CN105448800A - 一种基于3d打印技术的曲面薄膜电路的制作方法 - Google Patents

一种基于3d打印技术的曲面薄膜电路的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法；包括如下步骤：a、设置基体金属膜，在曲面结构件上设置基体金属膜；b、涂光刻胶，在a步骤中得到的金属膜上旋涂光刻胶；c、使用3D打印机打印出带有电路微结构的掩膜板；d、曝光，将掩膜板置于涂设光刻胶的曲面结构件上进行曝光处理，并得到曝光后的曲面结构件；e、显影，将d步骤中得到的曲面结构件置于显影剂中显影，并得到显影后的曲面结构件；f、腐蚀，取下掩膜板后使用腐蚀剂腐蚀e步骤中得到的曲面结构件。本发明能真正意义上实现薄膜电路的制作；其成本低、可批量生产；其精度高而且实现的曲面薄膜电路可以是任意曲面形状。

Description

一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法
技术领域
本发明涉及薄膜电路制作领域，具体涉及一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法。
背景技术
薄膜电路是将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件以及它们之间的互连引线，全部用厚度在微米级以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。而目前，薄膜电路在工艺制作上均处于平面上，即只能开发和制作出平面薄膜电路；列如，在公告号为：CN103579107A的中国专利《一种基于掩膜电镀的薄膜电路划切方法》中，其制作出平面薄膜电路制作方法还停留于雕刻式的划切工艺方法，其只能应用于平面薄膜电路；曲面薄膜电路的制作方法要想能真正意义上的实现、且能低成本的批量生产是需要研究的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种能真正意义上实现、且能低成本的批量生产的一种。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，包括如下步骤：
a、设置基体金属膜，在曲面结构件上设置基体金属膜；
b、涂光刻胶，在a步骤中得到的金属膜上旋涂光刻胶；
c、使用3D打印机打印出带有电路微结构的掩膜板；
d、曝光，将掩膜板置于涂设光刻胶的曲面结构件上进行曝光处理，并得到曝光后的曲面结构件；
e、显影，将d步骤中得到的曲面结构件置于显影剂中显影，并得到显影后的曲面结构件；
f、腐蚀，取下掩膜板后使用腐蚀剂腐蚀e步骤中得到的曲面结构件。
其中，所述步骤a中的镀基体金属膜的方式为通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜。
其中，在步骤a中，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜后，用水电镀的方式进行二次镀金属膜，在基体金属膜上形成二次金属膜。
其中，在a步骤之前还包括：对曲面结构件进行清洗处理和干燥处理。
其中，对曲面结构件进行清洗的步骤包括：
（1）超声波清洗；
（2）乙醇超声清洗；
（3）丙酮清洗；
（4）盐酸溶液清洗；
其中，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜的均匀性在10%以内。
其中，在b步骤中在基体金属膜上旋涂光刻胶后，光刻胶厚度为8um-12um；
其中，超声波清洗时间不超过5分钟；乙醇超声清洗的时间不超过5分钟；丙酮清洗的时间不超过5分钟；盐酸溶液清洗步骤的盐酸溶液浓度为10%。
其中，在f步骤完成之后，重复a~f步骤，制作多层薄膜电路结构。
本发明的有益效果为：
1、能真正意义上实现：利用上述方法，将3D打印机打印出的曲面掩膜板附于曲面结构件上，再进行普通显影、曝光、腐蚀等工艺，使曲面薄膜电路能真正意义上的实现，值得注意的是，目前3D打印机无法真正意义上将金属材质材料直接打印至基体介质形成薄膜电路。
2、成本低、可批量生产:由于3D打印技术日趋成熟且打印速度日趋提高，而且该工艺方法后续采用显影、曝光、腐蚀等工艺，使曲面薄膜电路的制作成本可控又可以批量生产。
3、精度高:利用3D打印机的高精度，实现曲面掩膜板和曲面金属构件的严密贴合，其精度高。
4、实现的曲面薄膜电路可以是任意曲面形状:得益于3D打印技术和薄膜电路制作的结合，能更有效实现薄膜电路的任意曲面形状的制作。
5、可根据实际需要制作曲面掩膜板:曲面薄膜电路可以应用在天线或雷达窗，例如用在车载导航雷达系统；曲面薄膜电路可依据车辆的外形等结构件进行共形设计，使其工作频段可调控，可宽角度工作的特性。
6、应用前景广:例如车载导航雷达系统、飞机航电系统和整流罩集成、未来4G、5G基站天线、地面雷达站的低幅面、小型化集成设计等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
实施例1。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，包括如下步骤：
a、设置基体金属膜，在曲面结构件上设置基体金属膜；具体的可以通过薄膜淀积工艺在基板上淀积出薄膜淀积层，淀积工艺中采用的薄膜淀积方式包括溅射、蒸发和化学气相沉积。本实施例中，为了取得较好的均匀性，采用磁控溅射方式进行镀膜。
b、涂光刻胶，在a步骤中得到的金属膜上旋涂光刻胶；
c、使用3D打印机打印出带有电路微结构的掩膜板；可以根据实际需要制作出曲面掩膜板。
d、曝光，将掩膜板置于涂设光刻胶的曲面结构件上进行曝光处理，并得到曝光后的曲面结构件；
e、显影，将d步骤中得到的曲面结构件置于显影剂中显影，并得到显影后的曲面结构件；
f、腐蚀，取下掩膜板后使用腐蚀剂腐蚀e步骤中得到的曲面结构件。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，所述步骤a中的镀基体金属膜的方式为通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜；
