CN110312372B - 一种三维曲面电路的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种三维曲面电路的制造方法，根据实际需求制作橡胶软模具，在软模具中填充电路预功能材料，用电场、温度场、磁场等多工艺调控处理使其具有功能化，填充具有一定性能的转印胶，将二次填充转印胶的整体对准尺寸贴于曲面基底，固化后转印胶将电路材料从软模具中脱离出来形成了转印胶‑电路的双层结构，即得到了具有结构功能的三维曲面电路；本发明可实现精密的亚微米级别电路加工，尺寸精度高；对衬底适应性高，可在多种材料、多种表面粗糙度、多种形状的衬底上进行电路制造；此外，可对多种材料进行精密尺寸的构造，能够实现多种监测功能；制造方法简单可靠，适用性广。

Description

一种三维曲面电路的制造方法

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种三维曲面电路的制造方法。

背景技术

在新型智能设备、高端装备等众多应用场合中，都需要对高精密组件的振动状态、温度状态、速度状态等进行实时监测，所以需要大量的感知探测电路系统来实现其监测功能。传统的光机电感知探测单元的重量大、体积大且内部线路多而杂，在结构表面布置三维曲面感知-探测一体化电路单元，使功能与结构一体化，是使整体结构优化的理想途径。

对于一体化制造技术，世界先进水平的代表是3D打印技术，这种技术能够实现亚毫米级的加工，但是由于流体自身特性，尚不能实现对亚微米级别的制造，更重要的是，3D打印的结构仅仅是具有单一特定功能的材料，即使能够在曲面上制作出所需的感知单元结构，也不能实现多种监测功能，即不能实现结构功能一体化；其次还有全息曝光技术，该技术能够实现亚微米级别的结构制造，但是这种制造方法对加工衬底有严格的要求，如需要衬底光滑、导电等。

为了实现三维曲面电路制造技术，要解决以下问题：1、实现亚微米级别的小尺寸加工；2、具有广泛的通用性，在多种衬底上进行一体化电路制造；3、实现结构功能一体化制造；所以有必要发明一种全新的三维曲面电路制造方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维曲面电路的制造方法，可实现精密的亚微米级别电路加工，尺寸精度高；对衬底适应性高，可在多种材料、多种表面粗糙度、多种形状的衬底上进行电路制造；此外，可对多种材料进行精密尺寸的构造，能够实现多种监测功能；制造方法简单可靠，适用性广。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种三维曲面电路的制造方法，包括以下步骤：

1)在软模具中填充预功能材料，进行多物理场工艺调控，使其功能化；

2)在步骤1)完成后的软模具中填充转印胶，进行预处理；

3)在步骤2)完成后的软模具中继续填充转印胶，将此次填充后的整体贴于曲面基底上；

4)对步骤3)完成后的整体结构进行固化处理，使二次填充的转印胶在完全固化的同时将预功能材料结构完全粘接于曲面基底上；

5)二次填充的转印胶固化后，揭去软模具，得到转印胶-功能材料的双层结构，即得到了具有结构功能的三维曲面电路。

所述的步骤1)中先制作相关天线形状尺寸的硅橡胶软模具，在硅橡胶软模具中填充预功能材料，通过多次填充或电辅助的方法达到良好的填充效果，然后进行烧结、磁化、极化的方式进行调控，使预功能材料功能化。

所述的步骤1)中预功能材料指的是银纳米颗粒、银墨水、焊锡膏、碳纳米管、铂金属具有检测功能材料中的一种。

所述的步骤2)中转印胶根据具体的需求选择或自行配置，包括防水防油、耐高温、耐腐蚀的多种需求，并使其固化，此次固化能够使功能材料的强度增大，不发生断裂。

所述的步骤2)中在将整体贴于曲面基底上之前，对曲面基底进行相关处理，如粗化等方式，增强转印胶对曲面基底的附着力。

所述的步骤3)中继续在软模具中填充转印胶，此次填充后将填充了功能材料和转印胶的软模具整体贴于曲面基底表面，并施加压力。

所述的步骤4)中将二次填充了转印胶的整体结构高温固化处理，此次固化能够使转印胶将一次填充的转印胶以及功能材料从软模具中脱离出来。

本发明的有益效果为：

本发明能够实现曲面基底上的亚微米级别电路结构的制造，同时模板自对准工艺，能够实现电路较高的尺寸精度和位置精度；本发明能够进行多种感知材料的填充，经过预功能材料的多种方式调控，可以实现多种功能监测；本发明简单易操作，对曲面基底要求不高，有广泛的应用场合，本发明内容能够在智能设备、高端机床装备等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例插指电极的掩膜版示意图。

