一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法技术

本申请公开了一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法，涉及PCB技术领域，该方法在热固性材料制成的芯材表面固定热塑性薄膜制得复合基板，然后在复合基板的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材，并在惰性气体环境中对所述打印材料进行熔融烧结，使得复合基板表面形成符合电路设计结构的金属电路得到原型件，继而制备得到刚性PCB板。该方法以增材制造技术来制备刚性PCB板，避免了使用电镀、蚀刻工艺，且得益于热塑性材料的加热软化、冷却固化的特性可以使烧结得到的金属电路很好的附着。的附着。的附着。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法


[0001]本申请涉及PCB
，尤其是一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法。

技术介绍

[0002]PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)是重要的电子部件，是各类电子元器件的支撑体，印制线路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。PCB板可以代替复杂的布线，实现电路中各电子元器件之间的电气连接，被广泛地应用在电子产品的生产制造中。
[0003]PCB板按照刚度特性主要可以分为刚性PCB板和柔性PCB板，刚性PCB板密度高、可设计性强，且可靠性高，相对的柔性PCB板则更加轻便、可弯曲。目前对于刚性PCB板主要采用电镀、蚀刻的方式来制备，即使用纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层)预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜箔再层压固化而成作为基材。然后根据设计方案，将锡或其他保护涂层镀在需要保留的铜箔上，再通过蚀刻的方式去掉多余铜箔，再通过后续的涂绝缘涂层、焊头焊盘微蚀、镀锡等工艺，得到完整的刚性PCB板。这种制备方法精度高、适合大规模生产且成本较低，但是由于蚀刻这一工序的存在，刚性PCB板的生产制备过程中会产生大量蚀刻废液，造成环境污染。虽然目前已有方法可以从蚀刻废液中回收铜、氯气等其他资源，从而对蚀刻废液进行处理回收，但是需要增加额外的生产步骤。
[0004]现阶段同样也有采用增材制造技术的PCB板的制备方法，主要包括空心法和油墨印刷法。空心法即通过3D打印，如熔丝制造成型(FFF)等方式创建包含电路轨迹的外壳或带凹槽的基板，并向凹槽与空腔中添加导电材料以实现其导电功能。油墨印刷法则是采用喷墨打印机将纳米银浆或其他导电油墨打印到基材上，再通过热压固化的方式生产PCB板。以上两种增材制造技术都可以避免电镀、蚀刻这类工艺带来的问题，但是受到打印材料强度和工艺复杂度的约束，空心法或油墨印刷法打印的导电材料都较难附着在刚性PCB板上，因此目前增材制造技术大多用于小规模生产结构较为简单的柔性PCB板，而无法满足大规模高强度、设计复杂度高、可靠性高的刚性电路板的生产需求。

