刘宇
深圳市和美精艺科技有限公司
摘要：在改革开放的新时期，我国的经济发展十分迅速，文章介绍一种PCB电路板全喷墨制造的方法，其技术先进性表现在通过喷墨打印技术，实现同时打印电路板上的导电层和绝缘层。形成具体完整电路板的方法，为产品提供了表面阻焊、字符印刷、介质层、导通孔及图形线路制作的喷墨技术支持，使产品的加工周期大幅减少，避免了化学药水对环境污染。
关键词：全喷墨打印技术；缩短周期；绿色制造
引言
如今，随着电子设备的高速发展，光电器件中的透明电极材料也逐渐被广泛的关注，比如液晶显示屏、触摸屏、光发射二极管、太阳能电池、电加热薄膜、电致变色玻璃等都需要高性能的透明导电材料。目前，已实现大规模商品化的透明导电材料主要为In2O3:Sn（ITO）薄膜。但是其主要原材料金属铟较为稀缺，导致原材料成本较高。且ITO薄膜制备需要真空沉积设备，以及对国内存在技术封锁等原因导致ITO薄膜生产成本过高，不易于大规模生产。最主要是ITO薄膜不能弯折，无法满足目前光电器件对透明电极需具备可弯折性的要求。所以，目前急需寻找ITO透明导电薄膜的替代材料。在众多替代者中，金属网格透明电极具有制备成本低且工艺简单、良好的导电性能和光透过率、可弯曲等优势，成为各个课题组的研究热点。
1喷墨打印技术发展及类别
氧化物ＴＦＴ的传统制备工艺中，生长各功能层薄膜通常会应用到磁控溅射（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、化学气相沉积（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）、分子束外延（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ，ＭＢＥ）和溶液旋涂等方法，之后还要对薄膜进行光刻等图案化处理工艺。随着实际生产中对降低生产成本和减少复杂工艺的需求增多，研究者希望能够直接对器件功能层进行图案化制备，省去光刻、刻蚀等复杂操作，研究出丝网印刷、刚性掩膜等技术，然而新的问题随之产生，图案化的薄膜尺寸精度通常只能控制在几十微米范围甚至更大，显然无法满足ＴＦＴ微小尺寸的要求。随着科技的不断发展进步，超高精度的喷墨打印设备被成功制造出来，这项技术也迅速应用到电子领域，期待其能解决传统ＴＦＴ制备存在的问题，为新型ＴＦＴ器件制备提供崭新的思路与方向。喷墨打印技术是指在计算机控制下，调整打印机喷墨针头的移动、墨滴大小及释放频率，将微小液滴通过非接触方式连续喷射在打印基底上，从而形成微小精准的图案化薄膜。上世纪６０年代，Ｓｗｅｅｔ等便提出了连续喷墨打印的设计理念，随后ＩＢＭ公司将喷墨打印技术原理融入计算机控制系统之中，成功发明了ＩＢＭ４６４０可连续喷墨打印设备，但由于当时技术的限制，该设备同样存在打印精度不高等问题的困扰。随着不断的更新换代，设备控制精度不断提高，操作方法更加简易。目前，喷墨打印设备已有很多种类型，但都是基于喷墨打印技术原理制备而成的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最为常用的高精度打印机主要有两种类型，分别是压电式喷墨打印和电液耦合动力学（Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙ－ｎａｍｉｃｓ，ＥＨＤ）喷墨打樱
2电路板全喷墨制造方法
2.1技术步骤
电路板全喷墨制造方法的技术步骤如下：（1）按电路板拼版设计要求，准备尺寸相同的载板，放置入喷墨打印机；（2）通过计算机将内层线路图形输入喷墨打印机，将线路图形使用导电油墨打印出来，非线路图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，制造成单层内层电路板；（3）将内层电路板进行热压整平、热固化或光固化处理后，重复步骤1、步骤2，形成厚度符合设计要求的导电层、导通孔和绝缘层的多层内层电路板；（4）将多层内层电路板和载板进行分离，特殊功能载板可不分离；（5）使用导电油墨，在多层内层电路板的上、下表面喷墨打印出电路板的外层导电层图形，并进行热压整平及热固化或光固化处理；（6）使用阻焊油墨和保护油墨，在外层电路板表面喷墨打印出阻焊图形和保护图形，并进行热压整平及热固化或光固化处理；（7）使用字符油墨，在电路板成品表面喷墨印刷上字符标示图案，并进行热固化或光固化处理；（8）对印制字符后的电路板进行外型加工，形成最终多层印制电路板成品；（9）对于其它各种无机、有机电子功能结构材料，也可以通过该方法集成于电路板之中。