CN104201164B - 一种三维集成电路组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维集成电路组件及其制备方法，包括塑胶层、金属层及设于所述金属层上的抗氧化层，所述金属层上成型有集成线路，所述塑胶层包括以下重量百分比的各组分：塑胶母体75‑95％；无机填料2‑15％；表面活性剂0.5‑5％；增塑剂2‑8％；脱模剂0.5‑5％；上述三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：1)合成塑胶原料；2)制备塑胶层；3)制备三维集成线路；4)抗氧化处理。与现有技术相比，本发明的三维集成电路结构简单，使用了改性的耐高温、耐湿、韧性好的塑胶层为载体，通过真空溅射、打印或者化学镀的方法，在塑胶层的表面形成一层铜膜层，然后通过激光机切割集成线路，结构简单，原料来源广泛，生产工艺成熟，成品率高，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维集成电路组件及其制备方法。
背景技术
电子电器和机电产品制造工艺和相应的材料技术进步的方向是柔性、环保、环境友好、节能。德国开发出在塑胶表面形成精密和紧密的导电图案的技术，电子元器件可以直接焊接在塑胶外壳或者内壳上，形成无印刷电路板的电子、电器和机电一体化产品，称之为立体电路。
立体电路的制备方法包括以下几个步骤：步骤一：采用一种激光塑胶原料注塑或者压铸呈塑胶件：步骤二：激光机按用户设计好的CAD图案，扫描塑胶件，形成导电图案，此步骤称为激光处理或激光活化；步骤三：经过激光处理的塑胶件化学镀增厚金属层。
由于立体电路产业刚刚起步，使用的原料为特殊塑胶，里面含有金属的种子，比较昂贵且种类较少，由于工艺不完善，成品率较低，且生产设备比较昂贵，成本较高，限制了这项技术的推广应用。
因此，急需提供一种三维集成电路及其制备方法，以解决现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维集成电路组件及其制备方法，结构简单，原料来源广泛，成品率高，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种三维集成电路组件，包括塑胶层、金属层及设于所述金属层上的抗氧化层，所述金属层上成型有集成线路。
具体地，所述金属层为铜膜层。
具体地，所述塑胶层上开设有一个凹槽，所述金属层置于所述凹槽内，所述塑胶层的两侧还开设有安装孔。
具体地，所述抗氧化层为镍抗氧化层。
具体地，所述塑胶层包括以下重量百分比的各组分：
具体地，所述塑胶母体选自热塑性塑料或者液态成型的热固性塑料，所述热塑性塑料选自间规聚苯乙烯(SPS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA6、PA66、PA11、PA10、PA610、PA612)、聚丙烯(PP)或者丙烯腈、丁二烯、丙乙烯三者的共聚物(ABS)中的一种或者多种的共聚物，所述液态成型的热固性塑料选自液态硅胶。
具体地，所述无机填料选自沉淀硫酸钡、滑石粉或玻璃微粉中的任意一种或几种的组合物；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述增塑剂选自葡萄糖苷或ACR中的任意一种或者两者的组合物，所述ACR选自ACR-201、ACR301或者ACR401中的一种或者几种的组合物；所述脱模剂选自硬脂酸锌或者硬脂酸镁中的一种或者两种的组合物。
具体地，所述的三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：
1)合成塑胶原料
按配方量分别称取热塑性塑料、无机填料、表面活性剂、增塑剂以及脱模剂，首先将塑料投入捏合机，然后依次加入无机填料、表面活性剂、脱模剂及固化剂，开启捏合机混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
将步骤1中制备的塑胶原料投入到注塑机或者压铸机中，在50-90℃下成型1-2小时，注塑或者压铸出所需结构和形状的塑胶层；
对于液态成型的热固性塑料，可以省略步骤1，直接液态注射成型塑胶层，具体步骤如下，首先按配方量分别称取液态成型的热固性塑料、无机填料、表面活性剂、增塑剂以及脱模剂，将液态成型的热固性塑料投入搅拌机，然后依次加入无机填料、表面活性剂、脱模剂及固化剂，充分混合后进入塑化系统，通过塑化螺杆将上述混合料注射到热模具中，模具的温度介于170-200℃之间，反应1-2小时后，固化完成，最后经过冷流道系统冷却，即得到所需结构和形状塑胶层；
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面通过真空溅射方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，然后在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层；
具体地，所述真空溅射的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，真空镀膜机的高能离子束在高真空度下轰击铜靶，在塑胶层上形成1-20μm厚的铜膜层；
所述打印的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，纳米铜导电墨水为原料，通过打印机在塑胶层上打印上一层厚度为1-20μm的铜膜层；
