本發(fā)明涉及柔性或非柔性電路制作領(lǐng)域，尤其是涉及一種曲面電路制作的制造方法。

背景技術(shù)：

電路制作是把有一定實(shí)現(xiàn)功能電路的芯片、二極管、三極管、電阻、電容等電子元件以及連通著它們的互連導(dǎo)線(xiàn)集成到實(shí)物體表面上的制作過(guò)程。目前最常用的是印刷線(xiàn)路板(PCB)，它是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。PCB電路制作的步驟主要是采用熱轉(zhuǎn)印法或感光濕膜法將設(shè)計(jì)好的互連導(dǎo)線(xiàn)制作在電路板上，具有可設(shè)計(jì)性、高可靠性、可生產(chǎn)性等特點(diǎn)。目前電路制造方法還有激光打印、噴墨印刷技術(shù)、直接打印電路技術(shù)等，相比與PCB，它們主要特點(diǎn)是精度高、成本高。這些電路制作方法雖然發(fā)展很成熟，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)在柔性或非柔性的任意曲面上制作，即使直接打印電路技術(shù)可以三維打印電路，但是這樣需要的打印設(shè)備很復(fù)雜，而且存在的干涉因素特別多，無(wú)法在各種各樣形狀的曲面上制作電路。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510826813.0的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于3D打印技術(shù)的曲面薄膜電路的制作方法，該制作方法包括以下步驟：(1)設(shè)置基體金屬膜，通過(guò)薄膜淀積工藝在基板上淀積出薄膜淀積層，采用磁控濺射方式進(jìn)行鍍膜；(2)涂光刻膠，在(1)步驟中得到的金屬膜上旋涂光刻膠；(3)使用3D打印機(jī)打印出帶有電路微結(jié)構(gòu)的掩膜板；(4)曝光，將掩膜板置于涂設(shè)光刻膠的曲面結(jié)構(gòu)件上進(jìn)行曝光處理，并得到曝光后的曲面結(jié)構(gòu)件；(5)顯影，將(4)步驟中得到的曲面結(jié)構(gòu)件置于顯影劑中顯影，并得到顯影后的曲面結(jié)構(gòu)件；(6)腐蝕，取下掩膜板后使用腐蝕劑腐蝕(5)步驟中得到的曲面結(jié)構(gòu)件。該技術(shù)方案采用薄膜淀積工藝、傳統(tǒng)的光刻、3D打印技術(shù)等方法制作出曲面結(jié)構(gòu)件，制備步驟復(fù)雜、工藝繁瑣，生產(chǎn)效率較低，不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，而且基底局限在金屬或絕緣介質(zhì)薄膜上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種曲面電路制作的制造方法，制作過(guò)程簡(jiǎn)單、三維結(jié)構(gòu)精確可控、制作效率高，實(shí)現(xiàn)在任意承印物表面制造電路。

本發(fā)明首先在高分子塑料薄膜上制作電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，再將薄膜放置于無(wú)機(jī)溶劑表面上浸泡，均勻噴一層軟化溶劑后將承印物從無(wú)機(jī)溶劑中透過(guò)薄膜，待到薄膜粘附在其表面后均勻噴一層能使薄膜溶解成粘附層的溶劑，這樣使得電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)熱干燥后牢固粘附在表面，從而制得曲面電路的方法實(shí)現(xiàn)在任意承印物表面制造電路。

一種曲面電路制作的制造方法，包括以下步驟：

(1)采用導(dǎo)電墨水在高分子塑料薄膜上打印出電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

打印完成后，可根據(jù)導(dǎo)電性能及墨水的要求，進(jìn)一步進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，提高導(dǎo)電率。如常規(guī)導(dǎo)電銀漿，可選80°-150°燒結(jié)10-300min。

(2)將薄膜放置于溶劑I表面上進(jìn)行浸泡舒展，在薄膜上均勻噴一層能使薄膜軟化的軟化劑；

(3)將軟化后的薄膜粘附在承印物表面，均勻噴一層能使薄膜溶解成粘附層的溶解試劑I；

(4)干燥后制得曲面電路。

本發(fā)明曲面電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電路，但考慮到制作在柔性承印物表面的電路在受到比較大的形變時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題，而且為了使這種制造方法更好地適用于柔性電子領(lǐng)域，可將這種曲面電路制作的制造方法進(jìn)一步改進(jìn)，作為優(yōu)選：步驟(3)中：

