專利名稱：立體電路制造工藝及激光塑膠原料的復(fù)合組份、制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬智能、柔性制造領(lǐng)域，涉及一種立體電路制造的工藝和激光塑膠原料的 復(fù)合組份、制造方法，具體來說，激光選擇性掃描激光塑膠原料制成的塑膠件表面，而形成 精細、緊密的導(dǎo)電圖案的制造工藝和該激光塑膠原料配方組份、合成方法。
背景技術(shù)：
電子電器和機電產(chǎn)品制造工藝和相應(yīng)的材料技術(shù)進步的方向是柔性、環(huán)保、環(huán)境 友好、節(jié)能。為此，國際上一些先進工業(yè)制造強國，如德國與我們同步展開立體電路智能制 造的產(chǎn)業(yè)化研究，開發(fā)出在塑膠表面形成精密和緊密的導(dǎo)電圖案的技術(shù)，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。業(yè) 界禾爾為 3D-MID( "Three-dimensional moulded interconnect device or electronic assemblies”)，本發(fā)明稱為立體電路。制造立體電路的工藝流程主要包含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 激光機按用戶設(shè)計好的CAD文件，掃描塑膠件，形成導(dǎo)電圖案，此步驟稱 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。本發(fā)明與傳統(tǒng)的印刷電路板貼裝元器件模式構(gòu)成互補的關(guān)系把傳統(tǒng)的二維空間 貼裝元器件方式推廣到三維空間，元器件可以沿著塑膠表面貼裝；把傳統(tǒng)的剛性制造變成 了柔性制造，如修改電路，只要修改激光機掃描塑膠的電子文件，而不是修改制造印制電路 板的沖壓模具和菲林片。另外從塑膠表面金屬化發(fā)展來看，省略了酸洗粗化、沉積貴金屬鈀水的前期不環(huán) 保流程，因此德國等國外塑膠原料商推出了這種名為LDS改性塑膠原料，如德國巴斯夫公 司、美國RTP公司、德國德固賽、DSM等，德國LPKF公司推出了售價幾十萬歐元一臺的激光 機，一些廠家開始引進國外LDS塑膠原料和激光機組建制造線，制成的產(chǎn)品被應(yīng)用在汽車、 手機、醫(yī)療電子、傳感器、電子元器件、精密儀器等領(lǐng)域。但是立體電路產(chǎn)業(yè)處于剛起步狀態(tài)，工藝不完善，設(shè)備不配套，原料種類少且貴。例如激光機是在普通X-Y 二維激光打標(biāo)機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，德國LPKF公司在 其激光產(chǎn)品中加了 Z軸變焦功能來適應(yīng)塑膠件表面凹凸起伏的變化。但是激光機光斑行程 不大，常用的PCB設(shè)計軟件不兼容，需要轉(zhuǎn)換格式；待激光掃描的轉(zhuǎn)角區(qū)域設(shè)計斜度要求不 小于25度，待激光掃描的孔和凹槽口設(shè)計要求不小于20錐度，這些要求限制了很多應(yīng)用。 針對立體塑膠件六面激光照射，需要定制特殊的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，而不能做到不用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，對不 同大小的復(fù)雜的的多面塑膠件，激光機實現(xiàn)三維路徑自適應(yīng)掃描。例如稱為LDS塑膠原料是通用材料，針對具有散熱應(yīng)用的高功率LED燈具基座， 沒有散熱比常規(guī)塑膠快3-100倍的專用材料；針對天線塑膠材料，沒有導(dǎo)磁率和介電系數(shù) 都具備的低電磁損耗的雙參數(shù)材料；
例如針對激光快速成型SLS工藝，沒有開發(fā)出配套的塑膠原料，也沒有推出融合 SLS工藝的激光機，所以沒有辦法制造塑膠件內(nèi)部含電路的產(chǎn)品。電子器件領(lǐng)域有項熱點 難題左手效應(yīng)器件。目前用印制電路板蝕刻C型(或者H型等其它圖案)交錯90度折疊 成空間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對一些頻率電磁波信號的增強。左手材料的研制赫然進入了美國《科學(xué)》 雜志評出的2003年度全球十大科學(xué)進展，引起全球矚目。然而印制電路板中要填充高介電 系數(shù)、低電磁損耗且有磁性，低磁損耗的雙參數(shù)材料來縮小器件的體積，優(yōu)選有機復(fù)合雙參 數(shù)材料來制作這類器件，印制板是硬質(zhì)或半硬質(zhì)材料，不適合折疊成異形結(jié)構(gòu)。材料和制 作工藝阻礙了左手器件的商品化，本發(fā)明的多層立體電路，采用本發(fā)明的激光塑膠來制造， 能批量制造此類左手器件。天線領(lǐng)域還有一類球狀透鏡天線，是介電材料構(gòu)成介電系數(shù)梯 度變化的一層層同心球，用于艦艇等國防領(lǐng)域，日本住友公司用于民用衛(wèi)星接收機，接收方 位可以是360度球型空間，此類天線由于接收角度特寬，一直是衛(wèi)星接收、國防領(lǐng)域高端產(chǎn) 品，若微型化并批量制造，也需要用到立體電路工藝并融合激光SLS技術(shù)，實現(xiàn)球內(nèi)線路互 聯(lián)。