CN104320918B - 一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立体电路及应用技术领域，尤其涉及一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法及其应用，方法包括以下步骤：1)在绝缘基材上平铺或者吸附一层导电粉末；2)将步骤1平铺或者吸附导电粉末的绝缘基材置于气体氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描导电粉末，被扫描到的导电粉末瞬间烧熔，与绝缘基材相熔接，形成导电图案；3)清除未被扫描的导电粉末，绝缘基材与导电粉末通过高温熔接在一起形成导电图案，附着力非常好；基材来源广泛，只需调整激光的功率，便可以适应不同材质的绝缘基材；未被扫描的导电粉末可以回收利用，节约了资源；工艺简单，适合大规模工业化生产，可用于耳机、音箱、手环、手机等，应用广泛。

Description

一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法及其应用

技术领域

本发明涉及立体电路及应用技术领域，尤其涉及一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法及其应用。

背景技术

目前有两种常用方式,一种是采用电镀,贴合或溅射等方式在绝缘基材形成完整的导电层,然后再通过腐蚀,雕刻,蚀刻等方式去除多余部分,形我所需要的电路图案；还有一种就是LDS(Laser Direct Structuring激光直接成型)技术,需要在塑胶材料里面加入LDS激光粉,经激光活化之后,再经过化镀方式形成导电图案,这两种方式在工艺方面都非常复杂,成本也非常高,特别是LDS材料,并且LDS工艺所形成电路图案,其附着力也比较差。

因此，急需提供一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法及其应用，以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法,简称ICS(Insulator conductive structuring),绝缘基材与导电粉末通过高温熔接在一起形成导电图案，附着力非常好，基材来源广泛，只需调整激光的功率，便可以适应不同材质的绝缘基材，工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产。

本发明的另一目的是提供使用上述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，包括用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器等，应用广泛。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在绝缘基材上平铺或者吸附一层导电粉末；

2)将步骤1平铺或者吸附导电粉末的绝缘基材置于气体氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描导电粉末，被扫描到的导电粉末瞬间烧熔，与绝缘基材相熔接，形成导电图案；

3)清除未被扫描的导电粉末，可以循环利用。

具体地，所述绝缘基材选自塑胶、陶瓷、玻璃或者石材中的任意一种。

具体地，所述导电粉末选自铜粉、金粉、银粉、铝粉、铁粉、锡粉、镍粉、锌粉、铝合金粉或者石墨粉中的任意一种或者几种的组合物。

具体地，步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让导电电粉末带上静电，带上静电的导电粉末均匀地吸附于所述绝缘基材上。

具体地，所述的气体氛围可以是氮气、氦气、氖气、氩气或者二氧化碳气体氛围。

具体地，步骤2所述激光机选用近红外或者紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm、308nm、355nm，所述激光机的功率200-1000W。

较优地，步骤3所述的清除未被扫描的导电粉末可以通过机器震动抖落或者毛刷清除。

进一步地，步骤1-3可以依次循环多次，最终在所述绝缘基材上形成增厚的导电图案。

具体地，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的绝缘基材上再平铺或者吸附一层导电粉末，然后置于气体氛围中，通过激光机选择性扫描导电粉末，形成增厚的导电图案。

根据权利要求1-9任一项所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，包括用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明公开了一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，简称ICS(Insulator conductive structuring)，包括以下步骤：1)在绝缘基材上平铺或者吸附一层导电粉末；2)将步骤1平铺或者吸附导电粉末的绝缘基材置于气体氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描导电粉末，被扫描到的导电粉末瞬间烧熔，与绝缘基材相熔接，形成导电图案；3)清除未被扫描的导电粉末，绝缘基材与导电粉末通过高温熔接在一起形成导电图案，附着力非常好，可靠性增强，延长了导电图案的使用寿命；基材来源广泛，只需调整激光的功率，便可以适应不同材质的绝缘基材；整个工艺条件是在气体氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁；而且未被扫描的导电粉末可以回收利用，节约了资源，降低了生产成本，工艺简单，适合大规模工业化生产。

2、还公开了使用上述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，包括用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器等，应用非常广泛。

附图说明

用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1是使用本发明的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。

实施例1

一种在塑胶上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在塑胶上平铺或者吸附一层铜粉；

2)将步骤1平铺铜粉的塑胶置于氮气氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描铜粉，被扫描到的铜粉瞬间烧熔，与塑胶相熔接，形成导电图案；