對(duì)于柔性的承印物：先將柔性的承印物充分伸展后(比如可先對(duì)柔性的承印物施加應(yīng)力，讓其舒展或者采用其他舒展方法)，再將薄膜粘附在承印物表面，比如在手背上制作電路，可以先握緊拳，再將薄膜粘附在手背上，再比如對(duì)于柔性的彈性承印物，可以利用拉伸裝置對(duì)其進(jìn)行拉伸然后使其處于伸展?fàn)顟B(tài)；

對(duì)于非柔性的承印物：直接將承印物置于薄膜下方，然后使得承印物向薄膜移動(dòng)，直至薄膜與承印物外表面接觸，使得薄膜粘附在承印物表面。

進(jìn)一步講，針對(duì)柔性的承印物，包括如下步驟：

(1)采用導(dǎo)電墨水在高分子塑料薄膜上打印出電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

(2)將薄膜放置于溶劑I表面上浸泡，均勻噴一層能使薄膜軟化的軟化劑；

(3)給柔性的承印物施加應(yīng)力，使其發(fā)生形變后將薄膜粘附在其表面，并均勻噴一層能使薄膜溶解成粘附層的溶解溶劑；

(4)干燥后制得曲面電路。

步驟(3)制作完成后，釋放掉變形后，在承印物表面的曲面電路會(huì)有一些相應(yīng)的形變，這樣當(dāng)柔性承印物收到拉伸時(shí)，表面的曲面電路可在形變的允許范圍內(nèi)自由伸展，避免電路出現(xiàn)斷裂。通過(guò)步驟(3)的設(shè)計(jì)，可使得普通的導(dǎo)電墨水也能應(yīng)用到柔性電子的制造中。

另外，也考慮到對(duì)于復(fù)雜多變的電路，單層電路線(xiàn)路難免會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)路交叉的現(xiàn)象，這樣電路的穩(wěn)定性受到影響，同時(shí)也加大電路設(shè)計(jì)的難度。本發(fā)明提供一種多層的曲面電路制作的制造方法來(lái)更好的解決電路交叉問(wèn)題，作為優(yōu)選，按照步驟(1)～(4)制作完成第一層曲面電路后，在該層曲面電路上均勻噴一層絕緣層材料，絕緣層固化后，重復(fù)步驟(1)～(4)制作第二層曲面電路，以此類(lèi)推，制作兩層或兩層以上的曲面電路。所述絕緣層材料選自光油、聚二甲基硅氧烷、硅膠中一種或多種。

具體講，其制造步驟包括：

(1’)采用上述步驟(1)～(4)所述的曲面電路制作的制造方法快速在承印物表面上制作一層曲面電路。

(2’)將這層曲面電路上均勻噴一層能形成絕緣層的試劑；

(3’)待到絕緣層干燥固化后，同樣采用上述步驟(1)～(4)所述曲面電路制作的制造方法快速在承印物表面上制作第二層曲面電路；

(4’)重復(fù)(1)～(4)步驟，就可以制得多層的曲面電路。

步驟(2’)中，所述的溶劑只要能固化形成隔絕電路的絕緣層，而且不影響曲面電路制作的都可以采用，包括光油、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅膠等溶劑，可采用的市售產(chǎn)品。

下面對(duì)上述三種方案，做進(jìn)一步優(yōu)選和說(shuō)明：

步驟(1)中，采用導(dǎo)電墨水打印電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)可采用許多現(xiàn)有技術(shù)，可以采用噴墨打印、激光打印、3D直接打印等技術(shù)。所述的導(dǎo)電墨水為導(dǎo)電銀漆、焊錫膏、納米銀導(dǎo)電墨水等中的一種，是電子制作常用的市售產(chǎn)品。所述的高分子塑料薄膜為聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、玻璃紙(PT)、聚乙烯(PE)、水轉(zhuǎn)印紙的薄膜等中的一種，可采用市售產(chǎn)品。

