一种在注塑件表面上制造三维电路的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维电路的制造方法，尤其涉及通过激光对含有金属铜粉末的注塑件表层进行选择性烧结，并通过化学镀铜得到铜导线，从而在注塑件表面上制造三维电路的方法。
【背景技术】
[0002]三维电路又称为立体电路，是指通过在注塑成型塑料壳体的表面采用一定的处理方法，制作出所需的图形导线，然后通过电子元器件的组装，把普通印刷电路板的电气互连、支撑和塑料壳体的防护等功能集于一个注塑件上，形成三维的电路载体。
[0003]传统生成三维电路的方法可分为二次注塑法、热压印法和注塑复合法等三种方法。
[0004](I) 二次注塑法又称为二次双组分注塑法，最常用的形式为活化树脂法和表面催化法。活化树脂法的原理为:把注塑件用可镀树脂和不可镀树脂分两次注塑而成，然后在注塑件上镀金属，可镀金属表面生成金属线路。表面催化法是利用在注塑成型的树脂表面进行催化活化，然后在其上二次注塑没有活化的树脂，镀金属后未被覆盖的部分成为金属线路。该方法设计自由度大，适合大规模生产，但成本高、投资大、柔性化程度低。
[0005](2)热压印法是按照设计电路的图形，通过热压印的方式使铺设在注塑件基体层表面的金属箔与塑料基体层粘结，除去未粘结的金属箔后，形成所需的导电线路。该方法工艺流程短、基体层材料适用范围广，但三维自由度较小，可用于简单三维电路的制造与生产。
[0006](3)注塑复合法的主要流程为:先制作带有线路图案的塑料基材，再将其注塑成型，同时完成复合步骤，之后脱模，完成金属化过程。该工艺可用于生产一些大型注塑件上的三维电路，不适合用来在结构复杂的注塑件上制造三维电路。
[0007]上述三种传统的在注塑件表面进行金属化的方法，由于制作工艺复杂、原材料损耗大、环境污染严重，不能满足高精度和柔性化制造的要求。为此，国内外研究人员纷纷努力尝试把柔性化程度高、无需掩模的直写加工技术应用到注塑件表面进行三维电路的制造和修复。
[0008]本发明采用激光选择性烧结技术制造，具有无需掩膜、制造精度高、柔性化程度高以及适用范围广等优点。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是:提出一种通过双料注塑成型方式，在含有金属粉末的注塑件表层上，对其进行激光选择性烧结，并通过化学镀得到特定金属布线的导线，从而在注塑件表面制造三维电路的方法。
[0010]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0011]一种在注塑件表面上制造三维电路的方法，包括步骤: A、通过双料注塑机的普通注塑单元及模具注塑第一层基体材料形成基体层，保证注塑件的结构强度；
B、通过双料注塑机的金属粉末注塑单元及模具向基体层上表面注塑第二层混合料形成金属粉末注塑层，保压冷却后开模取出注塑件，所述第二层混合料由铜粉和不可镀树脂粘结剂组成，所述铜粉大小为200目-250目，且在第二层混合料中的质量百分数为85%-90%左右，体积百分数为50%-55% ；
C、通过CO2激光器的激光头在真空环境下按照预先设计的电路布线图形路径在注塑件表面的金属粉末注塑层进行选择性烧结，使金属粉末注塑层中的不可镀树脂粘结剂烧结后汽化，从而裸露出铜粉形成初步三维线路，所述CO2激光功率为20W-50W，扫描速度为1OOmm/s-300mm/s ；
D、针对激光烧结后裸露的铜粉进行化学镀铜，在裸露的铜粉上沉积铜质表层，得到化学镀铜层，从而将烧结后的初步三维线路变厚变实并连通，增强导电性，形成铜导线。
[0012]进一步地，所述基体层的材料为普通塑料。
[0013]进一步地，所述基体层的材料为PC和ABS的混合物，其中，所述PC质量百分数为70%，所述ABS质量百分数为30%，使得基体层具有较高的机械强度。
