一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法以及产品技术

本发明专利技术公开了一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法及产品，属于多层天线制造领域，包括：S1采用3D打印方式制备支撑结构基体，S2在步骤S1获得的支撑结构基体表面制备具有催化能力的活化图案，S3在活化图案上沉积金属，获得与活化图案相一致的金属图案层，首次制备的金属图案为第一金属图案层，S4制备介质层，介质层用于隔离相邻两层金属图案层，首次制备的介质层为第一介质层，S5制备穿透介质层的垂直互联通孔，该垂直互联通孔具有导电能力以能互联相邻两层金属图案层，S6在第一介质层上制备第二金属图案层。本发明专利技术方法能实现快速、高质量、廉价地制备多层互联立体电路。

【技术实现步骤摘要】
一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法以及产品
本专利技术属于多层天线制造领域，更具体地，涉及一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法以及产品。
技术介绍
曲面电子共形制造技术是指在曲面介质基体(聚合物、陶瓷、玻璃等材料)上制备依基体形貌而定的电路，是集成天线与传感器的关键技术，在柔性制造、智能制造、航空航天等领域有着广泛的应用，如消费类电子领域的触摸屏、民用曲面可穿戴设备以及国防领域的共形天线等。共形电路的一体化制造技术能最大程度地实现共形电子组件(如共形天线)的减重、小型化、集成化、跨尺度曲面化。该类技术的特征是不仅能实现多层互联共形电路特征结构的制备，还能兼顾曲面介质基体的协同制造。由该技术制备的共形电路能够制备通过一体化设计获得的最优路径的电子结构，能够实现多功能电子组件的复合应用。尤其是对于共形天线而言，能够最大程度上提升射频性能，省略了线缆和金属部件，实现结构功能两种一体化设计。例如，天线领域的球形天线，由介电材料构成介电系数梯度的层层同心球，用于国防与民用领域，可进行360°收集信号，信号接收角特宽，是卫星接收与国防领域的高端产品。目前，许多国家针对曲面共形电路制定了重大研究计划，如美国FDCASU计划、日本TRADIM计划、欧盟地平线计划等。相关的科技人员开发了一系列柔性制造/智能制造方案，业界称之为3D-MID(“Three-dimensionalmoldedinterconnectdeviceorelectronicassemblies”)。申请号为201710915067.1的专利申请介绍了一套用电喷印工艺在复杂曲面进行制备共形天线的方式与设备，利用电子墨水与基体的电势差，通过泰勒锥制备亚微米级的电路。但是，以电喷印为代表的电流体打印技术目前能选用的打印材料有限，喷印效率较低，且让大尺寸介质基体与电子墨水产生电势差需要耗费的电能较高，难以实现跨尺寸制造。申请号为201420579036.5的专利申请与申请号为201720886476.9的专利申请提出的贴片/装配法制备的共形电路，是将电路先封装在固定的基片/模块上，然后通过贴装/组装的模式安装在基体的表面。该方法虽然电路的可靠性高，但是对于航天以外的工业而言，精度、轻量化、共形能力均显不足，也无法开发夹层电路。德国乐普科电子有限公司提出的LDS(Laser-Direct-Structuring)技术是指通过激光的二次物化效应，将特制树脂材料中的金属粒子还原在基材的表面，然后通过成熟的化学镀/电镀工艺将电路增厚。该技术所采用的基体材料是基于常用树脂掺杂金属颗粒或者金属化合物而成，在未经激光活化时可作为介质材料，仅在被激光辐照的区域才会实现金属化。该技术成型效率高，故障率低，在电子消费产品中得到广泛的应用。但是该技术必须配合化学过程才能实现电路的最终成型，存在环保问题。该技术选用的材料必须定制，价格较高，且介电性能因金属粒子的影响而不及同类树脂材料。美国Optomec公司生产的AerosolJet5X设备将五轴机床和气溶胶喷印装置相结合，通过柔性喷印制备曲面图案化电路。但气溶胶喷印方法设备造价高，不能解决传统喷印中常见的线宽过宽、难以精确定位问题，且工艺复杂，无法在深孔中制备垂直互联电路。美国MescoScribe公司提出用热喷涂的方式实现共形电路的柔性制造，并制备了高可靠性的集成电路、天线与传感器等，部分成果已交付美国国防部使用。但是热喷涂直写技术只能用于制备膜厚30um以上，线宽240um以上的高可靠性电路，无法制备精细的电路结构。而且，热喷涂制备的导线无法有效的填塞过孔结构，无法用于制备垂直互联结构。不仅如此，热喷涂加工时的热效应明显，无法适应树脂类的介质基体。以色列的NanoDimension公司提出了一整套关于曲面电子喷墨制造的方案，该方案可用于各类曲面电路、传感器、LED灯座、BGA小球、柔性电路板、极限电流微传感器等典型电路板基本组件。基于喷墨打印直接制备的劣势在于线宽难以控制，而且可用的通用材料仅有Ag与一种特定的光固化树脂材料。由于加工精度上存在较大的缺陷，因此无法精确定位到通孔的位置，进而制备电子工业级的过孔电路。以上技术虽然各具特色，但均未实现共形电路的一体化制造。青岛理工大学虽然在专利申请号为201811018667.9的专利申请中描述了一种可用电路与介质一体化集成制造的设备，融合了现有的FDM技术与喷墨打印技术，可实现基于3D打印介质基体的共形电路制造。