CN104244564A - 立体电路及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种立体电路的制作方法，包括塑料基材注塑成型、激光改性塑料基材表面、第一次化学镀、表面处理、第二次化学镀以及表面后处理实现立体电路成型。一种立体电路，其通过上述立体电路的制作方法制成。本发明的方法可以精确、快速、经济地在普通塑料结构件上形成三维立体电路，大幅降低产品的成本。

Description

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，特别是涉及一种立体电路及其制作方法。

背景技术

随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积越来越小，需要在不明显影响电子组件的功能和效率的同时减小尺寸，在这一背景下，实现与载体同型的加工工艺至关重要。

现在的通信设备包含通话功能、wifi功能、蓝牙、GPS、NFC等功能，凡是需要无线传输的功能都需要天线的支持，现有的天线制作工艺有以下几种：

1.采用FPC、五金片制作天线，手机内置天线绝大多数是由金属弹片和塑料支架组成。此种结构形式可以保证安装可靠、天线性能稳定。其缺点是：需要开发和制作五金及塑料模具，制作周期长，费用较高。此工艺制作一套连续冲五金模具最快也要五至六天，制作一套塑胶模具最快也要六至七天。通常情况，一套五金加塑胶模具总费用在万元以上。

2.在改性塑料基体制作天线。此工艺需要使用特定的改性塑料，在普通塑料基体树脂中掺加催化剂，成本较普通塑料高几倍，同时研发生产改性塑料成本高。

3.在普通塑料上增加改性涂层制作立体电路。此工艺需要重新在普通塑料表面添加改性层，改性层的厚度及涂层与普通塑料基材的稳定性较低，在改性层镀铜及其保护层后会出现铜层附着力低等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种立体电路的制作方法，所述方法可以精确、快速、经济地在结构件上形成三维电路。

另一目的在于提供以所述方法制作的立体电路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种立体电路的制作方法，包括以下步骤：

a.通过注塑成型工艺形成具有预定形状的塑料基材；

b.用激光改性所述塑料基材的表面形貌，以形成与预定立体电路图案相对应的改性区域；

c.对所述改性区域所在的表面进行第一次化学镀，使其附着导电金属层；

d.通过表面处理，去除所述改性区域之外的导电金属层但保留所述改性区域内的导电金属层；

e.对所述塑料基材的改性区域所在的表面进行第二次化学镀，利用保留在所述改性区域内的导电金属层在所述改性区域上进行导电金属沉积，以便成型为立体电路。

进一步地：

所述导电金属为铜。

所述激光的波长为1040nm-1070nm，激光加工的频率为30kHz-100kHz，加工速度为1000mm/s-3000mm/s,激光的脉宽为4ns-40ns，激光加工的功率为3w-6w，扫描线距为0.01-5mm。

所述第一次化学镀之前对所述改性区域所在的表面进行除油和粗化处理，其中除油使用碱性或酸性除油液，粗化使用酸性强氧化剂粗化液。

在所述塑料为ABS的情况下，所述粗化液的配方含：800-1000g·dm-3的浓H2SO4、10-30g·dm-3的CrO3以及200-400g·dm-3的H2O；在所述塑料为聚乙烯塑料的情况下，所述粗化液的配方含：800-1000g·dm-3的浓H2SO4、35-60g·dm-3的CrO3以及200-400g·dm-3的H2O。

步骤c中还包括对所述改性区域所在的表面进行敏化和活化处理，所述敏化处理使用敏化液以使所述表面吸附具有强还原性的金属离子，所述活化处理使用活化液以使所述表面沉积一层具有催化活性的金属微粒，促使化学镀中的导电金属离子发生还原作用而快速沉积到所述表面，其中，所述具有还原性的金属离子用于还原所述活化液中的金属离子以产生所述具有催化活性的金属微粒。

所述具有强还原性的金属离子为Sn2+，所述敏化液为酸性氧化亚锡溶液，或是含有SnCL2、HCL和锡粒的溶液，优选含有10-50g·dm-3的SnCl2·H2O和40-80g·cm3的HCl。

