PCB噴墨打印技術和數字打印的優勢

近期，Meyer Berger公司銷售及業務開發部經理Don Veri接受了《電子時代》雜志采訪。在本次采訪中Don Veri討論了制造商在采用噴墨打印技術過程中面臨的一些挑戰，在工廠中應用噴墨打印技術的優勢以及運用數字打印技術解決工廠車間中出現的問題時所具備的能力。

Barry Matties：首先，你能否簡要介紹一下Meyer Burger公司？

Don Veri：Meyer Burger是一家公開上市的公司，位于瑞士圖恩市，就在伯爾尼以南。Meyer Burger公司成立于1953年，最初主要是為瑞士鐘表行業生產切割設備和機械裝置。經過多年的發展，我們已經逐漸轉型到為光伏市場生產切割太陽能級硅材料的機械工具。通過一系列的并購及發展，公司已經不僅僅能夠生產機械切割/切片設備和真空沉積設備，還能夠生產我們今天要討論的——采用工業噴墨打印技術的打印設備。

Matties：說到瑞士鐘表，這個行業最重視的就是精度，我能想象得到精度要求一定從始至終貫穿你們所有的產品中。

Veri：對于噴墨打印技術和增材沉積技術而言確實是這樣；因為這是數字工藝，精度和圖案成形是非常重要的，也是將增材噴墨沉積技術與其他替代技術區別開來的主要優勢之一。由于其精度和圖案成形等特性，增材噴墨沉積技術被廣泛應用于局部打印。與其他競爭技術相比，我們看到噴墨打印技術的用途更加廣泛。

Matties：可以簡要介紹一下你們的工藝嗎？

Veri：Meyer Burger公司位于荷蘭愛因霍芬市的噴墨打印技術部已經推出了一些產品。我們有LP50研究系統和名為JETx的生產設備。LP50是一種十分普遍的工具，它可以支持多種不同的應用和材料。同時，JETx機器是針對特定應用和材料而設計生產的，用于打印半導體晶圓片、太陽能電池、PCB和撓性電子產品基板。JETx生產線機器的設計配備了特別的打印頭系統，客戶可以用這類機器完成大批量生產任務，并且可以根據材料和應用得到一個預先確定的購置成本預測。

Matties：對于電路板領域，如果制造商決定在制程中使用此技術，他們將要面臨的最大挑戰是什么？

Veri：在PCB上打印阻焊油墨確實不是新鮮事，但現在這項技術確實可以被看作是熱點，它比三四年前的技術要先進很多。在將相關的材料和設備應用到工藝制程的過程當中，制造商所面臨的挑戰是，與成熟工藝相比，他們是否有能力以更高效的成本打印出質量類似的圖案，以及是否有能力記錄并將這些阻焊油墨沉積到各種電路板上，包括各種形狀和尺寸的電路板，同時在微觀水平上完成打印也是十分重要的。打印圖案的微觀尺寸及需要覆蓋的特征可能會存在很大差異。所以電路板生產商可能有2000個至3000個SKU，而且一個阻焊層SKU通過質量驗證并不意味著其他每個SKU也通過了驗證。質量認證步驟的范圍非常廣泛，但你必須要經歷這個過程，而且這個過程是非常耗時的。我們面臨的挑戰就是要和客戶一起經歷這個過程，讓產品通過質量認證。

Matties：他們采用這項技術的動力是什么？如果有成熟工藝且已經獲得了OEM的認可，OEM通常會指定產品。這些挑戰不一定是他們優先考慮要解決的難題，除非是必須解決某個特殊難題才能完成銷售。

Veri：PCB制造可分為大批量和小批量兩類工廠形式，也就是訂單可能是訂購1000件、2000件或3000件產品，也可能是訂購5件、10件或15件電路板。所以我們必須對目標客戶進行分類。然后我們根據復雜程度和想要打印的特征尺寸再加以區分。一旦我們在市場上找到了適合這些打印機功能的特殊電路板工廠，我們就可以用更快的速度和更低的成本來打印更小尺寸的特征。因為我們去除了三項工藝步驟，也就是說我們消除了三類設備和與其相對應的占地面積以及如圖案創建和所有圖案的存儲等相關的要求。同時還能保持較快的產出速度，例如和那些沒有應用這項技術的工廠相比，我們能為客戶提供更大的經濟價值。

