CN106851964A - 一种曲面电路制作的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面电路制作的制造方法，包括以下步骤：(1)采用导电墨水在高分子塑料薄膜上打印出电路导电布线结构；(2)将薄膜放置于溶剂I表面上进行浸泡舒展，在薄膜上均匀喷一层能使薄膜软化的软化剂；(3)将软化后的薄膜粘附在承印物表面，均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶解试剂；(4)干燥后制得曲面电路。这种曲面电路制作的制造方法制作过程简单、加工成本低、三维结构精确可控、制作效率高，可以实现在柔性或非柔性的实物不规则任意形状的表面上制作一层或多层的电路，从而可以应用于柔性电子等电路制作领域中。

Description

一种曲面电路制作的制造方法

技术领域

本发明涉及柔性或非柔性电路制作领域，尤其是涉及一种曲面电路制作的制造方法。

背景技术

电路制作是把有一定实现功能电路的芯片、二极管、三极管、电阻、电容等电子元件以及连通着它们的互连导线集成到实物体表面上的制作过程。目前最常用的是印刷线路板(PCB)，它是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。PCB电路制作的步骤主要是采用热转印法或感光湿膜法将设计好的互连导线制作在电路板上，具有可设计性、高可靠性、可生产性等特点。目前电路制造方法还有激光打印、喷墨印刷技术、直接打印电路技术等，相比与PCB，它们主要特点是精度高、成本高。这些电路制作方法虽然发展很成熟，但是无法实现在柔性或非柔性的任意曲面上制作，即使直接打印电路技术可以三维打印电路，但是这样需要的打印设备很复杂，而且存在的干涉因素特别多，无法在各种各样形状的曲面上制作电路。

申请号为CN201510826813.0的中国发明专利申请公开了一种基于3D打印技术的曲面薄膜电路的制作方法，该制作方法包括以下步骤：(1)设置基体金属膜，通过薄膜淀积工艺在基板上淀积出薄膜淀积层，采用磁控溅射方式进行镀膜；(2)涂光刻胶，在(1)步骤中得到的金属膜上旋涂光刻胶；(3)使用3D打印机打印出带有电路微结构的掩膜板；(4)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；(5)显影，将(4)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；(6)腐蚀，取下掩膜板后使用腐蚀剂腐蚀(5)步骤中得到的曲面结构件。该技术方案采用薄膜淀积工艺、传统的光刻、3D打印技术等方法制作出曲面结构件，制备步骤复杂、工艺繁琐，生产效率较低，不利于工业化大规模生产，而且基底局限在金属或绝缘介质薄膜上。

发明内容

本发明提供了一种曲面电路制作的制造方法，制作过程简单、三维结构精确可控、制作效率高，实现在任意承印物表面制造电路。

本发明首先在高分子塑料薄膜上制作电路导电布线结构，再将薄膜放置于无机溶剂表面上浸泡，均匀喷一层软化溶剂后将承印物从无机溶剂中透过薄膜，待到薄膜粘附在其表面后均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶剂，这样使得电路导电布线结构热干燥后牢固粘附在表面，从而制得曲面电路的方法实现在任意承印物表面制造电路。

一种曲面电路制作的制造方法，包括以下步骤：

(1)采用导电墨水在高分子塑料薄膜上打印出电路导电布线结构；

打印完成后，可根据导电性能及墨水的要求，进一步进行低温烧结，提高导电率。如常规导电银浆，可选80°-150°烧结10-300min。

(2)将薄膜放置于溶剂I表面上进行浸泡舒展，在薄膜上均匀喷一层能使薄膜软化的软化剂；

(3)将软化后的薄膜粘附在承印物表面，均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶解试剂I；

(4)干燥后制得曲面电路。

本发明曲面电路制作的制造方法可以快速在柔性或非柔性的承印物表面上制作曲面电路，但考虑到制作在柔性承印物表面的电路在受到比较大的形变时可能会出现断裂的问题，而且为了使这种制造方法更好地适用于柔性电子领域，可将这种曲面电路制作的制造方法进一步改进，作为优选：步骤(3)中：

对于柔性的承印物：先将柔性的承印物充分伸展后(比如可先对柔性的承印物施加应力，让其舒展或者采用其他舒展方法)，再将薄膜粘附在承印物表面，比如在手背上制作电路，可以先握紧拳，再将薄膜粘附在手背上，再比如对于柔性的弹性承印物，可以利用拉伸装置对其进行拉伸然后使其处于伸展状态；

对于非柔性的承印物：直接将承印物置于薄膜下方，然后使得承印物向薄膜移动，直至薄膜与承印物外表面接触，使得薄膜粘附在承印物表面。

进一步讲，针对柔性的承印物，包括如下步骤：

(1)采用导电墨水在高分子塑料薄膜上打印出电路导电布线结构；

(2)将薄膜放置于溶剂I表面上浸泡，均匀喷一层能使薄膜软化的软化剂；

(3)给柔性的承印物施加应力，使其发生形变后将薄膜粘附在其表面，并均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶解溶剂；

