CN113891571A - 一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，包括增材装置、减材装置、传动履带和数字控制系统，所述增材装置和减材装置设置于传动履带上方；增材装置包括挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块，所述挤出式3D打印模块用于打印出电路的基板，并在电路打印完成后进行封装，所述气溶胶喷印模块用于进行金属薄层打印将电路打印在基板上；减材装置用于对初步成型的电路板进行抛光；传动履带用于将打印区域运送至各个工作区域。本发明利用气溶胶打印的特点，减少了电路制造的时间，提升了电路的集成度，能够提高电路的打印精度以及打印效率，并且提升了整个电路板的生产工艺连续性，提高了电路板的生产效率。

Description

一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统。

背景技术

增材制造技术，即3D打印技术，是于80年代逐渐兴起的一项新型快速成型技术，它的发展开始撼动传统制造业的地位，并在许多高新科技行业展现独到的优势。

3D打印有多种不同形式，如FDM、DLP、EBF、SLA等，材料也多种多样，如热塑性塑料、各种合金、光敏树脂等，但广义上来说3D打印的过程主要为三大环节：软件建模，通过计算机对目标进行模型搭建；切片处理，通过特定的软件对模型进行切片；模型打印，通过3D打印机将切片层层堆积构建成目标模型。比较传统制造方式，3D打印机的生产速度主要取决于模型的大小而非结构，这使得它在复杂小模型的生产上有着绝对的优势，正与当代电子产业集成化、微型化的趋势契合。

在电路板的生产当中，也广泛应用了3D打印技术，利用3D打印设备在基板上打印出对应电路，但是现有的3D打印设备对于电路的打印精度和打印效率还不是很理想，并且整个电路板的生产工艺连续性较差，从而使得电路板的生产效率不高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，利用气溶胶打印的特点，减少了电路制造的时间，提升了电路的集成度，能够提高电路的打印精度以及打印效率，并且提升了整个电路板的生产工艺连续性，提高了电路板的生产效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，包括增材装置、减材装置、传动履带和数字控制系统，所述增材装置和减材装置设置于传动履带上方；

所述增材装置包括挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块，所述挤出式3D打印模块用于打印出电路的基板，并在电路打印完成后进行封装，所述气溶胶喷印模块用于进行金属薄层打印将电路打印在基板上；

所述减材装置用于对初步成型的电路板进行抛光；

所述传动履带用于将打印区域运送至各个工作区域；

所述数字控制系统用于控制增材装置、减材装置和传动履带的运行。

进一步地，所述减材装置包括激光抛光模块。

进一步地，所述挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块分别包括挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头。

进一步地，所述系统还包括工作台，所述传动履带、挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头设置于工作台上，所述挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头均设置于传动履带上方处。

进一步地，所述数字控制系统包括数字控制面板，所述数字控制面板设置于工作台上。

进一步地，所述挤出式3D打印模块通过挤压的方式打印出电路的基板。

有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：

1、采用气溶胶喷印技术在基板上形成电路，减少了电路制造的时间，提升了电路的集成度，能够提高电路的打印精度以及打印效率。

2、通过传动履带、增材装置和减材装置的配合设置，提升了整个电路板的生产工艺连续性，能够一体化生产电路板，特别适用于多层电路板，提高了电路板的生产效率。

3、通过数字控制系统能够实现对于电路板整个过程的控制，不但简化了电路板生产流程，而且提升了生产的自动化程度，提高了生产效率，降低了人力工作强度。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明系统的透视图；

图3为打印过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，包括工作台1、增材装置、减材装置、传动履带2和数字控制系统，减材装置用于对初步成型的电路板进行抛光，传动履带2用于将打印区域运送至各个工作区域，数字控制系统用于控制增材装置、减材装置和传动履带2的运行；增材装置包括挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块，挤出式3D打印模块用于打印出电路的基板，并在电路打印完成后进行封装，气溶胶喷印模块用于进行金属薄层打印将电路打印在基板上，挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块分别包括挤出式3D打印喷头4和气溶胶喷印喷头5，减材装置包括激光抛光模块6，数字控制系统包括数字控制面板3，传动履带2设置于工作台1上，数字控制面板3设置于工作台1侧面上，挤出式3D打印喷头4、气溶胶喷印喷头5和激光抛光模块6均设置于工作台1上位于传动履带2的上方处。

