专利名称：一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方法
技术领域：
本发明属于导电线路的制作修复技术领域和激光微细加工技术领域， 涉及一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方法。具体地说，是把 激光微熔覆技术用于三维模塑互连器件表面互连电路的制作和修复。
背景技术：
三维模塑互连器件(Three-dimensional moulded interconnect device, 3D-MID)，是指在模塑成型的塑料壳体上，制作有电气功能的导线、图形， 从而将普通的电路板的电气互连功能、支承元器件的功能和塑料壳体的支 撑、防护等功能实现于一个器件上，形成立体的、集机电功能于一体的电 路载体，其应用领域包括汽车、通信、家电产品，在医用领域也有着广阔 的发展前景。生产3D-MID的模塑成型以及其它相关技术被称为3D-MID 技术。 一般说来，目前的3D-MID生产工艺包括两个步骤模塑结构件(线 路载体)的制造以及分立电子元器件在线路载体上的组装。其中，第一步 模塑结构件(线路载体)的制造包括两个子过程1)模塑结构件成型；2) 互连导电线路生成，即在结构零件表面获得所需要的金属导电线路。
现有的3D-MID制造工艺主要有以下几种
(1) 二次双组分注射法，主要原理是经过先后注射成型可镀树脂和不 可镀树脂，以制作出模塑结构零件，然后经过表面催化活化处理和镀金属 生成导电线路。该方法空间设计自由度大、生产周期短、适合大批量生产， 目前应用十分广泛，但基材成本高、设备和模具投资大，对线路图设计变 化的适应性(柔性)小。
(2) 热压印法，主要原理是在塑料基体上铺设金属箔，然后热压印使 设计导电线路位置与塑料基体粘结，最后除去多余的金属箔，形成所需的 导电线路。该法加工时间短、塑料基体材料选择面广，但三维自由度较小，
仅适合于生产线路较为简单的3D-MID。
(3)注射复合法，主要原理是预先制作带有线路图形的塑料薄膜或片
材，将其置于注射模具中后，再进行注射成型，同时完成复合步骤。脱模 后进行金属化和后处理以形成产品。通过注射复合可生产一些大型的集成 零部件，例如汽车的门板和中柱等，但由于其加工方法的缘故，使三维结 构设计受到限制，不能用来生产结构复杂的产品。
随着塑料电子产品向小型化、轻量化、高密度、低成本和小批量、多
样化、绿色环保方向发展，以上3D-MID制造工艺技术存在着一些不足
首先是具有可镀性的模塑结构件基材价格昂贵，如为了得到可镀塑料，二
次双组分注射法常在塑料中加入贵重金属如钯(Pd)、金(Au)得到所谓的 催化活化可镀性塑料(LCP-Pd或LCP-Au)，除了添加元素Pd、 Au的价格 不菲，这种催化活化可镀塑料所用的催化剂更是十分昂贵，虽然二次双组 分注射法特别适合于生产具有精细结构的微型零部件，但最终3D-MID产 品成本较高。其次是工艺复杂、柔性化程度低，如注射复合法、热压印法， 其模具设计和制造周期长，电路精度不高，不能满足于高精度、小批量和 多样化的生产需求。
为了解决上述问题，国内外研究人员一直不断努力尝试将高度柔性化 的激光直写加工技术应用于3D-MID的制造。激光刻蚀工艺首先被广泛研究， 其主要原理是将注射模塑零件表面经过催化活化，进而结合化学镀和电镀 工艺制作覆铜层，然后在铜层涂防蚀剂，利用激光烧蚀防蚀剂层法生成导 电图形，最后腐蚀覆铜板以生成所需的导电线路。这种激光刻蚀方法有两 个主要优点， 一是可制作非常精细的线路，最小线宽可达20 50微米；二 是容易改变线路设计，适合于小批量生产或复杂线路的生产。但该法也存 在着工艺周期长、不环保的缺点，并且同样要求基材具有可镀性，成本高、 材料选择受限。另外一种是德国LPKF公司开发的激光直接成型法(Laser Direct Structuring, LDS)，基本原理是采用添加有某种非导电性有机金属复 合物的塑料为原料，直接把激光光束照射在注塑件表面上，被照射过的部 分可化学沉积金属，最后制成3D-MID。该法采用普通单组分注塑工艺，工 艺简捷、可靠，激光束根据CAD数据直写，生产过程柔性化程度高。缺点
是必须采用具有LDS性能的塑料，因此原料必须从指定公司购买，成本较高。
除此以外，近年来在快速原型制造领域广泛研究的几种很有应用前景
的电路制作技术也值得关注。如微型笔直写沉积技术(见美国专利"CarlE, Dr umheller. Inking System for Producing Circuit Patterns. United States, United States Patent, 4485387, 1984."和中国专利"一种直写电子/光电子元 器件的微型笔及由其构成的装置")、微型喷嘴直写沉积技术(见专利文献 CN1876244,"—种电子浆料雾化沉积直写装置")和无掩膜中等尺度材料 沉积(M3D)技术(见"Maskless mesoscale material deposition", Bruce King. Electronic Package and Production, 2003:18-20)。微型笔(Micropen)直写 布线的原理是利用气体或液体压力迫使微型笔腔内的流体材料被挤压出笔 头小孔，随着笔头移动在基片上沉积出预定图形的导体材料膜层。微型喷 嘴直写布线和无掩膜中等尺度材料沉积技术的原理与微型笔类似，不同的 是其材料输送方式，具体来说即流体材料首先经过雾化后形成气雾混合物， 然后由喷嘴系统将其以较低速度喷射并沉积到基板上，在基片上沉积出预 定图形的导体材料膜层。以上方法沉积后的导电膜层都需要后续的烧结固 化工序以获得良好的导电性能。这几种直写技术由于无需掩膜、周期短、 材料利用率高、对环境污染小等优点，近年来发展十分迅速。
