上期我们介绍了

加成法：如何保证液滴喷射精度（点击复习）

这期将讲解液滴技术

加成法：液滴技术

阻焊应用虽以阻焊材料为主，但不应只关注材料。喷墨打印的阻焊层由一组液滴形成，除了阻焊油墨，还有其他材料在液滴成形的过程中发挥了作用。

在以前的专栏中花了大量篇幅介绍液滴的定位 。与液滴定位同样重要的是 ，一旦液滴落在基板上，就形成了最终形状。这种形状的剖面（图1），特别是边缘，是受力均衡的结果。接触角理论解释了受力均衡原理，这个过程涉及到物质的3种状态，所以说有很多种材料会影响液滴的形状。

 

图1：落在不同材料上的液滴形状示意图

 

处于液体状态的液滴，在固体也就是基板上找到平衡位置。这种受力平衡状态的可预测性是喷墨技术的核心参数，该参数控制着以高保真度再现图形的能力。对于物理学爱好者来说，有很多文献可以解释这种受力平衡的定义、形成原因和形成方式。若想了解再现范围，审查所涉及的材料，即空气、油墨材料和基板就足够了。需要特别注意基板，因为每个基板的表面状况和成分都不相同。

首先讨论空气，因为这是最简单的材料要素，但不应该把空气当成是想当然的要素。应该关注气流和空气中的悬浮颗粒。首先，偶然情况下，液滴加速滴落时会对接触角度产生强烈的扰动。提前考虑到这一点并采取措施可以防止此问题出现。实际上，只有直径为几微米的大颗粒会产生问题。知道这一点其实是一种解脱——半导体行业数十年来在控制颗粒方面的专业知识足够用于处理这种尺寸的悬浮颗粒。

从考虑问题落实到具体措施：第一项措施针对喷墨打印机的外部——对材料进行湿润清洁可去除电路板表面的颗粒和有机污染物；第二项措施是确保打印机的内部环境至少符合ISO 5（100级）等级的标准。内部环境中不涉及人为操作，从而简化了本规范要求的功能设计。此外，该规格要求意味着始终存在缓慢、均匀的干净气流。再加上恰当的打印头阵列设计和运动方式，就可预测打印头喷射液滴位置的气流传输。

固体（基板）以多种方式呈现。层压板和铜箔是目前最常见的基板材料，受到业界重点关注。金涂层或聚酰亚胺基板也要有类似的考量。产品设计确定了这些材料及其表面状况。通过更换材料来调节形成理想接触角的想法不可行，唯一需要注意的是液滴落到的表面。基材组件的综合特性可以保持不变，但需要通过预处理使表面具备所需的特性。目前PCB行业会通过表面预处理提高表面附着力。此外，喷墨打印的需求是找到适配的油墨，并且能在整块电路板上保证均匀一致。制造商要求预处理化学品供应商提供适配的油墨，并拥有湿化学生产线设置来保证产品表面达到均匀阻焊层。不论是已经商用还是研发阶段，预处理要么重点关注铜，避免漏液滴（形成零接触角度的倾向），要么制备独立于下层材料的均匀表面，无论是层压板还是铜。

首先，喷墨技术需要补偿层压板和铜之间的接触角差异。现在有公司（例如Atotech和MEC COMPANY LTD，按字母排序）提供这类技术。第二种预处理方式虽然内部复杂，但却能使喷墨打印图形的任务变得更容易。Taiyo等公司就能提供这种预处理服务。在使用喷墨打印技术形成阻焊层的初始阶段，对于应用预处理策略，还没显现出哪家公司更具有优势。事实上，最近有两家材料供应商宣布要展开合作。油墨制造商、预处理服务供应商和设备供应商之间也正在开展多种合作。这是一个好消息，说明在材料供应链中，都已意识到加成法技术的发展趋势。

液体是单一材料。描述材料的共同特性很有必要：可喷墨打印阻焊油墨的黏度低于传统阻焊油墨。在室温下，这种油墨的黏度比牛奶高、比亚麻子油低。受流变作用，油墨产生了触变性等流动特性。喷墨油墨通常是牛顿流体，不像具有假塑性（剪切稀化）的标准阻焊油墨。如果存在，其添加剂比传统的阻焊油墨小一两个数量级。集成的光引发剂可实现材料的快速聚合。最后一个值得注意的属性是挥发性有机成分（volatile organic components，简称VOC）的量，根据品牌和类型的不同，VOC接近或等于零——这是符合环保要求的基础。值得一提的是，喷墨打印技术的优势不仅体现在VOC低，而且不需要成像和显影工序，对环境更加友好。

与多家喷墨材料供应商进行多年的密切合作，我认为他们的发展蓝图都很相似。首先，这些供应商将努力按照IPC-SM-840和其他客户驱动的标准去完善合规性清单；一些供应商遥遥领先，而另一些供应商正准备开始行动。其次，每家供应商都会宣传所开发的材料具有哪些优势，并探索这些材料可以进一步达到的目标。此处也包括万能油墨。

涉及喷墨打印技术的实例包括：使用稳定的大接触角以获得更精细特征，具备可堆叠性以获得高纵横比的特征功能部件，使用颜色以外的外观特性（哑光/光泽程度）以便进行光学自动元件放置，提供调节电属性和厚度控制相结合的功能以应对极端射频应用（5G和未来射频频率），为底部填充所采用的超低黏度等。

至此，你想要的答案：哪个是阻焊喷墨材料的最佳选择？本专栏不会明确推荐哪款材料；相反，我的目标是提供关于如何评估材料及其供应商的指南。可靠的油墨材料供应商的基本标志之一就是企业（内部）具备喷墨打印的能力，无论是在实验室内还是试运行生产中。只有这样，油墨供应商才会在客户首次实施这项技术时了解具体的需求和挑战。设备供应商也具备技术支持能力，使用共同语言是良好沟通的基础，但另外重点在于如何在发展路线图中整合喷墨技术。喷墨打印材料是企业宣传册上的附加产品还是最终会成为核心技术？最后，他们的市场定位是什么？据我所知，有商业解决方案的油墨供应商（按字母顺序排列：Agfa、Electra Polymers Ltd、MicroCraft K.K、Peters Group、深圳市容大感光科技股份有限公司、Taiyo America）不在少数，还有其他几家材料供应商正在考虑从研发转向商业化生产。目前，油墨材料的应用会越来越广泛，这样也有利于技术的发展。

现在已经讨论了物质的3种状态，尽管到目前的讨论都基于一个假设：在由紫外线引起的聚合和交联所产生的任何凝固之前，接触角平衡就已发生。在接触角形成和产生凝固之间，大约有100微秒的时间，打印将其边缘向前扩展了几微米。喷墨设备通过调整参数，可按照预期获得想要的特征尺寸。这个环节就是“所见即所得”。

本文详细介绍了喷墨打印技术所用材料的具体属性。该技术的供应链确实尚处早期，但已经渡过了最初的不确定性阶段。对此技术感兴趣的PCB制造商能发现所选供应商的喷墨打印技术均已达到较好的能力水平。

 

作者：Luca Gautero

Luca Gautero任SüSS MicroTec （荷兰）B.V.公司产品经理。

 

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