CN105733198A - 一种电子电路的3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子电路的3D打印方法，所述方法利用三维作图软件设计电子电路的整体三维模型，转换成可打印文件，生成相应的打印路径及使用参数；3D喷墨打印机的多个喷射打印头按打印路径移动，并喷射出一层电子浆料在工作成型托盘上，紫外光固化灯沿着打印头工作的方向发射出紫外光，使电子浆料固化；不同的打印头喷射出不同的电子浆料，最终形成完整的电子电路；采用3D打印的方法来进行电子电路的制造，可以通过控制打印机喷头的精度以及打印层的间距，来控制产品的尺寸和精度，并且可以满足电子仪器、仪表工业产品尺寸微型化、形状复杂化的要求。

Description

一种电子电路的3D打印方法
(一)技术领域
本发明涉及电子电路的制造，具体的说是一种电子电路的3D打印制造方法。
(二)背景技术
目前，随着功能复合材料研究的深入，采用厚膜工艺通过丝网印刷、滚筒转印、喷嘴涂抹等方式由具有导电、磁性、介电、绝缘等各种功能特性的电子浆料制造导线、电阻、电容、电感、半导体等等各种电子元器件、通过积层集成技术制造片式元件和电子模块的技术已经实现了产业化。但是这些制造过程均以高温煅烧、电镀或刻蚀为主，不但能耗高、浪费严重，而且会对环境带来很大的负担，如含铜、含镍的废水，酸液，碱液等等。
同时，随着电子产品的快速发展，对电子元器件的尺寸、精度等要求越来越高，传统的生产工艺难以满足高精度的需求。在传统制造业的新品研发中，模具的设计制造成本很大，而3D打印技术却可以省去这一流程，直接通过建模生产产品，节省研发成本。并且由于打印机的喷头精度可选，打印层间距也可以控制，因此可以打印各种尺寸、精度的产品。
因此，亟需一种电子电路新的制造方法，以解决现有技术中遇到的问题。
(三)发明内容
本发明的目的是为解决上述问题，提供了一种电子电路的3D打印方法，克服传统电子电路制作工艺繁琐、成本高、周期长的问题。
本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种电子电路的3D打印方法，所述方法按如下步骤进行：
(1)根据设计具体要求，使用如Solidworks、AutoCAD、UnigraphicsNX、Pro-E或者CATIA等三维作图软件设计电子电路的整体三维模型，包括基板、导线、电阻、电容、电感等电路元件；
(2)对步骤(1)的三维软件所做的电子电路三维模型文档转换成可打印文件；
(3)根据步骤(2)形成的可打印文件生成相应的打印路径及使用参数；
(4)3D喷墨打印机的喷射打印头按打印路径移动，并喷射出一层非常薄的电子浆料在工作成型托盘上，紫外光固化灯沿着打印头工作的方向发射出紫外光，使电子浆料固化；不同的打印头喷射出不同的电子浆料，所述喷射打印头包括电感芯极打印头，导线打印头，电容介质打印头，电阻元件打印头；制作电感芯极采用磁性浆料，制作导线采用导电浆料，制作电容介质采用介电浆料，制作电阻元件采用导热浆料；
(5)完成一层的喷射打印固化后，设备的成型托盘会极其精确地下降一个高度，不同的喷射打印头继续喷射不同的电子浆料进行下一层的打印和固化；
(6)依次重复步骤(4)、(5)，直至电子电路打印完毕；
(7)再将固化成型后的电子电路从3D喷墨打印机中移出；
(8)以设计的电子电路的技术要求为准，对电子电路进行后处理，最终形成完整的电子电路。
所述导电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，银粉0.5～11份；所述光热双重固化树脂为含丙烯酸基的树脂；所述稀释剂沸点80℃～180℃、粘度1mPa·s～2mPa·s、表面张力20mN/m～30mN/m，易挥发；所述银粉粒径为0.1～1μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述导电浆料还包括0.03-0.09份触变剂，所述触变剂为触变剂MT6900-20X。所述导电浆料还包括0.008-0.025份光引发剂，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。优选所述导电浆料由如下质量配比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，银粉0.5～11份，触变剂0.03-0.09份，光引发剂0.008-0.025份。导电浆料的制备方法为：按配方量，将光热双重固化树脂加入到稀释剂中，充分搅拌使其溶解完全，然后加入光引发剂，充分搅拌使其溶解完全，再加入触变剂，充分搅拌至溶液中看不到明显颗粒物，静置形成均一溶胶为止，搅拌均匀，再加入银粉，充分搅拌后，超声5分钟，使银粉充分润湿分散，搅拌均匀，获得导电浆料。