2002年，华中科技大学曾晓雁等人提出了一种激光扫描电子浆料膜层 实现电路板制作和修复的方法(见专利文献CN1395462，"一种电路板制 作和修复方法")。其基本原理为首先利用匀胶机、微型笔或微型喷嘴 在基板上预置3-100微米的电子浆料膜层，烘千去除其中的有机溶剂；然 后利用激光束按设定的轨迹扫描预置层，被扫描轨迹上电子浆料中的粘结 相固化或熔化-凝固，使电子浆料中的导电相粘结，形成电子元件；最后清 洗去除未扫描部分的预置层。该方法工艺简单，可靠性高，因此能满足高 精度直写的需求。然而，该激光直写电子浆料法仅靠激光热作用使电子浆 料中的粘结相重熔凝固，并将各种成分粘结在一起形成导电线路，在该工 艺过程中基板本身性能基本不发生变化，仅靠粘结相的粘结作用将功能导 线相粘结在基板上，因此导电层与基板的附着力不强，耐磨性不高。
发明内容
本发明目的旨在提供一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方 法，它能够在各种塑料基材的三维模塑结构件表面快速直接地制备或修复 各种复杂的导电线路，对基体材料无可镀性要求，对模塑成型工艺无特殊 要求，工艺简单，环境友好，成本低，柔性程度高。
为实现上述发明目的，本发明提出的三维模塑互连器件导电线路的制 作和修复方法的步骤为
(1) 按照导电线路的设计图形，将导电浆料在模塑结构件表面上沉积 0.1 50微米厚的预置浆料层，该导电浆料中含有化学镀工艺所需的活化金 属元素；
(2) 去除导电浆料预置层中的溶剂；
(3) 利用激光束辐照预置浆料层，使导电浆料中的低熔点成分熔化或汽 化，使模塑结构件表面5 500nm的薄层也发生熔化，导电金属颗粒下沉并 与模塑结构件中的塑料表面发生部分混合；当激光束移开后，熔融塑料快 速凝固，导电金属颗粒部分下沉并埋入模塑结构件，使得导电层颗粒与模 塑结构件表面结合，得到导电图形层的初步轮廓；
(4) 在上述导电图形表面进行化学镀一层厚度为2 l(Him的铜，然后再 进行化学镀一层厚度为l~3pm的耐腐蚀金属。
本发明首次提出利用激光微熔覆导电浆料结合化学镀的方法在三维模 塑互连器件上直接制作或修复导电线路。其核心关键在于，采用激光辐照 处理时，通过控制激光工艺参数，使得在激光作用过程中，导电浆料中的 低熔点粘结相和塑料基体表面薄层发生熔化，而高熔点的导电相颗粒与低 熔点粘结相和塑料基体材料相互混合。激光作用停止以后，表面迅速凝固， 使得导电浆料膜层与塑料基体之间牢固结合，金属导电相颗粒埋植入塑料 基体内，形成导电线路。该线路同时也作为化学镀活化金属层，在随后的 化学镀铜工艺中起到"晶籽"的作用，最终依靠金属化学镀工艺来进一步 提高导电通路的电导率。此后的电镀金属镍等工艺则是为了提高导电层的
抗氧化能力。
与现有技术相比，本发明方法具有如下基本特点
(1) 与二次双组分注射法、注射复合法或激光直接成型法(LDS)等 现有三维模塑互连器件制造工艺相比，本发明方法对基体材料无可镀性要 求，常见三维模塑互连器件基体材料均可使用，对模塑结构件的成型工艺 无特殊要求，常见塑料成型加工工艺如压塑(模压成型)、挤塑(挤出成 型)、注塑(注射成型)、吹塑(中空成型)、压延等均可使用，因此三 维模塑互连器件的材料成本大大降低，不需腐蚀剂，环境友好。
(2) 本发明方法采用预置导电浆料膜层的方法实现导电图形，既可以 采用高度柔性化的微型笔或微型喷嘴直写材料沉积技术，将导电浆料沿
CAD所设定的导电图形的三维空间轨迹直写沉积在模塑结构件基体表面，
非常适合批量定制生产，也可采用导电图形掩膜板刷涂或喷涂方式将导电 浆料预置于基体表面，成本低、效率高，适应大批量生产。
(3) 与己有的激光直写电子浆料法实现电路板制作和修复的方法相
比，本发明方法采用激光微熔覆埋植活化金属层并结合化学镀的工艺来制 作导电线路，虽然都有激光照射预置浆料层的工序，但内涵并不相同。在 激光作用过程中，激光直写电子浆料法属于激光热固化原理，基板本身不 发生变化，仅靠粘结相的粘结作用使得导电相彼此相连，因此导电层与基 板的附着力不强，耐磨性不够好。而本发明中通过选择合适的激光功率范 围，使得在激光作用过程中，导电浆料中的粘结相和塑料基体表面发生熔 化-混合-凝固效应，使金属导电相颗粒埋植入塑料基体内，形成由导电粒子 组成的导电轨迹，它同时兼作化学镀活化金属(即所谓"晶籽"层)，最 终通过化学镀工艺来加厚导电层，并形成具有高附着强度和优异导电性、 耐磨性、耐氧化性和耐腐蚀性的导电通路。另外，由于预置浆料层作为埋 植活化金属层，厚度相对较薄，且无后续清洗步骤，因此更节省材料，工 艺成本也更低。
