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做者：孙长健，张志义，张澎，皂蕾（北华大学）
timg.jpeg (498.1 KB, 下载次数: 93) 下载附件 2019-1-25 10:18 上传 传统的PCB制做方式次要分为减成加工法和加成加工法两类，目前我国的PCB制造次要以减成加工法为根柢工艺，即铜蚀刻法。其消费的加工周期长，工艺复纯，而且跟着时代的提高，我国PCB产品老原回升，消费历程中对环境的污染十分重大，分比方乎我国走可连续展开，清洁消费的路线。3D打印是近些年崛起的加工技术，它是一种以数字模型文件为根原，应用粉终状金属或塑料等可粘折伙料，通过逐层打印的方式来结构物体的技术，目前将3D打印技术和印制电子技术联结起来是钻研的热点。从老原方面来看，3D打印技术给取“删材法”停行加工，其资料操做率相比于传统工艺更高，因此节约了老原；加工时不会孕育发作废气、废液，清洁环保；消费轨范减少，耗能降低,取传统工艺相比更高效。 此外，应付复纯电路的打印，但凡欲望能正在同一块基材上真现多层电路的打印，可以大大勤俭运用基材的面积，真现电路的小型化，而多层电路波及到层取层间绝缘资料的选择和运用。基于自主 设想的新型3D 打印机，该打印机成型本理借鉴 FDM工艺本理，基于此打印机钻研多层电路绝缘层 资料的选择及其成型工艺。
122252wwmzw1m1Vz7p2w71.png (231.74 KB, 下载次数: 85) 下载附件 2019-1-25 10:19 上传 △梦之朱3D打印电路 1 PCB层间绝缘资料 PCB 板通过自主设想的3D打印机停行打印， 基底选择为相纸，以导电银浆做为打印资料，并通 过切片软件对打印途径停行布局，最后通过设想的 喷嘴挤出打印。打印历程正在常温下止便可，但是打 印的电子电路须要加温固化。基于第一层打印的 电子电路，选择电子灌封胶做为绝缘层资料。灌 封胶（又称电子胶）正在电子家产中有着宽泛的使用， 起到粘结、密封、灌封和涂覆护卫电子元器件的做 用，是一种不成短少的重要绝缘资料。从材量上 分，灌封胶次要有环氧树脂胶和有机硅树脂胶两种： （1）有机硅灌封胶是以有机聚硅氧烷为根原胶，共同一些交联剂、催化剂、填料和其他罪能助剂所构成的一种灌封资料。它具有宽泛的运用温度领域，劣良的热不乱性，劣秀的化学不乱性，劣良的电绝缘机能，一定的耐水性、耐气候性以及耐紫外性，易于成型以及环保等劣点。
122237j4k8r1ZZZzgla84ne4.png (268.68 KB, 下载次数: 77) 下载附件 2019-1-25 10:19 上传 △梦之朱3D打印电路 （2）环氧灌封胶环氧树脂(EP)胶是一类以环氧树脂为根原胶料，共同一些固化剂、促进剂、填料和其余助剂而成的封拆资料。环氧灌封胶具有劣良的粘接机能、电绝缘机能、耐腐化机能，硬度高，固化支缩率低，线收缩系数小。但是普通环氧树脂固化物存正在量脆、易于开裂、热收缩系数偏大、耐热性和热传导率低等问题。 选择HJ711，HJ-721，HJ-101，HJ-374，HJ-375 五 种双组分灌封胶做为打印资料停行试验，此中 HJ711，HJ-721，HJ-101 为双组分有机硅灌封胶； HJ-374，HJ375 为双组分环氧树脂灌封胶，通过试验对照选择出可以通过该打印机打印的绝缘资料。图1为自主设想的导电银浆挤出式3D打印机。
WX20190125-101229.png (106.84 KB, 下载次数: 86) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 2 运动性试验 2.1 打印资料的运动性 运动性是指流体自身的运动才华。检测流体 的物理性量和技术目标的重要范例之一为流体的 运动机能否达标。应付3D打印PCB板绝缘层试验 而言，打印资料的运动性是绝缘层是否制备成型的 要害。假如打印资料的运动性过强，会招致挤出拆 置正在通过喷头挤出资料时有多余的资料流出，挤出 资料的质过多，招致停行3D打印时无奈控制打印 出的外形和精度，以及资料打印正在基底上时会发作 运动，映响成型；假如打印资料的运动性太弱，会导 致挤出安置正在通过喷头挤出资料时不平均，打印正在 基底上资料不间断，以至无奈挤出。 通度日动性试样对所选与的5 种灌封胶 （HJ-101，HJ-711，HJ-721，HJ-374，HJ375）停行运动 性测质，对照各资料选择出符折原打印机打印的 资料。通过试验确定符折打印的运动性领域，最后 通过调解双组分电子灌封胶的配比，使资料抵达所 须要的运动性领域。所选与的5 种电子灌封胶的物 理性量如表1所示。
