CN105163505B - 一种制作激光打印式印刷电路板的装置及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作激光打印式印刷电路板的装置，包括计算机主机，电子控制电路和激光打印机；计算机主机用于向激光打印机发送打印数据和控制命令；激光打印机用于将打印信息打印在印刷电路板上；激光打印机包括感光鼓，清洗橡胶刮刀，擦除灯，主电晕，书写机构，显影组件，传输电晕组件，进料引导组件和出料引导组件；感光鼓用于生成图像；清洗橡胶刮刀用于清洗感光鼓表面残留的铜粉和电荷；擦除灯用于进一步清除感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性；主电晕用于将电场均匀地作用在感光鼓的表面，给感光鼓充电；书写机构用于产生光线并将光线引导到感光鼓的表面上，从而在感光鼓上形成与打印数据所包含的打印信息对应的潜隐图像。

Description

一种制作激光打印式印刷电路板的装置及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种制作激光打印式印刷电路板的装置及其生产工艺，属于印刷电路板技术领域。

背景技术

印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）又称印刷板，是电子产品的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子表、计算器，大到大型计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要存在电子元器件，它们之间的电气互连就要使用印刷板。在大型电子产品的研制过程中，影响电子产品成功的最基本的因素之一是该产品的印刷板的设计和制造。印刷板的设计和制造质量直接影响到整个电子产品的质量和成本，甚至影响到电子产品在市场竞争中的竞争力。

传统的印刷电路板的制作工艺流程包括：来料检验à 开料à 磨边à 倒角à 钻孔à干膜à 曝光à 撕膜à 显影à 蚀刻à 测试à 阻焊à 丝印à 烤板à 丝印字符à 表面处理（喷锡、沉金、OSP）à 成形à 成品测试。

例如文献CN 102497736A公开了一种印刷电路板的制作工艺，包括：步骤1、基材及底片的准备：（1）生产前应对光绘好的底片认真地进行检查。对9"X 11"尺寸底片利用OPTILINE底片冲孔机对内层底片进行冲制。外层底片要复制成重氮片。11＂X 14＂尺寸板底片利用L型定位方式，利用Ｃ·A·PICARD冲孔设备冲定位孔。(2)贴膜。利用贴膜机以热压的方式将抗蚀干膜贴附到清洁的铜箔表面。(3)基材冲孔。等到带干膜的基材冷却后，对9"X 11"尺寸板采用ACCU.LINE 基材冲孔机冲孔。L型定位方式省去了此步骤。(4)曝光。在膜面上密贴底片并进行曝光，使图形转移到铜表面上。(5)显影。通过化学方法将未曝光固化的干膜除去，得到所要的抗蚀图形。(6)蚀刻。用化学法将不需要Cu箔的部分予以去除，使之形成回路图形。(7)剥膜。再除去曝光固化后的干膜，形成电容(内层)图形。步骤2、层压：(1)入模预压。预压之前，压机应先升温至155℃，以保证入模后立即开始层压，并严格控制预压周期，否则会引起缺胶、分层、挥发组分排除不彻底，树脂充不满间隙等缺陷。(2)施全压及保温保压。预压结束后，在保持温度不变的前提下，进行转压施全压操作，并按工艺参数要求进行保温保压。当半固化片流动度降低时，可适当加大全压压力。彻底完成排气泡、填隙，保证厚度和最佳树脂含量。(3)冷压。热压操作后的冷压操作，对降低翘曲度有较大作用。采用适当的降温速率，使固化后的树脂有一定时间来松弛残余热应力。(4)后处理。当层压板温度降至15℃后，取出层压板，切除坯料边缘，然后进行后烘处理，使板料收缩情况稳定，消除冷压所未能去除之内应力。步骤3、钻孔、去钻污、孔金属化：(1)去钻污。利用溶涨剂渗入孔壁树脂内，令其膨胀，从而形成疏松的环氧树脂，然后用碱性KMnO4氧化除去孔壁树脂残渣。(2)微蚀。目的是促进基材上铜层与化学铜的结合力。(3)活化。使用胶体Pd在孔壁形成化学沉铜的完成所必须的活化中心。(4)化学沉铜：利用还原剂将Cu2+在孔壁上还原成Cu，形成一层薄导电层。(5)脉冲电镀。在化学成铜的基础上利用电镀的方法，使孔壁形成一定的镀层厚度，完成可靠的电气连接。步骤4、电容图形制作：应用标准的图形转移外层工艺进行。主要步骤板清洁— 减薄— 擦板一贴膜一装重氮底片一曝光一显影一镀Pb／Sn一去膜一碱性蚀刻一退Pb／Sn。

