立體電路及其制作方法

立體電路及其制作方法
【專利摘要】一種立體電路的制作方法，包括塑料基材注塑成型、激光改性塑料基材表面、第一次化學鍍、表面處理、第二次化學鍍以及表面后處理實現立體電路成型。一種立體電路，其通過上述立體電路的制作方法制成。本發明的方法可以精確、快速、經濟地在普通塑料結構件上形成三維立體電路，大幅降低產品的成本。
【專利說明】立體電路及其制作方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及電路制作領域，特別是涉及一種立體電路及其制作方法。

【背景技術】
[0002]隨著電子設備集成度的提高，通信設備的體積越來越小，需要在不明顯影響電子組件的功能和效率的同時減小尺寸，在這一背景下，實現與載體同型的加工工藝至關重要。
[0003]現在的通信設備包含通話功能、wifi功能、藍牙、GPS、NFC等功能，凡是需要無線傳輸的功能都需要天線的支持，現有的天線制作工藝有以下幾種:
[0004]1.采用FPC、五金片制作天線，手機內置天線絕大多數是由金屬彈片和塑料支架組成。此種結構形式可以保證安裝可靠、天線性能穩定。其缺點是:需要開發和制作五金及塑料模具，制作周期長，費用較高。此工藝制作一套連續沖五金模具最快也要五至六天，制作一套塑膠模具最快也要六至七天。通常情況，一套五金加塑膠模具總費用在萬元以上。
[0005]2.在改性塑料基體制作天線。此工藝需要使用特定的改性塑料，在普通塑料基體樹脂中摻加催化劑，成本較普通塑料高幾倍，同時研發生產改性塑料成本高。
[0006]3.在普通塑料上增加改性涂層制作立體電路。此工藝需要重新在普通塑料表面添加改性層，改性層的厚度及涂層與普通塑料基材的穩定性較低，在改性層鍍銅及其保護層后會出現銅層附著力低等問題。


【發明內容】

[0007]本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種立體電路的制作方法，所述方法可以精確、快速、經濟地在結構件上形成三維電路。
[0008]另一目的在于提供以所述方法制作的立體電路。
[0009]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0010]一種立體電路的制作方法，包括以下步驟:
[0011]a.通過注塑成型工藝形成具有預定形狀的塑料基材；
[0012]b.用激光改性所述塑料基材的表面形貌，以形成與預定立體電路圖案相對應的改性區域；
[0013]c.對所述改性區域所在的表面進行第一次化學鍍，使其附著導電金屬層；
[0014]d.通過表面處理，去除所述改性區域之外的導電金屬層但保留所述改性區域內的導電金屬層；
[0015]e.對所述塑料基材的改性區域所在的表面進行第二次化學鍍，利用保留在所述改性區域內的導電金屬層在所述改性區域上進行導電金屬沉積，以便成型為立體電路。
[0016]進一步地:
[0017]所述導電金屬為銅。
[0018]所述激光的波長為1040nm-1070nm，激光加工的頻率為30kHz-100kHz，加工速度為1000mm/s-3000mm/s，激光的脈寬為4ns_40ns,激光加工的功率為3w_6w,掃描線距為0.01-5mmo
[0019]所述第一次化學鍍之前對所述改性區域所在的表面進行除油和粗化處理，其中除油使用堿性或酸性除油液，粗化使用酸性強氧化劑粗化液。
[0020]在所述塑料為ABS的情況下，所述粗化液的配方含:800-1000g.dm-3的濃H2S04、10-30g.dm-3的Cr03以及200_400g.dm-3的H20 ;在所述塑料為聚乙烯塑料的情況下，所述粗化液的配方含:800-1000g.dm-3的濃H2S04、35_60g.dm-3的Cr03以及200-400g.dm-3 的 H20。
[0021]步驟c中還包括對所述改性區域所在的表面進行敏化和活化處理，所述敏化處理使用敏化液以使所述表面吸附具有強還原性的金屬離子，所述活化處理使用活化液以使所述表面沉積一層具有催化活性的金屬微粒，促使化學鍍中的導電金屬離子發生還原作用而快速沉積到所述表面，其中，所述具有還原性的金屬離子用于還原所述活化液中的金屬離子以產生所述具有催化活性的金屬微粒。
