CN102186309B - 激光直接成像全印刷电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光成像全印刷电路，采用激光直接成像加成法全印制技术，通过激光直接成像技术加工制作电路图形模板，将电路图形模板放在基板上，涂覆导电油墨，经过固化烧结形成印刷电路图形；激光器控制系统包括主控单片机、高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器、调制信号驱动单元、上位机，主控单片机分别与高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器及上位机相连接；信号选择器分别与上位机、固定方波发生器、调制信号驱动单元相连接，调制信号驱动单元连接激光器；受控恒流源连接主控单片机，为激光器提供电源；本发明产品具有产品质量好、可靠性高、工艺流程短等优点，并可达到节能减排的效果。

Description

激光直接成像全印刷电路

技术领域

本发明涉及激光成像全印刷电路，是采用激光成像制作丝网印刷模板，运用加成法工艺生产PCB电路板的工艺。

背景技术

近年来，随着电子工业的迅猛发展，对PCB印制电路板的需求大大增加，PCB的生产已经成为电子行业的主要基础产业。我国已成为世界电路板工业第二生产大国，PCB工业用水量为世界第一大国。而且每年以20％的速度递增，用水量大，容易对环境造成污染。因此，消灭减成法生产工艺，采用加成法生产PCB印制电路板工艺，可缩短生产工艺、消灭废液、提高产品质量、加快生产过程，是提高经济效益与社会效益的全新实用技术。

传统的PCB印制电路板的制造采用减成法工艺，通过在覆铜板上进行曝光、照相形成电路图形，再通过蚀刻去掉覆铜板上非电路图形的部分，对留下的覆铜层再进行相关处理而形成印制电路板。减成法不仅工艺复杂，同时由于蚀刻、照相等工艺也会产生三废，如果处理不当会造成环境污染。而全印制电路板加成法制作工艺，运用全数字激光印制技术，将导电油墨直接网印在基板上形成导电线路。

全印刷印制电子电路板技术，既可以用于直接网印抗蚀图形，制造导体线路与焊盘；又可用于直接网印阻焊剂与字符等，从而达到明显节省资源(人力、设备和能源)、降低产品成本，又可以大大减少环境污染。采用数字激光全印制技术，可以大大简化PCB生产过程。数字激光全印制技术采用CAD/CAM的数据直接驱动数字激光成模技术形成图形模板，通过丝网印刷形成所需的电路图形，比传统减成法工艺可节省60％生产过程；并消除了很多光绘机、显影机、曝光机、和照相底片等生产设备和昂贵的材料，大大地缩短了生产周期，并提高了产品质量、合格率和生产率。这是因为数字激光全印制技术工艺采用精密对位技术，避免和消除减成法中形成照相底片光绘过程中温度、湿度、冲孔尺寸误差、工艺过程中带来的损伤等。所以数字激光全印制技术制造工艺，可提高PCB产品质量、可靠性；而更重要的是能实现节省能源、节省资源、降污减排。能克服减成法生产工序所产生的废液、废水、大约可节省50％～70％的污水处理。采用数字激光全印制技术既可以大幅度简化并缩短了PCB生产过程，又可以极大地改善环境，达到PCB的清洁生产目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种加成法制作的激光直接成像全印刷电路，具有产品质量好、可靠性高、工艺流程短等优点，并可达到节能减排的效果。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

激光直接成像全印刷电路，采用激光直接成像加成法全印制技术，通过激光直接成像技术加工制作电路图形模板，将电路图形模板放在基板上，涂覆导电油墨，经过固化烧结形成印刷电路图形；激光成像技术包括激光器驱动电路、激光器控制系统、激光器温度控制系统，具体叙述如下：

激光器驱动电路包括变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路、稳流电路、激光器保护电路、过压保护电路、电子开关、启动控制电路；变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路依次连接，缓启动电路分别连接稳流电路、激光器保护电路及电子开关；激光器保护电路连接过压保护电路，过压保护电路连接电子开关，电子开关连接启动控制电路；激光器分别与稳流电路、激光器保护电路相连接；