(4) 所制备的导电线路尺寸主要决定于导电浆料膜层的预置工艺精
度，通过调节笔头或喷嘴出口直径、导电桨料的成分和流变学特性，目前
微型笔或微型喷嘴直写可实现20微米~500微米的单道沉积宽度，并通过多
道沉积完成更大线宽的导电通路沉积，完全能满足未来三维模塑互连器件 电路往高密度、高精度方向发展的趋势。
图1为本发明方法的第一种具体实施方式
的流程示意图。
图2为本发明方法的第二种具体实施方式
的流程示意图。
具体实施例方式
本发明方法利用激光微熔覆导电衆料和化学镀在三维模塑结构件上制 作和修复导电线路。它利用微型笔或者微喷直写沉积工艺，或掩膜板刷涂 或者喷涂方式，将导电浆料按CAD所设计的导电图形预置在模塑结构件基 体表面，低温烘干有机溶剂后，采用激光束辐照导电浆料膜层，使金属导 电相颗粒埋植入塑料基体内，并依靠化学镀工艺形成具有高附着强度和优 异导电性、耐磨性、耐氧化性和耐腐蚀性的导电通路。
下面对本发明方法所包括的步骤作进一步详细的说明。
(1)三维模塑结构件导电层的预置采用微型笔或者微细喷嘴将导电
浆料沿模塑结构件CAD数据所设定导电图形的三维空间轨迹(包括平面图 形)直写沉积在构件基体表面，或者采用导电图形掩膜板刷涂或者喷涂方 式将导电浆料预置于模塑结构件基体表面，预置浆料膜层厚度0.1~ 50微米。 导电浆料的主要成分为良导电金属粉末和溶剂，有时为改善附着强度 而加入粘结相或为改善流变学特性而加入有机成膜物质。良导电金属粉末 为金、铜、银、镍、铝、钯等金属粉末，应含有常规化学镀铜工艺中的活 化金属元素，其粉末粒径为lnm 50iim。溶剂一般分无机和有机溶剂两类， 无机溶剂主要是水，有机溶剂可以是松油醇、乙醇、醋酸酯、柠檬酸三丁 酯等醇类和酯类溶剂。粘结相为热固性高分子树脂，或软化温度为 200 450°C、其颗粒直径为0.01 10微米的易熔玻璃粉末，或熔点为 180~300°C、其颗粒直径为0.01-10微米的易熔金属粉末；当粘结相为易熔 玻璃粉末或易熔金属粉末时还必须加入成膜物质。成膜物质可以是硝酸纤 维素、乙基纤维素、聚异乙烯、聚异丁烯、聚乙烯乙醇、聚乙烯醋酸酯和
聚C1 一甲基苯乙烯中的任一种或几种的混合。
本发明方法可以采用各种类型的导电浆料，并不局限于发明实例部分 所举例的种类。
本发明方法可适用的模塑结构件材料种类可以是现有技术中各种方法
所采用的材料种类，如聚乙烯(PE、 PET)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯系列(PS、 PPS)，聚氯乙烯(PVC)，树脂(ABS、 POM、 PBT)，聚酰胺系列(PA、 PPA、 PI)，聚碳酸酯(PC)，酚醛系列塑料(PE、PET、PEI、PESU)或液晶高分子(LCP),
并不局限于特定的材料。
现有的方法通常局限于注塑(注射成型)法所成型加工的模塑结构件， 本发明所适用的模塑结构件可以适用于各种成型加工方法，包括压塑(模 压成型)、挤塑(挤出成型)、注塑(注射成型)、吹塑(中空成型)、 压延等各种成型加工方法。
(2) 烘干或晾千导电浆料预置层，去除其中的有机溶剂。 步骤(2)的烘干温度低于模塑结构件的耐热温度，除去导电浆料的有机溶剂。
(3) 激光束辐照预置浆料层，使导电浆料中的低熔点成分迅速熔化， 同时塑料基体表面薄层也发生熔化，粘结相、导电金属颗粒下沉并与塑料 混合。当激光束移开后，熔融塑料快速凝固，从而将导电金属颗粒部分埋 入塑料基板表面，使得导电层颗粒与塑料基体牢固结合，得到导电图形层 的初步轮廓。这些埋植在基体表面的金属导电相颗粒同时也是后续化学镀 工艺的活化金属层；
使用的激光束为连续激光器或准连续脉冲激光器发射的激光束，依据 导电浆料/基体材料组合调节合适的激光功率密度，以激光辐照后导电浆料 中的粘结相固化或熔化-凝固，且塑料基体发生5~50(Him的表面薄层熔化为 依据。通过改变离焦量以获得不同的单道激光扫描线宽，实现细导线或宽 导线的激光辐照处理，更宽的区域填充图形则由多道搭接方式扫描完成。 扫描速度一般选择0.5mm/s~100mm/s之间，对应的激光功率范围1W 50W。
(4) 化学镀处理，将通过激光辐照效应而埋植有活化金属层的导电图
形的基板放入盛有化学镀铜溶液的容器中，控制容器的温度及其它工艺参 数，进行化学镀铜。此后，马上进行化学镀镍、铬或金等抗氧化金属涂层, 形成电气性能和机械强度均满足要求的导电通路。
化学镀处理采用常规的化学镀金属工艺。由于模塑结构件基体的表面 本身不具有可镀性，因此只有在有预置浆料层并通过激光辐照处理而埋植 有活化金属层的导电图形位置才能发生化学反应并沉积出铜层。激光处理 后首先镀铜是为了增强三维导电图形的导电性能，镀层厚度依据工艺要求
不同可在2 10^im范围调节。然后，依据三维模塑互连器件的具体使用环境 和性能要求而选择镀镍、铬或金等耐腐蚀金属镀液，进行化学镀，镀层的 厚度1 3pm，以提高耐磨性及耐氧化性和抗老化性。