[0022]所述具有強還原性的金屬離子為Sn2+，所述敏化液為酸性氧化亞錫溶液，或是含有 SnCL2、HCL 和錫粒的溶液，優選含有 10_50g *dm-3 的 SnC12.Η20 和 40_80g *cm3 的 HCl。
[0023]所述活化液為氧化金、氯化鈀或硝酸銀溶液，優選采用1.5?2g.dm-3的AgN03溶液，將氨水滴入硝酸銀溶液中，出現白色沉淀，繼續添加氨水直至沉淀溶解，所述有催化活性的金屬微粒為Ag+。
[0024]步驟(^Pe中，化學鍍鍍液由以下A和B兩種溶液按1:3的體積比混合，其中A溶液的配方含:7g.dm-3 的 CuS04.5H20、2g.dm-3 的 NiC12.6H20 和 12g.dm-3 的濃度 37%的 HCHO, B 溶液的配方含:15g.dm-3 的 NaKC4H406 和 25g.dm-3 的 NaOH。
[0025]一種立體電路，通過所述的立體電路的制作方法制成。
[0026]本發明的有益技術效果:
[0027]根據本發明，可以直接在普通塑料上制作改性三維立體電路，而不需要采用特定的改性塑料，例如無需在普通塑料基體樹脂中摻加催化劑、金屬絡合物等特殊成分，而普通塑料的成本較之這樣的改性塑料的成本低幾倍，能夠大幅降低立體電路的制作成本。本發明先通過激光對普通塑料基材表面進行改性，在普通塑料基材表面快速形成用于制作立體電路圖案，使普通塑料基材表面達到易于化學鍍的形貌，并采用兩次化學鍍和一次中間表面處理的工藝過程，使普通塑料表面能夠精確沉積預定圖案的導電金屬層，最終形成所希望的立體電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明立體電路制作方法一種實施例的流程圖；
[0029]圖2為塑料表面原始的形貌照片；
[0030]圖3為實施例中經激光改性過后塑料表面的形貌照片；
[0031]圖4為實施例中經表面處理后凹槽表面的形貌照片。

【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0033]參閱圖1，在一些實施例里，立體電路制作工藝的步驟包括:
[0034]塑料基材注塑成型、激光改性塑料基材表面、第一次化學鍍、表面處理、第二次化學鍍，以及表面后處理完成最終立體電路成型。應理解，除了適用通用塑料外，對于含改性成分的改性塑料，本發明也是可以適用的。
[0035]步驟一、塑料基材注塑成型
[0036]按照設計好的立體電路結構將普通塑料注塑成型，普通塑料可以是通用的PC塑料、ABS塑料等，基體樹脂中未摻加催化劑等改性成分。
[0037]步驟二、激光照射改性塑料基材表面
[0038]可選用窄脈寬的半導體泵浦激光器，通過動態擴束鏡改變聚集光斑的焦點，改性成型的塑料基材表面，快速制造出用于成型三維立體電路的形貌圖案。優選地，激光的波長為1040nm-1070nm，激光加工的頻率為30kHz-100kHz，加工速度為1000mm/s-3000mm/s，激光脈寬為4ns-40ns,激光加工的能量為3w_6w,掃描線距為0.01_5mm。窄脈寬的半導體泵浦激光器具有高的峰值功率，脈寬窄且加工熱影響區域小，改性完成之后塑料表面呈特定的形貌，有利于化學鍍中銅離子的沉積。
[0039]圖2示出注塑成型后的塑料基材表面的形貌，其表面光澤，粗糙度低，不利于金屬銅的沉積。而激光改性后，表面呈圖3所示形貌，有利于第一次化學鍍時凹槽中能沉積更多的金屬銅。
[0040]步驟三、第一次化學鍍
[0041]對塑料基材表面進行第一次化學鍍，使整個塑料基材的改性區域所在的表面都附著有銅層。化學鍍優選可采用NaKC4H206、CuS04、NaOH、HCHO的混合溶液。銅混合溶液濃度優選為2.5g-5g/L。較佳地，在化學鍍之前還實施除油、粗化處理。其中除油可采用Na2C03、NaOH、Na3P03等溶液洗滌劑，堿溶液濃度優選為8_12g/L。粗化可使用KCr07、H2S04等溶液。
