从减材到增材:PCB正在走向桌面制造

高瓴资本的张磊在《价值》这本书中提到,真正好的投资,从某一维度上看其收益在短期内可能有限,但是如果把时限拉长,或者从不同维度,不同系统来看,从范式转移的动态角度来看,其收益可能已经在不断飞速增长

从价值创造的角度来看待范式转移的潜力和技术发展前景,本期,3D科学谷与谷友来一起领略悄悄掀起了范式转移一角的PCB线路板的3D打印。

PCB_1©Voltera

掀起范式转移一角

如今,PCB仍采用传统的减材工艺制造,通常PCB的整个表面都镀有铜,不需要铜的区域则从板上蚀刻掉。这就像将一块木头的很多材料去除掉以得到所需的形状和结构,在此过程中有很多浪费。

3D打印-增材制造与减材的方式刚好相反,可以根据需要构建材料,不是先蚀刻掉FR4基板上的铜,而是从薄的FR4基板开始,然后用导电墨水添加铜迹线。这带来了材料的节约,3D打印-增材制造可以减少多达90%的材料成本和浪费,并释放了设计和创新的自由。而在3D科学谷看来,正是这种特点,使得3D打印PCB具备了范式转移的潜能。

block 节约材料、更环保

根据Autodesk-欧特克,采用增材制造工艺制造的电路板可提供:

- 更高的板密度,走线分布在较小的区域。

- 一致的走线定义和走线宽度可以改善信号完整性。

- 更薄,更灵活的电路非常适合可穿戴应用。

- 电气和机械性能更加一致。

- 具有柔性/刚性电路和变化的走线厚度的电子产品具有更好的质量控制。

电子产品有两种增材制造解决方案-3D打印和2D打印。在3D打印中,电路板是使用各种导电墨水,凝胶和以纳米颗粒水平制造的基材逐层从头开始打印的。

Valley_Electronics
根据3D科学谷发布的3D打印与电子产品白皮书,电子方面的打印机包括喷墨技术,材料挤出技术以及Aerosol Jet技术等。

Valley_Printer and Material

block 硬件与软件共发展

PCB的3D打印仍然是非常新的,主要是由于材料复杂性和挤出要求。

l Nano Dimension

根据3D科学谷的了解,2019年DragonFly Pro 3D打印系统已经制造出世界上第一个通过3D打印的PCB侧装技术。DragonFly的精密增材制造系统能够在PCB的顶部,底部和侧面3D打印和焊接元件。这种制造能力为PCB增加了宝贵的空间,从本质上讲,这意味着设计工程师可以通过在电路板侧面安装时添加元件来增加电路板的功能,而不会增加PCB本身的尺寸。

DragonFly LDM 打印技术是Nano Dimension 于2019年7月24日推出的突破性系统。DragonFly LDM凭借屡获殊荣的DragonFly Pro系统的功能,采用了最新的专有专有技术,可实现24/7全天候不间断3D打印。改进之处包括新的高级打印头软件管理算法以及每几个小时自动清洁打印头的功能。

l Voltera

根据3D科学谷的了解,另一方面在增材制造领域,还有2D喷墨式打印。这些机器使用的打印头可在平坦的水平基板上打印导电迹线

Voltera是2D PCB打印领域的领导者之一,该公司生产V-One PCB打印机。该打印机可以生产双面PCB原型,分配焊膏,甚至可以用作组件组装的回流焊炉。

Voltera©Voltera

V-One中使用的墨水是90%的银,即使在高达5 GHz的频率下,也非常适合数字和低功率应用。Voltera软件允许从Autodesk Fusion 360的EAGLE导入现有的CAM文件。将设计加载到软件中后,只需确定板上的2个功能部件进行对齐即可完成工作。

l Autodesk Fusion 360

需要注意的是这些桌面型PCB 3D打印机需要与设计实现无缝衔接。

Autodesk Fusion 360的Eagle软件是一款强大实用的PCB印刷电路板设计软件,软件包含了原理图编辑器、PCB编辑器和自动布线器等模块。

更多关于电子结构件的3D打印,请参考3D科学谷的3D打印与电子产品白皮书 1.0

l AMPOWER与3D科学谷正在合作面向全球欧洲、美洲、亚洲市场发布的2020年全球增材制造研发市场报告,欢迎中国企业积极参于有关3D打印领域设备、软件、材料的研发市场调查,敬请扫码参与调研。

AMPOWER_Valley

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