步驟(1)中，采用導(dǎo)電墨水打印電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，具體包括：

(1-1)根據(jù)需要預(yù)先繪制電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

繪制電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)有技術(shù)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(Computer Aided Design)得到電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可使用商業(yè)CAD軟件或電路繪制軟件，諸如Solidworks、UG、Protel等繪制；

(1-2)根據(jù)預(yù)先繪制好的電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在薄膜上打印電路；

電路打印可以使用噴墨打印、擠出打印、光固化等方式進(jìn)行，噴墨打印可采用市售的噴墨打印機(jī)加裝導(dǎo)電墨水進(jìn)行，擠出打印方式可使用目前的點(diǎn)膠機(jī)等擠出導(dǎo)電墨水方式進(jìn)行。光固化方式采用光固化掩膜下的導(dǎo)電墨水圖案獲得。

步驟(2)中，所述的溶劑I只要對(duì)承印物沒(méi)影響，和薄膜不相溶不反應(yīng)，而且有利于薄膜的完全舒展開(kāi)就可以采用。作為優(yōu)選，所述的溶劑I為無(wú)機(jī)溶劑，作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的溶劑I為水。

步驟(2)中，所述的能使薄膜軟化的軟化劑為一種軟化化學(xué)試劑，使薄膜更加軟化以能夠粘附到圓形或不規(guī)則面上，可采用的市售產(chǎn)品。作為優(yōu)選，所述試劑為軟化貼合劑。比如可采用市售的打印水貼軟化劑、空白水貼軟化劑等。

作為優(yōu)選，步驟(3)中：

對(duì)于柔性的承印物：先對(duì)柔性的承印物施加應(yīng)力，讓柔性的承印物充分伸展后，再將薄膜粘附在承印物表面；

對(duì)于非柔性的承印物：直接將承印物置于薄膜下方，然后使得承印物向薄膜移動(dòng)，使得薄膜粘附在承印物表面。

步驟(3)中，將軟化后的薄膜粘附在承印物表面可以采用人工操作，需要確保精細(xì)準(zhǔn)確，也可以采用機(jī)械操控。所述的承印物的材質(zhì)為聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乙烯醇(PVA)、SLA工藝-樹(shù)脂材料、SLS工藝-尼龍材料、硅膠材料、各種柔性塑料、金屬、涂有防護(hù)層的金屬等中的一種。

步驟(3)中，所述的能使薄膜溶解成粘附層的溶解溶劑的作用是將薄膜溶解以形成牢固的粘附層，從而使得電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)牢固粘附在表面，只要具備這個(gè)功能(可以溶解薄膜，但與導(dǎo)電墨水不反應(yīng)、不溶解、腐蝕性弱等)的化學(xué)溶劑都可以采用，可采用的市售產(chǎn)品，比如水轉(zhuǎn)印紙專(zhuān)用的修飾液溶劑。

步驟(4)中，所述干燥過(guò)程可以采用熱干燥，所述的熱干燥的方法為干燥箱干燥、電吹風(fēng)干燥、紅外線(xiàn)加熱干燥等中的一種，作為優(yōu)選，采用干燥箱在70～90℃下干燥1～3個(gè)小時(shí)。當(dāng)然也可以自然干燥，所需時(shí)間久一些。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明曲面電路制作的制造方法，制作方法簡(jiǎn)單易于實(shí)施，加工成本低，生產(chǎn)效率高，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。而且采用本發(fā)明方法，可以實(shí)現(xiàn)在柔性或非柔性的承印物不規(guī)則任意形狀的表面上制作一層或多層電路，從而可以應(yīng)用到柔性電子等電路制作領(lǐng)域中。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中在PVA薄膜上打印電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明中PVA薄膜在清水中浸泡和底紙分離過(guò)程的示意圖；

圖3為本發(fā)明中在材料為PLA的半球表面上制作電路過(guò)程的示意圖；

圖4為本發(fā)明中半球曲面電路制作完成熱干燥后的示意圖；

圖5為本發(fā)明中在材料為PLA的波浪形PCB板上制作電路的示意圖；

圖6為本發(fā)明中在柔性可變形硅膠球表面上制作的電路的示意圖；

圖7為本發(fā)明中給硅膠片施加應(yīng)力后制作電路的示意圖；

圖8為本發(fā)明中制作在硅膠片上的電路發(fā)生相應(yīng)形變的示意圖；

圖9為本發(fā)明中在手背上制作的電路的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

一種曲面電路制作的制造方法，包括以下步驟：

1)采用導(dǎo)電墨水在高分子塑料薄膜上打印出電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

具體包括：

a)根據(jù)需要預(yù)先繪制電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

繪制電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)有技術(shù)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(Computer Aided Design)得到電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可使用商業(yè)CAD軟件，諸如Solidworks、UG等繪制；

b)根據(jù)預(yù)先繪制好的電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在薄膜上打印電路；

