[发明专利]一种超声波雾化纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印机

说明书

技术领域

本发明涉及了一种雾化纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印领域，特别是适用于直接打印微小的半导体功能器件及3D构件。

背景技术

在传统的PCB电子线路板制造业中，无论是普通的刚性电子线路板还是近些年的柔性电子线路板的生产，都要通过一系列的复杂工序最终制成，常见的工序包括覆铜板的影像、沉铜、线路、电镀、蚀刻、阻焊、文字和表面处理等等。这种生产方式，一方面，生产设备的投入比较大，对于小批量的生产或个性化的制作非常不便，特别是电镀和蚀刻工序产生的工业废气和废水都带来了对操作者和环境的破环。另一方面，所说的电子线路板都是以平面的覆铜板为主，对于复杂的3D结构很难实施在线的嵌入式制版。

最近十几年来，3D打印技术在制造业领域中正在迅速成长为一项新兴技术，这种打印技术通常称作“3D 打印”，“快速成型”，“快速制造”，或“增材加工”。这种制造方法不需要原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过层打印叠加材料的方法生成所需要的部件，比较常见的3D Systems公司的塑料FMD熔融挤压3D打印机。近几年，随着科学技术的发展，出现了钛合金粉末，镁合金粉末，镍基合金，钴基合金粉末，不锈钢粉末的快速成型3D金属打印机。这类金属打印机采用激光或电子束局部选择性融化SLS的方式逐层打印出所需的部件，如瑞典ARCAM公司的电子束熔融金属3D打印机，英国Renishaw的激光熔融金属3D打印机，但是可以注意到这些3D打印设备都是以打印机械类零部件为目的，而不打印电子线路板。

最近，有些学者提出了是否可以用普通喷墨打印机完成电子线路板直接打印的设想，但是可以注意对于微细线路的打印，普通喷墨打印机在打印精度上很难满足工业制品的要求。由于普通的喷墨打印机打印喷头与打印制品的间隙很小，对立体结构的电子制品也不容易实现。由于纳米悬浮液不同于普通喷墨打印机的墨水，如果使用普通的喷墨打印机很容易使喷头发生阻塞的现象，同时也无法在线控制液体的流量和粘度等重要指标，对后续工序如墨水的固化和烘干也带来很大的不便。

因此，从上述的背景中，可以发现非常有必要发明一种新颖的纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印机，能够直接打印电子功能部件、半导体元器件和细微的3D结构，包括打印导电层、绝缘层、保护层、阻焊层，以及导线、焊盘、电阻、电感、电容、二极管、三极管、运算放大器及其组合的电阻应变片、热电偶、电子标识、电子天线、FRID标识、SIM卡等功能部件及细微工程的3D构件。

发明内容

本发明提供了一种基于超声波雾化纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印机。该打印机主要解决纳米悬浮液的雾化，纳米悬浮液的直接打印和沉积，实现直接打印电子功能部件、半导体元器件和细微工程的3D结构件。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

一种超声波雾化纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印机，包括超声波雾化纳米悬浮液装置，纳米微细喷墨打印装置，工业定位相机，视频监控器，红外激光微熔覆装置，可加热的真空吸附工作台，三坐标运动滑台及控制部分。

所述的基于超声波双腔雾化的方式雾化所要打印的纳米悬浮液。

所述的纳米悬浮液包括纳米银，纳米铜，纳米金，纳米镍基合金，纳米钴基合金类的纳米金属粉末和纳米陶瓷类的纳米非金属粉末，及相应的镀膜和有机分散溶剂和溶液。

所述的雾化纳米悬浮液在辅助气体作用下经过导管送至可控的纳米微细喷墨打印装置，经过微细陶瓷喷嘴非接触地直接打印在基片上。

所述的微细陶瓷喷嘴直径5微米到500微米，打印过程中喷嘴头部到所打印的基片非接触距离1毫米到30毫米，所述的打印基片包括柔性的电子线路板、金属表面、PET、玻璃和陶瓷基片及其三维立体构件。

所述的通过底板加热或红外激光微熔覆的方式凝固烘干所打印的纳米浆料，加速浆料内溶剂的蒸发，有机镀层的气化及纳米颗粒的熔化，形成高导电率的微米级线宽的电子线路板。

所述的三坐标运动滑台为高精度滑台固定在大理石基座上。

所述可加热的真空吸附工作台固定在一个高精度的十字滑台上，连接真空泵和加热装置，制品通过真空吸附固定，同时可加热制品，温度可控可显示。

所述的基于超声波雾化纳米悬浮液的电子线路板3D喷墨打印机，不仅能够直接打印导电层、绝缘层、保护层和阻焊层，而且能够打印半导体元器件，包括打印导线、焊盘、电阻、电感、电容、二极管、三极管、运算放大器及其组合的电阻应变片、热电偶、电子标识、FRID标识、SIM卡等功能部件及细微工程的3D结构件。