所述化学镀的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，在PH 11-13，温度40-70℃下，超声机的功率为50-250W、频率为20-80Kz，镀铜液包含乙醛酸、硫酸铜、乙二胺四乙酸、联吡啶及聚乙二醇和苯基聚氧乙烯醚磷酸钠，将塑胶层置于上述铜镀液中反应5-20min,即可在塑胶层上镀一层厚度为1-20μm的铜膜层。
具体地，所述步骤3的激光扫描步骤采用近红外或者紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm、308nm、355nm、532nm、1064nmnm，所述激光机的功率400W内。
本发明公开了一种三维集成电路组件及其制备方法，本发明的三维集成电路组件结构简单，主要的原料塑胶母体经过了改性，加入了无机填料，而无机填料熔点高，尺寸稳定性好，有较低的膨胀系数，提高塑胶层的耐热性和降低塑胶层的收缩率；增塑剂减少了塑胶层的内部应力，增加了其低温低湿性能，改性后的塑胶层耐高温耐低温、耐湿、韧性好，通过真空溅射、打印或者化学镀的方法，在塑胶层的表面形成一层铜膜层，然后通过激光机将集成线路以外的铜膜层切割掉，留下集成线路的铜膜层，然后超声镀抗氧化镍层，即可得到所需的三维集成电路，与现有技术相比，塑胶层及金属层的原料来源广泛，各步骤的生产工艺比较成熟，因此成品率高，降低了生产成本，可大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明的三维集成电路组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
实施例1
图1为本发明的的三维集成电路组件的结构示意图，如图1所示，一种三维集成电路，包括塑胶层1、金属层2及设于所述金属层上的抗氧化层3，所述金属层2上成型有集成线路，所述金属层2为铜膜层。
具体地，所述塑胶层1上开设有一个凹槽11，所述金属层2置于所述凹槽11内，所述塑胶层1的两侧还开设有安装孔12。
具体地，所述抗氧化层3为镍抗氧化层。
具体地，塑胶层1包括以下重量百分比的各组分：
所述塑胶母体为间规聚苯乙烯(SPS)，无机填料为沉淀硫酸钡，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述增塑剂选自葡萄糖苷，所述脱模剂为硬脂酸锌。
具体地，所述的三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：
1)合成塑胶原料
按配方量分别称取间规聚苯乙烯150g、沉淀硫酸钡30g、十二烷基苯磺酸钠10g、葡萄糖苷4g以及脱模剂6g，首先将尼龙投入捏合机，然后依次加入沉淀硫酸钡、十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖苷及硬脂酸锌，搅拌2-3小时直到混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
将步骤1中制备的塑胶原料投入到注塑机或者压铸机中，在50-90℃下成型1-2小时，注塑或者压铸出所需结构和形状的塑胶层；
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面通过真空溅射的方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；其中，所述真空溅射的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，真空镀膜机的高能离子束在高真空度下轰击铜靶，在塑胶层上形成1-20μm厚的铜膜层，激光扫描步骤采用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm或者308nm，所述激光机的功率200W以内。
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层，其中，快速超声波化学镀的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，在PH 11-13，温度40-70℃下，超声机的功率为50-250W、频率为20-80Kz，镍镀液包含硫酸镍、氯化镍及硼酸，将塑胶层置于上述镍镀液中反应5-20min,即可在塑胶层上镀一层厚度为1-5μm的抗氧化镍层。
所述步骤3的激光扫描步骤采用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm或者308nm，所述激光机的功率200W以内。
实施例2
一种三维集成电路组件，结构同实施例1，具体地，所述塑胶层1包括以下重量百分比的各组分：
所述塑胶母体为尼龙，具体的型号可以选自PA6、PA66、PA11、PA10、PA610、PA612中的任意一种或者几种的组合，无机填料为沉淀硫酸钡，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述增塑剂选自葡萄糖苷，所述脱模剂为硬脂酸锌。
具体地，所述的三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：
1)合成塑胶原料
按配方量分别称取尼龙180g、沉淀硫酸钡10g、十二烷基苯磺酸钠4g、葡萄糖苷4g以及脱模剂2g，首先将尼龙投入捏合机，然后依次加入沉淀硫酸钡、十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖苷及硬脂酸锌，搅拌2-3小时直到混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
将步骤1中制备的塑胶原料投入到注塑机或者压铸机中，在50-90℃下成型1-2小时，注塑或者压铸出所需结构和形状的塑胶层；