传统的印刷电路板的制作工艺的主要缺点是所需车间的空间过大，蚀刻环节对环境污染严重，制作工艺环节中包括多次烤板工序，生产进度缓慢，耗电量巨大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种制作激光打印式印刷电路板的装置及其生产工艺，省掉对环境污染严重的蚀刻环节，节省生产所需车间的空间，加快生产进度，减少耗电量。

本申请所述的制作激光打印式印刷电路板的装置包括：计算机主机，电子控制电路和激光打印机；所述的计算机主机用于通过所述的电子控制电路向所述的激光打印机发送打印数据和控制命令；所述的激光打印机用于按照计算机主机发送的打印数据和控制命令，控制机械部件有效配合，将打印数据所包含的打印信息打印在印刷电路板上；所述的激光打印机包括感光鼓，清洗橡胶刮刀，擦除灯，主电晕，书写机构，显影组件，传输电晕组件，进料引导组件和出料引导组件；所述的感光鼓用于将打印数据所包含的打印信息生成图像；所述的清洗橡胶刮刀用于清洗感光鼓表面残留的铜粉和电荷；所述的擦除灯用于进一步清除所述的感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性；所述的主电晕用于将电场均匀地作用在感光鼓的表面，给感光鼓充电；所述的书写机构用于产生光线并将光线引导到感光鼓的表面上，从而在感光鼓上形成与打印数据所包含的打印信息对应的潜隐图像；所述的显影组件用于将铜粉施加到感光鼓的表面上，从而使感光鼓上的潜隐图像变成可见图像；所述的传输电晕组件用于在印刷电路板表面施加正电压，使印刷电路板充电，从而将感光鼓的表面上的铜粉吸引到印刷电路板上；所述的进料引导组件用于引导印刷电路板进入所述的激光打印机，所述的出料引导组件用于引导印刷电路板从所述的激光打印机输出。

所述擦除灯的光线照射到感光鼓表面，放除掉感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性。

所述的主电晕将高于-6KV的负电压施加在感光鼓的表面上实现充电。

所述的书写机构包括激光发生器和扫描反射镜，扫描反射镜将激光发生器产生的光线反射到感光鼓上。

所述的显影组件包括铜粉和铜粉辊，铜粉由铜粉辊施加到感光鼓表面上。

所述的传输电晕组件的旁边设置有静电消除器，用于抵消正电荷，在铜粉传输到印刷电路板上以后，立即消除印刷电路板和感光鼓之间的吸引力。

所述的进料引导组件包括传送带，定影上压辊和定影下压辊，定影上压辊和定影下压辊将印刷电路板夹在中间，传送到传送带上，由传送带将印刷电路板传送到所述的传输电晕组件的上方。

所述的激光打印机进一步包括熔结组件，该熔结组件包括石英灯，加热辊和压力辊。

所述的石英灯用于将加热辊加热到180℃，附着在印刷电路板上的铜粉中掺有塑料树脂制品制成的粘合剂，加热辊使该塑料树脂制品制成的粘合剂熔化，压力辊用于对附着有铜粉和熔化的粘合剂的印刷电路板施加压力，从而将铜粉和熔化的粘合剂紧密黏附在印刷电路板表面上，所述的压力辊为橡胶辊。

采用该装置制作激光打印式印刷电路板的生产工艺为：

来料检验à 开料à 磨边à 倒角à 钻孔à 激光打印铜粉线路à固化铜粉线路层à 测试à 阻焊à 丝印à 丝印字符à 表面处理（喷锡、沉金、OSP）à 成形 à成品测试。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

与传统的印刷电路板的制作工艺流程相比，本申请的生产工艺省去了干膜à 曝光à 撕膜à 显影à 蚀刻的工艺步骤，由于不用蚀刻，大大减小了环境污染，节约了环节中多次烤板工序，加快了生产进度，减少了很多耗电量。而且由于激光打印铜粉线路使用的激光打印机高度集成化，体积大大减小，大大节省了生产所需车间的空间。

附图说明

图1为本发明所述的制作激光打印式印刷电路板的装置的内部结构图。

图2为本发明所述的制作激光打印式印刷电路板的装置的感光鼓充电示意图。

图3为本发明所述的制作激光打印式印刷电路板的装置的熔结组件示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请所述的制作激光打印式印刷电路板的装置包括：计算机主机，电子控制电路和激光打印机；所述的计算机主机用于通过所述的电子控制电路向所述的激光打印机发送打印数据和控制命令；所述的激光打印机用于按照计算机主机发送的打印数据和控制命令，控制机械部件有效配合，将打印数据所包含的打印信息打印在印刷电路板上。