本实施例中将挤出式3D打印模块用于打印出电路的基板，并在电路打印完成后进行封装，将气溶胶喷印用于进行金属薄层打印将电路打印在基板上，其具体的应用原理如下：

气溶胶打印过程的材料制备以雾化油墨为核心问题，可通过气动或超声波实现。在气动结构中，一股惰性气体的高压流动通过头部注入到油墨储液器中，在这里由于文丘里效应，油墨通过毛细管向上抽取，然后被射流剪切，产生不均匀的气溶胶雾。之后，采用一种称为虚拟冲击器的气动分离器，利用排气流过滤低线性动量的雾滴，并提供均匀的气溶胶流用于沉积。在超声雾化模式中，利用超声波雾化器直接形成气溶胶。实验数据表明，超声产生的气溶胶比气动产生的气溶胶更均匀，并在一定程度上更细，因此在超声波结构的气溶胶打印系统中，往往不需要虚拟撞击器进行筛选。但超声波发生器仅仅适用于粘度较小的油墨，这大大限制了材料的选择。

在均匀的气溶胶雾形成后，流向沉积头，并在沉积头周围引入鞘气流，鞘气流保护并限制打印喷头的喷射，使喷射的中心气溶胶流聚焦成一束沉积在自由表面上的直流。最终实现高精度的打印。

激光减材抛光是利用激光与材料表面相互作用进行加工的，它遵循激光与材料作用的普遍规律。激光与材料间的作用方式有热作用和光化学作用，可把激光抛光分为热抛光和冷抛光。热抛光是利用激光的热效应,通过熔化、蒸发等过程去除材料。因此只要材料的热物理性能好，都可以用它来进行抛光，但由于温度梯度大而产生的热应力大，易产生裂纹，因此热抛光的效果不是很好。冷抛光是利用材料吸收光子后，利用光化表层材料的化学键被打断或者是晶格结构被破坏，从而实现材料的去除。光学作用时，热效应可以被忽略，因此热应力很小，不产生裂纹，也不影响周围材料且容易控制材料的去除量，特别适合于硬脆性材料的精密加工。由于生产电路板的基材具有硬、脆的特点，故选用冷加工的方式。

基于上述结构和原理，本实施例中将上述一体化集成电路生产系统应用于集成电路的生产流程，生产要求为制造1mm厚，2*2cm的封装电路板，系统打印工作开始前，将电路板材料加入挤出式3D打印机内，将纳米银墨水加入气溶胶喷印机器的墨盒内，根据电路生产的需要得出所需的参数，如电路图及其尺寸、电路版及电路的厚度等，将其输入综合数字控制系统后通过已有的程序驱动机器运作，参照图3，其具体的流程为：

1)将电路板参数输入数控系统，包括各0.5mm厚，2*2cm尺寸的封装板，所需的电路图中各元件的设计以及导线的宽度，将所需材料加入各机器，检查无误后，可开始打印。

2)设定完毕后，挤压式3D打印模块在数字控制系统的驱动下开始工作，从挤出式3D打印喷头4处打印出0.5mm厚左右的PCB基板。

3)通过高精度的传动履带2将PCB基板移动至激光减材抛光工作区，也就是激光抛光模块6的下方处，利用激光抛光模块6对PCB基板进行粗磨抛光。

4)然后再通过传动履带2将PCB基板移送至气溶胶喷印工作区，也就是气溶胶喷印喷头5的下方处，气溶胶喷印模块依据数字控制系统中设定的数据，通过气溶胶喷印喷头5将电路以高精度喷印在PCB基板上。

5)通过传动履带2将电路板重新移动至挤出式3D打印喷头4下方处，挤压式3D打印模块通过挤出式3D打印喷头4对电路板进行封装。

6)通过传动履带2将封装好的电路板移动至激光减材抛光区，通过激光抛光模块6对电路板进行最后的抛光。

Claims (6)

1.一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，包括增材装置、减材装置、传动履带和数字控制系统，所述增材装置和减材装置设置于传动履带上方；

所述增材装置包括挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块，所述挤出式3D打印模块用于打印出电路的基板，并在电路打印完成后进行封装，所述气溶胶喷印模块用于进行金属薄层打印将电路打印在基板上；

所述减材装置用于对初步成型的电路板进行抛光；

所述传动履带用于将打印区域运送至各个工作区域；

所述数字控制系统用于控制增材装置、减材装置和传动履带的运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，所述减材装置包括激光抛光模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，所述挤出式3D打印模块和气溶胶喷印模块分别包括挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头。

4.根据权利要求3所述的一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，所述系统还包括工作台，所述传动履带、挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头设置于工作台上，所述挤出式3D打印喷头和气溶胶喷印喷头均设置于传动履带上方处。

5.根据权利要求4所述的一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，所述数字控制系统包括数字控制面板，所述数字控制面板设置于工作台上。

6.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶打印的一体化集成电路生产系统，其特征在于，所述挤出式3D打印模块通过挤压的方式打印出电路的基板。

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