電路板全噴墨制造方法

何潤(rùn)宏

（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515065）

0 背景

噴墨印刷也稱之為噴墨打印，作為一種印刷工藝，其與平版印刷、絲網(wǎng)印刷一樣可用于圖形的轉(zhuǎn)移。噴墨印刷為非接觸式物理印刷工藝，不需要用到化學(xué)藥水，也不像活字印刷和曝光照相那樣使用印版或膠片來印刷，它只需要將印刷圖形直接由計(jì)算機(jī)輸出，通過控制器控制噴墨系統(tǒng)的噴頭，將油墨顆粒由噴嘴噴出形成圖形。傳統(tǒng)PCB線路的制造過程非常復(fù)雜，需要經(jīng)過圖像轉(zhuǎn)移過程，使金屬附著于基板，形成線路的蝕刻制造過程，最后才在基板上出現(xiàn)所要的線路。目前的圖像轉(zhuǎn)移技術(shù)已達(dá)到線寬的極限，無法再提高封裝密度。相比之下，使用噴墨技術(shù)，無須進(jìn)行生產(chǎn)線的改變和元件的準(zhǔn)備，只需將CAD資料直接輸入噴墨打印裝置，即可達(dá)到改變線路的目的。但目前現(xiàn)有的印制電路板噴墨技術(shù)僅局限在印制電路板眾多制造工藝流程上的某個(gè)步驟，都無法根本上解決印制電路板產(chǎn)品因工藝流程冗長(zhǎng)，而存在的諸多嚴(yán)重化學(xué)污染、廢氣污染、高能耗等環(huán)保問題。

1 內(nèi)容

1.1 技術(shù)方案

電路板全噴墨制造方法是先在載板上按照計(jì)算機(jī)輸出圖形噴印導(dǎo)電層、絕緣層、層間導(dǎo)通孔、阻焊層及保護(hù)層，之后噴印字符層、元件等，通過逐層打印技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路板的全噴墨制造。本技術(shù)方法能夠極大程度縮短印制電路板制造加工流程，將原有涉及幾十個(gè)工藝流程，縮短為僅幾個(gè)工藝流程就能完成，同時(shí)減少了生產(chǎn)廠房、人員及配套設(shè)施等資源的投入浪費(fèi)。該技術(shù)產(chǎn)品加工不涉及任何化學(xué)藥水和氣體，無廢液、廢氣產(chǎn)生，符合國(guó)家環(huán)保要求，同時(shí)產(chǎn)品加工不需要任何輔助耗材，材料平均利用率可由原來的60%提高到95%以上，符合低碳節(jié)能理念。該技術(shù)方法也適用于金屬基電路板、厚銅印制電路板、埋容埋阻電路板、半導(dǎo)體IC載板等產(chǎn)品加工，包括各種有機(jī)無機(jī)材料電子元器件的集成電路，如電極、晶體管、電感、電容、電阻、電池等功能組件元器件。

1.2 技術(shù)步驟

電路板全噴墨制造方法的技術(shù)步驟如下：

（1）按電路板拼版設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備尺寸相同的載板，放置入噴墨打印機(jī)；

（2）通過計(jì)算機(jī)將內(nèi)層線路圖形輸入噴墨打印機(jī)，將線路圖形使用導(dǎo)電油墨打印出來，非線路圖形區(qū)域使用絕緣樹脂油墨打印出來，制造成單層內(nèi)層電路板；

（3）將內(nèi)層電路板進(jìn)行熱壓整平、熱固化或光固化處理后，重復(fù)步驟1、步驟2，形成厚度符合設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)電層、導(dǎo)通孔和絕緣層的多層內(nèi)層電路板；