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面通过真空溅射的方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；其中，所述真空溅射的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，真空镀膜机的高能离子束在高真空度下轰击铜靶，在塑胶层上形成1-20μm厚的铜膜层，激光扫描步骤采用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm或者308nm，所述激光机的功率200W以内。
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层，其中，快速超声波化学镀的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，在PH 11-13，温度40-70℃下，超声机的功率为50-250W、频率为20-80Kz，镍镀液包含硫酸镍、氯化镍及硼酸，将塑胶层置于上述镍镀液中反应5-20min,即可在塑胶层上镀一层厚度为1-5μm的抗氧化镍层。
所述步骤3的激光扫描步骤采用紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm或者308nm，所述激光机的功率200W以内。
实施例3
一种三维集成电路组件，结构同实施例1，其中，所述塑胶层包括以下重量百分比的各组分：
所述塑胶母体选自聚碳酸酯(PC)，也可以是聚碳酸酯与尼龙的聚合物，无机填料为滑石粉，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述增塑剂为ACR-301，所述脱模剂为硬脂酸镁。
具体地，所述的三维集成电路的制备方法，包括以下步骤：
按配方量分别称取聚碳酸酯190g、滑石粉4g、十二烷基苯磺酸钠1g、ACR-3016g以及硬脂酸镁10g，首先将聚碳酸酯投入捏合机，然后依次加入滑石粉、十二烷基苯磺酸钠、ACR-301及硬脂酸镁，搅拌2-3小时直到混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
将步骤1中制备的塑胶原料投入到注塑机或者压铸机中，在50-90℃下成型1-2小时，注塑或者压铸出所需结构和形状的塑胶层；
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面通过、打印、印刷的方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路外的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；其中，所述打印方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，纳米铜导电墨水为原料，通过打印机在塑胶层上打印、印刷上一层厚度为1-20μm的铜膜，激光扫描步骤采用红外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为532nm或者1064nm，所述激光机的功率400W以内。
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层，抗氧化处理同实施例1。
实施例4
一种三维集成线路组件，结构同实施例1，其中塑胶层包括以下重量百分比的各组分：
所述塑胶母体选自聚丙烯(PP)或者丙烯腈、丁二烯、丙乙烯三者的共聚物(ABS)中的任意一种或者几种的聚合物，也可以是PP、ABS、PC或者PA中的任意一种或者几种的聚合物，它们之间可以任意组合，所述无机填料为玻璃微粉，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述增塑剂为ACR-201或者ACR-401，所述脱模剂为硬脂酸镁。
具体地，所述的三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：
按配方量分别称取聚丙烯或者ABS160g、玻璃微粉4g、十二烷基苯磺酸钠10g、ACR-201或者ACR-40116g以及硬脂酸镁10g，首先将尼龙投入捏合机，然后依次加入沉淀硫酸钡、十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖苷及硬脂酸锌，搅拌2-3小时直到混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
同实施例1
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面用化学镀的方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路外的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；其中，化学镀的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，在PH 11-13，温度40-70℃下，超声机的功率为50-250W、频率为20-80Kz，镀铜液包含乙醛酸、硫酸铜、乙二胺四乙酸、联吡啶及聚乙二醇和苯基聚氧乙烯醚磷酸钠，将塑胶层置于上述铜镀液中反应5-20min,即可在塑胶层上镀一层厚度为0.01-1μm的铜膜层，激光扫描步骤采用红外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为532nm或者1064nm，所述激光机的功率400W以内。
