技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体制作领域，特别涉及一种电子组件制造装置和方法以及三维模塑互连器件的制造方法。
背景技术
[0002] 随着电子设备集成度的提高，设备体积也越来越小，这时电子组件对于整个设备就显得过大，而需要减小自身尺寸。通过在
注塑成型的曲面塑料壳体的表面上，制作有电气功能的
导线、图形来制造和安装元器件，从而将普通的
电路板具有的
电气互连功能、
支撑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结合而产生的屏蔽、天线等功能集成于一体。
[0003] 目前有多种方式可以实现该结构的制造，但都存在其局限性和不足。目前主流的制作工艺为LDS(Laser Direct Structure
激光直接成型)工艺，请参照图1，LDS的工艺流程是采用一种含有金属组织的合成物塑料颗粒采用注塑的方式制作成塑料壳体。该工艺的壳体材料需要采用含有金属组织的合成物塑料颗粒，通过注塑成型的方式，制作成需要的塑料壳体。塑料壳体的形状需要通过开模制造模具的方式形成；采用激光直接成型设备，在壳体表面按照规定的路径进行激光扫描，定义金属互连层，壳体上被激光扫描过的区域内金属组织被激活，成为电
镀(
化学镀)的
种子层；根据不同工况，采用
电镀(化学镀)设备进行镀金属工艺，由于壳体上仅金属组织被激活区域能够镀上金属层，因此能在限定区域内形成金属互连层。
[0004] 采用LDS工艺面临着以下几个问题：
[0005] 1、金属导电层只能制作在壳体表面，容易破损和
氧化。
[0006] 2、LDS工艺需要采用含有金属组织的合成塑料，有材料限制。
[0007] 3、工艺流程复杂，需要通过注塑、激光激活、化学镀(电镀)等多台设备和工艺完成。
[0008] 4、化学镀(电镀)会产生大量的污染废液，后期处理成本高。
发明内容
[0009] 为解决上述问题，本发明提出了一种电子组件制造装置和方法、三维模塑互连器件的制造方法，用于解决上述问题。
[0010] 为达到上述目的，本发明提供一种电子组件制造装置，包括：
[0011] 一送料机构，用于提供电子组件制造所需的材料；
[0012] 一成型机构，为所述材料成型提供场所；
[0013] 还包括一
凝固装置，将所述成型机构内的所述材料凝固成型；
[0014] 一传递材料机构，用于将所述送料机构上的所述材料传递至所述成型机构；
[0015] 一控制系统，与所述送料机构、所述成型机构、所述凝固装置、所述传递材料机构皆电路连接，用于控制所述送料机构、所述成型机构、所述凝固装置、所述传递材料机构的移动以及参数设置。
[0016] 作为优选，设置一成型腔，所述成型机构包括一成型台，所述成型台暴露在所述成型腔内，所述材料在所述成型台
台面上成型。
[0017] 作为优选，所述成型台设置在第一移动机构上，所述第一移动机构带动所述成型台在垂直于所述成型台台面的方向上移动。
[0018] 作为优选，所述送料机构为一金属送料系统，其包括一金属沉积喷头，位于所述成型台上方，用于将
液化后的金属浆料
喷涂至所述成型台的台面。
[0019] 作为优选，所述金属送料系统还包括
[0020] 一金属浆料承载腔，位于所述成型腔外，用于容纳液化后的金属浆料；
[0021] 一过滤系统，位于所述成型腔外并与所述金属浆料承载腔管道连接，用于过滤所述金属浆料；
[0022] 一
连接杆机构，一端与所述过滤系统管道连接，另一端与所述金属沉积喷
头管道连接，用于将所述过滤系统内的金属浆料输送至所述金属沉积喷头内。
[0023] 作为优选，所述凝固装置包括加热装置。
[0024] 作为优选，所述加热装置位于所述成型台下方，所述材料位于所述成型台台面。
[0025] 作为优选，所述凝固装置包括激光
烧结装置。
[0026] 作为优选，所述激光烧结装置包括
[0027] 一激
