基于FDM原理的电路制造工艺

基于FDM原理的电路制造工艺

打印共形阵天线

      一项新的技术将很快被用于大规模的制造移动设备天线,这种工艺可以显著降低工业生产的成本。这项新的技术基于标准FDM制造方式——气溶胶喷射(Aerosol Jet)技术,在数字化打印共形阵天线时,使用的是具有导电性的纳米银墨水。在打印过程中可以精确的控制堆积物的位置、形状以及厚度,使得产品的光洁度看起来就像经过了表面处理一样,这样可以保证天线优良的性能。而且在制作过程中不会使用电镀或者其他对环境有害的物质。

      移动设备的天线包括:LTENFCGPSWifiWLANBT,这些都可以通过气溶胶喷射技术进行制造。一家世界顶级的手机零件供应商,对气溶胶喷射技术制造的每种天线都做过测试,并且证实其性能和其他工艺制造的天线相差无几。气溶胶喷射技术的打印过程是可扩展的,它可以允许一台机器同时打印4种天线。这种机器一周可以打印大约30000个面积在300mm2左右的标准天线。

 基于FDM原理的电路制造工艺


用于航空的3D打印电子产品

      由于军事和其他用户特殊的需求,使得我们不得不在更小的空间内增加更多的功能。这些需求推动了先进制造技术的发展,要求集成电路的封装更加紧密。而气溶胶喷射技术具有将电路直接打印到物体3维表面上的独特能力,比如一部手机或者一段机翼,因此气溶胶喷射技术绝对是减小设备尺寸和重量的理想方案。通常电学材料都包括:导体、绝缘体、电阻和半导体,而通过气溶胶喷射系统处理过的特殊墨水完全可以打印出共形传感器、天线、电磁屏蔽线和其他有源或无源器件。

      如今在制作一部电子产品时,PCB板和产品主体是分开制作并通过导线连接的,而这种将电子器件直接打印在产品表面或产品内部的方式,相当于将产品主体作为PCB板的基板,PCB板和产品主体合二为一,这无疑大大缩小了产品的重量和尺寸,当然也简化了装配流程。同时还可以增加产品的性能,比如通过在产品主体上打印天线,从而消除突出的天线所带来的空气阻力的问题。

     这个例子中,通过气溶胶喷射技术直接将共形阵传感器、天线、电源和信号电路打印在了一架无人机的机翼上。这个机翼则是通过Stratasys 3D打印出来的。而电路和传感器的设计是由 Aurora Flight Sciences (一个无人机供应商)赞助。


三维互连技术在系统级封装(Sip)中的作用

基于FDM原理的电路制造工艺

      气溶胶喷射系统喷出的高速、稠密的雾气非常适用于打印系统级封装(Sip)中的连线。由于气溶胶喷射系统的工作原理和FDM 3D打印机一样,因为可以随意调节Z轴也就是垂直方向的高度,因此在应对系统级封装中一摞芯片间的垂直连线时,具有天然的适应性。
     
标准的3D打印导线在2530微米宽,厚度5微米以上。如果按每根导线大约在1.5 mm的长度计算,一个喷头一小时大约能生产5,000根这样的导线。气溶胶喷射系统具有很高的可扩展性,它可以同时支持235或者更多的喷头,根据刚才的导线尺寸,这套系统可达到每小时25,000根导线的产量甚至更多。而且所有打印喷头上都装备有快门式开关,可以迅速的打开、关闭喷头。该系统可以提供12小时以上的连续打印,理论上只要墨水没有用完,打印就可以持续。

 

打印,不局限于平整表面
      得益于气溶胶喷射技术的独特能力,即使在不平整的表面也可以打印出规整的线路,这使得在三维物体表面上打印完整的功能电路成为可能。系统运行时,喷头在距离打印表面5mm处喷出高速的气溶胶,其中主要的沉积物可以被印刷到倾斜60度角范围内的目标表面上,而不用调整喷头角度。

       如果要在更加倾斜的表面上打印,只要调整喷头即可。客户可以根据自己的特殊需要去改造系统,比如为喷头增加45轴的运动控制组件。

 

气溶胶喷射式3D打印
       Neotech Services,一家专门从事为先进制造业提供服务和解决方案的公司,他们基于气溶胶喷射技术设计了一款63D打印设备。基于这个设备,Neotech计划将气溶胶喷射技术继续完善,使它可以真正的3D打印电路。

       目前已经制作出的设备,可以在复杂的表面上进行打印,它将很快被用于集成传感器,MID电路和智能应用器件的研发。最终他们的目标市场定位在汽车、工业和航天领域。

 
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