例如行業(yè)中沒有專門針對立體電路電鍍開發(fā)快速化學(xué)鍍的工藝。依然沿用印刷 電路板化學(xué)鍍銅工藝。使得沉積7-10微米厚的銅至少2小時以上。例如沒有考慮到有些應(yīng)用需要光潔的金屬圖案需求，行業(yè)里沒有開發(fā)拋光的配 套工藝。由于激光照射塑膠表面，會引起熱解有機金屬復(fù)合物的同時，使得沉積金屬的區(qū) 域微觀結(jié)構(gòu)上不光滑，化學(xué)鍍增厚金屬后，仍然不光滑，一些應(yīng)用會影響美觀例如用于制 作塑膠表面的商標(biāo)、型號等裝飾性的圖案時候。以上存在的問題使得立體電路這一里程碑式的組裝技術(shù)沒有得到快速推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)出系列功能型的激光塑膠原料，尤其是具有磁性和介電性 的雙參數(shù)天線激光塑膠原料、具有導(dǎo)熱快的燈具激光塑膠原料、適合激光分層燒結(jié)(SLS) 工藝的快速成型激光塑膠原料、具有耐高壓、高絕緣的激光塑膠原料等等，并獨創(chuàng)和完善立 體制造的諸多工藝，使得立體電路制造產(chǎn)業(yè)降低普及的成本和使得采用立體制造工藝的最 終產(chǎn)品有性價比優(yōu)勢。本發(fā)明的另一個目的是要包容現(xiàn)有工藝，即現(xiàn)有其它廠家LDS塑膠型號可用本 工藝制造通用塑膠產(chǎn)品(特殊工藝，如激光分層燒結(jié)SLS工藝除外)，本發(fā)明的激光塑膠除 制作通用產(chǎn)品外，可以制作諸于高散熱、磁性塑膠天線等產(chǎn)品和適合激光分層燒結(jié)(SLS) 工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下措施步驟一激光塑膠原料的合成激光塑膠原料其復(fù)合組份是在選定的載體母膠中添加表面活性劑、光吸收劑、 降粘劑、無機功能填料、改性有機金屬化合物，其含量為每1000克制成的激光塑膠原料中 添加表面活性劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0. 1-5克；降粘劑0. 5-30克；無機功 能填料5-750克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母膠。復(fù)合成份總和均需滿足 100%。一種簡化的組合方式至少包括載體母膠、改性有機金屬復(fù)合物、無機功能填料。
可選的載體母膠可以是常用的熱塑性塑料一種或者多種共聚物。稱量選定的載體 母膠，照上述比例的表面活性劑、光吸收劑、降粘劑、無機功能填料、改性有機金屬復(fù)合物放 入攪拌機內(nèi)，加溫至載體母膠熔融，攪拌至混合均勻為止，再取出冷卻后粉碎、造粒成為可 激光塑膠原料，激光塑膠原料選用的載體母膠可以是尼龍(PA66、PA11、PA1010、PA6、PA12)、 丙烯腈，丁二烯，苯乙烯三者的共聚物(ABS)、聚乙烯(PE)、聚苯乙稀(PS)、聚甲醛(POM)聚 對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT，含PBT單體)、聚苯硫醚(PPS)、 聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、有機玻璃(PMMA)、聚四氟乙烯(PTEF)、PC/ABS、液晶高分子 (LCP)、間規(guī)聚苯乙烯(SPS)等所述高分子化合物一種或者多種共聚物，添加含有激光熱解 能分解出金屬的改性有機金屬復(fù)合物。其表面活性劑為具有分散作用的表面活性劑，對于 尼龍原料，可以選用十二烷基苯磺酸納、甲撐二異丙基苯磺酸納和(或)功能類似物質(zhì)；所 述的增容劑為接枝或者嵌段共聚物例如可選PP-g_MAH、PE-g-MAH、EVA、氯磺化聚丙烯；所 述的光吸收劑為紫外線吸收劑，例如可選環(huán)狀亞胺酸脂化合物，或者近紅外線吸收劑，例 如可選雙(1，3-二磺酰六氟亞丙基亞胺酸)N，N, N, N-四(對二苯乙基氨苯基)-對苯二 亞銨，或雙(1，3-二磺酰六氟亞丙基亞胺酸)N，N, N, N-四(對二丁基氨苯基)_對苯二亞 銨，最大吸收波長1064nm附近，摩爾吸光系數(shù)104000左右；所述的降粘劑為無機填料，例如 可選碳酸鈣、玻璃球等；所述的無機功能添料為導(dǎo)磁或者介電或者導(dǎo)熱等材料，視激光塑 膠制品最終用途來添加。所述的改性有機金屬復(fù)合物為改性草酸二銅絡(luò)合物如改性草酸二(3-乙炔)銅(I)或改性草酸二(降冰片烯)銅(I)等受熱裂解的改性有機金屬復(fù)合 物，視塑膠原料熔融溫度來選擇種類；改性有機金屬復(fù)合物熱解溫度高于激光塑膠原料熔 融溫度。改性有機金屬復(fù)合物的途徑包括有機或者無機包覆、偶聯(lián)劑處理等途徑。步驟二 激光裝備和激光掃描激光塑膠的工藝參數(shù)本發(fā)明采用近紅外激光機或者紫外激光機，近紅外激光機功率在400w內(nèi)(1064納 米)；紫外激光機100w內(nèi)。掃描線寬0. 1mm左右，最小間距0.2mm左右；本發(fā)明激光機光譜 的選擇范圍廣，可以是紫外光，光的瞬時能量高于載體母膠內(nèi)改性有機金屬熱解閥值，并使 得改性有機金屬分解出氣體和還原出金屬原子。激光機要實現(xiàn)對多面體塑膠件的立體掃描，優(yōu)選配置多自由度機械裝置，例如機 械手。