技术实现思路

[0005]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法，本申请的技术方案如下：
[0006]一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法，该刚性PCB板制备方法包括：
[0007]制作复合基板，复合基板包括热固性材料制成的芯材及其表面固定的热塑性薄膜；
[0008]在复合基板的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料，打印材料中的纳米铜粉的含量达到含量阈值；
[0009]在惰性气体环境中对打印材料进行熔融烧结得到原型件，原型件包括复合基板及其表面的符合电路设计结构的金属电路；
[0010]对原型件完成后处理操作制备得到刚性PCB板。
[0011]其进一步的技术方案为，制作复合基板的方法包括：
[0012]利用挤出机对热塑性材料挤出无定型厚片，对无定型厚片进行骤冷处理后，利用拉幅机进行双向拉伸，制作得到预定厚度的热塑性薄膜；
[0013]将热压成型的芯材与热塑性薄膜通过模压的方式实现粘连，得到刚性PCB板的复合基板；或者，通过模压成型的方式将热塑性薄膜固定在热固性材料制成的芯材的预浸料上，并在热压罐中进行热压工艺制作得到复合基板。
[0014]其进一步的技术方案为，预定厚度的热塑性薄膜的厚度为50μm
‑
150μm。
[0015]其进一步的技术方案为，制成热塑性薄膜采用的热塑性材料为聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚酯(PET)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPE)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚芳砜(PASF)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)中的任意一种。
[0016]其进一步的技术方案为，打印材料中还包括有机溶剂和黏合剂，且有机溶剂和黏合剂在熔融烧结的过程中在高温作用下挥发。
[0017]其进一步的技术方案为，在复合基板的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料的方法包括：
[0018]按照电路设计结构直接在复合基板的热塑性薄膜的表面涂上打印材料；
[0019]或者，按照电路设计结构在环氧树脂膜的表面涂上打印材料，将环氧树脂膜的涂有打印材料的一侧表面与复合基板的热塑性薄膜的表面贴合，并进行加热处理，使得打印材料从环氧树脂膜的表面脱落并附着在复合基板的热塑性薄膜的表面。
[0020]其进一步的技术方案为，复合基板的一侧表面固定有热塑性薄膜，制备得到的原型件为单面板结构且包括复合基板及其一侧表面的金属电路；
[0021]或者，复合基板的两侧表面均固定有热塑性薄膜，制备得到的原型件为双面板结构且包括复合基板及其两侧表面的金属电路。
[0022]其进一步的技术方案为，制备得到双面板结构的原型件的制备方法还包括：
[0023]按照电路设计结构在复合基板上打出过板孔，并在过板孔内填入铜料；
[0024]在复合基板一侧的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料，并在惰性气体环境中进行熔融烧结，得到复合基板的一侧表面的金属电路，过板孔内的铜料在熔融烧结的过程中与复合基板的一侧表面的金属电路实现电性连接；
[0025]在复合基板另一侧的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料，并在惰性气体环境中进行熔融烧结，得到复合基板的另一侧表面的金属电路，过板孔内的铜料在熔融烧结的过程中与复合基板的另一侧表面的金属电路实现电性连接。
[0026]其进一步的技术方案为，制备得到原型件的方法还包括：
[0027]在对打印材料进行熔融烧结得到复合基板表面的金属电路后，对复合基板及其表面的金属电路进行回火处理和退火处理以消除热残余应力，制备得到原型件。
[0028]其进一步的技术方案为，刚性PCB板制备方法还包括：
[0029]在制作得到复合基板后，在复合基板上进行打孔处理，制作得到刚性PCB板的定位孔以及符合电路设计结构的螺丝孔和预留孔中的一个或多个孔位。
[0030]本申请的有益技术效果是：
[0031]本申请公开了一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法，该方法以增材制造
技术来制备刚性PCB板，替代了现阶段生产方式中的电镀、蚀刻工艺，因此有效避免了因该工艺流程产生的有毒化学废料。本申请在热固性材料的芯材表面覆盖一层热塑性薄膜，在激光对打印材料烧灼熔融沉积过程中，热塑性材料因为其加热软化、冷却固化的特性可以使烧结金属很好的附着，避免由于热应力、热膨胀系数差异大等其他因素导致表层金属无法附着。
[0032]通过改变芯材表面热塑性薄膜所采用的热塑性材料的类型，可以生产适用于不同工作环境的刚性PCB板，并通过改变选择性熔融烧结时的频率、功率、波长、以及进给速度等条件可实现不同热塑性薄膜上的熔融烧结，以实现不同种类的刚性PCB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造技术的刚性PCB板制备方法，其特征在于，所述刚性PCB板制备方法包括：制作复合基板，所述复合基板包括热固性材料制成的芯材及其表面固定的热塑性薄膜；在所述复合基板的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料，所述打印材料中的纳米铜粉的含量达到含量阈值；在惰性气体环境中对所述打印材料进行熔融烧结得到原型件，所述原型件包括所述复合基板及其表面的符合所述电路设计结构的金属电路；对所述原型件完成后处理操作制备得到刚性PCB板。2.根据权利要求1所述的刚性PCB板制备方法，其特征在于，制作复合基板的方法包括：利用挤出机对热塑性材料挤出无定型厚片，对无定型厚片进行骤冷处理后，利用拉幅机进行双向拉伸，制作得到预定厚度的热塑性薄膜；将热压成型的芯材与所述热塑性薄膜通过模压的方式实现粘连，得到刚性PCB板的复合基板；或者，通过模压成型的方式将所述热塑性薄膜固定在热固性材料制成的芯材的预浸料上，并在热压罐中进行热压工艺制作得到所述复合基板。3.根据权利要求2所述的刚性PCB板制备方法，其特征在于，预定厚度的所述热塑性薄膜的厚度为50μm
‑
150μm。4.根据权利要求2所述的刚性PCB板制备方法，其特征在于，制成所述热塑性薄膜采用的热塑性材料为聚酰胺、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚甲醛、聚苯醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚芳砜、液晶聚合物、聚醚醚酮中的任意一种。5.根据权利要求1所述的刚性PCB板制备方法，其特征在于，所述打印材料中还包括有机溶剂和黏合剂，且所述有机溶剂和黏合剂在熔融烧结的过程中在高温作用下挥发。6.根据权利要求1所述的刚性PCB板制备方法，其特征在于，在所述复合基板的热塑性薄膜的表面按照电路设计结构涂上打印材料的方法包括：按照所述电路设计结构直接在所述复合基板的热塑性薄膜的表面涂上所述打印材料；或者，按照所述电路设计结构在环氧树脂膜的表面涂上所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何庆浩，王霄翀，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：