用3D打印機(jī)制造多層印刷電路板 可用于回流焊

　利用臺式噴墨打印機(jī)，使用銀納米墨等導(dǎo)電體墨水和電介質(zhì)墨水，制作多層電路板、柔性電路板乃至三維布線電路板。用于制造這樣的多層印刷電路板的3D打印機(jī)即將投入實(shí)用。那就是以色列初創(chuàng)企業(yè)Nano Dimension開發(fā)的“DragonFly 2020”(該公司網(wǎng)站)。該公司在日本圖研舉行的“Zuken Innovation World 2016 Yokohama”(10月13～14日在橫濱灣東急酒店舉行)上就這款產(chǎn)品發(fā)表了演講。設(shè)想的產(chǎn)品主要用途是在設(shè)備開發(fā)階段試制印刷電路板。目前正與客戶企業(yè)測試β版，將于2016年下半年試銷售，現(xiàn)已開始受理訂單。

　　據(jù)介紹，“DragonFly 2020”是外形尺寸100cm×60cm×80cm、重量80㎏的臺式機(jī)，可制造20cm×20cm×0.3cm的印刷電路板。估計(jì)這一尺寸可涵蓋目前廣泛使用的多半印刷電路板。另外，樹脂硬化處理等后工序也在打印機(jī)內(nèi)部自動(dòng)完成，因此只要輸入原來的印刷電路板制造用Gerber數(shù)據(jù)，就會輸出完成的印刷電路板。

　　Nano Dimension公司CBO、聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事會成員Simon Fried在演講中介紹說，該打印機(jī)設(shè)想使用銀納米墨作為導(dǎo)電體墨水。他表示，這種墨水導(dǎo)電性高，甚至可替代銀來使用，可同時(shí)滿足信號線和電源線的要求。為了使導(dǎo)電性顆粒、制造工藝及成分等達(dá)到最佳狀態(tài)，銀納米墨由以色列希伯來大學(xué)(Hebrew University)開發(fā)。另外，打印機(jī)及軟件也根據(jù)該墨水實(shí)施了優(yōu)化?？尚纬删€寬為50μm的布線，推薦用于布線寬/布線間隔為90μm～100μm/90μm～100μm的布線用途。將來還考慮面向?qū)嶋H產(chǎn)品及大量生產(chǎn)用途，追加鎳納米墨及銅納米墨等低成本材料。

　　電介質(zhì)墨的材料未在演講中公布，不過Fried表示，可實(shí)現(xiàn)與目前使用的FR-4同等的介電率及介電正切。耐熱溫度達(dá)到360℃以上，還可實(shí)現(xiàn)回流焊。

　　一次打印可制作的厚度最大為3μm。能夠以0.5μm為單位實(shí)施控制?？稍O(shè)置重疊幾層打印以改變厚度，設(shè)定得薄時(shí)可制造柔性電路板，設(shè)定得較厚則可制作剛性高的硬電路板，而局部改變厚度時(shí)則可制造軟硬結(jié)合的電路板。目前正在開發(fā)襯底劑，目標(biāo)是開發(fā)出在玻璃、布料等材質(zhì)上印刷的方法。

　　在物體內(nèi)外進(jìn)行自由的三維布線

　　這款打印機(jī)不僅可以制造印刷電路板這樣的平面構(gòu)造，而且還可制造帶凹凸的立體形狀。Fried舉出了德國樂普科光電公司(LPKF Laser & Electronics)的三維布線形成技術(shù)LDS(Laser Direct Structuring)工藝和美國Optomec公司的Aerosol Jet Printing技術(shù)的例子，表示些客戶要求實(shí)現(xiàn)三維布線，而該公司的技術(shù)在三維物體的外部(表面)和內(nèi)部均可形成自由的布線。比如，可實(shí)現(xiàn)斜向45度連接的布線，以及三維的線圈和天線。順便提一句，要想實(shí)現(xiàn)這種自由的三維布線，必須要開發(fā)與已有的以二維為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)軟件不同的新型軟件。

　　Fried列舉了印刷電路板用3D打印機(jī)存在需求的兩個(gè)主要原因。一是印刷電路板的試制要花費(fèi)大量時(shí)間。“在深圳的話或許能馬上拿到手，而在歐洲要花費(fèi)數(shù)周以上的時(shí)間”。如果使用3D打印機(jī)在自已公司里制造，一晚上的時(shí)間便可完成，不需要委托其他公司，也無需花時(shí)間報(bào)請上司來批準(zhǔn)。他特別提到，在產(chǎn)品研發(fā)中，與是否為多層電路板相比，客戶希望在1～2小時(shí)后而不是1～2天后拿到可立即測試的印刷電路板的需求更強(qiáng)烈，而3D打印機(jī)正符合這樣的要求。

　　另一個(gè)原因在于信息安全問題。由于歐洲等地的印刷電路板廠商較少，因此需求方大多向中國大陸和臺灣的印刷電路板廠商下訂單，但有很多企業(yè)都擔(dān)心與這些海外廠商共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的問題。量產(chǎn)階段還好說，但開發(fā)項(xiàng)目不同，很多企業(yè)都希望相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能夠盡量長時(shí)間放在公司內(nèi)部。

　　這款3D打印機(jī)無需鉆頭及焊料掩模即可制造具備通孔的多層電路板。由于是噴墨打印方式，因此容易通過增加噴頭數(shù)量來實(shí)現(xiàn)大尺寸化及高速化，而且還可輕松操作多種材料。雖然還存在部件安裝問題，但也有可能實(shí)現(xiàn)在物體中內(nèi)置布線電路的防水產(chǎn)品，以及包含布線在內(nèi)直接輸出最終產(chǎn)品。Fried認(rèn)為“將來的工廠將走向1box化(當(dāng)然并不是真的像箱子那么小)”。