專利名稱：印刷電路板印刷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及印制印刷電路板的系統(tǒng)和方法，更確切地說(shuō)，涉及在印制印刷電路板時(shí)使用液態(tài)電子照相印刷。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、通信設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品和大多數(shù)電子設(shè)備依賴于印刷電路板(PCB)來(lái)互連和接口內(nèi)部的電子元件。例如，公知為計(jì)算機(jī)主板的PCB提供共同作為桌上型或膝上型計(jì)算機(jī)運(yùn)行的存儲(chǔ)器、處理器、開關(guān)和許多其他元件之間的互連和接口。換言之，PCB是其他電子裝置共同連接以便作為更大的系統(tǒng)和裝置來(lái)交互的平臺(tái)。
早期的PCB相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樵?shù)量少且所連接的元件的尺寸和復(fù)雜性也相對(duì)簡(jiǎn)單。隨著電子元件和設(shè)備，例如蜂窩電話和個(gè)人數(shù)字助理變得更小，更薄以及性能能力上更高級(jí)，用于此類裝置的PCB也已變得更復(fù)雜和密度更高。
隨著半導(dǎo)體裝置的納米級(jí)制造的發(fā)展，可預(yù)料到PCB上會(huì)有越來(lái)越多的元件。同時(shí)代的PCB板常常要求高分辨率加工技術(shù)和精密度。此外，過(guò)去PCB上的互連電路通常僅位于一面上，而現(xiàn)代系統(tǒng)常常要求至少兩層。在一些示例中，可以通過(guò)提供上面和下面均有電路線路的PCB來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一般是需要將兩個(gè)基板接合為一個(gè)PCB或仔細(xì)的制造工序以不致于實(shí)施一層和/或多層制造時(shí)影響到另一側(cè)。
常規(guī)PCB的制造工序通常是非常棘手的。絕緣基板具有薄覆銅(或其他導(dǎo)電金屬)層設(shè)在上表面。為了成為能用的PCB，需要定義電路或線路。一種用于由金屬層構(gòu)建線路的典型方法是公知的電子照相工序。
一般來(lái)說(shuō)，通常由旋轉(zhuǎn)涂敷機(jī)器將光刻膠層(也可僅通稱為光刻膠)甚至蝕刻層設(shè)在金屬層上。然后將掩模置于光刻膠上，通常施加紫外線(UV)光。曝光過(guò)程中，光刻膠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。一般光刻膠將以兩種方式的其中一種反映。
就正光刻膠而言，UV光改變光刻膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以使它可在顯影劑中溶解。因此要“顯示”的顯示出來(lái)，掩模剛好提供要保留例如電路的線路的圖案的副本。
負(fù)光刻膠以相反的方式表現(xiàn)，UV曝光導(dǎo)致它聚合而存在顯影劑的情況下不溶解。由此，掩模是要留下的圖案的照相負(fù)片。在利用負(fù)或正光刻膠來(lái)顯影之后，留下光刻膠的塊?？梢允褂眠@些塊保護(hù)原金屬層的部分、作為絕緣體或其他組成部分。
在典型的PCB制造中，在執(zhí)行蝕刻工序時(shí)，光刻膠塊保護(hù)金屬層的部分。一般地理解例如離子蝕刻的蝕刻工序由兩種傳統(tǒng)工序的任何一種來(lái)實(shí)現(xiàn)物理工序或輔助物理工序。在物理蝕刻環(huán)境中，不提供任何化學(xué)試劑。相反，材料的移除完全取決于僅通過(guò)物理力以離子將原子從材料表面撞擊出去的物理撞擊。物理離子蝕刻通稱為離子研磨或離子束蝕刻。
在例如反應(yīng)式離子蝕刻工序(或RIE)的輔助物理工序中，材料的移除作為化學(xué)反應(yīng)和物理撞擊的綜合結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般，在真空中施加電壓而將離子加速。通過(guò)引入與正在蝕刻的表面反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)它們撞擊的效果。該反應(yīng)使得表面更軟，由此同時(shí)提高蝕刻的相對(duì)控制以及蝕刻速度。
一旦完成蝕刻工序，通常利用化學(xué)試劑溶解余下的光刻膠塊來(lái)將它們移除。如果設(shè)計(jì)要將線路跨接另一個(gè)線路，可以施加電介質(zhì)層，然后再施加要掩罩、曝光并蝕刻的光刻膠層，由此將一些線路的部分絕緣同時(shí)提供用于其他線路的接觸點(diǎn)。通常多層PCB板是通過(guò)將多個(gè)薄層疊加在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)層具有預(yù)先以平版印刷方式構(gòu)成的線路。
雖然光刻工序是在一般性意義上描述的，但是顯然它是復(fù)雜且棘手的工序。因?yàn)槭前ㄒ瞥牧?蝕刻金屬以及光刻膠)的工序，所以在某種程度上也是有浪費(fèi)的工序。為了重復(fù)使用而重新捕獲材料在經(jīng)濟(jì)成本上可能是可行或可能不可行的。此外，所使用的許多材料和化學(xué)物質(zhì)可能對(duì)一般環(huán)境是有害的。
另外，多個(gè)步驟是耗費(fèi)時(shí)間的。由于掩模處理和蝕刻工序中的缺陷而遇到某個(gè)百分百的失敗也是不會(huì)陌生的，可能在提供最終PCB進(jìn)行測(cè)試和/或元件組裝之前檢測(cè)到這些缺陷或可能檢測(cè)不到。
