CN107690269A - 电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，采用可以针对任意形状和大小都可以进行印制的喷墨打印方式来进行EMI屏蔽层的制备，通过打印绝缘层、屏蔽层和不同层结构的叠加，来达到电磁屏蔽效果；同时节省原料和时间。

Description

电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法
技术领域
本发明属于喷墨打印技术领域，更加具体的说，涉及电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法。
背景技术
电磁屏蔽(Electromagnetic Interference(EMI)Shielding)即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽是利用屏蔽体来干扰电磁波的吸收、反射以达到减弱干扰能量的作用。它采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面产生反射以及在导体内部产生吸收和多次反射而起到屏蔽作用，其目的是为了有效地阻止电磁波从一侧空间向另一侧空间传播。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波)的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
现有使用的EMI电磁屏蔽膜都是做成多层复合结构，例如在FPC上使用的电磁屏蔽膜(即柔性电路板)，直接向FPC工厂提供EMI电磁屏蔽膜，在使用的时候，根据所需要覆盖保护的区域形状和大小，对EMI电磁屏蔽膜进行切割，然后再对准贴覆到FPC板上，切割剩下的边角料就无法重复利用了，里面通常会含有银、铜、金、铝，镍等金属材料，从而引起资源的浪费。如附图1所示，EMI电磁屏蔽膜的多层复合结构，起主要作用的就是中间通常厚度仅约0.1um厚的金属导电薄膜层。其它上下层都是为了起保护作用的保护层和与基材粘贴在一起的绝缘层；对准贴覆到FPC板后需要经过加热加压后，使得屏蔽膜和FPC贴合在一起，加热加压过程也是一个相对复杂的过程，耗时费力，通常需要以下步骤和工艺参数：(1)揭去保护膜；(2)揭去面与FPC面相结合，在60～100℃的加热台进行预贴合；(3)热压170～180℃，80～110kg力下保持2～3分钟；(4)揭去载体膜，后固化150～165℃，保持60分钟。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，采用针对任意形状和大小都可进行印制的喷墨打印技术，来进行EMI屏蔽层的制备，通过打印绝缘层、屏蔽层和不同层结构的叠加，来达到电磁屏蔽效果；同时节省原料和时间。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，在需要进行电磁屏蔽的位置逐层打印以形成“绝缘膜层—金属膜层—绝缘膜层”的电磁屏蔽层。
采用的喷墨打印机具有至少两个墨路系统，分别打印绝缘膜层和金属膜层；或者一个墨路系统，交替打印绝缘膜层和金属膜层(参照中国发明专利“一种印刷电路板字符喷印机”，申请号为2010105715248，申请日为2010年12月3日，授权公告日为2012年12月12日)。
通过打印分辨率的调节来调整绝缘膜层的薄膜厚度，优选在5μm—30μm。
通过打印分辨率的调节来调整金属膜层的薄膜厚度，优选在0.1μm—5μm。
打印绝缘膜层时，选用墨水为丙烯酸类单体、环氧-丙烯酸类低聚物、聚酰亚胺-丙烯酸类低聚物，在FPC的PI保护膜或阻焊油墨上的附着力达到5B，在墨水加入光引发剂以进行UV固化，从而可以打印得到即时固化的绝缘膜层，立刻进行下一步金属膜层的打印。
打印金属膜层时，选用墨水为纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米金、纳米锡、纳米铝、纳米铁等金属导电墨水来进行打印，在打印之后采用光子烧结方法进行烧结成型，光子烧结方法为激光烧结或脉冲光烧结。
打印的电磁屏蔽层由至少一个“绝缘膜层—金属膜层—绝缘膜层”组成，每一个绝缘膜层选用的绝缘材料相同或者不同，每一个金属膜层的金属相同或者不同，选择银、铜、镍、金、锡、铝、铁等电磁屏蔽金属材料进行组合，从而达到最佳的电磁屏蔽效果。根据需要可在同一个绝缘层中使用至少两个绝缘材料的复合组分，在同一个金属膜层中使用至少两个金属进行复合。