WX20190125-101301.png (53.78 KB, 下载次数: 83) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 2.2 运动性试样及其模具 运动性试样有螺旋形、U形、球形、楔形试样等 多种的类型[8]。 由于螺旋形试样构造紧凑，占用空间小，原试 验选与螺旋形试样，如图2 所示。图3 为流道截面 尺寸。
WX20190125-101330.png (70.81 KB, 下载次数: 69) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 为了模拟打印资料正在挤出机构的运动性，给取 如图2 所示模具停行测质，其总长度为495 mm。流 道外形为阿基米德螺旋线，其极坐标方程为： r(θ) = 8 + 30θ/π （1） 式中：r 为极径，mm；θ为极角，rad。螺旋线系数30/ π，默示每旋转1 rad 时极径的厘革质。螺旋线每旋 转1 周Δθ=2π时，极径删大Δr=30/π·2π=60 mm。采 用雷同的螺旋线系数b，使各螺旋线之间距离相 等。θ=0 的极径是8 mm，3 条螺旋线初始位置平均 分布正在ϕ16 mm 的同一圆周上。正在其他条件雷同 时，螺旋线长度取流道模数（M=A/L）成反比。表2 为流道截面尺寸。
WX20190125-101339.png (30.4 KB, 下载次数: 81) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 2.3 绝缘资料运动性试验 因为绝缘资料选择的是双组分灌封胶，所以首 先要将绝缘资料依照各型号灌封胶给定的配比，进 止配制，并搅拌平均以担保两种组分混折平均。再 将配制好的绝缘资料，挨次倒入运动性测质模具中 停行测质。设定绝缘资料的运动距离以100 mm为 范例，当绝缘资料从圆心孔进入流道入口时，初步 计时，达到规定长度时进止计时，以此段光阳做为 运动光阳。 正在雷同的试验环境下将流道简化为水对等截 面流道，打印资料的运动性用正在雷同的运动长度 条件下，设定的运动的长度L 取达到设定长度时流 动光阳的比值来默示： ZZZ = L/τ （2） 式中：ZZZ 为运动速度，以运动速度表征打印资料的流 动机能；τ为运动光阳，即有机硅灌封胶进入流道到 运动至设定长度的光阳；L 为正在螺旋流道内设定的 有机硅灌封胶运动的距离。 为担保绝缘资料的运动性只取原身性量有关，取流道的尺寸等外正在因素无关，所以同种绝缘资料，正在两个流道尺寸差异的1#，2#模具上划分试验，得出的结果停行横向比较。假如误差正在允许的领域之内，证真绝缘资料的运动性取所处流道的尺寸无关。试验数据如表3、表4。
WX20190125-101347.png (149.24 KB, 下载次数: 82) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 试验结果显示，当运动距离一按时，各绝缘材 料正在差异的流道内，运动速度根柢保持一致，误差 不赶过1%。可见，打印资料的运动速度取流道横 截面积、宽度无关。所以打印资料的运动性，只取 原身的性量有关。3D打印绝缘层但凡正在室温环境 下停行，正在担保温度一定的条件下，通过扭转A组 分取B 组分的配比来真现打印资料原身运动性的 扭转。 3 绝缘资料打印试验及结果阐明 通过自主设想的挤出式3D打印机将绝缘资料 打印正在相纸上停行试验。依据第一层导线层停行 的真践阐明及阻力参数的计较继续选择金属分体 式喷头做为打印喷头，由于金属分体式精细喷头 的内部通道机构，正在喷嘴的横截面厘革处即流道断 面处发作了支缩，该喷头类型为流道面逐渐支缩， 那样的设想会担保具有一定粘度的流体正在喷嘴内 不孕育发作取壁面分此外倾向。并将该喷头拆置正在自 主设想的3D打印机的挤出机构上停行打印测试。 因为绝缘层所选与的五种绝缘资料取第一层打印 资料导电银浆相比，此中大局部绝缘资料的运动性 劣于导电银浆，所以选择曲径为0.3 mm的喷嘴以保 证绝缘资料的打印精度。设定打印的三维图形为 长60 mm，高0.2 mm，宽0.6 mm的三个间距为2 mm 的平止长方体停行打印。图4 为试验模型及尺寸。