且其激光振鏡(Galvanometer scanner)在機械手末端上。本發(fā)明描述的這種激光機 還可以解決掃描行程大的需求，掃描幅度可以達1平方米以上，用于飛機、汽車、火車車廂、 塑膠衣箱等大型塑膠件的掃描。本發(fā)明描述的激光機具備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。本發(fā)明描述的制造多層立體電路的另一種激光機融合了激光燒結(jié)(SLS)和激光 掃描功能，且?guī)Щ瘜W(xué)鍍槽。其特征是具有多個工作腔或多工位結(jié)構(gòu)。工作流程是采用激光 塑膠原料粉末，首先激光燒結(jié)一層，之后塑膠工件連帶夾持塑膠的組件移動到快速化學(xué)鍍 槽內(nèi)快速化學(xué)鍍，化學(xué)鍍完成后再移動回?zé)Y(jié)室，燒結(jié)下一層，如此反復(fù)，實現(xiàn)立體電路成 型。采用這種工藝，可以制作左手效應(yīng)的微波器件，解決了困擾微波器件領(lǐng)域的左手效應(yīng)器 件無法立體加工并填充磁性和介電物質(zhì)的難題。另一類應(yīng)用是飛機工程，飛機開始大量采用高分子化合物來做部件，這些部件結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，開注塑模具周期長，批量少、價格貴，有些塑膠件太復(fù)雜，不能注塑，因為無法脫模，因此波音、空客等飛機制造商大量采用激光燒結(jié)快速成型技術(shù)(SLS)來制造零件，本發(fā)明 的工藝技術(shù)可以把SLS分層成型時，實施金屬化，實現(xiàn)在塑膠結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌功能性電路；尤其 重要的是，激光SLS技術(shù)存在的致命缺陷采用材料單一，制作承重結(jié)構(gòu)抗剪切力不強，得 以革命性改觀。因為可以在原有SLS技術(shù)燒結(jié)成型的塑膠里面埋置類似金屬骨架電路結(jié) 構(gòu)，與目前建筑上采用混凝土加鋼筋結(jié)構(gòu)一樣。這將極大促進激光快速成型技術(shù)的發(fā)展，并 催生一個依托大型、超大型激光快速成型裝備加本發(fā)明的立體電路工藝和激光塑膠原料作 智能制造的產(chǎn)業(yè)興起，廣泛用于飛機、汽車、車廂、電子、電子等等行業(yè)。步驟三快速化學(xué)鍍設(shè)計本發(fā)明采用超聲波原理來改進化學(xué)鍍工藝，把經(jīng)過上述所述步驟激光處理的注塑 件放置在有超聲波發(fā)生器的槽中，化學(xué)液中添加了氣泡劑，在超聲波引導(dǎo)下，更多產(chǎn)生空 泡。利用超聲波產(chǎn)生空泡效應(yīng)，液體分子時而受拉時而受壓，不斷有鍍液在待沉積的塑膠導(dǎo) 電圖案附近撞擊，提高了陽離子到達陰離子的速度，加速了反應(yīng)界面的陰陽離子連續(xù)運動， 減少了濃差極化，使鍍液中銅離子還原沉積在導(dǎo)電圖案表面，均勻致密并附著良好。與目前 傳統(tǒng)化學(xué)鍍相比，生產(chǎn)的時間縮短了一半以上，且可以制作小型家用冰箱大小的設(shè)備來適 應(yīng)小批量、小體積塑膠件的化學(xué)鍍。本工藝先化學(xué)鍍銅，可以再化學(xué)鍍鎳和金?？焖倩瘜W(xué)鍍 技術(shù)與激光燒結(jié)(SLS)結(jié)合，使得激光分層燒結(jié)時，等待下層燒結(jié)時間大大縮短。一種化學(xué)鍍銅鍍液配方為還原劑乙醛酸；主鹽硫酸銅；絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(EDTA)穩(wěn)定劑聯(lián)吡啶氣泡劑聚乙二醇和苯基聚氧乙烯醚磷酸鈉(RE-610)超聲波參數(shù)頻率20-80KHZ，功率50-250W，PH 11_13，溫度40度-70度，反應(yīng)時 間3-45分鐘左右，超聲波重復(fù)頻率每1-5分鐘振動1秒?？梢栽僭阢~上化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍 金，原理和步驟都類似，化學(xué)液配方不同。銅-鎳-金鍍層一種厚度組合是Jym-lSiim化 學(xué)銅(起始層)、4-6 y m室溫化學(xué)鎳、0. 1 u m閃鍍金。步驟四等離子非接觸拋光(可選步驟，視市場需求)目前金屬裝飾行業(yè)，例如手機外殼不銹鋼件，開始流行等離子非接觸拋光工藝，等 離子拋光工藝也稱為電脈沖或放電-電解質(zhì)拋光工藝將金屬電極沉入溶液中，在高壓的 作用下，電極表面氣體層出現(xiàn)等離子與電化學(xué)反應(yīng)過程。等離子電解質(zhì)拋光工藝與機械拋 光、電化學(xué)拋光工藝相比有以下優(yōu)點環(huán)保衛(wèi)生。不使用酸、堿及其它有害溶劑，加工中去除 的極薄的金屬表層可轉(zhuǎn)化為氫氧化物加以回收利用；拋光過程是在濃度3-6%，PH = 4-8的 無機鹽溶液中進行的，沖洗用水中不含重金屬。同時由于工藝操作簡便，對操作人員沒有特 殊要求；可為復(fù)雜形態(tài)的產(chǎn)品拋光。等離子電解質(zhì)拋光工藝可大幅度提高表面的光潔均勻 性，降低粗糙度。行業(yè)中還沒有把等離子拋光用于塑膠表面沉積的金屬拋光。因為塑膠表面金屬圖 案有很多是不連續(xù)的細小結(jié)構(gòu)，例如手寫體簽字，公司標(biāo)志、產(chǎn)品型號，等離子拋光有上述 很多優(yōu)點，但是也有致命缺點要把被拋光的金屬做陽極來接通電流回路，顯然被拋光的金 屬圖案不連續(xù)且細小會使得工藝操作不方便、成本高、效率低。
