一种PCB基板的喷墨打印方法及其应用与流程

本发明属于印刷电路板，具体涉及一种pcb基板的喷墨打印方法及其应用。

背景技术：

1、传统印刷电路板(printed circuit board，简称pcb)采用蚀刻法制造导电线路，这种的减去法工艺制造过程能耗高、工序复杂、对环境造成污染大。

2、近年来，微纳加工技术与3d打印技术的迅猛发展为pcb行业带来了新的机遇，将带领pcb走向高密度化、柔性化、集成化、环保化的新方向。其中，喷墨打印作为一种非接触、无掩模的快速图案成型技术，可以根据计算机辅助程序在任意基板上打印预先设定好的图形，在提高印刷灵活性的同时还具有打印精度高、材料选择范围广、材料利用率高、低成本及污染小等诸多的特点，成为备受瞩目的打印技术，并在pcb领域展现出巨大潜力。

3、导电油墨作为喷墨打印重要功能材料备受瞩目，纳米银又因为其优异的导电性能与导热性能成为研究热点。喷墨打印主要应用于可穿戴设备、导电薄膜、传感器等，在pcb领域应用则较少涉及，有如下三方面的原因：一是pcb对导线线宽要求较高，为了得到精细线路银油墨性能需适配打印参数；二是喷墨打印样品厚度较薄，不能满足pcb要求；三是银导电油墨通常需要较高的后处理温度才能实现导电功能，且处理时间较长不能应用于工业大批量生产。

4、因此，开发一种成本低、灵活性高且可个性化定制的pcb基板的喷墨打印方法，是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种pcb基板的喷墨打印方法及其应用，所述喷墨打印方法采用绿色、无毒、无污染的导电银油墨，配合叠层打印模式，有效控制了待打印图形的线宽和线厚，同时叠层打印同步干燥工艺可以保证导电银油墨迅速干燥、定型，便于后续叠层打印及增加样品厚度，且层间干燥工艺大大降低后续干燥时间，缩短样品制造周期，便于工业大批量生产，实现了pcb喷墨打印基板的低成本、高导电和个性化定制。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种pcb基板的喷墨打印方法，所述喷墨打印方法包括如下步骤：

4、(1)根据待打印样品的长度、宽度、导线线厚和导线线宽的需求，确定导电银油墨的粘度；

5、(2)根据步骤(1)确定的导电银油墨的粘度选取相应的叠层打印模式进行打印，得到导电图形；

6、(3)对步骤(2)得到的导电图形进行二次烧结固化处理，完成所述pcb基板的喷墨打印；

7、步骤(1)所述待打印样品的导线线宽低于100μm(例如90μm、80μm、70μm或60μm等)，导线线厚高于9μm(例如10μm、12μm、14μm、16μm或18μm等)，长度低于100mm(例如90mm、80mm、70mm、60mm、50mm、40mm、30mm、20mm或10mm等)且宽度低于100mm(例如90mm、80mm、70mm、60mm、50mm、40mm、30mm、20mm或10mm等)，则所述导电银油墨的粘度高于30cp(例如35cp、40cp或45cp等)，步骤(2)所述打印的平台温度高于90℃(例如100℃、110℃、120℃、130℃或140℃等)且光照时间长于1s(例如1.1s、1.2s、1.4s、1.6s或1.8s等)；

8、步骤(1)所述待打印样品的导线线宽不低于100μm(例如120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、220μm或240μm等)，导线线厚不高于9μm(例如7μm、5μm、3μm或1μm等)，长度不低于100mm(例如120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、220mm、240mm、260mm或280mm等)且宽度不低于100mm(例如120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、220mm、240mm、260mm或280mm等)，则所述导电银油墨的粘度不高于30cp(例如28cp、26cp、24cp、22cp、20cp、18cp、16cp、14cp、12cp、10cp或8cp等)，步骤(2)所述打印的平台温度不高于90℃(例如80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃或20℃等)且光照时间不长于1s(例如0.9s、0.8s、0.7s、0.6s、0.5s、0.4s或0.3s等)。

9、本发明提供的pcb基板的喷墨打印方法，首先根据待打印样品的长度、宽度、导线线厚和导线线宽需求，确定导电银油墨的粘度；然后根据确定的导电银油墨的粘度选取相应的叠层打印模式进行打印，得到导电图形；最后再通过二次烧结固化处理得到的导电图形，即可完成所述pcb基板的喷墨打印，得到喷墨打印pcb基板；上述喷墨打印方法的生产过程绿色环保、无污染，具有成本低、导电性好、灵活性高、可个性化定制等优点，可应用于pcb基板及全印刷电子线路及器件的个性化定制。

10、需要说明的是，上述“待打印样品的长度、宽度、导线线厚和导线线宽的需求”中的“长度和宽度”指的是打印图形的整体长度和宽度，而“导线线厚和导线线宽”指的是打印得到的导电图形线条的厚度和宽度。

11、优选地，步骤(1)所述待打印样品的导线线宽低于100μm，导线线厚高于9μm且不高于18μm，长度低于100mm且宽度低于100mm，则所述导电银油墨的粘度高于30cp且不高于45cp，步骤(2)所述打印的平台温度高于90℃且不高于150℃，光照时间长于1s且不长于2s。