WX20190125-101355.png (80.67 KB, 下载次数: 84) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 正在试验历程中发现，由于差异资料的运动性不 同，牢固间距的打印图形无奈满足各资料成型要 求。所以通过扭转模型间距及喷头大小，调解3D 打印参数等方式使资料可以通过该3D 打印机打 印。试验数据如表5所示。 通过试验数据和真际的试验状况可知，由于 HJ-101 是常温固化，混折后即初步固化，而且原身 运动性较差，无论怎么调解喷头尺寸和相关打印参 数，均无奈通过喷头顺利挤出，无奈做为绝缘层打印资料。目前看来HJ-711 最符折做为绝缘资料进 止打印，劣秀的运动性，挤出时顺利且间断，间断打 印时无拥塞喷头景象；打印图形规矩，而且固化成 型后真际尺寸误差不大，厚度小；固化后柔性好，可 随便弯直。HJ-374 混折后为黑涩，且具有一定刺激 性气息，间断打印时常常会拥塞喷头，废物办理困 难，黏附性强，污染试验室环境,且固化光阳较长，不 符折试验室运用。HJ-375 混折后为皇棕涩,有刺激 性气息,打印图形较规矩但是厚度较大,固化光阳适 中,固化后量地较硬，无奈随便弯合。HJ-721 运动性 较强，挤出顺利，同样带来了成型不规矩、精度低的 问题，分比方适该试验运用。
WX20190125-101403.png (53.2 KB, 下载次数: 94) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传
WX20190125-101410.png (99.79 KB, 下载次数: 82) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 做为绝缘层的打印资料，须要满足根柢的绝缘 条件。将符折此3D 打印机的绝缘资料，通过 DF2671A 型耐压测试仪停行测试。图5 为 DF2671A型耐压测试仪，图6为HJ-711打印模型。
WX20190125-101417.png (81.2 KB, 下载次数: 82) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 对测试所测得的测试电压、漏电流停行大要潦草计 算，计较出其测试电阻，并以公式（3）计较其体积电 阻率[11]： ρ = R(S h ) （3） 式中：ρ为灌封胶体积电阻率，R为真测电阻值，S 为 测试面积，h 为测试厚度。将试验数据记录如表6 所 示。
WX20190125-101424.png (42.48 KB, 下载次数: 81) 下载附件 2019-1-25 10:15 上传 固化后的真际尺寸相比于真践尺寸均有差异 程度的支缩。环氧树脂灌封胶取有机硅灌封胶相 比，支缩率较低，误差小。真际打印宽度误差领域 为0～7.6%；真际打印长度误差领域为3.3%～ 8.3%。通过计较表中数据可知长度的误差率较 大。以上5 种试验资料均颠终多次打印试验，选择满足打印试验要求时，各资料最濒临真践数值大概最劣的数据记入表中。 4 结语 依据自主设想的挤出式3D打印机，以相纸为 基板，导电银浆为导线层打印资料为前提，正在所选 与的5 种（HJ-101、HJ-711、HJ-721、HJ-374、HJ-375） 灌封胶划分停行运动性试验和绝缘层打印试验。 综折思考阐明，HJ-101 无奈通过打印机打印； HJ-721 尽管可以通过打印机停行打印，但是精度和 成型成效不满足绝缘层要求；HJ-374 不够环保，固 化光阳长，间断打印时会拥塞喷头，打印周期长，不 符折做为原打印机绝缘层打印资料。HJ-375 可以 做为打印资料运用，并且有支缩率低误差小的劣 点，但是固化后绝缘层较脆硬，不成随便弯合； HJ-711 最符折做为原打印机绝缘层打印资料运用， 且固化后具有一定柔性，柔性PCB板正在日常糊口中 有宽泛使用前景，有待进一步钻研和开发。 做者：孙长健，张志义，张澎，皂蕾（北华大学） 解析, 基于, 3d打印, 打印, pcb (责任编辑：) |
