CN108495474A - 3d打印线路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印线路板的方法，包括步骤：使用3D打印机在基板上打印并固化形成第一绝缘层，其中第一绝缘层的厚度大于或者等于10μm，第一绝缘层具有与第一线路图形相对应的第一线路凹槽；使用3D打印机向第一线路凹槽中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第一线路图形。本发明提供的3D打印线路板的方法，可打印形成厚度大于或者等于10μm的第一线路图形，增大了打印线路的厚度，减小了线路电阻，可满足大多数电子线路板的技术要求。

Description

3D打印线路板的方法
技术领域
本发明属于线路板制造技术领域，更具体地说，是涉及一种3D打印线路板的方法。
背景技术
目前对于电子线路板的大规模生产，通常采用曝光显影、化学刻蚀的方法制造，但是该种方法材料损耗大、环境污染严重、设备和工艺复杂且生产良率低。随着增材制造设备和材料的不断进步，市场上已经出现了一些3D打印电子线路板的技术和设备。但目前使用3D打印设备打印线路的厚度只能小于5μm，导致线路的电阻过大，不满足大多数电子线路板的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印线路板的方法，以解决现有技术中存在的打印线路的厚度只能小于5μm，导致线路的电阻过大的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种3D打印线路板的方法，包括如下步骤：
S10：使用3D打印机在基板上打印并固化形成第一绝缘层，其中所述第一绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第一绝缘层具有与第一线路图形相对应的第一线路凹槽；
S20：使用3D打印机向所述第一线路凹槽中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第一线路图形。
进一步地，步骤S10包括：
使用3D打印机在基板上打印完全覆盖基板的初始绝缘层；
固化所述初始绝缘层；
在已固化的所述初始绝缘层上使用激光雕刻设备雕刻所述第一线路图形，形成所述第一绝缘层。
进一步地，所述激光雕刻设备的横向雕刻分辨率小于或者等于35μm，所述激光雕刻设备的纵向分辨率小于或者等于35μm。
进一步地，步骤S20包括：
向所述第一线路凹槽中打印第一层液态导电介质，并固化所述第一层液态导电介质；
向所述第一线路凹槽中打印第二层液态导电介质，并固化所述第二层液态导电介质；
重复上述步骤，直至液态导电介质填满所述第一线路凹槽。
进一步地，在步骤S20后，还包括步骤：
S30：使用3D打印机在第一绝缘层及第一线路图形上打印并固化形成第二绝缘层，其中所述第二绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第二绝缘层具有用于连通所述第一线路图形的导通孔；
使用3D打印机向所述导通孔中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成导电柱；
使用3D打印机在所述第二绝缘层和所述导电柱上打印并形成第三绝缘层，其中第三绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第三绝缘层具有与第二线路图形相对应的第二线路凹槽；
使用3D打印机向所述第二线路凹槽中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第二线路图形；
S40：重复步骤S30，直至完成所有线路图形的打印。
进一步地，液态导电介质通过光辐射固化。
进一步地，3D打印设备的横向分辨率小于或者等于35μm，3D打印设备的纵向分辨率小于或者等于35μm。
进一步地，所述液态导电介质为具有多个纳米颗粒的纳米导电墨水。
进一步地，所述纳米颗粒的尺寸范围为5nm至50nm，纳米颗粒在纳米导电墨水中的重量百分比范围为10wt.％至50wt.％。
进一步地，所述纳米颗粒为银纳米、铜纳米、银纳米合金或铜纳米合金其中的一种或多种。
本发明提供的3D打印线路板的方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明3D打印线路板的方法通过在基板上预先打印一层厚度大于或者等于10μm的第一绝缘层，再向第一绝缘层中的第一线路凹槽打印液态导电介质，液态导电介质固化后即可形成厚度大于或者等于10μm的第一线路图形，增大了打印线路的厚度，减小了线路电阻，可满足大多数电子线路板的技术要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例打印第一绝缘层后的结构图；
图2为本发明实施例第一线路凹槽中打印部分液态导电介质后的结构图；
图3为本发明实施例第一线路凹槽中填满液态导电介质后的结构图；
图4为本发明实施例打印第二绝缘层后的结构图；
图5为本发明实施例在导通孔中打印部分液态导电介质的结构图；
图6为本发明实施例在导通孔中填满液态导电介质的结构图；
图7为本发明实施例打印第三绝缘层后的结构图；
图8为本发明实施例第二线路凹槽中打印部分液态导电介质后的结构图；
图9为本发明实施例第二线路凹槽中填满液态导电介质后的结构图。
其中，图中各附图标记：