Matties：說到批量生產，速度一直是打印技術的一個大問題。如果在亞洲，那里的批量生產完全是另一個級別，你們的設備同樣也適用于他們的批量生產模式嗎？

Veri：至于速度和產出量，這兩點因素其實總是具體針對沉積的產品類型和位置而言的。在需要打印晶圓（價值非常高）的半導體市場中，產品的打印方式與太陽能電池或電路板的打印方式大不相同。對于尺寸是6英寸×6英寸的太陽能電池，我們每個小時的打印量可以達到幾千個，但是對于8英寸或12英寸的半導體晶圓片，我們每小時只能打印幾十個，所以說不同的行業有不同的需求，產出也就不同，但是對于行業需求而言，這仍然是一個非常經濟的選擇。對于電路板，最重要的因素就是每小時打印了多少面，你必須要打印電路板的多個板面，我們將生產效率量化為每小時打印大約60面，這還要取決于需要灌封的打印圖案/線路結構的復雜程度。

Matties：一定要達到一個人們認為是適用于整個電路板的關鍵點。你認為這個關鍵點在什么位置？推動人們的動力是什么？

Meyer Burger的噴墨打印機適用于柔性電路

Veri：我認為這個關鍵點在于我們的客戶希望擁有使用數字打印技術來解決工廠車間難題的獨特優勢。在今天使用的工藝制程中，你想要在電路板上打印圖案，要創建一個Gerber文件，要繪制原理圖，并且要存儲好實體圖紙。隨著這款產品定期被重新訂購，就可以把這個圖調出來使用。如果這個圖案仍然有效，你就可以再次使用圖紙；如果不能使用，你就要重新繪制圖案。有了數字文件，所有文檔都是數字存儲的，只需要硬盤或云端存儲。只要將文件下載到機器上，調出配置，然后就可以開始打印。與傳統工藝相比，這項工藝的設置時間和后續打印需要的產出時間大幅縮短。

這就是客戶試圖解決這些問題時想要達到的需求點。他們的工廠車間面積受限，但又想繼續擴大業務規模，所以他們需要找到不同的解決方案，例如在電路板上使用打印阻焊油墨方式。如果他們不得不使用傳統工藝來擴大業務規模，那在設備和資本支出上的花費將是使用我們設備的2～3倍，所以說我們的設備能提供很大的價值。

Matties：隨著我們進入智能工廠時代，我們在電路板生產工藝中見到了這項技術的身影，這項技術非常適合數字工廠，因為它非常清潔而且操作簡便。你只需按下按鈕就能生產出一塊電路板，不再需要經歷之前的其它步驟。

Veri：或者你可以進行遠程監控，有些工廠已經能完成這樣復雜的任務。工廠是將圖案發送到打印機上，然后操作員自動調出圖像——下一個圖像是帶有打印要求的圖像——然后啟動打印周期。

PCB打樣無塵車間

Matties：我們了解了制造方面的所有優勢之后，也要意識到應用這項技術的難點。如何說服OEM批準使用此工藝呢？他們才是起到真正的決定因素的一方。

Veri：一定要進行有關工藝和機器功能的實際演示。也就是電路板測試，如今的電路板在生產過程中要通過各種測試。我們一定要通過這些測試，但考慮到測試持續時長和器件、線路板或SKU的數量，這個過程可能要花費一些時間。這是其中的一個因素，第二個因素就是機器的可靠性。

Matties：我想就這個想法發表一下我的意見。OEM不在乎機器可靠性，因為他們只會面臨兩種情況——電路板有沒有按時交貨，如果沒有按時收到貨，他們就會找一家能按時交貨的供應商，所以說這是個制造方面的難題。我理解的是，工藝制程不是決定因素，材料才是決定因素。

Veri：市場上有些領域確實如你所說，但還是要取決于OEM將這種工藝集成到他們的電路板工廠中的方式，有些公司要求更換工藝——不僅僅是更換油墨，而且要更換設備。這樣的公司會提出審核要求，并且要求我們證明這項技術的可行性。