所述导热浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，氧化铝粉0.5～4份；所述光热双重固化树脂为含丙烯酸基的树脂；所述稀释剂沸点80℃～150℃、粘度1mPa·s～2mPa·s、表面张力20mN/m～30mN/m，易挥发；所述氧化铝粉粒径为1～2μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述导热浆料还包括0.01-0.08份触变剂，所述触变剂为触变剂MT6900-20X。所述导热浆料还包括0.002-0.018份光引发剂，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。优选，所述导热浆料由如下质量配比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，氧化铝粉0.5～4份，触变剂为0.01-0.08份，光引发剂为0.002-0.018份。所述氧化铝粉为表面处理剂改性氧化铝粉，所述表面处理剂为硅烷偶联剂KH550、正硅酸乙酯或对羟基苯甲酸甲酯；所述表面处理剂改性氧化铝粉制备方法为：将表面处理剂溶解在体积浓度60％的乙醇水溶液中，充分搅拌溶解完全，加入氧化铝粉，保证乙醇水溶液的液面高于氧化铝粉层面，充分搅拌润湿均匀，在60℃恒温箱中反应6小时，每隔2小时进行搅拌并添加体积浓度60％的乙醇水溶液，保证乙醇水溶液的液面高于氧化铝粉层面，之后将混合物转移到110℃的恒温干燥箱中进行干燥，获得表面处理剂改性氧化铝粉；所述氧化铝粉与表面处理剂的质量比为100:2。所述导热浆料的制备方法为：按配方量，将光热双重固化树脂加入到稀释剂中，充分搅拌使其溶解完全，然后加入光引发剂，充分搅拌使其溶解完全，再加入触变剂，充分搅拌至溶液中看不到明显颗粒物，静置形成均一溶胶为止，搅拌均匀，再加入氧化铝粉，充分搅拌后，超声5分钟，使氧化铝粉充分润湿分散，搅拌均匀，获得导电浆料。
本发明所述磁性浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，磁粉0.5～5份；所述光热双重固化树脂为含丙烯酸基树脂；所述稀释剂沸点80℃～180℃、粘度1mPa·s～2mPa·s、表面张力20mN/m～30mN/m，易挥发；所述磁粉粒径为0.1～1μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述磁性浆料还包括0.01-0.07份触变剂，所述触变剂为触变剂MT6900-20X。所述磁性浆料还包括0.005-0.02份光引发剂，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。优选所述磁性浆料由如下质量配比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，磁粉0.5～5份，触变剂为0.01-0.07份，光引发剂为0.005-0.02份。所述磁粉为表面处理剂改性磁粉，所述表面处理剂为十二烷基磺酸钠、正硅酸乙酯、对羟基苯甲酸甲酯或3,4-二羟基苯乙酸；所述表面处理剂改性磁粉制备方法为：将表面处理剂溶解在体积浓度60％的乙醇水溶液中，充分搅拌溶解完全，浸入磁粉，充分搅拌润湿均匀，在60℃恒温箱中反应6小时，每隔2小时进行搅拌并添加体积浓度60％的乙醇水溶液，之后将混合物转移到110℃的恒温干燥箱中进行干燥，获得表面处理剂改性硬磁粉；所述硬磁粉与表面处理剂的质量比为100:2。所述磁性浆料的制备方法为：按配方量，将光热双重固化树脂加入到稀释剂中，充分搅拌使其溶解完全，然后加入光引发剂，充分搅拌使其溶解完全，再加入触变剂，充分搅拌至溶液中看不到明显颗粒物，静置形成均一溶胶为止，搅拌均匀，再加入磁粉，充分搅拌后，超声5分钟，使硬磁粉充分润湿分散，搅拌均匀，获得磁性浆料。
本发明所述介电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，钛酸钡粉1～6份；所述光热双重固化树脂为含丙烯酸基的树脂；所述稀释剂沸点80℃～150℃、粘度1mPa·s～2mPa·s、表面张力20mN/m～30mN/m，易挥发；所述钛酸钡粉粒径小于1μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述介电浆料还包括0.02-0.08份触变剂，所述触变剂为触变剂MT6900-20X。所述介电浆料还包括0.002-0.018份光引发剂，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。所述介电浆料由如下质量配比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，钛酸钡粉1～6份，触变剂0.02-0.08份，光引发剂0.002-0.018份。