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全印制电子技术带给PCB工业变革与进步

发布时间:2016-08-29 | 0次阅读

全印制电子的喷墨打印技术在PCB中的应用主要表现在三个方面:在图形转移中的应用;在埋嵌无源元件中的应用;在直接形成线路和连接的全印制电子(含封装方面)中的应用。这些应用为PCB产业带来变革和进步。

从目前和今后应用和发展的前景来看,全印制电子的喷墨打印技术在PCB中的应用主要表现在以下三大方面:在图形转移中的应用;在埋嵌无源元件中的应用;在直接形成线路和连接的全印制电子(含封装方面)中的应用。这些应用将给PCB工业带来革命性的变革与进步。

在PCB图形转移中应用:主要体现在4个方面

喷墨打印技术在PCB图形转移中的应用主要是在抗蚀、抗镀、阻焊和字符等4个方面。由于喷墨打印形成抗蚀图形和抗镀图形的工艺过程基本相同,而喷墨打印形成的阻焊图形和字符图形非常接近,因此,在下面分成形成抗蚀(抗镀)图形和形成阻焊/字符图形两部分进行简要地评述。

1.在形成抗蚀/抗镀图形中的应用

采用数字喷墨打印机直接把抗蚀剂(抗蚀刻油墨)喷印到内层(或外层)在制板上,便可得到酸性或碱性的抗蚀刻剂图形,经过UV(紫外线)光固化后,便可进行蚀刻和去膜,从而得到内层等要求的线路图形。同理,抗镀图形的过程基本相同。

采用数字喷墨打印技术与工艺来获得抗蚀/抗镀图形,既减少了照相底片的制作过程,又避免了曝光和显影的过程,其带来的好处是节省了场地与空间,明显地降低了材料消耗(特别是底片和设备等),缩短了产品生产周期,减少了环境污染,降低了成本。同时,更重要的是明显地提高了图形的位置度和层间对位度(特别是消除了底片的尺寸变化和曝光对位等带来的尺寸偏差),对于多层pcb板改善质量和提高产品合格率,是极其有利的。它将与激光直接成像(LDI)一样,可以缩短PCB生产周期,提高产品质量,是PCB工业技术的重要改革与进步。

采用数字喷墨打印的图形转移技术,其加工工序最少(不足传统技术的40%),所用设备及材料最少,生产周期最短,因而,节能减排效果最显著,环境污染和成本也最低。

2.在形成阻焊/字符图形中的应用

同理,采用数字喷墨打印机直接把阻焊剂(阻焊性油墨)或字符油墨直接喷印到PCB在制板上,分别经过UV光固化后,便得到最终需要的阻焊剂图形和字符图形。

采用数字喷墨打印技术与工艺来获得阻焊和字符图形,明显提高了PCB产品的阻焊和字符图形的位置精确度,对于改善PCB板质量和提高产品合格率,也是极其有利的。

在埋嵌无源元件中应用:生产更高档次产品

目前,埋嵌无源元件的方法,大多采用含电阻型/电容型的覆铜箔板(CCL)或丝网印刷相关的油墨等方法实现,但这些方法,不仅工艺过程多而复杂,周期长,设备多并占大量空间,而且产品性能偏差大,很难生产高档次产品。更重要的是加工时耗能大,产生污染也大,不利于环境保护,采用喷墨打印工艺技术来实现埋嵌无源元件的方法,将极大地改善这些情况。

喷墨打印在埋嵌无源元件的应用,是指喷墨打印机直接把用作无源元件的导电油墨等相关油墨喷印到PCB内部设定的位置上,经过UV光处理或烘干/烧结处理,从而形成埋嵌无源元件的PCB产品。

这里所说的无源元件是指电阻、电容和电感(现在已经发展到埋嵌有源元件,如系统封装)。由于电子产品的高密度化和高频化等的发展,为了尽量降低串扰(感抗、容抗)等带来的失真、噪音等,需要越来越多的无源元件。同时,由于无源元件数量越来越多,不仅占的面积比例越来越大,而且其焊接点也越来越多,已经成为产业电子产品故障率的最大因素。加之,表面安装无源元件形成的回路而产生的二次干扰等,这些因素越来越严重地威胁着电子产品的可靠性。因此,在PCB中埋嵌无源元件来提高电子产品电气性能和降低故障率,已经开始成为PCB生产的主流产品之一。

关于在PCB中埋嵌无源元件的原理与方法。一般来说,埋嵌电阻、电容和电感的无源元件,除了公共电容放在电/地层之间外,其他大多是放在多层PCB的第二层和倒数第二层(n-1)上。

用作电阻的电阻导电胶(油墨)利用喷墨打印设备喷印到PCB的内层片(已蚀刻过)已设定的位置上,其底部的两端有蚀刻的导线(开路)连接着,经过烘烤、检测,然后压入PCB板内,即成。

同理,用作电容的电容导电胶(油墨)利用喷墨打印机喷印到预置位置的铜箔上,烘干和/或烧结,再喷印上一层含银等导电油墨,再烘干和/或烧结,然后层压(倒置过来)、蚀刻,既形成电容,又形成内层线路。

在电子产品和电子设备中,使用电感器的数量,比起电阻和电容来要少得多。同理,利用喷墨打印机把导电性油墨(形成中心电极)、电感材料油墨形成高电感性介质层,再在高电感性介质层上喷印导电油墨形成线圈即成。

在直接形成线路图形中应用:还须解决两大问题

喷墨打印直接形成线路是指喷墨打印机直接采用导电油墨而喷印在基板(无铜箔)上面形成的导电线路和图形。全印制电子技术是指整个印制电路板的形成过程全部是用喷墨打印技术来完成的。目前,全印制电子技术正在工程化的开发与研究之中,但很快会得到推广和应用。

目前,全印制电子技术存在的主要问题是:1.开发产业化(规模化生产)用的先进喷墨打印机,特别是超级喷墨打印设备;2.开发产业化用的先进喷印油墨,特别是各种各样的金属纳米级油墨,如银、铜和金等纳米级油墨。

目前,正在开发利用喷墨打印技术来生产多层印制电路板、系统封装(SIP)等。如采用日本产业技术综合研究所开发的超级喷墨设备和银纳米油墨等技术直接形成多层电路板。其过程是利用超级喷墨打印机把银纳米油墨喷印到无铜箔的基板上形成平面的线路层,然后在这个层平面上喷印连接凸块,用于层间连接,再形成层间的绝缘层,然后再在绝缘层上形成第二层的线路,依此类推,便可形成所需层数的多层线路板,即全印制电子的PCB。


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