3)用毛刷清除未被扫描的铜粉，被清除的铜粉回收利用。

其中，塑胶可以固态成型的热固性塑胶，所述固态成型的热固性塑胶选自间规聚苯乙烯(SPS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA6、PA66、PA11、PA10、PA610、PA612)、聚丙烯(PP)或者丙烯腈、丁二烯、丙乙烯三者的共聚物(ABS)中的一种或者多种的共聚物等，可以是最普通市售的塑胶，也可以是经过改性的塑胶，可以根据不同的应用场合，任意选择品种、尺寸和形状。

其中，步骤1还可以在塑胶上吸附一层铜粉，选用吸附或者平铺，取经于塑胶是呈平面或者是曲面，当呈平面时，平铺或者吸附的方式都可以采用，取经于便利程度，优选采用平铺，通过铜粉的重力自然地均匀分布；当呈曲面时，平铺难以均匀分布，最好采用吸附的方式，将铜粉均匀吸附于塑胶上。吸附采用静电吸附，使用静电发生器让铜粉带上静电，带上静电的铜粉粉均匀地吸附于塑胶上。以下实施例中，平铺或者吸附均根据绝缘材料是呈平面或者曲面来选择。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为355nm，所述激光机的功率200W。整个工艺条件是在氮气氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在塑胶上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的塑胶上再平铺一层铜粉，然后置于氮气氛围中，通过上述激光机选择性扫描铜粉，形成增厚的导电图案。具体循环几次，取决于最终形成导电图案的厚度。

实施例2

一种在陶瓷上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在陶瓷上平铺或者吸附一层铝粉；

2)将步骤1平铺铝粉的陶瓷置于氩气氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描铝粉，被扫描到的铝粉瞬间烧熔，与陶瓷相熔接，形成导电图案；

3)用毛刷清除未被扫描的铝粉，被清除的铝粉回收利用。

其中，所述陶瓷可以是普通的市售陶瓷，也可以使用带有其他附属功能的陶瓷材料，陶瓷的选择，可以根据使用的场合，任意选择品种、尺寸和形状。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为308nm，所述激光机的功率500W。整个工艺条件是在氩气氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在陶瓷上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的陶瓷上再平铺一层铝粉，然后置于氩气氛围中，通过上述激光机选择性扫描铝粉，形成增厚的导电图案。

实施例3

一种在玻璃上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在玻璃上平铺或者吸附一层金粉；

2)将步骤1吸附金粉的玻璃置于二氧化碳氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描金粉，被扫描到的金粉瞬间烧熔，与玻璃相熔接，形成导电图案；

3)用机器震动抖落未被扫描的金粉，被清除的金粉回收利用。

其中，玻璃可以使用最普通常见的玻璃，也可以使用带附属功能的特种玻璃，玻璃的选择，可以根据使用的场合，任意选择品种、尺寸和形状。

具体地，步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让金粉带上静电，带上静电的金粉均匀地吸附于玻璃上。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm，所述激光机的功率1000W。整个工艺条件是在二氧化碳氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在玻璃上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的玻璃上再平铺一层金粉，然后置于二氧化碳氛围中，通过上述激光机选择性扫描金粉，形成增厚的导电图案。

实施例4

一种在石材上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在石材上平铺或者吸附一层镍粉；

2)将步骤1吸附镍粉的石材置于氖气氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描镍粉，被扫描到的镍粉瞬间烧熔，与石材相熔接，形成导电图案；

3)用机器震动抖落未被扫描的镍粉，被清除的镍粉回收利用。

其中，石材可以使用最普通常见的石材，也可以使用带附属功能的特种石材，石材的选择，可以根据使用的场合，任意选择品种、尺寸和形状。

具体地，步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让镍粉带上静电，带上静电的镍粉均匀地吸附于石材上。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm，所述激光机的功率800W。整个工艺条件是在氖气氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在石材上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的石材上再平铺一层镍粉，然后置于氖气氛围中，通过上述激光机选择性扫描镍粉，形成增厚的导电图案。

实施例5

一种在塑胶上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在塑胶上平铺或者吸附一层铁粉；

2)将步骤1吸附铁粉的塑胶置于氦气氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描铁粉，被扫描到的铁粉瞬间烧熔，与塑胶相熔接，形成导电图案；

3)用机器震动抖落未被扫描的铁粉，被清除的铁粉回收利用。

具体地，步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让铁粉带上静电，带上静电的铁粉均匀地吸附于塑胶上。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为355nm，所述激光机的功率500W。整个工艺条件是在氦气氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在塑胶上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的塑胶上再平铺一层铁粉，然后置于氦气氛围中，通过上述激光机选择性扫描铁粉，形成增厚的导电图案。

实施例6

一种在塑胶上直接成型导电图案的方法，包括以下步骤：

1)在塑胶上平铺或者吸附一层石墨粉；

2)将步骤1吸附石墨粉的塑胶置于氮气氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描石墨粉，被扫描到的石墨粉瞬间烧熔，与塑胶相熔接，形成导电图案；