所述钛酸钡粉为表面处理剂改性钛酸钡粉，所述表面处理剂为硅烷类偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂TMC-201或钛酸酯偶联剂TMC-102；所述表面处理剂改性钛酸钡粉制备方法为：将表面处理剂溶解在体积浓度为80％的乙醇水溶液中，充分搅拌溶解完全，加入钛酸钡粉，保证乙醇水溶液的液面高于钛酸钡粉层面，充分搅拌润湿均匀，用保鲜膜密封后在60℃恒温箱中反应6小时，每隔2小时进行搅拌并添加体积浓度为80％的乙醇水溶液保证乙醇水溶液的液面高于钛酸钡粉层面，之后将混合物转移到110℃的恒温干燥箱中进行干燥，获得表面处理剂改性钛酸钡粉；所述钛酸钡粉与表面处理剂的质量比为100:2。所述介电浆料的制备方法为：按配方量，将光热双重固化树脂加入到稀释剂中，充分搅拌使其溶解完全，然后加入光引发剂，充分搅拌使其溶解完全，再加入触变剂，充分搅拌至溶液中看不到明显颗粒物，静置形成均一溶胶为止，搅拌均匀，再加入钛酸钡粉，充分搅拌后，超声5分钟，使硬钛酸钡粉充分润湿分散，搅拌均匀，获得介电浆料。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
a.采用3D打印的方法来进行电子电路的制造，可以通过控制打印机喷头的精度以及打印层的间距，来控制产品的尺寸和精度，并且可以满足电子仪器、仪表工业产品尺寸微型化、形状复杂化的要求。
b.3D喷墨打印技术是增材制造中的一种，是无排放、无污染的一种生产工艺，除了基本原料的生产以外，不会给生态带来额外的负担。
c.根据本发明提供的电子电路生产工艺，其生产的电子电路是三维的，在三维电路中，电子元件不是分布在一个二维平面上，而是分布在一个三维的立体空间中。三维电路具有以下几个显著的优势：1)与传统的二维电路相比，三维电路的面积更小，有利于电器的小型化；2)易于实现模块化，即在一个三维模块中实现某些特定的功能，通过不同模块的拼接来完成各种任务；3)环保无污染，且节约材料。
(四)附图说明
图1为本发明电子电路制造方法的流程图。
(五)具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。图1是对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1所示，本发明提供的电子电路制造方法，包括步骤：
(9)根据设计具体要求，使用如Solidworks、AutoCAD、UnigraphicsNX、Pro-E或者CATIA等三维作图软件设计电子电路的整体三维模型，包括基板、导线、电阻、电容、电感等电路元件；
(10)使用软件ObjetStudio将上述的三维软件所做的电子电路三维模型文档转换成可打印文件；
(11)根据上述形成的可打印文件生成相应的打印路径及使用参数；
(12)3D喷墨打印机的喷射打印头按打印路径移动，并喷射出一层非常薄的电子浆料在工作成型托盘上，紫外光固化灯沿着打印头工作的方向发射出紫外光，使电子浆料固化。不同的打印头喷射出不同的电子浆料；制作电感芯极采用磁性浆料，制作导线采用导电浆料，制作电容介质采用介电浆料，制作电阻元件采用导热浆料；
(13)完成一层的喷射打印固化后，设备的成型托盘会极其精确地下降一个高度，不同的喷射打印头继续喷射不同的电子浆料进行下一层的打印和固化；
(14)依次重复步骤(4)、(5)，直至电子电路打印完毕；
(15)再将固化成型后的电子电路从3D喷墨打印机中移出；
(16)以设计的电子电路的技术要求为准，对电子电路进行后处理，最终形成完整的电子电路。
所述的3D喷墨打印机采用以色列Objet公司生产的Eden260v光敏树脂三维打印机，配套软件为ObjetStudio。
所述导电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，银粉0.5～11份，触变剂0.03-0.09份，光引发剂0.008-0.025份。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
所述导热浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，氧化铝粉0.5～4份，触变剂0.01-0.08份，光引发剂0.002-0.018份；所述氧化铝粉粒径为1～2μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
所述磁性浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，磁粉0.5～5份，触变剂0.01-0.07份，光引发剂0.005-0.02份；所述磁粉粒径为0.1～1μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
