本发明涉及共形电路领域，尤其涉及一种共形电路及其制备方法。
背景技术：
共形电路(3D-MID)是一种内置集成电路的注塑热塑件，并可被认作为传统PCB板的替代物。传统PCB板因其本身的2D结构而存在功能限制，而共形电路首要优点是可以通过集成不同功能模块使复杂电器组件小型化。电子元件和电路可以直接形成，而不需要电线或传统PCB板。此外，机电模块也可被集成在共形电路中。这些潜在功能可以被应用于IT(如GPS天线)或家用电器(如LED灯)行业、医学行业(如血糖仪)、机械工程(如IC传感器)和家用电子产品(如手机)行业。
共形电路通常采用热冲压成型工艺或双料射出成型工艺生产。热冲压成型工艺是将金属板放在预热的模具中进行加工来生产共形电路；然后将电路印制在成型聚合物上。而在双料射出成型工艺中，共形电路是通过采用可电镀注塑聚合物和不可电镀注塑聚合物生产得到。具体地，首先使可电镀注塑聚合物成型，然后采用不可电镀注塑聚合物有选择地包覆成型在可电镀注塑聚合物上，这样，就导致了成型的可电镀注塑聚合物的有些表面暴露出来。再采用蚀刻工艺激活成型的可电镀注塑聚合物的暴露的表面。被激活的表面随后会被金属电镀。热冲压成型工艺和双料射出成型工艺都可采用如ABS和尼龙之类的商业材料完成。LCP、PPS和PBT也常被使用。LCP主要用于生产双料组件和要求低粘度高耐热性以用于承受共形电路上电路的焊接工艺的小部件。热冲压成型工艺和双料射出成型工艺都具有限制各自进一步应用的缺点。热冲压成型工艺只适合生产简单大型、其三维成型部件上具有二维电路的元件。而双料射出成型工艺中的成型工具价格高，此限制了该成型工艺生产大体积的产品。同时， 双料射出成型工艺的设计灵活性和原型能力也有局限并要求较长的发展时间。
在掺杂有特殊的非导电金属化合物的热塑性塑料表面进行激光激活，可使热塑性塑料表面可适用于之后的金属喷镀工艺，从而减少了常规化学预处理步骤。在这些激光激活方法中，设置于热塑性塑料基体上的金属氧化物或有机金属化合物会光致分解成金属，并形成晶核。然后，化学沉积金属层可在晶核上生长。由于对机电组件小型化的需求飙升，设计一种新的专门用于选择性激光辅助化学镀工艺的热塑性塑料是至关重要的。K.C.Yung等人是首次公布了激光激活技术和AlN上具有不同深度的微通孔的金属化技术。然而，现有激光激活技术却聚焦于如聚乙烯、醋酸纤维素、石蜡或环氧树脂之类的聚合物材料。同时，对于热塑性塑料，大多数之前的研究需要使用昂贵的注塑成型设备来制备塑料样品基体。并且，热塑性塑料与金属化合物以固相形式在逐渐增加的热量作用下的混合和螺杆挤出机在注塑过程中的使用可能导致金属化合物在热塑性塑料中的不均匀分布和金属化合物粉末在热塑性塑料基质中的结块问题。
激光诱导技术已被证明可用于使尼龙6中金属氧化物减少并图案化。然而，掺杂具有低电阻率的石墨烯和金属有机复合材料(例如，GO、CuO和Cu(CO3)2(OH)2)在硬质或柔性塑料片上，氧化石墨烯电路或金属氧化物电路的制备还没有采用激光直接照射来完成。特别地，石墨烯属于二维碳材料，并包含有sp2杂化成键的碳原子六角形阵列，并与块状石墨相似。石墨烯以其优异的导电性、机械强度和导热性(石墨烯的电导率为8000S/m，机械强度为1000GPa，导热系数为3000W/mK)吸引了研究者大量的关注。这使得石墨烯在如电致变色设备、电容器、传感器、晶体管和太阳能电池等电学应用中具有吸引力。自从2004年，通过微剥离技术制备出石墨烯以来，大量的研究聚焦于石墨烯的制备上。此外，石墨烯作为导电碳材料的一种形式，为纳米材料在能源领域的应用提供了完美的衬底。然而，石墨烯材料在热塑性复合材料中的应用一直不太被关注于纳米电子学方面的应用。进一步地，ABS是一种常见的热塑性聚合物复合材料。由于ABS在许多工业领域具有坚固耐用的性能，掺杂有石墨烯和金属有机复合材料的ABS值得特别关注。
技术实现要素：
本发明针对热冲压成型工艺只适合生产简单大型、其三维成型部件上具有二维电路的元件；而双料射出成型工艺中的成型工具价格高，此限制了该成型工艺生产大体积的产品。同时，双料射出成型工艺的设计灵活性和原型能力也有局限并要求较长的生产时间的问题，提出了一种共形电路及其制备方法。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：