上述方法在柔性电路板(FPC)上制备电磁屏蔽层的应用。
与现有技术相比，本发明对于FPC的电磁屏蔽层的制程，采用喷墨打印制造方法，可以按需要进行电磁屏蔽保护，喷墨打印出来的图形面积就是实际需要的保护面积，甚至在电磁屏蔽的施加上可以精确到对单根导线进行保护。摒弃了传统的电磁屏蔽膜贴合工艺中产生的切割剩余边角料的浪费。同时针对不同的电磁屏蔽工艺的要求，可以组合使用不同的金属墨水打印不同的屏蔽层。实现按形状尺寸打印和按电磁屏蔽性能要求打印的灵活生产方式。本发明的喷墨打印电磁屏蔽层根据结构不同，通常需要约3～7分钟，相比现在需要热压贴合的商业化EMI电磁屏蔽膜至少1小时的工艺时间，本发明的方法可以大幅度提升生产效率。
附图说明
图1是EMI电磁屏蔽膜的多层复合结构的结构示意图。
图2是利用本发明技术方案得到的单层屏蔽层结构示意图。
图3是利用本发明技术方案得到的多层屏蔽层结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
采用具有高精度CCD定位系统的多墨路系统喷墨打印机进行电磁屏蔽层的喷墨打印制造，在FPC上需要进行EMI电磁屏蔽的部位进行喷墨打印电磁屏蔽层来实现电磁屏蔽的目的。多墨路系统喷墨打印机具有两个墨路系统，一套墨路和喷头负责打印绝缘保护层，另一套墨路和喷头负责打印具有电磁屏蔽作用的金属墨水。整个EMI层制备时间就是各层的累积喷墨打印时间和固化用时。
第一步：首先在需要进行电磁屏蔽的位置打印一层具有绝缘保护作用的高分子膜，在墨水中添加光引发剂进行UV固化，从而可以打印得到即时固化的绝缘膜层，以便于立马进行下一步墨水的打印。
第二步：其次利用金属导电墨水在已经打印的绝缘膜上打印一层具有电磁屏蔽效果的金属膜，采用激光烧结或者脉冲光烧结的光子烧结方式，使得打印完成后的金属薄膜能够被即时烧结成型。
第三步，在已经打印好的金属膜层上重复打印第一步中的UV固化绝缘墨水，该层起到了保护已经打印的金属膜层，避免在空气中长时间暴露的氧化问题，同时保护金属免受一些物理伤害(弯折，外物摩擦等)和化学伤害(水分，溶剂等)，并且起到电绝缘的作用。
至此完成一个完整的EMI电磁屏蔽的制备，即完成三层结构的制备；在实际使用中，可根据设计要求，在第三步的绝缘膜层上重复第二、第三步，从而可以得到双金属膜层甚至多层金属膜的结构，其中每一层金属不必是相同的，可选择银、铜、镍、金、锡、铝、铁等电磁屏蔽金属材料进行组合，从而达到最佳的电磁屏蔽效果。
在FPC的实际生产中，常规工厂遇到的最大的FPC拼板生产的大小尺寸一般不会超过250mm*500mm，故选择这一尺寸进行测试。绝缘膜层使用的高分子物质主要采用沙多玛SAMTOMER公司的丙烯酸类单体，主要如1,3-butylene glycol diacrylate，2-(2-ethoxyethoxy)ethyl，2-phenoxy ethyl acrylate，Cyclic trimethylolpropane formalacrylate acrylate，Ethoxy(3)phenoxy ethyl acrylate，光引发剂采用沙多玛SAMTOMER公司的SR1135复合型光引发剂，Genocure公司的1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone(LBC)，以及Liquid photoinitiator blend(LTM)。金属导电墨水选用导电性能良好的纳米银、纳米铜、纳米镍和纳米金墨水，进行金属屏蔽层的打印，其中纳米银、纳米铜、纳米镍采用了美国Appliced Nanotech,Inc.公司的导电墨水，纳米银墨水型号Ag-IJ10，纳米铜墨水型号Cu-IJ70，纳米镍墨水型号Ni-IJ70，纳米金墨水采用了ULVAC Technologies，Inc.公司的Au NANOMETAL INK型号墨水。
按照产品说明和要求，在高分子墨水(即绝缘薄膜组分的原料)中添加光引发剂，以第一套墨路和喷头进行打印绝缘保护层，选用沙多玛SAMTOMER公司的丙烯酸类单体1,3-butylene glycol diacrylate和SR1135复合型光引发剂，由于添加光引发剂以便于UV固化，从而可以打印得到即时固化的绝缘膜层，第一步的耗时在一分钟左右，通过打印分辨率的调节来调整该层薄膜厚度，优选在5μm—30μm。
