[发明专利]一种在三维高分子材料表面制作或修复立体电路的方法

说明书

技术领域

本发明属于立体电路板的制作领域，更准确地说，涉及一种在三维高分子材料表面制作或修复立体电路的技术。

背景技术

近年来，随着电子工业的快速发展和高分子材料的广泛应用，高分子材料表面局域选择性金属化在电子器件的制作、修复和封装等领域吸引了越来越多的关注。电子电器产品持续向数字化、轻量化、小批量、柔性化、多功能化、智能化、高可靠性、低能耗等方向的发展，进一步促进了在高分子材料表面制作和修复导电线路技术的快速进步。

传统的高分子材料表面局域金属化技术，如注射复合技术、热压印技术以及传统的印刷电路板制作技术等，通常具有制作工艺复杂、原材料损耗大、环境污染严重等缺点，并且不能满足小批量、高精度和柔性化等制造的要求。为此，国内外研究人员纷纷尝试把柔性化程度高、无需掩模的激光加工技术应用到聚合物材料表面三维导电线路的制作和修复中。

三维模塑互连器件(three dimensional molded interconnect devices，3D-MID),是指以具有机械功能的模塑零件作为基板，通过在零件表面直接布置电子线路，在三维空间将分立的电子元件连接起来，将机械与电子的功能集成为一个有机整体的器件。3D-MID技术可以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、防护等功能集成于一个器件上，形成立体的、集机电功能于一体的电路载体，其应用领域涉及汽车、通信、家电产品等，并在医用领域也有广泛的发展前景。3D-MID的主要工艺流程可以分为注射成型结构零件、生成金属线路和电子元器件的组装三部分。其中，金属导电线路的生成方式一直是学术界的研究重点。如德国LPKF公司开发的激光三维电路直接成型技术(Laser Direct Structuring，LDS)近年来发展十分迅速，其核心工艺是将一种塑料混料与一些特殊的激光活化金属组分复合，注塑成具有热塑性的被加工元件，当该元件暴露于激光中时，该激光活化金属组分将被分解成单质金属(如铜、钯、镍或其混合物等)和残余有机物组织，与此同时，在激光束扫描过的位置，会留下含有单质金属颗粒的粗糙表面，这些金属颗粒将在后续的化学镀工艺中作为催化活性中心，最后使线路上沉积厚度为5～8μm的镀层金属。这种技术的优点是工艺便捷、可靠，激光束可根据CAD数据直写，且生产过程柔性化程度高，目前，该技术已实现商业化，并成功制作出了助听器、汽车天线、手机天线等产品。但该技术也存在明显的缺点，即该技术必须采用具有LDS性能的特定塑料，价格昂贵，并且只利用到了注塑件表面的激光活化金属组分，造成了大部分活化金属的浪费。

专利文献(专利号：ZL200810197225.5)也公布了一种利用激光直写和微熔覆技术制作和修复三维模塑互连器件导电线路的方法。其基本原理为利用微细笔或微喷直写工艺，或喷涂、掩膜板丝网印刷等方式，依据所设计的线路图形，在模塑结构件表面预置一层0.1～50μm厚的电子浆料，低温烘干浆料有机溶剂后，再采用红外激光(如ND:YAG激光和CO2激光等)沿电子浆料的轨迹辐照浆料层，形成导电线路图形的初步轮廓，接着依靠化学镀工艺形成具有高结合力和优异导电性、耐磨性、耐氧化性和耐腐蚀性的导电线路。利用该种技术可分别在聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)等十几种聚合物基体上制作出金属线路，并对基体材料无可镀性要求，可快速制备和修复各种复杂导电线路，柔性化程度高。但是，该方法的主要缺点是加工效率低，难以大批量制作；此外，红外激光会对基体本身造成一定的损伤，其热影响区会导致后续化学镀时图形的选择性降低；而电子浆料作为本方法必不可少的原料，也影响了该技术的应用范围。

在激光诱导沉积技术领域，激光诱导化学气相沉积技术可在多种基材上沉积多种金属，但需要真空条件，设备造价昂贵，气体毒性大；激光诱导固相沉积技术的缺点是沉积导电线条比较薄，厚度不均匀，与基体结合力差；激光诱导化学液相沉积技术具有操作简单，工艺流程少等优点，但也存在着沉积金属层厚度太薄的缺点。