雖然利用計(jì)算機(jī)繪圖大大地為目前的PCB體系結(jié)構(gòu)提供了幫助，但是對(duì)于原型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不會(huì)陌生的是需要對(duì)PCB的多個(gè)版本和修訂。實(shí)際上，在新系統(tǒng)的情況中或僅為了測(cè)試?yán)绱鎯?chǔ)器裝置和處理器的新半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，不會(huì)陌生的是是利用相同PCB體系結(jié)構(gòu)的重復(fù)副本和/或利用連接元件細(xì)化時(shí)快速地演化PCB。由此，PCB制造中傳統(tǒng)方式所用的光刻工序的時(shí)間、成本、材料和其他因素可能累積和加劇。
因此，需要一種印制PCB的系統(tǒng)和方法，以克服上文發(fā)現(xiàn)的一種或多種缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開文獻(xiàn)通過(guò)提供一種用于印制印刷電路板的系統(tǒng)和方法來(lái)改進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域并克服上文提及的問(wèn)題。
具體來(lái)說(shuō)且僅以示例方式，根據(jù)實(shí)施例，提供一種印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)，包括液態(tài)電子照相印刷裝置；將導(dǎo)電油墨提供到電子照相印刷裝置的至少一個(gè)導(dǎo)電油墨提供器；將電介質(zhì)油墨提供到電子照相印刷裝置的至少一個(gè)電介質(zhì)油墨提供器；其中液態(tài)電子照相印刷裝置可用來(lái)將導(dǎo)電油墨和電介質(zhì)油墨施加到提供的基板，以便在所施加的導(dǎo)電油墨和所施加的電介質(zhì)油墨之間的任何接觸點(diǎn)處產(chǎn)生基本不互溶的邊界劃分。


圖1是根據(jù)實(shí)施例的印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)的平面圖；圖2是圖1所示的PCB印刷系統(tǒng)的附加示意圖，其中還示出電介質(zhì)油墨的印刷；圖3是PCB印刷系統(tǒng)的備選實(shí)施例的平面圖；圖4是根據(jù)實(shí)施例具有利用導(dǎo)電油墨構(gòu)建的導(dǎo)電線路的第一層的放大側(cè)視圖；圖5說(shuō)明在圖4所示的線路上進(jìn)一步施加電介質(zhì)油墨；圖6說(shuō)明在圖5所示的電介質(zhì)油墨上進(jìn)一步施加具有導(dǎo)電線路的第二層；圖7是根據(jù)實(shí)施例具有利用導(dǎo)電油墨構(gòu)建的多個(gè)導(dǎo)電線路的第一層的透視圖；圖8是說(shuō)明在圖7所示的第一層的至少一部分上進(jìn)一步施加電介質(zhì)油墨的透視圖；圖9是說(shuō)明在圖8所示的第一層和電介質(zhì)材料上進(jìn)一步施加第二層的透視圖；圖10是示出將導(dǎo)電油墨施加到光敏帶的放大局部平面圖；圖11是示出將電介質(zhì)油墨施加到光敏帶的放大局部平面圖；圖12是提供多個(gè)導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器的備選實(shí)施例的放大局部平面圖；圖13是說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的印制PCB的方法的流程圖；以及圖14是根據(jù)實(shí)施例接收印刷電路線路的基板的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
在開始描述具體實(shí)施方式
之前，要認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的說(shuō)明是通過(guò)示例而非限制性方式實(shí)施的。本文的概念并不局限于使用或應(yīng)用于特定類型的印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)。因此，雖然本文描述的工具是為了便于解釋而提供，并且是參考示范實(shí)施例來(lái)圖示和描述的，但是將認(rèn)識(shí)到本文的原理可以等效地應(yīng)用于其他類型的印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)。將認(rèn)識(shí)到附圖不一定是按比例繪制的，可能為了易于論述在某些方面進(jìn)行了放大。
現(xiàn)在參考這些附圖，更具體地就圖1而言，示出根據(jù)實(shí)施例的PCB印刷系統(tǒng)100的一部分，其中具有箱體120、至少一個(gè)液態(tài)電子照相印刷裝置104、至少一個(gè)導(dǎo)電油墨提供器106以及至少一個(gè)電介質(zhì)油墨108提供器108。在卷到卷印制環(huán)境中，箱體102可以完全封裝系統(tǒng)的所有部件或可以不完全封裝系統(tǒng)的所有部件。