如图1所示，所述的激光打印机包括感光鼓1，清洗橡胶刮刀2，擦除灯3，主电晕4（见图2），书写机构5，显影组件6，传输电晕组件7， 进料引导组件8和出料引导组件9。所述的感光鼓1用于将打印数据所包含的打印信息生成图像；所述的清洗橡胶刮刀2用于清洗感光鼓1表面残留的铜粉和电荷；所述的擦除灯3用于进一步清除所述的感光鼓1上的电荷，使感光鼓1的表面呈中性；所述的主电晕4用于将电场均匀地作用在感光鼓1的表面，给感光鼓1充电；所述的书写机构5用于产生光线并将光线引导到感光鼓1的表面上，从而在感光鼓1上形成与打印数据所包含的打印信息对应的潜隐图像；所述的显影组件6用于将铜粉施加到感光鼓1的表面上，从而使感光鼓1上的潜隐图像变成可见图像；所述的传输电晕组件7用于在印刷电路板表面施加正电压，使印刷电路板充电，从而将感光鼓1的表面上的铜粉吸引到印刷电路板上；所述的进料引导组件8用于引导印刷电路板进入所述的激光打印机，所述的出料引导组件9用于引导印刷电路板从所述的激光打印机输出。

所述的感光鼓1是一个用铝挤压出来的圆柱筒，表面覆盖着一层无毒的有机化合物，具有光敏性质，当其暴露在光线下时涂层将导电。这个铝基圆柱连接在高压电源的地线上。图像以水平的一行行电荷的形式被写到感光鼓的表面上， 这些电荷与打印的图像（与打印数据所包含的打印信息对应的图像）有关，一个光点在相应的点上产生了相对正的电荷，而没有光点使一个相对负的电荷保留下来，不会产生像点。下面详细介绍感光鼓的成像过程。

在成像之前首先需要清洗所述的感光鼓1的表面，擦除掉之前由光线引起的电荷，否则会造成新的图像与之前的图像覆盖．产生互相重叠的现象。最好的感光鼓也不可能把铜粉全部传输到印刷电路板表面上，在感光鼓上必然会残存一些铜粉。因此，清洗包括两项工作内容：一个是将感光鼓表面的残留的铜粉刮去；另一个是将感光鼓表面的电荷除掉。这两项工作由如1所示的清洗橡胶刮刀2完成。从感光鼓上刮下来的铜粉积到一个碎片收集器中（图中未示出）。用清洗橡胶刮刀2清洗必须在不刮伤感光鼓或产生刻痕的条件下完成。对感光鼓表面的任何破坏将会变成永久性的痕迹，出现在以后的每个印刷电路板上。

所述的擦除灯3用于进一步清除所述的感光鼓1上的电荷。擦除灯3的光线照射到感光鼓表面，放除掉感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性，不再带电荷。

中性的感光鼓表面不再感受从书写机构发出的光线，直到感光鼓重新充电，新的图像才能写到感光鼓上。为了给感光鼓充电，一个强电场必须均匀地作用在感光鼓的整个表面上。表面充电通过在实心导线上施加一个极高的负电压（通常高于-6kV）来实现，这个实心导线称为主电晕，位于感光鼓附近，主电晕4与高电压电源部件21连接，如图2所示。所述的主电晕4将高于-6KV的负电压施加在感光鼓1的表面上实现充电。

在低电压下，主电晕4和感光鼓之间的空气间隔表现为一个绝缘体。在6kV的高电压下，空气的绝缘性被破坏，产生了电晕放电，电晕使导线周围的空气分子电离， 产生负电荷并迁移到感光鼓的表面上。

所述的书写机构5用于产生光线并将光线引导到感光鼓1的表面上，从而在感光鼓1上形成与打印数据所包含的打印信息对应的潜隐图像。图像是用光书写到感光鼓上的。感光鼓上暴露在光线下的点被放电到一个非常低的电压（大约-100V），保留下来；未暴露在光线下的部分保持它们的充电电压（－600～－100V）。为了在感光鼓表面形成一幅潜隐的图像，必须使已经充到感光鼓表面的均匀电荷在将要产生图像的各个点上精确放电。如图1所示，所述的书写机构5包括激光发生器5和扫描反射镜52,53。扫描反射镜52,53将激光发生器5产生的光线反射到感光鼓1上。

因为图像是由一系列的单个点形成的，因此单位面积上的点的数目越多，图像的分辨率越高（并且图像质量越好）。假设一个书写机构能在感光鼓表面的一条水平线上每英寸产生300个点，感光鼓以一英寸的1/300为增量旋转，则打印机就以每英寸点数（dpi）为300 X 300的分辨率产生图像。

