[发明专利]一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方法

说明书

技术领域

本发明属于导电线路的制作修复技术领域和激光微细加工技术领域，涉及一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方法。具体地说，是把激光微熔覆技术用于三维模塑互连器件表面互连电路的制作和修复。 

背景技术

三维模塑互连器件(Three-dimensional moulded interconnect device，3D-MID)，是指在模塑成型的塑料壳体上，制作有电气功能的导线、图形，从而将普通的电路板的电气互连功能、支承元器件的功能和塑料壳体的支撑、防护等功能实现于一个器件上，形成立体的、集机电功能于一体的电路载体，其应用领域包括汽车、通信、家电产品，在医用领域也有着广阔的发展前景。生产3D-MID的模塑成型以及其它相关技术被称为3D-MID技术。一般说来，目前的3D-MID生产工艺包括两个步骤：模塑结构件(线路载体)的制造以及分立电子元器件在线路载体上的组装。其中，第一步模塑结构件(线路载体)的制造包括两个子过程：1)模塑结构件成型；2)互连导电线路生成，即在结构零件表面获得所需要的金属导电线路。 

现有的3D-MID制造工艺主要有以下几种： 

(1)二次双组分注射法，主要原理是经过先后注射成型可镀树脂和不可镀树脂，以制作出模塑结构零件，然后经过表面催化活化处理和镀金属生成导电线路。该方法空间设计自由度大、生产周期短、适合大批量生产，目前应用十分广泛，但基材成本高、设备和模具投资大，对线路图设计变化的适应性(柔性)小。 

(2)热压印法，主要原理是在塑料基体上铺设金属箔，然后热压印使设计导电线路位置与塑料基体粘结，最后除去多余的金属箔，形成所需的导电线路。该法加工时间短、塑料基体材料选择面广，但三维自由度较小， 仅适合于生产线路较为简单的3D-MID。 

(3)注射复合法，主要原理是预先制作带有线路图形的塑料薄膜或片材，将其置于注射模具中后，再进行注射成型，同时完成复合步骤。脱模后进行金属化和后处理以形成产品。通过注射复合可生产一些大型的集成零部件，例如汽车的门板和中柱等，但由于其加工方法的缘故，使三维结构设计受到限制，不能用来生产结构复杂的产品。 

随着塑料电子产品向小型化、轻量化、高密度、低成本和小批量、多样化、绿色环保方向发展，以上3D-MID制造工艺技术存在着一些不足：首先是具有可镀性的模塑结构件基材价格昂贵，如为了得到可镀塑料，二次双组分注射法常在塑料中加入贵重金属如钯(Pd)、金(Au)得到所谓的催化活化可镀性塑料(LCP-Pd或LCP-Au)，除了添加元素Pd、Au的价格不菲，这种催化活化可镀塑料所用的催化剂更是十分昂贵，虽然二次双组分注射法特别适合于生产具有精细结构的微型零部件，但最终3D-MID产品成本较高。其次是工艺复杂、柔性化程度低，如注射复合法、热压印法，其模具设计和制造周期长，电路精度不高，不能满足于高精度、小批量和多样化的生产需求。 

为了解决上述问题，国内外研究人员一直不断努力尝试将高度柔性化的激光直写加工技术应用于3D-MID的制造。激光刻蚀工艺首先被广泛研究，其主要原理是将注射模塑零件表面经过催化活化，进而结合化学镀和电镀工艺制作覆铜层，然后在铜层涂防蚀剂，利用激光烧蚀防蚀剂层法生成导电图形，最后腐蚀覆铜板以生成所需的导电线路。这种激光刻蚀方法有两个主要优点，一是可制作非常精细的线路，最小线宽可达20～50微米；二是容易改变线路设计，适合于小批量生产或复杂线路的生产。但该法也存在着工艺周期长、不环保的缺点，并且同样要求基材具有可镀性，成本高、材料选择受限。另外一种是德国LPKF公司开发的激光直接成型法(LaserDirect Structuring，LDS)，基本原理是采用添加有某种非导电性有机金属复合物的塑料为原料，直接把激光光束照射在注塑件表面上，被照射过的部分可化学沉积金属，最后制成3D-MID。该法采用普通单组分注塑工艺，工艺简捷、可靠，激光束根据CAD数据直写，生产过程柔性化程度高。缺点 是必须采用具有LDS性能的塑料，因此原料必须从指定公司购买，成本较高。