图1 (a)、 (b)禾卩(c)所示，采用微型笔或微型喷嘴2将导电浆料沉 积在三维模塑件1的基体表面，形成预置浆料层3，并通过低温烘干或者自 然晾干等方式使其干燥，在三维模塑件1表面利用激光束4进行激光辐照 处理，形成导电通路5，再经过化学镀处理成为增厚的导电线路6。
图2 (a)、 (b)表示采用导电图形掩膜板2刷涂或者喷涂方式将导电浆料 预置于模塑结构件1的基体表面，形成预置浆料层3，图2(c)、(d)与图l(b)、 (c)相同。
下面举例对本发明方法作进一步详细的说明。 实施例1
本实施例所采用的模塑结构件为聚苯乙烯(PS)材质，通过压塑工艺 成型，使用的导电浆料为金基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺，按 照CAD软件设计生成的导电通路空间轨迹，将导电浆料在模塑结构件上预 置成10微米左右的预置浆料层，并9(TC烘干30分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，利用最大输出功率为50W的连续Nd:YAG激光器，同样按照CAD
软件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描照射烘干后的预置浆料层，扫描 速度为10mrn/s,单道扫描线宽为100微米，更宽的预置浆料层则由多道搭 接方式扫描完成。此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀镍处理，镀 层厚度分别为4微米和1微米。最终得到的导电线路电阻率为5x10—5Qcm,
最小线宽为100微米，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。. 实施例2
本实施例所采用的模塑结构件为液晶高分子(LCP)材质，通过注塑工 艺成型，使用的导电浆料为金基浆料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺， 按照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上 预置成5微米左右的预置浆料层，并85'C烘干30分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，利用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照CAD软
件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 25mm/s，单道扫描线宽为120微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成，此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度 分别为4微米和2微米。最终得到的导电线路电阻率为4x10—5Qcm，最小 线宽为120微米，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例3
本实施例所采用的模塑结构件为聚乙烯(PE)材质，通过压塑工艺成 型，使用的导电浆料为铜基浆料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺，按 照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预 置成10微米左右的预置浆料层，并8(TC烘干40分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，利用最大输出功率为50W的连续Nd:YAG激光器，同样按照CAD
软件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度 为15mm/s，单道扫描线宽为100微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方
式扫描完成，此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀铬处理，镀层厚 度分别为5微米和1微米。所制得的导电通路图形最小线宽为100微米， 电阻率为1x10—:iQcm。导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例4
本实施例所采用的模塑结构件为聚丙烯(PP)材质，通过挤塑工艺成 型，使用的导电浆料为铜基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺，按照 CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预置 成20微米左右的预置浆料层，并85。C烘干30分钟以去除其中的有机溶剂。