PCB印刷系統(tǒng)100具有印刷接收介質(zhì)路徑130，該印刷接收介質(zhì)路徑130靠近至少一個(gè)液態(tài)電子照相印刷裝置104。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電子油墨提供器是電子油墨儲(chǔ)存器122，電介質(zhì)油墨提供器是電介質(zhì)油墨儲(chǔ)存器124。在至少一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)儲(chǔ)存器122、124都是可拆卸和/或可重復(fù)填充的。
沿著介質(zhì)路徑130將基板110提供給PCB印刷系統(tǒng)100?；?10屬于適于接收導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108的類型。在至少一個(gè)實(shí)施例中，基板110是適合的柔性基板，例如卷到卷制造工序中使用的柔性基板。
在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電油墨106是例如由金屬顆粒組成的金屬膠體油墨的油墨。確切地說(shuō)，金屬膠體油墨具有從由銅、金、銀、鉑或其他導(dǎo)電金屬或合金組成的集合中選擇的金屬納米顆粒。
電介質(zhì)油墨108可以是可印刷聚合物材料。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)油墨108可以是可印刷聚合材料?？梢詢?yōu)選于更基本的聚合物而采用聚合材料，這是因?yàn)闉檫_(dá)到聚合特征而組合的材料組合可以提供改進(jìn)的特征、例如分離、粘合和在施加厚度上具有更大可控制。
在傳統(tǒng)液態(tài)電子照相印刷系統(tǒng)中，所采用的油墨是由油或溶劑、顏料和聚合物組成的液態(tài)物質(zhì)。顏料通常是黑色或諸如青色、品紅色和/或黃色等的顏色。顏料的目的是為了提供例如圖表、圖形、圖片或文字等的可視圖像。通過(guò)混合基色油墨(紅色/綠色/藍(lán)色或青色/品紅色/黃色)，可以得到完整的色譜。
將顏料與聚合物顆?；旌希员慵訜釙r(shí)聚合物會(huì)熔化。通過(guò)熔化形式，聚合物和顏料將粘附到要施加到的介質(zhì)基板上?？梢允┘油ǔ?lái)自輥的力以協(xié)助將熔化的聚合物和顏料粘合到介質(zhì)基板。
在PCB印刷系統(tǒng)100中，具體用于可視圖像目的的顏料的問(wèn)題不是非常重要。對(duì)于導(dǎo)電油墨106，除了顏料或替代顏料，還將金屬顆粒120與聚合物組合。如圖所示，金屬顆粒120表示為實(shí)心圓圈。
金屬顆粒120懸浮在油或溶劑溶液中。當(dāng)印刷時(shí)(含或不含附加的顏料)，導(dǎo)電油墨106是可見的，由此使系統(tǒng)操作員能夠以目視方式檢查印刷的PCB板。在至少一個(gè)實(shí)施例中，金屬顆粒120在尺寸上小于100納米。
導(dǎo)電油墨106具有高濃度的金屬顆粒120。確切地說(shuō)，金屬顆粒相對(duì)于聚合物的濃度為當(dāng)熔化和施加到介質(zhì)基板時(shí)，金屬顆粒120將彼此間充分接觸，以便構(gòu)建印刷的導(dǎo)電油墨106區(qū)域的相關(guān)形狀和尺寸的導(dǎo)體。不是所有顆粒都需要接觸僅足夠的顆粒需要接觸以使印制的圖案的一端到另一端導(dǎo)通。因此，顆粒的尺寸、形狀和固有導(dǎo)電性以及還有印刷的層厚度一起決定印刷的圖案的整體導(dǎo)電性能。
電介質(zhì)油墨108包括懸浮在油或溶劑溶液中的不導(dǎo)電聚合物顆粒126(或上文指出的聚合顆粒)。如圖所示，不導(dǎo)電油墨顆粒126表示為空心圓圈。為了印刷PCB，將不導(dǎo)電聚合物視為在正常PCB工作狀況下不導(dǎo)電。確切地說(shuō)，當(dāng)施加電介質(zhì)油墨108時(shí)，電介質(zhì)油墨108將形成印刷的電介質(zhì)油墨108的相關(guān)形狀和尺寸的電介質(zhì)絕緣層。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)油墨108是聚合材料。電介質(zhì)顆粒屬于具有高電介質(zhì)強(qiáng)度的一類材料。在一些情況中，電介質(zhì)顆粒可以由諸如氧化物、氮化物和有機(jī)絕緣材料等的絕緣體材料制成。在另一些情況中，電介質(zhì)顆?？梢杂赏糠笥须娊橘|(zhì)絕緣材料的導(dǎo)電材料的組合制成。電介質(zhì)顆粒126內(nèi)存在的導(dǎo)電材料可以結(jié)合溶解這些顆粒的油和溶劑以輔助LEP工序期間對(duì)油墨充電，但是不對(duì)電介質(zhì)油墨108提供導(dǎo)電特性。
PCB板常常需要的分辨率非常小，以便能夠?qū)崿F(xiàn)置于PCB上的元件的高密度以及元件之間的電線路的高密度。例如調(diào)色劑的干法印刷材料通常由不小于5微米的微粒(即混合的顏料和聚合物)組成。
使用基于液體的導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108使得能夠使用尺寸上約1微米的微粒，由此能夠在所產(chǎn)生的PCB中提供更大的分辨率和細(xì)節(jié)。如PCB印刷系統(tǒng)100中使用的1微米尺寸的油墨顆粒小于噴墨打印系統(tǒng)中使用的油墨顆粒，由此能夠在PCB印刷系統(tǒng)100中實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的分辨率。此外，與噴墨打印可達(dá)到的情況相比，PCB印刷系統(tǒng)100允許更快印刷，更大的精度和施加點(diǎn)的控制。
