《智造将来》现颠覆性技术——秒级电路打印成为现实

2019年2月17日，浙江卫视播出的《智造将来》科普综艺中，一家从事液态金属材料及技术研发的公司，发布了一项国内外首创的颠覆性技术——两秒钟打印电路。

两秒钟的时间，你能做什么？喝口水？眨一眨眼睛？或者稍微走走神...而近日，清华大学与中科院理化所液态金属联合研究团队公布了他们的最新原创成果——两秒钟，足以用来绘制一块复杂精细的电路板！该研究团队很早就提出了液态金属可控印刷CAP技术原理，通过长期持续论证及试验，最终实现了这一超快速制作印刷电路板的技术，并于近期在xxx上发表了xxx论文，引发不小轰动。该联合研究团队由清华大学教授、中科院理化所研究员刘静博士领导，是全球范围内液态金属材料及其应用研究的开拓者与引领者，在此次新成果的基础上，研究团队与北京梦之墨科技有限公司合作，共同设计开发了首台快速印刷电路样机，成功将该技术付诸于工程实现，该项技术将为全球印刷电子行业开启重大变革。

印刷电路板（PCB线路板），又称印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。随着电子技术的快速发展，印刷电路板广泛应用于各个领域，几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板，在如今的电子工业中已经占据绝对统治的地位。

                                               图1 印刷电路板示意图

历经上百年的发展，印刷电路技术已趋于成熟，传统的印刷电路板生产流程包括从开料到最终成形电测等十几个步骤。生产工艺复杂、所需专业设备较多、环境污染问题严重，生产模式以以专业生产厂为主。经过不断的技术改进，部分厂商已具备二十四小时内完成制作的能力，但在现有技术体系下也已经到达瓶颈。

 

图2 传统PCB生产工艺流程图

是否印刷电路板的生产效率已经到达极限？

早期，中科院理化所与清华大学联合研究组就已提出将液态金属用于电子增材制造的理论体系，出版了《液态金属印刷电子学》、《液态金属柔性电子技术》等学术专著，并与北京梦之墨科技有限公司合作开展电子电路打印机等产品的研发生产，已经实现将印刷电路板的制作缩短至1小时内。如今，研究组提出液态金属CAP技术，是对这一理论体系的深化补充，进一步将印刷电路的制作效率提升上千倍！液态金属CAP技术即基于液态金属材料的可控附着印刷技术（Controllable Adhesion Printing Technology），通过对基材的特殊处理实现液态金属线路的精准绘制，印制的速度可达60m/s，线路精度达到40μm，具有适用基材广（如塑料，布料，纸张，玻璃，陶瓷，不锈钢等）、速度快、精度高等特点。

基于上述特点，北京梦之墨科技有限公司联合研究组创建了一套全新的液态金属快速印刷工艺，并设计研制了液态金属快速印刷设备。在大幅度提升制作效率的同时，将传统工艺的十几项步骤简单缩减至两步，使用设备简化至激光打印机-液态金属快速印刷机这两类。

“液态金属快速印刷“主要包括激光打印底图-CAP印刷两大步骤：

1.       激光打印底图：采用经过特殊处理后的纸张或聚合物作为打印基材，使用普通的激光打印机即可完成。如下图所示，白色部分即为电子线路。

图3 液态金属电路底图

2.      CAP印刷：步骤1制作完成的液态金属底图中，白色部分经快速印刷机即可形成液态金属电子线路，而黑色部分保持不变。整个印刷过程，以一个A4幅面的电路板为例，仅需1~2秒。其中，使用的导电材料为专业配备的液态金属油墨，具有导电率高、附着力强、安全环保等优良特性。

图4 液态金属快速印刷原理样机

同时，如下图所示，由于选用基材为柔性可弯曲材料，液态金属印刷电路技术可无缝应用于柔性电路板的生产制作。

图5 液态金属印刷电路板

液态金属快速印刷电路技术的出现，一方面满足了桌面级、小批量快速制造的需求，另一方面为后期大批量生产制造奠定了基础。新技术体系突破了当前的技术瓶颈，为印刷电路制造业带来了全新的思路，将推动整个行业进入一个高速变革时代！无论从生产效率的提升、设备及工艺流程精简、生产过程环保安全的角度，都有着其无可匹敌的优势。该技术将可大规模应用在智能包装和FPC天线、太阳能薄膜电池、柔性电子等领域。

此外，我们还了解到，科研团队已经在实验室实现了液态金属半导体集成电路的快速打印。结合快速印刷电路技术，不难想象，功能电子器件的一体化成形技术已经不远，未来的电子器件可以变得像墙纸一样轻薄柔软贴附在任何物体的表面。不久的将来，我们身边的每一个物件，桌椅、墙壁、水杯都将化身为一个个智能硬件，为我们提供更高品质的生活体验，未来已来！