In-Mold 电子(IME)用墨水:塑料电子,从印刷膜到注塑件

模内电子油墨从平面印刷到热成型和注塑包覆需要经受哪些考验,以及如何在塑料件项目中完成验证。

In-Mold 电子(IME)用墨水:塑料电子,从印刷膜到注塑件

模内电子(IME)油墨是一种功能油墨,通常为银基导电油墨,先以丝网印刷方式印在平整的塑料薄膜上,随后薄膜经过热成型,再通过注塑完成背面包覆。因此,它必须在拉伸后保持导电,在整个工艺过程中牢固附着于薄膜,并能经受注塑熔体的冲刷。正是这类油墨把一件装饰塑料件变成电子交互界面:导电线路、电容式触控传感器和集成照明。

塑料电子集成、IME 与结构电子:概念厘清

在塑料件中直接集成电子功能的技术统称为塑料电子集成,包括多种路线:通常采用激光直接成型(LDS)制造的三维模塑互连器件(3D-MID)、在三维部件上直接印刷,以及常被归入结构电子范畴的模内电子(IME)。IME 的一大特点使其对印刷企业尤为友好:所有印刷工序都在平面薄膜上完成。电子功能像装饰图案一样用同样的丝网印刷设备印出,随后薄膜成型为最终形状,成为注塑件的表皮。最终得到的是一块连续的表面,没有机械按键和线束,比传统的外壳、电路板加连接器的组装方案更薄、更轻。典型应用包括汽车座舱控制面板、家电操作面板和工业人机界面。

IME 工艺:从印刷薄膜到注塑件

IME 项目一般分为五个步骤。首先是平面印刷:装饰层、导电线路、介电层以及必要时的碳浆触点,依次丝网印刷在可成型薄膜上(通常为聚碳酸酯),每一层在印刷下一层之前完成干燥或固化。其次是元件贴装:LED、集成电路或连接器通常借助导电胶贴装在线路上。第三步是热成型,加热薄膜并赋予其三维形状。随后对部件进行修切,放入注塑模具,在薄膜背面注入热塑性树脂。电路最终被封装在薄膜与注塑材料之间,在产品整个寿命期内受到保护。

模内电子油墨必须经受的考验

决定油墨技术要求的,与其说是应用,不如说是工艺。每一步都带来不同的约束。

  • 成型拉伸:在圆角和转角处,薄膜会出现明显的局部伸长。普通导电线路会开裂并失去电气连续性;为 IME 设计的油墨,即通常所说的可热成型或可拉伸导电油墨,必须随薄膜一起伸展,并在变形后保持可用的电阻。
  • 电阻漂移:即使不断裂,线路被拉伸后电阻也会上升。电路设计必须考虑这一变化,并在成型后的试样上测量,而不能只测平面状态。
  • 热预算:干燥、固化与成型都必须与薄膜相容,在成型之前不能使薄膜变形。
  • 整个叠层的附着力:油墨必须牢固附着于薄膜和装饰层,也要与覆盖其上的各层结合良好,最终还要与注塑树脂牢固结合。
  • 耐注塑冲刷:注塑熔体以高温高压进入模腔,在浇口附近可能剥离或推移附着不牢的涂层,即行业所说的冲墨,需要通过配方和零件设计加以预防。

功能叠层,而非单一油墨

IME 部件从来不是只用一种油墨印成的。银浆形成线路和电容传感器电极;介电油墨与光油用于线路交叉处的绝缘;碳油墨可用于保护触点或制作电阻元件。所有这些涂层之间、以及它们与装饰油墨之间都必须化学相容,并一起经受成型和注塑。因此,与掌握叠层中多个涂层的配方商合作具有实际价值:例如,ECV003 与 ECV004 UV 介电光油的技术资料注明与 Silver Electron 系列化学相容。VFP Ink Technologies 同时配制用于装饰的丝网印刷油墨和用于印刷电子的功能油墨,因而能够从整体上研究叠层,而不是逐层孤立地看待。

在您的工艺上验证 IME 油墨

单凭技术数据表上的数值无法保证部件可用。油墨在 IME 中的表现取决于所选薄膜、沉积厚度、干燥曲线、成型模具中的实际拉伸率以及注塑参数。因此,严谨的项目都从客户实际工况下的试验开始:成型前后测量电阻、检查附着力,再在注塑件上完成验证。在 VFP 产品中,可拉伸导电银浆 SILVER ELECTRON STRETCHABLE 的技术资料将模内电子列为应用之一,电阻率低于 15 mΩ/sq/mil(3.8×10⁻⁷ Ω·m),所列基材包括聚碳酸酯、PET 和聚氨酯。它是否适用于您的工艺,需要通过试验确认。VFP 提供选型、试验与工艺验证方面的支持,并根据不同型号提供未被归类为致癌、致突变或生殖毒性(非 CMR)的油墨。

常见问题

什么是塑料电子集成?

塑料电子集成是指将电子功能直接集成到塑料件中,而不是在其中另外安装独立电路板的一类技术。模内电子是其分支之一:功能层印刷在薄膜上,经热成型后再注塑包覆。

普通导电银浆能用于 IME 吗?

不一定。为平面电路设计的银浆在成型拉伸时可能开裂。IME 需要能够跟随薄膜变形并保持可用电阻的油墨,这一点要通过试验验证。

模内电子常用哪些薄膜?

聚碳酸酯是最常用的薄膜,因为它热成型性能好,并能与注塑树脂良好结合。根据部件不同,也会使用其他可成型薄膜。油墨与薄膜的相容性需要逐个型号验证。

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