光源，设置在所述成型腔外，用于提供激光；
[0028] 一振镜，设置在所述成型腔外，用于改变激光源提供的激光的照射光路。
[0029] 作为优选，所述成型腔具有腔壁，所述腔壁上具有激
光保护镜，所述激光烧结装置位于所述成型腔外部，并通过所述激光保护镜将激光照射至所述成型台的台面。
[0030] 作为优选，所述送料机构为位于所述成型机构一侧供料台。
[0031] 作为优选，所述供料台下方设置有一第二移动机构，所述第二移动机构在垂直于所述供料台台面的方向上移动，带动所述供料台在垂直于所述供料台台面的方向上移动，移动的范围为从所述供料台台面低于所述成型台的台面至从所述供料台台面高于所述成型台台面。
[0032] 作为优选，所述送料机构为送丝系统，所述送丝系统包括
[0033] 一送丝装置，位于所述成型腔外，用于向所述塑料丝打印头提供塑料丝；
[0034] 一塑料丝打印头，在所述成型腔内中，位于所述成型台上方，与所述送丝装置管道连接，用于将塑料丝液化并喷涂至所述成型台台面。
[0035] 作为优选，所述传递材料机构为铺粉装置。
[0036] 作为优选，所述送料机构为位于所述成型机构一侧的供料台，所述铺粉装置与所述送料机构、所述成型机构、所述回收机构的表面皆
接触。
[0037] 作为优选，所述铺粉装置具有圆柱状物体，所述圆柱状物体的圆周面在所述供料台、所述成型机构、所述回收机构的表面上滚动。
[0038] 作为优选，所述传递材料机构为一运动机构，其与所述送料机构连接，所述运动机构运动带动所述送料机构移动。
[0039] 作为优选，所述送料机构包括一金属沉积喷头和一塑料丝打印头，所述运动机构与所述金属沉积喷头和所述塑料丝打印头皆连接，所述运动机构运动带动所述金属沉积喷头和所述塑料丝打印头移动。
[0040] 作为优选，还包括一回收机构，所述传递材料机构将成型机构中多余的材料传递至所述回收机构进行回收。
[0041] 作为优选，所述回收机构为一回收台，位于所述成型台的一侧。
[0042] 作为优选，所述回收台下方设置有第三移动机构，第三移动机构带动所述回收台在垂直于所述回收台台面的方向上移动，所述第三移动机构的运动行程为从所述回收台台面高度低于所述成型台台面至所述回收台台面与所述成型台台面高度相等。
[0043] 本发明还提供一种使用如上所述的电子组件制造装置的制造方法，包括如下步骤：
[0044] 控制系统对电子组件的三维模型进行分层，计算制作每一层时需要的材料以及剂量；
[0045] 送料机构提供每一层所需的材料，并且所述传递材料机构将所述材料送至成型机构上；
[0046] 根据每一层材料的性质选择适当的凝固装置使所述材料凝固成型。
[0047] 作为优选，所述送料机构为供料台和金属送料系统，所述凝固装置为激光烧结装置和加热装置，所述成型机构为成型台，所述传递材料机构为铺粉装置，则[0048] 供料台提供电子组件制造所需的塑料，所述铺粉装置从所述供料台台面滚动至所述成型台台面，将供料台上的所述塑料传输至所述成型台台面；
[0049] 所述加热装置将所述成型台加热使得所述塑料
熔化，使用激光烧结装置将熔化后的塑料凝固成型；当需要制作金属线路时，控制系统控制金属送料系统将液化后的金属浆料输送至所述成型台的台面，使用加热装置将所述金属浆料加热凝固成型。
[0050] 作为优选，还设置一回收机构，将所述成型台上多余的材料回收。
[0051] 作为优选，所述送料机构包括送丝系统、和金属送料系统，所述成型机构为成型台，所述凝固装置为加热装置，所述传递材料机构为运动机构，其与所述送丝系统与所述金属送料系统皆连接，则
[0052] 所述运动机构带动所述送丝系统在成型台上方移动，所述送丝系统将电子组件制造所需的塑料液化并喷涂至成型台台面并凝固，当需要制作金属线路时，控制系统控制金属送料系统将液化后的金属浆料喷涂至成型台台面，并使用加热装置加热所述成型台，使得金属浆料加热凝固成型。
[0053] 作为优选，还设置一回收机构，将所述成型台上多余的材料回收。
