通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案
阅读说明：本技术 通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案 (Scheme for reducing three-dimensional line spraying cost through laser etching and chemical polishing ) 是由 陈设 高亢 刘强 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案,涉及塑胶表面的立体线路的和后续喷涂制造工艺领域。本发明技术方案能够大幅提高镀层区域做在一级外观面上面的时候进行喷涂的良率,显著降低喷涂的厚度,使用本发明专利所述的方案可以把喷涂的次数控制4涂4烤,减少甚至完全消除打磨的必要,喷涂实际厚度控制在60～90微米左右即可实现无痕的喷涂效果。传统的塑料部件立体线路工艺做到线路无痕的喷涂往往需要7涂7烤,外加多次打磨,喷涂涂层的厚度达到150微米左右。良率的提升,喷涂厚度和喷涂步骤的减少可以大幅降低喷涂的成本。(The invention provides a scheme for reducing the spraying cost of a three-dimensional line through laser etching and chemical polishing, and relates to the field of manufacturing processes of the three-dimensional line on the surface of plastic and subsequent spraying. According to the technical scheme, the yield of spraying when the coating area is arranged on the first-level appearance surface can be greatly improved, the spraying thickness is remarkably reduced, the spraying frequency can be controlled to be 4-coating and 4-baking by using the scheme disclosed by the invention, the polishing requirement is reduced and even completely eliminated, and the traceless spraying effect can be realized by controlling the actual spraying thickness to be about 60-90 micrometers. The traditional three-dimensional circuit process for the plastic parts has the advantages that the traceless spraying of the circuit usually needs 7-coating and 7-baking, and multiple times of polishing are added, so that the thickness of a sprayed coating reaches about 150 micrometers. The yield is improved, the spraying thickness and the spraying steps are reduced, so that the spraying cost can be greatly reduced.)
技术领域
本发明涉及塑胶表面的立体线路的喷涂制造工艺领域，具体为通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案。
背景技术
激光直接成型，是一种在塑料粒子中添加特殊的金属络合物，然后通过激光成型激活分解金属络合物形成细微的金属颗粒，然后围绕这些金属颗粒进行化学镀镍镀铜等实现在塑料结构件表面制造线路的制造工艺。塑料部件立体线路的最新工艺可以实现在普通塑料的表面通过激光粗化和成型,结合化学前处理和活化最终实现化镀镍铜等金属在塑料表面制造立体线路。