该技术的本质仍是两个相对独立的过程，即FDM过程与喷印过程。然而，喷印在制备共形电路时的缺陷已经如上所述。综上所述，现有技术在实现多层垂直互联共形天线及电路一体化快捷制造方面面临着巨大的挑战，因此，需要开发一种新型的多层互联电路结构的制造方法，能够快速、高质量、廉价地制备曲面单层/多层介质互联电路。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法以及产品，其目的在于，全程采用3D打印制造方法，实现快速、高质量、廉价地制备曲面单层、尤其是多层介质互联电路。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，包括如下步骤：S1：采用3D打印方式制备多层互联立体电路的支撑结构基体，S2：在步骤S1获得的支撑结构基体表面制备具有催化能力的活化图案，S3：在活化图案上沉积金属，获得与活化图案相一致的金属图案层，首次制备的金属图案层为第一金属图案层，S4：制备介质层，介质层用于隔离相邻两层金属图案层，首次制备的介质层为第一介质层，S5：制备穿透介质层的垂直互联通孔，该垂直互联通孔具有导电能力以能互联相邻两层金属图案层，S6：在第一介质层上制备第二金属图案层。进一步的，所述支撑结构基体材质为聚合物、陶瓷或/和金属，聚合物的3D打印方式包括熔融沉积(FDM)方式、立体光固化(SLA)方式和喷墨3D打印(3DP)方式；陶瓷的3D打印方式包括SLA+烧结方式和3DP+烧结方式；金属的3D打印方式包括激光选区融化(SLM)方式、激光选区烧结(SLS)方式和电子束选区熔化(EBSM)方式，金属作为支撑结构时需制备一层介质层后方能进行后续的多层电子结构制造。进一步的，反复依次执行步骤S4、S5、S6，用于制备第n介质层和第(n+1)金属图案层，获得多层互联立体电路，所述n为自然数，n大于等于2。进一步的，步骤S2中，具有催化能力的活化图案制备方法如下：采用激光辐照含钯离子的固体薄膜，以使支撑结构基体表面的激光辐照区形成沟槽结构，该沟槽结构内的钯离子在光化学作用与光热作用下被还原为原子态或氧化态物质，原子态或氧化态物质能作为活化中心催化金属离子的沉积，沟槽结构部分组成活化图案。进一步的，步骤S3中，制备金属图案层方法为：在介质层或者支撑结构基体表面执行化学镀，利用活化图案的属性对金属离子的沉积作用涂镀金属膜层，获得与活化图案形状一致金属图案层，或者先采用化学镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：采用3D打印方式制备多层互联立体电路的支撑结构基体，/nS2：在步骤S1获得的支撑结构基体表面制备具有催化能力的活化图案，/nS3：在活化图案上沉积金属，获得与活化图案相一致的金属图案层，首次制备的金属图案层为第一金属图案层，/nS4：制备介质层，介质层用于隔离相邻两层金属图案层，首次制备的支撑结构基体为第一介质层，/nS5：制备贯穿介质层的垂直互联通孔，该垂直互联通孔具有导电能力以能互联相邻两层金属图案层，/nS6：在第一介质层上制备第二金属图案层。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：采用3D打印方式制备多层互联立体电路的支撑结构基体，
S2：在步骤S1获得的支撑结构基体表面制备具有催化能力的活化图案，
S3：在活化图案上沉积金属，获得与活化图案相一致的金属图案层，首次制备的金属图案层为第一金属图案层，
S4：制备介质层，介质层用于隔离相邻两层金属图案层，首次制备的支撑结构基体为第一介质层，
S5：制备贯穿介质层的垂直互联通孔，该垂直互联通孔具有导电能力以能互联相邻两层金属图案层，
S6：在第一介质层上制备第二金属图案层。


2.如权利要求1所述的一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，其特征在于，所述支撑结构基体材质为聚合物、陶瓷或/和金属，
聚合物的3D打印方式包括熔融沉积方式、立体光固化方式和3DP打印方式；
陶瓷的3D打印方式包括SLA搭配烧结方式和3DP搭配烧结方式；
金属的3D打印方式包括激光选区融化方式、激光选区烧结方式和电子束选区熔化方式。


3.如权利要求2所述的一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，其特征在于，反复依次执行步骤S4、S5、S6，用于制备第n介质层和第(n+1)金属图案层，获得多层互联立体电路，所述n为自然数，n大于等于2。


4.如权利要求1-3之一所述的一种多层互联立体电路的一体化共形制造方法，其特征在于，步骤S2中，具有催化能力的活化图案制备方法如下：
采用激光辐照含钯离子的固体薄膜，以使支撑结构基体表面的激光辐照区形成沟槽结构，该沟槽结构内的钯离子在光化学作用与光热作用下被还原为原子态或氧化态物质，原子态或氧化态物质能作为活化中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，欧阳韬源，吴烈鑫，吕铭，王月月，凌怡辰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42