1-基板；2-第一绝缘层；20-第一线路凹槽；21-第一线路图形；3-第二绝缘层；30-导通孔；31-导电柱；4-第三绝缘层；40-第二线路凹槽；41-第二线路图形。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图3，本发明提供的3D打印线路板的方法包括以下步骤：
S10：使用3D打印机在基板1上打印并固化形成第一绝缘层2，其中第一绝缘层2的厚度大于或者等于10μm，第一绝缘层2具有与第一线路图形21相对应的第一线路凹槽20；
S20：使用3D打印机向第一线路凹槽20中打印液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成第一线路图形21。
本发明提供的3D打印线路板的方法，与现有技术相比，本发明3D打印线路板的方法通过在基板1上预先打印一层厚度大于或者等于10μm的第一绝缘层2，再向第一绝缘层2中的第一线路凹槽20打印液态导电介质，液态导电介质固化后即可形成厚度大于或者等于10μm的第一线路图形21，增大了打印线路的厚度，减小了线路电阻，可满足大多数电子线路板的技术要求。
在步骤S10中：
3D打印设备的横向分辨率小于或者等于35μm，3D打印设备的纵向分辨率小于或者等于35μm，其横向和纵向相互垂直。且该3D打印设备具有能量辐射功能，在打印时，能将打印出的液态材料实时固化，所以可使用超低粘度的液态材料实现高打印精度的线路板。
第一绝缘层2通过3D打印机喷射液态的绝缘材料后固化形成，液态的绝缘材料具有固化特性，可在能量辐射下通过自身的固化快速提高粘度达到粘弹性状态，然后再通过10分钟以上的热固化，使绝缘材料完全固化，形成第一绝缘层2。该绝缘材料不含挥发性有机溶剂，小分子量的有机单体在光固化的过程中联结，后续工业中不会产生废弃排放。第一绝缘层2的厚度大于或者等于10μm，相应地，第一线路凹槽20的深度大于或者等于10μm。
更进一步地，第一绝缘层2具有第一线路凹槽20，3D打印设备在打印第一绝缘层2时，可将第一线路图形21输入3D打印设备中，直接打印出具有第一线路凹槽20的第一绝缘层2；当然也可包括以下步骤：
使用3D打印机在基板1上打印完全覆盖基板1的初始绝缘层；
固化所述初始绝缘层；
在已固化的所述初始绝缘层上使用激光雕刻设备雕刻所述第一线路图形21，形成所述第一绝缘层2。
具体地，初始绝缘层完全覆盖基板1，初始绝缘层上不具有第一线路凹槽20，初始绝缘层可通过热辐射完全固化，初始绝缘层固化后，将第一线路图形21输入激光雕刻设备中，激光雕刻设备雕刻输出第一线路图形21，去除初始绝缘层上与第一线路图形21相对应的绝缘材料，从而形成具有第一线路凹槽20的第一绝缘层2。
其中，激光雕刻设备的横向雕刻分辨率小于或者等于35μm，激光雕刻设备的纵向雕刻分辨率小于或者等于35μm，其横向和纵向相互垂直。
在步骤S20中：
3D打印机在向第一线路凹槽20中喷射液态导电介质时，3D打印机可通过能量辐射将打印出的液态导电介质实时固化，液态导电介质形成粘弹性状态，然后再通过光辐射完全固化。
其中，液态导电介质可为纳米导电墨水，纳米导电墨水包括多个纳米颗粒，纳米颗粒的尺寸范围为5nm至50nm，纳米颗粒在纳米导电墨水的重量百分比范围为10wt.％至50wt.％，以满足纳米导电墨水的导电性能。纳米颗粒可为银纳米、铜纳米、银纳米合金、铜纳米合金中的一种或者多种。纳米导电墨水固化后的电阻率小于10μΩ·cm，表面硬度大于2H，与基材的附着力大于10N。
液态导电介质填满第一凹槽并固化后，形成第一线路图形21，该第一线路图形21的厚度与第一绝缘层2的厚度相同，大于或者等于10μm，使得一线线路图形的电阻较小，满足线路板的设计要求。
3D打印机在向第一线路凹槽20中喷射液态导电介质时，可通过一次打印即将第一线路凹槽20填满，也可通过多次打印将第一线路凹槽20填满。具体地，多次打印填满第一线路凹槽20包括以下步骤：
请参阅图2，向第一线路凹槽20中打印第一层液态导电介质，并固化第一层液态导电介质；
向第一线路凹槽20中打印第二层液态导电介质，并固化第二层液态导电介质；
请参阅图3，重复上述步骤，直至液态导电介质填满所述第一线路凹槽20。
其中，第一层导电介质和第二层导电介质的厚度此处不作限定，可根据3D打印机的打印参数设置，优选第一层导电介质和第二层导电介质的厚度相等。为填满第一线路凹槽20，3D打印机的打印次数此处不作限定。
在步骤S20后，请参阅图4至图9，还包括以下步骤：
S30：使用3D打印机在第一绝缘层2及第一线路图形21上打印并固化形成第二绝缘层3，其中所述第二绝缘层3的厚度大于或者等于10μm，所述第二绝缘层3具有用于连通所述第一线路图形21的导通孔30；
使用3D打印机向所述导通孔30中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成导电柱31；
使用3D打印机在所述第二绝缘层3和所述导电柱31上打印并形成第三绝缘层4，其中第三绝缘层4的厚度大于或者等于10μm，所述第三绝缘层4具有与第二线路图形41相对应的第二线路凹槽40；
使用3D打印机向所述第二线路凹槽40中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第二线路图形41；
S40：重复步骤S30，直至完成所有线路图形的打印。
需要说明的是，步骤S10至S20，完成了第一线路图形21的打印，步骤S30完成了第二线路图形41的打印，步骤S40完成第三线路图形的打印、第四线路图形的打印，直至所有的线路图形打印完毕。该打印线路板的方法实现了多层电路板的打印，其中各层的线路图形均大于或者等于10μm。