[0042]在優選實施例中，在化學鍍之前還實施敏化、活化處理。敏化可采用含SnCL2、HCL、錫粒的溶液。活化可采用含AgN03、氨水的溶液。硝酸銀的濃度優選為4-6g/L。
[0043]在優選實施例中，實現沉銅速率為30分鐘沉積1.5-3.5 μ m。
[0044]混合溶液化學鍍銅時的反應溫度可為50-65度。混合溶液濃度可為3.5-4.5g/L。化學鍍銅過程中加入作為催化劑的甲醛，其濃度可為3-5g/L。
[0045]化學鍍是使用合適的還原劑，使鍍液中的金屬離子還原成金屬而沉積在塑料基材表面的一種鍍覆工藝。本發明在普通塑料上進激光改性后再進行化學鍍銅。為使金屬的沉積過程盡量發生在塑料基材上而不發生在溶液中，采用激光改性后，優選首先將塑料基材表面進行除油、粗化、敏化、活化等處理。除油處理(可用堿性溶液)可除去塑料基材表面上的油污，使表面清潔。粗化處理(可用酸性強氧化劑)可使金屬鍍件表面呈微觀的粗糙狀態，增加表面積及表面的親水性。敏化處理(可用酸性氧化亞錫溶液)可使粗化的塑料基材表面吸附一導具有較強還原性的金屬離子(如Sn2+)，用于還原活化溶液中的金屬離子(如Ag+)。活化處理是使鍍件表面沉積一層具有催化活性的金屬微粒，形成催化中心，促使Cu2+在這催化中心上發生還原作用。優選的活化劑有氧化金、氯化鈀和硝酸銀等。選用硝酸銀作活化劑，當經過氯化亞錫敏化處理的鍍件再浸入硝酸銀溶液后，將在鍍件表面產生如下反應:Sn2++2Ag+ = Sn4++2Ag，產生的金屬銀微粒具有催化活性，是化學鍍銅的結晶中心。經活性處理后，在鍍件表面已具有催化活性的金屬銀粒子，能加速氧化還原反應的進行，使鍍件表面很快沉積上銅的導電層而實現非金屬材料的化學鍍銅。
[0046]步驟四、表面處理
[0047]通過化學處理，將附著在改性區域外的塑料表面的銅層去除。可采用濃度為60% -80%的硝酸溶液去除表面銅層，通過控制溶液與基材的反應時間來保留改性區域凹槽表面銅(反應的過程是銅層至上到下去除)，使其在第二次化學鍍時能在改性區域附著導電銅層。如圖4，表面處理后，凹槽中還保留部分銅層，有利于第二次化學鍍時金屬銅的沉積，表面處理時硝酸的濃度為60% -80%，在常溫下，控制溶液與塑料表面銅層的反應時間(時間控制在5min-10min)
[0048]步驟五、第二次化學鍍
[0049]由于改性區域凹槽表面保留有銅層，因此第二次化學鍍時金屬銅進一步沉積到改性區域上。銅溶液的濃度優選為2.5-5g/L，溶液反應溫度為45-55度。例如采用NaKC4H206、CuS04、NaOH、HCHO混合溶液，濃度為3.5g — 4.5g/L。較佳地，在化學鍍之前還實施除油處理，除油可采用Na2C03、NaOH、Na3P03等溶液洗滌劑，堿溶液濃度優選為7_9g/L。優選地，實現沉銅速度為30分鐘沉銅3-5 μ m。
[0050]甲醛濃度為3_5g/L，溶液反應溫度為45-55度
[0051]較佳地，前述工藝中所用的除油液、粗化液、敏化液、活化液和第一及第二次化學鍍所用的化學鍍銅液配方如下:
[0052]I)除油液:可以采用①堿性除油液:NaOH (50_200g.dm-3)，Na3P04 (30-100g.dm-3)，Na2C03 (15_60g.dm-3)，洗滌劑(5g.dm-3);②酸性除油液:K2Cr207(30-100g.dm_3)，濃 H2S04 (600_800g.dm-3)，H20 (400_600cm3)
[0053]2)粗化液:①針對 ABS 塑料:濃 H2S04 (800_1000g.dm-3)，Cr03 (10_30g.dm-3)，H20(200-400g.dm-3)。②針對聚乙烯塑料:濃 H2S04 (800_1000g.dm_3)，Cr03 (35-60g.dm-3)，H20(200_400g.dm-3)。
[0054]3)敏化液:SnC12.H20(10_50g.dm-3), HCl (40_80g.dm_3)，錫粒若干。
[0055]4)活化液:AgN03 (1.5?2g.dm-3)，將氨水滴入硝酸銀溶液中，出現白色沉淀，繼續添加氨水直至沉淀溶解。
