基于电场的加工装置和加工方法

文档序号:149759 发布日期:2021-10-26 浏览:44次 >En<

阅读说明:本技术 基于电场的加工装置和加工方法 (Electric field-based machining device and machining method ) 是由 季鹏凯 于 2020-04-23 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种基于电场的加工装置和加工方法,装置包括可沿中轴线转动且可导电的成型转鼓、至少一个光电层、电源和箱体,光电层呈转鼓状且内、外层相互结合的透明导电层和光控导电层,箱体中装有离子液,光电层可转动且部分浸没地设置于离子液中,成型转鼓与所述光电层相对应平行匹配设置,光电层突出于离子液的外侧面上通过光电层的转动附着有离子液层且所述离子液层与成型转鼓的成型表面保持电连接,电源的一极与成型转鼓电连接、另一极与透明导电层电连接,光束自光电层内部透过所述透明导电层可选择性地照射光控导电层。本发明能够实现形状可控的电沉积和电蚀刻加工,提高加工精度和效率,有利于实现复杂结构模型的加工。(The invention relates to a processing device and a processing method based on an electric field, the device comprises a forming rotary drum which can rotate along a central axis and can conduct electricity, at least one photoelectric layer, a power supply and a box body, wherein the photoelectric layer is in a rotary drum shape, an inner layer and an outer layer of the photoelectric layer are mutually combined to form a transparent conducting layer and a light-operated conducting layer, ionic liquid is filled in the box body, the photoelectric layer is rotatably and partially immersed in the ionic liquid, the forming rotary drum and the photoelectric layer are correspondingly arranged in parallel and matched, the photoelectric layer is protruded out of the outer side face of the ionic liquid, an ionic liquid layer is attached to the outer side face of the photoelectric layer through rotation of the photoelectric layer, the ionic liquid layer is electrically connected with the forming surface of the forming rotary drum, one pole of the power supply is electrically connected with the forming rotary drum, the other pole of the power supply is electrically connected with the transparent conducting layer, and light can selectively irradiate the light-operated conducting layer from the inside of the photoelectric layer through the transparent conducting layer. The invention can realize the shape-controllable electro-deposition and electro-etching processing, improves the processing precision and efficiency and is beneficial to realizing the processing of a complex structure model.)

基于电场的加工装置和加工方法

技术领域

本发明属于电沉积和电蚀刻加工的技术领域,特别是涉及一种基于电场的加工装置和加工方法。

背景技术

现有电化学沉积、微电铸或电解蚀刻过程中,过程相对复杂且成本高,普遍存在缺乏灵活性和精度不足的问题。

例如在电铸过程中,通常需要定制阳极,电铸不同的模型则需要定制不同的阳极,这对于少量模型的制作成本高且费时。电解加工中比较典型的如掩膜电解过程中需要对阳极进行涂胶、曝光、显影等多步工序,费时费力,成本高。同样,对于不同的加工图案需要定制不同的阳极掩膜图案。即使采用电解转印工艺,也依然需要制作针对性的图案掩膜(工具阴极),工艺繁琐,灵活性较差。

采用电解的方法也是生产成型箔(如铜箔)的重要工艺方法,例如基于电沉积过程生产铜箔的生箔电解工艺中以表面光滑的连续转动的金属辊筒为阴极,通过电解反应连续地在阴极辊筒表面电解沉积上金属铜,同时连续地从阴极辊筒上剥离生成铜箔。采用此工艺不能选择性的生成具有图案的成型箔,也不能生产具有选择性的厚度排布的成型箔。例如常规的制作印制电路板(PCB)时,往往先将铜箔与绝缘材料结合(例如有机树脂)形成覆铜板,然后还会经过涂布感光油或贴感光干膜,曝光,显影,蚀刻和褪膜等等复杂过程才能生成预设的铜层图案,每层铜图案往往需要分别定制底片(如菲林,银盐感光胶片),且过程中采用多种化学材料进行多次清洗,过程繁琐、不灵活且不环保。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电场的加工装置和加工方法,实现形状可控的电沉积和电蚀刻加工,提高加工精度和效率,有利于实现复杂结构模型的加工。

第一,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括可沿中轴线转动且可导电的成型转鼓、至少一个光电层、电源和箱体,所述光电层呈转鼓状且包括内、外层相互结合的透明导电层和光控导电层,所述箱体中装有离子液,所述光电层可转动且部分浸没地设置于离子液中,所述成型转鼓与所述光电层相对应平行匹配设置,所述光电层突出于离子液的外侧面上通过光电层的转动附着有离子液层且所述离子液层与所述成型转鼓的成型表面保持电连接,所述电源的一极与成型转鼓电连接、另一极与透明导电层电连接,光束自光电层内部透过所述透明导电层可选择性地照射光控导电层。

所述电源的负极与成型转鼓电连接、正极与所述光电层的透明导电层电连接,所述光束透过透明导电层可选择性地照射光控导电层并在成型转鼓的成型表面进行选择性电沉积形成形状可控的沉积模型,所述离子液层通过与所述成型转鼓的成型表面接触或通过与沉积模型接触实现与所述成型转鼓的成型表面保持电连接。

所述成型转鼓的成型表面形成连续的沉积模型,所述沉积模型沿成型转鼓成型表面剥离形成成型箔。

还包括用于在成型箔上进行选择性光固化结合光敏树脂层的光敏树脂光固化打印机构。

还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合得到的复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,所述基材两侧分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合得到双面复合结构的成型箔。

还包括在所述成型转鼓与光电层之间部分贴绕在所述成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送的导电膜,所述光束选择性地照射光控导电层并在所述导电膜相对光电层的表面进行选择性电沉积形成形状可控的成型箔。

还包括用于向所述成型转鼓的成型表面导入纤维的导辊,所述纤维随电沉积过程集成到沉积模型或者成型箔中。

光控导电层为PN结结构层、PIN光电二极管结构层、PNP三极管结构层或者光导材料层。

所述成型转鼓与光电层之间可间断性或者连续性地沿成型转鼓的径向相对远离移动。

所述箱体内部设有与光电层外表面间隙配合或者滑动配合的刮板,所述箱体的内腔通过刮板分割形成高浓度离子液区和低浓度离子液区,所述高浓度离子液区和低浓度离子液区分别与离子液补充装置连接形成离子液补充回路。

所述电源的正极与成型转鼓电连接、负极与透明导电层电连接,光束穿过透明导电层可选择性地照射光控导电层在成型转鼓的成型表面进行选择性电蚀刻形成形状可控的蚀刻凹槽。

还包括待蚀刻的成型箔,所述成型箔在所述成型转鼓与光电层之间部分贴绕在成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送,所述电源的正极与所述成型箔电连接、负极与透明导电层电连接,光束穿过透明导电层可选择性地照射光控导电层在成型箔相对光电层的表面进行选择性电蚀刻形成形状可控的蚀刻凹槽。

所述透明导电层的表面铺设有具有预设图案透光区的掩膜。

包括若干级该基于电场的加工装置,第一级基于电场的加工装置的成型转鼓形成连续的成型箔,所述成型箔通过辊轮导向依次经过下级基于电场的加工装置并与所述下级基于电场的加工装置的成型转鼓贴绕,通过所述下级基于电场的加工装置在所述成型箔上继续进行选择性电沉积加工和\或选择性电蚀刻加工。

还包括用于对成型箔上残留的离子液体进行清除的清洁装置。

所述下级基于电场的加工装置中至少有一级基于电场的加工装置中的离子液也可以采用电泳液用于在所述成型箔上进行选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层。