電路打印可以使用噴墨打印、擠出打印、光固化等方式進(jìn)行，噴墨打印可采用市售的噴墨打印機(jī)加裝導(dǎo)電墨水進(jìn)行，擠出打印方式可使用目前的點(diǎn)膠機(jī)等擠出導(dǎo)電墨水方式進(jìn)行。光固化方式采用光固化掩膜下的導(dǎo)電墨水圖案獲得。

2)將薄膜放置于無(wú)機(jī)溶劑表面上浸泡，均勻噴一層能使薄膜軟化的溶劑；

無(wú)機(jī)溶劑可以選用清水，軟化化學(xué)溶劑可以使用軟化貼合劑，是一種市售產(chǎn)品。

3)將承印物從無(wú)機(jī)溶劑中透過(guò)薄膜，待到薄膜粘附在其表面后均勻噴一層能使薄膜溶解成粘附層的溶劑；

對(duì)于柔性的需要變形比較大的承印物，則需要先給柔性的承印物施加應(yīng)力，使其發(fā)生形變后再將薄膜粘附在其表面，并均勻噴一層能使薄膜溶解成粘附層的溶劑；另外，將承印物從無(wú)機(jī)溶劑中透過(guò)薄膜是采用人工操作，承印物的材質(zhì)為聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乙烯醇(PVA)、SLA工藝-樹(shù)脂材料、SLS工藝-尼龍材料、硅膠材料、各種柔性塑料等中的一種；采用的溶劑是一種溶解薄膜的化學(xué)溶劑，可采用的市售產(chǎn)品；

4)熱干燥后制得曲面電路。

熱干燥的方法為干燥箱干燥、電吹風(fēng)干燥、紅外線(xiàn)加熱干燥等中的一種，作為優(yōu)選，采用干燥箱在80℃下干燥2個(gè)小時(shí)。

對(duì)于需要制作多層曲面電路，完成一層電路制作后，在這層曲面電路上均勻噴一層能形成絕緣層的溶劑，待到絕緣層干燥固化后，同樣采用曲面電路制作的制造方法快速在承印物表面上制作第二層曲面電路，重復(fù)這兩步驟，即可得到多層的曲面電路。

實(shí)施例1和實(shí)施例2中，采用的修飾液溶劑、軟化貼合劑均為購(gòu)自淘寶店家名稱(chēng)為：廠家低價(jià)批發(fā)零售*激光打印水，網(wǎng)址為：https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a1z10.1-c.w137644-2604553046.47.guSUlZ&id＝2219208735銷(xiāo)售的修飾液和軟化貼合劑產(chǎn)品。

現(xiàn)以PVA薄膜為具體例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施例1

1)首先在薄膜3上打印電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，(本實(shí)施例中采用的薄膜3是PVA薄膜，厚度為200μm，薄膜下粘貼著普通底紙5)，如圖1所示；

具體包括：

a)使用CAD軟件(Solidworks)設(shè)計(jì)出電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

b)根據(jù)電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，先采用軟件Repetier-Host編寫(xiě)Gcode程序來(lái)控制氣動(dòng)電路打印機(jī)，編寫(xiě)Gcode程序時(shí)采用750mm/s的打印速度。(這種氣動(dòng)電路打印機(jī)包括氣泵、氣泵控制器、改造的3D的FDM打印機(jī)(即：將現(xiàn)有的FDM打印機(jī)噴頭改成針管即可)、電腦，氣泵控制器主要用來(lái)控制氣泵以提供設(shè)定穩(wěn)定氣壓，電腦通過(guò)編寫(xiě)的控制代碼控制改造的3D的FDM打印機(jī)進(jìn)行電路線(xiàn)路打印。)然后設(shè)定好氣動(dòng)電路打印機(jī)的打印初始位置，在醫(yī)用針管1注入導(dǎo)電銀漆4，并且采用擠出氣壓為35.5kg/m³和針頭2進(jìn)行打印，打印出的導(dǎo)線(xiàn)寬度為0.4mm左右；

