电路板全喷墨制造方法

何润宏

（汕头超声印制板公司，广东 汕头 515065）

0 背景

喷墨印刷也称之为喷墨打印，作为一种印刷工艺，其与平版印刷、丝网印刷一样可用于图形的转移。喷墨印刷为非接触式物理印刷工艺，不需要用到化学药水，也不像活字印刷和曝光照相那样使用印版或胶片来印刷，它只需要将印刷图形直接由计算机输出，通过控制器控制喷墨系统的喷头，将油墨颗粒由喷嘴喷出形成图形。传统PCB线路的制造过程非常复杂，需要经过图像转移过程，使金属附着于基板，形成线路的蚀刻制造过程，最后才在基板上出现所要的线路。目前的图像转移技术已达到线宽的极限，无法再提高封装密度。相比之下，使用喷墨技术，无须进行生产线的改变和元件的准备，只需将CAD资料直接输入喷墨打印装置，即可达到改变线路的目的。但目前现有的印制电路板喷墨技术仅局限在印制电路板众多制造工艺流程上的某个步骤，都无法根本上解决印制电路板产品因工艺流程冗长，而存在的诸多严重化学污染、废气污染、高能耗等环保问题。

1 内容

1.1 技术方案

电路板全喷墨制造方法是先在载板上按照计算机输出图形喷印导电层、绝缘层、层间导通孔、阻焊层及保护层，之后喷印字符层、元件等，通过逐层打印技术，最终实现整个电路板的全喷墨制造。本技术方法能够极大程度缩短印制电路板制造加工流程，将原有涉及几十个工艺流程，缩短为仅几个工艺流程就能完成，同时减少了生产厂房、人员及配套设施等资源的投入浪费。该技术产品加工不涉及任何化学药水和气体，无废液、废气产生，符合国家环保要求，同时产品加工不需要任何辅助耗材，材料平均利用率可由原来的60%提高到95%以上，符合低碳节能理念。该技术方法也适用于金属基电路板、厚铜印制电路板、埋容埋阻电路板、半导体IC载板等产品加工，包括各种有机无机材料电子元器件的集成电路，如电极、晶体管、电感、电容、电阻、电池等功能组件元器件。

1.2 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2～20 μm，导通孔高度为5～50 μm，所述绝缘层厚度为5～75 μm；热固化温度为80-200℃，时间为2～60 min；光固化类型为UV光固化，固化时间为～30 min；热压整平温度为50～100 ℃，压力1～50 kg。

1.3 实施效果

提供一种电路板全喷墨制造的技术方法（如图1），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。

随着对喷墨印刷技术的持续研究与开发，喷墨印刷技术已经取得很大的突破与进展。特别是近年来，喷墨印刷机、喷墨打印头和墨水等方面的重大突破与进展，如日本产业技术综合研究所开发的能够喷射小到1～2 pL的墨滴的超级喷墨印刷技术的设备。还有适宜于规模化生产的UV固化喷印墨水，特别是研制出的含银纳米级油墨，为用于生产精细到10～20 μm的线宽/间距的PCB产品提供了条件。近年来又开发出更高级的超级喷墨印刷技术，其喷射出的墨滴尺寸可小到1 μm以下，从而可形成线宽小于3 μm的线路。

图1 一种电路板全喷墨制造的技术方法

2 结论

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。