激光器控制系统包括主控单片机、高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器、调制信号驱动单元、上位机，主控单片机分别与高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器及上位机相连接；信号选择器分别与上位机、固定方波发生器、调制信号驱动单元相连接，调制信号驱动单元连接激光器；受控恒流源连接主控单片机，为激光器提供电源；

激光器温度控制系统包括温度传感器、信号放大电路、基准电压设置电路、PID调节器、控制电流调节电路、制冷器、恒流源及比较环节，恒流源给温度传感器提供电流、电压信号，温度传感器连接信号放大电路，信号放大电路将温度传感器采集的电压信号放大后送入比较环节，在比较环节中该电压信号与基准电压信号相比较，得到的差值送入PID调节器，由PID调节器校正放大后，经过控制电流调节电路转化成调节电流，送到制冷器调节激光器的温度，然后将温度变化情况反馈到温度传感器，形成反馈控制环，实现动态地控制激光器的温度，使激光器温度稳定在设定值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用激光直接成像的关键技术，设计了激光器驱动电路、激光成像控制系统及温度控制系统，制作的PCB产品具有更优的质量指标及技术性能，可靠性高；

2)通过激光成像直接形成电子电路，产品合格率高，工艺流程更加优化；

3)比减成法制作PCB工艺可节省60％生产过程；并消除了很多光绘机、显影机、曝光机、和照相底片等生产设备和昂贵的材料，大大地缩短了生产周期，并提高了产品质量、合格率和生产率。

4)采用精密对位技术，避免和消除减成法中形成照相底片光绘过程中温度、湿度、冲孔尺寸误差、工艺过程中带来的损伤等。

附图说明

图1是激光器驱动电路的结构原理图；

图2是激光器控制系统的结构框图；

图3是激光器温度控制系统的控制原理图。

具体实施方式

激光直接成像全印刷电路，采用激光直接成像加成法全印制技术，通过激光直接成像技术加工制作电路图形模板，将电路图形模板放在基板上，涂覆导电油墨，经过固化烧结形成印刷电路图形。

1、激光成像技术包括激光器驱动电路、激光器控制系统、激光器温度控制系统，具体叙述如下：

见图1，激光器驱动电路包括变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路、稳流电路、激光器保护电路、过压保护电路、电子开关、启动控制电路；变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路依次连接，缓启动电路分别连接稳流电路、激光器保护电路及电子开关；激光器保护电路连接过压保护电路，过压保护电路连接电子开关，电子开关连接启动控制电路；激光器分别与稳流电路、激光器保护电路相连接。

220V交流电压信号经过变压器、整流电路、滤波电路处理后分为两路：第一路，经缓启动电路通过稳流电路给激光器提供电源；第二路经缓启动电路供给激光器保护电路。滤波电路、缓启动电路、激光器保护电路、过压保护电路、电子开关都是激光器的保护措施，防止电源开关的干扰、过冲、浪涌的影响，以及静电积累引起的损伤。

见图2，激光器控制系统包括主控单片机、高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器、调制信号驱动单元、上位机，主控单片机分别与高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器及上位机相连接；信号选择器分别与上位机、固定方波发生器、调制信号驱动单元相连接，调制信号驱动单元连接激光器；受控恒流源连接主控单片机，为激光器提供电源。

激光器控制系统的工作原理是：控制系统由上位机、AT89C51主控单片机及相关外部设备组成，主要完成联机状态下的人机交互功能，自定义写数据的预编码和数据的发送以及各种调制信号频率和调制信号源的选择。激光器调制信号驱动单元主要完成激光器功率驱动和激光器调制输出的功能。系统控制软件由AT89C51单片机汇编语言及Visual C++6.0编写。主要完成激光调制信号源和调制频率的设定，自定义调制信号的预编码处理，RS232串口数据通讯控制以及人机交互控制等。

见图3，激光器温度控制系统包括温度传感器、信号放大电路、基准电压设置电路、PID调节器、控制电流调节电路、制冷器、恒流源及比较环节，恒流源给温度传感器提供电流、电压信号，当温度发生变化时，由温度传感器采集温度数据，温度信号转化为电压信号输出，温度传感器电压信号通过信号放大之后，送到比较环节，同时基准电压设置电路也将一个用于比较的基准电压送到比较环节。比较环节将采集温度的电压信号与基准电压信号进行比较之后得到差值送到PID(比例、积分、微分)调节器，由PID调节器校正放大后，经过控制电流调节电路转化成调节电流，送到制冷器调节激光器的温度，然后将温度变化情况反馈到温度传感器，形成一个反馈控制环，实现动态地控制激光器的温度，使其温度稳定在设定值。