(4)干燥后制得曲面电路。

步骤(3)制作完成后，释放掉变形后，在承印物表面的曲面电路会有一些相应的形变，这样当柔性承印物收到拉伸时，表面的曲面电路可在形变的允许范围内自由伸展，避免电路出现断裂。通过步骤(3)的设计，可使得普通的导电墨水也能应用到柔性电子的制造中。

另外，也考虑到对于复杂多变的电路，单层电路线路难免会出现线路交叉的现象，这样电路的稳定性受到影响，同时也加大电路设计的难度。本发明提供一种多层的曲面电路制作的制造方法来更好的解决电路交叉问题，作为优选，按照步骤(1)～(4)制作完成第一层曲面电路后，在该层曲面电路上均匀喷一层绝缘层材料，绝缘层固化后，重复步骤(1)～(4)制作第二层曲面电路，以此类推，制作两层或两层以上的曲面电路。所述绝缘层材料选自光油、聚二甲基硅氧烷、硅胶中一种或多种。

具体讲，其制造步骤包括：

(1’)采用上述步骤(1)～(4)所述的曲面电路制作的制造方法快速在承印物表面上制作一层曲面电路。

(2’)将这层曲面电路上均匀喷一层能形成绝缘层的试剂；

(3’)待到绝缘层干燥固化后，同样采用上述步骤(1)～(4)所述曲面电路制作的制造方法快速在承印物表面上制作第二层曲面电路；

(4’)重复(1)～(4)步骤，就可以制得多层的曲面电路。

步骤(2’)中，所述的溶剂只要能固化形成隔绝电路的绝缘层，而且不影响曲面电路制作的都可以采用，包括光油、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶等溶剂，可采用的市售产品。

下面对上述三种方案，做进一步优选和说明：

步骤(1)中，采用导电墨水打印电路导电布线结构可采用许多现有技术，可以采用喷墨打印、激光打印、3D直接打印等技术。所述的导电墨水为导电银漆、焊锡膏、纳米银导电墨水等中的一种，是电子制作常用的市售产品。所述的高分子塑料薄膜为聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、玻璃纸(PT)、聚乙烯(PE)、水转印纸的薄膜等中的一种，可采用市售产品。

步骤(1)中，采用导电墨水打印电路导电布线结构，具体包括：

(1-1)根据需要预先绘制电路导电布线结构；

绘制电路导电布线结构可采用现有技术，可通过计算机辅助设计CAD(ComputerAided Design)得到电路导电布线结构，可使用商业CAD软件或电路绘制软件，诸如Solidworks、UG、Protel等绘制；

(1-2)根据预先绘制好的电路导电布线结构，在薄膜上打印电路；

电路打印可以使用喷墨打印、挤出打印、光固化等方式进行，喷墨打印可采用市售的喷墨打印机加装导电墨水进行，挤出打印方式可使用目前的点胶机等挤出导电墨水方式进行。光固化方式采用光固化掩膜下的导电墨水图案获得。

步骤(2)中，所述的溶剂I只要对承印物没影响，和薄膜不相溶不反应，而且有利于薄膜的完全舒展开就可以采用。作为优选，所述的溶剂I为无机溶剂，作为进一步优选，所述的溶剂I为水。

步骤(2)中，所述的能使薄膜软化的软化剂为一种软化化学试剂，使薄膜更加软化以能够粘附到圆形或不规则面上，可采用的市售产品。作为优选，所述试剂为软化贴合剂。比如可采用市售的打印水贴软化剂、空白水贴软化剂等。

作为优选，步骤(3)中：

对于柔性的承印物：先对柔性的承印物施加应力，让柔性的承印物充分伸展后，再将薄膜粘附在承印物表面；

对于非柔性的承印物：直接将承印物置于薄膜下方，然后使得承印物向薄膜移动，使得薄膜粘附在承印物表面。

步骤(3)中，将软化后的薄膜粘附在承印物表面可以采用人工操作，需要确保精细准确，也可以采用机械操控。所述的承印物的材质为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乙烯醇(PVA)、SLA工艺-树脂材料、SLS工艺-尼龙材料、硅胶材料、各种柔性塑料、金属、涂有防护层的金属等中的一种。

步骤(3)中，所述的能使薄膜溶解成粘附层的溶解溶剂的作用是将薄膜溶解以形成牢固的粘附层，从而使得电路导电布线结构牢固粘附在表面，只要具备这个功能(可以溶解薄膜，但与导电墨水不反应、不溶解、腐蚀性弱等)的化学溶剂都可以采用，可采用的市售产品，比如水转印纸专用的修饰液溶剂。

