织物印刷电路及其制造工艺的制作方法

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1.本发明涉及印刷电路技术领域，具体涉及一种织物印刷电路及其制造工艺。

背景技术：

2.喷墨印刷已经实现了在纸和塑料等基材上打印电路，目前，基于聚酰亚胺的柔性电路板已经用于制造电子设备，但仍有不舒适性和较高的硬度，而可穿戴电子设备高度需要可穿戴、舒适、灵活。
3.虽然也有通过纺织品的纤维结构提供可变形和坚实的支撑。然而，将电子元件与高度多孔、多尺度的三维纤维结构结合起来具有挑战性。织物表面结构非常不利于在纺织品上直接导电印刷，因为墨水不会均匀地分布在整个表面上；因此会发生不适当的连接，也不会实现合理的导电性。此外，外界水分和人体产生的汗液不可避免地对印刷电路产生破坏，影响电路的连接和稳定性。
4.因此，亟待一种织物印刷电路及其制造工艺，可提高印刷电路的加工质量，同时有效地保护电路。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种织物印刷电路及其制造工艺。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：织物印刷电路制造工艺包括以下步骤：
7.s00、通过导电物质制备导电墨水，该导电物质包括纳米银颗粒、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯及碳纳米管的其中一种或多种；
8.s10、将织物基底粘合至氧化铝板上，并在织物基底上印刷印刷介面层，用紫外线固化直至印刷介面层固化完成；
9.s20、采用导电墨水在印刷介面层上进行喷墨打印，以形成印刷电路；
10.s30、重复打印和烘干多次直至印刷电路清晰平整，形成印刷电路层，织物基底、印刷介面层及印刷电路层形成初步织物印刷电路板；
11.s40、采用有机硅封装初步织物印刷电路板并烘干固化，完成织物印刷电路板的制造。
12.工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，本技术通过印刷介面层来克服织物基底存在的粗糙和较多孔隙的问题，使得织物基底更加平坦且相对光滑，如此可极大地方便印刷电路的打印，从而可依据电路布局的图案进行灵活打印，也使得印刷电路打印时导电墨水可均匀分布在介面层上，不会发生不适当的连接，可实现合理的导电性；
13.2、与现有技术相比，本技术通过有机硅进行封装操作，形成封装层，可提供机械支撑，并具有良好电绝缘性，同时赋予了柔性电路防水、耐污、耐摩擦的特性，适用于物联网应用的可穿戴设备。
14.进一步地，步骤s00中，将纳米银颗粒与热固型树脂均匀混合；将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐的水溶液与二甲亚砜搅拌混合，并蒸发浓缩；将石墨烯和碳纳米管溶于水或者有机溶剂，使得外界水分和人体产生的汗液不会对印刷电路产生破坏，很好地保证了印刷电路的连接稳定性。
15.进一步地，热固型树脂包括环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯。
16.进一步地，有机溶剂包括乙醇、异丙醇、乙二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、n,n-二甲基甲酰胺及n-甲基吡咯烷酮。
17.进一步地，步骤s10中，印刷印刷介面层采用聚氨酯乳液或丙烯酸树脂或硅树脂。上述材料结构中可引入丰富的亲水基团，可以降低表面张力，并且有耐高低温、耐有机溶剂、环保的优异特性。
18.进一步地，步骤s40中，有机硅和固化剂的重量比为10:1。
19.进一步地，步骤s40中，有机硅包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷，氨基硅氧烷。上述材料有优越的光学透明性、生物相容性、亲肤柔软性。
20.进一步地，步骤s30中，烘干固化的温度为110～130℃，烘干固化的时间为20～60min。
21.进一步地，步骤s10中，织物基底为100％棉或涤棉混纺面料。上述材料吸湿透气，有良好的可拉伸性和柔性。
22.一种织物印刷电路，通过上述的织物印刷电路制造工艺制备而成。
附图说明
23.图1是本发明方法的流程图；
24.图2是本发明织物印刷电路的结构图；
25.图3是本发明印刷电路的一种实施方式示意图。
26.图中，1、织物基底；2、印刷介面层；3、印刷导电层；4、封装层。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
29.实施例1
30.如图1-3所示，本织物印刷电路制造工艺包括以下步骤：
31.s00、通过导电物质制备导电墨水，该导电物质包括纳米银颗粒、聚(3,4-乙烯二氧
噻吩)聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯及碳纳米管的其中一种或多种；
