2019年2月17日，浙江衛(wèi)視播出的《智造將來》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)布了一項國內(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)合研究團隊公布了他們的最新原創(chuàng)成果——兩秒鐘，足以用來繪制一塊復(fù)雜精細(xì)的電路板！該研究團隊很早就提出了液態(tài)金屬可控印刷CAP技術(shù)原理，通過長期持續(xù)論證及試驗，最終實現(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。該聯(lián)合研究團隊由清華大學(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)用研究的開拓者與引領(lǐng)者，在此次新成果的基礎(chǔ)上，研究團隊與北京夢之墨科技有限公司合作，共同設(shè)計開發(fā)了首臺快速印刷電路樣機，成功將該技術(shù)付諸于工程實現(xiàn)，該項技術(shù)將為全球印刷電子行業(yè)開啟重大變革。

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)流程包括從開料到最終成形電測等十幾個步驟。生產(chǎn)工藝復(fù)雜、所需專業(yè)設(shè)備較多、環(huán)境污染問題嚴(yán)重，生產(chǎn)模式以以專業(yè)生產(chǎn)廠為主。經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)，部分廠商已具備二十四小時內(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，并與北京夢之墨科技有限公司合作開展電子電路打印機等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，已經(jīng)實現(xiàn)將印刷電路板的制作縮短至1小時內(nèi)。如今，研究組提出液態(tài)金屬CAP技術(shù)，是對這一理論體系的深化補充，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），通過對基材的特殊處理實現(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。

基于上述特點，北京夢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，將傳統(tǒng)工藝的十幾項步驟簡單縮減至兩步，使用設(shè)備簡化至激光打印機-液態(tài)金屬快速印刷機這兩類。

“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)快速印刷機即可形成液態(tài)金屬電子線路，而黑色部分保持不變。整個印刷過程，以一個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、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

同時，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、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)帶來了全新的思路，將推動整個行業(yè)進(jìn)入一個高速變革時代！無論從生產(chǎn)效率的提升、設(shè)備及工藝流程精簡、生產(chǎn)過程環(huán)保安全的角度，都有著其無可匹敵的優(yōu)勢。該技術(shù)將可大規(guī)模應(yīng)用在智能包裝和FPC天線、太陽能薄膜電池、柔性電子等領(lǐng)域。

此外，我們還了解到，科研團隊已經(jīng)在實驗室實現(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，我們身邊的每一個物件，桌椅、墻壁、水杯都將化身為一個個智能硬件，為我們提供更高品質(zhì)的生活體驗，未來已來！