用3D打印机制造多层印刷电路板,可用于回流焊

2016-10-200阅读0

  利用台式喷墨打印机,使用银纳米墨等导电体墨水和电介质墨水,制作多层电路板、柔性电路板乃至三维布线电路板。用于制造这样的多层印刷电路板的3D打印机即将投入实用。那就是以色列初创企业Nano Dimension开发的“DragonFly 2020”(该公司网站)。该公司在日本图研举行的“Zuken Innovation World 2016 Yokohama”(10月13~14日在横滨湾东急酒店举行)上就这款产品发表了演讲。设想的产品主要用途是在设备开发阶段试制印刷电路板。目前正与客户企业测试β版,将于2016年下半年试销售,现已开始受理订单。

  据介绍,“DragonFly 2020”是外形尺寸100cm×60cm×80cm、重量80㎏的台式机,可制造20cm×20cm×0.3cm的印刷电路板。估计这一尺寸可涵盖目前广泛使用的多半印刷电路板。另外,树脂硬化处理等后工序也在打印机内部自动完成,因此只要输入原来的印刷电路板制造用Gerber数据,就会输出完成的印刷电路板。

  

以色列Nano Dimension公司CBO、联合创始人兼董事会成员Simon Fried。

  

使用“DragonFly 2020”制成的试制品。

  Nano Dimension公司CBO、联合创始人兼董事会成员Simon Fried在演讲中介绍说,该打印机设想使用银纳米墨作为导电体墨水。他表示,这种墨水导电性高,甚至可替代银来使用,可同时满足信号线和电源线的要求。为了使导电性颗粒、制造工艺及成分等达到最佳状态,银纳米墨由以色列希伯来大学(Hebrew University)开发。另外,打印机及软件也根据该墨水实施了优化。可形成线宽为50μm的布线,推荐用于布线宽/布线间隔为90μm~100μm/90μm~100μm的布线用途。将来还考虑面向实际产品及大量生产用途,追加镍纳米墨及铜纳米墨等低成本材料。

  电介质墨的材料未在演讲中公布,不过Fried表示,可实现与目前使用的FR-4同等的介电率及介电正切。耐热温度达到360℃以上,还可实现回流焊。

  一次打印可制作的厚度最大为3μm。能够以0.5μm为单位实施控制。可设置重叠几层打印以改变厚度,设定得薄时可制造柔性电路板,设定得较厚则可制作刚性高的硬电路板,而局部改变厚度时则可制造软硬结合的电路板。目前正在开发衬底剂,目标是开发出在玻璃、布料等材质上印刷的方法。

  

硬电路板的试制示例。左端具有硬电路板的硬度。

  在物体内外进行自由的三维布线

  这款打印机不仅可以制造印刷电路板这样的平面构造,而且还可制造带凹凸的立体形状。Fried举出了德国乐普科光电公司(LPKF Laser & Electronics)的三维布线形成技术LDS(Laser Direct Structuring)工艺和美国Optomec公司的Aerosol Jet Printing技术的例子,表示些客户要求实现三维布线,而该公司的技术在三维物体的外部(表面)和内部均可形成自由的布线。比如,可实现斜向45度连接的布线,以及三维的线圈和天线。顺便提一句,要想实现这种自由的三维布线,必须要开发与已有的以二维为基础的设计软件不同的新型软件。

  

三维布线的试制示例。外形类似玩具小车,可能是以汽车行业为对象来考虑的。

  Fried列举了印刷电路板用3D打印机存在需求的两个主要原因。一是印刷电路板的试制要花费大量时间。“在深圳的话或许能马上拿到手,而在欧洲要花费数周以上的时间”。如果使用3D打印机在自已公司里制造,一晚上的时间便可完成,不需要委托其他公司,也无需花时间报请上司来批准。他特别提到,在产品研发中,与是否为多层电路板相比,客户希望在1~2小时后而不是1~2天后拿到可立即测试的印刷电路板的需求更强烈,而3D打印机正符合这样的要求。

  另一个原因在于信息安全问题。由于欧洲等地的印刷电路板厂商较少,因此需求方大多向中国大陆和台湾的印刷电路板厂商下订单,但有很多企业都担心与这些海外厂商共享设计数据的问题。量产阶段还好说,但开发项目不同,很多企业都希望相关设计数据能够尽量长时间放在公司内部。

  这款3D打印机无需钻头及焊料掩模即可制造具备通孔的多层电路板。由于是喷墨打印方式,因此容易通过增加喷头数量来实现大尺寸化及高速化,而且还可轻松操作多种材料。虽然还存在部件安装问题,但也有可能实现在物体中内置布线电路的防水产品,以及包含布线在内直接输出最终产品。Fried认为“将来的工厂将走向1box化(当然并不是真的像箱子那么小)”。(记者:宇野 麻由子)

  (全文完)