基于光固化制造3D电路板的制造方法及控制方法与流程

本发明属于3d打印技术领域，特别涉及一种基于光固化制造3d电路板的制造方法及控制方法。

背景技术：

目前已有的通过3d打印技术来制造印刷电路板的方案都有着各种各样的缺点。例如使用fdm方式制造3d打印电路板的方法精度差，通过sls方式制造3d打印电路板的方式加工耗材成本高昂，设备价格高昂、寿命较短等问题。同时传统的电路板生产方式不适合小批量或者样品的快速生产和制造，也很难制造未来更加精密的电路板或在一定厚度内制造超多走线层。例如目前国内外较大的小批量或样板厂通常不对高难度、超多层电路板进行加工。随着技术的发展，计算机、智能手机、可穿戴设备以及各类传感器系统、特殊结构设备需要一种成本更容易接受且更快的电路板加工制造的设备来满足实际的需要。

cn202010786021.6公开了一种光固化3d打印树脂及其制备方法和应用、3d打印产品。它的目的之一是提供光固化3d打印树脂，用于电子电路制造，解决常规印刷电路板制造技术(pcb)无法制造定制化三维电子电路的难题，以及模塑互联设备技术(mid)设备昂贵，不适合中小规模定制化生产的局限；目的之二是提供一种光固化3d打印树脂的制备方法；目的之三是提供一种3d打印树脂的应用；目的之四是提供一种3d打印产品。

该技术方案:光固化3d打印树脂的制备方法，包括如下步骤：

⑴将阳离子型光固化树脂预聚物、阳离子型光引发剂按比例混合、加热搅拌，后加入阳离子型光固化树脂活性稀释剂得到中间产物a；

⑵将自由基型光固化树脂预聚物、自由基型光引发剂按比例混合、加热搅拌，后加入自由基型光固化树脂活性稀释剂得到中间产物b；

⑶将中间产物a和中间产物b避光混合均匀，得到光固化树脂基材；

⑷将可激光活化型金属化合物与溶剂混合，并进行球磨处理，干燥后得到金属化合物粉末；

⑸将金属化合物粉末与光固化树脂基材、分散剂、消泡剂混合，将混合产物放入真空釜内，避光进行消泡处理，即得。其不足之处是:可使用的金属种类较少，且材料制备过程复杂，活化后电气性能较差，激光活化过程会影响到树脂部分的机械强度且难以控制加工精度。

cn201910615328.7公开了一种3d打印电路板的制备方法,它的目的是提供一种够用单一材料的打印，简化设备和工艺，同时能够有效避免绝缘层和导电层在逐层打印时因热膨胀系数等材料性能差异出现的弯曲、连接不牢或烧焦等缺陷的种3d打印电路板的制备方法。该技术方案:所述3d打印电路板的制备方法，包括以下步骤：⑴制备导电线路：使用3d打印技术制作导电线路；⑵涂履绝缘液：将导电线路浸没在绝缘液体中；⑶固化成型：进行固化成型，使得绝缘液体附着在导电线路表面。其不足之处是:预先制作的金属走线会影响到后续固化时能够加工的结构，走线重叠时会导致光固化失败导致无法加工。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使用现有电路加工材料及3d打印耗材生产电路板的方式和设备，在相对低廉的成本下解决立体、超多层、超高速、射频或超高密度电路板的加工和生产问题的基于光固化制造3d电路板的制造方法及控制方法。

本发明的技术解决方案是所述基于光固化制造3d电路板的制造方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴在平台上使用紫外线或激光照射树脂产生一层阻焊层、中间树脂层或支撑物；

⑵去除步骤⑴附着在电路板上的未固化的树脂；

⑶判断所述阻焊层、中间树脂层或支撑物上是否有金属部分，若有，则进入下一步骤，若无，则重复步骤⑴直至生成金属部分；

⑷对设定区域放置纳米金属颗粒悬浮液；

⑸对整体或金属区域进行加热；

⑹对所述阻焊层、中间树脂层或支撑物进行清理去除已经固化的多余的金属、树脂、感光膜的部分，并对电路板进行清洗防止研磨液和研磨产生的废料污染树脂或影响成型；

⑺重复步骤⑴～步骤⑹，直至最后一层；

⑻当加工至最后一层时，如仅存在金属，则进行步骤⑷、⑸、⑹，如最后一层仅存在树脂，则只进行步骤⑴、步骤⑵、步骤⑹，如最后一层同时存在金属和树脂则进行步骤⑴～⑹。

作为优选：步骤⑵所述的去除，进一步包括：采用刮刀、高压气体、清洗液喷淋、高压液体冲洗的方法。

作为优选：步骤⑷所述对设定区域放置纳米金属颗粒悬浮液的方法是通过挤出装置、择一选用或组合使用感光干膜或丝印版、镂空板和刮刀；所述悬浮液选用纳米铜粉、纳米银粉或纳米金粉作为悬浮物；材料应具防止由于流动性过强导致线路变形所设定的粘度。

作为优选：步骤⑸视纳米金属悬浮液特性，对整体或金属区域进行加热的加热温度为70～240度，加热时间为10秒～10分钟。

作为优选：步骤⑹对所述阻焊层、中间树脂层或支撑物进行清理去除的方法是采用物理或化学研磨的方式。

作为优选：步骤⑻后面进一步包括步骤⑼：全部层加工后，进行整体清洗及二次固化；如进行清洗则应用高压气体、树脂清洁剂、洗板水、高压水的方式清洁残留的树脂和纳米金属颗粒悬浮液；如进行二次固化则应将其放置于一个具有旋转平台或可对整体均匀照射紫外线的容器中。

本发明的另一技术解决方案是所述基于光固化制造3d电路板的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴系统上电，启动；

