CN110557896A - 一种电路板全喷墨制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电路板全喷墨制造方法，包括如下步骤：制作载板，将完整的多层电路板隔层图形分拆多个分组分别传输给多个喷墨打印机，每个喷墨打印机根据分组图形逐一制作单板层并逐层累加形成叠加板层，完成该分组内所有图形的喷墨工艺后形成电路板模块，同时半固化片预处理，将多个电路板模块按电路板各层结构分组的顺序排列，相邻两电路板模块之间加入半固化片作为支撑媒介，排版完毕后进行压合工艺，最终获得成品电路板。结合了传统工艺和喷墨工艺的优点在提升制板效率减少工时损耗的同时，兼顾了板体的机械强度。避免了因板体机械强度不足而导致的使用问题。
Description
技术领域
本发明涉及印刷电路板制板领域，特别是涉及电路板全喷墨制造方法。
背景技术
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，在通过控制器控制喷墨***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、使金属附着于基板的过程和将金属加工而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，且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。而使用喷墨技术来喷射金属粒子便可克服此问题，且不需要使用图像转移过程和蚀刻过程就可以形成线路，从而简化制造步骤。使用传统的制造技术，当线路形状改变时必须改变图像转移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，即可达到改变线路的目的。
现有的喷墨印刷技术采用逐层叠加的加工方式，每一层均需要经过选图、喷墨、固化的工序步骤进行，消耗工时长、效率低。
且现有的喷墨印刷技术中追求全结构以油墨喷墨固化构成的板材主体，缺失了支撑结构，使得该种技术生产出的印刷电路板主体机构偏软，在大功率长久使用过程中产生的高热量会导致板体形变影响传导性能。同时过软的板材主体也会导致插接在其上的各电器元件不稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种电路板全喷墨制造方法，包括如下步骤：
S1、制作载板，选取多块尺寸相同且符合电路板拼版设计要求的载板，分别放入多个喷墨打印机中；
S2、分拆数据，将电路板各层的结构分组并分别输入不同的喷墨打印机匹配的计算机中，使得多个喷墨打印机同时制作不同的层结构；
S3、制作单板层，任意一个喷墨打印机中，通过计算机解析分组中各板层图形，并提取第一层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在载板的表面将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成单板层；
S4、叠加板层，通过计算机选取分组中的第二层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在单板层的基础上将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，在已经固化的单板层上再次生成一层单板层，组合成叠加板层；
S5、形成模块，重复S4步骤的操作逐一完成分组中的所有图形打印，生成有多层结构的电路板模块，多个喷墨打印机同时生成多个电路板模块；
S6、半固化片预处理，选取符合电路板拼版设计要求尺寸的半固化片，参照相邻两个电路板模块的结构进行定位和钻孔；
S7、半固化片喷涂，根据半固化片所在层的图形设计，将通孔内通过喷墨填满导电油墨；
S8、压合，将多个电路板模块按电路板各层结构分组的顺序排列，相邻两电路板模块之间加入半固化片作为支撑媒介，排版完毕后进行压合工艺，最终获得成品电路板。
进一步的，所述S5步骤中，在完成分组中所有图形打印且生成的叠加板层最终固化后，撤除载板，只留下喷涂生成的电路板模块备用。
进一步的，所述S3和S4步骤中，喷墨打印位于整个电路板结构表层的图形时采用阻焊油墨和保护油墨。
进一步的，在成品电路板的表面使用字符油墨进行喷墨印刷字符、标示和图案。
进一步的，将成品电路板进行外形加工。
进一步的，所述载板可选用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料。
进一步的，所述载板采用油墨固化形成的固态层结构板，在电路板模块构建完成后，可通过药水洗去作为载板的油墨层，在不损伤电路板模块的结构的情况下完成撤除载板。
进一步的，所述电路板模块根据其参照的电路板结构图形分组不同，生成有导电层、绝缘层、导通孔或其他电路板结构。
进一步的，所述导电层厚度为2-20um，所述导通孔高度为5-50um，所述绝缘层厚度为5-75um。
