；(6)对印制电路后的pi膜进行烧结；(7)采用激光打标系统印制序列号，完成柔性电路板的制备。

所述的超声雾化系统包括超声波发生器、换能振动系统，其中超声波发生器包括控制模块、信号产生模块、隔离模块、功率放大模块、采样反馈模块、电源模块、人机交互模块；所述换能振动系统包括超声压电换能器、变幅杆。超声波发生器用于产生超声雾化压电换能器工作所需要的电信号，超声雾化压电换能器则利用压电陶瓷的逆压电效应将电信号转化为机械振动。其中超声波发生器的振动频率为1.5-2mhz,雾化功率为40-60w。

所述超声雾化导电油墨雾化后所生成的颗粒直径:

其中：d为雾化后颗粒直径，v为导电油墨表面张力，d为导电油墨密度，a为超声振动频率，b为超声雾化频率,n为雾化时间。

所述导电油墨包括银粉、双酚f型环氧树脂、稀释剂、表面活性剂、反应剂、促进剂和消泡剂。

所述表面活性剂可以为阴离子表面活性剂和阳离子性表面活性剂。

作为上述阴离子表面活性剂，不限于以下，例如可举出高级脂肪酸盐、高级烷基二羧酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、萘磺酸的盐(例如，与钠、钾、锂或钙的盐)、甲醛缩聚物、高级脂肪酸与氨基酸的缩合物、二烷基磺基琥珀酸酯盐、烷基磺基琥珀酸盐、环烷酸盐、烷基醚羧酸盐、酰化肽、α-烯烃磺酸盐、n-酰基甲基牛磺酸、烷基醚硫酸盐、高级仲醇乙氧基硫酸盐、烷基醚磷酸酯盐、烷基磷酸酯盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸铵盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸钠盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸铵盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸钠盐、聚氧乙烯烷基硫酸单乙醇胺、聚氧乙烯烷基醚磷酸铵盐、聚氧乙烯烷基醚磷酸钾盐、聚氧乙烯烷基醚磷酸二乙醇胺、烷基萘磺酸钠以及十二烷基硫酸钠。

作为阳离子性表面活性剂，例如可举出伯、仲和叔胺盐型化合物、烷基胺盐、二烷基胺盐、脂肪族胺盐、苯扎铵盐、季铵盐、烷基季铵盐等。具体而言，例如可举出十二烷基胺、椰油胺、松香胺等的盐酸盐、乙酸盐等，十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基甲基氯化铵、苄基三丁基氯化铵、苯扎氯铵、二甲基乙基十二烷基铵乙基硫酸盐、二甲基乙基辛基铵乙基硫酸盐、三甲基十二烷基铵盐酸盐、十六烷基氯化吡啶、十六烷基溴化吡啶、二羟基乙基十二烷基胺、癸基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基氯化铵、十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基氯化铵等。

所述反应剂没有特别限定，可举出金属盐、有机酸、其它阳离子性化合物等，作为其它阳离子性化合物，可以使用阳离子性树脂、阳离子性表面活性剂等。

作为金属盐，优选多价金属盐。作为多价金属化合物，不限定于以下化合物，例如可举出钛化合物、铬化合物、铜化合物、钴化合物、锶化合物、钡化合物、铁化合物、铝化合物、钙化合物和镁化合物、以及它们的盐(多价金属盐)。

所述促进剂可以为有机脂肪酸；所述有机脂肪酸，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，例如，可以列举褐煤酸、油酸、二十二酸等。上述有机脂肪酸可以单独使用，也可以二种或二种以上并用。

上述有机脂肪酸的酸值优选90mgkoh/g以上、200mgkoh/g以下，更优选140mgkoh/g以上、200mgkoh/g以下。

所述促进剂还可以为长链醇；所述长链醇，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，优选脂肪族醇；

所述长链醇，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，优选用以下通式(1)及以下通式(2)的至少某式表示的长链醇：

