從減材到增材：PCB正在走向桌面制造
2021-01-19 11:22
掀起范式轉(zhuǎn)移一角
如今，PCB仍采用傳統(tǒng)的減材工藝制造，通常PCB的整個(gè)表面都鍍有銅，不需要銅的區(qū)域則從板上蝕刻掉。這就像將一塊木頭的很多材料去除掉以得到所需的形狀和結(jié)構(gòu)，在此過(guò)程中有很多浪費(fèi)。
3D打印-增材制造與減材的方式剛好相反，可以根據(jù)需要構(gòu)建材料，不是先蝕刻掉FR4基板上的銅，而是從薄的FR4基板開(kāi)始，然后用導(dǎo)電墨水添加銅跡線。這帶來(lái)了材料的節(jié)約，3D打印-增材制造可以減少多達(dá)90％的材料成本和浪費(fèi)，并釋放了設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的自由。而在3D科學(xué)谷看來(lái)，正是這種特點(diǎn)，使得3D打印PCB具備了范式轉(zhuǎn)移的潛能。
節(jié)約材料、更環(huán)保
根據(jù)Autodesk-歐特克，采用增材制造工藝制造的電路板可提供：
- 更高的板密度，走線分布在較小的區(qū)域。
- 一致的走線定義和走線寬度可以改善信號(hào)完整性。
- 更薄，更靈活的電路非常適合可穿戴應(yīng)用。
- 電氣和機(jī)械性能更加一致。
- 具有柔性/剛性電路和變化的走線厚度的電子產(chǎn)品具有更好的質(zhì)量控制。
電子產(chǎn)品有兩種增材制造解決方案-3D打印和2D打印。在3D打印中，電路板是使用各種導(dǎo)電墨水，凝膠和以納米顆粒水平制造的基材逐層從頭開(kāi)始打印的。
根據(jù)3D科學(xué)谷發(fā)布的《3D打印與電子產(chǎn)品白皮書(shū)》，電子方面的打印機(jī)包括噴墨技術(shù)，材料擠出技術(shù)以及Aerosol Jet技術(shù)等。
硬件與軟件共發(fā)展
PCB的3D打印仍然是非常新的，主要是由于材料復(fù)雜性和擠出要求。
l Nano Dimension
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，2019年DragonFly Pro 3D打印系統(tǒng)已經(jīng)制造出世界上第一個(gè)通過(guò)3D打印的PCB側(cè)裝技術(shù)。DragonFly的精密增材制造系統(tǒng)能夠在PCB的頂部，底部和側(cè)面3D打印和焊接元件。這種制造能力為PCB增加了寶貴的空間，從本質(zhì)上講，這意味著設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)在電路板側(cè)面安裝時(shí)添加元件來(lái)增加電路板的功能，而不會(huì)增加PCB本身的尺寸。
DragonFly LDM 打印技術(shù)是Nano Dimension 于2019年7月24日推出的突破性系統(tǒng)。DragonFly LDM憑借屢獲殊榮的DragonFly Pro系統(tǒng)的功能，采用了最新的專有專有技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)24/7全天候不間斷3D打印。改進(jìn)之處包括新的高級(jí)打印頭軟件管理算法以及每幾個(gè)小時(shí)自動(dòng)清潔打印頭的功能。
l Voltera
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，另一方面在增材制造領(lǐng)域，還有2D噴墨式打印。這些機(jī)器使用的打印頭可在平坦的水平基板上打印導(dǎo)電跡線。
Voltera是2D PCB打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，該公司生產(chǎn)V-One PCB打印機(jī)。該打印機(jī)可以生產(chǎn)雙面PCB原型，分配焊膏，甚至可以用作組件組裝的回流焊爐。
Voltera
V-One中使用的墨水是90％的銀，即使在高達(dá)5 GHz的頻率下，也非常適合數(shù)字和低功率應(yīng)用。Voltera軟件允許從Autodesk Fusion 360的EAGLE導(dǎo)入現(xiàn)有的CAM文件。將設(shè)計(jì)加載到軟件中后，只需確定板上的2個(gè)功能部件進(jìn)行對(duì)齊即可完成工作。
l Autodesk Fusion 360
需要注意的是這些桌面型PCB 3D打印機(jī)需要與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。
Autodesk Fusion 360的Eagle軟件是一款強(qiáng)大實(shí)用的PCB印刷電路板設(shè)計(jì)軟件，軟件包含了原理圖編輯器、PCB編輯器和自動(dòng)布線器等模塊。
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