[0054] 本发明还提供一种三维模塑互连器件的制造方法，使用如上所述的电子组件制造方法制造，具体包括如下步骤：
[0055] 对三维模塑互连器件中模塑结构件的设计图形进行分层，按照所述模塑结构件的分层结果，先在成型机构上按层铺设塑料，形成所述模塑结构件的
基础塑料壳体；
[0056] 对三维模塑互连器件中互连导电线路的设计图形进行分层，按照所述互连导电线路的分层结果，在所述基础塑料壳体对应的
位置上按层
覆盖液化后的金属浆料，形成所述互连导电线路；
[0057] 按照所述模塑结构件的分层结果在所述基础塑料壳体及互连导电线路上铺设塑料，形成塑料覆盖壳，完成所述模塑结构件的制作。
[0058] 与
现有技术相比，本发明提供的电子组件制造装置和制造方法以及三维模塑互连器件的制造方法，将送料机构、成型机构以及传递材料机构结合，通过控制系统控制，不论是制作金属线路还是电子组件的绝缘部分，皆使所有的材料皆在成型机构上成型，这样无需使用化学结构、无需繁琐的成型工艺，就能将金属线路与绝缘部分成型成需要制作形成的电子组件，具有工艺简单，操作方便，所需设备少，生产效率高的特点。
附图说明
[0060] 图2为本发明
实施例一提供的电子组件制造装置结构示意图；
[0061] 图3为本发明实施例一提供的金属沉积喷头的结构示意图；
[0062] 图4为本发明实施例一提供的电子组件制造方法流程图；
[0063] 图5为本发明实施例一提供的制造电子组件壳体的示意图；
[0064] 图6为本发明实施例一提供的在电子组件壳体上制造金属线路示意图；
[0065] 图7为本发明实施例一提供的在金属线路上覆盖电子组件壳体的示意图；
[0066] 图8为本发明实施例二提供的电子组件制造装置结构示意图。
[0067] 图2-图8中：1-供料台、2-成型机构、21-成型台、22-加热装置、23-成型腔、3-回收机构、31-回收台、41-塑料粉、421-基础塑料壳体、422-塑料壳体
覆盖层、43-金属浆料、44-金属线路、5-激光烧结装置、51-激光源、52-振镜、53-激光保护镜、6-金属送料系统、61-金属沉积喷头、62-连接杆机构、63-过滤系统、64-金属浆料承载腔、65-管路、66-吸气管路、7-铺粉装置、8-送丝系统、81-送丝装置、82-塑料丝、83-塑料丝打印头、9-运动机构。
具体实施方式
[0068] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0069] 实施例一
[0070] 请参照图2，本实施例提供一种电子组件制造装置，依次包括：
[0071] 送料机构，用于提供电子组件制造所需的材料，具体为塑料和金属，材料的形式为多种多样，金属的形式一般为金属浆料43，具体为纳米金属颗粒和有机材料的混合物，塑料在本实施例中以塑料粉41的形式被送料机构提供；
[0072] 成型机构2，为所述材料成型提供场所，具体地，成型机构2包括一成型腔23，在成型腔23内设置了成型台21，以成型台21台面为XY平面，以竖直方向为Z向，建立XYZ三维
坐标系，所述成型台21台面暴露在所述成型腔23内，所述材料就在所述成型台21台面上成型。
[0073] 作为优选，所述成型台21设置在第一移动机构(未图示)上，所述第一移动机构带动所述成型台21在垂直于所述成型台21台面的方向也就是Z向上移动。
[0074] 此外，为了保护成型腔23内材料成型过程中不被氧化，在成型腔23内冲入流动的惰性气体作为保护气体，用于保护材料的成型过程。
[0075] 还包括一凝固装置，将送料机构内的所述材料凝固；
[0076] 一传递材料机构，用于将所述送料机构上的所述材料传递至所述成型机构2；
[0077] 一控制系统，与所述送料机构、所述成型机构2、所述凝固装置、所述传递材料机构皆电路连接，用于控制所述送料机构、所述成型机构2、所述凝固装置、所述传递材料机构的移动以及参数设置。
