加法增材製造工藝問題解答
發佈日期:
2023-07-04

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1.傳統PCB的工藝流程和百柔的加法製造工藝技術的差異性在哪裏?

答:如下圖1所示,傳統的PCB製作流程比較長,采用的是傳統的減法製造工藝。PCB的基礎材料是覆銅板,就是玻璃纖維和樹脂的兩面都是壓上銅箔,銅箔上面通過覆蓋對某種光源感光的膜材以後,感光膜材和光源之間有電路圖形的菲林,通過曝光的方式,把光源照射在感光膜材上,有部分光源由於菲林上有圖形而未能照射在感光膜材,導致該部分的膜材不發生反應,這不發生反應膜材以及它下面的銅箔在強酸強堿的蝕刻液中不被蝕刻掉,從而形成了與菲林圖形一致的銅線路。而光源透過了菲林沒有線路圖形部分的光線照射到了膜材,導致這些受光的膜材發生反應和質變,這些受光膜材及其下面的銅箔在強酸強堿的蝕刻液中被蝕刻掉了,漏出了半固化片。該過程是形成電路圖形的關鍵,即蓋膜、曝光、顯影、退膜幾個流程,產生大量的銅液廢棄物和大量的水洗。這個工藝需要投入的設備和製程比較長。

加法增材制造工艺问题解答

圖1 印製電路板的生產流程圖

如下圖2所示,百柔加法製造采取的是直接把導電金屬漿料通過絲網的方式把電路圖形直接在能耐高溫的基材(玻璃或陶瓷)上印刷,然後通過高溫燒結的方式使得這些導電漿料固化下來,在基材上形成了和電路板一樣的導電銅線。不需要通過蓋膜、曝光、顯影、退膜幾個減法流程,所有金屬漿料都100%印刷到基材上形成線路,材料利用率最高,沒有殘留,不需要大量水清洗,沒有電鍍沒有蝕刻,因此設備投資和生產周期大大縮短。是一種高效的綠色製造的環保工藝。目前百柔的加法製造由於金屬漿料需要再高溫下燒結才能形成導電圖案,因此基材必須是 能耐高溫的無機基材,例如陶瓷和玻璃。

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                                                   圖2 加法增材製造工藝流程圖

而且傳統PCB的工藝流程由於設備和化學藥水蝕刻的物理極限,能夠實現的線寬線距有限,百柔的加法製造工藝可以采用絲印、壓印,填印三種方式,可以製作比傳統PCB的工藝更加細微的線路和線路間距。

2.通過3D打印技術實現字符打印和防焊工藝對比傳統工藝的優勢在哪裏?

答:傳統的字符或防焊印刷工藝需要製作絲印網版,字符油墨通過網版上的網眼滲透到下面PCB,然後通過烘幹使得字符固化下來。網版在製作和清洗過程中會產生大量有機廢液。傳統的防焊如果采用LDI(雷射直接成像)工藝,在整版PCB上塗覆感光防焊油墨以後通過激光在需要保留防焊油墨的地方進行照射,這些被激光照射的油墨發生了質變,在蝕刻液中保留了下來成為防焊層,哪些沒有被激光照射的感光防焊油墨在強酸中被蝕刻掉。該過程會產生大量的油墨有機汙染物和大量用水,同時需要對富含有機汙染物水體進行凈化處理。對環境造成壓力,同時增加了LDI(雷射直接成像)設備的投資和占用了生產空間。在PCB傳統製程中,阻焊工序需要曝光、顯影、退掉沒有被感光的多余油墨等繁瑣的濕流程工序,而且產生的工業汙水中含有的有機物和溶劑會造成對人體健康與環境安全帶來風險;需要特別的處理和凈化,尤其是傳統針對厚銅(電源類變壓用的PCB)的防焊工藝流程更長,由於厚銅板的防焊油墨厚度很厚,需要通過絲印曝光顯影2~3次才能實現厚銅板的阻焊,這種通過減法方法實現的阻焊給板廠的汙水處理和交期帶來挑戰和環境不利影響。而且傳統的阻焊工序整個流程實現需要多臺設備,設備投資大,占地空間也大,消耗時間、電力和人力。

百柔采用的是3D噴墨打印技術實現字符打印和防焊,類似打印機打印文字和圖案的方式 ,在PCB表面需要印刷防焊油墨的地方,直接通過噴嘴把油墨墨滴噴上,這個過程不需要額外增加絲印網版,因此也就不會增加網版這一輔助工具的成本,同時也避免了網版在製作和清洗過程中會產生大量有機廢液。3D噴墨打印字符和防焊屬於加法工藝,就是有需要的地方才會噴塗油墨,和傳統工藝比較,不會導致大量油墨需要蝕刻清洗汙染水體。這樣可以節省材料成本、減少了流程,因此也減少了工藝成本,由於沒有清洗網版處理,因此沒有水處理的成本。百柔新材自行研發3D噴墨打印技術,可以克服以上難題,利用加成法工藝,數字化噴印,實現了無接觸,速度快且提高了材料利用率,打印精確,減少廢棄物的排放等環境友好型的製程方式,而且可以通過選擇性打印,在線路等必要的位置可選擇噴印更多阻焊油墨,通過控製油墨墨滴的直徑,靈活地選擇打印區域和厚度。

這種通過加法油墨加工方式節省生產成本和簡化工藝流程,噴墨技術還可以以避免油墨入孔等品質異常,噴印更加細微的線路,噴印設備和油墨遵循打印機中加載的PCB設計數字化信息,將油墨精準打印在所需位置上。如下圖3,以一個月3萬平米PCB產出對比絲印工藝與噴墨工藝的成本,總體阻焊的噴墨低於傳統的絲印工藝。

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圖3 傳統絲印工藝與噴墨工藝對比

加法製造的工藝革命是PCB行業走向智能製造和綠色製造的必然之路。百柔的油墨3D打印噴塗技術有效減少了烘烤、曝光、顯影等工序,減少了人工、減少了廢水、廢氣、廢棄物,減少了輔助材料的使用,減少了用電和設備損耗,是加法製造的一次成功的應用。

3. 從目前百柔的產品介紹來看,絲印技術和噴墨打印技術都可以實現加法製造,那二者之間有什麽優缺點麽?

答:3D噴墨打印技術屬於綠色環保的加法製造工藝,屬於增材製造範疇。同時可以實現連線生產和智能化管理。對於企業提高管理運營效率和縮短交付時間有重要的貢獻。對於設備投入和人工投入少,和傳統的絲印工藝比較,廢棄物、汙染物大大減少。噴墨打印可以根據設計圖紙的要求到指定的電路板區域實現噴塗後預固化直接形成防焊油墨或字符。

打印方式靈活,既可以勝任多品種小批量的模式,也可以勝任單個料號圖形需要多次噴墨的生產需求。尤其在厚銅板方面防焊打印效率完勝傳統的絲印技術。

字符和防焊絲印技術是傳統的工藝,該工藝比較成熟,但是由於需要製作絲印網版,會增加網版的成本,同時網版的清洗需要大量用水和造成水體汙染。而且不同的電路圖形必須製作不同的網版來用於生產,絲印工藝不能和上下遊的設備連線生產,必須人工上線來操作,工序操作時間比較長,不利於效率的提升。絲印技術優點是工藝成熟度高,良品率比較高,適合與單個圖形需要大量印刷字符和防焊的生產需求,但是對於多品種小批量的生產需求則效率明顯比不上3D噴墨打印。