所述的显影组件6用于将铜粉施加到感光鼓1的表面上，从而使感光鼓1上的潜隐图像变成可见图像。最初由激光写到感光鼓表面的图像是不可见的——仅仅是分布在感光鼓表面上的一个静电电荷阵列。光照射过的地方有较低的负电压，光跳过的地方有较高的负电压。潜隐式的图像在被传输到印刷电路板上之前必须显影成可见的图像，显影是通过显影组件6和铜粉来实现的。

如图1所示，显影组件6包括铜粉61和铜粉辊62（或显影辊），铜粉61由铜粉辊62（或显影辊）施加到感光鼓表面上。铜粉辊62是一个长的金属套筒，具有永久的磁性。铜粉辊固定在显影组件6中。当铜粉辊旋转时，铜粉辊把铜粉吸附到铜粉辊的圆柱表面上。一旦铜粉被吸附，铜粉表面就带有负的静电压，这个静电压大小介于感光鼓表面曝光和未曝光部分的电压之间。铜粉辊上带电的铜粉在曝光的感光鼓附近旋转。感光鼓上未曝光的点将带有很强的负电荷，这个负电荷排斥铜粉辊上的铜粉，被排斥的铜粉被送回显影组件6的铜粉槽中（图中未示出）。感光鼓上曝光点的电位比铜粉粒子的电位小很多，这个电势差把铜粉从铜粉辊上吸引到感光鼓表面相应的点上。铜粉“填充”了隐藏的图像（潜隐的图像），形成一幅可见的图像（或显影的图像）。

所述的传输电晕组件7用于在印刷电路板表面施加正电压，使印刷电路板充电，从而将感光鼓1的表面上的铜粉吸引到印刷电路板上。因为铜粉已经被吸附到感光鼓上，必须通过在印刷电路板上施加一个更大的吸引电压使铜粉脱离感光鼓。传输电晕组件7将一个传输电压施加到印刷电路板上，使印刷电路板充电，如图1所示。印刷电路板上带有强烈的正电荷，它吸引充有负电荷的铜粉粒子。将带有负电荷的铜粉粒子吸引到与感光鼓曝光区相对应的印刷电路板上。

因为充有负电的感光鼓和充有正电的印刷电路板互相吸引，有可能使印刷电路板“包”到感光鼓上。作为本发明的一个优选实施例，所述的传输电晕组件7旁边设置有静电消除器71（或消除器电梳），作用是抵消正电荷，在铜粉传输到印刷电路板上以后，立即消除印刷电路板和感光鼓之间的吸引力，避免印刷电路板包到感光鼓上。

一旦铜粉被传输到印刷电路板上以后，印刷电路板上就印刷上了铜粉电路。这一铜粉电路是与所述的计算机主机通过所述的电子控制电路向所述的激光打印机发送的打印数据所包含的打印信息对应的。也就是说，用户事先设计好需要打印在印刷电路板上的线路，输入所述的计算机主机，由所述的计算机主机以打印数据的方式发送给所述的激光打印机，再由所述的激光打印机将对应的线路以铜粉电路的形式打印在印刷电路板上。

所述的进料引导组件8用于引导印刷电路板进入所述的激光打印机，所述的出料引导组件9用于引导印刷电路板从所述的激光打印机输出。如图1所示，所述的进料引导组件8包括传送带81，定影上压辊82和定影下压辊83，定影上压辊82和定影下压辊83将印刷电路板夹在中间，传送到传送带81上，由传送带81将印刷电路板传送到所述的传输电晕组件7的上方。

所述的出料引导组件9包括出料压辊91和取料压辊92，出料压辊91和取料压辊92引导印刷电路板从所述的激光打印机中输出。

传输电晕组件7只能保证铜粉图像仅仅靠重力和微弱的静电吸引力附着在印刷电路板上．而铜粉仍处于粉末状态。作为本发明的一个优选实施例，可以使铜永久性地固定（或熔结）在印刷电路板上。这一优选实施例所述的激光打印机进一步包括熔结组件，如图3所示，该熔结组件包括石英灯31和激光加热器（图中未示出），该激光加热器为高温加热器，加热辊32和压力辊33，所述的石英灯31和激光加热器用于将加热辊32加热到180℃-1000℃，附着在印刷电路板36上的铜粉中掺有塑料树脂制品制成的粘合剂，加热辊32使该塑料树脂制品制成的粘合剂熔化，并使铜粉融成铜箔，压力辊33用于对附着有铜粉35和熔化的粘合剂34的印刷电路板施加压力，从而将铜粉35和熔化的粘合剂34紧密黏附在印刷电路板表面上。所述的压力辊33为橡胶辊。

