在3D件上制造电子组件的方法和包括电子组件的3D件技术

将电子组件施加在由聚丙烯基材料制成的3D件上的方法，电子组件包括宽度在0.1mm至4mm之间的至少一个导电路径，方法包括：提供由聚丙烯基材料制成的3D件；选择导电膏；提供流体分配系统(11)，该流体分配系统用于将导电膏涂敷到3D件的表面上；选择喷嘴(125)并将所选择的喷嘴附接到流体分配系统(11)；通过施加0.2巴至13巴之间的压力通过所述喷嘴(125)将所选择的导电膏分配到3D件的表面上，同时在喷嘴(125)与3D件的表面之间维持900μm的最大距离；固化所沉积的导电膏；在印刷导电路径上沉积电介质油墨；固化所沉积的电介质油墨；以及将至少一个电子部件附接在导电路径上。将至少一个电子部件附接在导电路径上。将至少一个电子部件附接在导电路径上。

【技术实现步骤摘要】
在3D件上制造电子组件的方法和包括电子组件的3D件


[0001]本专利技术涉及注塑件或加工件的领域。具体地，本专利技术涉及这样的方法和系统：例如用于向构件提供至少一个电接触垫、将导电部件联接到电接触垫和/或包括任何其他电子部件来获得容纳电子器件的3D注塑件或3D加工件。

技术介绍

[0002]在许多
中，由于不同的原因，电子器件和有关产品通常集成到不同的衬底中。针对这种集成的示例性原因可能出于体积和/或重量的节省以及部件的高效集成。旨在将电子器件集成在不同衬底上的示例性
是产品包装、产品壳体、个人电子装置、可穿戴电子器件、显示器、玩具、家用电器和运输产业(包括汽车和航空产业)。在许多领域，集成是关键方面。例如，在汽车工业领域中，集成在车辆外观和车辆内饰(例如，控制面板、仪板、座椅、门板等)中都是必要的。
[0003]存在不同的技术用于将例如电子部件、集成电路和导体的功能提供到衬底元件上。印刷的电子器件或功能性印刷通过增材印刷工艺来覆盖丝网印刷、苯胺印刷和喷墨印刷等。功能性印刷是使用活性材料来执行组合机械和电气/电子功能(包括如照明或光伏的集成元件)的任务。功能性印刷活动通常在柔性或非柔性的平面(2D)衬底上执行。通常使用的衬底的示例是PET、PC、纺织物和纸张。
[0004]然而，在某些应用中，在上面必须集成电子器件和有关产品的衬底是三维(3D)结构，因此电子器件的集成变得更加复杂，以致目前没有针对将结构化电子器件集成在3D件中的挑战的优化解决方案的程度。利用层压、保形膜、3D印刷或模内电子器件，结构化电子器件已迅速进入市场。
[0005]US2020031041A1公开了一种用于在制造构件的同时在该构件上3D印刷导电电路的方法。具体地，通过涂敷相变材料层来印刷3D结构材料，并且将金属纳米颗粒油墨组合物沉积在该3D结构材料上。
[0006]US10408391B2公开了一种用于制造具有集成电子器件的多层结构的方法。该方法包括：在柔性衬底膜层上印刷导电迹线，之后通过热成型使衬底层3D成形。然后，将热塑性塑料模制到膜层的一侧上。然而，该方法在3D几何形状和合适的材料方面做出一些限制。第一，仅可以使用能够支持热成型的柔性衬底。第二，只有可模制油墨适合于热成型。实际上，即使使用柔性衬底和可模制油墨，在要获得的目标3D几何形状方面也存在限制，因为没有可模制油墨支持高于85
°
的角度变形并且通过热成型可以获得简单的弯曲件，而且在热成型件的深度和要被二次注射的材料方面具有有限的设计自由度。因此，该方法限于具有规则形状的3D件(没有尖锐的三边拐角)。零件底部的半径是最关键的。零件越深，所需的半径或倒角越大，因为热成型需要圆形化形状而不是尖锐的形状。第三，电子部件仅可以被嵌入到一定深度。而且，从平坦变形为不规则形状意味着电路被拉长(拉伸)或压缩，这需要考虑到将要发生的变形的特定设计。除了这些变形之外，高温和高压还损坏刚性部件。最后，该工艺复杂且耗时，因为它涉及不同的设备(丝网印刷、热成型和二次注塑等)。
[0007]除了前述缺点之外，在若干行业中，例如汽车产业，期望在3D注塑件上执行印刷电子工艺，以便不改变良好建立的制造工艺。换言之，某些注塑3D件的行业可能不愿意在唯一的目标是热成型平坦的柔性衬底以便在获得3D件之前嵌入电子结构的情况下改变它们的生产线。例如，US7833567B2公开了一种用于在门内饰板上形成电路的方法。该方法包括：间歇地喷射熔融金属到门内饰板上，以限定金属颗粒的行，以便沉积熔融金属以形成电路。然而，已经观察到，在注塑件上沉积熔融金属具有若干缺点。例如，金属在如聚丙烯(PP)的衬底上的粘合性极低，并且某些金属(例如银)的热膨胀系数(19
‑
20(m/m)/℃)相对于未填充的PP的70
‑
90(m/m)/℃存在重要的不匹配。此外，为了获得高电导率而需要高温烧结对于汽车行业中作为目标的大多数塑料是不合适的。最后，当涂敷熔融金属喷射时，难以控制线分辨率，因为其取决于液滴尺寸。
[0008]US10276937B2还公开了一种通过利用具有使得能够生成高频液滴的阀的喷射分配器从一定距离的墨滴喷射分配而在衬底上形成导电迹线的方法。然而，输送离散的墨滴需要准确控制油墨粘度，如US10276937B2所承认的：虽然具有高粘度的油墨倾向于在喷嘴尖端处累积，其最终可能作为大块从喷嘴中脱离，产生随机行走模式，但是太多具有低粘度的墨滴导致附属液滴围绕中心液滴的喷射，这产生了非良好限定的几何形状。为了克服这一点，必须在开始印刷过程之前测量导电油墨的粘度，并且如果油墨粘度大于2.0Pa
‑
s(帕斯卡秒)，则向油墨中加入流体以便降低其粘度，或者选择另一种油墨。换言之，US10276937B2中公开的方法限于很小集合的油墨类型，因此其也受限于印刷一些几何形状。
[0009]因此，需要开发不会造成上述限制的获得具有电子组件的3D件的替代方法。还需要获得具有电子组件的3D件，电子组件例如为导电路径、电路、电子部件、传感器等，这些电子组件不需要改变注塑制造或加工的常规工艺而获得。