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本發(fā)明針對塑膠表面金屬圖案用于裝飾性需求，用精密探針來來制作陽極夾具， 利用探針針尖來接觸電源陽極和被拋光金屬圖案，成功的實現(xiàn)了操作簡便、成本低、效率高 的目的。本發(fā)明采用的探針是電子制造行業(yè)廣泛采用的測試輔料，具有成本低，來源廣的特
點o


本發(fā)明的目的、特點、優(yōu)點，從下面參考附圖所作的描述中，將變得更為明顯，附圖 中圖1是本發(fā)明描述的多自由度激光機械手結(jié)構(gòu)、激光塑膠件進行激光處理流程、激光塑 膠件吸收光能示意圖；圖1A表示多自由度激光機結(jié)構(gòu)、激光處理塑膠件部分工藝流程；其中圖1A1表示激光塑膠注塑件；圖1A2表示激光處理注塑件；圖1A3表示經(jīng)過激光處理后的塑膠件形成了金屬層；圖1A4表示多自由度激光機械手；圖1A5表示掃描振鏡等光學(xué)系統(tǒng)含在機械手末端。圖1A6表示激光機透鏡組件；圖1A7表示激光機振鏡；圖1A8表示激光光源。圖1B所示本發(fā)明激光塑膠中添加紅外光吸收劑后，激光塑膠對紅外光吸收率。圖2是本發(fā)明實施實例一有源GPS塑料天線圖2A是塑料天線部分，用本發(fā)明雙參數(shù)(導(dǎo)磁、介電)材料制造；圖2B是本發(fā)明塑料電路板；圖2C是直接焊接在塑料電路板上的GPS放大電路；圖2D是用本發(fā)明的工藝制造的塑料天線金屬層；圖3是本發(fā)明實施實例二 多面高功率LED塑膠燈座。圖3A是焊接在激光塑膠件表面的高功率LED燈；圖3B是本發(fā)明導(dǎo)熱型激光塑膠件制成的LED基座；圖3C是LED正負極端子焊接引線；圖3D是LED燈基座背面的散熱金屬層；圖3E是LED正負極端子焊接引線彎曲到背面的部分。圖4是本發(fā)明實施實例三，在汽車、飛機等領(lǐng)域使用。圖4A在汽車車門上應(yīng)用圖示；圖4B在汽車車內(nèi)裝飾塑膠件上應(yīng)用圖示；圖4C在飛機座椅扶手塑膠內(nèi)壁上應(yīng)用圖示。圖5是本發(fā)明實施實例四在手機配件領(lǐng)域應(yīng)用圖示，其中圖5A所示是手機中激光塑膠支架，在上面有多組天線和焊接端子，其中圖5A1手機GSM或者3G天線；
圖5A2手機WiFi頻段天線；
圖5A3手機喇叭等焊接端子。
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圖5B所示是一體化聚合物鋰電池，其中圖5B1是聚合物鋰電池；圖5B2是激光塑膠注塑的外框；圖5B3是電池正負極片和檢測端引出端；圖5B4是激光塑膠外框的外罩；圖5B5是鋰電池電路保護電路；圖5B6是激光塑膠件上焊接端子；圖5B7是聚合物鋰電池正負極片。圖6是本發(fā)明實施實例五左手效應(yīng)電路中應(yīng)用圖示。圖6A是常規(guī)的印制電路板上蝕刻的規(guī)則排列的導(dǎo)電C型環(huán)；圖6B是常規(guī)的印制電路板上蝕刻的C型環(huán)背后的金屬桿；圖6C是本發(fā)明立體電路加激光燒結(jié)技術(shù)制作的立體電路，內(nèi)含導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)， 如圖6D依附于激光塑膠面的導(dǎo)電C型環(huán)；圖6E依附于激光塑件表面的導(dǎo)電金屬桿。圖7是本發(fā)明實施實例六塑料電路板，其中圖7A是平面型塑料電路板；圖7B是曲面型立體塑料電路板；圖7C是電子元器件焊接在曲面行立體塑料電路板上。圖1圖解了本發(fā)明部分工藝流程激光塑膠(圖1A1)含有吸收激光能量的吸收劑 等物質(zhì)，激光掃描激光塑膠表面(圖1A2)發(fā)生熱解反應(yīng)示意圖，氣體逸出，形成空泡結(jié)構(gòu)， 化學(xué)鍍形成的金屬填充后形成緊密牢靠的連續(xù)金屬結(jié)構(gòu)(圖1A3)。其中多自由度激光機械 手(圖1A4)(本發(fā)明又可稱之為立體電路成型機)，掃描振鏡(圖1A7)和透鏡組件(圖1A6) 構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)(圖1A5)含在機械手臂末端，實現(xiàn)三維自適應(yīng)路徑規(guī)劃和大面積掃描。激光 光源(圖1A8)可以是1064nm的紅外激光，也可以是紫外激光。當(dāng)采用紅外激光掃描時，相 應(yīng)的激光塑膠里面含有紅外吸收劑，使得塑膠在激光照射下選擇性吸收光能(圖1B)。本發(fā)明制造工藝都用到這種激光處理流程，下面再結(jié)合優(yōu)選的實施實例來進一步 講述本發(fā)明其它特點和優(yōu)點，或者從該以下詳細說明中明白本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點。
