本發(fā)明涉及共形電路領域，尤其涉及一種共形電路及其制備方法。

背景技術(shù)：

共形電路(3D-MID)是一種內(nèi)置集成電路的注塑熱塑件，并可被認作為傳統(tǒng)PCB板的替代物。傳統(tǒng)PCB板因其本身的2D結(jié)構(gòu)而存在功能限制，而共形電路首要優(yōu)點是可以通過集成不同功能模塊使復雜電器組件小型化。電子元件和電路可以直接形成，而不需要電線或傳統(tǒng)PCB板。此外，機電模塊也可被集成在共形電路中。這些潛在功能可以被應用于IT(如GPS天線)或家用電器(如LED燈)行業(yè)、醫(yī)學行業(yè)(如血糖儀)、機械工程(如IC傳感器)和家用電子產(chǎn)品(如手機)行業(yè)。

共形電路通常采用熱沖壓成型工藝或雙料射出成型工藝生產(chǎn)。熱沖壓成型工藝是將金屬板放在預熱的模具中進行加工來生產(chǎn)共形電路；然后將電路印制在成型聚合物上。而在雙料射出成型工藝中，共形電路是通過采用可電鍍注塑聚合物和不可電鍍注塑聚合物生產(chǎn)得到。具體地，首先使可電鍍注塑聚合物成型，然后采用不可電鍍注塑聚合物有選擇地包覆成型在可電鍍注塑聚合物上，這樣，就導致了成型的可電鍍注塑聚合物的有些表面暴露出來。再采用蝕刻工藝激活成型的可電鍍注塑聚合物的暴露的表面。被激活的表面隨后會被金屬電鍍。熱沖壓成型工藝和雙料射出成型工藝都可采用如ABS和尼龍之類的商業(yè)材料完成。LCP、PPS和PBT也常被使用。LCP主要用于生產(chǎn)雙料組件和要求低粘度高耐熱性以用于承受共形電路上電路的焊接工藝的小部件。熱沖壓成型工藝和雙料射出成型工藝都具有限制各自進一步應用的缺點。熱沖壓成型工藝只適合生產(chǎn)簡單大型、其三維成型部件上具有二維電路的元件。而雙料射出成型工藝中的成型工具價格高，此限制了該成型工藝生產(chǎn)大體積的產(chǎn)品。同時， 雙料射出成型工藝的設計靈活性和原型能力也有局限并要求較長的發(fā)展時間。

在摻雜有特殊的非導電金屬化合物的熱塑性塑料表面進行激光激活，可使熱塑性塑料表面可適用于之后的金屬噴鍍工藝，從而減少了常規(guī)化學預處理步驟。在這些激光激活方法中，設置于熱塑性塑料基體上的金屬氧化物或有機金屬化合物會光致分解成金屬，并形成晶核。然后，化學沉積金屬層可在晶核上生長。由于對機電組件小型化的需求飆升，設計一種新的專門用于選擇性激光輔助化學鍍工藝的熱塑性塑料是至關(guān)重要的。K.C.Yung等人是首次公布了激光激活技術(shù)和AlN上具有不同深度的微通孔的金屬化技術(shù)。然而，現(xiàn)有激光激活技術(shù)卻聚焦于如聚乙烯、醋酸纖維素、石蠟或環(huán)氧樹脂之類的聚合物材料。同時，對于熱塑性塑料，大多數(shù)之前的研究需要使用昂貴的注塑成型設備來制備塑料樣品基體。并且，熱塑性塑料與金屬化合物以固相形式在逐漸增加的熱量作用下的混合和螺桿擠出機在注塑過程中的使用可能導致金屬化合物在熱塑性塑料中的不均勻分布和金屬化合物粉末在熱塑性塑料基質(zhì)中的結(jié)塊問題。