第二,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括可沿中轴线转动且可导电的成型转鼓、至少一个光电层、电源、箱体和支撑座,所述光电层包括相互结合的透明导电层和光控导电层,所述箱体内装有离子液,所述成型转鼓至少部分浸没在离子液中,所述支撑座设置在箱体上且与箱体之间保持滑动密封配合,所述光电层设置于支撑座的内侧端且光控导电层朝向成型转鼓的成型表面并与成型转鼓的成型表面相对应,,所述光控导电层与成型转鼓之间填充有离子液,所述电源的一极与成型转鼓电连接、另一极与透明导电层电连接,光束自光电层外侧透过所述透明导电层可选择性地照射所述光控导电层。

所述电源的负极与成型转鼓电连接、正极与所述光电层的透明导电层电连接,所述光束透过透明导电层可选择性地照射光控导电层并在成型转鼓的成型表面进行选择性电沉积形成形状可控的沉积模型。

所述成型转鼓的成型表面形成连续的沉积模型,所述沉积模型沿成型转鼓成型表面剥离形成成型箔。

还包括用于在成型箔上进行选择性光固化结合光敏树脂层的光敏树脂光固化打印机构。

还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合得到的复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,所述基材两侧分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合得到双面复合结构的成型箔。

还包括在所述成型转鼓与光电层之间部分贴绕在所述成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送的导电膜,所述光束选择性地照射光控导电层并在所述导电膜相对光电层的表面进行选择性电沉积形成形状可控的成型箔。

还包括用于向所述成型转鼓的成型表面导入纤维的导辊,所述纤维随电沉积过程集成到沉积模型或者成型箔中。

光控导电层为PN结结构层、PIN光电二极管结构层、PNP三极管结构层或者光导材料层。

所述成型转鼓与光电层之间可间断性或者连续性地沿成型转鼓的径向相对远离移动。

所述电源的正极与成型转鼓电连接、负极与透明导电层电连接,光束穿过透明导电层可选择性地照射光控导电层在成型转鼓的成型表面进行选择性电蚀刻形成形状可控的蚀刻凹槽。

还包括待蚀刻的成型箔,所述成型箔在所述成型转鼓与光电层之间部分贴绕在成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送,所述电源的正极与所述成型箔电连接、负极与透明导电层电连接,光束穿过透明导电层可选择性地照射光控导电层在成型箔相对光电层的表面进行选择性电蚀刻形成形状可控的蚀刻凹槽。

包括若干级该基于电场的加工装置,第一级基于电场的加工装置的成型转鼓形成连续的成型箔,所述成型箔通过辊轮导向依次经过下级基于电场的加工装置并与所述下级基于电场的加工装置的成型转鼓贴绕,通过所述下级基于电场的加工装置在所述成型箔上继续进行选择性电沉积加工和\或选择性电蚀刻加工。

还包括用于对成型箔上残留的离子液体进行清除的清洁装置。

所述下级基于电场的加工装置中至少有一级基于电场的加工装置中的离子液也可以采用电泳液用于在所述成型箔上进行选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层。

第三,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括可沿中轴线转动且可导电的成型转鼓、光电层和电源,所述光电层包括内、外层相互结合的光控导电层和透明导电层且内部中空,所述成型转鼓设置于光电层内部且与光电层之间形成离子液的间隙流道,所述间隙流道中填充有离子液,所述成型转鼓至少部分浸没在离子液中,所述电源的负极与成型转鼓电连接、正极与透明导电层电连接,光束自光电层外侧透过所述透明导电层可选择性地照射所述光控导电层并在成型转鼓的成型表面进行选择性电沉积得到形状可控的沉积模型,所述沉积模型沿成型转鼓成型表面剥离形成成型箔。

还包括用于在成型箔上进行选择性光固化结合光敏树脂层的光敏树脂光固化打印机构。

还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合得到的复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,所述基材两侧分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合得到双面复合结构的成型箔。

还包括在所述成型转鼓与光电层之间部分贴绕在所述成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送的导电膜,所述光束选择性地照射光控导电层并在所述导电膜相对光电层的表面进行选择性电沉积形成形状可控的成型箔。

还包括用于向所述成型转鼓的成型表面导入纤维的导辊,所述纤维随电沉积过程集成到成型箔中。

光控导电层为PN结结构层、PIN光电二极管结构层、PNP三极管结构层或者光导材料层。

所述光电层为与成型转鼓同轴设置的圆弧曲面形状,所述光电层与成型转鼓之间的间隙流道的厚度均匀一致。

所述光电层的相对侧分别设有离子液输入口和离子液输出口,所述离子液通过离子液输入口输入、沿间隙流道流动并从离子液输出口输出。

所述成型转鼓为转鼓状的第二光电层,所述第二光电层包括内、外层相互结合的第二透明导电层和第二光控导电层,所述电源的负极与第二透明导电层电连接,第二光束自成型转鼓内部透过所述第二透明导电层可选择性地照射所述第二光控导电层并在成型转鼓的成型表面进行形状可控的电沉积形成沉积模型。

所述透明导电层的表面铺设有具有预设图案透光区的掩膜。

包括若干级该基于电场的加工装置,第一级基于电场的加工装置的成型转鼓形成连续的成型箔,所述成型箔通过辊轮导向依次经过下级基于电场的加工装置并与所述下级基于电场的加工装置的成型转鼓贴绕,通过所述下级基于电场的加工装置在所述成型箔上继续进行选择性电沉积加工。

还包括用于对成型箔上残留的离子液体进行清除的清洁装置。

所述下级基于电场的加工装置中至少有一级基于电场的加工装置中的离子液也可以采用电泳液用于在所述成型箔上进行选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层。

第四,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括成型转鼓、电源和阳极板,所述成型转鼓为转鼓状的光电层,所述光电层包括内、外层相互结合的透明导电层和光控导电层,所述阳极板与所述成型转鼓的成型表面相对应且所述阳极板与成型转鼓之间填充有离子液,所述成型转鼓可转动地且至少部分浸没地设置于离子液中,所述电源的负极与透明导电层电连接、正极与阳极板电连接,光束自成型转鼓内部透过所述透明导电层可选择性地照射光控导电层并在成型转鼓的成型表面进行选择性电沉积得到形状可控的沉积模型,所述沉积模型沿成型转鼓成型表面剥离形成成型箔。

还包括用于在成型箔上进行选择性光固化结合光敏树脂层的光敏树脂光固化打印机构。

还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合得到的复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,所述基材两侧分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合得到双面复合结构的成型箔。

还包括覆在所述成型转鼓外周面的异向异性导电层,所述光束选择性地照射光控导电层并在异向异性导电层的外周面进行选择性电沉积得到形状可控的沉积模型,所述沉积模型沿异向异性导电层外周面的切线方向剥离形成成型箔;

或者,还包括在所述离子液中部分贴绕在所述成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送的导电膜,所述导电膜为异向异性导电,所述光束选择性地照射光控导电层并在所述导电膜背离光电层的表面进行选择性电沉积形成形状可控的成型箔。

还包括用于向所述成型转鼓的成型表面导入纤维的导辊,所述纤维随电沉积过程集成到成型箔中。

光控导电层为PN结结构层、PIN光电二极管结构层、PNP三极管结构层或者光导材料层。

所述透明导电层的表面铺设有具有预设图案透光区的掩膜。

包括若干级该基于电场的加工装置,第一级基于电场的加工装置的成型转鼓形成连续的成型箔,所述成型箔通过辊轮导向依次经过下级基于电场的加工装置并与所述下级基于电场的加工装置的成型转鼓贴绕,通过所述下级基于电场的加工装置在所述成型箔上继续进行选择性电沉积加工。