步骤(4)中，所述干燥过程可以采用热干燥，所述的热干燥的方法为干燥箱干燥、电吹风干燥、红外线加热干燥等中的一种，作为优选，采用干燥箱在70～90℃下干燥1～3个小时。当然也可以自然干燥，所需时间久一些。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明曲面电路制作的制造方法，制作方法简单易于实施，加工成本低，生产效率高，易于工业化大规模生产。而且采用本发明方法，可以实现在柔性或非柔性的承印物不规则任意形状的表面上制作一层或多层电路，从而可以应用到柔性电子等电路制作领域中。

附图说明

图1为本发明中在PVA薄膜上打印电路导电布线结构的示意图；

图2为本发明中PVA薄膜在清水中浸泡和底纸分离过程的示意图；

图3为本发明中在材料为PLA的半球表面上制作电路过程的示意图；

图4为本发明中半球曲面电路制作完成热干燥后的示意图；

图5为本发明中在材料为PLA的波浪形PCB板上制作电路的示意图；

图6为本发明中在柔性可变形硅胶球表面上制作的电路的示意图；

图7为本发明中给硅胶片施加应力后制作电路的示意图；

图8为本发明中制作在硅胶片上的电路发生相应形变的示意图；

图9为本发明中在手背上制作的电路的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：

一种曲面电路制作的制造方法，包括以下步骤：

1)采用导电墨水在高分子塑料薄膜上打印出电路导电布线结构；

具体包括：

a)根据需要预先绘制电路导电布线结构；

绘制电路导电布线结构可采用现有技术，可通过计算机辅助设计CAD(ComputerAided Design)得到电路导电布线结构，可使用商业CAD软件，诸如Solidworks、UG等绘制；

b)根据预先绘制好的电路导电布线结构，在薄膜上打印电路；

电路打印可以使用喷墨打印、挤出打印、光固化等方式进行，喷墨打印可采用市售的喷墨打印机加装导电墨水进行，挤出打印方式可使用目前的点胶机等挤出导电墨水方式进行。光固化方式采用光固化掩膜下的导电墨水图案获得。

2)将薄膜放置于无机溶剂表面上浸泡，均匀喷一层能使薄膜软化的溶剂；

无机溶剂可以选用清水，软化化学溶剂可以使用软化贴合剂，是一种市售产品。

3)将承印物从无机溶剂中透过薄膜，待到薄膜粘附在其表面后均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶剂；

对于柔性的需要变形比较大的承印物，则需要先给柔性的承印物施加应力，使其发生形变后再将薄膜粘附在其表面，并均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶剂；另外，将承印物从无机溶剂中透过薄膜是采用人工操作，承印物的材质为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乙烯醇(PVA)、SLA工艺-树脂材料、SLS工艺-尼龙材料、硅胶材料、各种柔性塑料等中的一种；采用的溶剂是一种溶解薄膜的化学溶剂，可采用的市售产品；

4)热干燥后制得曲面电路。

热干燥的方法为干燥箱干燥、电吹风干燥、红外线加热干燥等中的一种，作为优选，采用干燥箱在80℃下干燥2个小时。

对于需要制作多层曲面电路，完成一层电路制作后，在这层曲面电路上均匀喷一层能形成绝缘层的溶剂，待到绝缘层干燥固化后，同样采用曲面电路制作的制造方法快速在承印物表面上制作第二层曲面电路，重复这两步骤，即可得到多层的曲面电路。

实施例1和实施例2中，采用的修饰液溶剂、软化贴合剂均为购自淘宝店家名称为：厂家低价批发零售*激光打印水，网址为：https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a1z10.1-c.w137644-2604553046.47.guSUlZ&id＝2219208735销售的修饰液和软化贴合剂产品。

现以PVA薄膜为具体例对本发明做进一步说明：

实施例1

1)首先在薄膜3上打印电路导电布线结构，(本实施例中采用的薄膜3是PVA薄膜，厚度为200μm，薄膜下粘贴着普通底纸5)，如图1所示；

具体包括：

a)使用CAD软件(Solidworks)设计出电路导电布线结构；

b)根据电路导电布线结构，先采用软件Repetier-Host编写Gcode程序来控制气动电路打印机，编写Gcode程序时采用750mm/s的打印速度。(这种气动电路打印机包括气泵、气泵控制器、改造的3D的FDM打印机(即：将现有的FDM打印机喷头改成针管即可)、电脑，气泵控制器主要用来控制气泵以提供设定稳定气压，电脑通过编写的控制代码控制改造的3D的FDM打印机进行电路线路打印。)然后设定好气动电路打印机的打印初始位置，在医用针管1注入导电银漆4，并且采用挤出气压为35.5kg/m³和针头2进行打印，打印出的导线宽度为0.4mm左右；