就現(xiàn)有技術(shù)的平版制造工序來(lái)說(shuō)，PCB印刷系統(tǒng)100可以有利地消除傳統(tǒng)且復(fù)雜工作淀積導(dǎo)電層，淀積保護(hù)抗蝕部分，將抗蝕部分曝光，將抗蝕部分顯影以將導(dǎo)電層部分曝光，蝕刻導(dǎo)電層的已曝光部分以及然后移除抗蝕部分。對(duì)于跨越線路，重復(fù)執(zhí)行這些平版工序、同時(shí)精確對(duì)位成了問(wèn)題。除了要避免大量的傳統(tǒng)平版步驟外，PCB印刷系統(tǒng)100還可能產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)更少的報(bào)廢產(chǎn)品。
在本技術(shù)領(lǐng)域中電子照相印刷的原理是公知的，本文中出于論述的目的參考圖1至12對(duì)此予以簡(jiǎn)要概述。
圖1-3在概念上說(shuō)明PCB印刷系統(tǒng)100的兩種實(shí)施例。圖1和2示出其中分別將導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108施加到基板110的實(shí)施例。圖3示出其中以組合方式將導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108施加到基板110的實(shí)施例。用于任何一個(gè)實(shí)施例的元件部件基本相同。
設(shè)有電子照相印刷裝置104，它具有如激光器150的光源、例如光敏帶152的光敏媒體、充電裝置154和放電裝置156。光敏帶152通常由可通過(guò)可見光子放電的高度光電導(dǎo)材料制成。
放電裝置156用于均勻地將光敏帶152放電到最初就緒狀態(tài)。將正電荷施加到光敏帶152，光敏帶152按驅(qū)動(dòng)器和導(dǎo)向輥160、162、164所指引的循環(huán)通過(guò)充電裝置154。雖然未示出，但是可以使用附加導(dǎo)向輥。在至少一個(gè)實(shí)施例中，充電裝置154是電暈線。
光敏帶152設(shè)為光耦合到成像光源、例如圖示的激光器150。隨著充電的光敏帶152循環(huán)，激光器150將光束158引導(dǎo)到光敏帶152的表面上以便對(duì)某些位置放電(將它們由正電荷轉(zhuǎn)為負(fù)電荷)。換言之，激光器150在光敏帶152上繪制靜電潛像。可以使用其他光子發(fā)射源(例如LED)來(lái)替代激光器150。
例如激光器150的光源的操作由控制器180來(lái)指引。適合的控制器180可以由模擬電路、數(shù)字處理器、利用控制邏輯編程的CPU、裝置驅(qū)動(dòng)器和它們組合構(gòu)成。在適合的情況下，控制器180可以是單個(gè)裝置對(duì)象，或者可以由電耦合在一起的分離元件構(gòu)成。
圖1說(shuō)明施加導(dǎo)電油墨106。當(dāng)光敏帶152上電路線路圖像的至少一部分的靜電潛像通過(guò)導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器122時(shí)，從導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器122將導(dǎo)電油墨106(已賦予正電荷)吸附到光敏帶152。因?yàn)閷?dǎo)電油墨106帶正電荷，所以它將粘著于光敏帶152。以靜電方式粘著到光敏帶152的導(dǎo)電油墨106將至少一個(gè)線路132的至少部分圖像作為為PCB設(shè)計(jì)的電路線路圖像的一部分顯影。
圖2說(shuō)明施加電介質(zhì)油墨108。當(dāng)光敏帶152上電路線路圖像的至少一部分的靜電潛像通過(guò)電介質(zhì)油墨儲(chǔ)存器124時(shí)，從電介質(zhì)油墨儲(chǔ)存器124將電介質(zhì)油墨108(已賦予正電荷)吸附到光敏帶152。因?yàn)殡娊橘|(zhì)油墨108帶正電荷，所以它將粘著于光敏帶152。以靜電方式粘著到光敏帶152的電介質(zhì)油墨108將至少一個(gè)線路132的絕緣區(qū)域134的至少部分圖像作為為PCB設(shè)計(jì)的電路圖像的一部分顯影。圖3說(shuō)明可以在備選實(shí)施例中提供的基本同時(shí)施加電介質(zhì)油墨108和導(dǎo)電油墨106。
更確切地說(shuō)，導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108不像噴墨打印的情況中那樣是從它們各自的儲(chǔ)存器122、124中噴射或擠壓出來(lái)的。導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108是從它們各自的儲(chǔ)存器122、124中以靜電方式被吸附出來(lái)的，由此能以增強(qiáng)的精度來(lái)施加這些油墨?；疽耘c導(dǎo)電油墨106相同的方式將電介質(zhì)油墨108吸附到光敏帶152。為了簡(jiǎn)化下文論述，焦點(diǎn)主要關(guān)注施加導(dǎo)電油墨106。
一般優(yōu)先于滾筒采用光敏帶152，因?yàn)殡娮诱障嘤湍腔谟突蚧谌軇┑?，并且基本移除油或溶劑載體是所期望的。光敏帶152可以在相同的物理空間內(nèi)提供的表面區(qū)域比滾筒提供的表面區(qū)域大。在更大的表面區(qū)域上的遍歷時(shí)間可以使油或溶劑載體更多地蒸發(fā)和消散。
還可以施加熱以幫助消散油或溶劑載體。可以通過(guò)朝向光敏帶152的輻射熱源來(lái)施加熱，例如通過(guò)包括內(nèi)部加熱部件的導(dǎo)向輥164來(lái)施加熱。使載體油或溶劑消散可以增加所施加的導(dǎo)電油墨106中的金屬顆粒120之間的導(dǎo)電性。
