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摘要：本文介绍了一种新的3D-MID技术—Lpum技术，该技术可在普通基材上制作导电图形，基材注塑时无需添加金属氧化物等材料。制作导电图形的过程中，图形转移使用激光，代替传统工艺中的贴膜曝光显影的步骤，工艺流程简单，重复性好，精度高。技术的工艺分为前处理—激光加工—活化—金属化等步骤。激光加工可控改变材料表面状态，形成有利于结合力的微结构。保证足够结合力的前提下，可使用小能量密度的激光加工材料表面，能够加工出精细的线路。

关键词：3D-MID，激光选择性活化，导电线路

1、引言：

3D-MID即Three Dimensional-Molded Interconnect Device，是指在注塑成型的塑料壳体的表面上，制作有电气功能的导线、图形，并直接在壳体上安装元器件并使其电气互连。从而实现电路板的电气互连功能、支承元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能以及由机械实体与导电图形成结合而产生的屏蔽、天线等功能集成于一体，形成“三维模塑互连器件”。

3D-MID技术有很多种，欧美、日本等国家开发的比较早，所以很多技术都诞生于这些国家。而3D-MID与线路板相似，都是在材料表面做导电图案，其中几种技术就使用到了PCB的部分工艺。主流的几种技术，其加工能力，速度，限制条件以及优缺点如下表1：

对此，德中（天津）技术发展股份有限公司研发了Lpum技术。该技术可在普通基材上制作导电图形，无需添加特殊材料，图形转移使用激光，有出色的三维布局能力，使用沉铜+电镀制作图形导线，导电率高，线路精细。

2、Lpum技术：

2.1技术简介：

Lpum（Laser Patterning Undoped Materials）技术，是德中（天津）技术发展股份有限公司自主研发的可在普通塑料基材上选择性金属化的技术，是一种新的3D-MID技术。Lpum技术采用不添加LDS粒子的普通塑料基材，通过特定的激光加工方法，可控改变材料表面状态，为后续活化和金属化创造所需的表面状态，并能提高基材表面与金属线路的结合力。

Lpum技术中，红外、绿光、紫外等光源的纳秒、皮秒、飞秒等激光机皆可使用。不同的设备光斑大小不同，可加工出的最小线宽间距也就不同。以德中DirectLaser US5设备为例，设备光斑13.5μm，使用该设备可做到12μm左右的线宽间距。

Lpum工艺的激光加工方法可有效提高基材与金属线路的结合力，基材与铜层之间的剥离力可以达到0.54—1.46kgf/cm。

2.2技术工艺流程：

Lpum技术工艺流程大致为：普通塑料——前处理——激光加工——活化——金属化。流程示意图如图1所示：

前处理：用药水浸泡、或涂覆一层薄膜、或等离子等工艺的一种或几种，在基材表面产生一层疏活化剂层，该疏活化层能够减少或阻止活化剂的吸附。不同种类的塑料，前处理工艺有可能不同。

激光加工：激光加工有疏活化剂层的基材表面，可破坏并去除含有图形部分的疏活化剂层使得图形部分与非图形部分对活化剂有不同的吸附性能；此外，激光还可改变图形部分的表面粗糙度，提高图形部分与金属层的结合力。

活化：由于激光加工造成吸附性能的差别，当活化剂在基材上沉积时，图形部分会多沉积，非图形部分少沉积或不沉积，提高了选择性。再经过去除速率均匀的除活化剂步骤，反应一定的时间后，可将非图形部分的活化剂全部去除，只保留图形部分的活化剂。

金属化：首先进行的是化学镀，金属离子在有活性中心的地方才会被还原沉积，没有活性中心的地方不会沉积。这样化学镀出现选择性，形成金属线路图案。基材表面沉积一层金属后，可电镀增厚、沉镍金或者电镀镍金等。

3、Lpum工艺性能：

3.1精细的线路：

应用Lpum技术，激光加工材料表面形成线路时，分两种不同的参数加工。

第一次的参数光斑重叠率高，可以有效的去除线路部分的前处理效果，同时能使加工后线路的边缘锯齿状减小。第二次的参数光斑重叠率低，可以使加工后线路的底部高低不平，提高粗糙程度，增加结合力。

这样可保证足够结合力的前提下，无需使用大能量密度加工材料。而小能量密度造成的热影响区域小，可加工出精细线路。如图2所示，图中有不同宽度的线，其中最细的线宽为17μm。

3.2可控的结合力：

其它同样用到激光加工材料表面形成线路的技术，为了镀层与材料有足够的结合力，需要使用大能量密度将材料表面加热、气化、熔融、烧结，最终在表面形成蜂窝状的碳化结构。当金属层沉积在蜂窝内部时，金属与基材之间相互勾连，形成一定的结合力。但找到适合的蜂窝状碳化结构厚度，不仅需要大能量密度的激光反复加工，无法制作精细的线路。而且，如果加工的蜂窝层浅，结合力不够，加工使蜂窝层深，最上层与金属相互勾连的部位结构又比较松散，导致结合力有上限，难控制。

Lpum技术不必使用大能量密度的激光加工材料，也可使用小能量密度加工。如图3所示，使用脉冲激光加工材料表面，并做SEM图。可看出，加工后的表面有孔洞、微倒刺等结构，当金属沉积到此表面时，孔洞的位置成“锚点”，并且孔洞内部有复杂结构，使整个金属层与材料有比较大的结合力。而且单脉冲能量越大，最终的结合力就越大。

下表2为无覆铜的FR4材料使用Lpum激光加工表面后，沉铜电镀，做拉伸力实验，得出激光功率与线宽和结合力的关系。激光机使用的是德中技术生产的DirectLaser SF5。剥离力实验按照标准DIN 51 221， part 1测试。

3.3实验案例：

下图4为在长宽63*88mm的ABS绝缘材料上，用Lpum技术制作图形金属导线样品过程。从左到右依次为1》前处理后2》激光加工后3》活化沉铜电镀铜并电镀金后4》显微镜观察样品的细线部分。

4、总结：

Lpum技术作为一种新的3D-MID技术，材料注塑时无需添加其它材料。技术工艺流程简单，三维布局能力强，并且可以制作出精细的线路，基材与金属层之间的结合力可以控制并调节。适用于多种基材，包括但不限于PI、PET、ABF、LCP、ABS等。是一种有广阔前景的新技术。

【参考文献】

[1]李梅竹.3D-MID技术在电子产品天线制造领域的应用[J].机械制造，2015，53（11）：45-47+51.

[2] 于志省，李应成，白瑜，王洪学.PA6/PPS基激光直接成型材料的制备与性能[J].精细化工，2022，39（04）：706-711.