CN106255323A - 一种3d打印制备玻璃基电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，在计算机软件上完成电路板设计并传送至3D打印机，将金属粉末与石英粉成配置3D打印基料，将玻璃基板加热，采用3D打印技术将3D打印基料印刷于玻璃基板上，采用钢化工艺对玻璃基板进行冷却，得到玻璃基电路板；本发明创新性的将3D打印技术应用于玻璃基电路板的制备工艺中，利用3D打印技术对粉末状金属或塑料等可粘合材料的熔融处理替代原玻璃基电路板制备工艺的烧结‑熔融步骤，使得玻璃基电路板一次制备成型，极大简化了玻璃基电路板的制备工艺，3D打印基料添加石英粉，石英粉与液态金属粉末混合并与玻璃基板熔合，这种熔合是分子级，传统工艺中利用粘合剂相比具有更强的结合力。

Description

一种3D打印制备玻璃基电路板的方法
技术领域
本发明提供了一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，属于电路板技术领域。
背景技术
电子产业作为国民支柱行业，近年来的发展日新月异，特别是以轻、薄、短、小为发展趋势的终端产品，对其基础产业——印制线路板行业，提出了高密度、小体积、高导电性等更高要求。线路板技术在这种背景下迅速发展壮大，而各个弱电领域的行业，如电脑及周边辅助系统、医疗器械、手机、数码(摄)像机、通讯器材、精密仪器、航空航天等，都对印制线路板的工艺及品质提出了许多具体而明确的技术规范。
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
现阶段出现一些将3D打印应用于电路板制备的专利，如中国发明申请“一种采用3D打印技术制作多层电路板的方法”(申请号：CN201410626086)，采用3D打印技术在原有印刷电路板的基础上打印制备多层印刷电路板，印刷电路板成本低，在控制领域得到大量使用，但是印刷电路板自身不透光，因此限制了其在对透光性由较高要求的场合，如玻璃温室大棚、太阳能电池等，而现有的玻璃基电路板利用镀膜蚀刻工艺或低温银浆工艺制作。镀膜蚀刻工艺是在玻璃板表面镀一层导电浆，用蚀刻法制作电路，这种玻璃基电路板的电子线路通过粘合剂与玻璃板结合，由于玻璃分子除了与氟元素以外的任何元素都无法发生化学反应，所以这种镀膜工艺基本是一种喷涂工艺，是混合了导电金属颗粒的有机材料粘接过程，粘合剂使导电浆的纯度下降，使导电能力非常差，最好的材料也只有1×10-4Ω，难以焊接电子元件，也很难实现功能电路。而低温银浆工艺是在玻璃板表面丝印低温银浆电路，通过在200℃以内的烘烤固化方法实现，此方法由于银浆中还含有大量的有机粘接材料而无法达到高导能力，其导电能力只能达到3×10-5Ω，电子元件依然难以焊接，附着力差。
发明内容
鉴于以上技术的不足，本发明提供了一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，利用3D打印制备玻璃基电路板，简化玻璃基电路板的制备工艺。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，包括如下步骤：
(1)利用计算机辅助制造技术，在计算机软件上完成电路板设计，并传送至3D打印机；
(2)将金属粉末与石英粉配置成3D打印基料，3D打印基料中的石英粉含量为3％～8％；
(3)将玻璃基板加热至150°～560°；
(4)采用3D打印技术将3D打印基料熔融并通过打印头喷射在玻璃基板上，控制打印环境的温度为150°～560°，打印头的温度为1850°以上；
(5)以30s内降温至常温的速率对玻璃基板进行冷却，得到玻璃基电路板。
步骤(2)中金属粉末为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金的一种或两种以上的混合金属粉末。
步骤(4)中3D打印基料熔融采用直接金属激光烧结技术。
与现有技术相比，本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明创新性的将3D打印技术应用于玻璃基电路板的制备工艺中，利用3D打印技术对粉末状金属或塑料等可粘合材料的熔融处理替代原玻璃基电路板制备工艺的烧结-熔融步骤，使得玻璃基电路板一次制备成型，极大简化了玻璃基电路板的制备工艺，由于3D打印基料直接熔融，因此不需要在3D打印基料中添加粘结剂，不仅提高了玻璃基电路板的导电性能，并且减少玻璃基电路板在制备过程中的有害物质挥发；
(2)本发明的3D打印基料经过特殊配比，其中添加了石英粉，玻璃基板与3D打印基料经过步骤(3)的加热以及步骤(4)的熔融过程，玻璃在500℃时开始软化，550℃时玻璃表面分子已开始处于活跃状态(这一过程中温度低于550℃则玻璃分子还不活跃，若高于600℃则玻璃基板易炸裂)，而3D打印基料在3D打印机中已通过直接金属激光烧结，石英粉已经融化并带着熔融为液态的金属粉末与玻璃表面处于活跃状态的玻璃分子进行熔合，这种熔合是分子级的，与传统工艺中利用粘合剂相比具有更强的结合力，并且玻璃表面与电路层表面能够成为一个整体，使整个玻璃基电路板光滑，适用于多种应用场合；
(3)本发明在玻璃基板的冷却过程中控制冷却速率进行玻璃钢化过程，玻璃在高温时迅速冷却能够使玻璃钢化，快速冷却使融合在一起的导体粉末与玻璃分子产生负张力而结合更加牢固，钢化的过程可使有隐伤的玻璃破裂，使优质的玻璃完好，提高成品的品质，同时让玻璃基电路板更结实。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
本发明提供了一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，包括如下步骤：
(1)利用计算机辅助制造技术，在计算机软件上完成电路板设计，并传送至3D打印机；
(2)将金属粉末与石英粉成配置3D打印基料，3D打印基料中的石英粉含量为3％～8％，金属粉末为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金的一种或两种以上的混合金属粉末；
(3)将玻璃基板加热至150°～560°；
(4)采用3D打印技术，采用直接金属激光烧结技术将3D打印基料熔融并通过打印头喷射在玻璃基板上，控制打印环境的温度为150°～560°，打印头的温度为1850°以上；
(5)以30s内降温至常温的速率对玻璃基板进行冷却，得到玻璃基电路板。

Claims (3)

1.一种3D打印制备玻璃基电路板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用计算机辅助制造技术，在计算机软件上完成电路板设计，并传送至3D打印机；
(2)将金属粉末与石英粉配置成3D打印基料，3D打印基料中的石英粉含量为3％～8％；
(3)将玻璃基板加热至150°～560°；
(4)采用3D打印技术将3D打印基料熔融并通过打印头喷射在玻璃基板上，控制打印环境的温度为150°～560°，打印头的温度为1850°以上；
(5)以30s内降温至常温的速率对玻璃基板进行冷却，得到玻璃基电路板。
2.根据权利要求1所述的3D打印制备玻璃基电路板的方法，其特征在于：步骤(2)中金属粉末为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金的一种或两种以上的混合金属粉末。
3.根据权利要求1所述的3D打印制备玻璃基电路板的方法，其特征在于：步骤(4)中3D打印基料熔融采用直接金属激光烧结技术。
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