本发明提出了一种共形电路的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、采用激光对衬底进行照射，使衬底上形成电路结构；
步骤S2、将衬底沉渍在化学镀铜液中，使电路结构上镀有铜；
所述衬底包括激光处理层；所述电路结构形成于该激光处理层上；
所述步骤S1还包括激光处理层的制备步骤；
激光处理层的制备步骤为步骤S11a或步骤S11b；
其中，步骤S11a为：将氧化剂、塑料混于溶剂中，以形成混合物；再将混合物倒入模具中或把混合物涂于通过3D打印制造的塑料物件表面上，在当该混合物中的溶剂蒸发时，便形成激光处理层；
步骤S11b为：将氧化剂、环氧树脂、硬化剂以及丙酮混合均匀，以形成环氧树脂涂料；然后将该环氧树脂涂料固化，从而形成激光处理层。
本发明上述的共形电路的制备方法中，在当所述激光处理层的制备步骤为步骤S11b时，衬底还包括塑料层；
所述步骤S11b包括：将环氧树脂涂料涂于塑料层上，并使环氧树脂涂料固化，以在塑料层上形成激光处理层的步骤。
本发明上述的共形电路的制备方法中，所述溶剂为丙酮和氯仿的混合液、丙酮或氯仿。
本发明上述的共形电路的制备方法中，所述氧化剂为石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金属氧化物粉末和/或金属有机复合材料粉末。
本发明上述的共形电路的制备方法中，所述氧化剂为GO和CuO的混合物、CuO和Sb2O3的混合物、2,4-戊二酮铜(II)、Cu(CO3)2(OH)2、GO、CuO或Cu2O。
本发明上述的共形电路的制备方法中，所述氧化剂的质量为塑料质量的5％-75％。
本发明上述的共形电路的制备方法中，所述塑料为ABS。
本发明还提出了一种共形电路，该共形电路采用如上所述的制备方法制备得到。
本发明将掺杂有氧化剂的热塑性材料涂覆于热塑性塑料制件上，以形成涂层。再采用3D激光还原过程使热塑性塑料制件的涂层上形成具有电阻低并能够被控制的电路结构。本发明最后还采用一种商用化学镀铜过程在由3D激光激活的电路结构上沉积铜，从而生产出一种共形电路，该共形电路设计更灵活、生产更有效率。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题是：热冲压成型工艺只适合生产简单大型、其三维成型部件上具有二维电路的元件。而双料射出成型工艺中的成型工具价格高，此限制了该成型工艺生产大体积的产品。同时，双料射出成型工艺的设计灵活性和原型能力也有局限并要求较长的生产时间。本发明提出的解决该技术问题的技术思路是：本发明采用3D成型方法，如3D打印技术制备出热塑性塑料制件。然后，将掺杂有氧化剂的热塑性材料涂覆于热塑性塑料制件上，以形成涂层。再采用3D激光还原过程使热塑性塑料制件的涂层上形成具有电阻低并能够被控制的电路结构。本发明最后还采用一种商用化学镀铜过程在由3D激光激活的电路结构上沉积铜。通过上述步骤，相比于共形电路的传统生产方法，本发明提出了一种具有设计更灵活、生产更有效率的共形电路的生产方法。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更加清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；
2、然后将该ABS塑料在60℃下溶解于溶剂中，形成ABS溶液；所述溶剂可以采用丙酮、氯仿等；在本实施例中，所述溶剂中包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶剂溶解ABS塑料效果最好。
3、再将ABS溶液倒入到玻璃模具中或将ABS溶液涂于通过3D打印制造的塑料物件表面上；
4、当ABS溶液中的溶剂蒸发时，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上；