然后通過(guò)轉(zhuǎn)印輥166將線路132的加熱的導(dǎo)電油墨圖像從光敏帶152轉(zhuǎn)印到提供的基板110。雖然未示出，但是可以使用附加中間轉(zhuǎn)印輥。加熱在導(dǎo)電油墨線路132內(nèi)構(gòu)建粘著特性，以便它將附著于提供的基板1110、預(yù)先施加的線路132和/或絕緣區(qū)域134。
此外，加熱還可以熔化金屬納米顆粒120以增強(qiáng)導(dǎo)電油墨線路132的導(dǎo)電特性。加熱還可以在從光敏帶152轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印輥166的過(guò)程中進(jìn)行，而取代較早的加熱或作為對(duì)較早的加熱的補(bǔ)充。
壓輥168輔助將顯影的油墨圖像粘合到基板110。作為可以施加到敷設(shè)于光敏帶152上的油墨的加熱的補(bǔ)充或替代，可以靠近基板110設(shè)置第二加熱部件(未示出)，以進(jìn)一步幫助將施加的油墨粘合到基板110和/或進(jìn)一步消散油墨的油或溶劑載體。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)廢油墨移除器182將未轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印輥166的廢油墨從光敏帶152移除?？梢允占瘡U油墨以便以后處理或回收到適合的儲(chǔ)存器以便重復(fù)使用。廢油墨移除器182還可用于清潔光敏帶152以便為印制構(gòu)建來(lái)吸附導(dǎo)電油墨106或電介質(zhì)油墨108的下一個(gè)靜電圖像做準(zhǔn)備。一般優(yōu)先使用干凈的光敏帶152，因?yàn)樗鼘⒃试S印制更精確的靜電圖像。
通常，在彩色液體電子照相印刷中，通過(guò)精確地混合基色(例如紅色/綠色/藍(lán)色或青色/品紅色/黃色)來(lái)構(gòu)建完整的色譜。更確切地說(shuō)，當(dāng)施加油墨時(shí)，將它們混合在一起。對(duì)于例如PCB的電氣裝置來(lái)說(shuō)，所期望的是在導(dǎo)電區(qū)域之間、周圍或上方構(gòu)建絕緣的區(qū)域。可能期望這種絕緣來(lái)將單層PCB絕緣或允許制造多層PCB。
為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電區(qū)域之間、周圍或上方的電介質(zhì)絕緣，對(duì)于導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108來(lái)說(shuō)非常期望在施加時(shí)不彼此混雜。更確切地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，在導(dǎo)電油墨106與電介質(zhì)油墨108的接觸部分之間形成基本不互溶的邊界劃分。
還可以使用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)印制PCB時(shí)導(dǎo)電和非導(dǎo)電分層處理。提供圖4、5、6、7、8和9以幫助說(shuō)明至少兩個(gè)實(shí)施例。
圖4提供為轉(zhuǎn)印到圖1所示的基板110上而在光敏帶152上顯影的導(dǎo)電油墨線路202的第一層200的橫截面圖。在轉(zhuǎn)印時(shí)，基板110上的第一層200的外觀與光敏帶152上的外觀基本相同。
在一個(gè)實(shí)施例中，將電介質(zhì)油墨108的至少一個(gè)區(qū)域300印刷到至少一個(gè)印刷的線路202上，參見圖5。如圖2所示，可以與導(dǎo)電油墨106分開印刷電介質(zhì)油墨108，或如圖3所示，可以基本同時(shí)印刷。如概念上圖示的，在導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108之間有基本不互溶邊界劃分302。
雖然在接觸點(diǎn)處一些互混可以在分子級(jí)上發(fā)生，但是油墨不互混和混合。更確切地說(shuō)，雖然油墨彼此粘合，但是電介質(zhì)油墨108的電介質(zhì)特性基本保持不變，以便提供PCB工作期間的電絕緣的區(qū)域。
如圖6所示，在提供多層PCB的實(shí)施例中，將導(dǎo)電線路402的第二層400印刷在電介質(zhì)油墨108的區(qū)域300上。如圖4，與圖2和圖3一樣是橫截面圖，在第一層200中僅示出一個(gè)線路202，在第二層400僅示出一個(gè)線路402，線路402跨越線路202。
在PCB印刷系統(tǒng)100中，施加油墨是至少兩個(gè)步驟的工序。通過(guò)首先在光敏帶152上敷設(shè)導(dǎo)電油墨106或電介質(zhì)油墨108并將敷設(shè)的油墨轉(zhuǎn)印到基板110，而不是直接將任何一種油墨敷設(shè)在基板110上，電子照相印刷這種104可以有利地提供更精確、更具導(dǎo)電性和個(gè)體區(qū)分更大(不互混)的導(dǎo)電線路202和絕緣區(qū)域300。
圖7、圖8和圖9提供第一和第二層線路的簡(jiǎn)化集合的局部透視圖。在所示的圖7中，將導(dǎo)電油墨線路202的第一層200設(shè)置在介質(zhì)500上。在圖8中，將電介質(zhì)油墨的區(qū)域300印刷在部分導(dǎo)電油墨線路202上。