然后，利用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照CAD软件所 设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 10mm/s，单道扫描线宽为120微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成，此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度 分别为3微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为150微米，导 电线路电阻率为5x10—5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例5
本实施例所采用的模塑结构件为ABS或POM树脂材质，通过注塑工艺 成型，使用的导电浆料为银基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺，按 照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预 置成10微米左右的预置浆料层，并9(TC烘干30分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，利用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照CAD软 件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 60mm/s，单道扫描线宽为80微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式扫 描完成，此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀铬处理，镀层厚度分 别为4微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为80微米，导电线 路电阻率为4x10—5Qcm,导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例6
本实施例所采用的模塑结构件为PBT树脂材质，通过吹塑工艺成型， 使用的导电浆料为钯银基桨料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺，按照 CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预置 成10微米左右的预置浆料层，并95-C烘干30分钟以去除其中的有机溶剂。 然后，利用最大输出功率为50W的连续NchYAG激光器，同样按照CAD软件
所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 50mm/s，单道扫描线宽为80微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式扫 描完成，此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分 别为4微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为80微米，导电线 路电阻率为1x10——5Qcm,导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例7
本实施例所采用的模塑结构件为聚酰胺(PI)材质，通过挤塑工艺成 型，使用的导电浆料为钯银基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺，按 照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预 置成20微米左右的预置浆料层，并IO(TC烘干30分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，利用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照CAD软 件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 10mm/s，单道扫描线宽为120微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成。此后，依次按照标准工艺实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度 分别为3微米和1微米。所制得的导电通路图形最小线宽为120微米，导 电线路电阻率为lx10—5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例8