2)在清水6中浸泡載有電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)薄膜38秒，使得薄膜3和底紙5分離，薄膜3穩(wěn)定浮在水面上，并且在其表面均勻噴軟化貼合劑(本實(shí)施例中采用市售的專(zhuān)用于水轉(zhuǎn)印紙的軟化貼合劑)，如圖2所示；

3)采用材料為PLA的半球7作為承印物，將半球7從清水6中透過(guò)薄膜3(將半球7置于薄膜3下方，然后使得半球7向薄膜3移動(dòng)，直至半球7外表面與薄膜接觸)，使得薄膜粘附在其表面上，用修飾液溶劑(市售的專(zhuān)用于水轉(zhuǎn)印紙的修飾液溶劑)在半球表面上均勻噴一層，使得薄膜3溶解于半球7表面，形成粘附層，如圖3所示；

4)將半球7放置80℃的干燥箱中干燥2個(gè)小時(shí)，從而完成在半球曲面上制作電路，如圖4所示。

同樣使用實(shí)施例1中的曲面電路制作的制造方法，在材料為PLA的波浪形PCB板和柔性可變形硅膠圓球表面上制作電路，如圖5、圖6所示。

實(shí)施例2

1)首先在薄膜3上打印電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，(本實(shí)施例中采用的薄膜3是PVA薄膜，厚度為200μm，薄膜下粘貼著普通底紙5)，如圖1所示；

具體包括：

a)使用CAD軟件(Solidworks)設(shè)計(jì)出電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

b)根據(jù)電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，先采用軟件Repetier-Host編寫(xiě)Gcode程序來(lái)控制氣動(dòng)電路打印機(jī)，編寫(xiě)Gcode程序時(shí)采用750mm/s的打印速度。(這種氣動(dòng)電路打印機(jī)包括氣泵、氣泵控制器、改造的3D的FDM打印機(jī)、電腦，氣泵控制器主要用來(lái)控制氣泵以提供設(shè)定穩(wěn)定氣壓，電腦通過(guò)編寫(xiě)的控制代碼控制改造的3D的FDM打印機(jī)進(jìn)行電路線(xiàn)路打印。)然后設(shè)定好氣動(dòng)電路打印機(jī)的打印初始位置，在醫(yī)用針管1注入導(dǎo)電銀漆4，并且采用擠出氣壓為35.5kg/m³和針頭2進(jìn)行打印，打印出的導(dǎo)線(xiàn)寬度為0.4mm左右；

2)在清水6浸泡載有電路導(dǎo)電布線(xiàn)結(jié)構(gòu)薄膜38秒，使得薄膜3和底紙5分離，薄膜穩(wěn)定浮在水面上，并且在其表面均勻噴軟化貼合劑，如圖2所示；

3)使用MCT2008拉伸平臺(tái)給柔性的硅膠片8施加拉伸應(yīng)力，如7圖中左圖所示，使其發(fā)生形變100％后再將薄膜3粘附在其表面，用修飾液溶劑(市售的專(zhuān)用于水轉(zhuǎn)印紙的修飾液溶劑)在硅膠片表面上均勻噴一層，如圖7右圖所示；

4)將硅膠片8放置80℃的干燥箱中干燥2個(gè)小時(shí)，從而完成在柔性的硅膠片曲面上制作電路，如圖8所示。制作的電路在硅膠片可以隨著硅膠片形變承受很大的變形，導(dǎo)電性能不發(fā)生變化。

同樣使用實(shí)施例2中的曲面電路制作的制造方法，在手背表面上制作電路，不過(guò)步驟3)不需要拉伸平臺(tái)施加應(yīng)力，只需要緊握拳再將薄膜3粘附在其表面即可，如圖9所示。

實(shí)驗(yàn)證明，上述修飾液溶劑、軟化貼合劑對(duì)其他聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、玻璃紙(PT)、聚乙烯(PE)、水轉(zhuǎn)印紙的薄膜都具有類(lèi)似實(shí)施例1和實(shí)施例2中的效果。