視頻：立體電路應(yīng)用在螞蟻機(jī)器人

在漢諾威工業(yè)博覽會上，德國Festo公司展出了智能螞蟻機(jī)器人。這款機(jī)器螞蟻披了一層“電子皮膚”，又名立體電路，立體電路構(gòu)成了其神經(jīng)系統(tǒng)。相對傳統(tǒng)的平面印刷電路，立體電路拓展了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域：采用立體電路的電子產(chǎn)品，可以縮小產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減輕重量、減少組裝步聚。目前這一技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)天線、智能穿戴產(chǎn)品、微型傳感器、汽車領(lǐng)域、攝像頭、無人飛機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。那么立體電路是如何制造的？立體電路和LDS有什么聯(lián)系？

艾邦高分子通過實(shí)地拜訪深圳微航磁電技術(shù)有限公司，給大家做個簡單的介紹：

立體電路是指相對傳統(tǒng)的平面電路而言，將電子元器件直接焊接在3維曲面基材上的電路技術(shù)。根據(jù)工藝過程、電路形成方式，實(shí)現(xiàn)立體電路的制造工藝有多種，如LDS技術(shù)、PDS導(dǎo)電油墨印刷、LRP激光剝離、3D綜合打印等。其中LDS技術(shù)制造的立體電路產(chǎn)品，可以滿足PCB的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

通過高溫LDS材料改性，激光鐳雕工藝改善和化學(xué)鍍藥水配方實(shí)驗，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)0402的芯片，焊接在立體電路的線路，可以承受0.45Kg的拉力。達(dá)到了PCB行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖：立體電路用于手機(jī)天線（左），立體電路附著力測試

立體電路是近十多年發(fā)展起來的電路組裝技術(shù)。它基于結(jié)構(gòu)和性能的要求，可以把電子元器件直接焊接在塑膠曲面上，為產(chǎn)品創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)設(shè)計突破，尋求到了新的解決方案。相比傳統(tǒng)的印制線路基材，其有特殊的優(yōu)點(diǎn)，是對傳統(tǒng)的電路制造技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展。

視頻：立體電路全制程，來源于微航磁電

立體電路是一類電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)，LDS則是打造這類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)最重要的工藝之一。了解更多LDS，請點(diǎn)擊查看→LDS塑料如何讓天線長到4G手機(jī)面蓋上？如視頻所示，立體電路全制程主要包括6個工序：材料改性、工程注塑、激光鐳射、表面化學(xué)鍍、3D噴錫、3D貼片等工序。如下圖所示：

1、材料改性

常規(guī)的塑膠原材料雖然也可以通過激光表面處理，進(jìn)行緊密金屬沉積來獲得金屬線路。但是其結(jié)構(gòu)附著力，是不能夠與專用LDS材料相比的。專用的LDS材料中添了微細(xì)的少量的金屬化合物和相容劑等助劑，通過注塑后，這些金屬化合物均勻的分布在塑膠殼體內(nèi)，采用激光活化出的金屬原子，是嵌入在塑膠粒子之間，所以化學(xué)鍍銅后，生成的金屬層與塑膠層的附著力非常好；手機(jī)天線的材料一般以PC等塑料為主要成分，目前也是使用量最大的立體電路材料。

另外，形成立體電路，就要進(jìn)行高溫噴錫貼片，所以高性能立體電路的材料，必須是耐高溫的。目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出的高溫尼龍復(fù)合LDS材料，就可以耐溫達(dá)到290度，可以替代進(jìn)口的LCP材料。

圖：智能3D打印LED燈，微航磁電用立體電路材料3D打印而成

2.工程注塑（注塑）

此工序即是將專用原材料通過注塑成型得到規(guī)定形狀的注塑件。這道工序除了常規(guī)的殼料注塑要求，還要求在開模的時候，盡量避免合模線在線路區(qū)域，盡可能避免線路區(qū)域存在批鋒、毛刺、銳角等問題。

此外，立體電路產(chǎn)品殼體的注塑是嚴(yán)格禁止采用水口料的。

圖：JSW注塑機(jī)

3、激光鐳雕

產(chǎn)品殼體注塑好后，下一道工序就是激光鐳雕，進(jìn)行素材表面區(qū)域，線路圖案內(nèi)的素材表面進(jìn)行激光活化。激光鐳雕一般需要采用專用的激光設(shè)備和工裝夾具。根據(jù)3D線路圖案的形裝，采用不同的激光鐳雕機(jī)臺和工裝夾具。

國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出的大型流水線型激光機(jī)，可以通過六軸聯(lián)動，進(jìn)行復(fù)雜3D曲面的圖形鐳雕加工，不需要二次裝夾，取代進(jìn)口的三激光頭機(jī)器。

圖：流水線型六軸激光鐳雕機(jī)

4、表面化學(xué)鍍

塑膠殼體通過激光活化，在72小時之內(nèi)，就必須進(jìn)行表面化學(xué)鍍。表面化學(xué)鍍也稱無電解鍍或者自催化鍍，是在無外加電流的情況下借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離子還原成金屬，并沉積到零件表面的一種鍍覆方法。

在立體電路工藝中，因為要保證較強(qiáng)的附著力和金屬層的致密性，所以需要在化學(xué)鍍過程中，通過藥水的活性，嚴(yán)格控制銅的生長速度。通過調(diào)節(jié)藥水的PH值，控制藥水對素材的侵蝕。以及通過一些特殊的前處理工藝，解決產(chǎn)品化鍍開裂，金屬層保護(hù)的問題。