32.其中，导电物质为纳米银颗粒、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(pedot：pss)、石墨烯、碳纳米管等；电阻可低至15-25ω/m，印刷线宽低至0.75mm。
33.优选地，纳米银颗粒与热固型树脂均匀混合；热固型树脂包括但不限于环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯等。
34.优选地，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(pedot：pss)水溶液与二甲亚砜(dmso)混合后蒸发浓缩；
35.优选地，石墨烯和碳纳米管溶于水或者有机溶剂。有机溶剂包括但不限于乙醇、异丙醇、乙二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)等的水溶液。
36.s10、将织物基底1粘合至氧化铝板上，并在织物基底1上印刷印刷介面层2，用紫外线固化直至印刷介面层2固化完成；
37.其中，织物基底1织物材料为100％棉或者涤棉混纺面料，具有舒适柔软透气的特点，并提供一定的弹性和良好的恢复性。
38.在本实施例中，使用半自动丝网印刷机在所有织物基底1上印刷介面层2。将织物基底1粘合到氧化铝板上以在印刷过程中提供机械支撑，印刷使用聚氨酯乳液，厚度为40μm，随之聚氨酯介面层被紫外线固化30秒。优选地，印刷介面层2包括但不限于聚氨酯、丙烯酸树脂和硅树脂。
39.s20、采用导电墨水在印刷介面层2上进行喷墨打印，以形成印刷电路；
40.其中，印刷导电层3通过喷墨打印机进行喷墨打印。打印机以预定义的图案将导电墨水沉积到基材上。喷射过程全数字化，因此易于配置。
41.s30、重复打印和烘干多次直至印刷电路清晰平整，形成印刷电路层，织物基底1、印刷介面层2及印刷电路层形成初步织物印刷电路板；
42.其中，印刷电路布局后，在热烘箱中进行固化，固化温度为110-130℃，固化时间为20-60分钟。进行多层印刷及固化，直到织物表面电路清晰平整。
43.s40、采用有机硅和固化剂封装初步织物印刷电路板并烘干固化，完成织物印刷电路板的制造。
44.其中，将整个织物电路板用聚二甲基硅氧烷(pdms)等有机硅封装，加成型聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂的重量比为10:1，在50℃烘箱中烘干固化3-4小时。
45.优选地，有机硅可用聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷，氨基硅氧烷。上述材料有优越的光学透明性、生物相容性、亲肤柔软性。
46.实施例2
47.本实施例基于实施例1，具体为：
48.pedot:pss水溶液与5wt％二甲亚砜(dmso)搅拌混合，然后在60℃真空蒸发70％水分。使用半自动丝网印刷机在所有织物上印刷介面层2。将织物基底1粘合到氧化铝板上以在印刷过程中提供机械支撑，使用聚氨酯乳液(厚度为40微米)，聚氨酯介电层被紫外线固化30秒。导电层通过喷墨打印机进行喷墨打印。打印机以预定义的图案将浓缩的pedot:pss溶液沉积到基材上。印刷电路布局后，在热烘箱中以120℃烧结30分钟。打印和烘干重复2次，直到织物表面电路清晰平整。
49.实施例3
50.与实施例2的区别在于，本实施例不进行介面层的打印，直接将浓缩的pedot:pss溶液打印在基材上，印刷电路布局后，在热烘箱中以120℃烧结40分钟。打印和烘干重复5次，直到织物表面电路清晰平整。
51.实施例4
52.使用半自动丝网印刷机在所有织物基底1上印刷介面层2。将织物基底1粘合到氧化铝板上以在印刷过程中提供机械支撑，使用聚氨酯乳液(厚度为40微米)，聚氨酯介面层被紫外线固化30秒。将10％银含量的银浆置于墨盒，打印机以预定义的图案将浓缩的pedot:pss溶液沉积到基材上。印刷电路布局后，在热烘箱中以130℃烧结20分钟。打印和烘干重复2次，直到织物表面电路清晰平整。
53.实施例5
54.与实施例2的区别在于，不进行介面层的打印，直接将10％银含量的银浆打印在织物基底1上，印刷电路布局后，在热烘箱中以120℃烧结40分钟。打印和烘干重复4次，直到织物表面电路清晰平整。
55.实施例6
56.本实施例基于实施例2-5可得到如图3所示的印刷电路布局，针对同一条通路，测量其电阻和厚度。如下表1所示：
57.实施例薄层电阻/mω打印次数/次封装前厚度/μm线宽/mm23362580.7535255450.7545012640.7557624480.75
58.表1
59.可见，对于不同的导电墨水(纳米银溶液和pedot:pss溶液)，介面层的存在可以帮助减少打印次数，获得平整的表面和更低的薄层电阻。而没有介面层普遍电阻较高且打印次数多。
60.实施例7
61.本实施例基于实施例2-5，验证织物电路的可洗性。将实施例2到5中的织物电路(封装后)置于商用洗衣机中，用商用洗涤剂在50℃下洗涤60分钟，洗涤五次，洗涤前后的薄层电阻变化如下表2：
62.实施案例洗涤前电阻r0/mω洗涤后电阻r/mω电阻变化率(r-r0)/r0一3363166.0％二52545114.1％三5014912.0％四7626939.1％