技术实现思路

[0010]本专利技术所述的用于获得具有电子组件的3D件的方法以及具有电子组件的3D件旨在解决现有技术的方法及其系统的缺点。
[0011]本专利技术的方法允许在由PP基材料制成的注塑件上印刷电子组件。电子组件包括导电路径或电路。电子组件可以另外包括以下元件中的一个或多个：涂敷在导电路径或电路上的电介质保护、电子部件(例如添加到导电路径或电路的电接触垫、联接到电接触路径的导电构件、传感器等)。为了印刷这些元件，需要不同类型的流体。例如，通常需要导电油墨、电介质油墨和粘合剂。
[0012]例如，为了在由PP基材料制成的零件中印刷包括具有基于电容传感器的开/关按钮的照明装置的集成在车门或仪表板中的电子组件，将进行以下步骤。首先，必须设计原型，包括设计例如用CAD绘制的电路。然后，必须用导电油墨印刷电路径和电容按钮。必须固化导电油墨，通常通过热过程。必须对要印刷的PP件的每一侧重复该过程。为了保护和隔离用导电油墨进行的印刷，必须在电路上印刷电介质膜。为了确保良好地覆盖导电路径，除了必须放置部件的地方之外，电介质盖的宽度必须优选地大于导电路径和电容按钮的宽度。当覆盖电路并固化电介质油墨时，可以放置例如LED和连接器的部件。这些部件必须通过导电粘合剂油墨胶合到装置。测量的粘合剂油墨的小滴被印刷在导电路径中的特定点上，LED
或连接器将最终放置这些特定点处。可选地，可以例如通过层压或膜粘合涂敷封装前述组件的膜。
[0013]本专利技术的方法在运输产业(包括汽车和航空航天行业)中发现了特殊的优点，因为在这些行业中，明确期望制造在其上印刷有电气结构的注塑件或加工件，同时在同一制造工艺中执行两个步骤(零件的注塑或加工以及印刷电气结构)，其中，印刷电子电路等作为对注塑或加工制造件执行的附加步骤来完成。换言之，不需要修改注塑或加工工艺，因为印刷直接发生在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将电子组件施加在由聚丙烯基材料制成的3D件上的方法，所述电子组件包括宽度在0.1mm至4mm之间的至少一个导电路径，所述方法包括：提供由聚丙烯基材料制成的3D件；选择导电膏，该导电膏包括：包括银的金属颗粒、结合剂、和有机溶剂；所述结合剂的量在1重量％至5重量％之间；所述金属颗粒的量在74重量％至90重量％之间，所述金属颗粒的平均尺寸在50nm至50μm之间；其中，所述导电膏的粘度在75Pa
‑
s至425Pa
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s之间，所述粘度是用流变仪在25℃的温度下以1/s的剪切速率测量的；提供流体分配系统(11)，该流体分配系统用于将所述导电膏涂敷到所述3D件的表面上；选择喷嘴(125)并将所选择的喷嘴(125)附接到所述流体分配系统(11)，所选择的导电膏将通过该流体分配系统分配，其中，所述喷嘴(125)被选择为使得该喷嘴的内径尽可能接近待涂敷的导电路径的宽度，所述喷嘴(125)的所述内径小于所述待涂敷的导电路径的宽度；通过施加0.2巴至13巴之间的压力经由所述喷嘴(125)将所述所选择的导电膏分配到所述3D件的表面上，同时在所述喷嘴(125)与所述3D件的所述表面之间维持900μm的最大距离；固化所沉积的导电膏；在印刷的导电路径上沉积电介质油墨；固化所沉积的电介质油墨；以及将至少一个电子部件附接在所述导电路径上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述所选择的导电膏的粘度在75Pa
‑
s至105Pa
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s之间时，所述所选择的导电膏以如下方式分配到所述3D件的所述表面上：如果所述所选择的喷嘴(125)的内径在0.1mm至0.3mm之间，则在导电油墨上施加3巴至1巴之间的压力；如果所述所选择的喷嘴(125)的内径在0.3mm至1mm之间，则在导电油墨上施加1巴至0.3巴之间的压力；如果所述所选择的喷嘴(125)的内径在1mm至4mm之间，则在导电油墨上施加0.3巴至0.2巴之间的压力。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述所选择的导电膏的粘度在105Pa
‑
s至260Pa
‑
s之间时，所述所选择的导电膏以如下方式分配到所述3D件的所述表面上：如果所述所选择的喷嘴(125)的内径在0.1mm至0.3mm之间，则在导电油墨上施加7巴至2巴之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：技术研究与创新基金会，
类型：发明
国别省市：