以第二套墨路和喷头进行金属膜的打印和制备，选择纳米银墨水，并使用激光烧结方式进行固化，激光烧结仪器Miyachi Unitek，型号：LW-50A，采用波长1064nm的Nd：YAG脉冲激光，平均功率5kW，脉宽1ms，整体耗时在一分钟到一分半，通过打印分辨率的调节来调整该层薄膜厚度，优选在0.1μm—5μm。
再以第一套墨路和喷头进行打印绝缘保护层，选用沙多玛SAMTOMER公司的丙烯酸类单体和SR1135复合型光引发剂，整体耗时在一分钟左右，通过打印分辨率的调节来调整该层薄膜厚度，优选在5μm—30μm，至此完成一个单层金属屏蔽结构的膜层的制备，如附图2所示，整体耗时在三分钟至三分半之间，算上例如更换材料和静候的时间损失，整体耗时能够控制在3—5min之间。
在上述基础之上，重复金属薄膜层和绝缘保护层的打印制备，如附图3所示，两个金属薄膜层分别选择纳米铜墨水和纳米金墨水，脉冲光烧结仪器NovaCentrix，型号：PulseForge 3300，工艺参数：波长范围200-1000nm，平均功率30kW/cm2，脉宽30μs；两个绝缘保护层分别选择沙多玛SAMTOMER公司的丙烯酸类单体Cyclic trimethylolpropane formalacrylate acrylate，Ethoxy(3)phenoxy ethyl acrylate，光引发剂选择Genocure公司的1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone，整体耗时控制在8—10min。
与现有技术中热压贴合的商业化EMI电磁屏蔽膜至少1小时的工艺时间相比，上述喷墨打印电磁屏蔽层的方法可以大幅度提升生产效率，且屏蔽效果可达到50～120dB。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，在需要进行电磁屏蔽的位置逐层打印以形成“绝缘膜层—金属膜层—绝缘膜层”的电磁屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，采用的喷墨打印机具有至少两个墨路系统，分别打印绝缘膜层和金属膜层；或者一个墨路系统，交替打印绝缘膜层和金属膜层。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，通过打印分辨率的调节来调整绝缘膜层的薄膜厚度，优选在5μm—30μm。
4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，通过打印分辨率的调节来调整金属膜层的薄膜厚度，优选在0.1μm—5μm。
5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，打印绝缘膜层时，选用墨水为丙烯酸类单体、环氧-丙烯酸类低聚物、聚酰亚胺-丙烯酸类低聚物，在墨水加入光引发剂以进行UV固化，从而可以打印得到即时固化的绝缘膜层，立刻进行下一步金属膜层的打印。
6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，打印金属膜层时，选用墨水为纳米银、纳米铜、纳米镍、纳米金、纳米锡、纳米铝、纳米铁等金属导电墨水来进行打印，在打印之后采用光子烧结方法进行烧结成型。
7.根据权利要求6所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，光子烧结方法为激光烧结或脉冲光烧结。
8.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，打印的电磁屏蔽层由至少一个“绝缘膜层—金属膜层—绝缘膜层”组成，每一个绝缘膜层选用的绝缘材料相同或者不同，每一个金属膜层的金属相同或者不同，选择银、铜、镍、金、锡、铝、铁等电磁屏蔽金属材料进行组合，从而达到最佳的电磁屏蔽效果。
9.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层的喷墨打印制造方法，其特征在于，在同一个绝缘层中使用至少两个绝缘材料的复合组分，在同一个金属膜层中使用至少两个金属进行复合。
10.如权利要求1—9之一所述的方法在柔性电路板(FPC)上制备电磁屏蔽层的应用。
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