具體實施例方式下面參考附圖，描述本發(fā)明優(yōu)選實施例。實施實例一有源GPS塑料天線如圖2所示，有源天線由天線(圖2A和圖2D)加天線放大部分(圖2C)組成，天線 金屬圖案(圖2D)布置在以聚乙烯(PE)或者間規(guī)聚苯乙烯(SPS)為載體母膠的激光塑料 上(圖2A)，載體母膠中復(fù)合組份為表面活性劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0. 1-5 克；降粘劑0. 5-30克；無機填料5-750克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母 膠。復(fù)合成份總和均需滿足100%。采用立體電路制造工藝，激光機采用近紅外激光(1064nm)或者紫外激光掃描； 再快速化學(xué)鍍銅；最后引線與放大電路部分壓接在一起；無機填料為鎳鋅鐵氧體粉和陶瓷粉，其有效介電系數(shù)為4-8，有效磁導(dǎo)率為1. 1-1. 3。放大電路(圖2C)直接焊接在激光塑 膠(圖2B)上，其載體母膠是尼龍PA6，其復(fù)合組份是1000克制成的激光塑膠含，表面活性 劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0. 1-5克；降粘劑0. 5-30克；無機功能填料5-700 克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母膠。復(fù)合成份總和均需滿足100%采用立體電路工藝制作，無機填料為成核劑和玻璃纖維等物質(zhì)；激光機采用紫外 激光掃描；再化學(xué)鍍銅、鎳、金。制成的產(chǎn)品無印刷電路板和傳統(tǒng)的陶瓷天線，性能達到和超 過了傳統(tǒng)陶瓷天線指標(biāo)，性價比高。用于移動手持機中。實施實例二 多面高功率LED塑膠燈座傳統(tǒng)的LDE燈座是陶瓷基座，采用傳統(tǒng)片式陶瓷阻容工藝，在絕緣的陶瓷片上燒 結(jié)端電極，再化學(xué)鍍銅、鎳、金而成。陶瓷工藝制作不了復(fù)雜的多面體形狀。但是LED燈的發(fā)光特征是直射光，一般大功率燈由幾支LED組合而成，為了使得光 源分布在半球空間，如圖3所示，理想的布置LED燈(圖3A)的方式是多面體布置，用導(dǎo)熱 型激光塑膠模壓或者注塑成塑膠基座(圖3B)。本發(fā)明實例采用導(dǎo)熱型激光塑膠原料一種組份是載體母膠選用CBT，復(fù)合組份 是1000克制成的激光塑膠含表面活性劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0. 1-5克；降 粘劑0. 5-30克；無機填料5-750克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母膠，復(fù)合 成份總和均需滿足100%。此處無機功能填料至少含有導(dǎo)熱材料和玻璃纖維兩種物質(zhì)。導(dǎo)熱材料可選導(dǎo)熱性 能良好的直徑2微米左右的氧化鋁微球，或者其它導(dǎo)熱性能良好的氮化鋁粉。視產(chǎn)品導(dǎo)熱 需求，導(dǎo)熱材料添加比例可以達到制成激光塑膠原料的60%。其制造流程是用上述組份和本發(fā)明方法合成的激光塑膠，開模具，注塑或者壓鑄 成多面體塑膠件(圖3B)，再激光掃描金屬電極；化學(xué)鍍銅、鎳、金。焊接上LED燈(圖3A) 最終產(chǎn)品再套上透明塑膠罩。本發(fā)明的多面體LED燈(圖3)，由于LED電極端子的銅線(圖 3C)可以彎曲折疊成散熱的空間結(jié)構(gòu)(圖3E)，且LED燈座背面空間，可以沉積大面積銅層 (圖3D)，使得熱阻小于陶瓷LTCC工藝基座。本發(fā)明涉及的多面體LED塑膠燈座，特別適合 于汽車LED燈、飛機LED燈、家庭15W以上照明LED高功率燈等領(lǐng)域。實施實例三汽車、飛機等領(lǐng)域應(yīng)用汽車、飛機、火車車廂等都有大型塑膠件和需要布置大量線纜，來傳遞各種電子信 號，傳統(tǒng)的線纜是通過螺栓螺絲和五金件與塑膠結(jié)合在一起，既重又容易在運動時發(fā)出響 聲，對于對重量特敏感的產(chǎn)品，例如飛機，采用本發(fā)明的立體電路技術(shù)來在塑膠件中預(yù)埋大 量信號線是一種非常好的措施，既降低了故障率又減輕了重量，且容易維護。塑料用于汽車 的主要作用是使汽車輕量化，從而達到節(jié)油高速的目的。發(fā)達國家將汽車用塑料量作為衡 量汽車設(shè)計和制造水平高低的一個重要標(biāo)志，世界上汽車塑料單用量最大的是德國，塑料 用量占整體材料的15%以上。近年來我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前汽車年產(chǎn)量超過400萬 輛，按照行業(yè)塑料用量預(yù)測，汽車行業(yè)年用改性塑膠在100萬噸以上，例如如下配件是用高 分子塑膠來制作儀表盤、汽車點火器、加速器及離合器踏板、防凍板、車門把手、陰流板、托 架、轉(zhuǎn)向柱護套、裝飾板、空調(diào)系統(tǒng)配件、汽車外裝件、汽車車身板、汽車側(cè)面護板、擋泥板、 汽車門框等、牌照套、車輪罩、反光鏡外殼、尾燈罩等、汽車擋泥板、前燈玻璃嵌槽、尾燈殼、 連接盒、保險絲盒、斷路開關(guān)外殼等、大型擋板、緩沖墊、后阻流板等。汽車行業(yè)的發(fā)展的方向是高檔次、微型化、輕質(zhì)化和多元化，以塑代鋼在汽車應(yīng)用中的研究變的十分重要。以上塑膠配件很多與汽車電子組合在一起，因此采用本發(fā)明可以減少線纜和接插 件數(shù)量，可以設(shè)計出創(chuàng)新的汽車零部件。另外一種應(yīng)用是預(yù)埋線，來適應(yīng)車內(nèi)電器后裝和配 置的改變。