进一步的，热固化温度为80-200度，时间为2-60分钟；光固化类型为UV光固化，固化时间为1-30分钟；热压整平温度为50-100度，压力1-50KG。
本发明的工作原理为：在现有逐层喷墨技术的基础上进行改进，采用多个喷墨打印机同时工作分工不同的方式制作构成电路板主体的各个模块，再通过各个模块的压合成形得到最终的成品板材，成倍提升制板效率，极大地缩短了工时。在该工艺的基础上可实现传统工艺与新兴工艺的融合，将喷墨打印生成的板层与半固化片层相结合，通过压合工艺过程中产生的高温高压结合各模块的同时，半固化片中的玻璃纤维网能够硬化形成对于整个电路板的支撑结构。有效提高了成品板材的机械强度，避免了电路板受热形变和偏软板体导致电子器件不稳定的问题。
本发明结合实际举例三个喷墨打印机同时加工，电路板的各层电路图形总数为九层。
首先选取三个尺寸相同且符合电路板拼版设计要求的载板，分别放入三个喷墨打印机中；并且预先进行分拆数据，将总数为九层的九个电路图形以相邻三个图形为一组进行分组。即1号、2号、3号为第一组，输送至第一台喷墨打印机的计算机中；4号、5号、6号为第二组，输送至第二台喷墨打印机的计算机中；7号、8号、9号为第三组，输送至第三台喷墨打印机的计算机中。
三台喷墨打印机同时工作，分别制作各自分组中第一个编号的图形所对应的板层图形，即第一台喷墨打印机选取3号图形为第一个执行参照，在载板的表面将3号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成3号图形呈现出的单板层。
第二台喷墨打印机选取6号图形为第一个执行参照，在载板的表面将6号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成6号图形呈现出的单板层。
第三台喷墨打印机选取9号图形为第一个执行参照，在载板的表面将9号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成9号图形呈现出的单板层。
三台喷墨打印机各自负责的第一层的单板层制作完成后，再在其基础上生成第二层，得到叠加板层。即第一台喷墨打印机选取2号图形作为第二个执行参照，在3号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成2号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
第二台喷墨打印机选取5号图形作为第二个执行参照，在6号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成5号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
第三台喷墨打印机选取8号图形作为第二个执行参照，在9号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成8号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
再次重复上述操作，第一台喷墨打印机选取1号图形作为第三个执行参照，在2号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成1号图形呈现出的单板层，1号、2号、3号结合构成第一电路板模块。
第二台喷墨打印机选取4号图形作为第三个执行参照，在5号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成4号图形呈现出的单板层，4号、5号、6号结合构成第二电路板模块。
第三台喷墨打印机选取7号图形作为第三个执行参照，在8号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成7号图形呈现出的单板层，7号、8号、9号结合构成第三电路板模块。
在模块制作完成的同时将半固化片进行单独的预处理工艺。先根据符合电路板拼版设计要求的尺寸进行裁切，再根据电路需求以及准备拼接在半固化片两侧的两个模块的线路图形状进行钻孔处理。采用CCD定位技术避免出现偏差。在半固化片钻设好导通孔后，通过喷墨的方式对导通孔进行填充。填充物为导电油墨，将其固化后完成半固化片的准备工作。
将半固化片以及三个电路板模块按照电路结构进行排序，第一模块的3号图形板层与第二模块的4号图形板层相邻，第二模块的6号图形板层与第三模块的7号图形板层相邻。半固化片根据合理设计在两个空隙中选择其一***，或两个空隙中各***一层半固化片。
将上述三个电路板模块及半固化片按顺序码放在压合机中，排版对齐后开始压合工艺。最终获得成品的电路板。