还包括用于对成型箔上残留的离子液体进行清除的清洁装置。

所述下级基于电场的加工装置中至少有一级基于电场的加工装置中的离子液也可以采用电泳液用于在所述成型箔上进行选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层。

第五,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括成型转鼓、导电膜、电源和阳极板,所述成型转鼓为转鼓状的透明导电层,所述阳极板与所述成型转鼓的外侧面相对应且所述阳极板与成型转鼓之间填充离子液,所述成型转鼓可转动地且至少部分浸没地设置于离子液中,所述导电膜在所述离子液中部分贴绕在成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送,所述导电膜为光控导电层,所述电源的负极与透明导电层电连接、正极与阳极板电连接,光束自成型转鼓内部透过透明导电层可选择性地照射所述导电膜并在导电膜被照射的表面进行选择性电沉积形成形状可控的成型箔。

还包括将基材与导电膜上的成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合后导电膜脱离得到复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与导电膜上的成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,两侧的基于电场的加工装置分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合后导电膜脱离得到双面复合结构的成型箔。

第六,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工装置,包括成型转鼓、导电膜、透明导电层和电源,所述成型转鼓为可转动、可导电结构,所述透明导电层内部中空,所述成型转鼓设置于透明导电层内部且与透明导电层之间形成离子液的间隙流道,所述间隙流道中填充有可流动的离子液,所述成型转鼓至少部分浸没在离子液中,所述导电膜在所述离子液中部分贴绕在成型转鼓上并随成型转鼓转动而传送,所述导电膜为光控导电层,所述电源的负极与成型转鼓电连接、正极与透明导电层电连接,光束自透明导电层外侧透过所述透明导电层和离子液可选择性地照射导电膜并在导电膜被照射的表面进行形状可控的电沉积形成成型箔。

还包括将基材与导电膜上的成型箔压合的压辊,所述基材与成型箔结合后导电膜脱离得到复合结构的成型箔。

或者,还包括将基材与导电膜上的成型箔压合的压辊,所述基材的两侧分别设有该基于电场的加工装置,两侧的基于电场的加工装置分别形成的成型箔分别通过压辊与基材的两侧结合后导电膜脱离得到双面复合结构的成型箔。

第七,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工方法,使用了上述第一、第二、第三或者第四中涉及电沉积的基于电场的加工装置,包括以下步骤:

(1)控制成型转鼓绕其中轴线转动;

(2)根据预加工的沉积模型的形状信息和成型转鼓的转角信息,通过算法控制光束透过透明导电层选择性地照射所述光控导电层,在所述成型转鼓的成型表面进行选择性电沉积形成形状可控的沉积模型,可以通过算法控制光束的照射强度分布和\或有效照射时间分布对沉积模型层图案不同位置的沉积厚度进行控制;

(3)所述沉积模型随成型转鼓转动,并从所述成型转鼓的成型表面剥离形成成型箔。

第八,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于电场的加工方法,使用了上述第一或者第二中涉及电蚀刻的基于电场的加工装置,包括以下步骤:

(1)控制成型转鼓绕其中轴线转动;

(2)根据预加工的蚀刻凹槽的形状信息和成型转鼓的转角信息,通过算法控制光束透过透明导电层选择性地照射所述光控导电层,在所述成型转鼓的成型表面进行选择性电蚀刻形成形状可控的蚀刻凹槽,可以通过算法控制光束的照射强度分布和\或有效照射时间分布对蚀刻凹槽不同位置的蚀刻深度进行控制。

有益效果

第一,本发明中通过选择性光照光控导电层(或光控导电膜),使得光控导电层的光照区域形成电导通区域,能够在光控导电层上得到形状可控的电极图案,在旋转的成型转鼓的成型表面附近的离子液或离子液层中形成形状可控的定域电场,从而能够实现灵活、精确的选择性电沉积增材制造或选择性电解蚀刻。采用旋转的成型转鼓可以进行连续的转动和连续的电沉积或电蚀刻,没有往复运动过程,更加适合具有圆周特征的零件的成型,或在轴类零件的表面蚀刻图案,或者选择性电沉积生成设定图案或厚度分布的成型箔,成型精度高,成型速度快,且应用灵活方便。成型转鼓的转动也利于离子液的更新流动,有利于提高电沉积和电蚀刻的效率。

第二,本发明中可以设置为多个基于电场的加工装置级联工作,或者让基于电场的加工装置与光固化机构或结合基材用的压辊配合,或者让多个成型头配合级联工作,不仅可以提升成型模型或成型箔成型加工的速度,还能够实现复杂结构模型或成型箔的成型制作,而且还能够实现不同材料(异质材料)复合模型或复合成型箔的成型制作,例如可以实现不同金属材料相结合的异质材料金属模型或复合材料成型箔的制作,而且电沉积与电蚀刻过程可以相互结合,可以更加精确和灵活地实现复杂成型箔图案或具有设定凸起结构的成型箔制作。

第三,本发明中通过成型转鼓的旋转可以快速形成具有设定图案的成型箔,还可以在贴绕在成型转鼓的导电膜上形成成型箔,利于成型箔的传送,此工艺方法简单且不用定制相应的模具、阳极或底片等。还可以进一步将其他的基材,如如树脂薄膜,与具有预设图案或厚度分布的成型箔(如铜箔)结合,可以形成刚性电路板或柔性印制电路板,可以形成单面或双面具有设定导电线路的电路板,且工艺流程相比传统印制电路板的工艺流程大为简化,提升制作效率,降低成本和污染,同时更加灵活的形成线路和铜厚分布,可以提升印制电路板的导电性能。