激光誘導技術(shù)已被證明可用于使尼龍6中金屬氧化物減少并圖案化。然而，摻雜具有低電阻率的石墨烯和金屬有機復合材料(例如，GO、CuO和Cu(CO₃)₂(OH)₂)在硬質(zhì)或柔性塑料片上，氧化石墨烯電路或金屬氧化物電路的制備還沒有采用激光直接照射來完成。特別地，石墨烯屬于二維碳材料，并包含有sp2雜化成鍵的碳原子六角形陣列，并與塊狀石墨相似。石墨烯以其優(yōu)異的導電性、機械強度和導熱性(石墨烯的電導率為8000S/m，機械強度為1000GPa，導熱系數(shù)為3000W/mK)吸引了研究者大量的關(guān)注。這使得石墨烯在如電致變色設備、電容器、傳感器、晶體管和太陽能電池等電學應用中具有吸引力。自從2004年，通過微剝離技術(shù)制備出石墨烯以來，大量的研究聚焦于石墨烯的制備上。此外，石墨烯作為導電碳材料的一種形式，為納米材料在能源領域的應用提供了完美的襯底。然而，石墨烯材料在熱塑性復合材料中的應用一直不太被關(guān)注于納米電子學方面的應用。進一步地，ABS是一種常見的熱塑性聚合物復合材料。由于ABS在許多工業(yè)領域具有堅固耐用的性能，摻雜有石墨烯和金屬有機復合材料的ABS值得特別關(guān)注。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對熱沖壓成型工藝只適合生產(chǎn)簡單大型、其三維成型部件上具有二維電路的元件；而雙料射出成型工藝中的成型工具價格高，此限制了該成型工藝生產(chǎn)大體積的產(chǎn)品。同時，雙料射出成型工藝的設計靈活性和原型能力也有局限并要求較長的生產(chǎn)時間的問題，提出了一種共形電路及其制備方法。

本發(fā)明就上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提出了一種共形電路的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1、采用激光對襯底進行照射，使襯底上形成電路結(jié)構(gòu)；

步驟S2、將襯底沉漬在化學鍍銅液中，使電路結(jié)構(gòu)上鍍有銅；

所述襯底包括激光處理層；所述電路結(jié)構(gòu)形成于該激光處理層上；

所述步驟S1還包括激光處理層的制備步驟；

激光處理層的制備步驟為步驟S11a或步驟S11b；

其中，步驟S11a為：將氧化劑、塑料混于溶劑中，以形成混合物；再將混合物倒入模具中或把混合物涂于通過3D打印制造的塑料物件表面上，在當該混合物中的溶劑蒸發(fā)時，便形成激光處理層；

步驟S11b為：將氧化劑、環(huán)氧樹脂、硬化劑以及丙酮混合均勻，以形成環(huán)氧樹脂涂料；然后將該環(huán)氧樹脂涂料固化，從而形成激光處理層。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，在當所述激光處理層的制備步驟為步驟S11b時，襯底還包括塑料層；

所述步驟S11b包括：將環(huán)氧樹脂涂料涂于塑料層上，并使環(huán)氧樹脂涂料固化，以在塑料層上形成激光處理層的步驟。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，所述溶劑為丙酮和氯仿的混合液、丙酮或氯仿。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，所述氧化劑為石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金屬氧化物粉末和/或金屬有機復合材料粉末。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，所述氧化劑為GO和CuO的混合物、CuO和Sb₂O₃的混合物、2,4-戊二酮銅(II)、Cu(CO₃)₂(OH)₂、GO、CuO或Cu₂O。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，所述氧化劑的質(zhì)量為塑料質(zhì)量的5％-75％。

本發(fā)明上述的共形電路的制備方法中，所述塑料為ABS。

本發(fā)明還提出了一種共形電路，該共形電路采用如上所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明將摻雜有氧化劑的熱塑性材料涂覆于熱塑性塑料制件上，以形成涂層。再采用3D激光還原過程使熱塑性塑料制件的涂層上形成具有電阻低并能夠被控制的電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明最后還采用一種商用化學鍍銅過程在由3D激光激活的電路結(jié)構(gòu)上沉積銅，從而生產(chǎn)出一種共形電路，該共形電路設計更靈活、生產(chǎn)更有效率。

具體實施方式

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：熱沖壓成型工藝只適合生產(chǎn)簡單大型、其三維成型部件上具有二維電路的元件。而雙料射出成型工藝中的成型工具價格高，此限制了該成型工藝生產(chǎn)大體積的產(chǎn)品。同時，雙料射出成型工藝的設計靈活性和原型能力也有局限并要求較長的生產(chǎn)時間。本發(fā)明提出的解決該技術(shù)問題的技術(shù)思路是：本發(fā)明采用3D成型方法，如3D打印技術(shù)制備出熱塑性塑料制件。然后，將摻雜有氧化劑的熱塑性材料涂覆于熱塑性塑料制件上，以形成涂層。再采用3D激光還原過程使熱塑性塑料制件的涂層上形成具有電阻低并能夠被控制的電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明最后還采用一種商用化學鍍銅過程在由3D激光激活的電路結(jié)構(gòu)上沉積銅。通過上述步驟，相比于共形電路的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，本發(fā)明提出了一種具有設計更靈活、生產(chǎn)更有效率的共形電路的生產(chǎn)方法。

為了使本發(fā)明的技術(shù)目的、技術(shù)方案以及技術(shù)效果更加清楚，以便于本領域技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

實施例1

1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；

2、然后將該ABS塑料在60℃下溶解于溶劑中，形成ABS溶液；所述溶劑可以采用丙酮、氯仿等；在本實施例中，所述溶劑中包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶劑溶解ABS塑料效果最好。