在上述通式(1)中，r表示碳原子数20以上、35以下的烷基。

在上述通式(2)中，r表示碳原子数28以上、38以下的烷基。

所述导电油墨的制备过程如下：将双酚f型环氧树脂混合稀释剂、表面活性剂用高速分散机混合均匀，降至室温后加入定量的反应剂、促进剂，最后加入0.1％重量的磷酸三丁酯作为消泡剂，制成导电油墨树脂基体；称取一定量的银粉，加入适量的无水乙醇，用超声粉碎机对其进行超声波改性，30min后放入真空干燥箱中烘干；将树脂基体在研磨中混炼，然后慢慢加入改性好的银粉，混合均匀后出料，真空干燥40min，将制备好的导电油墨封装备用。

所述的喷墨设备包括控制系统、压电换能器、拋物面反射器、绝缘聚酯薄膜、喷嘴、栅格图像处理器、超声波反射器。所述的喷墨过程如下：①用于发生超声波的压电换能器通过绝缘聚酯薄膜联结到拋物面反射器，喷嘴孔的中心与拋物面反射器的焦点(拋物线焦点)一致；②压电换能器在栅格图像处理器调制信号的作用下激励出逆压电效应，从电能转换成机械能，按墨雾喷射要求发出超声波；③墨水供应到由超声波反射器和聚酯薄膜形成的空间，允许超声波穿透，等待超声波信号的激励；④对压电换能器的驱动电极施加髙频电压，通过压电换能器的髙频机械振动转换成超声波并传递给墨水，此时墨水成为传递超声波的媒介；⑤由于压电换能器的振动方向与压电板的长边方向垂直，因而超声波将沿着该方向传递到具有抛物线截面形状的反射器表面；⑥超声波能量在反射器的抛物面上反射，所有从抛物面上反射的超声波集聚到焦点，由于喷嘴孔中心与抛物面的焦点重合,因而被反射的超声波将会聚在喷嘴的出口位置；⑦超声波能量在抛物面焦点上的高度集中导致喷嘴孔中心及附近位置的波形转换，从垂直于压电换能器表面的“纵波”转换到与掩膜版面一致的“横波”，即形成与墨水喷射方向垂直的表面波；⑧与墨水喷射方向垂直的表面波向两侧传递，产生墨水沿掩膜版面方向的高频振荡；⑨喷嘴出口两侧墨水振荡边缘的表面张力不能继续维持与墨水母体的联系，再加上高密度超声波能量的作用，导致部分墨水与母体分裂，形成非常细小的雾状“墨滴”群；⑩喷嘴口的墨雾受后续墨水的挤压而不能保持稳定状态，只能从喷嘴出口向掩膜版表面喷射；高速喷射的墨雾经过一定的飞行距离后撞击到掩膜版表面，经扩展和渗透过程转换成记录点。

所述喷嘴的驱动信号为基本信号、破裂信号和密度控制信号。所述基本信号设计成沿时间轴按等距离分布的方波脉冲信号，在驱动电压vd的作用下以周期t0为单位产生。所述破裂信号通过周期性地打开基本信号的方法形成，每次打开基本信号的时间长度与n个方波脉冲对应，因而n个方波脉冲信号组成一个破裂信号，由此可知破裂信号的周期为nt0，破裂信号加到压电换能器上，以间歇的方式发射出超声波。为了提高超声波发生效率，基本信号频率f0(其周期t0＝1/f0)设置得与压电换能器的共振频率有相同的等级。破裂信号频率fb(其周期tb＝l/fb)与弯月面振荡的本征值匹配，以抑制不规则的弯月面振荡。

