CN102612271B - 结构件上的立体电路及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路制作领域，公开了一种结构件上的立体电路及其制作方法。可以精确、快速、经济地在结构件上形成三维立体电路。本发明中，包括以下步骤：用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件上，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件上，凝结后形成的导电油墨层或导电涂料层构成初步的立体电路；至少在立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路。

Description

结构件上的立体电路及其制作方法

技术领域

本发明涉及电路制作领域，特别涉及一种立体电路制作技术。

背景技术

现有的用导电油墨制作线路的工艺是通过丝印、移印或喷涂的方式在结构件上形成特定的线路图形，经光照或烘干后形成线路。这类工艺大都应用在平面线路的制作上，其中丝印工艺无法实现立体线路，而喷涂工艺需要制作复杂的遮喷制具，且分辨率很低；移印工艺有机会实现部分三维线路，该工艺是使用硅胶头吸取凹板凹槽中的导电油墨再将硅胶头压到结构件表面，从而将导电油墨转移到工件表面的预选区，但由于胶头是弹性体，压到工件表面(特别是立体面)时容易发生不可控的变形，从而导致移取的图形发生变化，获得的图形的尺寸精度和重复精度很难保证，造成产品的良品率低下。

激光直接成型(Laser Direct Structuring，简称“LDS”)技术是目前实现立体电路的方法之一，其工艺流程为利用特殊的材料做成结构件(该材料可以被激光活化以实现选择性化镀)，通过激光将所需的图形打标到工件表面，然后化镀上金属层形成电路；该工艺由于需要特殊的材料做成工件，而且需要进行化镀，价格昂贵；另一方面化镀的过程也会对电路尺寸产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构件上的立体电路及其制作方法，可以精确、快速、经济地在结构件上形成三维立体电路。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种结构件上的立体电路制作方法，包括以下步骤：

用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件上，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件上，凝结后形成的导电油墨层或导电涂料层构成初步的立体电路；

至少在立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路。

本发明的实施方式还公开了一种结构件上的立体电路，包括：一结构件及覆盖在结构件之上的一导电油墨层或导电涂料层，该导电油墨层先通过用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件凝结后形成初步的立体电路，或该导电涂料层先通过用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件凝结后形成初步的立体电路，再将初步的立体电路修正为精确的立体电路，修正方式为至少在立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

通过用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件凝结后形成初步的立体电路，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件凝结后形成初步的立体电路，再使用激光等电磁辐射对初步的立体电路进行动态切割描边，可以精确、快速、经济地在结构件上形成三维立体电路。

同时，由于立体电路图案的定制性强和布局自由，一旦立体电路图案确定，即可通过印刷导电油墨层或喷涂导电涂料层和激光动态切割修边，就可形成精确的立体电路，而不采用电镀或者化镀的工艺，从而节省生产成本，大量、快速、自由、环保地生产。

进一步地，由于采用导电油墨印刷立体图案或导电涂料喷涂立体图案至结构件上，可以适用于任何不导电材质结构件。

进一步地，通过激光照射，可以去除被照射部分的导电油墨层或导电涂料层。

进一步地，在立体电路图案中有电路部分所邻接的无电路部分还使用电磁辐射，可以去除该无电路部分不必要的导电油墨层或导电涂料层，避免产生额外影响的电容、电感等问题。

进一步地，根据计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称“CAD”)信息进行电磁辐射照射去除被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，解决了普通丝印、移印在定位精度和重复精度方面的弱点，能够形成精细的立体电路。

进一步地，在立体电路的导电油墨层或导电涂料层之上形成绝缘层，可以防止立体电路上暴露出来的导电油墨层或导电涂料层表面的侵蚀，从而达到安全、可靠、不易损坏的效果。

进一步地，不对立体电路进行化镀，可以简化立体电路的生产制作工序，且生产成本低，环保卫生安全。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种结构件上的立体电路制作方法的流程示意图；

图2(a)是本发明第三实施方式中一种结构件上的精确的立体电路示意图；

图2(b)是本发明第三实施方式中一种结构件上的初步的立体电路示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种结构件上的立体电路制作方法。图1是该结构件上的立体电路制作方法的流程示意图。具体地说，如图1所示，该结构件上的立体电路制作方法包括以下步骤：

在步骤101中，用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件上，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件上。

此后进入步骤102，导电油墨凝结成导电油墨层或导电涂料凝结成导电涂料层以构成初步的立体电路。

此后进入步骤103，至少在立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路，此后结束本流程。

通过用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件凝结后形成初步的立体电路，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件凝结后形成初步的立体电路，再使用激光等电磁辐射对初步的立体电路进行动态切割描边，可以精确、快速、经济地在结构件上形成三维立体电路。

同时，由于立体电路图案的定制性强和布局自由，一旦立体电路图案确定，即可通过印刷导电油墨层或喷涂导电涂料层和激光动态切割修边，就可形成精确的立体电路，而不采用电镀或者化镀的工艺，从而节省生产成本，大量、快速、自由、环保地生产。