在圖9中，設(shè)置導(dǎo)電油墨線路402的第二層400，如圖所示將其定向以跨越第一層線路202。如圖9中更充分認(rèn)識(shí)到的，電介質(zhì)油墨的區(qū)域300將某些第一層線路202與某些第二層線路402絕緣?？梢灾貜?fù)該工序以提供甚至更多層以獲得期望的PCB。
線路202、402以及其之間的電介質(zhì)區(qū)域300有利地構(gòu)建PCB的電線路，而在電子照相工序中不會(huì)遇到過(guò)多浪費(fèi)或復(fù)雜蝕刻和對(duì)位問(wèn)題。此外，還快速構(gòu)建PCB的電線路，并可以快速?gòu)?fù)制PCB的電線路。為了在整個(gè)印刷的電路線路上提供基本整層絕緣，光敏帶152上用于吸附電介質(zhì)油墨106的靜電圖像基本上可以等于油墨接收基板110的表面面積。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，將第一和第二線路層202、402和絕緣電介質(zhì)區(qū)域300單獨(dú)地印刷到光敏帶152，并通過(guò)轉(zhuǎn)印輥166轉(zhuǎn)印到基板110。此類PCB印刷系統(tǒng)100可以采用多組成對(duì)的光敏帶152和油墨儲(chǔ)存器，即隨著基板110相對(duì)于該系統(tǒng)移動(dòng)，至少一個(gè)提供導(dǎo)電油墨106和至少一個(gè)提供電介質(zhì)油墨108。在此類設(shè)置中，圖7、圖8和圖9所示的介質(zhì)500對(duì)應(yīng)于圖1和圖2所示的基板110，對(duì)于每次連續(xù)施加油墨-導(dǎo)電油墨或電介質(zhì)油墨，通過(guò)PCB印刷系統(tǒng)100將介質(zhì)500重復(fù)對(duì)位。
在備選實(shí)施例中，在將導(dǎo)電油墨106敷設(shè)到光敏帶152上的靜電圖像之后，也將電介質(zhì)油墨108敷設(shè)到光敏帶152，然后再將兩種油墨都轉(zhuǎn)印到基板。在此類設(shè)置中，圖7、圖8和圖9所示的介質(zhì)500對(duì)應(yīng)于圖3所示的光敏帶152。
圖10和圖11圖示圖1、圖2和圖3建議的實(shí)施例的局部放大截面圖。更確切地說(shuō)，由第一導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器800提供導(dǎo)電線路202的第一層200。由電介質(zhì)油墨儲(chǔ)存器804提供絕緣區(qū)域300。根據(jù)激光器150印制的靜電圖像將導(dǎo)電油墨106施加到光敏帶152。根據(jù)最初的激光器150或圖示激光器150’印制的靜電圖像將電介質(zhì)油墨108施加到光敏帶152。
圖10和圖11還圖示作為分開的工序在干凈的光敏帶152上施加導(dǎo)電線路202和絕緣區(qū)域300。此類獨(dú)立施加允許每種油墨至少部分干燥和/或濃縮，以便在加熱和施加到基板110(未示出)時(shí)，進(jìn)一步保持每種油墨的特性而不混合。可以重復(fù)施加導(dǎo)電油墨106構(gòu)建多層導(dǎo)電線路202并根據(jù)需要由電介質(zhì)油墨108提供絕緣區(qū)域。
圖12圖示PCB印刷系統(tǒng)100的再一個(gè)實(shí)施例的局部放大截面圖。如圖所示，由第一導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器800提供導(dǎo)電線路202的第一層200，由第二導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器802提供導(dǎo)電線路402的第二層400。由設(shè)在第一和第二導(dǎo)電油墨存儲(chǔ)器800、802之間的電介質(zhì)油墨儲(chǔ)存器804提供絕緣區(qū)域300。還可以包括附加導(dǎo)電儲(chǔ)存器和電介質(zhì)儲(chǔ)存器，雖然目前沒(méi)有示出。圖12還示出在至少一個(gè)實(shí)施例中如何在光敏帶152上構(gòu)建第一層200、第二層400和中間絕緣區(qū)域300，以便同時(shí)轉(zhuǎn)印到基板110。認(rèn)識(shí)到多個(gè)導(dǎo)電儲(chǔ)存器和電介質(zhì)儲(chǔ)存器也可以單獨(dú)地工作一對(duì)于單獨(dú)轉(zhuǎn)印敷設(shè)單獨(dú)層，而不是圖示的堆疊式結(jié)構(gòu)。
參考圖10、圖11和圖12，激光器的精確控制允許按預(yù)定的間隔距離作為各個(gè)點(diǎn)施加導(dǎo)電油墨106。間隔選為確保印刷的金屬納米顆粒120之間的電接觸，并由此提供精確布置的電線路。
以相似的方式，可以作為各個(gè)點(diǎn)施加電介質(zhì)油墨108，這些點(diǎn)間隔設(shè)為形成基本連續(xù)的電介質(zhì)絕緣區(qū)域。如圖12所示，控制器180可以控制多個(gè)激光器150、150′、150″。當(dāng)如圖12所示順序地向光敏帶152施加導(dǎo)電油墨106和電介質(zhì)油墨108時(shí)，基本同時(shí)地將所得到的電路線路部分(包括電線路和層之間的絕緣)轉(zhuǎn)印到基板。
在備選實(shí)施例中，可以通過(guò)控制器180引導(dǎo)單個(gè)激光器150以在圖示的多個(gè)激光器150、150’、150”服務(wù)的多個(gè)點(diǎn)處印制潛像。如上所述，還可以采用其他光子提供源來(lái)替代激光器150。