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层，抗氧化处理同实施例1。
实施例5
一种三维集成线路组件，结构同实施例1，其中塑胶层包括以下重量百分比的各组分：
所述塑胶母体选自液体硅胶，所述无机填料为玻璃微粉，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，所述增塑剂为ACR-201或者ACR-401，所述脱模剂为硬脂酸镁。
具体地，所述的三维集成电路组件的制备方法，包括以下步骤：省略步骤1；步骤2)制备塑胶层
按配方量分别称取液体硅胶176g、玻璃微粉4g、十二烷基苯磺酸钠6g、ACR-201或者ACR-4018g以及硬脂酸镁6g，将液体硅胶投入搅拌机，然后依次加入无机填料、表面活性剂、脱模剂及固化剂，充分混合后进入塑化系统，通过塑化螺杆将上述混合料注射到热模具中，模具的温度介于170-200℃之间，反应1-2小时后，固化完成，最后经过冷流道系统冷却，即得到所需结构和形状塑胶层；
3)制备三维集成线路
同实施例1
4)抗氧化处理
同实施例1
将实施例1-5所得的三维集成电路板进行相关的性能测试，结果如下：
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种三维集成电路组件，其特征在于：包括塑胶层、金属层及设于所述金属层上的抗氧化层，所述金属层上成型有集成线路；所述金属层为铜膜层；所述塑胶层上开设有一个凹槽，所述金属层置于所述凹槽内，所述塑胶层的两侧还开设有安装孔；所述抗氧化层为镍抗氧化层；所述塑胶层包括以下重量百分比的各组分：
2.根据权利要求1所述的三维集成电路组件，其特征在于：所述塑胶母体选自热塑性塑料或者液态成型的热固性塑料，所述热塑性塑料选自间规聚苯乙烯(SPS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA6、PA66、PA11、PA10、PA610、PA612)、聚丙烯(PP)或者丙烯腈、丁二烯、丙乙烯三者的共聚物(ABS)中的一种或者多种的共聚物，所述液态成型的热固性塑料选自液态硅胶。
3.根据权利要求2所述的三维集成电路组件，其特征在于：所述无机填料选自沉淀硫酸钡、滑石粉或玻璃微粉中的任意一种或几种的组合物；
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述增塑剂选自葡萄糖苷或ACR中的任意一种或者两者的组合物，所述ACR选自ACR-201、ACR301或者ACR401中的一种或者几种的组合物；
所述脱模剂选自硬脂酸锌或者硬脂酸镁中的一种或者两种的组合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的三维集成电路组件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)合成塑胶原料
按配方量分别称取热塑性塑料、无机填料、表面活性剂、增塑剂以及脱模剂，首先将固态成型的塑料投入捏合机，然后依次加入无机填料、表面活性剂、脱模剂及固化剂，开启捏合机混合均匀，搅拌2-3小时直到混合均匀，接着冷却到10-30℃，从捏合机中排出塑胶原料；然后经过干燥、制粉、造粒工序得到可塑性好的塑胶原料；
2)制备塑胶层
将步骤1中制备的塑胶原料投入到注塑机或者压铸机中，在50-90℃下成型1-2小时，注塑或者压铸出所需结构和形状的塑胶层；
对于液态成型的热固性塑料，可以省略步骤1，直接液态注射成型塑胶层，具体步骤如下，首先按配方量分别称取液态成型的热固性塑料、无机填料、表面活性剂、增塑剂以及脱模剂，将液态成型的热固性塑料投入搅拌机，然后依次加入无机填料、表面活性剂、脱模剂及固化剂，充分混合后进入塑化系统，通过塑化螺杆将上述混合料注射到热模具中，模具的温度介于170-200℃之间，反应1-2小时后，固化完成，最后经过冷流道系统冷却，即得到所需结构和形状塑胶层；
3)制备三维集成线路
首先在步骤2制备的塑胶层的表面通过真空溅射、打印或者化学镀的方法，镀上一层铜膜；然后在激光机上装载设计好的CAD文档，激光机选择性扫描铜膜层，将铜膜层上除设计好的集成线路的其它铜膜层切割掉，保留剩下的铜膜层为集成线路；
4)抗氧化处理
将步骤3制备的三维集成线路快速超声波化学镀，然后在铜膜层上镀上一层镍抗氧化层。
5.根据要求4所述的三维集成电路组件的制备方法，其特征在于：所述真空溅射的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，真空镀膜机的高能离子束在高真空度下轰击铜靶，在塑胶层上形成1-20μm厚的铜膜层；
所述打印的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，纳米铜导电墨水为原料，通过打印机在塑胶层上打印上一层厚度为1-20μm的铜膜层；
所述化学镀的方法是以步骤2制备的塑胶层为载体，在PH 11-13，温度40-70℃下，超声机的功率为50-250W、频率为20-80Kz，镍镀液包含硫酸镍、氯化镍及硼酸；镀铜液包含乙醛酸、硫酸铜、乙二胺四乙酸、联吡啶及聚乙二醇和苯基聚氧乙烯醚磷酸钠，将塑胶层置于铜镀液中反应5-20min,即可在塑胶层上镀一层厚度为1-20μm铜膜层。
6.根据要求5所述的三维集成电路组件的制备方法，其特征在于：所述步骤3的激光机选择性扫描步骤采用近红外或者紫外激光机，所述激光机的电磁射线的波长为248nm、308nm、355nm、532nm、1064nm，所述激光机的功率400W内。
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