5、再对塑料薄膜进行激光表面处理。具体地，本实施例采用光纤激光器系统(SPI G3 40W-HM型)所发出的波长为1064nm的激光以及准分子激光系统(BraggStar M型)所发出的波长为248nm的激光对塑料薄膜进行处理；这里，准分子激光系统在工作时的激光重复频率为20Hz，其输出能量密度从20mJ/cm2增长到100mJ/cm2；激光的曝光时间可以为50s-300s。而对于光纤激光器系统，其工作时的激光重复频率为25kHz，其激光器功率从8W增长为15W，激光的扫描速度可为15mm/s-100mm/s。
6、最后，对被激光处理过的塑料薄膜进行化学镀铜。在本步骤中，该塑料薄膜会通过超声浴进行清洗，以清除油和污渍。然后，再将该塑料薄膜沉渍在商用化学镀铜液中，这里，沉渍时间优选为60min。
实施例2
1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；
2、然后将该ABS塑料在120℃下溶解于溶剂中，形成ABS溶液；所述溶剂可以采用丙酮、氯仿等；在本实施例中，所述溶剂为80mL，包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶剂溶解ABS塑料效果最好。
3、再将ABS溶液与金属氧化物粉末混合，形成混合物，并一起倒入到玻璃模具中或将混合物涂于通过3D打印制造的塑料物件表面上；
这里，石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金属氧化物粉末和/或金属有机复合材料粉末可以采用GO，其质量为ABS塑料质量的5％；还可以采用CuO，其质量为ABS塑料质量的30％、50％或70％；还可以采用Cu2O，其质量为ABS塑料质量的30％、50％或70％；还可以是CuO和色料的混合物，其 中，CuO的质量为ABS塑料质量的70％，而色料的质量为ABS塑料质量的5％，这里，色料可以是红色色料、蓝色色料或绿色色料。
4、当玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上的混合物中的溶剂蒸发时，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上；
5、再对塑料薄膜进行激光表面处理。具体地，本实施例采用光纤激光器系统(SPI G3 40W-HM型)所发出的波长为1064nm的激光以及准分子激光系统(BraggStar M型)所发出的波长为248nm的激光对塑料薄膜进行处理；这里，准分子激光系统在工作时的激光重复频率为20Hz，其输出能量密度从20mJ/cm2增长到100mJ/cm2；激光的曝光时间可以为50s-300s。而对于光纤激光器系统，其工作时的激光重复频率为25kHz，其激光器功率从8W增长为15W，激光的扫描速度可为15mm/s-100mm/s。
6、最后，对被激光处理过的塑料薄膜进行化学镀铜。在本步骤中，该塑料薄膜会通过超声浴进行清洗，以清除油和污渍。然后，再将该塑料薄膜沉渍在商用化学镀铜液中，这里，沉渍时间优选为60min。
实施例3
1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；
2、然后将该ABS塑料在120℃下溶解于溶剂中，形成ABS溶液；所述溶剂可以采用丙酮、氯仿等；在本实施例中，所述溶剂为80mL，包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶剂溶解ABS塑料效果最好。
3、再将ABS溶液与金属氧化物粉末混合，形成混合物，并一起倒入到玻璃模具中或将混合物涂于通过3D打印制造的塑料物件表面上；
这里，石墨烯材料粉末和/或碳的材料粉末和/或金属氧化物粉末和/或金属有机复合材料粉末可以是GO和CuO的混合物，其中，GO的质量为ABS塑料质量的5％，CuO的质量为ABS塑料质量的70％；金属氧化物粉末还可以是CuO和Sb2O3的混合物，其中，CuO的质量为ABS塑料质量的70％，Sb2O3的质量为ABS塑料质量的5％，或者CuO的质量为ABS塑料质量的70％，Sb2O3的质量为ABS塑料质量的10％；金属氧化物粉末还可以是2,4-戊二酮铜(II)， 其质量为ABS塑料质量的30％、50％或70％；金属氧化物粉末还可以是Cu(CO3)2(OH)2，其质量为ABS塑料质量的30％、50％或70％。