3、再將ABS溶液倒入到玻璃模具中或?qū)BS溶液涂于通過3D打印制造的塑料物件表面上；

4、當ABS溶液中的溶劑蒸發(fā)時，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上；

5、再對塑料薄膜進行激光表面處理。具體地，本實施例采用光纖激光器系統(tǒng)(SPI G3 40W-HM型)所發(fā)出的波長為1064nm的激光以及準分子激光系統(tǒng)(BraggStar M型)所發(fā)出的波長為248nm的激光對塑料薄膜進行處理；這里，準分子激光系統(tǒng)在工作時的激光重復頻率為20Hz，其輸出能量密度從20mJ/cm²增長到100mJ/cm²；激光的曝光時間可以為50s-300s。而對于光纖激光器系統(tǒng)，其工作時的激光重復頻率為25kHz，其激光器功率從8W增長為15W，激光的掃描速度可為15mm/s-100mm/s。

6、最后，對被激光處理過的塑料薄膜進行化學鍍銅。在本步驟中，該塑料薄膜會通過超聲浴進行清洗，以清除油和污漬。然后，再將該塑料薄膜沉漬在商用化學鍍銅液中，這里，沉漬時間優(yōu)選為60min。

實施例2

1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；

2、然后將該ABS塑料在120℃下溶解于溶劑中，形成ABS溶液；所述溶劑可以采用丙酮、氯仿等；在本實施例中，所述溶劑為80mL，包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶劑溶解ABS塑料效果最好。

3、再將ABS溶液與金屬氧化物粉末混合，形成混合物，并一起倒入到玻璃模具中或?qū)⒒旌衔锿坑谕ㄟ^3D打印制造的塑料物件表面上；

這里，石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金屬氧化物粉末和/或金屬有機復合材料粉末可以采用GO，其質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的5％；還可以采用CuO，其質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的30％、50％或70％；還可以采用Cu₂O，其質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的30％、50％或70％；還可以是CuO和色料的混合物，其 中，CuO的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的70％，而色料的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的5％，這里，色料可以是紅色色料、藍色色料或綠色色料。

4、當玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上的混合物中的溶劑蒸發(fā)時，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上；

5、再對塑料薄膜進行激光表面處理。具體地，本實施例采用光纖激光器系統(tǒng)(SPI G3 40W-HM型)所發(fā)出的波長為1064nm的激光以及準分子激光系統(tǒng)(BraggStar M型)所發(fā)出的波長為248nm的激光對塑料薄膜進行處理；這里，準分子激光系統(tǒng)在工作時的激光重復頻率為20Hz，其輸出能量密度從20mJ/cm²增長到100mJ/cm²；激光的曝光時間可以為50s-300s。而對于光纖激光器系統(tǒng)，其工作時的激光重復頻率為25kHz，其激光器功率從8W增長為15W，激光的掃描速度可為15mm/s-100mm/s。

6、最后，對被激光處理過的塑料薄膜進行化學鍍銅。在本步驟中，該塑料薄膜會通過超聲浴進行清洗，以清除油和污漬。然后，再將該塑料薄膜沉漬在商用化學鍍銅液中，這里，沉漬時間優(yōu)選為60min。

實施例3

1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；

2、然后將該ABS塑料在120℃下溶解于溶劑中，形成ABS溶液；所述溶劑可以采用丙酮、氯仿等；在本實施例中，所述溶劑為80mL，包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶劑溶解ABS塑料效果最好。

3、再將ABS溶液與金屬氧化物粉末混合，形成混合物，并一起倒入到玻璃模具中或?qū)⒒旌衔锿坑谕ㄟ^3D打印制造的塑料物件表面上；

這里，石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金屬氧化物粉末和/或金屬有機復合材料粉末可以是GO和CuO的混合物，其中，GO的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的5％，CuO的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的70％；金屬氧化物粉末還可以是CuO和Sb₂O₃的混合物，其中，CuO的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的70％，Sb₂O₃的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的5％，或者CuO的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的70％，Sb₂O₃的質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的10％；金屬氧化物粉末還可以是2,4-戊二酮銅(II)， 其質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的30％、50％或70％；金屬氧化物粉末還可以是Cu(CO₃)₂(OH)₂，其質(zhì)量為ABS塑料質(zhì)量的30％、50％或70％。

4、當玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上的混合物中的溶劑蒸發(fā)時，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上；