所述活化液为氧化金、氯化钯或硝酸银溶液，优选采用1.5～2g·dm-3的AgNO3溶液,将氨水滴入硝酸银溶液中，出现白色沉淀，继续添加氨水直至沉淀溶解，所述有催化活性的金属微粒为Ag+。

步骤c和e中，化学镀镀液由以下A和B两种溶液按1：3的体积比混合，其中A溶液的配方含：7g·dm-3的CuSO4·5H2O、2g·dm-3的NiCl2·6H2O和12g·dm-3的浓度37％的HCHO，B溶液的配方含：15g·dm-3的NaKC4H4O6和25g·dm-3的NaOH。

一种立体电路，通过所述的立体电路的制作方法制成。

本发明的有益技术效果：

根据本发明，可以直接在普通塑料上制作改性三维立体电路，而不需要采用特定的改性塑料，例如无需在普通塑料基体树脂中掺加催化剂、金属络合物等特殊成分，而普通塑料的成本较之这样的改性塑料的成本低几倍，能够大幅降低立体电路的制作成本。本发明先通过激光对普通塑料基材表面进行改性，在普通塑料基材表面快速形成用于制作立体电路图案，使普通塑料基材表面达到易于化学镀的形貌，并采用两次化学镀和一次中间表面处理的工艺过程，使普通塑料表面能够精确沉积预定图案的导电金属层，最终形成所希望的立体电路。

附图说明

图1为本发明立体电路制作方法一种实施例的流程图；

图2为塑料表面原始的形貌照片；

图3为实施例中经激光改性过后塑料表面的形貌照片；

图4为实施例中经表面处理后凹槽表面的形貌照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，在一些实施例里，立体电路制作工艺的步骤包括:

塑料基材注塑成型、激光改性塑料基材表面、第一次化学镀、表面处理、第二次化学镀，以及表面后处理完成最终立体电路成型。应理解，除了适用通用塑料外，对于含改性成分的改性塑料，本发明也是可以适用的。

步骤一、塑料基材注塑成型

按照设计好的立体电路结构将普通塑料注塑成型，普通塑料可以是通用的PC塑料、ABS塑料等，基体树脂中未掺加催化剂等改性成分。

步骤二、激光照射改性塑料基材表面

可选用窄脉宽的半导体泵浦激光器，通过动态扩束镜改变聚集光斑的焦点，改性成型的塑料基材表面，快速制造出用于成型三维立体电路的形貌图案。优选地，激光的波长为1040nm-1070nm，激光加工的频率为30kHz-100kHz，加工速度为1000mm/s-3000mm/s,激光脉宽为4ns-40ns，激光加工的能量为3w-6w，扫描线距为0.01-5mm。窄脉宽的半导体泵浦激光器具有高的峰值功率，脉宽窄且加工热影响区域小，改性完成之后塑料表面呈特定的形貌，有利于化学镀中铜离子的沉积。

图2示出注塑成型后的塑料基材表面的形貌，其表面光泽，粗糙度低，不利于金属铜的沉积。而激光改性后，表面呈图3所示形貌，有利于第一次化学镀时凹槽中能沉积更多的金属铜。

步骤三、第一次化学镀

对塑料基材表面进行第一次化学镀，使整个塑料基材的改性区域所在的表面都附着有铜层。化学镀优选可采用NaKC4H2O6、CuSO4、NaOH、HCHO的混合溶液。铜混合溶液浓度优选为2.5g-5g/L。较佳地，在化学镀之前还实施除油、粗化处理。其中除油可采用Na2CO3、NaOH、Na3PO3等溶液洗涤剂，碱溶液浓度优选为8-12g/L。粗化可使用KCrO7、H2SO4等溶液。

在优选实施例中，在化学镀之前还实施敏化、活化处理。敏化可采用含SnCL2、HCL、锡粒的溶液。活化可采用含AgNO3、氨水的溶液。硝酸银的浓度优选为4-6g/L。