⑵判断基层上是否有首层树脂？若有，则进入下一步骤，若否，则进入步骤⑸；

⑶树脂部分成型，包括：择一选用或组合使用激光、紫外线投影系统、lcd面板，光固化3d打印的方式对所述的树脂进行成型。

⑷清理作业平面，包括：择一选用或组合使用刮刀直接刮除、刮刀直接吹除、高压液体吹除、喷淋、浸泡、冲洗、有机溶剂溶解的方法，去除尚未固化的液态或半凝固的树脂；

⑸金属部分成型，包括：使用液体挤出系统或感光干膜曝光后，择一选用或组合使用印刷、丝网、镂空板印刷、感光干膜和刮刀或镂空板印刷工艺产生的金属线路形状；将含有纳米金属粉末的悬浮液置于加工平面并形成图案；

⑹对电路板烘干，包括：择一选用或组合使用红外线、热风、激光对金属部分进行加热，去除悬浮液中的溶剂，使图案固定于加工平面上并成为线路的一部分；

⑺打磨除去多余部分；

⑻判断是否为最后一层？若否，则返回步骤⑶，若是，则进入下一步骤：

⑼最终处理，包括：使用溶剂清理未被干燥的纳米金属悬浮液；择一选用或组合使用溶剂浸泡、吹除、冲洗、喷淋、机械刮除、机械研磨的方法，去除除电路和结构性金属组件外的金属及表面尚未固化或其他原因附着在电路板表面的树脂；对已经制造完毕的电路板使用紫外线照射的方法进行二次固化。

与现有技术相比，本发明的有益效果:

⑴本发明由于采用了增材制造和精密光学加工的方法，相较于传统pcb加工模式具有简化工艺，提高加工精度和制程极限的优势，相对于传统的pcb加工方法和结构，使用3d打印进行加工的方法有效的避免了传统电路中线路跨层产生的连续性及功率问题，有效的提高了电路的性能。

⑵本发明相对于sls加工pcb的方法具有占地面积小，材料容易获得和保存，成本更低的优点。

⑶本发明相对于fdm加工pcb的方法具有精度更高，加工速度和尺寸关系较小，平整度更高的优点。

附图说明

图1是本发明基于光固化制造3d电路板控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明下面将结合实施例作进一步详述：

图1示出了本发明的控制方法的流程图。

请参阅图1所示，该基于光固化制造3d电路板的控制方法，包括以下步骤：

⑴系统上电，启动；

⑵判断基层上是否有首层树脂？若有，则进入下一步骤，若否，则进入步骤⑸；

⑶树脂部分成型，包括：择一选用或组合使用激光、紫外线投影系统、lcd面板，光固化3d打印的方式对所述树脂进行成型；

⑷清理作业平面，包括：择一选用或组合使用刮刀直接刮除、刮刀直接吹除、高压液体吹除、喷淋、浸泡、冲洗、有机溶剂溶解的方法去除尚未固化的液态或半凝固的树脂；

⑸金属部分成型，包括：使用液体挤出系统或感光干膜曝光后，择一选用或组合使用丝网印刷、感光干膜和刮刀或镂空板印刷工艺，产生金属线路形状，将含有纳米金属粉末的悬浮液置于加工平面上并形成图案；

⑹对电路板烘干，包括：使用红外线、热风、激光对金属部分进行加热，去除悬浮液中的溶剂使图案固定于加工平面上并成为线路的一部分；

⑺打磨除去多余部分；

⑻判断是否为最后一层？若否，则返回步骤⑶，若是，则进入下一步骤：

⑼最终处理，包括：使用溶剂清理未被干燥的纳米金属悬浮液，择一选用或组合使用溶剂浸泡、吹除、冲洗的方式清理电路板表面未固化的树脂，对已经制造完毕的电路板进行二次固化提高硬度。

该基于光固化制造3d电路板的制造方法，包括以下步骤：

⑴在平台上使用紫外线或激光照射树脂产生一层阻焊层、中间树脂层或支撑物；

⑵去除步骤⑴附着在电路板上的未固化的树脂；所述的去除包括：采用刮刀、高压气体、清洗液喷淋、高压液体冲洗的方法；

⑶判断所述阻焊层、中间树脂层或支撑物上是否有金属部分，若有，则进入下一步骤，若无，则重复步骤⑴直至生成金属部分；

⑷通过挤出装置或利用感光干膜和刮刀对设定区域放置纳米金属颗粒悬浮液；所述悬浮液选用纳米铜粉、纳米银粉或纳米金粉；材料应具防止由于流动性过强导致线路变形所设定的粘度；

⑸对整体或金属区域进行加热；视纳米金属悬浮液特性，对整体或金属区域进行加热的加热温度为70～240度，加热时间为10秒～10分钟；

⑹对所述阻焊层、中间树脂层或支撑物进行清理去除已经固化的多余的金属、树脂、感光膜的部分，并对电路板进行清洗防止研磨液和研磨产生的废料污染树脂或影响成型；清理去除的方法是采用物理或化学研磨的方式；

⑺重复步骤⑴～步骤⑹，直至最后一层；

⑻当加工至最后一层时，如仅存在金属，则进行步骤⑷、⑸、⑹，如最后一层仅存在树脂，则只进行步骤⑴、步骤⑵、步骤⑹，如最后一层同时存在金属和树脂则进行步骤⑴～⑹；

⑼全部层加工后，进行整体清洗及二次固化；如进行清洗则应用高压气体、树脂清洁剂、洗板水、高压水的方式清洁残留的树脂和纳米金属颗粒悬浮液；如进行二次固化则应将其放置于一个具有旋转平台或可对整体均匀照射紫外线的容器中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。