4、当玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上的混合物中的溶剂蒸发时，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上；
5、再对塑料薄膜进行激光表面处理。具体地，本实施例采用光纤激光器系统(SPI G3 40W-HM型)所发出的波长为1064nm的激光以及准分子激光系统(BraggStar M型)所发出的波长为248nm的激光对塑料薄膜进行处理；这里，准分子激光系统在工作时的激光重复频率为20Hz，其输出能量密度从20mJ/cm2增长到100mJ/cm2；激光的曝光时间可以为50s-300s。而对于光纤激光器系统，其工作时的激光重复频率为25kHz，其激光器功率从8W增长为15W，激光的扫描速度可为15mm/s-100mm/s。
6、最后，对被激光处理过的塑料薄膜进行化学镀铜。在本步骤中，该塑料薄膜会通过超声浴进行清洗，以清除油和污渍。然后，再将该塑料薄膜沉渍在商用化学镀铜液中，这里，沉渍时间优选为60min。
实施例4
1、采用乙醇清洗2.5gABS塑料；
2、然后将该ABS塑料在60℃下溶解于溶剂中，形成ABS溶液；所述溶剂可以采用丙酮、氯仿等；在本实施例中，所述溶剂中包含有40mL氯仿和40mL丙酮；丙酮和氯仿混合形成的溶剂溶解ABS塑料效果最好。
3、再将ABS溶液倒入到玻璃模具中或将混合物涂于通过3D打印制造的塑料物件表面上；
4、当ABS溶液中的溶剂蒸发时，一片塑料薄膜便形成于玻璃模具中或通过3D打印制造的塑料物件表面上；
5、然后，将环氧树脂涂料涂覆于塑料薄膜上；其中，环氧树脂涂料包括10g环氧树脂、2g硬化剂、6g2,4-戊二酮铜(II)或乙酰丙酮氧铜，20mL丙酮；再使该环氧树脂涂料在100℃下固化，在本实施例中，该环氧树脂涂料在涂覆后的24h完全固化。
6、再对塑料薄膜进行激光表面处理。具体地，本实施例采用光纤激光器系统(SPI G3 40W-HM型)所发出的波长为1064nm的激光以及准分子激光系统(BraggStar M型)所发出的波长为248nm的激光对塑料薄膜进行处理；这里，准分子激光系统在工作时的激光重复频率为20Hz，其输出能量密度从20mJ/cm2增长到100mJ/cm2；激光的曝光时间可以为50s-300s。而对于光纤激光器系统，其工作时的激光重复频率为25kHz，其激光器功率从8W增长为15W，激光的扫描速度可为15mm/s-100mm/s。
7、最后，对被激光处理过的塑料薄膜进行化学镀铜。在本步骤中，该塑料薄膜会通过超声浴进行清洗，以清除油和污渍。然后，再将该塑料薄膜沉渍在商用化学镀铜液中，这里，沉渍时间优选为60min。
样品测试
1、观察。具体地，观察沉渍后的实施例1的样品、沉渍后的实施例2的样品、沉渍后的实施例3的样品以及沉渍后的实施例4的样品的表面。
其中，实施例1的样品上的被激光处理过的位置形成有孔；
实施例2的样品、实施例3的样品以及实施例4的样品上的被激光处理过的位置都镀有铜。对实施例2、实施例3和实施例4的样品在一种商用化学镀铜过程镀铜前进行电阻率测试，得到其电阻率均低于1.46×10-6Ωm。测量实施例2、实施例3和实施例4的样品在一种商用化学镀铜过程镀铜前的厚度，其厚度均大于6.87μm。
2、对实施例2、实施例3和实施例4的样品在一种商用化学镀铜过程后进行电阻率测试，得到其电阻率均低于1.29×10-7Ωm。
3、测量实施例2、实施例3和实施例4的样品在一种商用化学镀铜过程后的镀铜厚度，其厚度均大于20.54μm。
从上述样品测试结果可知，在实施例1中，塑料薄膜中没有掺杂氧化剂，这样，在塑料薄膜被激光处理后，无法在激光处理的位置形成用于化学镀铜的晶核，这样，实施例1的塑料薄膜也就无法被镀铜，而处于绝缘状态，因此，本发明的共形电路的制备方法是可行的。
本发明将掺杂有氧化剂的热塑性材料涂覆于热塑性塑料制件上，以形成涂 层。再采用3D激光激活过程使热塑性塑料制件的涂层上形成具有电阻低并能够被控制的电路结构。本发明最后还采用一种商用化学镀铜过程在由3D激光激活的电路结构上沉积铜，从而生产出一种共形电路，该共形电路设计更灵活、生产更有效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。