其中载板作为生成模块的载体媒介，在完成模块制作后可直接撤除。有特殊功效的载板可保留。载板的材质可选用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料中的一种。但本发明中选用的材料为油墨固化构成的固态结构板。该设计的优点在于，借用丝印工艺原理，在固态的油墨层表面进行模块建设。待模块建成后可通过药水清洗无痕地出去固态的油墨层这个载板。能够最大限度地保障模块的完整性和高精度。在后续压合拼接过程中起到优异的铺垫效果。
1号和9号作为电路板的两个最外层图形，其图形中的填充料为阻焊油墨和保护油墨，用于电路板保护和阻焊保护。待阻焊油墨和保护油墨固化后再喷涂一层字符油墨用于标明字符、标示和图形。
在各模型中，根据图形分组的不同，形成有不同功能的图形板层。例如3号图形呈现出的单板层为导电层，4号图形呈现出的单板层为绝缘层。3号图形留白处与4号图形留白处位置对应，二者结合构成贯穿3号单板层和4号单板层的埋孔或称为导通孔。
本例中的其他加工参数为：导电层厚度为2-20um，导通孔高度为5-50um，绝缘层厚度为5-75um。热固化温度为80-200度，时间为2-60分钟；光固化类型为UV光固化，固化时间为1-30分钟；热压整平温度为50-100度，压力1-50KG。
最终还需对成品电路板进行外形加工完成整个板体制作。
本发明的有益效果为：结合了传统工艺和喷墨工艺的优点在提升制板效率减少工时损耗的同时，兼顾了板体的机械强度。避免了因板体机械强度不足而导致的使用问题。
附图说明
附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明一实施例提供的一种电路板全喷墨制造方法的排版结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的一种电路板全喷墨制造方法第一电路板模块及载板结构示意图。
图示：
001第一电路板模块；002第二电路板模块；003第三电路板模块；004半固化片；005载板。
具体实施方式
如图1-2中所示，本发明一实施例提供的一种电路板全喷墨制造方法，包括如下步骤：
S1、制作载板005，选取多块尺寸相同且符合电路板拼版设计要求的载板005，分别放入多个喷墨打印机中；
S2、分拆数据，将电路板各层的结构分组并分别输入不同的喷墨打印机匹配的计算机中，使得多个喷墨打印机同时制作不同的层结构；
S3、制作单板层，任意一个喷墨打印机中，通过计算机解析分组中各板层图形，并提取第一层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在载板005的表面将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成单板层；
S4、叠加板层，通过计算机选取分组中的第二层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在单板层的基础上将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，在已经固化的单板层上再次生成一层单板层，组合成叠加板层；
S5、形成模块，重复S4步骤的操作逐一完成分组中的所有图形打印，生成有多层结构的电路板模块，多个喷墨打印机同时生成多个电路板模块；
S3、半固化片004预处理，选取符合电路板拼版设计要求尺寸的半固化片004，参照相邻两个电路板模块的结构进行定位和钻孔；
S4、半固化片004喷涂，根据半固化片004所在层的图形设计，将通孔内通过喷墨填满导电油墨；
S5、压合，将多个电路板模块按电路板各层结构分组的顺序排列，相邻两电路板模块之间加入半固化片004作为支撑媒介，排版完毕后进行压合工艺，最终获得成品电路板。
进一步的，所述S5步骤中，在完成分组中所有图形打印且生成的叠加板层最终固化后，撤除载板005，只留下喷涂生成的电路板模块备用。
进一步的，所述S3和S4步骤中，喷墨打印位于整个电路板结构表层的图形时采用阻焊油墨和保护油墨。
进一步的，在成品电路板的表面使用字符油墨进行喷墨印刷字符、标示和图案。
进一步的，将成品电路板进行外形加工。
进一步的，所述载板005可选用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料。
进一步的，所述载板005采用油墨固化形成的固态层结构板，在电路板模块构建完成后，可通过药水洗去作为载板005的油墨层，在不损伤电路板模块的结构的情况下完成撤除载板005。
进一步的，所述电路板模块根据其参照的电路板结构图形分组不同，生成有导电层、绝缘层、导通孔或其他电路板结构。
进一步的，所述导电层厚度为2-20um，所述导通孔高度为5-50um，所述绝缘层厚度为5-75um。
进一步的，热固化温度为80-200度，时间为2-60分钟；光固化类型为UV光固化，固化时间为1-30分钟；热压整平温度为50-100度，压力1-50KG。