所述控制系统包括控制电路、存储器拓展板、i\0拓展板、功率放大器、x轴伺服驱动器、y轴伺服驱动器、z轴伺服驱动器、横向丝轴、纵向丝轴、z向丝轴、断路器；控制电路包括stm32stm32f103zet6单片机、时钟电路、复位电路、同步异步收发器、指示灯电路、插头电路、jtag接口电路、降压稳压电路、整流滤波电路、usb总线转接电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pc14和pc15接线端连接一组时钟电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过nrst接线端连接两组复位电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过osc_in和osc_out接线端连接另一组时钟电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过nrst和booto接线端连接usb总线转接电路，所述stm32stm32f103zet6单片机pa10和pa9接线端接同步异步收发器，所述stm32stm32f103zet6单片机通过booto和boot1接线端接一组插头电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pb4、pa15、pa13、pa14、pb3、nrst接线端连接jtag接口电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pf5和pr8接线端连接指示灯电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过vdda、vref+、vssa、vref-接线端接整流滤波电路。

所述步骤(7)中激光打标系统印制序列号具体步骤如下：通过打标软件或其他辅助软件在计算机中编辑好打标所需的序列号，并转换为打标软件所能识别的文件格式，再通过振镜系统伺服控制卡转换成扫描振镜所能识别的电信号，这些电信号按一定的频率分别传输到扫描振镜头和声光电源的输入端口。在一系列电信号的控制下，振镜在x、y二维进行有序摆动，使激光输出点扫描出相应的图形和文字；与此同时声光电源在相应电信号的控制下使声光q开关产生所需的频率调制信号，从而将连续激光调制成一定频率的激光脉冲，最后将激光输出点扫描出的序列号刻蚀在基材上，从而完成序列号的印制。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1)与传统印刷方式相比，本发明采用喷墨和激光打标相结合的方式制备柔性电路板，精度高、效率快、更加环保；

2)本发明的导电油墨的导电性能更强；

3)本发明的激光打标为非接触加工，对基材无损，不会影响柔性电路板的导电性能。

4)本发明的喷墨设备喷墨更加精准，制备的柔性电路板图案更加准确。

附图说明

图1是本发明工作流程示意图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照附图1，一种柔性电路板的制备方法，包括以下步骤：(1)在基材放置平台上依次放置pi膜、金属掩膜版；(2)根据客户需要制作导电线路及电极；(3)根据喷涂范围及喷涂的导电油墨性质，在控制器的显示屏上设置相应的工艺参数；(4)采用超声雾化系统将导电油墨超声雾化呈纳米级颗粒；(5)将雾化后的纳米级油墨加入喷墨设备中，由喷墨设备将纳米级油墨喷涂在覆盖有掩膜版的基材上，从而印制精密电路；(6)对印制电路后的pi膜进行烧结；(7)采用激光打标系统印制序列号，完成柔性电路板的制备。

所述的超声雾化系统包括超声波发生器、换能振动系统，其中超声波发生器包括控制模块、信号产生模块、隔离模块、功率放大模块、采样反馈模块、电源模块、人机交互模块；所述换能振动系统包括超声压电换能器、变幅杆。超声波发生器用于产生超声雾化压电换能器工作所需要的电信号，超声雾化压电换能器则利用压电陶瓷的逆压电效应将电信号转化为机械振动。其中超声波发生器的振动频率为1.5-2mhz,雾化功率为40-60w。

所述超声雾化导电油墨雾化后所生成的颗粒直径:

其中：d为雾化后颗粒直径，v为导电油墨表面张力，d为导电油墨密度，a为超声振动频率，b为超声雾化频率,n为雾化时间。

所述导电油墨包括银粉、双酚f型环氧树脂、稀释剂、表面活性剂、反应剂、促进剂和消泡剂。

所述表面活性剂可以为阴离子表面活性剂和阳离子性表面活性剂。

作为上述阴离子表面活性剂，不限于以下，例如可举出高级脂肪酸盐、高级烷基二羧酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、萘磺酸的盐(例如，与钠、钾、锂或钙的盐)、甲醛缩聚物、高级脂肪酸与氨基酸的缩合物、二烷基磺基琥珀酸酯盐、烷基磺基琥珀酸盐、环烷酸盐、烷基醚羧酸盐、酰化肽、α-烯烃磺酸盐、n-酰基甲基牛磺酸、烷基醚硫酸盐、高级仲醇乙氧基硫酸盐、烷基醚磷酸酯盐、烷基磷酸酯盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸铵盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸钠盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸铵盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸钠盐、聚氧乙烯烷基硫酸单乙醇胺、聚氧乙烯烷基醚磷酸铵盐、聚氧乙烯烷基醚磷酸钾盐、聚氧乙烯烷基醚磷酸二乙醇胺、烷基萘磺酸钠以及十二烷基硫酸钠。