附图说明

图1为本发明的选择性电沉积原理示意图。

图2为图1中的A-A剖面示意图。

图3为采用多个成型头进行选择性电沉积原理示意图。

图4为采用光控电解头进行选择性电沉积的原理示意图。

图5为本发明的选择性电解蚀刻原理示意图。

图6为图5中B-B剖面示意图。

图7为光电层在成型转鼓上选择性电沉积成型箔的示意图。

图8为多个光电层在成型转鼓上选择性电沉积复合材料成型箔的示意图。

图9为成型转鼓设置为光电层的选择性电沉积成型箔的示意图。

图10为图9中C-C剖面示意图。

图11为通过弧形光电层在成型转鼓上选择性电沉积成型箔的示意图。

图12为图11中D-D剖面示意图。

图13为双光电层实现选择性电沉积成型箔的示意图。

图14为通过多个基于电场的加工装置选择性电沉积成型箔的示意图。

图15为选择性电沉积的成型箔与基材结合并进一步选择性电蚀刻的示意图。

图16为图15中E-E剖面示意图。

图17为另一种选择性电沉积的成型箔与基材结合并进一步选择性电蚀刻的示意图。

图18为图17中F-F剖面示意图。

图19为选择性电沉积的成型箔上同步选择性与光固化树脂相结合的示意图。

图20为多个基于电场的加工装置进行电沉积和电蚀刻相结合形成选择性图案成型箔的示意图。

图21为图20中G-G剖面示意图。

图22为选择性电沉积的成型箔与基材结合并进一步选择性电沉积的示意图。

图23为形成纤维增强复合结构成型箔的示意图。

图24为基板两侧分别与选择性电沉积的成型箔结合的示意图。

图25为基板两侧分别与选择性电沉积的成型箔结合并进一步电蚀刻的示意图。

图26为图25中X部分的局部放大示意图。

图27为基于导电膜上进行选择性电沉积的示意图。

图28为导电膜为异向异性导电材料的示意图。

图29为基于光控导电膜上进行选择性电沉积的示意图。

图30为基于光控导电膜上进行选择性电沉积另一种实施例的示意图。

图31为图30中H-H剖面示意图。

图32为成型箔由导电膜转移到基材的示意图。

图33为两侧的成型箔由导电膜转移到基材两侧的实施例示意图。

图34为光束照射图案、照射强度分布、照射时间分布的控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1和图2示意一种在旋转的成型转鼓1上进行选择性电沉积成型的方法和成型装置,包括成型转鼓1,成型头,电源6,成型头包括转鼓状的光电层2和箱体31,在箱体31内设置有离子液3,转鼓状的光电层2包括透明导电层21和附着在透明导电层21外侧的光控导电层22,透明导电层21可以透过光束51(即一定波长的电磁波)且能导电,光控导电层22在没有光束照射情况下不导电或电阻很大,受到光束照射的位置的可导电或电阻率减小。光电层2部分浸没在离子液3内,并可以绕轴线76沿箭头92转动(当然也可以沿箭头92相反的方向转动)。成型转鼓1的成型表面是可导电,成型转鼓1的成型表面是指结合沉积模型41的表面,如图中成型转鼓1的外表面,成型转鼓1或成型转鼓1的成型表面可绕轴线75旋转,例如沿箭头91所示方向转动,当然也可以沿箭头91所示相反方向转动。成型转鼓1的成型表面与光电层2对应平行匹配设置,两者的转动中轴线大体平行。电源6的负极与成型转鼓1电连接,也即表示可能与成型转鼓的成型表面电连接,电源6的正极与光电层2的透明导电层21电连接。电源6可以采用直流电源或脉冲电源,可以是输出电压或电流可调整的电源,如数字电源。当然,还可以在电回路中设置开关等器件,还可以包括电流检测器61,用于检测电沉积过程的电流,能够结合反馈的电流信号对装置的光照、转动或移动等进行控制。图2中示意成型头还可以包括光源5,例如光源5设置在转鼓状的光电层2的内侧,根据要沉积的图案进行选择性工作发出光束51朝向成型转鼓1的方向透过透明导电层21选择性照射光控导电层22,光源5也可以设置在光电层2的外部,可以通过镜组将光束51调整到光电层2的内部。光源5可以是LED阵列光源,或者是LCD光源,其他实施方式中还可以是DLP光源,或激光扫描光源。

电沉积成型过程中,光电层2绕轴线76转动过程中,将附着在光电层2表面上的离子液3带到光电层2上方,即光电层2与成型转鼓1之间的位置,形成离子液层39,调整成型转鼓1与转鼓状光电层2的间距,使得成型转鼓1或成型转鼓1上的沉积模型41与离子液层39接触。根据预电沉积沉积模型的层图案和成型转鼓1绕轴线75旋转的位置,光源5发射的光束51形成照射排列或图案,光束51朝成型转鼓1的方向透过透明导电层21选择性照射到光控导电层22上,照射处的光控导电层22导电,并通过透明导电层21和离子液层39、沉积模型41以及成型转鼓1与电源6形成回路,在光电层2与成型转鼓1之间的离子液层39中形成定域电场,离子液层39中的离子移动到沉积模型41上进行电沉积,形成电沉积成型层。同时,由于光电层2的转动,不断地将新的离子液3带动到光电层2与沉积模型4之间,补充新的离子液和离子,使得电沉积过程持续进行。随着成型转鼓1绕轴线75的转动,光束51根据层电沉积成型图案和成型转鼓1绕轴线75的转动角度信息动态调整对光控导电层22的照射图案,光电导电层22上的导电图案或线排列图案动态调整,从而将离子液3中的离子按照预成型的图案电沉积到成型转鼓1或沉积模型41上。如果仅仅需要一层的电沉积,则电沉积成型完成,如果需要多层电沉积,则完成一层的电沉积成型后,成型转鼓1可以沿箭头93移动设定的距离,当然也可以是光电层2沿箭头93相反的方向移动设定距离,实现成型转鼓1与光电层2之间的相对移动,然后光电层2进行下一层的选择性电沉积。重复此过程,直至整个沉积模型41电沉积成型完成。离子液层39与成型转鼓1的成型表面接触或与沉积模型41接触以保持与成型转鼓1的成型表面电连接,在开始时与离子液层39与成型转鼓1的成型表面接触,形成沉积模型41后离子液层39也可以只与沉积模型41接触。成型转鼓1绕轴线75转动的过程中成型转鼓1与光电层2之间可以连续的相对移动,例如成型转鼓1可以沿箭头93连续的移动,可以让电沉积层连续的卷绕堆叠到成型转鼓1上,更加快速和精确的形成沉积模型41。采用成型转鼓1转动进行电沉积,可以实现在成型转鼓1连续转动的过程中进行连续的电沉积,即可以提升电沉积速度,由于没有往复运动过程,且成型转鼓1与光电层2之间的转角和位置关系相比平移运动更容易精确控制,还利于提升沉积模型的精度。

图3示意还可以采用多个成型头同时进行电沉积成型。例如成型头A包括光电层2a,箱体31a,成型头B包括光电层2b,箱体31b。成型头A在成型转鼓1上电沉积形成模型部分41a,成型头B在成型转鼓1上电沉积形成模型部分41b,模型部分41a和模型部分41b的材料可以相同,通过两个成型头可以提升电沉积沉积速度,模型部分41a和模型部分41b的材料可以不同,形成复合材料(异质材料)的成型模型。图中还示意在成型头A中还可以设置刮板32固定在离子液箱体31的内侧,光电层2位于离子液3内部,例如可以设置在环绕光电层2最远离模成型平台1的位置。刮板32与光电层2保持微小间隙或滑动配合,将电化学之后的低离子浓度的离子液与离子液箱内的高浓度的离子液分割开,并可以让低浓度的离子液区(如图3中刮板32的上方的离子液)设置回流管路引出到离子液补充装置33中,然后再通过离子液补给管路流入到高浓度离子液区(图3中刮板32的下方区域),实现电沉积用电解液的补充。另外在成型头B的箱体31b内还可以设置离子液轮34,离子液轮34可以转动并与光电层2b之间保持合适的间距,加快光电层2b表面离子液层39b的更换。

图4示意还可以采用多个光控电解头同时进行电沉积成型。例如光控电解头包括光电层2和支撑座56,光控电解头设置在箱体31上,成型转鼓1设置在箱体31内并沿箭头91转动,箱体31内设置有离子液3。电沉积时光束51透过透明导电层21照射光控导电层22,随成型转鼓1的转动形成电沉积模型41。如果还需要沉积多层,则光控电解头可以沿箭头92移动,即支撑座56与箱体31之间可以保持滑动密封配合。还可以设置多个光控电解头(如图中示意设置4个)提升电沉积速度。另外,还可以在电沉积过程中加入纤维85,例如采用碳纤维材料,随电沉积过程中将纤维85集成到成型模型41中,提升成型模型41的强度。图中示意电源6的负极与成型转鼓1电连接,正极分别与各个光控电解头的透明导电层21电连接。前述各实施例特别适合用于圆形或环形或具有圆周阵列特性的部件的成型,例如轮毂、轴类、管类、弹簧类或螺旋桨等零件的成型。