5、再對塑料薄膜進行激光表面處理。具體地，本實施例采用光纖激光器系統(tǒng)(SPI G3 40W-HM型)所發(fā)出的波長為1064nm的激光以及準分子激光系統(tǒng)(BraggStar M型)所發(fā)出的波長為248nm的激光對塑料薄膜進行處理；這里，準分子激光系統(tǒng)在工作時的激光重復頻率為20Hz，其輸出能量密度從20mJ/cm²增長到100mJ/cm²；激光的曝光時間可以為50s-300s。而對于光纖激光器系統(tǒng)，其工作時的激光重復頻率為25kHz，其激光器功率從8W增長為15W，激光的掃描速度可為15mm/s-100mm/s。

6、最后，對被激光處理過的塑料薄膜進行化學鍍銅。在本步驟中，該塑料薄膜會通過超聲浴進行清洗，以清除油和污漬。然后，再將該塑料薄膜沉漬在商用化學鍍銅液中，這里，沉漬時間優(yōu)選為60min。

實施例4

1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；

2、然后將該ABS塑料在60℃下溶解于溶劑中，形成ABS溶液；所述溶劑可以采用丙酮、氯仿等；在本實施例中，所述溶劑中包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶劑溶解ABS塑料效果最好。

3、再將ABS溶液倒入到玻璃模具中或?qū)⒒旌衔锿坑谕ㄟ^3D打印制造的塑料物件表面上；

4、當ABS溶液中的溶劑蒸發(fā)時，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通過3D打印制造的塑料物件表面上；

5、然后，將環(huán)氧樹脂涂料涂覆于塑料薄膜上；其中，環(huán)氧樹脂涂料包括10g環(huán)氧樹脂、2g硬化劑、6g2,4-戊二酮銅(II)或乙酰丙酮氧銅，20mL丙酮；再使該環(huán)氧樹脂涂料在100℃下固化，在本實施例中，該環(huán)氧樹脂涂料在涂覆后的24h完全固化。

6、再對塑料薄膜進行激光表面處理。具體地，本實施例采用光纖激光器系統(tǒng)(SPI G3 40W-HM型)所發(fā)出的波長為1064nm的激光以及準分子激光系統(tǒng)(BraggStar M型)所發(fā)出的波長為248nm的激光對塑料薄膜進行處理；這里，準分子激光系統(tǒng)在工作時的激光重復頻率為20Hz，其輸出能量密度從20mJ/cm²增長到100mJ/cm²；激光的曝光時間可以為50s-300s。而對于光纖激光器系統(tǒng)，其工作時的激光重復頻率為25kHz，其激光器功率從8W增長為15W，激光的掃描速度可為15mm/s-100mm/s。

7、最后，對被激光處理過的塑料薄膜進行化學鍍銅。在本步驟中，該塑料薄膜會通過超聲浴進行清洗，以清除油和污漬。然后，再將該塑料薄膜沉漬在商用化學鍍銅液中，這里，沉漬時間優(yōu)選為60min。

樣品測試

1、觀察。具體地，觀察沉漬后的實施例1的樣品、沉漬后的實施例2的樣品、沉漬后的實施例3的樣品以及沉漬后的實施例4的樣品的表面。

其中，實施例1的樣品上的被激光處理過的位置形成有孔；

實施例2的樣品、實施例3的樣品以及實施例4的樣品上的被激光處理過的位置都鍍有銅。對實施例2、實施例3和實施例4的樣品在一種商用化學鍍銅過程鍍銅前進行電阻率測試，得到其電阻率均低于1.46×10^-6Ωm。測量實施例2、實施例3和實施例4的樣品在一種商用化學鍍銅過程鍍銅前的厚度，其厚度均大于6.87μm。

2、對實施例2、實施例3和實施例4的樣品在一種商用化學鍍銅過程后進行電阻率測試，得到其電阻率均低于1.29×10^-7Ωm。

3、測量實施例2、實施例3和實施例4的樣品在一種商用化學鍍銅過程后的鍍銅厚度，其厚度均大于20.54μm。

從上述樣品測試結(jié)果可知，在實施例1中，塑料薄膜中沒有摻雜氧化劑，這樣，在塑料薄膜被激光處理后，無法在激光處理的位置形成用于化學鍍銅的晶核，這樣，實施例1的塑料薄膜也就無法被鍍銅，而處于絕緣狀態(tài)，因此，本發(fā)明的共形電路的制備方法是可行的。

本發(fā)明將摻雜有氧化劑的熱塑性材料涂覆于熱塑性塑料制件上，以形成涂 層。再采用3D激光激活過程使熱塑性塑料制件的涂層上形成具有電阻低并能夠被控制的電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明最后還采用一種商用化學鍍銅過程在由3D激光激活的電路結(jié)構(gòu)上沉積銅，從而生產(chǎn)出一種共形電路，該共形電路設計更靈活、生產(chǎn)更有效率。

應當理解的是，對本領域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。