（4）將多層內(nèi)層電路板和載板進(jìn)行分離，特殊功能載板可不分離；

（5）使用導(dǎo)電油墨，在多層內(nèi)層電路板的上、下表面噴墨打印出電路板的外層導(dǎo)電層圖形，并進(jìn)行熱壓整平及熱固化或光固化處理；

（6）使用阻焊油墨和保護(hù)油墨，在外層電路板表面噴墨打印出阻焊圖形和保護(hù)圖形，并進(jìn)行熱壓整平及熱固化或光固化處理；

（7）使用字符油墨，在電路板成品表面噴墨印刷上字符標(biāo)示圖案，并進(jìn)行熱固化或光固化處理；

（8）對(duì)印制字符后的電路板進(jìn)行外型加工，形成最終多層印制電路板成品；

（9）對(duì)于其它各種無機(jī)、有機(jī)電子功能結(jié)構(gòu)材料，也可以通過該方法集成于電路板之中。

所述方案中的載板可使用紙質(zhì)、金屬、玻璃、陶瓷或樹脂材料類的承載板，同時(shí)可根據(jù)功能需要選擇撓性或剛性材質(zhì)。所述噴墨打印機(jī)，可使用普通的家用打印機(jī)，例如改良型的愛普生打印機(jī)。不同類型油墨按計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的顏色輸出，被放置在相應(yīng)的打印機(jī)墨盒內(nèi)，以保證良好打印效率。其中導(dǎo)電油墨可采用納米銀或納米銅及其氧化物的導(dǎo)電油墨；絕緣油墨可采用環(huán)氧樹脂、聚苯醚、聚酰亞胺等及其改性樹脂油墨；阻焊油墨和字符油墨均為普通環(huán)氧樹脂類的阻焊和字符油墨；保護(hù)油墨為錫膏類助焊油墨。所述的熱壓整平，可使用控溫電熨斗對(duì)電路板半成品進(jìn)行熱壓平整處理，以保證平坦良好的打印界面，所述外型加工，采用激光切割或機(jī)械切割等方法。導(dǎo)電層厚度為2～20 μm，導(dǎo)通孔高度為5～50 μm，所述絕緣層厚度為5～75 μm；熱固化溫度為80-200℃，時(shí)間為2～60 min；光固化類型為UV光固化，固化時(shí)間為～30 min；熱壓整平溫度為50～100 ℃，壓力1～50 kg。

1.3 實(shí)施效果

提供一種電路板全噴墨制造的技術(shù)方法（如圖1），該方法不但能精確控制圖形，操作簡(jiǎn)便，極大程度縮短電路板加工流程，而且不涉及任何化學(xué)藥水或氣體的制程，故產(chǎn)生廢液、廢氣，同時(shí)大幅減少原材料浪費(fèi)，是一種低碳、節(jié)能、環(huán)保的印制電路板制造工藝，它能使印制電子電路發(fā)展成為一種全新的電子加工過程、一種嶄新的工藝技術(shù)。

隨著對(duì)噴墨印刷技術(shù)的持續(xù)研究與開發(fā)，噴墨印刷技術(shù)已經(jīng)取得很大的突破與進(jìn)展。特別是近年來，噴墨印刷機(jī)、噴墨打印頭和墨水等方面的重大突破與進(jìn)展，如日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)的能夠噴射小到1～2 pL的墨滴的超級(jí)噴墨印刷技術(shù)的設(shè)備。還有適宜于規(guī)模化生產(chǎn)的UV固化噴印墨水，特別是研制出的含銀納米級(jí)油墨，為用于生產(chǎn)精細(xì)到10～20 μm的線寬/間距的PCB產(chǎn)品提供了條件。近年來又開發(fā)出更高級(jí)的超級(jí)噴墨印刷技術(shù)，其噴射出的墨滴尺寸可小到1 μm以下，從而可形成線寬小于3 μm的線路。

圖1 一種電路板全噴墨制造的技術(shù)方法

2 結(jié)論

電路板全噴墨制造技術(shù)不必使用昂貴的生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)施，就能輕松達(dá)到節(jié)能減排的目的。這種方式不用掩膜，生產(chǎn)過程幾乎無“三廢”，改善了環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。該技術(shù)可適用于剛性板和撓性等基體，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的高度自動(dòng)化，多噴頭并行動(dòng)作，從而提高生產(chǎn)能力?？捎糜谌S封裝、3D電路板制造，可實(shí)現(xiàn)有源和無源等功能件的集成，同時(shí)由于金屬納米材料的低熔點(diǎn)，使得金屬線條固化溫度低至200～300 ℃。正是這些優(yōu)點(diǎn)，噴墨打印技術(shù)將會(huì)在PCB工業(yè)中將迅速得到推廣和應(yīng)用，成為PCB產(chǎn)品生產(chǎn)的主流，給PCB工業(yè)帶來革命性的變革與進(jìn)步。