此外，可以理解，在本发明中，电路也可以是指天线。

印刷可以是丝印或移印。喷涂也可以是浸涂。

由于采用导电油墨印刷或导电涂料喷涂立体图案至结构件上，可以适用于任何不导电材质结构件。具体地说：

导电油墨或导电涂料材质为导电性材质或导电胶，导电性材质或导电胶的有效导电成分包括金、银、铜、铝、镍、炭、石墨、石墨烯的一种或若干种。

此外，可以理解，在本发明中，导电油墨是用导电材料金、银、铜和碳等分散在连结料中制成的糊状油墨，俗称糊剂油墨，具有一定程度导电性质，可作为印刷导电点或导电线路之用。金系导电墨、银系导电墨、铜系导电墨、碳系导电墨等已达到实用化，用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印制电阻等方面。

导电涂料是用导电材料金、银、铜和碳等分散在连结料中制成的糊状涂料，具有一定程度导电性质，可使用机械手作为喷涂导电点或导电线路之用。金系导电涂料、银系导电涂料、铜系导电涂料、碳系导电涂料等已达到实用化，用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印制电阻等方面。

本发明第二实施方式涉及一种结构件上的立体电路制作方法。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：通过激光照射，可以去除被照射部分的导电油墨层或导电涂料层。根据计算机辅助设计(ComputerAided Design，简称“CAD”)信息进行电磁辐射照射去除被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，解决了普通丝印、移印在定位精度和重复精度方面的弱点，能够形成精细的立体电路。具体地说：

电磁辐射为激光。

此外，可以理解，在本发明的其他某些实施方式中，电磁辐射并不仅限于激光，还包括X光、等离子体等，激光包含可见光与不可见光，只是波长不一样而已。

采用CAD方法设计立体电路，从而根据CAD信息进行电磁辐射的照射。

此外，可以理解，在通过计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称“CAD”)/计算机辅助制造(computer Aided Manufacturing，简称“CAM”)进行电路设计时，可根据通过CAD/CAM所设计的得到的电路图上的信息，使用立体电路图案中有电路部分与无电路部分便捷的宽度，中心线或类似数据来得到所需的数据信息。这时，可在根据所得到的数据确定照射位置或者照射光束直径后进行激光照射。

用一激光光束动态聚焦以进行电磁辐射的照射，比如可使该激光光束位置在X、Y、Z轴三个方向上可移动。

用一激光光束动态聚焦以进行电磁辐射的照射，可通过三轴扫描振镜的特点进行阐述。使用三轴扫描振镜在三维应用中，相应的激光设备能够加工非平面部件或不光滑表面。

在三轴扫描振镜工作时，激光束首先进入移动镜头。透过移动镜头之后，光束快速分散，直到进入一个或两个聚焦镜头。在会聚的光束穿过镜头，并由一组X和Y镜片(这些镜片由振镜式扫描器移动)引导。X和Y镜片呈直角排列，向下引导光束，覆盖工作范围的长和宽。

在三轴扫描振镜中，通过微调移动镜头和聚焦镜头之间的距离来实现焦距的变化；

Z轴为直线模块，它是用来将激光光斑沿光轴向下移动的光学机械组件。配上F-theta镜头，可以使用直线模块来更改聚焦面，并设置工作范围的大小。这样就可执行三维操作。

此外，可以理解，在本发明中，激光光束的光点可以为一分为多个相互隔离的光点。

照射光点的形状为正方形、长方形或长椭圆形等形状中的任一形状来进行电磁辐射的照射。进行激光照射的时候，照射光点可沿立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界带移动，同时，在与边界带之轮廓相平行的方向波动。

激光的单脉冲能量应在0.05至2.00毫焦耳的范围内，同样照射激光的光点直径应等于立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界宽。

照射时，可以使用激光光束的直径可变的方式来照射，即，当激光的照射光束直径大时，由于激光光束能照射较大的区域，从而可以高速使一较广的照射区域受到照射。但在进行任何微细的移动动作时无法进行照射，而使激光的照射光束直径变小时，可实现微细的移动动作，但由于照射区域较小，无法高速地对较广区域进行照射。因此将照射激光光速直径制成恒定值既有优点又有缺点，但只需通过时使照射的激光光束直径在激光的扫描和照射操作期间可变，则可体现出其优点。针对激光光束的直径可变控制，可通过控制散焦量来进行，当激光光束的焦点与照射表面相一致时，散焦量为零，所照射激光光束的直径称为最小。当激光光束的焦点偏离照射表面从而使散焦量变大，这导致所照射激光的光束直径变大。另外，通过控制具有渐强分布的光束模式的激光的震荡能量，可将所照射激光光束的直径进行调节。同样地，通过改变具有渐强分布的光束模式之激光的扫描照射速度，或通过改变照射时间，可将照射激光的直径进行调节。当然，调节照射激光光束直径的措施并不局限于这些方法，可采用任何可选的方法。综上，即通过控制激光光束的直径来进行可变照射区域的照射。

