一文看懂应用于手机、智能穿戴、无人飞机、汽车领域的立体电路

视频：立体电路应用在蚂蚁机器人在汉诺威工业博览会上，德国Festo公司展出了智能蚂蚁机器人。这款机器蚂蚁披了一层“电子皮肤”，又名立体电路，立体电路构成了其神经系统。相对传统的平面印刷电路，立体电路拓展了一个新的应用领域：采用立体电路的电子产品，可以缩小产品结构、减轻重量、减少组装步聚。目前这一技术已经在手机天线、智能穿戴产品、微型传感器、汽车领域、摄像头、无人飞机等领域得到了广泛应用。那么立体电路是如何制造的?立体电路和LDS有什么联系?艾邦高分子通过实地拜访深圳微航磁电技术有限公司，给大家做个简单的介绍： 一什么是立体电路?立体电路是指相对传统的平面电路而言，将电子元器件直接焊接在3维曲面基材上的电路技术。根据工艺过程、电路形成方式，实现立体电路的制造工艺有多种，如LDS技术、PDS导电油墨印刷、LRP激光剥离、3D综合打印等。其中LDS技术制造的立体电路产品，可以满足PCB的行业标准。通过高温LDS材料改性，激光镭雕工艺改善和化学镀药水配方实验，目前已经可以实现0402的芯片，焊接在立体电路的线路，可以承受0.45Kg的拉力。达到了PCB行业的标准。

图：立体电路用于手机天线（左），立体电路附着力测试立体电路是近十多年发展起来的电路组装技术。它基于结构和性能的要求，可以把电子元器件直接焊接在塑胶曲面上，为产品创新，结构设计突破，寻求到了新的解决方案。相比传统的印制线路基材，其有特殊的优点，是对传统的电路制造技术的补充和发展。 二LDS实现立体电路的全制程！视频：立体电路全制程，来源于微航磁电立体电路是一类电子产品的结构形态，LDS则是打造这类产品结构形态最重要的工艺之一。了解更多LDS，请点击查看→LDS塑料如何让天线长到4G手机面盖上?如视频所示，立体电路全制程主要包括6个工序：材料改性、工程注塑、激光镭射、表面化学镀、3D喷锡、3D贴片等工序。如下图所示：

1、材料改性常规的塑胶原材料虽然也可以通过激光表面处理，进行紧密金属沉积来获得金属线路。但是其结构附着力，是不能够与专用LDS材料相比的。专用的LDS材料中添了微细的少量的金属化合物和相容剂等助剂，通过注塑后，这些金属化合物均匀的分布在塑胶壳体内，采用激光活化出的金属原子，是嵌入在塑胶粒子之间，所以化学镀铜后，生成的金属层与塑胶层的附着力非常好；手机天线的材料一般以PC等塑料为主要成分，目前也是使用量最大的立体电路材料。另外，形成立体电路，就要进行高温喷锡贴片，所以高性能立体电路的材料，必须是耐高温的。目前国内已经开发出的高温尼龙复合LDS材料，就可以耐温达到290度，可以替代进口的LCP材料。

图：智能3D打印LED灯，微航磁电用立体电路材料3D打印而成 2.工程注塑（注塑）此工序即是将专用原材料通过注塑成型得到规定形状的注塑件。这道工序除了常规的壳料注塑要求，还要求在开模的时候，尽量避免合模线在线路区域，尽可能避免线路区域存在批锋、毛刺、锐角等问题。此外，立体电路产品壳体的注塑是严格禁止采用水口料的。

图：JSW注塑机 3、激光镭雕产品壳体注塑好后，下一道工序就是激光镭雕，进行素材表面区域，线路图案内的素材表面进行激光活化。激光镭雕一般需要采用专用的激光设备和工装夹具。根据3D线路图案的形装，采用不同的激光镭雕机台和工装夹具。国内已经开发出的大型流水线型激光机，可以通过六轴联动，进行复杂3D曲面的图形镭雕加工，不需要二次装夹，取代进口的三激光头机器。

图：流水线型六轴激光镭雕机 4、表面化学镀塑胶壳体通过激光活化，在72小时之内，就必须进行表面化学镀。表面化学镀也称无电解镀或者自催化镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。在立体电路工艺中，因为要保证较强的附着力和金属层的致密性，所以需要在化学镀过程中，通过药水的活性，严格控制铜的生长速度。通过调节药水的PH值，控制药水对素材的侵蚀。以及通过一些特殊的前处理工艺，解决产品化镀开裂，金属层保护的问题。