[0078] 本实施例中，送料机构为一金属送料系统6和供料台1，请继续参见图2，供料台1设置在成型台21的一侧，供料台1上放置塑料粉41，所述供料台1下方设置有一第二移动机构(未图示)，所述第二移动机构在垂直于所述供料台1台面的方向上移动，带动所述供料台1在垂直于所述供料台1台面的方向上移动，移动的范围为从所述供料台1台面低于所述成型台21的台面至从所述供料台1台面高于或者等于所述成型台21台面，这样当供料台1台面高度低于成型台21台面高度时，向供料台1上放置塑料粉41，第二移动机构向上运动，带动供料台1向上移动，直至供料台1台面高度等于成型台21台面的高度，然后使用传递材料机构将供料台1台面上的塑料粉41传递至成型台21台面上。
[0079] 请参照图3，金属沉积喷头61的中心部有金属浆料43流动用的管路65，实现金属浆料43的沉积。在管路65外围360°均匀分布多个独立的吸气管路66，吸气管路66的开闭与金属沉积喷头61的运动路径联动，吸气强度可调，可将加
工件上金属沉积路径上多余的塑料粉41抽走。
[0080] 本实施例中送料机构还包括一金属送料系统6，请继续参照图2，
[0081] 所述金属送料系统6依次包括
[0082] 一金属浆料承载腔64，位于所述成型腔23外，用于容纳液化后的金属浆料43；
[0083] 一过滤系统63，位于所述成型腔23外并与所述金属浆料承载腔64管道连接，当金属浆料承载腔64通过管道向金属沉积喷头61输送金属浆料43时，过滤系统63过滤管道中流动的所述金属浆料43；
[0084] 一连接杆机构62，一端与所述过滤系统63管道连接，另一端与所述金属沉积喷头61管道连接，用于将所述过滤系统63内已经过滤的金属浆料43输送至所述金属沉积喷头61内，该连接杆机构62可在X向、Y向和Z向上运动；
[0085] 一金属沉积喷头61，位于成型腔23内且位于所述成型台21上方，用于将连接杆机构62内的液化后的金属浆料43喷涂至所述成型台21的台面上。
[0086] 本实施例中凝固装置包括加热装置22和激光烧结装置5。
[0087] 所述加热装置22位于所述成型台21下方，可对成型台21上金属浆料43进行加热，加热
温度为100～200℃，将金属浆料43中的有机材料
蒸发，实现金属浆料43的
固化，在基础塑料壳体421上形成金属线路44。
[0088] 激光烧结装置5包括：
[0089] 一激光源51，设置在所述成型腔23外，用于提供激光；
[0090] 一振镜52，设置在所述成型腔23外，用于改变激光源51提供的激光的照射光路；
[0091] 一激光保护镜53，所述成型腔23具有腔壁，激光保护镜53位于腔壁上，激光保护镜53用于保护位于成型腔23外部的激光源51和振镜52，激光从激光源51发出，透过振镜52以及激光保护镜53，将激光照射至所述成型台21的台面上，将成型台21台面上的塑料粉41加热熔化，并凝固成型。
[0092] 本实施例中传递材料机构为铺粉装置7，铺粉装置7为圆柱体，其圆周面在X方向上滚动，铺粉装置7将供料台1的台面上滚动至成型台21台面上，将供料台1台面上的塑料粉41推送至成型台21台面上。
[0093] 较佳地，还包括一回收机构3，具体为设置在成型台21一侧的回收台31，回收台31设置在第三移动机构上方，第三移动机构带动所述回收台31在垂直于所述回收台31台面的方向也就是Z向上移动，所述第三移动机构的运动行程为从所述回收台31台面高度低于所述成型台21台面至所述回收台31台面与所述成型台31台面高度相等，然后铺粉装置7从供料台1台面滚动至成型台21台面然后继续滚动至回收台31的台面，这样将成型台21台面上多余的材料推送至回收台31台面上进行回收。
[0094] 请参照图4，本发明还提供一种使用如上所述的电子组件制造装置的制造方法，包括如下步骤：
[0095] 控制系统对电子组件的三维模型进行分层，计算制作每一层时需要的材料以及剂量；
