数字化文字喷印及其在PCB生产中应用

数字化文字喷印及其在PCB生产中应用

莫景超

广东正业科技股份有限公司 广东东莞 523000

摘要：随着喷印技术的发展，数字喷印成为能够替代传统的丝网印刷工艺关键手段，利用数字喷印装置，就能完成打印操作。从PCB生产角度分析，应用数字文字喷印这项技术能够简化生产流程，降低材料和设备的使用成本。下文简要论述数字喷印技术原理，论述其在PCB生产过程当中的应用路径，最终分析技术应用优势，以供参考。

关键词：数字化；文字喷印；PCB生产

引言

从PCB行业发展过程，数字喷印技术原理就是利用油墨将Gerber文件喷印至电路板上方，形成需要图案，借助紫外灯光固化喷印内容。利用数字喷印技术，PCB生产过程无需制作网版，还能节约设备，节省场地空间，降低生产过程对于材料的消耗，将产品的生产周期逐渐缩短，降低生产成本，还可以控制环境污染问题。在数字化喷印技术快速发展过程当中，喷印设备拥有CCD定位功能，能够补偿PCB行业电路板的涨缩问题，喷印过程连续，克服网印阶段线条由于落差因素导致的图案不清晰问题。因此，数字喷印的应用是促进PCB生产重要技术之一，研究该技术的实践应用价值较高。

一、数字化喷印技术概述

数字喷印是利用加成法，在计算机内部提前设计数字模型，作为承载物喷印过程所需二维、三维图形。数字喷印方式有CIJ（连续喷射）和DOD（按需喷射）等形式。以压电喷射为例，分析数字喷墨打印的技术原理，其拥有压电式喷头，能够在压电器件上方施加电信号，让喷头受到挤压变形，将内部液体喷出。应用压电式喷头，其组成部分包括小容腔、喷嘴以及压电陶瓷片。如果压电陶瓷片的上方没有驱动信号施加，此时小容腔当中的压力较低，液体由于表面受到张力影响，存留在小容腔的内部。待需要喷射的时候，可以对压电陶瓷片进行脉冲电压施加，此时，压电陶瓷即可产生微米级别的变形。受到以上作用影响，小容腔体积也快速缩小，产生压力波，方向朝喷嘴的方向，让喷嘴位置产生滴液，并从中喷出。压电陶瓷片、容腔就会恢复原状。因为受到表面张力影响，新液体也会流入喷头小容腔。因为喷墨打印机喷射出来的液体水滴的尺寸和玻璃管孔直径接近，最低的玻璃管孔直径不足100微米，一秒钟可以喷射小液滴数量4000个，每滴液体体积为3pL。此类喷墨设备需要先确定打印定量模式，才能产生喷射小滴，无论是喷射位置，还是喷射面积，又或者喷射厚度都是存储数字数据、Gerber文件数据来确定，对于打印机和打印头进行驱动，实现精准控制、重复生产等要求[1]。

在应用数字喷墨技术过程当中，打印机会影响制版生产率，比如，打印和喷墨速度、分辨率、打印头数等。要确保喷印产品质量，必须要将喷印速度提升，将喷墨打印头的数量增加，提高分辨率，都能够将喷印速度提高。市面上数字喷印设备产能在60~80面/h，能够满足小批量制作需求。然而，要将数字喷印技术应用于规模化生产当中，对于喷印设备产能的要求应该超过100面/h。该项技术的可以应用在挠性板当中即可满足规模化生产需求，尤其是利用卷对卷形式，可以实现自动化和连续化生产。部分打印设备最低打印的线宽可控制在120～140μm，可以满足线路板制作文字工艺方面要求。升级换代的高速喷印机应用过程最低线宽可以达90μm，有效提高文字喷印能力。

数字喷印技术运用阶段，要求喷印设备拥有较高的运动精度，具备操作系统，能够使用genesis或者CAM导出gerber资料进行操作。设备制板具备吸附夹持、翘曲检测等装置，能够对CCD进行精准定位，还拥有UV预固化功能。应用设备进行生产阶段，能够根据生产要求自动加墨，打印头控制精密度高，配置非接触式自动清洗装置、维护装置，能够对打印头随时清洗，只有满足以上要求，才能将喷印设备顺利应用于PCB生产过程当中，发挥设备应用优势，实现PCB产品的批量化生产。

