柔性電路常見的制備方法及對比

涂嘉成　居吉喬　王菲

【摘要】柔性電子技術(shù)是一場全新的電子技術(shù)革命，近幾年柔性電子器件以其可彎曲、可延展等獨特的形變能力，成為了電子、力學(xué)、材料學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的研究熱點，吸引了大批研究人員的關(guān)注，而且柔性電子器件涉及領(lǐng)域也非常廣泛，在信息、能源、醫(yī)療、國防等眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】柔性電子 電路制備 對比

一、柔性電子概念

任何具有柔性的器件都可稱為柔性電子器件，且于此相關(guān)的材料也可以稱為柔性電子材料。柔性電子可以說是通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、靜電紡絲、轉(zhuǎn)移壓印等某些工藝，實現(xiàn)有機或無機電子材料或器件制作到柔性基材上，在器件基材可承受形變范圍內(nèi)，保持相同的性能被稱為柔性電子。而實現(xiàn)柔性電子的方法一般有以下四種：通過柔性材料本身來制作柔性器件；通過轉(zhuǎn)印技術(shù)，利用硅等硬薄膜條，在彈性軟基底上形成周期正弦曲線來獲得柔性；根據(jù)島橋結(jié)構(gòu)，用可彎曲導(dǎo)線把微電子連接起來獲得柔性；利用開放網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，將硅基半導(dǎo)體薄膜本身設(shè)計成開放網(wǎng)格式的結(jié)構(gòu)而獲得柔性。

二、柔性電路的制備

1.軟刻蝕法：軟刻蝕法是微接觸印刷技術(shù)、納米壓印技術(shù)、軟成型技術(shù)、溶劑輔助微模塑等的總稱，為平面和曲面上的微米和納米圖案提供了簡便、有效的低成本的制作途徑。微接觸印刷，主要用于結(jié)構(gòu)簡單的圖案可大規(guī)模的制備需求。基本原理是利用彈性模板結(jié)合自組裝單分子層技術(shù)在基片上印刷圖形。納米壓印，采用剛性模板代替彈性模板進行壓印的技術(shù)，包含彈性模板壓印和圖案轉(zhuǎn)移（或殘余光刻膠去除）兩個步驟。在基片涂上一層聚合物，使有刻有目標的納米圖形的硬質(zhì)板，在高于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度下，對基片聚合物涂層壓印，形成目標圖形。再脫去硬質(zhì)板而得到納米圖案。

2.絲網(wǎng)印刷：絲網(wǎng)印刷具有設(shè)備簡單、操作方便，印刷、制版簡易且成本低廉、適應(yīng)性強等優(yōu)點，在電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在柔性電路中是利用不同網(wǎng)孔目數(shù)的絲網(wǎng)制作成絲網(wǎng)模板，然后利用木制或鐵制的硬質(zhì)方框?qū)⒔z網(wǎng)四周固定，再將絲網(wǎng)拉伸。一般將基材貼附于硬質(zhì)平面上，將有圖案的絲網(wǎng)模板貼附在柔性基材上，接著將所制備的導(dǎo)電油墨涂覆在絲網(wǎng)圖案上，這樣就形成了導(dǎo)電圖案，從而制得柔性電路。

3.噴墨打印圖案化：是利用導(dǎo)電墨水，借助噴墨打印機將導(dǎo)電油墨打印成電路圖案。常用銀納米粒子等導(dǎo)電物質(zhì)制作成合適密度和粘度的墨水，借助打印機將電路圖案打印在柔性基材上，制備柔性電路。

4.激光定向燒結(jié)法：首先將氧化的石墨烯涂覆DVD盤的表面，待氧化石墨烯在光盤的表面形成一層薄膜后，用先設(shè)計好的激光路徑，在DVD光盤上做定向地?zé)Y(jié)的激光運動，讓激光的高溫把路徑下的氧化石墨烯還原，進而形成導(dǎo)電的還原石墨烯（rGO），最后形成還原石墨烯柔性電路。

5.Ag NWs/PDMS法：通過絲網(wǎng)印刷配制好Ag NWs漿料，然后在潔凈的玻璃基底表面印刷出所需制備的電路結(jié)構(gòu)，再通過真空烘烤150℃，加熱一小時后再徹底去除漿料中的有機溶劑，得到Ag NWs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖形。接著在印刷圖案表面澆筑新鮮配制的液態(tài)PDMS溶液，待PDMS溶液充分進入Ag NWs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的空隙中后，再用60℃低溫加熱4h固化PDMS，最后從玻璃基底表面整體剝離，即可得到了可拉伸的電路圖結(jié)構(gòu)。

6.Ag纖維法：模板法是指以模板為主體，構(gòu)造有效、可調(diào)控合成的納米材料的形貌、結(jié)構(gòu)和尺寸，能夠影響材料性能的一種合成方法。在Ag纖維柔性電路的制作中，先采用模板法制備Ag纖維，再將其放置于瑪瑙研缽中，經(jīng)4 8h充分的研磨。然后將混合有機溶劑加入研磨后Ag纖維中，進行研磨，得到配制的Ag纖維與混合型有機溶劑的漿料。最后將該Ag纖維/混合型有機溶劑漿料利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在PET柔性基板上印刷電路進行處理，并且在這個處理過程中要提供300℃的低溫環(huán)境，最后就可以制備Ag纖維柔性電路。

三、柔性電路制備方法比較

我們研究了常用的柔性電路制備方法并進行一個優(yōu)缺點比較，現(xiàn)在下表中列出。

雖然柔性電路的制備方法多樣，但是找到一種制備簡單的，成本低，無污染，等高效的制備方法才是我們對其方法研究探討的根本目的?？傊嵝噪娮訉W(xué)的出現(xiàn)為航天領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域，傳感器，微電子領(lǐng)域等注入了新活力，推動了電子領(lǐng)域的進一步發(fā)展。相信在不久的將來，我們可以看見柔性電子所做的電子產(chǎn)品在我們生活中實現(xiàn)，為我們生活帶來更便捷，更智能化的生活方式。