由于PCB板是硬材料的，不能弯曲，本申请所述的制作激光打印式印刷电路板的装置中所有弯曲的部位都带有弹簧。

上面完整的介绍了本申请所述的制作激光打印式印刷电路板的装置的结构。采用该装置制作激光打印式印刷电路板的生产工艺为：

来料检验à 开料à 磨边à 倒角à 钻孔à 激光打印铜粉线路à固化铜粉线路层à 测试à 阻焊à 丝印à 丝印字符à 表面处理（喷锡、沉金、OSP）à 成形 à成品测试。

其中的固化铜粉线路层是指高温融化铜颗粒，使铜融化连成一个整体，从而使其电器性能和物理性能达到实用，这一步是本发明的核心点。

OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。 OSP是Organic Solderability Preservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。 简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。

传统的印刷电路板的制作工艺流程包括：来料检验à 开料à 磨边à 倒角à 钻孔à干膜à 曝光à 撕膜à 显影à 蚀刻à 测试à 阻焊à 丝印à 烤板à 丝印字符à 表面处理（喷锡、沉金、OSP）à 成形à 成品测试。

与传统的印刷电路板的制作工艺流程相比，本申请的生产工艺省去了干膜à 曝光à 撕膜à 显影à 蚀刻的工艺步骤，由于不用蚀刻，大大减小了环境污染，节约了环节中多次烤板工序，加快了生产进度，减少了很多耗电量。而且由于激光打印铜粉线路使用的激光打印机高度集成化，体积大大减小，大大节省了生产所需车间的空间。

综上所述，即为本发明实施例内容，而显然本发明的实施方式并不仅限于此，其可根据不同应用环境，利用本发明的功能实现相应的需求。

Claims (9)

1.一种制作激光打印式印刷电路板的装置，其特征在于，包括：计算机主机，电子控制电路和激光打印机；所述的计算机主机用于通过所述的电子控制电路向所述的激光打印机发送打印数据和控制命令；所述的激光打印机用于按照计算机主机发送的打印数据和控制命令，控制机械部件有效配合，将打印数据所包含的打印信息打印在印刷电路板上；所述的激光打印机包括感光鼓，清洗橡胶刮刀，擦除灯，主电晕，书写机构，显影组件，传输电晕组件， 进料引导组件和出料引导组件；所述的感光鼓用于将打印数据所包含的打印信息生成图像；所述的清洗橡胶刮刀用于清洗感光鼓表面残留的铜粉和电荷；所述的擦除灯用于进一步清除所述的感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性；所述的主电晕用于将电场均匀地作用在感光鼓的表面，给感光鼓充电；所述的书写机构用于产生光线并将光线引导到感光鼓的表面上，从而在感光鼓上形成与打印数据所包含的打印信息对应的潜隐图像；所述的显影组件用于将铜粉施加到感光鼓的表面上，从而使感光鼓上的潜隐图像变成可见图像；所述的传输电晕组件用于在印刷电路板表面施加正电压，使印刷电路板充电，从而将感光鼓的表面上的铜粉吸引到印刷电路板上；所述的进料引导组件用于引导印刷电路板进入所述的激光打印机，所述的出料引导组件用于引导印刷电路板从所述的激光打印机输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述擦除灯的光线照射到感光鼓表面，放除掉感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的主电晕将高于-6KV的负电压施加在感光鼓的表面上实现充电。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的书写机构包括激光发生器和扫描反射镜，扫描反射镜将激光发生器产生的光线反射到感光鼓上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的显影组件包括铜粉和铜粉辊，铜粉由铜粉辊施加到感光鼓表面上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的传输电晕组件的旁边设置有静电消除器，用于抵消正电荷，在铜粉传输到印刷电路板上以后，立即消除印刷电路板和感光鼓之间的吸引力。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的进料引导组件包括传送带，定影上压辊和定影下压辊，定影上压辊和定影下压辊将印刷电路板夹在中间，传送到传送带上，由传送带将印刷电路板传送到所述的传输电晕组件的上方。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的激光打印机进一步包括熔结组件，该熔结组件包括石英灯和激光加热器，加热辊和压力辊。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的石英灯和激光加热器用于将加热辊加热到180℃-1000℃，附着在印刷电路板上的铜粉中掺有塑料树脂制品制成的粘合剂，加热辊使该塑料树脂制品制成的粘合剂熔化，压力辊用于对附着有铜粉和熔化的粘合剂的印刷电路板施加压力，从而将铜粉和熔化的粘合剂紧密黏附在印刷电路板表面上，所述的压力辊为橡胶辊。