作为阳离子性表面活性剂，例如可举出伯、仲和叔胺盐型化合物、烷基胺盐、二烷基胺盐、脂肪族胺盐、苯扎铵盐、季铵盐、烷基季铵盐等。具体而言，例如可举出十二烷基胺、椰油胺、松香胺等的盐酸盐、乙酸盐等，十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基甲基氯化铵、苄基三丁基氯化铵、苯扎氯铵、二甲基乙基十二烷基铵乙基硫酸盐、二甲基乙基辛基铵乙基硫酸盐、三甲基十二烷基铵盐酸盐、十六烷基氯化吡啶、十六烷基溴化吡啶、二羟基乙基十二烷基胺、癸基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基氯化铵、十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基氯化铵等。

所述反应剂没有特别限定，可举出金属盐、有机酸、其它阳离子性化合物等，作为其它阳离子性化合物，可以使用阳离子性树脂、阳离子性表面活性剂等。

作为金属盐，优选多价金属盐。作为多价金属化合物，不限定于以下化合物，例如可举出钛化合物、铬化合物、铜化合物、钴化合物、锶化合物、钡化合物、铁化合物、铝化合物、钙化合物和镁化合物、以及它们的盐(多价金属盐)。

所述促进剂可以为有机脂肪酸；所述有机脂肪酸，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，例如，可以列举褐煤酸、油酸、二十二酸等。上述有机脂肪酸可以单独使用，也可以二种或二种以上并用。

上述有机脂肪酸的酸值优选90mgkoh/g以上、200mgkoh/g以下，更优选140mgkoh/g以上、200mgkoh/g以下。

所述促进剂还可以为长链醇；所述长链醇，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，优选脂肪族醇；

所述长链醇，没有特别限制，可以根据目的合适地选择，优选用以下通式(1)及以下通式(2)的至少某式表示的长链醇：

在上述通式(1)中，r表示碳原子数20以上、35以下的烷基。

在上述通式(2)中，r表示碳原子数28以上、38以下的烷基。

所述导电油墨的制备过程如下：将双酚f型环氧树脂混合稀释剂、表面活性剂用高速分散机混合均匀，降至室温后加入定量的反应剂、促进剂，最后加入0.1％重量的磷酸三丁酯作为消泡剂，制成导电油墨树脂基体；称取一定量的银粉，加入适量的无水乙醇，用超声粉碎机对其进行超声波改性，30min后放入真空干燥箱中烘干；将树脂基体在研磨中混炼，然后慢慢加入改性好的银粉，混合均匀后出料，真空干燥40min，将制备好的导电油墨封装备用。

