Nowa technika laserowego drukowania płytek obwodów drukowanych

Nowa technika laserowego drukowania płytek obwodów drukowanych

Naukowcy z De Montfort University (DMU) opracowują nowy, przyjazny dla środowiska proces drukowania laserowego w produkcji wysokiej klasy płytek obwodów drukowanych (PCB).

Inspirowane sukcesami procesu szybkiego drukowania elementów z proszku, zespół DMU Rapid Prototyping & Manufacturing Group postanowił wykorzystać analogiczny proces do wytwarzania niewielkich serii PCB.
„Nasz proces drukowania laserowego jedynie nakłada cienkie warstwy materiału, a PCB mają tę zaletę, że potrzebują najwyżej dwóch warstw, więc proces będzie o wiele szybszy.” – powiedział profesor David Wimpenny, kierujący zespołem.

Funkcjonuje już proces umieszczania przewodzących elementów na szkle z wykorzystaniem drukowania laserowego, jednakże jego zastosowania są mocno ograniczone. Większość PCB drukowanych jest na sztywnych podłożach z włókna szklanego i żywicy epoksydowej, czy elastycznych polimerach, jak powłoka poliamidowa.

Procesy produkcji PCB w dzisiejszej formie składają się z dziesiątek faz, wykorzystują agresywne substancje chemiczne i nie są wydajne. Specjalnie wydrukowany ‘przewodzący wzorzec’ jest częściowo oczyszczany z żywicy epoksydowej nazywanej ‘zieloną rezystancją’ i nanoszony na PCB pokrytą warstwą miedzi. Następnie cała PCB poddawana jest procesowi trawienia, który usuwa tę część miedzianej warstwy, która nie jest chroniona przez żywicę.

„chcemy wyeliminować te fazy i doprowadzić do procesu jednofazowego, w którym po prostu drukujesz to, co chcesz i tam na płytce, gdzie chcesz.” – stwierdził Wimpenny. „Obecnie wyrzuca się prawie 90 procent miedzi. Koszty ekonomiczne i środowiskowe związane z procesem w jego dzisiejszej formie są straszliwe.”

Opracowywana w DMU technika polega na naniesieniu materiału przewodzącego, a następnie stopieniu go. Laser byłby wykorzystywany do obróbki miedzi. Możliwe byłoby również dodanie dielektrycznej warstwy rezystywnej, czy wierzchniej warstwy chroniącej PCB przed działaniem środowiska.

„Obecnie, gdy ktoś chce wytworzyć niewielką liczbę określonych płytek, jest to bardzo drogie, a wszelkie modyfikacje oznaczają konieczność wyrzucenia gotowych już płytek i rozpoczynania procesu od nowa.” – stwierdził Wimpenny. „My chcemy nadrukować materiał dokładnie tam, gdzie jest on potrzebny, bez marnowania go, bez chemikaliów, wykorzystując jedna maszynę w całym procesie. W zasadzie całą fabrykę można by zastapić jednym urządzeniem, znajdującym się na biurku.” – dodał.

Opracowywana w DMU technika laserowego drukowania nie będzie konkurować z istniejącymi procesami produkcji na dużą skalę; będzie jednak idealna do produkcji bardzo wartościowych PCB w ilościach nie większych niż 100 sztuk rocznie. Produkty tego rodzaju wykorzystywane są przez najbardziej wymagające, związane z bezpieczeństwem rynki, jak: obrona, kolej, lotnictwo, aplikacje medyczne, urządzenia nawigacyjne, czy układy sterowania.

Aby móc realizować cały proces w jednym urządzeniu, zespół będzie musiał uporać się z różnymi temperaturami wymaganymi podczas produkcji. Drukowanie warstw dielektrycznych wymagać będzie podczerwonych promienników małej mocy jak te, wykorzystywane przy suszeniu powłok malowanych. Natomiast ścieżki przewodzące wymagać będą obróbki skoncentrowaną wiązką o dużej mocy, pozwalającą topić miedź znajdującą się na plastikowych powierzchniach.

(lk)