如果前述图1到图4所示实施例中的电源6的电极对调,并将离子液3更换为蚀刻用电解液,则也可以用于对模型表面进行电蚀刻。如图5和图6示意的一种基于电化学的选择性电蚀刻加工装置,例如对成型转鼓1进行电解形成蚀刻凹槽49的结构。与电沉积装置不同的是,在电蚀刻装置中电源6的正极与成型转鼓1电连接,电源6的负极与光电层2的透明导电层21电连接。根据凹槽图案信息,光束51透过透明导电层21朝向成型转鼓1选择性照射光控导电层22,形成电极排列或电极图案,在光电层2与成型转鼓1之间形成定域电场,选择性地电解蚀刻,随成型转鼓1绕轴线75的转动在成型转鼓1上蚀刻形成预设的蚀刻凹槽49。光电层2沿箭头92转动将高浓度的离子液层39带走,并补充上新的低浓度离子液,确保电化学蚀刻持续进行。图6中示意光控导电层22还可以采用PN结构成,包括N型半导体层222和P型半导体层221。其中,P型半导体层222与透明导电层21贴合,N型半导体层221与离子液3电连接,如接触电连接,也可以是N型半导体层221表面设置导电的保护层,通过保护层与离子液3接触,实现连接导电,当然此保护层最好是由相互绝缘且阵列排布的导电单元形成,以防止电流在保护层内水平扩散影响电化学加工精度。图5中同样可以采用图3中的刮板32和离子液补充装置33形成离子液补充回路(图中未示出),实现电蚀刻用电解液的补充。

图7示意前述的实施例还可以用于生成具有预设图案或层厚分布的成型箔,电沉积过程中成型转鼓1沿箭头91转动,光电层2旋转形成离子液层39,离子液层39与成型转鼓1接触,光束51的选择性照射在成型转鼓1上形成设定图案和设定厚度分布的成型箔42。然后成型箔42从成型转鼓1的成型表面的切线方向剥离下来生成最终的成型箔。成型转鼓1相当于生箔电解工艺中的阴极滾筒,可以采用表面很光滑的不锈钢或钛滚筒。采用此实施例不仅可以实现设定图案和设定厚度分布的成型箔,而且还由于通过离子液层39进行电沉积,不沉积的区域不与离子液3接触,可以更好的避免不必要的电沉积,可以更加精确的控制成型箔层厚和图案分布,且电沉积过程中成型转鼓1不必浸没在离子液3中,可简化装置结构和减少离子液3的应用,并利于降低设备成本。还可以设置清洁装置69,例如喷淋和烘干等装置,将成型箔42表面处理。

图8示意采用图3所示的装置进行电沉积形成成型箔42。成型头A在成型转鼓1上选择性电沉积成型箔部分42a,成型头B在成型转鼓1上选择性电沉积形成成型箔部分42b。成型箔部分42a和成型箔部分42b的材料可以相同,可以提升成型箔电沉积速度,也可以不同,可以形成复合材料(异质材料)的成型箔。

图9和图10示意成型转鼓1由导电层2构成,转鼓状的导电层2的外侧表面形成成型转鼓1的成型表面,光电层2包括内、外层相互结合的光控导电层22和透明导电层21。成型转鼓1的成型表面至少部分浸没在离子液3中,离子液3中还设置有阳极板62。电源6的正极与阳极板62电连接,负极与透明导电层21电连接。成型转鼓1的成型表面沿箭头91转动,同时光束51透过透明导电层21选择性照射光控导电层22,在成型转鼓1的成型表面于阳极板62之间形成定域电场,在成型转鼓1的成型表面选择性电沉积形成设定图案的成型箔42,成型箔42从成型转鼓1的成型表面,最佳的沿成型表面切线方向剥离生成最终的成型箔。相比图7或图11所示方案,本实施方案由于光束51可以直接照射在成型转鼓1的成型表面上形成选择性导电的电极图案,可以更加精确的实现成型箔的选择性电沉积,且可以实现比图7所示方案更快的电沉积速度。离子液3还可以沿图中加粗箭头95流动,使得阳极板62与成型转鼓1的成型表面之间的离子液快速流动和更换。最优的阳极板62为与成型转鼓1的成型表面同心设置的圆弧形状,阳极板62为与成型转鼓1的成型表面之间的间隙均匀一致。图10示意光控导电层22还可以由PN结构成,包括N型半导体层222和P型半导体层221,其中N型半导体层222与离子液3电连接,P型半导体层221与透明导电层21贴合。当然光控导电层22也可以采用其他材料,如光导材料层。阳极板62可以为不溶性阳极,例如可以为铅锑合金(或铅银合金),采用钛。另外,阳极板62也可以采用与离子液3中的离子相对应的金属材料制作。另外,在成型转鼓1的成型表面还可以设置异向异性导电层(图中未示出),即采用具有异向异性导电特性的导电材料,沿垂直于异向异性导电层表面的方向可以导电,平行于异向异性导电层的方向不导电,例如采用异向异性导电胶或薄膜(ACA,ACP),成型箔42沉积在异向异性导电层的表面,如此可保护光控导电层22,还方便成型箔42的剥离。

图11和图12示意成型转鼓1设置在光电层2内侧,并在光电层2内侧设置有离子液3,成型转鼓1至少部分浸没在离子液3中,光电层2的相对侧分别设有离子液输入口35和离子液输出口36,使得离子液3能够在光电层2与成型转鼓1之间的间隙中沿箭头95流动,从而使得光电层2与成型转鼓1之间的间隙对应存在光照的路径内的离子液3不断更新。最优的光电层2为与成型转鼓1同轴设置的圆弧形状,成型转鼓1与光电层2之间的间隙均匀一致。电源6的正极与透明导电层21电连接,负极与成型转鼓1电连接。成型转鼓1绕轴线75沿箭头91转动,同时光束51透过透明导电层21朝向成型转鼓1的方向选择性照射光控导电层22,在光电层2为与成型转鼓1之间形成定域电场,在成型转鼓1的成型表面选择性电沉积形成设定图案的成型箔42,然后成型箔42与成型转鼓1的成型表面剥离形成最终的成型箔,例如最优的沿成型表面的沿切线方向剥离,减小应力。相比图7所示实施例,本实施方案中由于光电层2对成型转鼓1呈包围状,可以让更多的光束51同时照射同时实现更大面积的选择性电沉积,可以实现更快的电沉积速度。相比图9所示的实施例,本实施方案中由于光电层2在外侧对成型转鼓1呈包围状,光源可以设置在光电层2的外侧,设置和散热更加方便,且成型箔42不与光电层2接触,更利于提升光电层2的寿命。图12中示意光控导电层22还可以采用PN结形成,例如包括P型半导体层221和N型半导体层222,其中P型半导体层221可以为阵列式结构,并与离子液3电连接,N型半导体层222可以与透明导电层21贴合。当然光控导电层22也可以采用其他材料,如光导材料。成型箔42一般包括光面和毛面,光面是指成型箔42与成型转鼓1的成型表面相结合的表面,成型箔42的另一面为毛面。图中示意在成型箔42的毛面侧可以形成凹凸形状,实现成型箔42的不同厚度分布。随成型转鼓1的转动,利用少的光导层2面积或光照面积即可实现对整个成型转鼓1的环周选择性电沉积,可以在成型转鼓1的环周选择性电沉积的同时取下沉积好的沉积模型,可实现更加高效的沉积模型加工,成型转鼓1的转动也利于带动离子液的流动和更换,利于加快电沉积速度。此方案也可以采用图34所示的控制方式随成型转鼓的转动动态的调整光束51的照射图案。

