喷墨印刷技术在印刷电路板中的应用分析

印刷电路板(Printed Circuit Board，即PCB)是电子行业中最重要的基础电子部件，从宇宙飞行器、巨型电子计算机、弹道导弹核艇、运载火箭、机器人、磁悬浮列车，到电视、电子计算机等诸多的民用产品，几乎每一种电子设备都离不开PCB，可以说有集成电路等电子元器件的地方，就有PCB的存在。据统计，2002年，中国成为第三大PCB产出国。2005年，中国PCB产值和进出口额均超过130亿美元，成为世界第二大PCB产出国。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，并预计在2010年左右超过日本，成为全球PCB产值最大和技术发展最活跃的国家。传统高消耗、高成本、高污染的PCB制造技术远远不能满足也不符合现在的要求，新型PCB制造技术的产生迫在眉睫。

传统PCB制造技术

传统PCB配线的制造过程非常复杂，需要经过微影过程、使金属附着于基板的过程和将金属加工而形成配线的蚀刻制造过程，最后才在基板上出现所要的配线，且目前的微影技术已达到线宽的极限，无法再提高封装密度。而使用喷墨印刷技术来喷射金属粒子便可克服此问题，且不需要使用微影过程和蚀刻过程就可以形成配线，从而简化制造步骤。使用传统的制造技术，当配线形状改变时必须改变微影制造过程所使用的光罩，这样不仅会增加光罩制作的时间和成本，连印刷电路板的种类或生产线都需要改变。相比之下，使用喷墨印刷技术，无须进行生产线的改变和元件的准备，只要将CAD资料直接输入喷墨打印装置，即可达到改变配线的目的。

还有目前使用丝网印刷来制作印刷电路板，其工艺流程包括制阻焊膜底片→冲底片定位孔→清洗印制版→配制油墨→双面印刷→预烘→曝光→显影→热固，这个过程是非常复杂的。随着电路板线宽减小，对丝网印刷机的要求逐渐提高，印前准备时间也逐渐延长，这就造成了成本的增加;随着电路板厚度的减小，印刷压力也必须随之调整，压力过大电路板会损坏，过小则印刷质量不能符合要求。而且丝网印刷所造成的污染较大，也无形中提高了制造成本。

喷墨印刷技术

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。特别是自2005年以来，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1～2pL的墨滴的超级喷墨印刷技术(Super-Inkjet Technology)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(或称OM/Ag，有机金属/银络合物)，为用于生产精细到10～20μm的线宽/间距的PCB产品提供了条件。近年又开发出更高级的超级喷墨印刷技术，其喷射出的墨滴可以小到飞升(1fL=1×10-15L)，即喷射出的墨滴尺寸可小到1μm以下，从而可形成线宽小于3μm的线路。这些成果吸引了PCB制造商，为PCB企业生产精细化产品、实现节能减排提供了选择的机会和新的出路。

1.喷墨印刷原理

现以按需式压电材料引起墨水体积改变而形成喷墨墨滴为例来说明喷墨印刷的原理。利用电压脉冲驱动压电陶瓷元件(简称PZT)使之产生变形，挤压墨水腔内的墨水。当产生瞬间的压力足以克服流体的表面张力时，墨水由喷嘴口喷射出，在墨滴喷出的过程中，由于移除电压时所造成的压电陶瓷元件反方向的应力会使墨滴串产生颈缩现象，从而导致墨滴脱离喷嘴口。

压电式喷墨头因不需要将喷液汽化，所以可用来喷射任何配制好的液体或金属熔液，也可喷射分散在水中的各种各样的溶剂、水溶液、熔化的焊料与聚酯、有机金属和纳米金属颗粒的溶液(墨水)。这种设备可在室温至340℃的温度范围内进行操作。喷出的液滴可小到几个pL，每秒可喷出几千个小液滴。这种数字喷墨打印机只有在喷墨打印定量模式确定后，才会产生喷射墨滴，而喷射位置、面积和厚度等将由CAD数据或存储数字所形成的数据化驱动来对印刷机和打印头进行控制，以达到精确控制液滴大小和重复生产的要求。