立體電路的制作方法及熱固性噴涂溶液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種立體電路的制作方法，包括以下步驟：通過選擇性激光燒結(jié)方法生成原型件；用含有可溶性金屬絡(luò)合物的熱固性噴涂溶液對所述原型件表面進行噴涂處理并固化，形成表面可被激光活化的覆膜；用激光對所述覆膜進行預(yù)定的選擇性掃描以形成表面活化區(qū)域；通過化學(xué)鍍在所述表面活化區(qū)域形成導(dǎo)電線路。在應(yīng)用選擇性激光燒結(jié)方法獲得原型件的基礎(chǔ)上，利用熱固性溶液在原型件表面覆膜并以激光活化，既克服傳統(tǒng)SLS加工材料對應(yīng)用帶來的限制，又可實現(xiàn)表面復(fù)雜的基體成型而不受外形限制,有效滿足激光活化及導(dǎo)電線路快速制作成型的要求。
【專利說明】立體電路的制作方法及熱固性噴涂溶液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種立體電路的制作方法及熱固性噴涂溶液。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于電子電器和機電產(chǎn)品制造工藝和相應(yīng)的材料技術(shù)，追求的方向為柔性、環(huán)保、 快速、節(jié)能。業(yè)界開發(fā)出稱為 3D-MID(Three_dimensional moulded interconnect device or electronic assemblies)的技術(shù)，該技術(shù)在塑膠表面成型精密和緊密的導(dǎo)電圖案，電子 元器件可以直接焊接在塑膠外殼或者內(nèi)殼上，形成無印刷電路板的電子電器和機電一體化 產(chǎn)品。該技術(shù)應(yīng)用于立體電路的制作，為電子電器產(chǎn)品及機電產(chǎn)品節(jié)省電路空間，實現(xiàn)電路 的柔性化制造。其主要領(lǐng)域為：通訊器材天線、消費電子、醫(yī)療器械等對空間需求、精密性有 較高要求的領(lǐng)域。
[0003] 傳統(tǒng)3D-MID的工藝流程主要包括三步：步驟一，采用一種激光塑膠原料注塑或者 壓鑄成塑膠件；步驟二，激光設(shè)備按用戶設(shè)計好的CAD文件，掃描塑膠件，形成導(dǎo)電圖案，此 步驟成為激光處理或激光活化；步驟三，經(jīng)過激光處理的塑膠件化學(xué)鍍增厚金屬層。
[0004] 傳統(tǒng)3D-MID技術(shù)采用注塑的方式制造電路載體，受到載體外形的限制，同時注塑 件成型時間較長，不利于快速MID器件的快速加工與測試。
[0005] 另一種成型工藝，傳統(tǒng)選擇性激光燒結(jié)（SLS)技術(shù)主要包括：基體模型通過切片 處理導(dǎo)入設(shè)備中進行加工，激光選擇性燒結(jié)設(shè)備分層制造切片模型并在熱熔狀態(tài)下完成層 之間的結(jié)合，依次疊加完成整個原型件的制作。
[0006] SLS技術(shù)的應(yīng)用使得復(fù)雜模型可以實現(xiàn)快速成型，且各方面性能達到注塑件標(biāo)準(zhǔn)， 成型件可以直接使用。
[0007] 然而，傳統(tǒng)SLS制件不能滿足激光表面活化的要求，同時也沒有能夠有效融合SLS 工藝的激光設(shè)備，所以無法通過傳統(tǒng)SLS技術(shù)制造塑膠件內(nèi)部含電路的產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的立體電路的制作方 法。
[0009] 另一目的是提供一種用于所述立體電路的制作方法能獲得優(yōu)異效果的熱固性噴 涂溶液。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0011] -種立體電路的制作方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟一、通過選擇性激光燒結(jié)方法生成原型件；
[0013] 步驟二、用含有可溶性金屬絡(luò)合物的熱固性噴涂溶液對所述原型件表面進行噴涂 處理并固化，形成表面可被激光活化的覆膜；