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，在步骤a中，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜后，用水电镀的方式进行二次镀金属膜，在基体金属膜上形成二次金属膜。由于，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜的厚度为1um左右，比较薄，达不到导电率的要求，而难以控制良品率，因此在通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜后，继续用水电镀的方式进行二次镀金属膜，在基体金属膜上形成二次金属膜，使得整体金属膜的厚度达到10um以上，从而克服了达不到导电率的要求，增加了良品率；而采用这一方式的原因在于，在实践方式当中，如果直接在曲面结构上进行水电镀是难以实现的，因为曲面结构往往是陶瓷等介质，其粘合性差，通过水电镀的方式难以直接镀膜，因此本发明采用先磁控溅射镀上基体金属膜，再在基体金属膜上二次镀金属膜，从而达到了非常高的良品率，大大降低了低导电率产品的出现。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜的均匀性在10%以内，通过大量实验发现，在磁控溅射下的形成的基体金属膜在该数据参数下能保证二次镀金属膜的粘性最佳，均匀度最好。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，在b步骤中在基体金属膜上旋涂光刻胶后，光刻胶厚度为8um-12um；通过大量实验发现，该参数的光刻胶厚度，是满足光刻分辨率、抗刻蚀以及线宽等要求的最低标准。
通过上述方式得到曲面薄膜电路，其具备如下效果：1）其能真正意义上实现基于3D打印技术的曲面薄膜电路；即利用上述方法，将3D打印机打印出的曲面掩膜板附于曲面结构件上，再进行普通显影、曝光、腐蚀等工艺，使曲面薄膜电路能真正意义上的实现，值得注意的是，目前3D打印机无法真正意义上将金属材质材料直接打印至基体介质形成薄膜电路；尤其是批量和低成本生产。2）成本低、可批量生产；由于3D打印技术日趋成熟且打印速度日趋提高，而且该工艺方法后续采用显影、曝光、腐蚀等工艺，使曲面薄膜电路的制作成本可控又可以批量生产。3）精度高；利用3D打印机的高精度，实现曲面掩膜板和曲面金属构件的严密贴合，其精度高。4）实现的曲面薄膜电路可以是任意曲面形状；能更有效实现薄膜电路的任意曲面形状的制作。5）可根据实际需要制作曲面掩膜板；曲面薄膜电路可以应用在天线或雷达窗，例如用在车载导航雷达系统；曲面薄膜电路可依据车辆的外形等结构件进行共形设计，使其工作频段可调控，可宽角度工作的特性。6）应用前景广；例如车载导航雷达系统、飞机航电系统和整流罩集成、未来4G、5G基站天线、地面雷达站的低幅面、小型化集成设计等领域。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，在a步骤之前还包括：对曲面结构件进行清洗处理和干燥处理。其中，对曲面结构件进行清洗的步骤包括：
（1）超声波清洗；
（2）乙醇超声清洗；
（3）丙酮清洗；
（4）盐酸溶液清洗；
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，超声波清洗时间不超过5分钟；乙醇超声清洗的时间不超过5分钟；丙酮清洗的时间不超过5分钟；盐酸溶液清洗步骤的盐酸溶液浓度为10%。最后在对其脱水烘培（150-250℃，1-2分钟，氮气保护），以除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子等），改方式能增强曲面结构表面的黏附性，增加良品率。
实施例2。
本实施例所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其与实施例1的区别在于：在f步骤完成之后，重复a~f步骤，制作多层曲面薄膜电路结构。利用实施例1的方法的可重复性，能实现多层曲面薄膜电路的制作，其不仅能够实现，而且精度高，可制作之前随时调整每层微电路结构。
同样，该实施例依然具备实施例1的优点。
以上所述仅是本发明的两个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，包括如下步骤：
a、设置基体金属膜，在曲面结构件上设置基体金属膜；
b、涂光刻胶，在a步骤中得到的金属膜上旋涂光刻胶；
其特征在于：
还包括：
c、使用3D打印机打印出带有电路微结构的掩膜板；
d、曝光，将掩膜板置于涂设光刻胶的曲面结构件上进行曝光处理，并得到曝光后的曲面结构件；
e、显影，将d步骤中得到的曲面结构件置于显影剂中显影，并得到显影后的曲面结构件；
f、腐蚀，取下掩膜板后使用腐蚀剂腐蚀e步骤中得到的曲面结构件。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：步骤a中的镀基体金属膜的方式为通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜。
3.根据权利要求2所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：在步骤a中，通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜后，用水电镀的方式进行二次镀金属膜，在基体金属膜上形成二次金属膜。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：在a步骤之前还包括：对曲面结构件进行清洗处理和干燥处理。
5.根据权利要求4所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：对曲面结构件进行清洗的步骤包括：
（1）超声波清洗；
（2）乙醇超声清洗；
（3）丙酮清洗；
（4）盐酸溶液清洗。
6.根据权利要求2所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：通过磁控溅射方式在曲面结构件形成基体金属膜的均匀性在10%以内。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：在b步骤中在基体金属膜上旋涂光刻胶后，光刻胶厚度为8um-12um。
8.根据权利要求5所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：超声波清洗时间不超过5分钟；乙醇超声清洗的时间不超过5分钟；丙酮清洗的时间不超过5分钟；盐酸溶液清洗步骤的盐酸溶液浓度为10%。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，其特征在于：在f步骤完成之后，重复a~f步骤，制作多层薄膜电路结构。
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