[發明專利]基于3D打印陶瓷與金屬線路的一體化制備方法

有效

• 申請號: 201811005714.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN108901138B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李超;尹恩懷;安占軍
• 申請（專利權）人: 西安瑞特三維科技有限公司
• 主分類號: H05K3/10
• 分類號: H05K3/10;H05K1/03
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種基于3D打印陶瓷與金屬線路一體化制備的方法，采用3D打印方法將陶瓷胚料進行打印堆疊成型，在打印過程中設置暫停動作，采用數字化點膠的方式將導電漿料布置于胚體預留槽內，恢復陶瓷胚體打印將線路層封裝，通過兩個過程交替完成內含金屬線路陶瓷胚體打印。通過爐體燒結為陶瓷體，實現陶瓷體與金屬化線路一體化制備。本發明將陶瓷的燒結過程和后期線路的燒結過程合為一道工序，省去了線路后續的二次封裝。電子線路采用高溫漿料或者已成型的金屬材料，通過燒結實現低電阻率導線線路的制備，避免低溫漿料引起電阻率增大、耐受性差及無法實現焊接的缺點。本發明可實現異形陶瓷結構件的功能化，滿足陶瓷基電子產品高效、低成本一體化制造。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及了一種基于3D打印陶瓷與金屬線路的一體化制備方法。

背景技術

隨著5G通信和無線充電等技術的快速發展，現有的以塑料作為介質材料的電子功能結構件，在介電損耗、耐高溫、大功率、大電流等很多方面將難以滿足工藝、技術和應用需求；而陶瓷基的電子功能結構件在介電損耗、耐高溫、大功率、大電流等方面具有極為優異的綜合性能。因此陶瓷基功能結構件具有重要的實際應用前景。在低溫共燒陶瓷技術(LowTemperature Co-fired Ceramic LTCC)方面，由于是其技術特點為采用生瓷帶布線疊層后共燒，針對異型無源器件的制造則難以實現，因此有待開發新的技術解決這一難題。傳統陶瓷基金屬線路圖形的制備主要為在已成型的陶瓷基材上進行鍍覆蝕刻、噴印及膠貼等方式。通過對比這些工藝過程可以發現，首先必須先將陶瓷基材進行模塑燒結成型后，在已成型的陶瓷體上再次進行二次加工，其中包括鍍、蝕刻、燒結等工藝，且后續需要經過二次封裝保護等。可以看到從陶瓷基金屬線路的制造前端到后端整個過程，需要經過多個工藝過程流轉，流轉周期長、效率低。且針對復雜陶瓷結構模型制備金屬線路，往往受到已成型陶瓷體結構的干涉，使得后期制備金屬線路難度增大。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種基于3D打印陶瓷與金屬線路的一體化制備方法，利用3D打印技術實現在陶瓷基材結構的打印，在打印過程中將線路置于陶瓷體內部，將陶瓷的燒結過程和后期線路的燒結過程合為一道工序，省去了線路后續的二次封裝。實現過程中電子線路采用高溫漿料或者已成型的金屬材料，通過燒結可以實現低電阻率導線線路的制備，避免了低溫漿料引起的電阻率增大、耐受性差及無法實現焊接的缺點。采用陶瓷與線路一體化的制備可實現異形陶瓷結構件的功能化，滿足陶瓷基電子產品高效、低成本一體化制造。

本發明可應用于未來手機5G天線及無線充電一體化制備、LTCC工藝的替代，方便初期設計模型的快速驗證及迭代，縮短研發周期。使用該工藝方法也可以實現以陶瓷為基材的異形結構上金屬線路的制備，且可實現金屬線路的陶瓷封裝，避免了傳統制造的多道工序。

本發明的技術方案為：

所述一種基于3D打印陶瓷與金屬線路的一體化制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：按照設計的陶瓷三維模型，采用擠出類型的3D打印方法打印陶瓷胚體，打印艙室內輔助100-200℃的環境溫度；其中陶瓷三維模型中包括金屬線路預留槽；

步驟2：在陶瓷胚體成型過程中，通過程序控制在打印完成金屬線路預留槽部位后暫停打印；

步驟3：采用數字化點膠的方法將導電漿料布置于已打印模型預設槽內，并設置10～15min停留時間；

步驟4：停留時間之后，恢復陶瓷胚體的打印過程，將金屬線路封裝于槽內；

步驟5：重復步驟1～步驟4，交替進行陶瓷胚體打印和金屬線路布置兩個過程，直至完成帶有金屬線路圖形陶瓷胚體的制作；

步驟6：將制作完成的陶瓷胚體送入燒結爐內進行燒結，完成含金屬線路陶瓷體的定型。