在步骤S30中，请参阅图4，打印第二绝缘层3时，可直接打印出具有导通孔30的第二绝缘层3；也可先将第一绝缘层2及第一线路图形21完全覆盖，再使用激光雕刻设备雕刻出导通孔30。导通孔30与第一线路图形21相正对，可使第一线路图形21通过导通孔30露出。
向导通孔30中打印填满液态导电介质时，可通过一次打印直接填满导通孔30；也可多次打印填满导通孔30，与多次打印填满第一线路凹槽20的步骤相同，具体为：请参阅图5，向导通孔30中打印第一层液态导电介质，固化第一层液态导电介质；向导通孔30中打印第二层液态导电介质，固化第二层液态导电介质；请参阅图6，重复上述步骤，直至液态导电介质填满导通孔30，形成导电柱31。导电柱31的形状及个数此处不作限定。
请参阅图7，打印第三绝缘层4时，可直接打印出具有第二线路凹槽40的第二绝缘层3；也可先将第二绝缘层3及导电柱31完全覆盖，再使用激光雕刻设备雕刻出第二线路凹槽40。第二线路凹槽40与导电柱31相正对，可使导电柱31露出，形成第一线路图形21和第二线路图形41的电连接。
向第二线路凹槽40中打印填满液态导电介质时，可通过一次打印直接填满导第二线路凹槽40；也可多次打印填满第二线路凹槽40，与多次打印填满第一线路凹槽20的步骤相同，具体为：请参阅图8，向第二线路凹槽40中打印第一层液态导电介质，固化第一层液态导电介质；向第二线路凹槽40中打印第二层液态导电介质，固化第二层液态导电介质；请参阅图9，重复上述步骤，直至液态导电介质填满第二线路凹槽40，形成第二线路图形41。
通过重复步骤S30形成具有多层线路图形的线路板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.3D打印线路板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10：使用3D打印机在基板上打印并固化形成第一绝缘层，其中所述第一绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第一绝缘层具有与第一线路图形相对应的第一线路凹槽；
S20：使用3D打印机向所述第一线路凹槽中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第一线路图形。
2.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于，步骤S10包括：
使用3D打印机在基板上打印完全覆盖基板的初始绝缘层；
固化所述初始绝缘层；
在已固化的所述初始绝缘层上使用激光雕刻设备雕刻所述第一线路图形，形成所述第一绝缘层。
3.如权利要求2所述的3D打印线路板的方法，其特征在于，所述激光雕刻设备的横向雕刻分辨率小于或者等于35μm，所述激光雕刻设备的纵向分辨率小于或者等于35μm。
4.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于，步骤S20包括：
向所述第一线路凹槽中打印第一层液态导电介质，并固化所述第一层液态导电介质；
向所述第一线路凹槽中打印第二层液态导电介质，并固化所述第二层液态导电介质；
重复上述步骤，直至液态导电介质填满所述第一线路凹槽。
5.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：在步骤S20后，还包括步骤：
S30：使用3D打印机在第一绝缘层及第一线路图形上打印并固化形成第二绝缘层，其中所述第二绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第二绝缘层具有用于连通所述第一线路图形的导通孔；
使用3D打印机向所述导通孔中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成导电柱；
使用3D打印机在所述第二绝缘层和所述导电柱上打印并形成第三绝缘层，其中第三绝缘层的厚度大于或者等于10μm，所述第三绝缘层具有与第二线路图形相对应的第二线路凹槽；
使用3D打印机向所述第二线路凹槽中打印填满液态导电介质并固化液态导电介质，液态导电介质固化后形成所述第二线路图形；
S40：重复步骤S30，直至完成所有线路图形的打印。
6.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：液态导电介质通过光辐射固化。
7.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：3D打印设备的横向分辨率小于或者等于35μm，3D打印设备的纵向分辨率小于或者等于35μm。
8.如权利要求1所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：所述液态导电介质为具有多个纳米颗粒的纳米导电墨水。
9.如权利要求8所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：所述纳米颗粒的尺寸范围为5nm至50nm，纳米颗粒在纳米导电墨水中的重量百分比范围为10wt.％至50wt.％。
10.如权利要求8所述的3D打印线路板的方法，其特征在于：所述纳米颗粒为银纳米、铜纳米、银纳米合金或铜纳米合金其中的一种或多种。
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