63.表2
64.可见，印刷介面层2的织物电路对导电层起到保护作用，可以耐水洗和机械摩擦。在机洗测试中，对于印刷纳米银墨水的电路，印有介面层(实施例4)的电阻变化率可低至2％，无介面层的电阻变化率为9.1％。对印刷pedot:pss材料的电路，电阻变化率达到
14.1％。
65.实施例8
66.一种织物印刷电路，通过实施例1或实施例2或实施例4的织物印刷电路制造工艺制备而成。
67.本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
68.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
69.尽管本文较多地使用了织物基底1、印刷介面层2、印刷导电层3、封装层4等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
70.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.织物印刷电路制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：s00、通过导电物质制备导电墨水，该导电物质包括纳米银颗粒、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯及碳纳米管的其中一种或多种；s10、将织物基底粘合至氧化铝板上，并在所述织物基底上印刷印刷介面层，用紫外线固化直至印刷介面层固化完成；s20、采用所述导电墨水在所述印刷介面层上进行喷墨打印，以形成印刷电路；s30、重复打印和烘干多次直至印刷电路清晰平整，形成印刷电路层，所述织物基底、所述印刷介面层及所述印刷电路层形成初步织物印刷电路板；s40、采用有机硅封装所述初步织物印刷电路板并烘干固化，完成织物印刷电路板的制造。2.根据权利要求1所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s00中，将纳米银颗粒与热固型树脂均匀混合；将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐的水溶液与二甲亚砜搅拌混合，并蒸发浓缩；将石墨烯和碳纳米管溶于水或者有机溶剂。3.根据权利要求2所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，所述热固型树脂包括环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯、双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯。4.根据权利要求2所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇、乙二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、n,n-二甲基甲酰胺及n-甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求1所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s10中，印刷印刷介面层采用聚氨酯乳液或丙烯酸树脂或硅树脂。6.根据权利要求1所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s40中，所述有机硅和所述固化剂的重量比为10:1。7.根据权利要求1所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s40中，所述有机硅包括聚二甲基硅氧烷、甲基乙烯基硅氧烷。8.根据权利要求1-7任意一项所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s30中，烘干固化的温度为110～130℃，烘干固化的时间为20～60min。9.根据权利要求1-7任意一项所述的织物印刷电路制造工艺，其特征在于，步骤s10中，所述织物基底为100％棉或涤棉混纺面料。10.一种织物印刷电路，其特征在于，通过权利要求1-9任意一项所述的织物印刷电路制造工艺制备而成。

技术总结

本发明涉及织物印刷电路制造工艺，该方案包括以下步骤：通过导电物质制备导电墨水，该导电物质包括纳米银颗粒、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯及碳纳米管；将织物基底粘合至氧化铝板上，并在织物基底上印刷印刷介面层，用紫外线固化直至印刷介面层固化完成；采用导电墨水在印刷介面层上进行喷墨打印，以形成印刷电路；重复打印和烘干多次直至印刷电路清晰平整，形成印刷电路层，织物基底、印刷介面层及印刷电路层形成初步织物印刷电路板；采用有机硅和固化剂封装初步织物印刷电路板并烘干固化，完成织物印刷电路板的制造。本申请克服了现有技术存在的缺陷，具有舒适透气、防水耐污及舒适性好的优点。防水耐污及舒适性好的优点。防水耐污及舒适性好的优点。