圖4A所示，在汽車的車門內(nèi)側(cè)塑膠件內(nèi)預(yù)埋金屬化電路，實現(xiàn)車門內(nèi)的電器互 聯(lián)，減少了線纜。圖4B所示，汽車車內(nèi)裝飾的塑件件內(nèi)側(cè)可以采用本發(fā)明預(yù)埋金屬線。目前飛機中電子設(shè)備越來越多，乘客要上網(wǎng)、玩游戲、看電視、打電話；每人分配一 個液晶屏?xí)r代已經(jīng)來臨，大量的線纜困擾著飛機設(shè)計商和維護商。如圖4C所示，在飛機的座椅扶手塑膠殼內(nèi)側(cè)，沉積金屬線條來代替?zhèn)鹘y(tǒng)線纜，減 輕了飛機重量和降低了故障率，且便于維護，一旦有問題，整體換掉塑膠件，塑膠件設(shè)計成 可以快速拆卸結(jié)構(gòu)，免除查找線纜故障的時間。實施實例四在手機配件領(lǐng)域應(yīng)用。手機中大量使用接插件，用于信號互聯(lián)，一些不作特殊精密要求的連接，例如喇叭 信號、振動馬達、LED、電池等都可以設(shè)計成直接在塑膠上沉積金屬結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的立體 電路制造工藝和激光塑膠原料來制造。圖5所示是手機天線應(yīng)用實例，圖5A本發(fā)明制造的激光塑膠支架，用于手機中做 天線和一些信號轉(zhuǎn)接的承載體，其中圖5A1是手機多頻段天線，包括3G和GSM等多組天線； 圖5A2是WiFi天線；圖5A3用于連接裝在手機外殼上的的喇叭信號端點和與PCB印刷電路 (手機主板)連接，起到立體接插件作用。圖5B是另一個用本發(fā)明的例子一體化聚合物鋰電池。整個電池?zé)o印刷電路板 和五金件。采用本發(fā)明激光塑膠和工藝制作，聚合物鋰電池(圖5B1)放置在激光塑膠外框 (圖5B2)內(nèi)，鋰電池保護電路(圖5B5)直接焊接在激光塑膠上。節(jié)省了傳統(tǒng)的印制電路板 和金屬片。鋰電池金屬極片(圖5B7)直接與激光塑膠上金屬端子(圖5B6)壓接在一起， 由激光塑膠做成的外罩(圖5B4)與外框(圖5B2)通過超聲波焊接在一起。以上實例激光 塑膠選用載體母膠是PBT或者ABS、PA6，采用本發(fā)明立體電路工藝制造。實施實例五左手效應(yīng)的天線圖6所示，圖6A是常規(guī)的印制電路板上蝕刻的規(guī)則排列的導(dǎo)電C型環(huán)，圖6B是常 規(guī)的印制電路板上蝕刻的C型環(huán)背后的金屬桿；常規(guī)的這種普通印制電路板制作的線路規(guī) 則排列構(gòu)成了左手效應(yīng)器件，顯然制作工藝復(fù)雜，可調(diào)參數(shù)小，并不實用。如果在其中填充 高介電系數(shù)和高導(dǎo)磁率的雙參數(shù)材料可以調(diào)整左手效應(yīng)器件工作頻率并縮小了等效體積。 圖6C是本發(fā)明立體電路加激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)制作的立體電路，內(nèi)含導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)圖6D 依附于激光塑膠面的導(dǎo)電C型環(huán)；圖6E依附于激光塑件表面的導(dǎo)電金屬桿。采用低電磁損 耗的間規(guī)聚苯乙烯作載體母膠，添加復(fù)合組份至少含如下幾樣20-30%鐵磁性物質(zhì)如納米 鐵或者鎳鋅鐵氧體或者其它磁性物質(zhì)；20-30%烏青銅陶瓷粉(介電系數(shù)1000左右，損耗 0.0001內(nèi))；5-10%改性有機銅復(fù)合物；復(fù)合組份100%。作激光分層燒結(jié)原料，分層燒結(jié) 并同時分層化學(xué)鍍，如此往復(fù)，直至成型。介電系數(shù)和磁性的增強靠增加磁性材料和烏青銅 陶瓷粉的比例來調(diào)整，工作頻率取決于設(shè)計的金屬單元尺寸和材料的等效介電系數(shù)和磁導(dǎo) 率。此類左手效應(yīng)天線在一些頻段具有信號聚焦功能。能無源增強電磁波的能量。實施實例六塑料電路板材
圖7所示，是平板型塑料電路板材(圖7A)和一種曲面型塑料電路板(圖7B)，平 板型的板材(圖7A)厚度是0.4-10mm不等，大小是lOOOmmXIOOOmm不等，用于替換電子行 業(yè)廣泛采用的印制電路板(PCB)，尤其是替換紙基單面板。曲面型的板材(圖7B)可以是 電子產(chǎn)品外殼的或者外殼的一部分。其激光塑膠原料采用載體母膠，如尼龍6，其復(fù)合組份 是1000克制成的激光塑膠含，表面活性劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0. 1-5克； 降粘劑0. 5-30克；無機填料5-750克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母膠。復(fù) 合成份總和均需滿足100%。無機功能填料為成核劑和玻璃纖維等物質(zhì)；以上平面型塑料電路板(圖7A)激光塑膠原料制成的粒料，鋪在模腔內(nèi)，采用 50-600噸壓鑄機壓制成塑料板材，厚度可以調(diào)整模具中嵌件，制成厚度為0. 5mm-2mm左右 的塑料電路板。上述制得的塑料電路板，采用本發(fā)明描述的激光機掃描形成金屬圖案；再化學(xué)鍍 銅、鎳、金；元器件直接焊接在激光塑膠件表面。平面型塑料電路板(圖7A)用于平板陣列 天線、功分器等電子器件和電子產(chǎn)品組裝領(lǐng)域。