[0014] 步驟三、用激光對所述覆膜進行預(yù)定的選擇性掃描以形成表面活化區(qū)域；
[0015] 步驟四、通過化學(xué)鍍在所述表面活化區(qū)域形成導(dǎo)電線路。
[0016] 優(yōu)選地，所述熱固性噴涂溶液按質(zhì)量份計含有以下成分：（1)熱固性載體母膠 35?65質(zhì)量份；（2)氨基樹脂15?30質(zhì)量份；（3)金屬絡(luò)合物0. 5?10質(zhì)量份；(4)無 機功能填料15?25質(zhì)量份；(5)芳烴溶劑3?5質(zhì)量份；(6)二丙酮醇3?5質(zhì)量份；(7) 二甲苯2?4質(zhì)量份；(8)消泡劑0· 1?0. 7質(zhì)量份；(9)分散劑0. 1?2質(zhì)量份；（10)流 平劑0. 1?1質(zhì)量份。
[0017] 優(yōu)選地，所述金屬絡(luò)合物為銅、鋁、鋅或鎳的絡(luò)合物。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟一中，采用波長為10.6 μ m、功率為10W?40W的二氧化碳紅外激 光器進行選擇性激光燒結(jié)，其中激光掃描速率3?5m/s，光斑直徑0. 5mm，X、Y、Z軸加工收縮 補償率 X 為 2. 85 ?3·82%、Υ 為 2· 85 ?3.82%、Ζ(0)為 2. 10 ?3.22%、Ζ (300)為 1.47 ? 2· 44%，其中Ζ(0)指在Ζ軸坐標(biāo)0mm位置的收縮補償率，Ζ (300)指在Ζ軸坐標(biāo)300mm位置 的收縮補償率，Z方向其余層收縮率根據(jù)Z(0)、Z (300)值呈線性規(guī)律分布，激光光斑補償參 數(shù)為 0· 15 ?0· 35_。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟三中，采用功率為10?40W、波長為10. 6 μ m的近紅外激光設(shè)備 或功率為3?10W、波長為1060?1090mn的紫外激光設(shè)備進行激光掃描，掃描線寬〇. lmm 左右，最小間距0. 2mm左右。更優(yōu)選地，所述激光設(shè)備具有χ/γ掃描振鏡且設(shè)置成在垂直于 待活化表面的Z軸上可變焦。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟三中，表面激光活化對所述原型件表面的燒蝕厚度保持在20? 25 μ m左右。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟四中，在進行化學(xué)鍍之前還包括對所述原型件的表面進行除油 和浸泡穩(wěn)定處理。更優(yōu)選地，所述浸泡穩(wěn)定處理采用含10%甲醛的水溶液，在室溫下浸泡 lmin。
[0022] 優(yōu)選地，所述除油采用以下去油配方，其中氫氧化鈉100g/L，磷酸三鈉166.6g/L， 碳酸鈉 l〇〇g/L，以及洗滌劑16. 6g/L。
[0023] 優(yōu)選地，化學(xué)鍍采用以下鍍液配方，其中含有硫酸銅10g/L，酒石酸鈉鉀50g/L，氫 氧化鈉10?12g/L，碳酸鈉5g/L，氯化鎳lg/L,以及甲醛10?15ml/L。
[0024] -種用于所述立體電路的制作方法的熱固性噴涂溶液，所述熱固性噴涂溶液按 質(zhì)量份計含有以下成分：（1)熱固性載體母膠35?65質(zhì)量份；（2)氨基樹脂15?30質(zhì)量 份；(3)金屬絡(luò)合物〇· 5?10質(zhì)量份；(4)無機功能填料15?25質(zhì)量份；(5)芳烴溶劑3? 5質(zhì)量份；(6)二丙酮醇3?5質(zhì)量份；(7)二甲苯2?4質(zhì)量份；(8)消泡劑0. 1?0. 7質(zhì) 量份；（9)分散劑0· 1?2質(zhì)量份；（10)流平劑0. 1?1質(zhì)量份。
[0025] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