在采用多個(gè)油墨儲(chǔ)存器的一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)不同層的靜電強(qiáng)度構(gòu)建光敏帶152上的靜電潛像。通過(guò)提供具有不同電荷量級(jí)的每種油墨儲(chǔ)存器，能以靜電方式將一種或多種油墨吸附到相同位置。
提供圖13的流程圖以概述利用PCB印刷系統(tǒng)100印刷PCB的至少一個(gè)實(shí)施例。將認(rèn)識(shí)到所描述的工序無(wú)需按本文描述所提供的工序的順序來(lái)執(zhí)行，而是這些描述僅僅是使用PCB印刷系統(tǒng)100印制印刷電路板的至少一個(gè)優(yōu)選方法的示例。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，印制工序可以開始于將導(dǎo)電油墨和電介質(zhì)油墨的儲(chǔ)存器提供到圖1所示的液體電子照相印刷裝置，框900。還提供用于接收印刷的導(dǎo)電油墨和電介質(zhì)油墨的適合基板，框902。
在印刷機(jī)內(nèi)的光敏介質(zhì)上印制具有至少一個(gè)導(dǎo)電線路的第一電路層的靜電圖像，框904。如上文的論述，此類印制可以通過(guò)激光器150對(duì)光敏帶152的區(qū)域放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，參見圖1、圖2、圖3、圖10、圖11和圖2。印制的靜電圖像將從導(dǎo)電油墨儲(chǔ)存器將導(dǎo)電油墨吸附到潛像，框906。吸附的油墨形成至少一個(gè)導(dǎo)電油墨線路。
在將導(dǎo)電油墨和電介質(zhì)油墨一起轉(zhuǎn)印到基板的情況中，印刷工序可以視為組合的工序。在此類情況中，適合的是在將施加的油墨轉(zhuǎn)印到基板上之前將至少一個(gè)電介質(zhì)油墨區(qū)域提供到光敏介質(zhì)。在不是組合工序的情況中，將導(dǎo)電油墨轉(zhuǎn)印到基板，判斷908和框910。
在兩種情況的任何一種中，在光敏介質(zhì)上印制至少一個(gè)絕緣區(qū)域的附加靜電圖像，框912。將電介質(zhì)油墨吸附到絕緣區(qū)域的靜電圖像。還將至少一個(gè)絕緣區(qū)域的靜電圖像與第一層導(dǎo)電線路對(duì)齊，框914。
如果PCB需要多層或有跨越線路，則將施加附加的導(dǎo)電油墨層，判斷916。如上文，如果工序不是組合的工序(判斷918)，則在返回到印制工序、框904(印制電路層或線路的靜電圖像)之前，將當(dāng)前在電介質(zhì)帶上的油墨轉(zhuǎn)印到基板(框920)。如果工序是組合的工序，則可以在返回框904的工序之前不將油墨轉(zhuǎn)印到基板。如果不存在多個(gè)層或跨越線路的問(wèn)題，則將當(dāng)前在光敏介質(zhì)上的油墨轉(zhuǎn)印到基板，框922，并且操作可以結(jié)束。
通常，通過(guò)將從裝置延伸出來(lái)的導(dǎo)電針腳焊接到PCB板來(lái)將電子元件連接到PCB板。由此，對(duì)于PCB來(lái)說(shuō)不會(huì)陌生的是鄰近導(dǎo)電線路提供用于接收此類針腳的窗孔或連接焊盤。此外，在某些狀況下，可能期望構(gòu)建貫穿多個(gè)PCB層的通孔以提供多個(gè)層之間的接觸?？梢栽谟∷⒁粋€(gè)或多個(gè)線路層之后通過(guò)鉆孔或蝕刻來(lái)構(gòu)建通孔和窗孔。由此利用鉆孔或蝕刻來(lái)獲取通孔或窗孔，而不采用電氣線路的一般印制，仍可認(rèn)為整個(gè)PCB印刷系統(tǒng)優(yōu)于依賴蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣線路的印制的系統(tǒng)。
圖14是沿著介質(zhì)路徑130從轉(zhuǎn)印輥166出現(xiàn)的基板110的俯視圖。如圖所示，已經(jīng)構(gòu)建彼此平行和跨越的導(dǎo)電線路1002。還提供用于與電子元件的焊接連接(或其他電氣耦合)的靶標(biāo)1004。優(yōu)于傳統(tǒng)PCB制造中使用的光刻工序，已經(jīng)在快速、便宜且材料節(jié)省的PCB印刷系統(tǒng)100中構(gòu)建這些線路1002和靶標(biāo)1004。操作員能以目視方式復(fù)查制造的PCB電路以及快速印制重復(fù)的副本。
在不背離本發(fā)明范圍的前提下，可以在上文的方法、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)中進(jìn)行更改。因此應(yīng)該注意上文描述中包含和/或附圖中示出的內(nèi)容應(yīng)該解釋為說(shuō)明性的，而非限制意義的。所附的權(quán)利要求將要涵蓋本文描述的所有通用和特定特征，以及就語(yǔ)言而言可以說(shuō)是落在其間的本發(fā)明方法、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的所有范圍陳述。