[0014]相比于现有技术，本发明的有益效果是，采用激光选择性烧结技术和双料注塑方法，再通过化学镀铜工艺对注塑件进行表面金属化处理，从而得到三维电路。相对于传统制造三维电路的方法，本发明工艺简单，适合高精度、大批量的生产。可直接在需要高强度的注塑件上制造三维电路，减少了传统印刷电路板的使用，从而减小了电子产品的体积和成本，满足特殊结构的需求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例使用的双料注塑成型示意图。
[0016]图2为本发明实施例的激光烧结过程示意图。
[0017]图3是表示经过双料注塑后的注塑件剖视示意图。
[0018]图4是表示经过激光烧结后的注塑件剖视示意图。
[0019]图5是表示经过化学镀铜后的注塑件剖视示意图。
[0020]图6为图4中A处局部放大示意图。
[0021]图7为图5中B处局部放大示意图。
[0022]图中标号分别为:I为第一层凸模、2为第一层基体材料、3为第一层凹模、4为普通注塑单元、5为热流道喷嘴、6为金属粉末注塑单元、7为第二层凹模、8为第二层混合料、9为第二层凸模、10为旋转板、11为电机、12为激光头、13为铜粉、14为金属粉末注塑层、15基体层、16为化学镀铜层。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0024]实施例一
一种在注塑件表面上制造三维电路的方法，包括步骤: A、通过双料注塑机的普通注塑单元4及模具注塑第一层基体材料2形成基体层15，所述第一层基体材料2为普通塑料，本实施例选用PC和ABS的混合物，其中，所述PC质量百分数为70%，所述ABS质量百分数为30% ；
B、通过双料注塑机的金属粉末注塑单元6及模具向基体层15上表面注塑第二层混合料8形成金属粉末注塑层14，保压冷却后开模取出注塑件，所述第二层混合料8由铜粉13和不可镀树脂粘结剂组成，所述铜粉13为200目，且在第二层混合料中8的质量百分数为85%，体积百分数为50% ；
C、通过CO2激光器的激光头12在真空环境下按照预先设计的电路布线图形路径在注塑件表面的金属粉末注塑层14进行选择性烧结，使金属粉末注塑层14中的不可镀树脂粘结剂烧结后汽化，从而裸露出铜粉13形成初步三维线路，所述CO2激光功率为20W，扫描速度为100mm/s,烧结的初步三维电路深度不超过Imm,宽度为小于0.95mm ；
D、针对激光烧结后裸露的铜粉13进行化学镀铜，在裸露的铜粉13上沉积铜质表层，得到化学镀铜层16，从而将烧结后的初步三维线路变厚变实并连通，增强导电性，形成铜导线。
[0025]本实施例采用双料注塑机进行双料注塑成型，所述双料注塑机如图1所示。所述双料注塑机包括第一层凸模1、第一层混合料2、第一层凹模3、普通注塑单元4、热流道喷嘴5、金属粉末注塑单兀6、第二层凹模7、第二层混合料8、第二层凸模9、旋转板10和电机11。
[0026]注塑前，根据三维电路和对应的注塑件结构制造出双料注塑模具。双料注塑机采用平行注塑、旋转板10旋转180°的双料注塑机，其中第一层普通注塑单元4采用普通螺杆，第二层金属粉末注塑单元6采用金属粉末注塑专用螺杆。第一层凸模I固定在旋转板10上，当第一层凸模I和第一层凹模3合模后，通过普通注塑单元4注塑第一层混合料2，控制模温，使第一层混合料2在一定的温度下开模，以保证与第二层混合料8具有一定的粘结性能。电机11带动旋转板10转动180° ,第一层混合料2固定在第一层凸模I上,第一层凸模I和第二层凸模9的位置调换后，将第一层凸模I与第二层凹模7合模，通过金属粉末注塑单元6向合模后留出的模腔空间注塑第二层混合料8。保压冷却后开模取出注塑件