喷墨印刷技术在印刷电路板中的应用分析

2.喷墨印刷设备

目前，喷墨印刷设备不仅仅局限于办公用喷墨打印机方面，已经进入了专业化的阶段。如在日本和美国市场推出的用于满足PCB生产规模化要求的喷墨印刷设备。在喷墨印刷机中的主要性能和要求包括以下几个方面。

(1)喷墨头(嘴)，它喷射出的墨滴大小和分辨率直接影响到线路的尺寸与精细度。

(2)生产效率，即在单位时间内可形成“在制板”数量，它关系到是否能进行规模化生产和成本问题。目前市场化的产品有日本CicroCraft k.k.的MJ6151系列和美国的Printar公司的GreenjetTM系列等产品。MJ6151系列喷墨印刷机，其印刷的分辨率为300～600dpi，喷射墨滴量最小为30pL，形成的线宽在80～150μm之间，只能满足一般PCB线路密度的要求。因此必须开发更小的喷射墨滴量，更高的喷印分辨率，才能获得更小的线宽。如果印刷的分辨率为1200～2400dpi，喷射墨滴量最小为3～6pL，则线宽可达到5～20μm，如图1所示为更细线宽的喷印图形的放大图。对于“金属纳米级油墨”来说，必须开发出具有能够喷射更小“墨滴”(如小于1pL)的喷射头的喷墨打印机，才能满足直接形成5μm以下的线宽的要求。

(3)喷墨印刷墨水。目前在PCB中，喷墨印刷墨水主要有三大类：①抗蚀/抗镀墨水，用于取代传统干膜与湿膜;②阻焊、字符(含介质层)等墨水，取代常规的阻焊、字符(介质层/绝缘层)等油墨;③直接喷印形成导电图形/线路的金属颗粒墨水(其中纳米级金属颗粒墨水方能完成满足低温烧结要求的优质导电的精细图形和导线)。在这三大类用于印刷电路板喷印的墨水中，第一类和第二类墨水最重要的性能是黏度和触变性，而第三类墨水的最关键性能是其中的金属颗粒(如银、金、铜等)要达到纳米级。

喷墨印刷技术在PCB工业中的应用

伴随着“专用”(产业化)的和“超级喷墨”技术的出现，喷射用的打印头和专用墨水，特别是纳米级墨水的改进和突破，现在利用这些高端技术，如超级喷印机和纳米银颗粒油墨等，已经可以得到精细的3～5μm的线宽/间距。这些技术、工艺和应用条件的不断成熟和普及，为喷墨印刷技术在PCB领域中的推广应用提供了基础和保证。喷墨印刷技术在PCB工业中的应用主要体现在以下几个方面。

第一，采用喷墨印刷技术直接形成抗蚀、抗镀图形，阻焊图形与字符。采用这种工艺技术可以减少传统图形转移工艺60%以上的生产过程,节省60%左右的抗蚀、抗镀、阻焊油墨、干膜，减少60%以上有机废水的处理与排放,并可提高产品的合格率，缩短生产周期,降低图形转移的成本。表1所示为各种图形转移方法所需的工序比较。

第二，全部采用喷墨印刷技术直接生产PCB产品，即在基板上喷印导电图形、低温烧结、喷印介质层、喷印填导通孔、低温烧结、喷印导电图形等，以重复形成满足要求的积层板。由于可以喷墨印刷各种无机、有机材料，因此各种电子功能结构材料可以通过印刷集成于电路板之中。除了电极以外还可印刷制作晶体管、电感、电容、电阻、电池等功能组件。从而使印制电子电路发展成为一种全印制电子加工过程、一种崭新的加工工艺，用于显示器、信号板、传感器、光电池等方面。

第三，采用喷墨印刷技术直接形成埋嵌元件板和系统封装基板等，从而大大简化生产和封装过程，以达到高密度化，提高电气性能和可靠性。

虽然利用喷墨印刷技术开发生产PCB产品还没有进入大规模工业化生产，但是它可以极大地简化PCB的生产过程和缩短生产周期。采用喷墨印刷技术只需要5道左右工序：CAD布图-钻孔-前处理-喷墨印制-固化;不必使用昂贵的生产设备和节省成本，能够达到节能减排的目的，特别是减少了废水的处理量，改善了环境污染，实现了绿色生产;而且这种方式不用掩模，十分灵活，生产过程几乎无“三废”，线条精细，可适用于刚性板和挠性基体，可以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，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有望低至200～300℃。正是这些优点，喷墨印刷技术会在PCB工业中迅速得到推广和应用，并将成为PCB产品生产的主流，给PCB工业带来革命性的变革与进步。