本发明的工作原理为：在现有逐层喷墨技术的基础上进行改进，采用多个喷墨打印机同时工作分工不同的方式制作构成电路板主体的各个模块，再通过各个模块的压合成形得到最终的成品板材，成倍提升制板效率，极大地缩短了工时。在该工艺的基础上可实现传统工艺与新兴工艺的融合，将喷墨打印生成的板层与半固化片004层相结合，通过压合工艺过程中产生的高温高压结合各模块的同时，半固化片004中的玻璃纤维网能够硬化形成对于整个电路板的支撑结构。有效提高了成品板材的机械强度，避免了电路板受热形变和偏软板体导致电子器件不稳定的问题。
本发明结合实际举例三个喷墨打印机同时加工，电路板的各层电路图形总数为九层。
首先选取三个尺寸相同且符合电路板拼版设计要求的载板005，分别放入三个喷墨打印机中；并且预先进行分拆数据，将总数为九层的九个电路图形以相邻三个图形为一组进行分组。即1号、2号、3号为第一组，输送至第一台喷墨打印机的计算机中；4号、5号、6号为第二组，输送至第二台喷墨打印机的计算机中；7号、8号、9号为第三组，输送至第三台喷墨打印机的计算机中。
三台喷墨打印机同时工作，分别制作各自分组中第一个编号的图形所对应的板层图形，即第一台喷墨打印机选取3号图形为第一个执行参照，在载板005的表面将3号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成3号图形呈现出的单板层。
第二台喷墨打印机选取6号图形为第一个执行参照，在载板005的表面将6号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成6号图形呈现出的单板层。
第三台喷墨打印机选取9号图形为第一个执行参照，在载板005的表面将9号图形中对应的线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成9号图形呈现出的单板层。
三台喷墨打印机各自负责的第一层的单板层制作完成后，再在其基础上生成第二层，得到叠加板层。即第一台喷墨打印机选取2号图形作为第二个执行参照，在3号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成2号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
第二台喷墨打印机选取5号图形作为第二个执行参照，在6号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成5号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
第三台喷墨打印机选取8号图形作为第二个执行参照，在9号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成8号图形呈现出的单板层，二者结合构成叠加板层。
再次重复上述操作，第一台喷墨打印机选取1号图形作为第三个执行参照，在2号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成1号图形呈现出的单板层，1号、2号、3号结合构成第一电路板模块001。
第二台喷墨打印机选取4号图形作为第三个执行参照，在5号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成4号图形呈现出的单板层，4号、5号、6号结合构成第二电路板模块002。
第三台喷墨打印机选取7号图形作为第三个执行参照，在8号图形呈现出的单板层表面进行喷墨打印，生成7号图形呈现出的单板层，7号、8号、9号结合构成第三电路板模块003。
在模块制作完成的同时将半固化片004进行单独的预处理工艺。先根据符合电路板拼版设计要求的尺寸进行裁切，再根据电路需求以及准备拼接在半固化片004两侧的两个模块的线路图形状进行钻孔处理。采用CCD定位技术避免出现偏差。在半固化片004钻设好导通孔后，通过喷墨的方式对导通孔进行填充。填充物为导电油墨，将其固化后完成半固化片004的准备工作。
将半固化片004以及三个电路板模块按照电路结构进行排序，第一模块的3号图形板层与第二模块的4号图形板层相邻，第二模块的6号图形板层与第三模块的7号图形板层相邻。半固化片004根据合理设计在两个空隙中选择其一***，或两个空隙中各***一层半固化片004。
将上述三个电路板模块及半固化片004按顺序码放在压合机中，排版对齐后开始压合工艺。最终获得成品的电路板。
其中载板005作为生成模块的载体媒介，在完成模块制作后可直接撤除。有特殊功效的载板005可保留。载板005的材质可选用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料中的一种。但本发明中选用的材料为油墨固化构成的固态结构板。该设计的优点在于，借用丝印工艺原理，在固态的油墨层表面进行模块建设。待模块建成后可通过药水清洗无痕地出去固态的油墨层这个载板005。能够最大限度地保障模块的完整性和高精度。在后续压合拼接过程中起到优异的铺垫效果。
