柔性电路数字印刷的导电油墨技术

　　新工艺
　　可印式导电金属材料往往须在材料的流变性和传导性之间做出折衷。用来在印刷和粘附基底期间提供流动性的粘结剂和载体影响了最终复合层的传导性，并阻止电流经过导线。

　　但有一种工艺提供了使加成制备和基底粘附不受印刷部分传导要求限制的途径。导电油墨技术（CIT）开发了一种工艺，其中将催化墨印在基底上，并将紫外线进行固化以提供一种快速加工而成的粘着基层。该基层本身不具备传导性，但其对金属层的无电镀沉积发挥着催化剂作用。

　　已印刷的固化基底被浸入商业可用的无电解镀槽内，并对基槽顶部厚金属层进行沉积处理。这种由两个阶段组成的工艺使电镀槽得以分别为适应不同基底材料和不同印刷工具而得到最优化，并不影响最终工序的传导性。该工艺可使用大部分标准无电镀金属，其中包括镍、钴和钯，但使用最普遍和最广泛的是铜。可在线内执行该工艺的两个阶段，或在之后执行无电解镀作为批次处理。

　　铜的通常增长率范围在每分钟20纳米到每分钟90纳米（相当于大体积铜）之间，其在10分钟左右的电镀过程中会产生30欧姆的薄膜电阻。通常电阻系数是大体积金属（铜）的2.5倍，但据电镀槽和所用条件而定。

　　CIT工艺的最佳传导范围大于10欧姆（相当于1.5至2微米的大体积铜）。它适用于广泛应用，其中包括超高频无线射频识别（UHF RFID）、键盘膜、低电流PCB（信号）、低功率加热器组件、广泛的传感器应用及许多其它柔性和刚性应用。若需要更高的传导性和更大的载流量，还可执行工艺后电镀。

　　喷墨印刷分辨率
　　CIT工艺专为像由赛尔、柯尼卡美能达和Spectra生产的压电可控制喷印式印刷头而设计。这些印刷头的通常原始分辨率在每英寸大约180个到360个喷嘴，其专为以高于每英寸360个点的分辨率印刷而设计，其滴量在约40 pl以下。此类印刷分辨率通常可提供等同于聚酯或聚酰亚胺基底上100微米线宽的尺寸。然而，新一代灰度印刷头支持低至32 pl左右的可变滴量，这使其获得了约50微米或更小的数字印刷尺寸。

　　数字制造系统
　　广泛系统可用于柔性电路的数字生产。位于该范围低端部分的是诸如Dimatix的DMP系列等小型开发系统。此类印刷机将通过采用即抛型16个喷嘴印刷头，以不同分辨率生产A4纸张。由于印刷头上的喷嘴数量较少，因而此类系统的产量较低，但其可完美地用于开发和精确研究。

　　诸如Xennia科技推出的X4000系列或柯尼卡美能达推出的XY100等系统将更加适用于生产。这些系统也基于A4格式，其采用诸如 Xaar Omnidot系列或柯尼卡美能达KM512系列等较大型工业印刷头。这些系统的印刷带宽高达70毫米，生产率高达每分钟1至2平方米。类似系统也可提供 1米或更长的宽度，生产率据印刷头和所需配置而定。

　　CIT还与普雷科联手开发了用于对柔性电路和无线射频识别（RFID）天线进行线内卷带式生产的窄网数字印刷工具--MetalJet 6000。该系统可在140毫米平台上进行印刷和固化，并可执行我们的专利电镀模块，它大大减少了对网络材料进行线内无电解镀所需具备的足迹大小和复杂度。当前的印刷头技术使该系统能以每毫秒0.56（等于每分钟4.7平方米）的速度生产柔性电路，其生产诸如UHF RFID天线等产品的通常速度为每毫秒0.3（等于每分钟2.5平方米）。该系统具模组性，可进行相关配置以提高生产速度和/或沉积厚度。

　　这些解决方案在多数情况下，提交CAD图可使10平方米单层板的通常周转时间不超过1小时。

　　总结
　　新数字技术提供了采用NRE最少的快速工艺生产中小批量规模PCB的加成、免加工方法。将喷射特点和油墨粘附性从材料电特性中分离出来的能力提供了对导线传导性的独立控制。采用喷墨印刷作为一种生产方法提供了高产能和简短的周转时间，并未增添前端加工成本。