[0056]5)化學鍍銅液:化學鍍銅液分別配成A，B兩種溶液，使用時按A:B = 1:3混合。A液:CuS04.5H20(7g.dm-3)，NiC12.6H20(2g.dm-3)，HCHO(37%, 12g.dm-3)。B 液:NaKC4H406 (15g.dm-3)，NaOH(25g.dm-3)。
[0057]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種立體電路的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: a.通過注塑成型工藝形成具有預定形狀的塑料基材； b.用激光改性所述塑料基材的表面形貌，以形成與預定立體電路圖案相對應的改性區域； c.對所述改性區域所在的表面進行第一次化學鍍，使其附著導電金屬層； d.通過表面處理，去除所述改性區域之外的導電金屬層但保留所述改性區域內的導電金屬層； e.對所述塑料基材的改性區域所在的表面進行第二次化學鍍，利用保留在所述改性區域內的導電金屬層在所述改性區域上進行導電金屬沉積，以便成型為立體電路。
2.如權利要求1所述的立體電路的制作方法，其特征在于，所述導電金屬為銅。
3.如權利要求1所述的立體電路的制作方法，其特征在于，所述激光的波長為1040nm-1070nm，激光加工的頻率為30kHz-100kHz，加工速度為1000mm/s-3000mm/s，激光的脈寬為4ns-40ns,激光加工的功率為3w_6w,掃描線距為0.01_5mm。
4.如權利要求1所述的立體電路的制作方法，其特征在于，所述第一次化學鍍之前對所述改性區域所在的表面進行除油和粗化處理，其中除油使用堿性或酸性除油液，粗化使用酸性強氧化劑粗化液。
5.如權利要求4所述的立體電路的制作方法，其特征在于，在所述塑料為ABS的情況下，所述粗化液的配方含:800-1000g.dm-3的濃H2S04、10_30g.dm_3的Cr03以及200-400g.dm-3的H20 ;在所述塑料為聚乙烯塑料的情況下，所述粗化液的配方含:800-1000g.dm-3 的濃 H2S04、35_60g.dm-3 的 Cr03 以及 200_400g.dm-3 的 H20。
6.如權利要求1至5任一項所述的立體電路的制作方法，其特征在于，步驟c中還包括對所述改性區域所在的表面進行敏化和活化處理，所述敏化處理使用敏化液以使所述表面吸附具有強還原性的金屬離子，所述活化處理使用活化液以使所述表面沉積一層具有催化活性的金屬微粒，促使化學鍍中的導電金屬離子發生還原作用而快速沉積到所述表面，其中，所述具有還原性的金屬離子用于還原所述活化液中的金屬離子以產生所述具有催化活性的金屬微粒。
7.如權利要求6所述的立體電路的制作方法，其特征在于，所述具有強還原性的金屬離子為Sn2+，所述敏化液為酸性氧化亞錫溶液，或是含有SnCL2、HCL和錫粒的溶液，優選含有 10-50g.dm-3 的 SnC12.H20 和 40_80g.cm3 的 HCl。
8.如權利要求6所述的立體電路的制作方法，其特征在于，所述活化液為氧化金、氯化鈀或硝酸銀溶液，優選采用1.5?2g *dm-3的AgN03溶液，將氨水滴入AgN03溶液中，出現白色沉淀，繼續添加氨水直至沉淀溶解，其中所述有催化活性的金屬微粒為Ag+。
9.如權利要求1至8任一項所述的立體電路的制作方法，其特征在于，步驟c和e中，化學鍍鍍液由以下A和B兩種溶液按1:3的體積比混合，其中A溶液的配方含:7g.dm-3的 CuS04.5H20、2g.dm-3 的 NiC12.6H20 和 12g.dm-3 的濃度 37% 的 HCHO, B 溶液的配方含:15g.dm-3 的 NaKC4H406 和 25g.dm-3 的 NaOH。
10.一種立體電路，其特征在于，通過權利要求1至9任一項所述的立體電路的制作方法制成。
【文檔編號】H05K1/00GK104244564SQ201410181771
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】蔡志祥, 鄒凱, 楊偉, 楊玉山 申請人:深圳光韻達光電科技股份有限公司