2019年2月17日，浙江衛(wèi)視播出的《智造將來(lái)》科普綜藝中，一家從事液態(tài)金屬材料及技術(shù)研發(fā)的公司，發(fā)布了一項(xiàng)國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的顛覆性技術(shù)——兩秒鐘打印電路。

兩秒鐘的時(shí)間，你能做什么？喝口水？眨一眨眼睛？或者稍微走走神...而近日，清華大學(xué)與中科院理化所液態(tài)金屬聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)公布了他們的最新原創(chuàng)成果——兩秒鐘，足以用來(lái)繪制一塊復(fù)雜精細(xì)的電路板！該研究團(tuán)隊(duì)很早就提出了液態(tài)金屬可控印刷CAP技術(shù)原理，通過(guò)長(zhǎng)期持續(xù)論證及試驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)了這一超快速制作印刷電路板的技術(shù)，并于近期在xxx上發(fā)表了xxx論文，引發(fā)不小轟動(dòng)。該聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)由清華大學(xué)教授、中科院理化所研究員劉靜博士領(lǐng)導(dǎo)，是全球范圍內(nèi)液態(tài)金屬材料及其應(yīng)用研究的開(kāi)拓者與引領(lǐng)者，在此次新成果的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)與北京夢(mèng)之墨科技有限公司合作，共同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了首臺(tái)快速印刷電路樣機(jī)，成功將該技術(shù)付諸于工程實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)將為全球印刷電子行業(yè)開(kāi)啟重大變革。

印刷電路板（PCB線路板），又稱印制電路板，是電子元器件電氣連接的提供者。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，印刷電路板廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，幾乎所有的電子設(shè)備中都包含相應(yīng)的印制電路板，在如今的電子工業(yè)中已經(jīng)占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治的地位。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖1 印刷電路板示意圖

歷經(jīng)上百年的發(fā)展，印刷電路技術(shù)已趨于成熟，傳統(tǒng)的印刷電路板生產(chǎn)流程包括從開(kāi)料到最終成形電測(cè)等十幾個(gè)步驟。生產(chǎn)工藝復(fù)雜、所需專業(yè)設(shè)備較多、環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，生產(chǎn)模式以以專業(yè)生產(chǎn)廠為主。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)改進(jìn)，部分廠商已具備二十四小時(shí)內(nèi)完成制作的能力，但在現(xiàn)有技術(shù)體系下也已經(jīng)到達(dá)瓶頸。

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圖2 傳統(tǒng)PCB生產(chǎn)工藝流程圖

是否印刷電路板的生產(chǎn)效率已經(jīng)到達(dá)極限？

早期，中科院理化所與清華大學(xué)聯(lián)合研究組就已提出將液態(tài)金屬用于電子增材制造的理論體系，出版了《液態(tài)金屬印刷電子學(xué)》、《液態(tài)金屬柔性電子技術(shù)》等學(xué)術(shù)專著，并與北京夢(mèng)之墨科技有限公司合作開(kāi)展電子電路打印機(jī)等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將印刷電路板的制作縮短至1小時(shí)內(nèi)。如今，研究組提出液態(tài)金屬CAP技術(shù)，是對(duì)這一理論體系的深化補(bǔ)充，進(jìn)一步將印刷電路的制作效率提升上千倍！液態(tài)金屬CAP技術(shù)即基于液態(tài)金屬材料的可控附著印刷技術(shù)（Controllable Adhesion Printing Technology），通過(guò)對(duì)基材的特殊處理實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬線路的精準(zhǔn)繪制，印制的速度可達(dá)60m/s，線路精度達(dá)到40μm，具有適用基材廣（如塑料，布料，紙張，玻璃，陶瓷，不銹鋼等）、速度快、精度高等特點(diǎn)。

基于上述特點(diǎn)，北京夢(mèng)之墨科技有限公司聯(lián)合研究組創(chuàng)建了一套全新的液態(tài)金屬快速印刷工藝，并設(shè)計(jì)研制了液態(tài)金屬快速印刷設(shè)備。在大幅度提升制作效率的同時(shí)，將傳統(tǒng)工藝的十幾項(xiàng)步驟簡(jiǎn)單縮減至兩步，使用設(shè)備簡(jiǎn)化至激光打印機(jī)-液態(tài)金屬快速印刷機(jī)這兩類。

“液態(tài)金屬快速印刷“主要包括激光打印底圖-CAP印刷兩大步驟：

1.?????? 激光打印底圖：采用經(jīng)過(guò)特殊處理后的紙張或聚合物作為打印基材，使用普通的激光打印機(jī)即可完成。如下圖所示，白色部分即為電子線路。

圖3 液態(tài)金屬電路底圖

2.????? CAP印刷：步驟1制作完成的液態(tài)金屬底圖中，白色部分經(jīng)快速印刷機(jī)即可形成液態(tài)金屬電子線路，而黑色部分保持不變。整個(gè)印刷過(guò)程，以一個(gè)A4幅面的電路板為例，僅需1~2秒。其中，使用的導(dǎo)電材料為專業(yè)配備的液態(tài)金屬油墨，具有導(dǎo)電率高、附著力強(qiáng)、安全環(huán)保等優(yōu)良特性。

圖4 液態(tài)金屬快速印刷原理樣機(jī)

同時(shí)，如下圖所示，由于選用基材為柔性可彎曲材料，液態(tài)金屬印刷電路技術(shù)可無(wú)縫應(yīng)用于柔性電路板的生產(chǎn)制作。

圖5 液態(tài)金屬印刷電路板

液態(tài)金屬快速印刷電路技術(shù)的出現(xiàn)，一方面滿足了桌面級(jí)、小批量快速制造的需求，另一方面為后期大批量生產(chǎn)制造奠定了基礎(chǔ)。新技術(shù)體系突破了當(dāng)前的技術(shù)瓶頸，為印刷電路制造業(yè)帶來(lái)了全新的思路，將推動(dòng)整個(gè)行業(yè)進(jìn)入一個(gè)高速變革時(shí)代！無(wú)論從生產(chǎn)效率的提升、設(shè)備及工藝流程精簡(jiǎn)、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保安全的角度，都有著其無(wú)可匹敵的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)將可大規(guī)模應(yīng)用在智能包裝和FPC天線、太陽(yáng)能薄膜電池、柔性電子等領(lǐng)域。

此外，我們還了解到，科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬半導(dǎo)體集成電路的快速打印。結(jié)合快速印刷電路技術(shù)，不難想象，功能電子器件的一體化成形技術(shù)已經(jīng)不遠(yuǎn)，未來(lái)的電子器件可以變得像墻紙一樣輕薄柔軟貼附在任何物體的表面。不久的將來(lái)，我們身邊的每一個(gè)物件，桌椅、墻壁、水杯都將化身為一個(gè)個(gè)智能硬件，為我們提供更高品質(zhì)的生活體驗(yàn)，未來(lái)已來(lái)！