[发明专利]基于熔融沉积成型3D打印工艺的电路板设计与制造方法

说明书

本发明是基于熔融沉积成型3D打印工艺的电路板设计与制造方法，采用计算机辅助设计软件设计电路板基座及电路衬底的三维模型。应用3D打印切片软件对于电路板基座及电路衬底三维模型进行组装，根据设定的打印参数进行切片处理，将三维模型转换成驱动熔融沉积成型3D打印机的数控编程语言代码。应用熔融沉积成型3D打印机制造电路板基板，其中基座部分采用非可镀塑料打印，而电路衬底则采用可镀塑料打印。利用选择性化学镀工艺仅在可镀塑料表面沉积金属或合金层形成导电电路。采用导电胶或低温焊料在电路板上安装电子元器件。本发明将熔融沉积成型3D打印工艺和化学镀工艺相结合，快速制造定制化电路板，可广泛应用于各类型定制化电子产品的开发和制造。

技术领域

本发明涉及一种基于熔融沉积成型3D打印工艺的电路板设计与制造方法，属于增材制造技术领域。

背景技术

电路板是电子产品中的重要部件，它不但是各类电子元器件的支撑体，而且是电子元器件电气连接的载体。由于同类电路板的工艺一致性，避免了人工连线的失误，并可实现电子元器件自动安装、自动焊接、自动检测，保证了电子产品的质量，提高了生产率、降低了成本，便于后期维修。传统电路板制造工艺主要包括：开料、沉铜、图形转移、图形电镀、退膜、蚀刻、绿油、成型等步骤，工艺较为成熟，非常适合与大批量生产，但是生产工序繁多，生产周期长，前期投入成本较高。随着创新型经济的兴起，新型电子产品的迭代速度明显加快，企业普遍希望缩短产品设计开发周期，让产品尽快投入市场，抢占市场份额，另一方面，消费者对于个性化、定制化电子产品的需求不断扩大，这就要求企业从大批量的传统制造模式转向个性化快速生产。电路板作为电子产品中的重要部件也面临相应的市场要求，而传统制造工艺难以满足所有需求。新型电子产品的研发速度不断提高，同时消费者对于个性化、定制化电子产品的需求增长，使得传统的面向大规模生产的电路板制造工艺面临挑战。而3D打印技术虽然可以作为替代方法，但是目前普遍采用导电墨水形成电路结构，使得电路板机械强度偏低，导电性能有限。

3D打印技术是一种依据3D设计数据通过逐层材料累加的方法制造实体零件的新型制造技术。近年来，3D打印技术取得了长足的发展，实现了加工工艺和原材料的多样化和体系化。常见的增材制造工艺包括：选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、熔融沉积成型、光固化成型等等。可加工材料涵盖了金属、热塑性塑料、光固化树脂、石膏、陶瓷、可食用材料等。该技术可以针对实际需求，设计和制造出定制化的产品，并可以实现小批量快速生产，非常适合应用于新产品原型试制与个性化产品制造。该技术目前已应用于电路板制造领域，主要应用3D打印技术制造电路板基底，再利用喷墨打印、气溶胶喷射、点胶工艺等方法在3D打印基底表面打印导电墨水形成电路。但是，导电墨水中所含的部分溶剂对3D打印基底有腐蚀性，且机械强度有限，易脱落或断裂；另外，导电墨水的电导率相对于传统印刷电路板上的金属导线有较大差距，这些都影响了3D打印电路板的性能。

发明内容

本发明提出基于熔融沉积成型3D打印工艺的电路板设计与制造方法，应用化学镀工艺在熔融沉积成型工艺制造的基底上选择性沉积金属或合金层，形成了高机械强度、高导电性的电路结构。

本发明是基于熔融沉积成型3D打印工艺的电路板设计与制造方法，所述方法包括以下步骤：首先，用计算机辅助设计软件分别设计电路板基座及电路衬底的三维模型；其次，应用3D打印切片软件对于电路板基座及电路衬底模型进行组装，形成整个电路板的三维模型，并根据设置的打印温度、层厚、速度等参数对模型进行切片处理，获得驱动熔融沉积成型3D打印机的数控编程语言代码；之后，使用熔融沉积成型3D打印机制造电路板基板，其中基座部分采用非可镀塑料打印，而电路衬底则采用可镀塑料打印；然后，应用化学镀工艺在可镀塑料构成的电路衬底表面沉积金属或合金层形成导电电路；最后，利用导电胶或低温焊料在电路板上安装电子元器件，完成电路板制造。

本发明提出的基于熔融材料沉积3D打印工艺的电路板设计与制造技术的方法如下：

1）三维模型设计：应用计算机辅助设计软件分别设计电路板基座及电路衬底的三维模型；