上述技术路线都需要通过激光在塑料表面进行激光加工，然后结合化镀在激光加工过的区域沉积金属实现立体线路制造。激光加工塑胶表面的时候，光斑周围凸起，导致塑胶表面粗糙度增加，同时因为热效应等原因，立体线路的金属镀层的边缘因为塑胶凸起和凸起位置进一步上镀所产生的和塑胶面之间的台阶的大小对喷涂的效果有显著影响。镀层表面粗糙度越差，边沿台阶越高，一级外观面的无痕效果越难实现。因为这些原因，这些立体线路工艺制造的产品当线路在一级外观面上的时候喷涂的不良率很高，喷涂的厚度要求很厚，既影响产品的外观质量又严重增加喷涂的成本。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案，解决了立体线路工艺制造的产品当线路在一级外观面上的时候喷涂的不良率很高，喷涂的厚度要求很厚，既影响产品的外观质量又严重增加喷涂的成本的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案，包括如下具体工艺步骤：
步骤一.线路激光成型和深度蚀刻：为保证激光加工和蚀刻后的塑胶线路区域的光洁度和蚀刻的深度以及后续的化镀的上镀性能，激光设备和光源的选择：
a.选用波长较短热膨胀效应相对较轻的光源；
b.选择光斑直径为0.03mm或以下的小光斑直径，以便更好地控制扫描区域的光洁度；
c.为保证激光扫描蚀刻的区域不至于太过粗糙出现波浪式的激光扫描的条纹，影响线路的光洁度，激光扫描时且宜采用两次或以上交叉扫描的方式；
d.激光设备具备灵活调整产品的镭射角度的和焦距的能力，具备角度调整和动态聚焦的自动调焦机构，这样才能更好地控制产品激光加工表面和激光光束之间的关系，尽可能做到不同表面镭雕效果的一致性,另外，在加工立体表面的时候，考虑被加工面的高度差，激光设备的软件最好能够能够自动调整焦距，更好地保证加工的不同区域的碳化效果的一致性；
e.为防止塑胶扫描区域边沿因为光斑边沿塑胶重铸区/翻边上镀导致的亮边和边沿镀层凸起的问题，轮廓线的激光能量采用差动激光参数法(该位置能量小于内部扫描区域的能量)降低此位置重铸区/翻边的大小，减少此处上镀导致的台阶凸起的风险；
f.激光设备具备灵活调整产品的镭射角度的和焦距的能力，具备角度调整和动态聚焦的自动调焦机构,另外，在加工立体表面的时候，考虑被加工面的高度差，激光设备的软件最好能够自动调整焦距会有助提高上镀的一致性。
步骤二.化镀试镀：为保证喷涂的质量我们需要严格控制镀层的光洁度和台阶的大小，为保证这一结果需要优化激光的参数，蚀刻的深度，化镀试镀的目的就在于确认激光参数是否容易上镀，满足可靠性如镀层百格的测试需要，并结合切片实验确定判断最佳的激光参数，蚀刻深度和镀层厚度；
步骤三.蚀刻深度和镀层台阶切片实验：使用设备为带有尺寸测量功能的金相显微镜和金相抛光机；
步骤四.确定蚀刻的深度，激光参数和镀层厚度：结合镀层的切片监测数据如激光蚀刻的深度，镀层边缘的台阶大小和镀层的光洁度，可以确定对应的最佳的激光加工的参数，化学抛光的时间要求和化镀镀层的厚度。抛光前镀铜的厚度宜控制在激光蚀刻的深度再加1-5个微米；整个化镀成品的镀层厚度的最佳值和激光蚀刻的深度保持一致；
步骤五.批量生产即激光加工和化镀铜；
步骤六.化学抛光和表面镀层处理。
优选的，步骤一中波长较短热膨胀效应相对较轻的光源优选为绿光、蓝光或紫光光源。
优选的，所述金相显微镜为放大倍数可以到500倍以上或通过三维扫描功能的扫描仪替代，具备三维立体表面扫描功能的测试仪器，激光加工或镀层表面的效果分析会变得更为简单，且分析的数据和结果更为直观，可以大大减少相关的检测和分析时间。
优选的，铬酸盐体系工艺对铜进行抛光，或三酸体系工艺(该工艺主要是利用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸配合来进行抛光)或双氧水体系抛光液(该体系主要利用双氧水的强氧化性来对铜进行抛光处理)。
优选的，步骤六中表面镀层处理为防止镀层的氧化以及满足后续产品实际使用的需要，当不需要焊接时可以镀镍和镍钝化保护，当需要焊接时可以进行镀金。
(三)有益效果
本发明提供了通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案。
具备以下有益效果：
1、本发明技术方案能够显著提高立体线路镀层的光洁度和镀层边沿的台阶大小和线路边沿的平滑程度。
2、本发明技术方案能够大幅提高镀层区域做在一级外观面上面的时候进行喷涂的良率，显著降低喷涂的厚度(传统立体线路工艺喷涂的厚度要做到6涂6烤甚至7涂7烤，实际喷涂的膜厚达到150微米左右才能把线路区域做到无痕效果)，使用本发明专利所述的方案可以把喷涂的次数控制4涂4烤，减少甚至完全消除打磨的必要，喷涂的实际厚度控制在70微米左右即可实现无痕的喷涂效果。良率的提升，喷涂厚度和喷涂步骤的减少可以大幅降低喷涂的成本。