本实施例所采用的模塑结构件为聚酰胺(PA)材质，通过吹塑工艺成 型，使用的导电浆料为银基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺，按照 CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预置 成10微米左右的预置浆料层，然后85。C烘干30分钟以去除其中的有机溶 剂。利用最大输出功率为50W的脉冲Nd:YAG激光器，按照CAD软件所设计 生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，脉冲频率为20KHz，扫 描速度为20mm/s，单道扫描线宽为100微米，更宽的预置浆料层则由多道 搭接方式扫描完成，最后，依次实施化学镀铜、镀镍和镀铬处理，镀层厚 度分别为6微米、2微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为100 微米，导电线路电阻率为lxlO—5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂 纹等缺陷。
实施例9
本实施例所采用的模塑结构件为聚氯乙烯(PVC)材质，通过注塑工艺 成型，使用的导电浆料为铝基浆料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺， 按照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上 预置成0. 2微米左右的预置浆料层，然后IO(TC烘干30分钟以去除其中的
有机溶剂。接着，利用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照 CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘千后的预置浆料层，扫描速 度为10mm/s,单道扫描线宽为120微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接 方式扫描完成。最后，依次实施化学镀铜和镀金处理，镀层厚度分别为4 微米和1微米。所制得的导电通路图形最小线宽为120微米，导电线路电 阻率为7xl0—5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例10
本实施例所采用的模塑结构件为聚碳酸酯(PC)材质，通过压延工艺 成型，使用的导电浆料为金基浆料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺， 按照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上 预置成1微米左右的预置浆料层，并85'C烘干50分钟以去除其中的有机溶 剂。然后，禾U用最大输出功率为100W的连续C02激光器，同样按照CAD软 件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 25ram/s，单道扫描线宽为150微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成。最后，依次实施化学镀铜、镀镍和镀金处理，镀层厚度分别为4 微米、2微米和1微米。所制得的导电通路图形最小线宽为150微米，导电 线路电阻率为lxlO—5Qcm,导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例11
本实施例所采用的模塑结构件为酚醛树脂(PEI)材质，通过注塑工艺 成型，使用的导电浆料为钯银基浆料。首先，利用微型笔直写沉积工艺， 按照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上 预置成10微米左右的预置浆料层，然后在90'C烘干40分钟以去除其中的 有机溶剂。接着，利用最大输出功率为50W的连续Nd:YAG激光器，同样按 照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置桨料层，扫 描速度为25mm/s，单道扫描线宽为120微米，更宽的预置浆料层则由多道 搭接方式扫描完成。最后，依次实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别 为4微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为120微米，导电线 路电阻率为4xl(T5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例12