12、优选地，步骤(1)所述待打印样品的导线线宽不低于100μm，导线线厚不低于1μm且不高于9μm，长度不低于100mm且宽度不低于100mm，则所述导电油墨的粘度不低于5cp且不高于30cp，步骤(3)所述打印的平台温度不低于20℃且不高于90℃，光照时间不短于0.3s且不长于1s。

13、优选地，步骤(1)所述导电银油墨按照重量份包括如下组分：

14、银纳米颗粒 10～40重量份；

15、去离子水 0～60重量份；

16、有机溶剂 20～90重量份。

17、其中，所述银纳米颗粒可以为15重量份、20重量份、25重量份、30重量份或35重量份等。

18、所述去离子水可以为10重量份、20重量份、30重量份、40重量份或50重量份等。

19、所述有机溶剂可以为30重量份、40重量份、50重量份、60重量份、70重量份或80重量份等。

20、优选地，所述银纳米颗粒的粒径为10～70nm，例如20nm、30nm、40nm、50nm或60nm等。

21、优选地，所述银纳米颗粒的制备原料包括银盐、还原剂和分散剂。

22、优选地，所述银盐包括硝酸银。

23、优选地，所述还原剂包括葡萄糖、二水合柠檬酸三钠、硼氢化钠或抗坏血酸中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或十二烷基三甲基溴化铵。

25、优选地，所述银纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：

26、(a1)将分散剂溶于去离子水，得到分散剂溶液；将银盐溶于去离子水，得到银盐溶液；将还原剂溶于去离子水，得到还原剂溶液；

27、(a2)将步骤(a1)得到的银盐溶液加入到步骤(a1)得到的分散剂溶液中，加入碱性ph调节剂，得到混合溶液；

28、(a3)将步骤(a1)得到的还原剂溶加入到步骤(a2)得到的混合溶液中进行反应，过滤，得到所述银纳米颗粒。

29、优选地，步骤(a2)所述碱性ph调节剂包括氢氧化钠。

30、优选地，步骤(a2)所述混合溶液的ph值为7～12，例如8、9、10或11等。

31、优选地，步骤(a3)所述步骤(a1)得到的还原剂溶液的加入速度为0.5～1ml/s，例如0.6ml/s、0.7ml/s、0.8ml/s或0.9ml/s等。

32、优选地，步骤(a3)所述的反应时间为0.5～1.5h，例如0.6h、0.8h、1h、1.2h或1.4h等。

33、优选地，所述有机溶剂包括异丙醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、松油醇或二乙二醇甲醚中的任意一种或至少两种的组合。

34、优选地，步骤(1)所述导电银油墨还包括分散剂、保湿剂或表面活性剂中的任意一种或至少两种的组合。

35、优选地，步骤(1)所述导电银油墨中分散剂的含量为0.5～1重量份，例如0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份等。

36、优选地，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或十二烷基三甲基溴化铵。

37、优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为10000、24000或39000等。

38、优选地，步骤(1)所述导电银油墨中保湿剂的含量为0.1～1.5重量份，例如0.2重量份、0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.2重量份或1.4重量份等。

39、优选地，所述保湿剂包括丙三醇和/或乙二醇。

40、优选地，步骤(1)所述导电银油墨中表面活性剂的含量为3～15重量份，例如4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、12重量份或14重量份等。

41、优选地，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛、dynol800、dynol 960、dynol 440、dynol 607或surfynol 465中的任意一种或至少两种的组合。

42、优选地，步骤(1)所述导电银油墨通过将银纳米颗粒、去离子水、有机溶剂、任选地分散剂、任选地表面活性剂、任选地保湿剂混合均匀后得到。

43、优选地，步骤(2)所述层叠打印模式下的光照功率为20～60w/cm2，例如25w/cm2、30w/cm2、35w/cm2、40w/cm2、45w/cm2、50w/cm2或55w/cm2等。

44、优选地，步骤(3)所述二次烧结固化处理的时间为0.5～1h，例如0.6h、0.7h、0.8h或0.9h等。

45、优选地，步骤(3)所述二次烧结固化处理的温度为150～180℃，例如160℃或170℃。

46、第二方面，本发明提供一种喷墨打印pcb基板，所述喷墨打印pcb基板采用如第一方面所述的喷墨打印方法制备得到。

47、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的喷墨打印方法在传感器、电子器件或可穿戴医疗设备的制备中的应用。

48、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

49、本发明提供的pcb基板的喷墨打印方法首先根据待打印样品的长度、宽度、导线线厚和导线线宽需求，确定导电银油墨的粘度；然后根据步骤(1)确定的导电银油墨的粘度选取相应的叠层打印模式进行打印，得到导电图形；最后对步骤(2)得到的导电图形进行二次烧结固化处理，完成所述pcb基板的喷墨打印；所述喷墨打印方法采用绿色、无毒、无污染的导电银油墨，配合叠层打印模式有效控制了待打印图形的线宽，同时叠层打印同步干燥工艺可以保证导电银油墨迅速干燥、定型，便于后续叠层打印及增加样品厚度，且层间干燥工艺大大降低后续干燥时间，缩短样品制造周期，便于工业大批量生产，实现了pcb喷墨打印基板的低成本、高导电和个性化定制。