基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子制造领域，尤其涉及一种基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法及其装置。
【背景技术】
[0002]柔性可延展电路由于其优异的抗弯和抗拉伸性能及其高效率、低成本制造等特点，具有广阔的应用前景，如电子皮肤、柔性可拉伸显示屏等。为了提高其延展和抗弯性能，柔性电路多采用蜿蜒的连接结构。
[0003]喷印技术(Ink-jet Printing)作为一种传统制造工艺，广泛应用于电子制造领域。传统的喷印技术主要分为连续式(Continuous)、和按需喷印式的(Drop-on-Demand)；但是由于这两种传统喷印工艺采用热压动力喷印或者压电动力喷印，喷印分辨率受到喷头直径影响极大，而实现更小喷头制造则需要极其复杂且昂贵的工艺，所以这两种喷印技术的喷印尺度在20 μ m-100 μ m，具有尺度限制，无法实现更高分辨率的喷印。
[0004]电液耦合喷印由于采用高压电场力作为喷印动力，喷印尺度不受喷头尺寸限制，可实现纳米级喷印，同时，电液耦合喷印可以喷印高分子材料、导电油墨等多种材料，近年来引起极大关注。
[0005]电液耦合喷印主要分为点喷式(又称静电喷印)和连续式(又称静电纺丝)。静电喷印可控性好，容易实现高精度图案化喷印，但是，由于喷印过程是不连续的，其喷印图案由离散化点构成，无法满足柔性电子印刷中对导线连续性的要求。静电纺丝可实现连续喷印，但是由于在喷印过程中射流会出现“鞭动”现象，难以实现精确的沉积定位和图案化。
[0006]为了实现电流体动力喷印电子器件，同时获得蜿蜒结构，现有技术已提出了一些解决方案，如采用预拉伸方法，先将柔性基底进行预拉伸，然后喷印连接结构，在预拉伸释放后，基板恢复自然状态，连接结构由于受到压力，屈曲成蜿蜒状，从而具有较好的抗拉伸性能。然而，该制造方法仍然存在诸多不足，如需要预拉伸工序，流程复杂，且其抗拉伸能力受预拉伸程度影响。
[0007]专利CN102162176A中提出了一种利用静电纺丝来制备微纳蜿蜒结构的方法，其通过将静电纺丝高分子溶液经由喷头进行喷射，并经过电场作用落在柔性基板上，利用射流的非线性不稳定鞭动，在空间形成螺旋状，根据射流速度，移动金属收集板，在基板上沉积形成波纹结构。然而进一步的研宄表明，该方法仍然存在以下的缺陷或不足:带电射流在空中的运动是不稳定的，其轨迹呈现出强非线性性质，影响因素相当复杂，对环境和参数变量敏感，难以真正实现高精度的形貌控制，不能长期、稳定地获得特定蜿蜓结构。
[0008]传统静电纺丝装置，多采用恒定的直流电压，在喷头与收集版之间形成直流电场，喷射过程中，由于射流带同种电荷，导致产生相斥的库仑力，从而导致射流不稳定加剧，可控性降低；同时，由于带同种电荷，先沉积在基板上的纳米线(纳米丝)的电荷不能及时导走，其残余电荷将对射流产生排斥作用，影响沉积定位精度；再者，由于射流是在电场作用下产生定向运动，随着沉积厚度增加，基板导电率下降，喷头与基板之间的电场减弱，最终导致喷射停止。
[0009]综上所述，现有技术存在以下问题:
(1)传统喷印精度受到限制；
(2)静电喷印无法实现连续结构喷印，无法满足电子连接的要求；
(3)静电纺丝可控性差，难以实现精确图案化喷印，且纺丝连续时间有限制；
(4)采用预拉伸后喷印，再进行释放复原，从而获得蜿蜒结构的工艺方法需要附加工序，过程复杂。
【发明内容】
[0010]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能实现大面积蜿蜒结构，且能提高效率的一种基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法及其装置。
[0011]本发明所采用的技术方案是:
基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法，包括以下步骤:
A、向打印喷头提供原料，使得原料充满打印喷头；
B、控制打印喷头向打印基板喷射液滴并形成射流；
C、控制射流在水平电场作用下进行运动，使射流沉积在随水平X-Y运动平台移动的打印基板上，形成具有特定结构且具备微纳米直径的图案，由此制得所需的柔性可延展电路互联结构。
[0012]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的进一步改进，所述步骤B包括:
B1、控制打印喷头与打印基板之间产生竖直方向电场；
B2、控制打印喷头向位于打印喷头下方且随水平X-Y运动平台移动的打印基板喷射液滴；
B3、所述液滴在竖直方向电场下发生定向移动形成泰勒锥，并突破表面张力后形成射流。