图13示意在透明导电层21的表面铺设具有预设图案透光区55a的掩膜55,例如图13中示意掩膜55设置在透明导电层21的内侧,掩膜55上透光区55a之外的区域为不透明区,如此光束51a可以不必是选择性照射的光束,光束51a通过掩膜55的透光区55a形成设定的光照图案实现对光控导电层22的选择性照射,如此不必采用选择性照射的光源或光控系统,可大幅降低成本,适合标准图案的多次重复生产,另外此掩膜55与传统方法中的掩膜方法本质不同且更为简化,如不需要曝光和显影等工序。图13中可以采用图9中的阳极62,电源6的正极可以与阳极62电连接。还可进一步结合图11所示方案,阳极62替换为外侧呈包围状的光电层2b,形成双光电层结构,在光电层2和光电层2b之间设置离子液3,成型转鼓1的成型表面沿箭头91转动。采用此实施方案即可以高精确电沉积,提升电沉积速度。当然图13中也可以不采用掩膜55,而是类似图9让光束51a进行选择性照射。也可以在透明导电层21b的外表面铺设具有预设图案透光区55a的掩膜55,如此光束51b可不必采用选择性照射的光源或光控系统。

图14示意还可以采用多个基于电场的加工装置级联工作。例如第一基于电场的加工装置包括成型转鼓1a、光电层2a和电源6a,第二基于电场的加工装置包括成型转鼓1b、光电层2b和电源6b。第一基于电场的加工装置形成成型箔部分42a,成型箔42a经辊轮71支撑传送到第二基于电场的加工装置,在第二基于电场的加工装置继续电沉积形成成型箔部分42b。图中示意成型箔42a的毛面与成型转鼓1b接触,并在光面侧电沉积成型箔部分42b。成型箔部分42a和成型箔部分42b的材料可以相同,多个基于电场的加工装置可以加快成型箔的生成速度,成型箔部分42a和成型箔部分42b的材料可以不同,可以形成复合材料(异质材料)的成型箔。在第一基于电场的加工装置和第二基于电场的加工装置之间还可以设置成型箔清洁或表面处理装置(图中未示出),将成型箔表面清洁后在进行成型箔部分42b的电沉积。当然如果第二基于电场的加工装置的电源6b的正负极对调也可以用于对成型箔42a进行选择性蚀刻,例如对成型箔42a的光面进行蚀刻。另外,第二基于电场的加工装置中的离子液3b也可以采用电泳液,例如可以用于在成型箔42a上选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层42b。

图15示意还可以将基材81与成型箔42进行结合,例如可以形成绝缘和导电相结合的复合结构的成型箔。基材81可以为树脂薄膜材料,或者是绝缘薄膜材料,或者是其他的薄膜材料。压辊72将基材81与成型箔42压合,压合的过程中还可以对基材81或成型箔42进行加热,提升结合紧密性。图中示意基材81与成型箔42的毛面结合,让具有不同凸起的部分结合到基材81内,可以增强成型箔42与基材81的结合强度,还可以在基材81内形成一定的导电结构。复合结构的成型箔42的光面外露可以更好的与辊轮71配合。图中示意进一步还可以设置基于电场的加工装置,复合结构的成型箔42的基材侧卷绕贴合到成型转鼓1b上,可以对成型箔42进行选择性电蚀刻,可以在复合结构的成型箔的金属侧形成凹槽图案,或者让原来互联的成型箔之间断开,如图16中的蚀刻槽49,形成设定的多个导电路径。例如假设成型箔42为铜箔,基材81为有机树脂材料,例如玻纤布增强的环氧树脂材料,则复合结构的成型箔可以形成单面选择性覆铜的印制电路板(PCB),且此电路板不仅实现了导电线路的排布,而且还可以根据不同导电线路的需要设置不同的铜厚,且制作过程比传统的印制电路板制作工艺更为简化和灵活。另外,在第一基于电场的加工装置选择性电沉积形成成型箔42的过程中,可以让后续要断开部位的金属层尽量薄,如此可以大为缩短后续的蚀刻时间,提高印制电路板的制作效率,也利于减少污染。图16还示意光控导电层22包括N型半导体层222,P型半导体层221和阵列分布在P型半导体层221中的N型极224,其中N型极224与透明导电层21电连接,N型半导体层222与离子液3电连接。此导电层22相当于光敏三极管阵列,可以提升光电层2的对光束51的响应速度,利于提升电沉积的速度和精度。图中示意第二基于电场的加工装置的电源6b的正极通过成型转鼓1a与成型箔42电连接,负极与光电层2b的透明导电层21b电连接。

图17示意基于电场的加工装置形成的成型箔42经清洁或表面处理装置69处理后由压辊72将基材81与成型箔42结合,然后还可以通过成型头对成型箔进行选择性蚀刻。基于电场的加工装置包括成型成型转鼓1、光电层2a和电源6a,成型头包括部分浸没在离子液3中的转鼓状的光电层2b和箱体31。电源6b的正极与成型箔42电连接,例如可以通过导电辊73与成型箔42电连接,负极与光电层2的透明导电层21电连接。转鼓状的光电层2b绕轴线76转动形成离子液层39,离子液层39与成型箔42接触,通过光束51b的选择性照射在成型箔42上进行选择性蚀刻形成蚀刻凹槽49,可参看图18,蚀刻凹槽49可以将原本连接的成型箔42断开,例如可以形成设定的多个导电线路。相比图15所示的实施方案,此实施方案可以可减少复合结构的成型箔的变形,例如对于刚性印制电路板可以平直的通过成型头,可有效避免复合结构的成型箔的变形或基材81与成型箔42导致结合失效等问题。

图19示意基于电场的加工装置还包括用于在成型箔42上进行选择性光固化结合光敏树脂层的光敏树脂光固化打印机构。如图19示意的光敏树脂光固化打印机构包括透明鼓57、给料器83和光束51b,透明鼓57与成型转鼓1对应平行匹配设置,成型转鼓1沿箭头91转动,透明鼓57沿箭头92转动,此实施例中箭头92的转动方向与箭头91的转动方向相反,在透明鼓57外侧设置给料器83用于提供光敏树脂82到透明鼓57外表面上形成光敏树脂层,随透明鼓57的转动带到透明鼓57与成型转鼓1之间与成型箔42接触,光束51b透过透明鼓57朝向成型转鼓1的方向选择性照射光敏树脂82,使得光敏树脂82选择性的固化并结合到成型箔42上,在成型箔42上形成具有预设图案有机树脂层的复合结构的成型箔。在成型箔42与光敏树脂82接触之前还可以设置清洁装置69用于对成型箔42进行清洁,利于提升光敏树脂82固化或与成型箔42的结合强度。

图20示意的实施例与图14示意的实施例相似,第一基于电场的加工装置形成成型箔42经辊轮71支撑调整传送方沿图中向左方向传送,成型箔42进入第二基于电场的加工装置且光面与成型转鼓1b卷绕接触,第二基于电场的加工装置对成型箔42的毛面进行电蚀刻,形成蚀刻凹槽49,或者也可以对成型箔42的表面进行粗化处理。当然如果第二基于电场的加工装置的电源6b的正负极对调也可以用于对成型箔42的毛面进行选择性电沉积。图21是图20的G-G剖视图,其中光控导电层22示意采用光导材料与透明导电层21贴合。当然光控导电层22也可以采用PN结结构。