图2为实施例在软模具中填充预功能材料的示意图。

图3为实施例填充转印胶的示意图。

图4为实施例二次填充转印胶的示意图。

图5为实施例将二次填充转印胶之后的整体贴于曲面基底的示意图。

图6为实施例转印胶固化后揭去软模具得到曲面上多层结构的电路示意图。

图7为在曲面上制作的插指电极结构的示意图。

图8为制作出的插指电极实物结构图，图8(a)为氟化镁的内曲面上S-型插指电极结构，图8(b)为氟化镁外曲面上的S-型插指电极结构。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做详细描述。

一种三维曲面电路的制造方法，包括以下步骤：

1)在软模具中填充预功能材料，进行多物理场工艺调控，使其功能化：

制作相关电路结构的硅橡胶软模具，本实施例电路结构如图1所示，在软模具2中填充预功能材料3，如图2所示；本实施例填充的预功能材料3是Ag墨水，此过程中可选择多次填充以得到较优的填充效果，填充后对Ag墨水进行温度场调控，进行80℃-150℃烧结30-120min，高温烧结使银具有导电性；

2)在步骤1)完成后的软模具中填充转印胶，进行预处理：

转印胶可根据具体的需求选择或自行配置，如防水防油、耐高温、耐腐蚀等多种需求，本实施例配置的Al2O3陶瓷胶，混合原料为Al2O3纳米粉，混合了乙醇、乙酸、松油醇、乙基纤维素等进行研磨、超声搅拌等工序，最后根据实际需求蒸发乙醇，获得粘稠度适中的陶瓷胶；在软模具2中填充了预功能材料3的沟槽内继续填充转印胶4，然后进行适当蒸发处理，使转印胶4促使软模具2中填充的预功能材料3结构更紧密，如图3所示；

3)在步骤2)完成后的软模具中继续填充转印胶4，如图4所示，施加一定压力，将此次填充后的整体贴于曲面基底5上，如图5所示；

4)对步骤3)完成后的整体结构进行固化处理，使二次填充的转印胶在完全固化的同时将预功能材料结构完全粘接于曲面基底上；

本实施例将二次填充了转印胶4的整体结构贴于曲面基底5上，并施加一定的共形压力，高温固化转印胶4，如图5所示；

5)二次填充的转印胶固化后，揭去软模具2，得到转印胶-功能材料的双层结构，即得到了具有结构功能的三维曲面电路：

本实施例二次填充的转印胶4固化后，撤去压力，揭下软模具2，得到陶瓷胶-功能材料的双层结构，即得到了具有结构功能的三维曲面电路，如图6所示。

参照图7，图7为在曲面6上以转印方法制得的天线结构7的示意图；参照图8，图8是在曲面氟化镁基底上制造的曲面电路实物图，图(a)为内曲面上的曲面插指电路结构，图(b)为外曲面上的曲面插指电路结构。

本发明方法能够实现曲面结构上的亚微米级别电路结构的制造，通过模板自对准工艺，能够实现电路较高的尺寸精度和位置精度；本发明方法能够进行多种感知材料的填充，经过预功能材料的多种方式调控，可以实现多种功能监测；本发明方法简单易操作，对曲面基底要求不高，有广泛的应用场合，本发明本发明能够在智能设备、高端机床装备等领域有广泛的应用前景。

Claims (1)

1.一种三维曲面电路的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在软模具中填充预功能材料，进行多物理场工艺调控，使其功能化；

2)在步骤1)完成后的软模具中填充转印胶，进行预处理；

3)在步骤2)完成后的软模具中继续填充转印胶，将此次填充后的整体贴于曲面基底上；

4)对步骤3)完成后的整体结构进行固化处理，使二次填充的转印胶在完全固化的同时将预功能材料结构完全粘接于曲面基底上；

5)二次填充的转印胶固化后，揭去软模具，得到转印胶-功能材料的双层结构，即得到了具有结构功能的三维曲面电路；

所述的步骤1)中先制作相关天线形状尺寸的硅橡胶软模具，在硅橡胶软模具中填充预功能材料，通过多次填充或电辅助的方法达到良好的填充效果，然后进行烧结、磁化、极化的方式进行调控，使预功能材料功能化；

所述的步骤1)中预功能材料指的是银纳米颗粒、银墨水、焊锡膏、碳纳米管、铂金属具有检测功能材料中的一种；

所述的步骤2)中转印胶根据具体的需求选择或自行配置，包括防水防油、耐高温、耐腐蚀的多种需求，并使其固化，此次固化能够使功能材料的强度增大，不发生断裂；

所述的步骤2)中在将整体贴于曲面基底上之前，对曲面基底进行相关处理，增强转印胶对曲面基底的附着力。

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