[0026] 本發(fā)明采用SLS技術(shù)快速成型原型件，用熱固性噴涂溶液涂覆原型件表面，并通 過激光對覆膜表面活化，經(jīng)化學(xué)鍍，完成立體電路制作，該制作方法有效改善了傳統(tǒng)MID及 SLS工藝的不足，利用熱固性溶液在原型件表面覆膜并以激光活化，克服傳統(tǒng)SLS加工材料 對應(yīng)用帶來的限制，有效滿足激光活化及導(dǎo)電線路成型要求，滿足零件對于導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能 的需求。特別是，本發(fā)明在SLS工藝形成原型件的基礎(chǔ)上，采用表面噴涂覆膜并激光活化的 方式，擴展了現(xiàn)有SLS技術(shù)的應(yīng)用范圍，既克服SLS技術(shù)在材料上的限制，又克服傳統(tǒng)MID 技術(shù)在加工外形上和成型速度上的限制。一方面，本發(fā)明可取代傳統(tǒng)MID注塑工藝并取得 更好的快速加工成型效果，另一方面，本發(fā)明提出的表面覆膜活化方法使得在應(yīng)用SLS工 藝的基礎(chǔ)上，在不改變原始加工材料即可實現(xiàn)立體電路制作，且實現(xiàn)快速的原型件的表面 金屬化。本發(fā)明的這種表面覆膜活化工藝的優(yōu)點具體體現(xiàn)在：（1)立體電路的快速制作，制 作周期短；(2)實現(xiàn)表面復(fù)雜的基體成型，不受外形限制；(3)加工靈活，表面覆膜可控。 [0027] 本發(fā)明制作立體電路具有傳統(tǒng)MID技術(shù)與SLS快速成型技術(shù)的優(yōu)點，但又消除了 各自的缺點，能夠降低產(chǎn)業(yè)普及成本，并使得立體電路制造工藝的最終產(chǎn)品質(zhì)量能夠最優(yōu) 化且具有性價比優(yōu)勢，將極大促進激光快速成型技術(shù)的發(fā)展。作為新的立體電路制作工藝， 本發(fā)明為光機電一體化產(chǎn)品提供環(huán)保、環(huán)境友好、柔性智能的制造方法，可廣泛適用于汽 車、航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域的電子電路產(chǎn)品制作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明立體電路的制作方法實施例的流程圖。

【具體實施方式】
[0029] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示 例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0030] 在一些實施例里，一種立體電路的制作方法如圖1所示，包括以下步驟。
[0031] 步驟一、通過選擇性激光燒結(jié)SLS方法生成原型件。
[0032] 激光選擇性燒結(jié)制備原型件的工藝參數(shù)如下：
[0033] 采用激光選擇性燒結(jié)設(shè)備來制造原型件，可采用波長10. 6 μ m、功率10W?40W的 二氧化碳紅外激光器作為燒結(jié)源，激光掃描速率3?5m/S，光斑直徑0. 5mm，X、Y、Z軸加工 收縮補償率 X 為 2· 85 ?3· 82%、Y 為 2· 85 ?3· 82%、Z(0)為 2. 10 ?3. 22%、Z(300)為 1. 47?2. 44%，其中Z (0)指在Z軸坐標(biāo)0mm位置的收縮補償率，Z (300)指在Z軸坐標(biāo)300mm 位置的收縮補償率，Z方向其余層收縮率根據(jù)Z(0)、Z (300)值呈線性規(guī)律分布，激光光斑補 償參數(shù)為〇· 15?0· 35mm。
[0034]原型件加工完成后，可通過噴砂、水磨等后處理方式清理原型件表面附著的粉末。 [0035]走鑒用含有可溶性金屬絡(luò)合物的熱固性噴涂溶液對所述原型件表面進行噴涂 處理并固化，形成表面可被激光活化的覆膜。
[0036]傳統(tǒng)SLS制件的應(yīng)用及性能受到材料的限制，通過在SLS原型件表面噴涂覆膜材 料可以彌補這一缺陷，使得MID制件的加工不受到SLS技術(shù)現(xiàn)有材料的限制。噴涂的熱固 性覆膜溶液附著于SLS原型件，故可以無需調(diào)整傳統(tǒng)的SLS材料組分，使得傳統(tǒng)SLS技術(shù)可 以不受現(xiàn)有成型材料限制而用于制造立體電路基體，只需通過在原型件表面噴涂熱固性溶 液即可完成原型件的表面改性環(huán)節(jié)。