3)用机器震动抖落未被扫描的石墨粉，被清除的石墨粉回收利用。

具体地，步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让铁粉带上静电，带上静电的铁粉均匀地吸附于塑胶上。

其中，步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm，所述激光机的功率900W。整个工艺条件是在氮气氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁。

进一步地，步骤1-3可以根据需要形成导电图案的厚度依次循环多次来达到增厚的目的，最终在塑胶上形成所需厚度的导电图案，具体步骤如下，完成步骤3之后，在形成有一层导电图案的塑胶上再平铺一层石墨粉，然后置于氦气氛围中，通过上述激光机选择性扫描石墨粉，形成增厚的导电图案。

实施例7

实施例1-6所述的一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，可以用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器等，应用非常广泛，当然，除了上述列举的应用以外，只要是涉及到在绝缘基材上形成导电图案的装置，都可以应用这种方法来制备导电图案；由于上述装置中都需要使用到导电图案，使用这种方法，可以大大地降低上述这种装置的生产成本，使其朝着精细化，微型化方向发展。

事实上，可以用于本发明的绝缘基材除了上述列举的几种以外，还有很多的绝缘基材可以使用；导电粉末除了上述几个实施例中列举的常用的几种导电材料以外，还有许多导电材料都可以用于本发明，除了单一的导电粉末以为，还可以是一种以上的导电粉末的混合物，或者是合金的混合物；同样地，除了毛刷清除或者机器抖落的方法，还有使用其他常规的清理方法来回收未被扫描的金属粉末，这里无需一一列举。

如图1所示，本发明的核心原理在于在绝缘基材1上平铺或者吸附一层导电粉末2，然后将其置于气体氛围中，激光机4根据设计好的电路图案，选择性地扫描导电粉末2，激光机4产生的高温瞬间将导电粉末2烧熔，与绝缘基材1相熔接，形成导电图案3，激光机可以将电路图案3做得非常精细，而且与绝缘基材1附着力非常好，可靠性增强，延长了导电图案3的使用寿命。对于不同的绝缘基材1以及不同的导电粉末2，可以灵活地通过调节激光的功率，来实现导电图案3的形成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明公开了一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，简称ICS(Insulator conductive structuring)，包括以下步骤：1)在绝缘基材上平铺或者吸附一层导电粉末；2)将步骤1平铺或者吸附导电粉末的绝缘基材置于气体氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描导电粉末，被扫描到的导电粉末瞬间烧熔，与绝缘基材相熔接，形成导电图案；3)清除未被扫描的导电粉末，绝缘基材与导电粉末通过高温熔接在一起形成导电图案，附着力非常好，可靠性增强，延长了导电图案的使用寿命；基材来源广泛，只需调整激光的功率，便可以适应不同材质的绝缘基材；整个工艺条件是在气体氛围中进行，可以防止导电粉末被氧化、受潮或者被激光烧毁，而且未被扫描的导电粉末可以回收利用，节约了资源，降低了生产成本；工艺简单，适合大规模工业化生产。

2、还公开了使用上述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，包括用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器等，应用非常广泛。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在绝缘基材上吸附一层导电粉末；

2)将步骤1吸附导电粉末的绝缘基材置于气体氛围中，然后装载有设计好的电路图案的激光机选择性地扫描导电粉末，被扫描到的导电粉末瞬间烧熔，与绝缘基材相熔接，形成导电图案；

3)清除未被扫描的导电粉末；

4)步骤1-3依次循环多次，最终在所述绝缘基材上形成增厚的导电图案；

其中，所述导电粉末选自铜粉、金粉、银粉、铝粉、铁粉、锡粉、镍粉、锌粉、铝合金粉或者石墨粉中几种的组合物。

2.根据权利要求1所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于：所述绝缘基材选自塑胶、陶瓷、玻璃或者石材中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于：步骤1所述的吸附采用静电吸附，使用静电发生器让导电粉末带上静电，带上静电的导电粉末均匀地吸附于所述绝缘基材上。

4.根据权利要求1所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于：步骤2所述的气体氛围是氮气、氦气、氖气、氩气或者二氧化碳气体氛围。

5.根据权利要求1所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于：步骤2所述激光机选用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm、308nm或者355nm，所述激光机的功率200-1000W。

6.根据权利要求1所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法，其特征在于：步骤3所述的清除未被扫描的导电粉末通过机器震动抖落或者毛刷清除。

7.根据权利要求1-6任一项所述的在绝缘基材上直接成型导电图案的方法的应用，其特征在于：包括用于耳机、音箱、手环、手机、蓝牙、电视机、工艺品、灯饰、太阳能电池板及显示器。