本实施例所采用的模塑结构件为酚醛树脂(PESU)材质，通过挤塑工 艺成型，使用的导电桨料为银基浆料。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺， 按照CAD软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上 预置成1微米左右的预置桨料层，然后8(TC烘干20分钟以去除其中的有机 溶剂。接着，利甩最大输出功率为50W的连续Nd: YAG激光器，同样按照CAD 软件所设计生成的导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度 为5mm/s，单道扫描线宽为150微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成。最后，依次实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别为4微米 和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为150微米，导电线路电阻率 为5xl0—5Qcm,导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例13
本实施例所采用的模塑结构件为ABS塑料材质，通过注塑工艺成型， 使用的导电浆料为银基浆料。按照CAD软件所设计生成的导电图形，预先 制作印刷工艺使用的三维铬掩膜板，利用掩膜板刷涂工艺将导电浆料在模 塑结构件上预置成10微米左右的预置浆料层图形，然后在9(TC烘干50分 钟以去除其中的有机溶剂。接着，利用最大输出功率为50W的连续Nd:YAG 激光器，按照导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为 15mm/s,单道扫描线宽为150微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式 扫描完成。最后，依次实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别为4微米 和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为150微米，导电线路电阻率 为2xl(T5Qcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例14
本实施例所采用的模塑结构件为ABS塑料材质，通过压塑工艺成型， 使用的导电浆料为钯银基浆料。按照CAD软件所设计生成的导电图形，预 先制作印刷工艺使用的三维铬掩膜板，利用掩膜板喷涂工艺将钯银导电浆 料在模塑结构件上预置成5微米左右的预置浆料层图形，然后在90'C烘千 50分钟以去除其中的有机溶剂。接着，利用最大输出功率为50W的连续
Nd:YAG激光器，按照导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速 度为20腿/s，单道扫描线宽为100微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接 方式扫描完成。最后，依次实施化学镀铜、镀镍和镀铬处理，镀层厚度分 别为4微米、2微米和2微米。所制得的导电通路图形最小线宽为100微米， 导电线路电阻率为lxl(TQcm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺 陷。
实施例15
本实施例所采用的模塑结构件为聚乙烯塑料材质，通过注塑工艺成型， 使用的导电浆料为铜基浆料。按照CAD软件所设计生成的导电图形，预先 制作印刷工艺使用的三维铬掩膜板，利用掩膜板喷涂工艺将导电浆料在模 塑结构件上预置成5微米左右的预置浆料层图形，经过90'C烘干30分钟以 去除其中的有机溶剂。然后，利用最大输出功率为35W的连续C02激光器， 按照导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为10mm/s，单 道扫描线宽为150微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式扫描完成。 最后，依次实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别为4微米和2微米。 所制得的导电通路图形最小线宽为150微米，导电线路电阻率为2x10—5Q cm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例16
本实施例所采用的模塑结构件为聚丙烯塑料材质，通过注塑工艺成型， 使用的导电浆料为水基银溶液(仅含银颗粒和水溶剂，不含粘结相和成膜 物质)。按照CAD软件所设计生成的导电图形，预先制作印刷工艺使用的 三维铬掩膜板，利用掩膜板喷涂工艺将导电浆料在模塑结构件上预置成0. 5 微米左右的预置浆料层图形，室温自然晾干60分钟以去除其中95%以上的 水。然后，利用最大输出功率为35W的连续C(V激光器，按照导电通路空间 轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为10mrn/s，单道扫描线宽为150 微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式扫描完成。最后，依次实施化 学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别为8微米和2微米。所制得的导电通路 图形最小线宽为150微米，导电线路电阻率为2x10—5Qcm，导线表面连续、