曲面型塑料電路(圖7B)可以與產(chǎn)品共型設(shè) 計，節(jié)省了傳統(tǒng)印制電路板的空間，實現(xiàn)立體組裝。其主要指標(biāo)阻燃性符合GB/T13557-92 標(biāo)準(zhǔn)；耐浸焊性(260士5°C、> 60S)；線路抗剝離強度達到2. 7N/mm以上；耐熱沖擊3次 280°C 10s無分層、起泡等現(xiàn)象，耐酸堿、鹽霧性能好。以上根據(jù)本發(fā)明的不同實施實例作了說明和論述，然而本發(fā)明不特別受限于這些 實施例，任何熟悉了該項技術(shù)者在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，作出的制造工藝調(diào)整和激光塑膠配方的 修飾，皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
立體電路制造工藝及激光塑膠原料的復(fù)合組份、制造方法，其特征是包含如下流程和工藝參數(shù)步驟一合成一種含改性有機金屬復(fù)合物的激光塑膠原料；其復(fù)合組份是在選定的載體母膠里，添加表面活性劑、光吸收劑、降粘劑、無機功能填料、改性有機金屬復(fù)合物，其含量為每1000克制成的激光塑膠原料中添加表面活性劑1-10克；增容劑5-200克；光吸收劑0.1-5克；降粘劑0.5-30克；無機功能填料5-750克；改性有機金屬復(fù)合物30-50克；其余為載體母膠；復(fù)合成份總和均需滿足100％；可選的載體母膠是常用的熱塑性塑料(或稱塑膠，以下同)，包括含不同種類塑膠的共聚物。稱量選定的載體母膠，照上述比例的表面活性劑、光吸收劑、降粘劑、無機功能填料、改性有機金屬復(fù)合物放入攪拌機內(nèi)，加溫到載體母膠熔融，并攪拌至混合均勻為止，再冷卻取出后粉碎、造粒成為可熱塑性激光塑膠原料。步驟二采用上述所述步驟一合成的激光塑膠原料注塑或者壓鑄成塑膠件；步驟三激光機裝載用戶設(shè)計的CAD文件，選擇性掃描塑膠件，形成還原出金屬粒子的圖案；步驟四把步驟三制作的帶導(dǎo)電圖案的塑膠件，快速超聲波化學(xué)鍍，增厚圖案上金屬層形成連續(xù)導(dǎo)電圖案；步驟五等離子化學(xué)拋光；(可選)
2.如權(quán)利要求1述，其中所述激光塑膠原料選用的載體母膠可以是尼龍(PA66、PA11、PAL010、PA6、PA12)、丙烯腈，丁二烯，苯乙烯三者的共聚物(ABS)、聚 乙烯(PE)、聚苯乙稀(PS)、聚甲醛(POM)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇 酯(PBT，含PBT單體CBT)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、間規(guī)聚苯乙烯 (SPS)、有機玻璃(PMMA)、聚四氟乙烯(PTEF)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (PC/ABS)、聚碳酸酯(PC)、液晶高分子(LCP)等所述高分子化合物一種或者多種的共聚物。 所述的表面活性劑為具有分散作用的表面活性劑，對于尼龍原料，可以選用十二烷基 苯磺酸納、甲撐二異丙基苯磺酸納等功效相似物質(zhì)；所述的增容劑作用是增強無機材料與有機材料結(jié)合力，對于載體母膠選尼龍材料，可 添加接枝或者嵌段共聚物PP-g_MAH、PE-g-MAH、EVA、氯磺化聚丙烯等物質(zhì)，對于其它載體 母膠，可選公知增容劑或稱相溶劑；所述的光吸收劑為紫外線吸收劑環(huán)狀亞胺酸脂化合物或者其它近紅外線吸收劑例 如雙(1，3-二磺酰六氟亞丙基亞胺酸)隊隊仏^四(對二苯乙基氨苯基)_對苯二亞銨，或 雙(1，3-二磺酰六氟亞丙基亞胺酸)N，N, N, N-四(對二丁基氨苯基)_對苯二亞銨，或者 其它紅外光吸收劑，但不是導(dǎo)電物質(zhì)，最大吸收波長1064nm附近，摩爾吸光系數(shù)104000左 右；所述的降粘劑為無機填料碳酸鈣、玻璃球等其它功能填料；所述的改性有機金屬復(fù)合物為改性草酸二銅絡(luò)合物如改性草酸二(3-乙炔)銅(I)
和改性草酸二(降冰片烯)銅(I)、改性的無水甲酸銅等能受熱裂解的有機金屬復(fù)合物， 視塑膠原料熔融溫度來選擇改性有機金屬復(fù)合物種類；改性有機金屬復(fù)合物熱解溫度高于 載體母膠原料熔融溫度3-5度以上。
3.如權(quán)利要求1所述，激光塑膠原料中無機功能填料可以換成不同的材料實現(xiàn)塑膠的 功能化例如無機功能填料可以是導(dǎo)熱材料，如氧化鋁微球、氮化鋁微粉等。激光塑膠原料 采用這種導(dǎo)熱填料后可以制作大功率LED燈基座；例如無機功能填料也可換成磁性和介電材料，如納米鐵和烏青銅陶瓷粉，且可以精確 標(biāo)定介電系數(shù)和磁導(dǎo)率。不同介電系數(shù)和磁導(dǎo)率的激光塑膠構(gòu)成了電磁梯度材料系列，廣 泛用于微波電路板材、透鏡天線、塑料波導(dǎo)等微波器件領(lǐng)域；例如無機功能填料也可以換成左手效應(yīng)的納米材料，如規(guī)則排列的H型或者雙螺旋結(jié) 構(gòu)的雙臂導(dǎo)電納米線，激光塑膠原料采用這種左手效應(yīng)材料用于制作左手效應(yīng)器件，如濾 波器、天線等；