图：NMT+LDS工艺中化镀铝基材的保护方案 5、立体喷锡传统的喷锡只能进行平面喷锡，不能进行立体电路的曲面喷锡，需要用到专用的设备方可以进行。

图：立体喷锡量产过程 6、立体焊接（贴片）传统SMT贴片称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件安装在印制电路板（PCB）的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。而立体贴片是相对于传统的SMT贴片，实现在3D曲面的塑胶壳体上，进行电子元器件的自动化贴装工艺。这种立体贴装的工艺主要是针对立体电路技术而发展起来的。

图：耳机线控组件贴片前（下）和贴片后对比 三 立体电路技术的三大发展方向立体电路技术的发展涵盖高分子材料学，机械制造、计算机控制、3D数据处理、激光应用、化工基础等学科。根据立体电路行业资深专家周红卫先生的介绍，立体电路的关键技术研究主要是在三个方面：1、立体电路新材料新材料是应用基础，开发不同性能，特性的立体电路材料是将立体电路拓展到各个应用领域的基础。2、激光加工装备激光加工精度的提升，加工幅面的增大，是解决立体电路朝一大一小（大型汽车零部件表面电路化、微小型精密电子器件封装）两个方向发展的关键指标。3、表面化学镀药水升级通过表面化学镀药水的升级改善，才是降低工业应用成本，提升生产效率，保证立体电路产品良率的关键，同时如何将表面化学镀工艺，更节能，更环保。也是规模化生产应用研究的关键方向。

图：利用LDS技术制作的名片工艺品，图中金色字体部分为相应的线路四 立体电路技术的4大应用方向1.成熟的手机天线市场立体电路技术最早应用于手机天线市场，随着4G市场的成熟和5G的到来，未来信号天线的复杂度将更加提升，传统的FPC天线是完全无法满足其需求的，同时LDS天线，因为其高度的一致性，优异的过孔导通性能，同时简化了手机组装工艺。所以LDS天线已经逐步成为手机天线行业的首选。同时，参照LDS天线的应用，在智能穿戴产业，摄像头，指纹识别等精密器件上，原来采用FPC工艺的组件，也开始逐步被LDS工艺所取代，直接把天线通过LDS工艺做成塑胶壳体曲面上。

图：立体电路在智能眼镜上的应用2.电动汽车零部件领域2015年随着特斯拉的出世、电动汽车市场爆发，电动汽车的轻量化，电子化成为主要发展方向。其中电动汽车的轻量化方向就是全塑化，电子化的实现基础就是表面电路化，而表面电路化的核心技术就是立体电路。

图：2016年CES展上BOSCH采用全塑化结构车身，应用立体电路技术，实现表面电路化可以预期的未来的汽车零部件，绝大部分将采用全塑化结构（部件零件需要加强的，则采用NMT工艺）注塑成型。然后采用立体电路技术，制备结构+电气功能为一体的汽车零部件。（国内的材料供应商已经开发出适用NMT+LDS工艺的材料，如：PPS、PBT、PA10T等。甚至还开发出了可以进行3D打印的立体电路材料。了解更多LDS和NMT的关系请点击查看：这三种塑胶+金属技术：LDS、NMT、MIM，不要再傻傻的分不清！）3.微小型精密电子封装通过激光加工装备的改进，获得微细线路和精密线路图案的成型。通过立体电路技术，可以对一些微小型的精密电子部件，进行封装。

图：贴片式传感器4.光电产业应用立体电路技术利用其复杂结构成型的特点，以及表面金属化的特点。可以广泛应用于光电产业。如曲面LED灯基座，无线快充散热基座，动力电池散热组件等方面。做个调查（注：关注后才能够投票，关注后回复“投票”即可）本文部分素材和图片来源于深圳微航磁电技术有限公司，艾邦高分子编辑整理，转载请注明来源。

图：深圳微航磁电技术有限公司董事长周红卫（左）和艾邦高分子创始人江耀贵关于微航磁电深圳微航磁电技术有限公司成立于2011年，是一家基于激光塑料、磁电材料等新材料开发，通过自主研发的新装备，采用新工艺，制作新型电子元器件、电子产品的国家高新技术企业。目前，拥有两条自主研发的激光镭雕生产线，40余台镭雕机和一条90米长全自动PLC控制的进口药水化镀生产线。主要服务于智能手机天线、智能穿戴、微电子器件领域，还计划向汽车零部件、精密电子、光电领域进行定制化的产业应用研究。周红卫先生微信：Z7779888推荐阅读：1.LDS塑料如何让天线长到4G手机面盖上?2.NMT+LDS技术：使金属外壳手机更薄、信号更好?3.LDS材料2016年或将爆发，产业链深度分析！4.三星开启手机后盖新模式，或将再次带动LDS塑料市场周红卫先生也在艾邦高分子LDS讨论群，加入该群进一步交流，请扫一扫添加群主微信：18319055312（备注“LDS”）

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