所述方案中的载板可使用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料类的承载板，同时可根据功能需要选择挠性或刚性材质。所述喷墨打印机，可使用普通的家用打印机，例如改良型的爱普生打印机。不同类型油墨按计算机设计的颜色输出，被放置在相应的打印机墨盒内，以保证良好打印效率。其中导电油墨可采用纳米银或纳米铜及其氧化物的导电油墨；绝缘油墨可采用环氧树脂、聚苯醚、聚酰亚胺等及其改性树脂油墨；阻焊油墨和字符油墨均为普通环氧树脂类的阻焊和字符油墨；保护油墨为锡膏类助焊油墨。所述的热压整平，可使用控温电熨斗对电路板半成品进行热压平整处理，以保证平坦良好的打印界面，所述外型加工，采用激光切割或机械切割等方法。导电层厚度为2~20μm，导通孔高度为5~50μm，所述绝缘层厚度为5~75μm；热固化温度为80-200℃，时间为2~60min；光固化类型为UV光固化，固化时间为~30min；热压整平温度为50~100℃，压力1~50kg。
2.2喷墨打印制备过程
目前全球商用喷墨打印设备制造商主要包括日本Ｔｏｋｋｉ公司、凸版印刷（ＴｏｐｐａｎＰｒｉｎｔｉｎｇ）、精工爱普生（ＳｅｉｋｏＥｐｓｏｎ）、美国ＭｉｃｒｏＦａｂ公司、Ｌｉｔｒｅｘ（现为日本Ｕｌｖａｃ控股公司）等。文中以日本ＳＩＪ超高分辨材料沉积喷墨打印系统为例。打印过程主要分５部分：墨滴从喷嘴喷出，墨滴下落，附着在基底上，墨滴扩散和溶剂挥发。喷墨和飞行下落过程部分由设备喷嘴控制，例如对喷嘴施加几百伏不等的电压，改变施放电压波形、调节喷墨释放频率等。墨滴从喷头喷出后便自由下落，从喷头针尖喷射出的墨滴的典型体积范围为１～１００ｐＬ。由于墨水通常具有低粘度的特性，因此墨水沉积在基底表面之后会发生一定程度的扩散现象，对喷墨打印的图案精度造成一定的影响，进而限制整体印刷器件的分辨率大校墨滴的扩散主要受喷头与基底间距、基底表面能大孝基底的温度以及氧化物墨水本身的性能等多方面影响。当基板的表面能较低时，可以阻止扩散过程，但非常低的表面能量会影响图案的稳定性，并导致线路分裂成单个的液滴.
2.3实施效果
提供一种电路板全喷墨制造的技术方法，该方法不但能精确控制图形，操作简便，极大程度缩短电路板加工流程，而且不涉及任何化学药水或气体的制程，故产生废液、废气，同时大幅减少原材料浪费，是一种低碳、节能、环保的印制电路板制造工艺，它能使印制电子电路发展成为一种全新的电子加工过程、一种崭新的工艺技术。
结语
电路板全喷墨制造技术不必使用昂贵的生产设备和环保设施，就能轻松达到节能减排的目的。这种方式不用掩膜，生产过程几乎无"三废"，改善了环境污染，实现了绿色生产。该技术可适用于刚性板和挠性等基体，可实现生产方式的高度自动化，多喷头并行动作，从而提高生产能力。可用于三维封装、3D电路板制造，可实现有源和无源等功能件的集成，同时由于金属纳米材料的低熔点，使得金属线条固化温度低至200~300℃。正是这些优点，喷墨打印技术将会在PCB工业中将迅速得到推广和应用，成为PCB产品生产的主流，给PCB工业带来革命性的变革与进步。
参考文献
[1]陈庄,孙云.PCB喷墨打印机的研发现状和发展趋势.重庆理工大学学报,2014,3.
[2]电路板将以喷墨打印方式制造,印制电路资讯2002,5.
[3]喷墨打印印制电路板技术方兴未艾.网印工业2008,8.
论文作者:刘宇
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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