在优选实施例中，实现沉铜速率为30分钟沉积1.5-3.5μm。

混合溶液化学镀铜时的反应温度可为50-65度。混合溶液浓度可为3.5-4.5g/L。化学镀铜过程中加入作为催化剂的甲醛，其浓度可为3-5g/L。

化学镀是使用合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属而沉积在塑料基材表面的一种镀覆工艺。本发明在普通塑料上进激光改性后再进行化学镀铜。为使金属的沉积过程尽量发生在塑料基材上而不发生在溶液中，采用激光改性后，优选首先将塑料基材表面进行除油、粗化、敏化、活化等处理。除油处理(可用碱性溶液)可除去塑料基材表面上的油污，使表面清洁。粗化处理(可用酸性强氧化剂)可使金属镀件表面呈微观的粗糙状态，增加表面积及表面的亲水性。敏化处理(可用酸性氧化亚锡溶液)可使粗化的塑料基材表面吸附一导具有较强还原性的金属离子(如Sn2+)，用于还原活化溶液中的金属离子(如Ag+)。活化处理是使镀件表面沉积一层具有催化活性的金属微粒，形成催化中心，促使Cu2+在这催化中心上发生还原作用。优选的活化剂有氧化金、氯化钯和硝酸银等。选用硝酸银作活化剂，当经过氯化亚锡敏化处理的镀件再浸入硝酸银溶液后，将在镀件表面产生如下反应：Sn2++2Ag+＝Sn4++2Ag，产生的金属银微粒具有催化活性，是化学镀铜的结晶中心。经活性处理后，在镀件表面已具有催化活性的金属银粒子，能加速氧化还原反应的进行，使镀件表面很快沉积上铜的导电层而实现非金属材料的化学镀铜。

步骤四、表面处理

通过化学处理，将附着在改性区域外的塑料表面的铜层去除。可采用浓度为60％-80％的硝酸溶液去除表面铜层，通过控制溶液与基材的反应时间来保留改性区域凹槽表面铜(反应的过程是铜层至上到下去除)，使其在第二次化学镀时能在改性区域附着导电铜层。如图4，表面处理后，凹槽中还保留部分铜层，有利于第二次化学镀时金属铜的沉积，表面处理时硝酸的浓度为60％-80％，在常温下，控制溶液与塑料表面铜层的反应时间(时间控制在5min-10min)

步骤五、第二次化学镀

由于改性区域凹槽表面保留有铜层，因此第二次化学镀时金属铜进一步沉积到改性区域上。铜溶液的浓度优选为2.5-5g/L，溶液反应温度为45-55度。例如采用NaKC4H2O6、CuSO4、NaOH、HCHO混合溶液，浓度为3.5g—4.5g/L。较佳地，在化学镀之前还实施除油处理，除油可采用Na2CO3、NaOH、Na3PO3等溶液洗涤剂，碱溶液浓度优选为7-9g/L。优选地，实现沉铜速度为30分钟沉铜3-5μm。

甲醛浓度为3-5g/L，溶液反应温度为45-55度

较佳地，前述工艺中所用的除油液、粗化液、敏化液、活化液和第一及第二次化学镀所用的化学镀铜液配方如下：

1)除油液：可以采用①碱性除油液：NaOH(50-200g·dm-3)，Na3PO4(30-100g·dm-3)，Na2CO3(15-60g·dm-3)，洗涤剂(5g·dm-3)；②酸性除油液：K2Cr2O7(30-100g·dm-3)，浓H2SO4(600-800g·dm-3)，H2O(400-600cm3)

2)粗化液：①针对ABS塑料：浓H2SO4(800-1000g·dm-3)，CrO3(10-30g·dm-3)，H2O(200-400g·dm-3)。②针对聚乙烯塑料：浓H2SO4(800-1000g·dm-3)，CrO3(35-60g·dm-3)，H2O(200-400g·dm-3)。