2)在清水6中浸泡载有电路导电布线结构薄膜38秒，使得薄膜3和底纸5分离，薄膜3稳定浮在水面上，并且在其表面均匀喷软化贴合剂(本实施例中采用市售的专用于水转印纸的软化贴合剂)，如图2所示；

3)采用材料为PLA的半球7作为承印物，将半球7从清水6中透过薄膜3(将半球7置于薄膜3下方，然后使得半球7向薄膜3移动，直至半球7外表面与薄膜接触)，使得薄膜粘附在其表面上，用修饰液溶剂(市售的专用于水转印纸的修饰液溶剂)在半球表面上均匀喷一层，使得薄膜3溶解于半球7表面，形成粘附层，如图3所示；

4)将半球7放置80℃的干燥箱中干燥2个小时，从而完成在半球曲面上制作电路，如图4所示。

同样使用实施例1中的曲面电路制作的制造方法，在材料为PLA的波浪形PCB板和柔性可变形硅胶圆球表面上制作电路，如图5、图6所示。

实施例2

1)首先在薄膜3上打印电路导电布线结构，(本实施例中采用的薄膜3是PVA薄膜，厚度为200μm，薄膜下粘贴着普通底纸5)，如图1所示；

具体包括：

a)使用CAD软件(Solidworks)设计出电路导电布线结构；

b)根据电路导电布线结构，先采用软件Repetier-Host编写Gcode程序来控制气动电路打印机，编写Gcode程序时采用750mm/s的打印速度。(这种气动电路打印机包括气泵、气泵控制器、改造的3D的FDM打印机、电脑，气泵控制器主要用来控制气泵以提供设定稳定气压，电脑通过编写的控制代码控制改造的3D的FDM打印机进行电路线路打印。)然后设定好气动电路打印机的打印初始位置，在医用针管1注入导电银漆4，并且采用挤出气压为35.5kg/m³和针头2进行打印，打印出的导线宽度为0.4mm左右；

2)在清水6浸泡载有电路导电布线结构薄膜38秒，使得薄膜3和底纸5分离，薄膜稳定浮在水面上，并且在其表面均匀喷软化贴合剂，如图2所示；

3)使用MCT2008拉伸平台给柔性的硅胶片8施加拉伸应力，如7图中左图所示，使其发生形变100％后再将薄膜3粘附在其表面，用修饰液溶剂(市售的专用于水转印纸的修饰液溶剂)在硅胶片表面上均匀喷一层，如图7右图所示；

4)将硅胶片8放置80℃的干燥箱中干燥2个小时，从而完成在柔性的硅胶片曲面上制作电路，如图8所示。制作的电路在硅胶片可以随着硅胶片形变承受很大的变形，导电性能不发生变化。

同样使用实施例2中的曲面电路制作的制造方法，在手背表面上制作电路，不过步骤3)不需要拉伸平台施加应力，只需要紧握拳再将薄膜3粘附在其表面即可，如图9所示。

实验证明，上述修饰液溶剂、软化贴合剂对其他聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、玻璃纸(PT)、聚乙烯(PE)、水转印纸的薄膜都具有类似实施例1和实施例2中的效果。

Claims (8)

1.一种曲面电路制作的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用导电墨水在高分子塑料薄膜上打印出电路导电布线结构；

(2)将薄膜放置于溶剂I表面上进行浸泡舒展，在薄膜上均匀喷一层能使薄膜软化的软化剂；

(3)将软化后的薄膜粘附在承印物表面，均匀喷一层能使薄膜溶解成粘附层的溶解试剂；

(4)干燥后制得曲面电路。

2.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，步骤(3)中：

对于柔性的承印物：首先将柔性的承印物充分伸展，再将薄膜粘附在承印物表面；

对于非柔性的承印物：直接将承印物置于薄膜下方，然后使得承印物向薄膜移动，直至承印物表面与薄膜接触，使得薄膜粘附在承印物表面。

3.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，所述高分子塑料薄膜选自聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃纸、聚乙烯、水转印纸的薄膜。

4.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，所述溶剂I为无机溶剂。

5.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，所述软化剂为软化贴合剂。

6.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，按照步骤(1)～(4)制作完成第一层曲面电路后，在该层曲面电路上均匀喷一层绝缘层材料，绝缘层固化后，重复步骤(1)～(4)制作第二层曲面电路，以此类推，制作两层或两层以上的曲面电路。

7.根据权利要求6所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，所述绝缘层材料选自光油、聚二甲基硅氧烷、硅胶中一种或多种。

8.根据权利要求1所述的曲面电路制作的制造方法，其特征在于，所述导电墨水为导电银漆、纳米银导电墨水、焊锡膏中的一种。