所述介电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，钛酸钡粉1～6份，触变剂0.02-0.08份，光引发剂0.002-0.018份；所述钛酸钡粉粒径小于1μm。所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂。所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种电子电路的3D打印方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行：
(1)利用三维作图软件设计电子电路的整体三维模型，包括基板、导线、电阻、电容、电感；
(2)将步骤(1)的三维软件所做的电子电路三维模型文档转换成可打印文件；
(3)根据步骤(2)形成的可打印文件生成相应的打印路径及使用参数；
(4)3D喷墨打印机的多个喷射打印头按打印路径移动，并喷射出一层电子浆料在工作成型托盘上，紫外光固化灯沿着打印头工作的方向发射出紫外光，使电子浆料固化；不同的打印头喷射出不同的电子浆料，所述喷射打印头包括电感芯极打印头，导线打印头，电容介质打印头，电阻元件打印头；
(5)完成一层的喷射打印固化后，不同的喷射打印头继续喷射不同的电子浆料进行下一层的打印和固化；
(6)依次重复步骤(4)、(5)，直至电子电路打印完毕；
(7)再将固化成型后的电子电路从3D喷墨打印机中移出；以设计的电子电路的技术要求为准，对电子电路进行后处理，最终形成完整的电子电路。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述电子浆料分别为：用于制作电感芯极的磁性浆料、用于制作导线的导电浆料、用于制作电容介质的介电浆料和用于制作电阻元件的导热浆料。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于所述导电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，银粉0.5～11份，触变剂0.03-0.09份，光引发剂0.008-0.025份；所述银粉粒径为0.1～1μm；所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇；所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂；所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于所述导热浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，氧化铝粉0.5～4份，触变剂为0.01-0.08份，光引发剂为0.002-0.018份；所述氧化铝粉粒径为0.1～1μm；所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇；所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂；所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
5.如权利要求2所述方法，其特征在于所述磁性浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，磁粉0.5～5份，触变剂0.01-0.07份，光引发剂0.005-0.02份；所述磁粉粒径为0.1～1μm；所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇。所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂；所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述介电浆料由如下质量比的原料组成：光热双重固化树脂1份，稀释剂1.5～4份，钛酸钡粉1～6份，触变剂0.02-0.08份，光引发剂0.002-0.018份；所述钛酸钡粉粒径小于1μm；所述稀释剂为无水乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或异丙醇；所述光热双重固化树脂为环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或脂肪族环氧树脂；所述触变剂为触变剂MT6900-20X，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
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