[0013]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的进一步改进，所述水平电场由多个控制极板之间产生。
[0014]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的进一步改进，所述打印原料为液态物质。
[0015]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的进一步改进，所述打印基板采用导电材料或绝缘材料。
[0016]本发明的另一技术方案是:
基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置，包括控制器、信号发生器、电压放大器、打印喷头、原料供应装置、原料供应管、X-Y运动平台、打印基板和多个控制极板，所述控制器分别与信号发生器、原料供应装置和X-Y运动平台连接，所述信号发生器与电压放大器连接，所述电压放大器分别输出连接至打印喷头与多个控制极板，所述位于打印喷头下方的打印基板安装在X-Y运动平台上，所述设于打印基板周围的多个控制极板分别两两相对并垂直安装在X-Y运动平台上，所述原料供应装置通过原料供应管连接至打印喷头，所述打印基板与地连接。
[0017]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置的进一步改进，所述控制极板为导电极板，加载电压后可产生电场。
[0018]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置的进一步改进，所述打印基板采用导电材料或绝缘材料。
[0019]作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置的进一步改进，所述信号发生器为函数信号发生器，与电压放大器结合后，可产生任意波形、幅值和频率的直流或交流电场。
[0020]本发明的有益效果是:
本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法通过采取对射流主动控制方式，通过增设水平多方向的控制电场，使带电射流在交流电场、直流电场、重力场和机械动力的多场耦合复合作用下，实现控制射流在X-Y平面上任意一点的精确定位，从而制得所需的柔性可延展电路互联结构，而且本发明可连续喷印，可生成具备高延展性、高精度级的蜿蜒结构，尤其适用于柔性延展电路互联结构大面积的可靠制造。本发明能综合考虑静电喷印和静电纺丝的优缺点，通过采取技术手段，使原本难以精确定位沉积的静电纺丝技术在多耦合场的作用下具有可控性。
[0021]本发明的另一有益效果是:
本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置通过采用多对水平的控制极板产生水平多方向的控制电场，实现射流在X-Y平面上任意一点的精确定位，从而制得所需的柔性可延展电路互联结构。而且本发明采用函数信号发生器和电压放大器代替传统的高压直流电源，可以根据工艺需要，调整竖直方向上的电场类型和强度，从而克服射流带同种电荷的问题，控制喷印的稳定性和喷印产物的物理性能，同时提高沉积定位精度。本发明能综合考虑静电喷印和静电纺丝的优缺点，通过采取技术手段，使原本难以精确定位沉积的静电纺丝技术在多耦合场的作用下具有可控性。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
图1是本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的步骤流程图；
图2是本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法步骤B的步骤流程图；
图3是本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]参考图1，本发明基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法，包括以下步骤:
A、向打印喷头4提供原料，使得原料充满打印喷头4；
B、控制打印喷头4向打印基板9喷射液滴并形成射流；
C、控制射流在水平电场作用下进行运动，使射流沉积在随水平X-Y运动平台8移动的打印基板9上，形成具有特定结构且具备微纳米直径的图案，由此制得所需的柔性可延展电路互联结构。
[0024]参考图2，作为所述的基于电液耦合动力的柔性电路印刷方法的进一步改进，所述步骤B包括: B1、控制打印喷头4与打印基板9之间产生竖直方向电场；
B2、控制打印喷头4向位于打印喷头4下方且随水平X-Y运动平台8移动的打印基板9喷射液滴；
B3、所述液滴在竖直方向电场下发生定向移动形成泰勒锥，并突破表面张力后形成射流。
[0025]作为所述的基于电液耦合动力的