1号和9号作为电路板的两个最外层图形，其图形中的填充料为阻焊油墨和保护油墨，用于电路板保护和阻焊保护。待阻焊油墨和保护油墨固化后再喷涂一层字符油墨用于标明字符、标示和图形。
在各模型中，根据图形分组的不同，形成有不同功能的图形板层。例如3号图形呈现出的单板层为导电层，4号图形呈现出的单板层为绝缘层。3号图形留白处与4号图形留白处位置对应，二者结合构成贯穿3号单板层和4号单板层的埋孔或称为导通孔。
本例中的其他加工参数为：导电层厚度为2-20um，导通孔高度为5-50um，绝缘层厚度为5-75um。热固化温度为80-200度，时间为2-60分钟；光固化类型为UV光固化，固化时间为1-30分钟；热压整平温度为50-100度，压力1-50KG。
最终还需对成品电路板进行外形加工完成整个板体制作。
本发明的有益效果为：结合了传统工艺和喷墨工艺的优点在提升制板效率减少工时损耗的同时，兼顾了板体的机械强度。避免了因板体机械强度不足而导致的使用问题。
以上所述实施例仅表达了本发明基于purley平台的大数据服务器***套板的核心技术攻关的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电路板全喷墨制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制作载板，选取多块尺寸相同且符合电路板拼版设计要求的载板，分别放入多个喷墨打印机中；
S2、分拆数据，将电路板各层的结构分组并分别输入不同的喷墨打印机匹配的计算机中，使得多个喷墨打印机同时制作不同的层结构；
S3、制作单板层，任意一个喷墨打印机中，通过计算机解析分组中各板层图形，并提取第一层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在载板的表面将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，形成单板层；
S4、叠加板层，通过计算机选取分组中的第二层图形作为执行参照，控制喷墨打印机在单板层的基础上将线路图形使用导电油墨打印出来，将非导电图形区域使用绝缘树脂油墨打印出来，经过热压整平、热固化或光固化处理后，在已经固化的单板层上再次生成一层单板层，组合成叠加板层；
S5、形成模块，重复S4步骤的操作逐一完成分组中的所有图形打印，生成有多层结构的电路板模块，多个喷墨打印机同时生成多个电路板模块；
S6、半固化片预处理，选取符合电路板拼版设计要求尺寸的半固化片，参照相邻两个电路板模块的结构进行定位和钻孔；
S7、半固化片喷涂，根据半固化片所在层的图形设计，将通孔内通过喷墨填满导电油墨；
S8、压合，将多个电路板模块按电路板各层结构分组的顺序排列，相邻两电路板模块之间加入半固化片作为支撑媒介，排版完毕后进行压合工艺，最终获得成品电路板。
2.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述S5步骤中，在完成分组中所有图形打印且生成的叠加板层最终固化后，撤除载板，只留下喷涂生成的电路板模块备用。
3.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述S3和S4步骤中，喷墨打印位于整个电路板结构表层的图形时采用阻焊油墨和保护油墨。
4.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：在成品电路板的表面使用字符油墨进行喷墨印刷字符、标示和图案。
5.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：将成品电路板进行外形加工。
6.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述载板可选用纸质、金属、玻璃、陶瓷或树脂材料。
7.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述载板采用油墨固化形成的固态层结构板，在电路板模块构建完成后，可通过药水洗去作为载板的油墨层，在不损伤电路板模块的结构的情况下完成撤除载板。
8.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述电路板模块根据其参照的电路板结构图形分组不同，生成有导电层、绝缘层、导通孔或其他电路板结构。
9.根据权利要求8所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：所述导电层厚度为2-20um，所述导通孔高度为5-50um，所述绝缘层厚度为5-75um。
10.根据权利要求1所述电路板全喷墨制造方法，其特征在于：热固化温度为80-200度，时间为2-60分钟；光固化类型为UV光固化，固化时间为1-30分钟；热压整平温度为50-100度，压力1-50KG。
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