绝缘层通过喷涂的方式形成。

绝缘层材质为陶瓷或树脂的溶胶凝胶溶液。

此外，可以理解，在本发明的其他某些实施方式中，绝缘层的形成并不局限于喷涂的方式，也可以通过其他的方式形成，比如可以通过使用绝缘颗粒的气溶胶工艺形成，绝缘颗粒可以是精细绝缘颗粒。同时，绝缘层的厚度也可以根据立体电路的实际需要进行选择，可以厚度均匀，也可以局部较厚，局部较薄。

本发明第三实施方式涉及一种结构件上的立体电路制作方法。图2(a)和图2(b)是该结构件上的立体电路示意图。

第三实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：在立体电路图案中有电路部分所邻接的无电路部分还使用电磁辐射，可以去除该无电路部分不必要的导电油墨层或导电涂料层，避免产生额外影响的电容、电感等问题。在立体电路的导电油墨层或导电涂料层之上形成绝缘层，可以防止立体电路上暴露出来的导电油墨层或导电涂料层表面的侵蚀，从而达到安全，可靠，不易损坏的效果。不对立体电路进行化镀，可以简化立体电路的生产制作工序，且生产成本低，环保卫生安全。具体地说：

被照射区域还包括立体电路图案中有电路部分所邻接的无电路部分。

作为本发明的一个优选实施例，如图2(a)所示的结构件上的立体电路的形成步骤如下：

先用导电油墨或导电涂料将“回字形”立体电路图案印刷到结构件上。

导电油墨凝结成导电油墨层或导电涂料凝结成导电涂料层，以构成初步的“回字形”立体电路。

至少在“回字形”立体电路图案中有电路部分(即图2(a)中的阴影部分2)和无电路部分(即图2(a)中空白部分1)的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路，此后结束本流程。

当“回字形”立体电路图案出现如图2(b)所示的被照射区域还包括“回字形”立体电路图案中有电路部分(即图2(b)中的阴影部分2)所邻接的无电路部分(即图2(b)中的阴影部分3)时，则同样用激光或者电磁辐射进行照射去除该无电路部分(即图2(b)中的阴影部分3)，使其成为如图2(a)所示的精确的立体电路。

在使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路步骤之后，还包括以下步骤：

在精确的立体电路的导电油墨层或导电涂料层之上形成绝缘层。

此外，可以理解，在本发明中，可以根据实际需要，考虑绝缘层的透明度，当要求透明度高时，可以选择透明材质，反之亦然。

在使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将初步的立体电路修正为精确的立体电路步骤之后，不对精确的立体电路进行化镀。

此外，可以理解，在本发明中，在形成精确的立体电路之后，不进行例如电镀、化镀、CVD(化学真空沉积)、PVD(物理真空沉积)或者类似方法来进行镀敷。

由于无需化镀，可以做到比激光直接成型(Laser Direct Structuring，简称“LDS”)更高的精度，这是因为LDS在化镀的过程中不可避免的会产生溢镀或漏镀现象，实际获得的镀层尺寸必然与镭雕图形的尺寸有所差别。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

用导电油墨将立体电路图案印刷到结构件上，或用导电涂料将立体电路图案喷涂到结构件上，凝结后形成的导电油墨层或导电涂料层构成初步的立体电路；

至少在所述立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界上，使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将所述初步的立体电路修正为精确的立体电路；

在所述使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将所述初步的立体电路修正为精确的立体电路步骤之后，不对所述精确的立体电路进行化镀；

用一激光光束动态聚焦以进行所述电磁辐射的照射，使该激光光束位置在X、Y、Z轴三个方向上能够移动；该激光光束使用三轴扫描振镜，能够加工非平面部件；

在三轴扫描振镜工作时，激光束首先进入移动镜头，透过移动镜头之后，光束快速分散，直到进入一个或两个聚焦镜头，再会聚的光束穿过镜头，并由一组X和Y镜片引导，这些镜片由振镜式扫描器移动；X和Y镜片呈直角排列，向下引导光束，覆盖工作范围的长和宽；

在三轴扫描振镜中，通过微调移动镜头和聚焦镜头之间的距离来实现焦距的变化；

照射激光的光点直径应等于立体电路图案中有电路部分和无电路部分的边界宽。

2.根据权利要求1所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，所述导电油墨或导电涂料材质为导电性材质，导电性材质的有效导电成分包括金、银、铜、铝、镍、炭、石墨、石墨烯的一种或若干种。

3.根据权利要求1所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，所述电磁辐射为激光。

4.根据权利要求3所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，所述被照射区域还包括立体电路图案中有电路部分所邻接的无电路部分。

5.根据权利要求4所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，采用计算机辅助设计CAD方法设计所述立体电路，从而根据CAD信息进行所述电磁辐射的照射。

6.根据权利要求5所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，在所述使用电磁辐射进行照射以除去被照射区域的导电油墨层或导电涂料层，从而将所述初步的立体电路修正为精确的立体电路步骤之后，还包括以下步骤:

在精确的立体电路的导电油墨层或导电涂料层之上形成绝缘层。

7.根据权利要求6所述的结构件上的立体电路制作方法，其特征在于，所述绝缘层通过喷涂的方式形成；

所述绝缘层材质为陶瓷或树脂的溶胶凝胶溶液。