[0037]在熱固性溶液中有可溶性金屬絡(luò)合物（改性金屬復(fù)合物），金屬絡(luò)合物可為銅、 鋁、鋅、鎳等的絡(luò)合物，還可以包括降粘劑、流平劑、金屬還原輔助劑。在一種優(yōu)選的實施例 中，熱固性溶液中含有：（1)熱固性載體母膠，占溶液35?65質(zhì)量份；(2)氨基樹脂，占溶 液15? 3〇質(zhì)量份；(3)金屬絡(luò)合物，占溶液〇. 5?10質(zhì)量份；(4)無機功能填料，占溶液 15?25質(zhì)量份；(5)芳徑溶劑，占溶液3?5質(zhì)量份；(6)二丙酮醇，占溶液3-5質(zhì)量份； (7)二甲苯，占溶液2?4質(zhì)量份；(8)消泡劑，占溶液〇.1?〇.7質(zhì)量份；(9)分散劑，占溶 液0· 1?2質(zhì)量份；（10)流平劑，占溶液0· 1?1質(zhì)量份。熱固性溶液均勻混合后，可采用 0· 5?1mm 口徑氣動噴槍進行表面噴涂覆膜。
[0038] 在后續(xù)過程中，通過激光表面活化去除包裹金屬絡(luò)合物的材料可使金屬離子成游 離態(tài)，再與化學(xué)鍍?nèi)芤荷杀砻鎸?dǎo)電層。使金屬絡(luò)合物具有上述優(yōu)選含量，可優(yōu)化化學(xué)鍍過 程中金屬沉積速率（含量更高將使金屬沉積速率變慢）。
[0039] 無機功能填料可以為丙烯酸或環(huán)氧樹脂，用于填充由選擇性激光燒結(jié)加工原理所 導(dǎo)致的粗糙表面、固化后增加表面硬度。
[0040] 歩蘧三、用激光對所述覆膜進行預(yù)定的選擇性掃描以形成表面活化區(qū)域。
[0041] 激光設(shè)備和激光掃描覆膜原型件的工藝參數(shù)如下：
[0042] 可采用近紅外激光設(shè)備或者紫外激光設(shè)備，優(yōu)選功率10?40W、波長10. 6 μ m的近 紅外激光機，或功率3?10W、波長1060?1090nm的紫外激光機。優(yōu)選地，掃描線寬0. 1mm 左右，最小間距0· 2mm左右。激光瞬時能量高于表面覆膜層中金屬絡(luò)合物熱解閾值時，使得 金屬絡(luò)合物分解并產(chǎn)生金屬離子。
[0043] 優(yōu)選地，表面激光活化對原型件表面的燒蝕厚度保持在20?25 μ m左右。優(yōu)選地， 激光機具備Z軸變焦功能，適應(yīng)塑膠表面凹凸不平的特點，自動調(diào)整，使得光斑大小和圓度 不變。
[0044] 在較佳的實施例中，激光化學(xué)設(shè)備采用X/Y振鏡掃描，具有可轉(zhuǎn)動平臺基座，具有 激光Z軸變焦功能，快速準(zhǔn)確地完成對三維原型件的選擇性區(qū)域表面活化。
[0045] 通過激光表面活化處理后，原型件表面完成了粗化過程，在原型件表面出現(xiàn)金屬 絡(luò)合物薄層。
[0046] 步驟四、通過化學(xué)鍍線路成型工藝，在所述表面活化區(qū)域形成導(dǎo)電線路。
[0047] 通過化鍍工藝產(chǎn)生導(dǎo)電銅層，經(jīng)過除油、穩(wěn)定、化學(xué)鍍過程，最終形成10?20 厚度的導(dǎo)電銅層。對銅層厚度有特殊要求的情況，可以根據(jù)實際調(diào)整化鍍的時長，或后續(xù)通 過電鍍的方式加厚導(dǎo)電層。
[0048] (1)除油：優(yōu)選以表1所示去油配方脫去原型件表面油脂，降低其表面張力，賦予 其表面親水性；
[0049] 表1原型件表面堿性去油配方
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種立體電路的制作方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、通過選擇性激光燒結(jié)方法生成原型件； 步驟二、用含有可溶性金屬絡(luò)合物的熱固性噴涂溶液對所述原型件表面進行噴涂處理 并固化，形成表面可被激光活化的覆膜； 步驟三、用激光對所述覆膜進行預(yù)定的選擇性掃描以形成表面活化區(qū)域； 步驟四、通過化學(xué)鍍在所述表面活化區(qū)域形成導(dǎo)電線路。
2. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述熱固性噴涂溶液按質(zhì)量份計含有 以下成分：（1)熱固性載體母膠35?65質(zhì)量份；（2)氨基樹脂15?30質(zhì)量份；（3)金屬 絡(luò)合物〇. 5?10質(zhì)量份；(4)無機功能填料15?25質(zhì)量份；（5)芳烴溶劑3?5質(zhì)量份； (6)二丙酮醇3?5質(zhì)量份；（7)二甲苯2?4質(zhì)量份；（8)消泡劑0. 1?0. 7質(zhì)量份；（9) 分散劑0. 1?2質(zhì)量份；（10)流平劑0. 1?1質(zhì)量份。
3. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述金屬絡(luò)合物為銅、鋁、鋅或鎳的絡(luò) 合物。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的制作方法，其特征在于，所述步驟一中，采用波長為 10. 6 μ m、功率為10W?40W的二氧化碳紅外激光器進行選擇性激光燒結(jié)，其中激光掃描速 率3?5m/s，光斑直徑0. 5mm，X、Y、Z軸加工收縮補償率X為2. 85?3. 82 %、Y為2. 85? 3. 82%、Z(0)為 2. 10 ?3. 22%、Z (300)為 1. 47 ?2. 44%，其中 Z(0)指在 Z 軸坐標(biāo) 0mm 位 置的收縮補償率，Z (300)指在Z軸坐標(biāo)300mm位置的收縮補償率，Z方向其余層收縮率根據(jù) Z (0)、Z (300)值呈線性規(guī)律分布，激光光斑補償參數(shù)為0. 15?0. 35mm。
5. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的制作方法，其特征在于，所述步驟三中，采用功率為 10?40W、波長為10. 6 μ m的近紅外激光設(shè)備或功率為3?10W、波長為1060?1090nm的 紫外激光設(shè)備進行激光掃描，掃描線寬〇. 1_左右，最小間距〇. 2_左右；優(yōu)選地，所述激光 設(shè)備具有X/Y掃描振鏡且設(shè)置成在垂直于待活化表面的Z軸上可變焦。
6. 如權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步驟三中，表面激光活化對所述原 型件表面的燒蝕厚度保持在20?25 μ m左右。
7. 如權(quán)利要求1至6任一項所述的制作方法，其特征在于，所述步驟四中，在進行化學(xué) 鍍之前還包括對所述原型件的表面進行除油和浸泡穩(wěn)定處理，優(yōu)選地，所述浸泡穩(wěn)定處理 采用含10%甲醒的水溶液，在室溫下浸泡lmin。
8. 如權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述除油采用以下去油配方，其中氫氧 化鈉 l〇〇g/L，磷酸三鈉166. 6g/L，碳酸鈉100g/L，以及洗滌劑16. 6g/L。
9. 如權(quán)利要求1至6任一項所述的制作方法，其特征在于，化學(xué)鍍采用以下鍍液配方， 其中含有硫酸銅l〇g/L，酒石酸鈉鉀50g/L，氫氧化鈉10?12g/L，碳酸鈉5g/L，氯化鎳lg/ L，以及甲醛10?15ml/L。
10. -種用于權(quán)利要求1-9任一項所述的立體電路的制作方法的熱固性噴涂溶液，其 特征在于，所述熱固性噴涂溶液按質(zhì)量份計含有以下成分：（1)熱固性載體母膠35?65質(zhì) 量份；（2)氨基樹脂15?30質(zhì)量份；（3)金屬絡(luò)合物0. 5?10質(zhì)量份；(4)無機功能填料 15?25質(zhì)量份；（5)芳烴溶劑3?5質(zhì)量份；（6)二丙酮醇3?5質(zhì)量份；（7)二甲苯2? 4質(zhì)量份；(8)消泡劑0. 1?0. 7質(zhì)量份；(9)分散劑0. 1?2質(zhì)量份；（10)流平劑0. 1?1 質(zhì)量份。
【文檔編號】C09D7/12GK104244587SQ201410182086
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】蔡志祥, 王浩, 楊偉, 鄒凱, 南威 申請人:深圳光韻達光電科技股份有限公司