二、数字化文字喷印技术在PCB生产环节应用

（一）应用技术喷印抗蚀刻图形

在抗蚀刻图形的喷印方面，传统的丝网印技术应用，需要制作人员先压合膜片，之后采取光学定位，通过UV曝光和化学显影操作，完成蚀刻流程，最后去膜。而运用数字喷印技术，需要三步操作：第一，喷印数据图形；第二，蚀刻；第三，去膜。应用喷印机可以直接将抗蚀刻液喷向基材表面，节约传统技术应用中间环节产生成本，将生产效率不断提高[2]。

（二）应用技术喷印阻焊图形

针对阻焊图形的喷印，传统的丝印制程之下，需要先进行整板涂覆，经过预固化、掩膜定位、UV曝光、化学显影、高温固化流程才能制作完毕。应用数字喷印技术，需要三个步骤：第一，将图形数据读取出来；第二，喷印；第三，高温固化。在数字喷印的支持下，PCB阻焊图的喷印，阻焊层图形能够被直接印在PCB上，并且形成保护层。该技术的应用同样可以节约掩膜设备、对位设备、网版制作等环节，喷印流程更为简化，容易控制。由此可见，PCB制造过程，喷印技术的应用能够将生产流程极大简化，文字喷印也步入商业化发展模式，在数字喷印的加持下，为抗蚀刻图形、阻焊层喷印等商业化发展提供支持。

三、数字化文字喷印技术应用优势

（一）优化生产流程

传统PCB生产过程利用丝网印刷技术，技术流程和数字喷印应用相互对比较为复杂。数字喷印只需要将文字数据载入系统，之后即可配置A面和B面文字。应用数字喷印，还可按照Gerber资料将带喷印文字和图形快速固化，节约传统印刷工艺的文字烘烤、网版制作各项流程，能够提高生产效率。

（二）克服技术弊端

在数字喷印技术应用之下，还可以将传统丝印技术难点突破，主要包括如下问题：第一，不规则尺寸的涨缩，长期以来，PCB制造领域，不规则尺寸的胀缩都属于技术难点，这类技术问题困扰印刷技术发展，尤其是在高精度、高密度的电路板制作过程当中，容易导致线路板尺寸不规则，最终文字图形出现偏移问题。应用数字喷印技术，其具备CCD功能，可以精准对位，按照线路板尺寸差异，对于文字图形的大小进行灵活调整，使喷印图形尺寸与制版尺寸相契合，从而解决涨缩问题影响。第二，解决由于落差位置问题导致的文字不清晰问题，因为使用丝网印刷技术的时候，由于高低差位影响，油墨不能顺利下落，文字线条连续性也难以得到保证，模糊现象严重。应用数字喷印技术，油墨喷印过程连续，就可以克服由于传统印刷技术问题，让文字清晰呈现[3]。

（三）生产过程环保

由于数字喷印技术应用阶段，不必制作网版，因此能够避免传统技术应用流程制作、清洗等流程，不会产生大量有机废液，由此可见，生产过程更加绿色环保。

结束语：综上分析，数字喷印技术的应用不但绿色环保，而且喷印质量高，加上生产周期短，因此在PCB制作领域的应用价值较高。利用高科技打印机和功能油墨，能够达到PCB行业生产需求，日后还可将其应用在蚀刻图形、阻焊层喷印等领域。要完全达到PCB制图要求，对于数字喷印技术应用精度要求更高，所以数字喷印的推广应用能够为PCB行业生产提供全新动力。

参考文献：

[1]张本宝,都伟.浅析数字化在智能制造应用中的作用[J].轻松学电脑,2021(3)：205.

[2]韩方恒.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用分析[J].江西电力职业技术学院学报,2020,(012):18-19.

[3]张慧梅，冯淑莹.3D打印技术在电子电路板制造中的应用探究.江西化工2020(20):2.