自從1980年惠普公司推出第一臺噴墨打印機以來，工程師就一直試圖將其用于PCB制造。第一個成功的應用是由HP的PCB工程師在1983年開發的，他們創建了一種噴墨打印機制，可用唯一的S/N對每個PCB進行序列化，以實現制造可追溯性。其中使用了惠普開發的一種UV油墨，這種油墨在PCB上效果良好，但不適用于普通紙張。

在該打印機首次作為阻焊應用和圖形打印，以期取代絲網印刷時，Karl Dietz就撰寫了相關文章。他的系列專欄文章討論了噴墨打印的方法、3種油墨（熱敏、紫外線和相變）的要素，以及市場上各設備使用的7種打印頭。如今，應用、打印頭技術、軟件和油墨、膏工藝都得到了顯著改進。噴墨技術是打印電子產品常用手段之一。

噴墨打印

工業級噴墨打印機有4個重要組成部分(見圖1)，包括：

打印頭

油墨、油膏

打印模塊—油墨配制或固化

CAM數據處理和打印頭、基板定位系統

圖1：噴墨系統有4個組成部分

噴墨打印技術取決于流體通道中的油墨滴，其直徑范圍為10~150μm，大致對應于噴嘴的直徑(圖2)。液滴的體積在1皮升范圍內。噴墨打印適用于電子制造，原因如下：

為非接觸式工藝，可將多種材料以逐滴方式選擇性地沉積到不同類型的基板上；

車間空間要求、初始投資和運行噴墨打印設置的時間低于大多數其他打印技術；

適用于各種生產規模，包括樣品到大規模批量生產；

油墨消耗和材料浪費極少；

在工藝鏈中的定位靈活；

可以產生圖形化薄膜。值得注意的是，高度復雜的集成電路(IC)的制造偏離標準噴墨的專業技術。

圖2：噴墨打印工藝可簡化流程

噴墨打印頭

打印頭是噴墨打印機的核心。除了惠普原裝的熱敏薄膜打印頭之外，還有壓電式打印頭，它構成了大多數加成法噴墨打印系統。現在出現了壓電聲學打印頭和連續激光輔助系統(LIFT)，如圖3所示。這些新技術擴大了可以應用于噴墨打印的油墨范圍。打印頭的功能由液滴大小、重疊以及打印頭可以達到的頻率(現在為80 kHz)決定。可以滿足5000 dpi分辨率和40~70μm最小線寬要求。

圖3：另一個內層實例，蝕刻前后的75/75μm線寬和線距

為了提高速度和密度，噴墨技術借鑒了DMD微鏡曝光技術，現在使用多個噴墨打印頭來實現這一性能。圖4顯示了Ghent大學微系統技術中心(Center for Microsystems Technology，簡稱CMST)和IMEC的測試載體，其蝕刻走線可達40μm。

圖4：激光誘導正向傳輸(aser induced forward transfer，簡稱LIFT)系統和新型壓電聲學頭

圖5展示了使用有5個pl-256噴嘴的三星打印頭在三星拼板上打印的蝕刻、電鍍抗蝕劑。

圖5：使用配有10皮秒打印頭的Dimatix DMP材料打印機，采用Dow LITHOJET 200系列抗蝕油墨打印的測試載體

油墨或焊膏

油墨配方存在許多挑戰，包括附著力、固化，尤其是噴射后的擴散。圖4說明了紙張上的普通噴墨打印與PCB上的噴墨打印之間的差異。

油墨制備、油墨固化

除了噴射油墨外，系統可能還必須制備油墨（通過熔化熱熔油墨）或固化UV油墨。

系統軟件和定位

附加的系統包括噴墨打印頭的定位，特別是準備用于驅動噴墨打印頭和基板定位的CAM信息。表1列出了僅使用1個打印頭與使用15個打印頭在460 mm×610mm拼板上打印75/75μm線寬、線距的打印時間。

打印時間與打印頭數量的靈敏度如圖6位置所示。

圖6：不同的打印時間與工作臺速度和打印頭數量的關系

對于高階系統，大拼板產能可以達到：

17.0”×22.8”：17秒

20.0”×24.0”：27秒

24.0”×30.7”：31秒

應用

作為打印阻焊油墨和圖形油墨的一種方法，噴墨打印的優勢已得到業界公認。噴墨打印內層蝕刻的抗蝕劑，具有線寬、線距可達到小于70μm的優勢。越來越多的應用是用于導電走線的增材打印。銀納米粒子現在盛行，銅納米粒子油墨正在增長，碳納米管很快就會出現。

到2024年，噴墨打印頭市場將會增長到33億美元(圖7)。

圖7：消費類、工業和圖形噴墨用打印頭銷售增長預測(源：YOLE Development）

結論

自最初簡單在普通紙張上打印，如今噴墨技術已經逐步發展起來，可使用更多種類材料進行噴射，打印頭技術也不斷改進。下面列出目前噴墨技術的多種應用，未來將會不斷增加：

天線：如無線、手機、工業物聯網、軍用應用、航空應用、CB

薄膜開關：鍵盤· 電容器、電阻器和電感器

屏蔽：如RFI和EMI，傳感器和精密互連

光伏（太陽能電池）

RFID嵌體、RFID標簽

智能卡、電子護照、電子身份證

電致發光、觸控面板等顯示器

汽車和電信應用

醫療和診斷設備

加熱器電路

取代開關上的金鍍層

噴墨技術在干膜光致抗蝕劑方面，仍有重大的挑戰需要設備制造商去克服，包括制造銳角（墨滴始終會產生曲線）、使走線邊緣盡可能平滑和垂直、復制標準行業實踐（如篷蓋），以及確保打印頭維護計劃以避免噴嘴堵塞，目前均已在實施中。