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)(100)，包括介質(zhì)路徑(130)；其上具有電路線路圖像的至少一部分的光敏帶(152)；至少一個(gè)導(dǎo)電油墨(106)提供器(122)，所述至少一個(gè)導(dǎo)電油墨(106)提供器(122)鄰近于所述光敏帶(152)并將導(dǎo)電油墨(106)提供給所述電路線路圖像；至少一個(gè)電介質(zhì)油墨(108)提供器(124)，所述至少一個(gè)電介質(zhì)油墨(108)提供器(124)鄰近于所述光敏帶(152)并將電介質(zhì)油墨(108)提供給所提供的導(dǎo)電油墨(106)的至少一部分，在施加的導(dǎo)電油墨(106)和施加的電介質(zhì)油墨(108)之間的任何接觸點(diǎn)處產(chǎn)生基本不互溶的邊界劃分；以及轉(zhuǎn)印介質(zhì)(166)，所述轉(zhuǎn)印介質(zhì)(166)設(shè)為鄰近于所述光敏介質(zhì)(152)，以便施加油墨的電路線路圖像從所述光敏介質(zhì)(152)轉(zhuǎn)印到所述轉(zhuǎn)印介質(zhì)(166)然后從所述轉(zhuǎn)印介質(zhì)(166)轉(zhuǎn)印到沿著介質(zhì)路徑(130)傳遞的提供的基板(110)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電油墨(106)是金屬膠體油墨，其中包括從由銅、金、銀和鉑組成的組中選擇的金屬納米顆粒(120)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基板(110)是柔性的。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)印介質(zhì)是轉(zhuǎn)印輥(166)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，提供多個(gè)導(dǎo)電油墨(106)提供器(122)和多個(gè)電介質(zhì)油墨(108)提供器(124)，所述系統(tǒng)可用來(lái)印刷多個(gè)層中提供的多個(gè)導(dǎo)電線路(132)。
6.一種使用液態(tài)電子照相印刷來(lái)印制印刷電路板(PCB)的方法，包括在介質(zhì)上印刷導(dǎo)電油墨(106)線路(132)的第一層(200)；在至少一個(gè)印刷的線路(132)上印刷電介質(zhì)油墨(108)的至少一個(gè)區(qū)域(300)；在基板(110)上的第一層上印刷導(dǎo)電線路(132)的第二層(202)，所述電介質(zhì)油墨(108)使所述第二層(202)的至少一部分與所述第一層(200)絕緣。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用金屬膠體油墨構(gòu)建所述第一層和第二層(200、202)的導(dǎo)電線路。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述金屬膠體油墨包括從由銅、金、銀和鉑組成的組中選擇的金屬納米顆粒(120)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述電介質(zhì)油墨(108)是聚合材料。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)包括液態(tài)電子照相印刷裝置(104)中的光敏帶(152)；轉(zhuǎn)印介質(zhì)，所述轉(zhuǎn)印介質(zhì)設(shè)為鄰近于所述光敏帶(152)，并且可用來(lái)將印刷的第一層(200)、印刷的電介質(zhì)油墨(108)的至少一個(gè)區(qū)域(300)以及印刷的第二層(202)轉(zhuǎn)印到提供的基板(110)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述基板(110)是柔性的。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述導(dǎo)電油墨(106)線路與所述電介質(zhì)油墨(108)的接觸部分之間形成基本不互溶的邊界劃分。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，重復(fù)執(zhí)行所述方法以提供多層的導(dǎo)電線路。
14.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在印刷之后通過(guò)激光器鉆孔或蝕刻來(lái)構(gòu)建線路層之間的通孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種印刷電路板(PCB)印刷系統(tǒng)(100)。在特定實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括液態(tài)電子照相印刷裝置(104)。還提供將導(dǎo)電油墨(106)提供到電子照相印刷裝置(104)的至少一個(gè)導(dǎo)電油墨(106)提供器。此外，還提供將電介質(zhì)油墨(108)提供到電子照相印刷裝置(104)的至少一個(gè)電介質(zhì)油墨(108)提供器(124)。液態(tài)電子照相印刷裝置(104)可用來(lái)將導(dǎo)電油墨(106)和電介質(zhì)油墨(108)施加到提供的基板(110)，以便在所施加的導(dǎo)電油墨(106)和所施加的電介質(zhì)油墨(108)之間的任何接觸點(diǎn)處產(chǎn)生基本不互溶的邊界劃分。還提供一種用于印制印刷電路板的適合方法。
文檔編號(hào)H05K3/20GK101036424SQ200580033607
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月4日
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