所述的喷墨设备包括控制系统、压电换能器、拋物面反射器、绝缘聚酯薄膜、喷嘴、栅格图像处理器、超声波反射器。所述的喷墨过程如下：①用于发生超声波的压电换能器通过绝缘聚酯薄膜联结到拋物面反射器，喷嘴孔的中心与拋物面反射器的焦点(拋物线焦点)一致；②压电换能器在栅格图像处理器调制信号的作用下激励出逆压电效应，从电能转换成机械能，按墨雾喷射要求发出超声波；③墨水供应到由超声波反射器和聚酯薄膜形成的空间，允许超声波穿透，等待超声波信号的激励；④对压电换能器的驱动电极施加髙频电压，通过压电换能器的髙频机械振动转换成超声波并传递给墨水，此时墨水成为传递超声波的媒介；⑤由于压电换能器的振动方向与压电板的长边方向垂直，因而超声波将沿着该方向传递到具有抛物线截面形状的反射器表面；⑥超声波能量在反射器的抛物面上反射，所有从抛物面上反射的超声波集聚到焦点，由于喷嘴孔中心与抛物面的焦点重合,因而被反射的超声波将会聚在喷嘴的出口位置；⑦超声波能量在抛物面焦点上的高度集中导致喷嘴孔中心及附近位置的波形转换，从垂直于压电换能器表面的“纵波”转换到与掩膜版面一致的“横波”，即形成与墨水喷射方向垂直的表面波；⑧与墨水喷射方向垂直的表面波向两侧传递，产生墨水沿掩膜版面方向的高频振荡；⑨喷嘴出口两侧墨水振荡边缘的表面张力不能继续维持与墨水母体的联系，再加上高密度超声波能量的作用，导致部分墨水与母体分裂，形成非常细小的雾状“墨滴”群；⑩喷嘴口的墨雾受后续墨水的挤压而不能保持稳定状态，只能从喷嘴出口向掩膜版表面喷射；高速喷射的墨雾经过一定的飞行距离后撞击到掩膜版表面，经扩展和渗透过程转换成记录点。

所述喷嘴的驱动信号为基本信号、破裂信号和密度控制信号。所述基本信号设计成沿时间轴按等距离分布的方波脉冲信号，在驱动电压vd的作用下以周期t0为单位产生。所述破裂信号通过周期性地打开基本信号的方法形成，每次打开基本信号的时间长度与n个方波脉冲对应，因而n个方波脉冲信号组成一个破裂信号，由此可知破裂信号的周期为nt0，破裂信号加到压电换能器上，以间歇的方式发射出超声波。为了提高超声波发生效率，基本信号频率f0(其周期t0＝1/f0)设置得与压电换能器的共振频率有相同的等级。破裂信号频率fb(其周期tb＝l/fb)与弯月面振荡的本征值匹配，以抑制不规则的弯月面振荡。

本发明喷墨设备的控制系统包括控制电路、存储器拓展板、i\0拓展板、功率放大器、x轴伺服驱动器、y轴伺服驱动器、z轴伺服驱动器、横向丝轴、纵向丝轴、z向丝轴、断路器；控制电路包括stm32stm32f103zet6单片机、时钟电路、复位电路、同步异步收发器、指示灯电路、插头电路、jtag接口电路、降压稳压电路、整流滤波电路、usb总线转接电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pc14和pc15接线端连接一组时钟电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过nrst接线端连接两组复位电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过osc_in和osc_out接线端连接另一组时钟电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过nrst和booto接线端连接usb总线转接电路，所述stm32stm32f103zet6单片机pa10和pa9接线端接同步异步收发器，所述stm32stm32f103zet6单片机通过booto和boot1接线端接一组插头电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pb4、pa15、pa13、pa14、pb3、nrst接线端连接jtag接口电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过pf5和pr8接线端连接指示灯电路，所述stm32stm32f103zet6单片机通过vdda、vref+、vssa、vref-接线端接整流滤波电路。

本发明的激光打标系统印制序列号具体步骤如下：通过打标软件或其他辅助软件在计算机中编辑好打标所需的序列号，并转换为打标软件所能识别的文件格式，再通过振镜系统伺服控制卡转换成扫描振镜所能识别的电信号，这些电信号按一定的频率分别传输到扫描振镜头和声光电源的输入端口。在一系列电信号的控制下，振镜在x、y二维进行有序摆动，使激光输出点扫描出相应的图形和文字；与此同时声光电源在相应电信号的控制下使声光q开关产生所需的频率调制信号，从而将连续激光调制成一定频率的激光脉冲，最后将激光输出点扫描出的序列号刻蚀在基材上，从而完成序列号的印制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。