多層陶瓷基板包含帶狀線、微帶線和過孔，帶狀線和微帶線分別形成內層和表層電路，過孔則連接著不同層。要實現這種復合結構的打印還存在諸多問題有待解決。噴墨打印是實現陶瓷/金屬復合結構實體制造最直接、最低成本和最可控的方法，能夠完成陶瓷材料和導電金屬材料的分別連續固化和嵌合成型，且達到的最小精度和最小特征尺寸可以滿足 200μm 以下的帶狀線、微帶線和細微過孔。

噴墨打印作為一種材料噴射技術早已在電子電路領域應用，它按照傳統 2D 噴墨的方式，根據 Cadence、Altium Designer 等生成的多層陶瓷基板設計文件中的圖形信息通過多次掃掠實現墨滴的噴射和疊層沉積，從而獲得二維圖形到三維實體的轉化。本文提出了以下多層陶瓷基板噴墨打印方案。為加強陶瓷基板及其封裝行業上下游交流聯動，艾邦建有陶瓷基板產業群，歡迎產業鏈上下游企業加入。

一、多層陶瓷基板噴墨打印方案

由于涉及陶瓷和導電金屬兩種材料，因此需要采用兩個壓電噴頭分別噴射和沉積陶瓷墨水及導電金屬墨水，整個過程如圖 1 所示。壓電噴頭 1 先在承印基材上打印一層陶瓷介電層，并且根據線路圖形布局，預留通孔和溝槽，然后壓電噴頭 2 將導電金屬墨水沉積進預留的通孔和溝槽內，實現共面導電線路嵌合以及互連，按照上述思路進行順序疊層打印，最終成型多層陶瓷基板。陶瓷墨水通過 UV 照射固化，導電金屬墨水則通過光子燒結固化，為了保證導通電阻，可進行導電金屬墨水多次沉積。

圖 1? 多層陶瓷基板噴墨打印方案

根據上述方案以及打印要求，委托北京大華博科智能科技有限公司開發出多層電子電路噴墨打印系統，如圖 2 所示。該多層電子電路噴墨打印系統的有效成型寸為 180×240mm，Z 軸升降極限高度為 20mm，重復定位精度為±2μm；支持 GERBER 和 BMP 文件直接打印，可進行手動或自動裁邊減線寬；配備兩個理光 G5 壓電噴頭，如圖 3 所示，噴孔數量共 1280（4×320），分辨率高達 1200dip；集成 NIR 光子燒結模塊和 UV 模塊；帶多孔真空吸附的大理石平臺通過恒溫水槽進行控溫（≤80℃）。

圖 2 多層電子電路噴墨打印系統

圖 3 理光 G5 壓電噴頭

多層電子電路噴墨打印系統開機后需要進行正壓壓墨，一方面對噴頭做一次清洗，另一方面保證墨水在噴孔處剛好含住，從而使墨水能在適當壓電脈沖激勵下正常噴射。正壓壓墨完成后通常還需要進行噴頭檢測，噴頭檢測包括噴孔檢測、水平檢測和垂直檢測，其中噴孔檢測是檢查噴頭噴孔是否出墨良好，水平檢測是檢查噴頭整個噴孔平面是否與水平面平行，垂直檢測是檢查噴頭是否左右歪斜，具體做法是點擊相應的檢測按鈕，會得到一幅檢測圖案，如圖 4所示，通過對比檢測圖案（實際和預期），并且進行調整。

圖 4 噴孔檢測時的檢測圖案

打印開始前按照多層陶瓷基板圖形設計批量導入打印文件，由于導電線路是通過預留通孔和溝槽再反向沉積填充形成的，因此在有通孔和溝槽沉積填充的地方需要進行圖形處理，使其單獨成一個打印文件，然后設置打印參數，包括噴頭加熱溫度、脈沖電壓幅值、分辨率、噴距、打印次數、初始高度、平臺溫度等，打印完成后開展基本尺寸、表面粗糙度、導通電阻等相關檢測，整個流程如圖 5 所示。

圖 5 多層陶瓷基板打印流程

可以看出該噴墨打印方案的技術優勢在于只需要兩個壓電噴頭根據導入的打印文件中的圖形信息分別多次掃掠實現陶瓷墨水和導電金屬墨水的噴射和疊層沉積，即可完成多次陶瓷基板的打印。

相比于高溫共燒陶瓷技術，噴墨打印能夠簡化制造流程，縮短制造周期，降低制造成本，因為不存在生瓷帶沖孔、填孔、圖形印制、疊片、壓合和熱切割工序，相應的設備費用大大壓縮。相比于墨水直寫、熔融沉積和 Vat 光聚合，噴墨打印能夠以無接觸、無壓力的方式直接在承印基材上構建二維圖形和三維實體，達到的精度和最小特征尺寸雖然適中，但靈活性更高，而且由于壓電噴頭上的數千個噴孔均可出墨，相當于面成型，打印效率更高。

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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：多層陶瓷基板噴墨打印方案