[0096] 送料机构提供每一层所需的材料，并且所述传递材料机构将所述材料送至成型机构2上；
[0097] 根据每一层材料的性质选择适当的凝固装置使所述材料凝固成型。
[0098] 具体为：
[0099] 步骤一：导入三维立
体模型分层切片的STL格式文件，控制系统能够读取采用将三维立体模型转换成为“*.STL”格式文件，“*.STL”格式文件可将电子组件的三维立体模型根据实际需求进行分层切片；
[0100] 步骤二：控制系统根据分层厚度控制铺粉装置7从供料台1台面上将塑料粉41平铺到成型台21台面上；
[0101] 步骤三：激光烧结装置5烧结成型台21台面上的塑料粉41形成基础塑料壳体421，通过激光烧结装置5对成型台21台面上承载塑料粉41进行分层烧结而成，烧结路径和图形根据“*.STL”格式文件的具体分层后的图形一致，烧结层厚度可达0.06mm。每完成一层烧结后，成型台21在Z向向下移动，移动距离与烧结层厚度相当。成型台21在Z向向下移动后，通过铺粉装置7从供料台1中将塑料粉41平铺到成型台21台面上。成型台21台面上多余的塑料粉41将通过铺粉装置7转移到回收台31台面上，回收台31完成一层塑料粉41回收后，在Z向向下移动，最后铺粉装置7回到起始位置。如以上步骤反复操作，形成如图4所示的基础塑料壳体421；
[0102] 步骤四：根据“*.STL”格式文件的分层，当需要在基础塑料壳体421上制作金属线路44时，采用金属送料系统6在基础塑料壳体421对应的位置上沉积金属线条，并通过加热固化。具体地，请参照图6，在完成基础塑料壳体421的制造后，采用金属送料系统6根据“*.STL”格式文件对金属层的分层在基础塑料壳体421上制作金属互连层。金属送料系统6将金属浆料承载腔64中的金属浆料43喷涂到基础塑料壳体421上，喷涂方式可通
过热敏或声控等形式喷射器的动
力把金属浆料43喷射到基础塑料壳体421上，也可将金属浆料43通过具有
气化发生器功能的金属浆料承载腔64将金属浆料43气化后喷射到基础塑料壳体421上。过滤系统63可对金属液或气化后的金属浆料43进行过滤，以确保金属沉积的均匀性，金属线路44宽度为5～150um。金属沉积喷头61可由多个独立喷头组成，以提高金属沉积效率。完成金属层沉积工艺后，成型台21下方的加热装置22可对成型台21基础塑料壳体421上的金属浆料43进行加热，加热温度为100～200℃，使得金属浆料43中的有机材料挥发，实现金属线路44的固化，在基础塑料壳体421上形成如图6所示的金属线路44。
[0103] 步骤五：根据“*.STL”格式文件的分层，采用铺粉装置7根据分层厚度从供料台1中将塑料粉41平铺到成型台21上；激光烧结装置5烧结成型台21台面上的塑料粉41，在基础塑料壳体421和金属线路44形成如图7所示的塑料壳体覆盖层422。然后通过铺粉装置7从供料台1台面上将塑料粉41平铺到成型台21台面上。成型台21台面上多余的塑料粉41将通过铺粉装置7转移到回收台31台面上，回收台31完成一层塑料粉41回收后，在Z向向下移动，最后铺粉装置7滚回到起始位置。
[0104] 步骤六：如上步骤反复操作，直至电子组件的每一层皆制作完成，形成所需的电子组件。
[0105] 实施例二
[0106] 请参照图8，本实施例与实施例一的区别在于：
[0107] 作为优选，所述送料机构为送丝系统8，所述送丝系统8包括：
[0108] 一送丝装置81，位于所述成型腔23外，用于向塑料丝打印头83提供塑料丝82；
[0109] 一塑料丝打印头83，在所述成型腔23内，位于所述成型台21上方，与所述送丝装置81管道连接，在塑料丝打印头83内，将管道输送的塑料丝82液化并喷涂至所述成型台21台面。传递材料机构为一运动机构9，位于成型腔23内，与所述金属沉积喷头61和所述塑料丝打印头83皆连接，所述运动机构9运动带动所述金属沉积喷头61和所述塑料丝打印头83移动，在运动机构9内具有可驱使运动机构9在X方向、Y方向上运动的装置。