3)敏化液：SnCl2·H2O(10-50g·dm-3),HCl(40-80g·dm-3)，锡粒若干。

4)活化液：AgNO3(1.5～2g·dm-3)，将氨水滴入硝酸银溶液中，出现白色沉淀，继续添加氨水直至沉淀溶解。

5)化学镀铜液：化学镀铜液分别配成A，B两种溶液，使用时按A：B＝1：3混合。A液：CuSO4·5H2O(7g·dm-3)，NiCl2·6H2O(2g·dm-3)，HCHO(37％，12g·dm-3)。B液：NaKC4H4O6(15g·dm-3),NaOH(25g·dm-3)。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种立体电路的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

a.通过注塑成型工艺形成具有预定形状的塑料基材；

b.用激光改性所述塑料基材的表面形貌，以形成与预定立体电路图案相对应的改性区域；

c.对所述改性区域所在的表面进行第一次化学镀，使其附着导电金属层；

d.通过表面处理，去除所述改性区域之外的导电金属层但保留所述改性区域内的导电金属层；

e.对所述塑料基材的改性区域所在的表面进行第二次化学镀，利用保留在所述改性区域内的导电金属层在所述改性区域上进行导电金属沉积，以便成型为立体电路。

2.如权利要求1所述的立体电路的制作方法，其特征在于,所述导电金属为铜。

3.如权利要求1所述的立体电路的制作方法，其特征在于,所述激光的波长为1040nm-1070nm，激光加工的频率为30kHz-100kHz，加工速度为1000mm/s-3000mm/s,激光的脉宽为4ns-40ns，激光加工的功率为3w-6w，扫描线距为0.01-5mm。

4.如权利要求1所述的立体电路的制作方法，其特征在于,所述第一次化学镀之前对所述改性区域所在的表面进行除油和粗化处理，其中除油使用碱性或酸性除油液，粗化使用酸性强氧化剂粗化液。

5.如权利要求4所述的立体电路的制作方法，其特征在于,在所述塑料为ABS的情况下，所述粗化液的配方含：800-1000g·dm-3的浓H2SO4、10-30g·dm-3的CrO3以及200-400g·dm-3的H2O；在所述塑料为聚乙烯塑料的情况下，所述粗化液的配方含：800-1000g·dm-3的浓H2SO4、35-60g·dm-3的CrO3以及200-400g·dm-3的H2O。

6.如权利要求1至5任一项所述的立体电路的制作方法，其特征在于,步骤c中还包括对所述改性区域所在的表面进行敏化和活化处理，所述敏化处理使用敏化液以使所述表面吸附具有强还原性的金属离子，所述活化处理使用活化液以使所述表面沉积一层具有催化活性的金属微粒，促使化学镀中的导电金属离子发生还原作用而快速沉积到所述表面，其中，所述具有还原性的金属离子用于还原所述活化液中的金属离子以产生所述具有催化活性的金属微粒。

7.如权利要求6所述的立体电路的制作方法，其特征在于,所述具有强还原性的金属离子为Sn2+，所述敏化液为酸性氧化亚锡溶液，或是含有SnCL2、HCL和锡粒的溶液，优选含有10-50g·dm-3的SnCl2·H2O和40-80g·cm3的HCl。

8.如权利要求6所述的立体电路的制作方法，其特征在于,所述活化液为氧化金、氯化钯或硝酸银溶液，优选采用1.5～2g·dm-3的AgNO3溶液，将氨水滴入AgNO3溶液中，出现白色沉淀，继续添加氨水直至沉淀溶解，其中所述有催化活性的金属微粒为Ag+。

9.如权利要求1至8任一项所述的立体电路的制作方法，其特征在于,步骤c和e中，化学镀镀液由以下A和B两种溶液按1：3的体积比混合，其中A溶液的配方含：7g·dm-3的CuSO4·5H2O、2g·dm-3的NiCl2·6H2O和12g·dm-3的浓度37％的HCHO，B溶液的配方含：15g·dm-3的NaKC4H4O6和25g·dm-3的NaOH。

10.一种立体电路，其特征在于，通过权利要求1至9任一项所述的立体电路的制作方法制成。