供稿人：張夢慧、曹毅 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-06-25
三維電子產(chǎn)品能夠?qū)⒐δ茈娐芳傻?D器件中，具有輕量化、高集成度和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，是航空航天等領(lǐng)域未來電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。然而，采用噴墨、氣溶膠噴射打印等電路制造工藝，需要對組件整體進(jìn)行燒結(jié)處理來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電層性能，通用性低。因此亟需發(fā)展高效高質(zhì)量的三維共形電子器件制造新方法。
華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心團(tuán)隊(duì)提出將熔融沉積成型和激光活化金屬技術(shù)結(jié)合，在3D打印的PEEK零件上創(chuàng)建三維共形金屬圖案的復(fù)合增材制造。研究發(fā)現(xiàn)熔融成型基板的打印紋理和孔隙會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電鍍層精度下降，為了克服上述問題，在激光活化金屬之前對熔融沉積成型PEEK進(jìn)行疏水處理，以改變其表面性能，最終將沉積的銅線分辨率提升至60μm。
圖1 熔融沉積成型-疏水涂層輔助激光活化金屬化復(fù)合增材制造技術(shù)示意圖
首先，為了盡可能獲得低粗糙度的PEEK介質(zhì)基板，重點(diǎn)研究了打印填充間距和后處理工藝對于熔融沉積成型PEEK基板表面粗糙度的影響規(guī)律，當(dāng)填充間距分布在0.38mm-0.40mm范圍內(nèi)時(shí)，獲得了最低的表面粗糙度，通過拋光處理后，其粗糙度可降低到0.47μm；其次，研究了激光對PEEK以及PdCl2的作用機(jī)制，得到了具有高表面積。高極性微觀形貌的激光工藝參數(shù)，從而得到了均勻致密且粘結(jié)性能良好的銅層；然后，針對熔融沉積成型PEEK基板表面存在打印孔隙導(dǎo)致金屬層沉積精度下降的問題，研究者提出疏水涂層輔助激光活化的方法，提升了PdCl2前驅(qū)體溶液在基板表面的浸潤選擇性，避免了活化液流入孔隙導(dǎo)致的“溢鍍”現(xiàn)象，并最終將銅線精度提升至60μm。
圖2 通過疏水涂層輔助激光活化金屬化制備的銅層：（a）銅層邊緣；（b）截面形貌；（c、d）60μm銅線
熔融沉積成型PEEK基板不可避免的存在缺陷，如印刷邊框和孔隙，具有較低表面質(zhì)量，導(dǎo)致的沉積Cu圖案精度較低，該研究引入一種可去除的疏水涂層，在激光活化金屬之前改變?nèi)廴诔练e成型PEEK的表面性能，獲得高精度的三維共形電路，為三維電子器件的一體化制造提供了一種可行性方法，該復(fù)合增材制造技術(shù)在多層異質(zhì)材料疊層制造、孔內(nèi)金屬化以及高密度多層互聯(lián)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。