均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例17
本实施例所采用的模塑结构件为ABS塑料材质，通过压塑工艺成型， 使用的导电浆料为水基纳米银溶液(仅含纳米银颗粒，水和少量醇类溶剂， 不含粘结相和成膜物质)。首先，利用微型喷嘴直写沉积工艺，按照CAD 软件所设计生成的导电通路空间轨迹将导电浆料在模塑结构件上预置成1 微米左右的预置桨料层，然后80'C烘干30分钟以上以去除其中80%以上的 水和有机溶剂成分。然后，利用最大输出功率为50W的连续YAG激光器， 按照导电通路空间轨迹扫描烘干后的预置浆料层，扫描速度为10mm/s，单 道扫描线宽为100微米，更宽的预置浆料层则由多道搭接方式扫描完成。 最后，依次实施化学镀铜和镀镍处理，镀层厚度分别为8微米和2微米。 所制得的导电通路图形最小线宽为100微米，导电线路电阻率为2x10—5Q cm，导线表面连续、均匀、无气孔、裂纹等缺陷。
实施例18
模塑结构件材质和成型工艺如实施例11,导电浆料如实施例ll，采用 微型喷嘴在有缺陷(断路)的导电线路处直写沉积该浆料，使浆料厚度略 高于周围导线的厚度。利用C02激光器，扫描速度10mm/s，对需要导通的 地方进行扫描，使其固化，就可以完成电路板的修复。导线表面连续、均 匀、无气孔、裂纹等缺陷。
以上所述为本发明的较佳实施例，但本发明不应该局限于该实施例和 附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或 修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1. 一种三维模塑互连器件导电线路的制作和修复方法，其步骤为(1)按照导电线路的设计图形，将导电浆料在模塑结构件表面上沉积0.1～50微米厚度的预置浆料层，该导电浆料中含有化学镀工艺所需的活化金属元素；(2)去除导电浆料预置层中的溶剂；(3)利用激光束辐照预置浆料层，使导电浆料中的低熔点成分熔化或汽化，使模塑结构件表面5～500μm的薄层也发生熔化，导电金属颗粒下沉并与模塑结构件中的塑料表面发生部分混合；当激光束移开后，熔融塑料快速凝固，导电金属颗粒部分下沉并埋入模塑结构件，使得导电层颗粒与模塑结构件表面结合，得到导电图形层的初步轮廓；(4)在上述导电图形表面进行化学镀一层厚度为2～10μm的铜，然后再进行化学镀一层厚度为1～3μm的耐腐蚀金属。
2. 根据权利要求1所述的制作和修复方法，其特征在于当所使用的 导电浆料还包括粘结相时，步骤(3)中，激光束辐照预置浆料层时，导电 浆料中的粘结相熔化，当激光束移开后，金属和粘结相下沉并与塑料混合。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所使用的模塑结构 件基体塑料种类包括PE聚乙烯，TPE聚乙烯，PP聚丙烯，PS聚苯乙烯系 歹ij， PPS聚苯乙烯系列，PVC聚氯乙烯，ABS树月旨，POM树脂，PBT树月旨， PA聚酰胺系列，PPA聚酰胺系列，PI聚酰胺系列，PC聚碳酸酯，PE酚醛 系列塑料，PET酚醛系列塑料，PEI酚醛系列塑料，PESU酚醛系列塑料， 和LCP液晶高分子材料。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(1)是采用微 型笔或者微型喷嘴将导电浆料沿CAD所设定的导电图形的三维空间轨迹直 写沉积在模塑结构件基体表面，或采用预制导电图形掩膜板刷涂或者喷涂 方式将导电浆料预置于基体表面。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(3)所采用 激光束为连续激光器或准连续脉冲激光器所发射的激光束。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于导电浆料中含有金、 铜、银、镍、铝和钯中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种三维模塑互连器件导电线路制作和修复方法，步骤为①按照导电线路的设计图形，将导电浆料在模塑结构件表面上沉积0.1～50微米厚度的预置浆料层；②烘干或晾干导电浆料预置层，去除其中的有机溶剂；③利用激光束辐照预置浆料层，使导电浆料中的金属导电颗粒和塑料基体表面5～500μm的薄层发生熔化和混合，导电浆料中的金属导电颗粒埋植在基体表面，得到导电图形；④在上述导电图形表面进行化学镀2～10μm的铜，然后再进行化学镀1～3μm的耐腐蚀金属。本发明能够在各种塑料基材的三维模塑结构件表面快速直接地制备或修复各种复杂的导电线路，对基体材料无可镀性要求，对模塑成型工艺无特殊要求，工艺简单，环境友好，成本低，柔性程度高。
文档编号H05K3/20GK101394710SQ20081019722
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者刘建国, 宇 曹, 曾晓雁, 李祥友 申请人:华中科技大学