图22示意在图20的基础上设置压辊72将基材81与成型箔42a的光面结合,形成复合结构的成型箔,当然在结合前还可以设置清洁装置69a对成型箔42a进行清洁或表面处理,增强成型箔42a与基材81的结合强度。然后复合结构的成型箔可以进一步经过清洁装置69b清洁后进入第二基于电场的加工装置中,第二基于电场的加工装置对复合结构的成型箔的成型箔42的毛面进行电沉积形成成型箔部分42b,另外,第二基于电场的加工装置中的离子液3b也可以采用电泳液,例如可以用于在成型箔42a上选择性电泳沉积形成形状可控的绝缘层42b。如果电源6b的正负极对调第二基于电场的加工装置也可以用于对成型箔42a的毛面进行选择性蚀刻。另外,此实施例的复合结构的成型箔特别适合柔性的材料,例如柔性印制电路板等复合结构的成型箔,另外此实施例也可以类似图17所示的方式对成型箔42a进行清洁和采用成型进一步电蚀刻或电沉积成型箔部分42b,减少复合结构的成型箔的变形,例如可以更加适合刚性印制电路板的制作。总体上通过多个基于电场的加工装置或基于电场的加工装置与成型头的级联配合工作,可以实现对成型箔的毛面或光面进行选择性蚀刻或进一步选择性电沉积,也可以对成型箔的毛面或光面结合基材或者选择性的固化结合光敏树脂材料形成复合结构的成型箔。

图23进一步示意还可以在成型箔42的双面同时结合其他材料,例如可以在成型箔42的一面结合基材81,另一面选择性固化结合树脂材料82,当然也可以是在成型箔42的两面都结合基材81,或都分别选择性固化结合树脂材料82,形成复合结构的成型箔,例如可以形成双面具有绝缘层的刚性印制电路板或柔性印制电路板。另外,进一步的还可以在成型箔42的电沉积过程中集成纤维85,例如碳纤维材料,进一步提升成型箔42或复合结构的成型箔的强度或其他性能,如导电,导热或电磁辐射等性能。当然,纤维85也可以在成型箔42与基材81结合的过程中引入,或者在光敏树脂材料82选择性固化结合到成型箔42的过程中引入纤维85。

图24示意2个基于电场的加工装置分别形成成型箔42a和成型箔42b,两个成型箔都沿箭头93的方向移动过程中在两成型箔之间引入基材81,通过一对压辊72的滚动加压(还可能同时加热)将成型箔42a,基材81和成型箔42b呈三明治形式压合一起,形成双面具有金属层的复合结构的成型箔,如果成型箔为铜箔,基材81为绝缘材料,则此双面复合结构的成型箔可以形成双面电路板。与传统双面覆铜板不同的是本实施例中的双面铜层都可以是选择性设置图案或铜厚分布的,如图中的复合结构的成型箔所示。然后还可以设置切割器89将复合结构的成型箔切割形成复合材料板,例如形成一块块双面覆铜印制电路板。后续还可能进一步对双面的铜层进行选择性蚀刻。当然采用此实施例可以在需要选择性蚀刻的位置让铜层厚度变薄,对于需要保留进行大电流导电的铜层部位可以加厚。即可以提升选择性电蚀刻的速率,由能提升最终印制电路板的导电性能。

图25和图26所示实施方案在图24的基础上示意还可以进一步增设清洁装置69a和69b分别对成型箔42a和成型箔42b进行清洁或表面处理,然后在与基材81结合,提升结合强度。另外还可以复合结构的成型箔两侧分别设置成型头,例如成型头C的光电层2c通过光束51c选择性照射对复合结构的成型箔的成型箔42a进行选择性蚀刻形成蚀刻凹槽49c,成型头D的光电层2d通过光束51d选择性照射对复合结构的成型箔的成型箔42b进行选择性蚀刻形成蚀刻凹槽49d,蚀刻凹槽49c将成型箔42a的部分蚀刻断开形成设定的电路线路,蚀刻凹槽49d将成型箔42b的部分蚀刻断开形成设定的电路线路。对于需要蚀刻断开的部位同样可以让金属层厚度尽量薄,可提高蚀刻的速度。对于需要增强导电能力的部位可以让金属层厚度加厚。另外还可以在成型箔上形成凸台,凸台之间接触可以形成垂直于成型箔表面方向的电连接。例如图中的成型箔42a上的凸台43a-1和成型箔42b上的凸台43b-1对应接触使得对应位置处的成型箔42a和成型箔42b相互电连接,同样凸台43a-2和具有凹槽特征的凸台43b-2对应接触,使得对应位置处的成型箔42a和成型箔42b相互电连接,还可以在成型箔42a上形成较高的凸台43a-3穿过基材81到成型箔42b侧露出,可以让成型箔42a电连接到成型箔42b的一侧,在成型箔上设置凸台的方式实现双面成型箔的选择性互联,可以省略后续的转孔和电镀导电过孔(via)的过程,可简化工艺,提高效率,降低成本,相比传统的导电过孔(via),凸台可以为实心的结构,具有更强的导电性能。然后可以设置切割器89分切复合结构的成型箔。采用此实施例可以更加高效的生成双面覆铜印制电路板,工艺流程相比传统的过程大为缩短,例如可以省略电解形成铜箔,然后制作双面覆铜板,然后根据每层的导电线路图案定制底片,在覆铜板上涂覆光敏油墨,曝光,显影等过程,可大幅降低成本并减少环境污染。

图27示意采用导电膜84在离子液3中部分卷绕在成型转鼓1上,随成型转鼓1的转动而传送,且导电膜84可以导电,并与成型转鼓1可导电接触。电源6的正极与光电层2电连接,负极与导电膜84电连接,例如图示通过与成型转鼓1电连接实现与导电膜84电连接。当光束51选择性照射光电层2,在光电层2与导电膜84之间形成定域电场,在导电膜84上选择性电沉积形成成型箔42。且成型箔42随导电膜84的传送而同步移动。采用导电膜84可以让成型箔42不必结合到成型转鼓1上,更加方便与成型转鼓1的脱离,还可以让电沉积为离散的线路图案,并结合到导电膜84上依然形成保持连续的成型箔,而不必是整张一体的金属箔结构,因为导电膜84的支撑作用,离散的线路构成的成型箔42依然可以保持预设的电沉积图形,例如用于制作电路板的应用中可以省去后续蚀刻将需要分离的成型箔42部分分开的步骤,可以简化电路板的制作流程。

图28示意的实施例与图27不同的是光电层2与成型转鼓1合并一体,且导电膜84为异向异性导电层,即采用具有异向异性导电特性的导电材料层,即在垂直于导电膜84表面的方向可以导电,平行于导电膜表面的方向不导电,例如异向异性导电胶带或薄膜(ACA,ACP)。电源6的正极与阳极板62电连接,负极与光电导电层21电连接。阳极板62还可能作为离子液3的箱体,当然也可以是另外设置容纳离子液3的箱体,阳极板62浸没在离子液3中。导电膜84部分浸入离子液3中卷绕在光控导电层22上,光束51由透明导电层21内侧向外选择性照射光控导电层21形成设定图案的导电区域,此导电区域经导电膜84与离子液3电连接,在导电膜84表面上电沉积形成预设图案的成型箔42。采用此方式可以降低导电膜84到阳极板62之间间距对电沉积精度的影响,利于提升成型箔42的成型精度和简化设备结构。