附图说明
图1为本发明通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案的流程图；
图2为化学抛光前后镀层边沿和表面粗糙度对比(左侧是镀层化学抛光后切片和正面的效果，右侧是未抛光的切片和正面的效果)；
图3为立体线路镀层表面三维扫描图；
图4为激光蚀刻后塑胶表面蚀刻区域和非蚀刻区域的高度变化；
图5为红光和紫光扫描后的塑胶表面对比照片(左侧为红光，右侧为紫光)；
图6为LDS和普通立体线路工艺的激光加工的效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-6所示，本发明实施例提供通过激光蚀刻和化学抛光降低立体线路喷涂成本的方案，包括如下具体工艺步骤：
步骤一.线路激光成型和深度蚀刻：为保证激光加工和蚀刻后的塑胶线路区域的光洁度和蚀刻的深度以及后续的化镀的上镀性能，激光设备和光源的选择：
a.选用波长较短热膨胀效应相对较轻的光源如绿光，蓝光或紫光激光光源；
b.选择光斑直径为0.03mm或以下的小光斑直径，以便更好地控制扫描区域的光洁度；
c.当使用光纤激光光源的时候，为防止光斑的热效应导致的塑胶的膨胀和太过粗糙的问题，激光的功率和扫描方式宜采用低功率低频反复激光扫描的方式；
d.为保证激光扫描蚀刻的区域不至于太过粗糙出现波浪式的激光扫描的条纹，影响线路的光洁度，激光扫描时且宜采用低功率多次(两次或两次以上)交叉扫描的方式；
e.为防止塑胶扫描区域边沿因为光斑边沿塑胶重铸区/翻边上镀导致的亮边和边沿镀层凸起的问题，轮廓线的激光能量采用差动激光参数法(该位置能量小于内部扫描区域的能量)降低此位置重铸区/翻边的大小，减少此处上镀导致的台阶凸起的风险；
f.激光设备具备灵活调整产品的镭射角度的和焦距的能力，具备角度调整和动态聚焦的自动调焦机构,另外，在加工立体表面的时候，考虑被加工面的高度差，激光设备的软件能够自动调整焦距会有助提高上镀的一致性；
步骤二.化镀试镀：为保证喷涂的质量我们需要严格控制镀层的光洁度和台阶的大小，为保证这一结果需要优化激光的参数，蚀刻的深度，化镀试镀的目的就在于确认激光参数是否容易上镀，满足可靠性如镀层百格的测试需要，并结合切片实验确定判断最佳的激光参数，蚀刻深度和镀层厚度；
步骤三.蚀刻深度和镀层台阶切片实验：使用设备为带有尺寸测量功能的金相显微镜和金相抛光机；
步骤四.确定蚀刻的深度，激光参数和镀层厚度：结合镀层的切片监测数据如激光蚀刻的深度，镀层边缘的台阶大小和镀层的光洁度，可以确定对应的最佳的激光加工的参数，化学抛光的时间要求和化镀镀层的厚度。抛光前镀铜的厚度宜控制在激光蚀刻的深度再加1-5个微米；整个化镀成品的镀层厚度的最佳值和激光蚀刻的深度保持一致；
步骤五.批量生产即激光加工和化镀铜；
步骤六.化学抛光和表面镀层处理。
步骤一中波长较短热膨胀效应相对较轻的光源优选为绿光、蓝光或紫光光源，金相显微镜为放大倍数可以到500倍以上的映像仪器，使用如下但不限于如下化学抛光方式：铬酸盐体系工艺，该利用六价铬的强氧化性来对铜进行抛光的；三酸体系工艺，该工艺主要是利用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸配合来进行抛光的；双氧水体系抛光液，该体系主要利用双氧水的强氧化性来对铜进行抛光处理，步骤六中表面镀层处理为防止镀层的氧化以及满足后续产品实际使用的需要，当不需要焊接时可以镀镍和镍钝化保护，当需要焊接时可以进行镀金。
实施例二：
线路激光成型和深度蚀刻方法包括：
A.冷光光源法：为保证激光加工和蚀刻后的塑胶线路区域的光洁度和蚀刻的深度以及后续的化镀的上镀性能，激光光源的选择，当使用普通塑胶表面立体线路工艺时，绿光，蓝光或紫光是更好的选择，其热效应导致的光斑周围凸起的程度明显小于红光的激光光源。使用绿光，蓝光或紫光光源时因为其热效应导致的光斑凸起和红光比较起来更小更容易实现激光蚀刻的深度和光洁度。
B.小直径光斑法：采用略小的光斑直径如0.03mm会显著提高激光扫描区域的光洁度，同时光斑变小后能量更为集中，光斑周围塑胶热膨胀效应降低，翻边效应减少。
C.亚纳秒或皮秒激光法：为进一步降低激光光斑热效应导致的光斑边缘凸起的问题，采用亚纳秒或皮秒激光器因其激光脉冲时间短激光光斑强度高，有助于进一步降低激光光斑边缘的热膨胀导致的凸起程度，如选用红光光源，最好选择脉宽可调的红光设备，或者是脉宽更短的亚纳秒或皮秒红光设备。选用脉宽可调的红光光源在低功率低频率的合理的激光参数设定下，也可以在一定程度上减少光斑周围的热效应导致的翻边问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。