圖：NMT+LDS工藝中化鍍鋁基材的保護(hù)方案

5、立體噴錫

傳統(tǒng)的噴錫只能進(jìn)行平面噴錫，不能進(jìn)行立體電路的曲面噴錫，需要用到專用的設(shè)備方可以進(jìn)行。

圖：立體噴錫量產(chǎn)過程

6、立體焊接（貼片）

傳統(tǒng)SMT貼片稱為表面貼裝或表面安裝技術(shù)。它是一種將無引腳或短引線表面組裝元器件安裝在印制電路板（PCB）的表面或其它基板的表面上，通過回流焊或浸焊等方法加以焊接組裝的電路裝連技術(shù)。而立體貼片是相對于傳統(tǒng)的SMT貼片，實(shí)現(xiàn)在3D曲面的塑膠殼體上，進(jìn)行電子元器件的自動化貼裝工藝。這種立體貼裝的工藝主要是針對立體電路技術(shù)而發(fā)展起來的。

圖：耳機(jī)線控組件貼片前（下）和貼片后對比

立體電路技術(shù)的發(fā)展涵蓋高分子材料學(xué)，機(jī)械制造、計算機(jī)控制、3D數(shù)據(jù)處理、激光應(yīng)用、化工基礎(chǔ)等學(xué)科。根據(jù)立體電路行業(yè)資深專家周紅衛(wèi)先生的介紹，立體電路的關(guān)鍵技術(shù)研究主要是在三個方面：

1、立體電路新材料

新材料是應(yīng)用基礎(chǔ)，開發(fā)不同性能，特性的立體電路材料是將立體電路拓展到各個應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)。

2、激光加工裝備

激光加工精度的提升，加工幅面的增大，是解決立體電路朝一大一小（大型汽車零部件表面電路化、微小型精密電子器件封裝）兩個方向發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)。

3、表面化學(xué)鍍藥水升級

通過表面化學(xué)鍍藥水的升級改善，才是降低工業(yè)應(yīng)用成本，提升生產(chǎn)效率，保證立體電路產(chǎn)品良率的關(guān)鍵，同時如何將表面化學(xué)鍍工藝，更節(jié)能，更環(huán)保。也是規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用研究的關(guān)鍵方向。

圖：利用LDS技術(shù)制作的名片工藝品，圖中金色字體部分為相應(yīng)的線路

1.成熟的手機(jī)天線市場

立體電路技術(shù)最早應(yīng)用于手機(jī)天線市場，隨著4G市場的成熟和5G的到來，未來信號天線的復(fù)雜度將更加提升，傳統(tǒng)的FPC天線是完全無法滿足其需求的，同時LDS天線，因為其高度的一致性，優(yōu)異的過孔導(dǎo)通性能，同時簡化了手機(jī)組裝工藝。所以LDS天線已經(jīng)逐步成為手機(jī)天線行業(yè)的首選。

同時，參照LDS天線的應(yīng)用，在智能穿戴產(chǎn)業(yè)，攝像頭，指紋識別等精密器件上，原來采用FPC工藝的組件，也開始逐步被LDS工藝所取代，直接把天線通過LDS工藝做成塑膠殼體曲面上。

圖：立體電路在智能眼鏡上的應(yīng)用

2.電動汽車零部件領(lǐng)域

2015年隨著特斯拉的出世、電動汽車市場爆發(fā)，電動汽車的輕量化，電子化成為主要發(fā)展方向。其中電動汽車的輕量化方向就是全塑化，電子化的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)就是表面電路化，而表面電路化的核心技術(shù)就是立體電路。

圖：2016年CES展上BOSCH采用全塑化結(jié)構(gòu)車身，應(yīng)用立體電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)表面電路化

可以預(yù)期的未來的汽車零部件，絕大部分將采用全塑化結(jié)構(gòu)（部件零件需要加強(qiáng)的，則采用NMT工藝）注塑成型。然后采用立體電路技術(shù)，制備結(jié)構(gòu)+電氣功能為一體的汽車零部件。（國內(nèi)的材料供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)出適用NMT+LDS工藝的材料，如：PPS、PBT、PA10T等。甚至還開發(fā)出了可以進(jìn)行3D打印的立體電路材料。了解更多LDS和NMT的關(guān)系請點(diǎn)擊查看：這三種塑膠+金屬技術(shù)：LDS、NMT、MIM，不要再傻傻的分不清！）

3.微小型精密電子封裝

通過激光加工裝備的改進(jìn)，獲得微細(xì)線路和精密線路圖案的成型。通過立體電路技術(shù)，可以對一些微小型的精密電子部件，進(jìn)行封裝。

圖：貼片式傳感器

4.光電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

立體電路技術(shù)利用其復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型的特點(diǎn)，以及表面金屬化的特點(diǎn)。可以廣泛應(yīng)用于光電產(chǎn)業(yè)。如曲面LED燈基座，無線快充散熱基座，動力電池散熱組件等方面。

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本文部分素材和圖片來源于深圳微航磁電技術(shù)有限公司，艾邦高分子編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明來源。

圖：深圳微航磁電技術(shù)有限公司董事長周紅衛(wèi)（左）和艾邦高分子創(chuàng)始人江耀貴

關(guān)于微航磁電

深圳微航磁電技術(shù)有限公司成立于2011年，是一家基于激光塑料、磁電材料等新材料開發(fā)，通過自主研發(fā)的新裝備，采用新工藝，制作新型電子元器件、電子產(chǎn)品的國家高新技術(shù)企業(yè)。目前，擁有兩條自主研發(fā)的激光鐳雕生產(chǎn)線，40余臺鐳雕機(jī)和一條90米長全自動PLC控制的進(jìn)口藥水化鍍生產(chǎn)線。主要服務(wù)于智能手機(jī)天線、智能穿戴、微電子器件領(lǐng)域，還計劃向汽車零部件、精密電子、光電領(lǐng)域進(jìn)行定制化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究。周紅衛(wèi)先生微信：Z7779888

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