图29示意的导电膜84为光控导电膜,即此实施例中的导电膜84被光束照射的位置导电,没有光束照射的部位不导电。成型转鼓1采用即可导电又可透光的透明导电层21制作。电源6的负极与成型转鼓1电连接,正极与阳极板62电连接。光束51发出的光束透过透明导电层21选择性照射导电膜84,形成预设的导电区域图案(即电极图案),在此导电区域电沉积形成成型箔42。装置中可以不必设置光控导电层22,可以简化装置结构,且仅在光束51照射到导电膜84的位置发生电沉积,具有更高成型精度。

图30示意的实施例与图29不同的是阳极板62替换为透明导电层21,成型转鼓1可以不必透明。电源6的负极与成型转鼓1电连接,正极与透明导电层21电连接。光束51透过透明导电层21向内穿过离子液3选择性照射光控导电膜构成的导电膜84,照射的位置导电将离子液3与成型转鼓1电连接,在导电膜84的导电区域电沉积形成成型箔42。相比图29的实施例,此结构中的光束51由光电导电层21的外侧向内侧照射,更加利于光源的布置和散热,提升设备的可靠性和可维护性。图31示意了图30中的H-H剖视示意图。为了防止离子液3与成型转鼓1直接接触电连接,在成型转鼓1的成型表面的两端分别设置环形的绝缘密封圈15,导电膜84的两边附近分别与两绝缘密封圈15接触密封,阻止离子液3流入到导电膜84与成型转鼓1之间的区域。

图32示意将成型箔42转移到基材81上,压辊72转动的同时将基材81与成型箔42和导电膜84压合,挤压的过程中还可以对基材81和成型箔42等进行加热,将基材81和成型箔42结合整体,然后导电膜84脱离,基材81与成型箔42结合可以形成复合结构的成型箔,如可以形成电路板。

图33示意将成两个型箔42同时转移到基材81的两侧,形成双面具有导电线路的复合结构的成型箔,如形成双面电路板。导电膜84-1和导电膜84-2相对设置,使得导电膜84-1上的成型箔42-1和导电膜84-1上的成型箔42-1都朝内按预设的位置相对设置,成型箔42-1和成型箔42-2之间设置基材81,成对的辊72沿图中箭头转动,挤压导电膜84-1、成型箔41-1、基材81、成型箔42-2和导电膜84-2成一体,同时带动导电膜84-1、成型箔41-1、基材81、成型箔42-2和导电膜84-2分别沿图中箭头方向移动。挤压过程中可以加热,加快成型箔42-1,基材81和成型箔42-2的结合,提升结合强度,还可以设置在真空的环境中,利于挤压过程中气体的排出,减少空穴的形成。然后导电膜84-1和导电膜84-2分别脱离,成型箔42-1、基材81和成型箔42-2可以形成双面具有导电线路的电路板。采用图32或图33所示的实施例实现成型箔42与基材81的结合的工艺更加简单可靠,例如成型箔42可以直接形成线路图形,依靠导电膜84支撑成型箔42形成整体,然后在转移到基材81上形成电路板,或可以形成具有内嵌网格金属层的复合材料膜等,例如形成即绝缘又可以电磁屏蔽的薄膜材料等,可省略后续的蚀刻过程,简化工艺。

图27到图31所示实施例还可以方便企业上下游之间的合作,例如上游企业完成成型箔42,由于成型箔42结合在导电膜84上,能确保传送过程中的稳定,交给下游企业完成电路板等的制作。导电膜(84)还可能被重复利用,降低应用成本。

图34示意了一种光束51照射图案的动态控制方法,控制算法根据沉积模型41的层图案或蚀刻凹槽49的图案信息结合成型转鼓1的转角信息控制光束51照射(例如面投影或扫描)到光控导电层21上的图案,在成型转鼓1上获得预设的沉积模型41的层图案或蚀刻凹槽49的图案。另外控制算法还可以根据成型转鼓的转角和沉积模型41的层图案或蚀刻凹槽49的图案信息控制光束51的照射强度分布和\或照射有效时间分布,实现对沉积模型41的层图案不同位置沉积厚度的控制或蚀刻凹槽49图案不同位置的蚀刻深度的控制,或让沉积厚度或蚀刻槽深的均匀一致。成型转鼓1的转角信息可以通过检测成型转鼓1转角信号获得,或利用成型转鼓1的转速信息通过时间递推获得。

本发明中光电层2的光控导电层22或光控导电膜可以采用光导材料,如有机光导材料(光导聚合物),如聚乙烯咔唑,也可以是无机的光导材料,或其他的光导材料,还可以形成光电材料的微纳米的阵列,光导材料根据光电导效应(或称为光导效应)由光照而改变电阻率。另外,光控导电层也可以采用能形成PN结的半导体材料,如硅基参杂,或能形成异质结材料等,这些材料可以根据光伏效应光照时产生电动势,并实现电路导通,形成电流。光控导电层22或光控导电膜也可以采用PIN光电二极管的结构,在P型半导体层222和N型半导体层221之间形成过渡层I,即在PN结的本征区具有更大的宽度,可以实现更高的光伏变换灵敏度。另外,P型半导体层222和N型半导体层221可以采用但不限于单晶硅、多晶硅、非晶硅、CdTe、CIGS、GaAs、染料敏化、有机薄膜或化合物等,或者采用MS结或异质结,包括同型异质结(如P-P型异质结,或N-N型异质结)或反型异质结(如P-N型异质结),在本发明中都可理解为采用不同的方式形成PN结。还可以形成级联的PN结,例如可以在异质结结构中让宽禁带PN结(如GalnP)位于窄禁带PN结(如GaAs)之上,形成级联PN结。多个光伏PN结堆叠形成的级联光伏板利于提升光电转换效率,在相同光照的情况下可以提升电沉积的电流和电沉积速度。当然也可以采用其他能实现光伏效应的半导体结作为PN结。采用PN结的方式能够提升光控导电层22的响应速度,光束51照射的位置快速导电,停止照射的位置快速恢复绝缘,如此利于提升光电层2的转速,利于提升离子液更换速度,提升电沉积成型速度,同时有利于提升电沉积成型精度。如图29和30中所示的具有光控导电特性的导电膜84也可以采用上述材料。常规导电且还透明的材料有氧化铟锡材料、掺铝的氧化锌或其他透明且可导电的材料,透明导电层21可以采用这些材料。各实施例中还可能通过控制光束对光导层照射的强度和时间等来控制电沉积的速度或成型箔42不同位置的厚度。

本发明中的离子液3可以采用电镀、电铸用的金属盐溶液或电解液,如铜、镍、铁等金属,或合金等或者电蚀刻用的电解液,或其他金属材料的金属盐溶液或电解液,例如硫酸铜溶液、硫酸盐镍溶液(瓦特溶液)、氯化物铁溶液、氟硼酸盐溶液、硝酸钠溶液、氯化钠溶液或氨基磺酸盐溶液等,或者是酸性电解液,如硫酸溶液或盐酸溶液。成型箔42可以是相应的金属箔。另外离子液3也可以采用电泳液,例如可以用于在成型箔42上形成选择性的绝缘层。

本发明叙述中所采用“上”、“下”、“左”、“右”等方位性词语,是基于具体附图的方便性描述,不是对本发明的限制。实际应用中,由于结构整体在空间的变换,实际的方位可能与附图的不同,但这些变换都属于本发明所要求的保护范围。

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