4.如權(quán)利要求1所述，復(fù)合組份中表面活性劑、光吸收劑、降粘劑、無機功能填料、改 性有機金屬復(fù)合物等視激光塑膠力學(xué)和外觀指標(biāo)要求，可以是一種簡化組合載體母膠、改 性有機金屬復(fù)合物、無機功能填料。其比例分別為70-75%、5%、20-25%，總復(fù)合組份滿足 100% ；
5.如權(quán)利要求1所述，添加的改性有機金屬復(fù)合物特征是不導(dǎo)電，不是催化性活性 劑，可以分散在高聚物中，相溶性和一致性好、無逸出、無遷移、抗提取性好、良好的耐熱性、 良好的耐化學(xué)品性、無毒性；改性措施包括無機或者有機包覆、偶聯(lián)劑處理等方式。
6.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明所述立體電路制造工藝具有包容性，采用的激光塑膠原 料來源廣，可以是塑膠行業(yè)在推廣的名為LDS(Laser-Direct-Structuring)的塑膠原料， 例如德國朗盛(LANXESS)集團公司 PBT 型號:Pocan Dp7102000000 ；PET/PBT 型號:Pocan Dp7140LDS000000德國巴斯夫(BASF)公司PA6/6T型號T 4381 ；PBT型號4300 寶理塑料(P0LYPLASTICS)株式會社LCP型號8201 德固賽(EV0NK)有限公司PBT型號VEST0DUR RS1633 DSM 公司 PC/ABS 型號Xantar LDS 3710 RTP 公司 PA6/6 型號:299xll3399H ；PC 型號399X113385B ； ABS 型號699X113386B ；PC/ABS 型號2599X113384C ； LCP 型號3499-3X113393A，3499-3X113393C ；PPA 型號4099X117359D 上述所述廠家推出的LDS塑膠都含有有機金屬復(fù)合物(銅絡(luò)合物)，也可以在激光熱解 下分解出銅金屬。本發(fā)明對以上所述其它廠家的LDS塑膠原料型號具有向下包容性所列 廠家LDS塑膠原料型號適合本發(fā)明工藝制作通用塑膠產(chǎn)品，不能用本發(fā)明工藝來制作諸于 高散熱、磁性塑膠天線等產(chǎn)品；所列LDS塑膠原料型號不適合本發(fā)明描述的采用激光分層 燒結(jié)(SLS)工藝制作塑膠產(chǎn)品。而本發(fā)明的激光塑膠除可以制作通用塑膠產(chǎn)品外，還可以 制造高散熱、磁性塑膠天線；并可以用于激光分層燒結(jié)(SLS)工藝制作塑膠產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求1所述，立體電路工藝采用的激光機，工作參數(shù)為16-400W，頻率為1064 納米的近紅外光或者266納米至375納米的紫外光；在激光選擇性照射下，受照射部分的塑 膠件表面產(chǎn)生熱解反應(yīng)，分解出金屬原子和揮發(fā)性的氣體，氣體逸出塑膠件；本發(fā)明工藝制 作的產(chǎn)品用于代替印制電路板焊接電子元器件時，優(yōu)選紫外激光機來掃描塑膠件，紫外激 光比紅外激光有更細的分辨力，線條會更精細。
8.如權(quán)利要求1所述，立體電路制造工藝可以引入激光燒結(jié)成型(SLS)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)在激光塑膠注塑件內(nèi)部制作類似多層印制板一樣的多層電路，這種融合了立體電路制造工藝的 激光機工作流程是(1)激光塑膠作原料；(2)激光機選擇性燒結(jié)一層后，塑膠件移出到快 速化學(xué)鍍槽中，快速增厚金屬銅層，再回轉(zhuǎn)回?zé)Y(jié)工作室；(3)再燒結(jié)下一層，如此反復(fù)，直 到塑膠件內(nèi)埋的金屬結(jié)構(gòu)制造完成。
9.如權(quán)利要求1所述，激光照射后形成圖案的塑膠件上析出了一層薄薄的金屬層，需 要化學(xué)鍍增厚，本發(fā)明所述之化學(xué)鍍采用環(huán)保型的厚銅工藝，優(yōu)選采用超聲波快速化學(xué)鍍 工藝
10.如權(quán)利要求1所述，等離子拋光采用化學(xué)漿料，非接觸拋光。此步是可選工藝，當(dāng)用 戶對金屬圖案表面有光潔度要求時再選用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立體電路制造工藝及配套的激光塑膠原料復(fù)合組份、制造方法，具體是采用激光掃描在塑膠表面選擇性沉積精密、緊密導(dǎo)電電路的并直接焊接電子元器件的成套技術(shù)。包括步驟一合成一種含有機金屬化合物的激光塑膠原料；步驟二采用這種激光塑膠原料注塑成塑膠件；步驟三激光選擇性掃描塑膠件形成還原出金屬粒子的圖案；步驟四快速超聲波化學(xué)鍍，增厚圖案上金屬層，形成連續(xù)導(dǎo)電圖案；步驟五等離子化學(xué)拋光(可選)。本發(fā)明還融合了激光分層燒結(jié)(SLS)快速成型技術(shù)并予以工藝和設(shè)備創(chuàng)新，是新一代電子、電器和機電一體化產(chǎn)品的環(huán)保、環(huán)境友好、柔性智能制造的核心技術(shù)，用于電子產(chǎn)業(yè)、航空航天、交通運輸、工業(yè)控制等領(lǐng)域。
文檔編號H01B13/00GK101859613SQ20091010650
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者周紅衛(wèi), 許小曙 申請人:湖南美納科技有限公司