2、导电油墨

用于制作PCB板导体的导电油墨和制作介质层的浆料均应具有良好的触变、流动的印刷特性。触变性是指在刮板的推力作用下，导电油墨和浆料的粘度急剧下降的特性，这种特性可使导电油墨和浆料易于通过丝网掩膜的开区，在绝缘基板上得到分辨率较高的电路厚膜图案。导电油墨和浆料的触变性与其配方粘度、粉体粒径等有关。通常粉体粒径越小，浆料的触变性越好；因此，印刷至绝缘基板上的导电油墨和浆料应有很好的流动性，这种性质对厚膜和厚膜介质的致密性有重要影响。

3、烧结

丝网印刷完成后，要进行烘干，以除去导电油墨中的有机溶剂，对印刷图案进行定形，在80℃-90℃温度下，干燥10-30分钟。干燥工艺是控制图形清晰度的重要环节，可以避免图形污染和烧结时起泡，同时保证正常脱模，脱模时不影响线路图形。

当多层板的每一层烘干完毕后，便进行烧结，烧结在全链式烧结炉中进行。PCB产品的基板烧到100℃时，导电油墨中的有机成份将全部燃烧掉。当温度达到230℃时，导电油墨中的玻璃和氧化物组分软化，并与导电油墨中的其它成份、基片和绝缘介质层发生反应，出现熔结和致密化现象，便可得到电阻率为3μΩ·cm的导体，接近于纯银(电阻率为1.59μΩ·cm)和纯铜(电阻率为1.72μΩ·cm)，因而可成为优良的导体。

4、阻焊剂

目前市售的阻焊剂的曝光量为200mj/cm²-400mj/cm²用金属卤化物灯进行曝光，而激光直接成像要求的曝光量为30mj/cm²-50mj/cm²，是采用单一波长的光线进行曝光，本发明产品设计的阻焊剂在单一波长的照射下，光线能充分到达底部。

Claims (1)

1.激光直接成像全印刷电路，其特征在于，采用激光直接成像加成法全印制技术，通过激光直接成像技术加工制作电路图形模板，将电路图形模板放在基板上，涂覆导电油墨，经过固化烧结形成印刷电路图形；激光成像技术包括激光器驱动电路、激光器控制系统、激光器温度控制系统，具体叙述如下：

激光器驱动电路包括变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路、稳流电路、激光器保护电路、过压保护电路、电子开关、启动控制电路；变压器、整流电路、滤波电路、缓启动电路依次连接，缓启动电路分别连接稳流电路、激光器保护电路及电子开关；激光器保护电路连接过压保护电路，过压保护电路连接电子开关，电子开关连接启动控制电路；激光器分别与稳流电路、激光器保护电路相连接；

激光器控制系统包括主控单片机、高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器、调制信号驱动单元、上位机，主控单片机分别与高速位发生器、调制频率发生器、信号选择器及上位机相连接；信号选择器分别与上位机、固定方波发生器、调制信号驱动单元相连接，调制信号驱动单元连接激光器；受控恒流源连接主控单片机，为激光器提供电源；

激光器温度控制系统包括温度传感器、信号放大电路、基准电压设置电路、PID调节器、控制电流调节电路、制冷器、恒流源及比较环节，恒流源给温度传感器提供电流、电压信号，温度传感器连接信号放大电路，信号放大电路将温度传感器采集的电压信号放大后送入比较环节，在比较环节中该电压信号与基准电压信号相比较，得到的差值送入PID调节器，由PID调节器校正放大后，经过控制电流调节电路转化成调节电流，送到制冷器调节激光器的温度，然后将温度变化情况反馈到温度传感器，形成反馈控制环，实现动态地控制激光器的温度，使激光器温度稳定在设定值。

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