[0110] 所述金属沉积喷头61和所述塑料丝打印头83皆可独立Z向运动。
[0111] 所述运动机构9带动所述送丝系统8在成型台21上方移动，所述送丝系统8将电子组件制造所需的塑料丝82液化后并喷涂至成型台21台面并凝固，当需要制作金属线路44时，控制系统控制金属送料系统6将液化后的金属浆料43喷涂至成型台21台面，并使用加热装置22加热所述成型台21，使得金属浆料43加热凝固成型。
[0112] 本实施例中使用上述电子组件制造装置的制造方法具体为：
[0113] 步骤一：导入三维立体模型分层切片的“*.STL”格式文件，控制系统能够读取采用将三维立体模型转换成为“*.STL”格式文件，STL格式文件可将三维立体模型根据实际需求进行分层切片；
[0114] 步骤二：根据“*.STL”格式文件的分层，运动机构9和塑料丝打印头83实现六轴运动。塑料壳体部分通过塑料丝82的送丝系统8将塑料丝82通过塑料丝打印头83在成型台21台面上制造基础塑料壳体421，每完成一层后，成型台21在Z向下降运动相应的高度，如以上步骤反复操作，形成如图5所示的基础塑料壳体421。
[0115] 步骤三：根据“*.STL”格式文件的分层，运动机构9和金属沉积喷头61实现六轴运动，在对应的位置上沉积金属线路44，并通过加热固化。具体地，在完成基础塑料壳体421的制造后，根据“*.STL”格式文件对金属层的分层在基础塑料壳体421上制作金属互连层。金属浆料承载腔64中的金属浆料43喷射到基础塑料壳体421上，喷射方式可通过热敏或声控等形式喷射器的动力把金属液喷射到基础塑料壳体421上，也可将金属浆料43通过具有气化发生器功能的金属浆料承载腔64，喷射到基础塑料壳体421上。过滤系统63可对金属液或气化后的金属浆料43进行过滤，以确保金属沉积的均匀性，金属线路44宽度为5～150um，每完成一层后，成型台21在Z向下降运动相应的高度，完成金属层沉积工艺后，成型台21下方的加热装置22可对成型台21台面上金属线路44进行加热，加热温度为
[0116] 100～200℃，实现金属线路44的固化，在基础塑料壳体421上形成如图6所示的金属线路44。
[0117] 步骤四：根据“*.STL”格式文件的分层，运动机构9和塑料丝打印头83实现六轴运动，形成塑料壳体覆盖层422。塑料壳体覆盖层422通过塑料丝打印头83在成型台21上制造，每完成一层后，成型台21在Z向下降运动相应的高度，如以上步骤反复操作，在基础塑料壳体421和金属线路44上形成如图7所示的塑料壳体覆盖层422。
[0118] 综上所述，本发明提供的电子组件制造装置和制造方法，将送料机构、成型机构2以及传递材料机构结合，通过控制系统控制，不论是制作金属线路44还是电子组件的绝缘部分，所有的材料皆在成型机构2上成型，这样无需使用化学结构、无需繁琐的成型工艺，就能将金属线路44与绝缘部分成型成需要制作形成的电子组件，具有工艺简单，操作方便，所需设备少，生产效率高的特点。
[0119] 本发明还提供一种三维模塑互连器件的制造方法，使用如上所述的电子组件制造方法制造，具体包括如下步骤：
[0120] 对三维模塑互连器件中模塑结构件的设计图形进行分层，按照所述模塑结构件的分层结果，先在成型机构上按层铺设塑料，形成所述模塑结构件的基础塑料壳体；
[0121] 对三维模塑互连器件中互连导电线路的设计图形进行分层，按照所述互连导电线路的分层结果，在所述基础塑料壳体对应的位置上按层覆盖液化后的金属浆料，形成所述互连导电线路；
[0122] 按照所述模塑结构件的分层结果在所述基础塑料壳体及互连导电线路上铺设塑料，形成塑料覆盖壳，完成所述模塑结构件的制作。
[0123] 本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例，显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