Matties：但這個過程的前提是工藝制程符合OEM的最終利益。

Veri：通常情況下，油墨不會對設備的性能產生影響。

Matties：我明白。我是這項技術的忠實粉絲，在我看來，這項技術的普及速度應該再快一些。我了解你提到的所有優點，但我也意識到了一個巨大的障礙——對于終端用戶而言，沒有任何實實在在的動力可以推動他們采用這項技術并開展審核過程，因為現在的電路板都是他們可接受的產品。

Veri：現在確實是這樣。真正的動力來自于電路板制造商。這個領域才是這項技術的真正推動力。

Matties：他們面臨的障礙是OEM不會批準采用這項技術。

Veri：可能是這樣。這是制造商必須要去控制的動態因素。

Matties：沒錯。這正是我所非常關注的部分。例如，如果說可以減少30%的工藝成本，我們要不要把這個信息告訴OEM？這可能正是他們所期待的。

Veri：這要視具體情況而定。在市場中，你必須始終具備成本競爭力或者取得成本優勢，并且盡可能長時間地保持這種狀態；這絕對是電路板制造商應該克服的問題。

Matties：而且他們也想在生產周期方面取得一些優勢。如果決策或價值區間成為了障礙，那Meyer Burger應該如何發揮作用幫助OEM了解這項技術并盡快批準采納這項技術？很多情況下，這對于你們的設備而言是個決策點。

Veri：一旦我們開始和電路板工廠合作，等我們達到了一定的交流階段，OEM就會參與到溝通中來。這時候需要討論的內容是電路板或產品的性能以及產品的外觀，因為OEM對產品外觀也是有一定要求的。之后我們要為電路板工廠提供支持，這種情況下就是通過實際演示的方式證明產品的功能和性能，這個過程可能需要幾周或幾個月的時間。

Matties：你已經檢查了工藝、外觀和產品性能，但這些都不是關鍵問題。

Veri：產品外觀是不同的，因此關鍵問題是外觀。目前可噴墨打印的電路板油墨具有不同的外觀和質地；它們都是有光澤的，但如今生產出的大多數電路板都是無光澤的。我們可以實現不同級別的光澤表面（例如半啞光），但油墨供應商目前還沒有開發出可以打印啞光表面的油墨。

Matties：所以說有很多原因可以證明制造商應盡快采納這項技術，但其中涉及到的質量認證過程可能要花上幾天到一年以上的時間才能完成。這個行業中的臨界點在什么位置？是不是靠近油墨供應商？我知道你們在和Agfa公司以及其他公司合作，他們肯定在整個制程中發揮了巨大的作用。

Veri：沒錯，我們目前和所有大型油墨供應商都建立了合作關系，用我們的設備驗證他們的阻焊油墨是否符合質量標準。

Matties：這種方法是如何納入你們策略當中的呢？

Veri：我們不得不生產一種可以支持各種型號油墨的機器，做到與不同的組分和油墨化學成分相兼容。我們和世界各地的油墨供應商都有著密切的合作關系；很多供應商的實驗室里都有我們的研究工具，并且他們會使用這些工具配比油墨組分。對于一些已經商用的油墨，因為我們和這些油墨供應商保持著良好的關系，所以我們自然也就非常了解這些油墨的打印方式以及如何讓我們的機器與這些油墨兼容。

Matties：你們需要根據不同油墨的配方來調試機器，還是他們根據你們的機器來調整配方？

Veri：一般情況下，油墨要根據打印頭和基板做出調整，但不必根據我們的設備做出調整。我們可以適應各種油墨，但真正的挑戰在于油墨與基板的接觸面，以及基板整個使用周期中油墨會否影響其性能。

Matties：人們是否會專門為某個品牌的油墨購買多臺機器？還是說更換油墨的過程非常簡便？

Veri：通常情況下，人們希望能在設備上更換油墨。

Matties：你們的設備更換油墨便捷嗎？

Veri：是的。

Matties：更換油墨是個大工程嗎？

Veri：有時候是，因為可能需要更換打印頭系統。如果你使用的是相類似系列的油墨，就可能需要使用一個不同的打印頭。更換時間主要取決于油墨系統的凈化、清潔和重新填墨。

Matties：在我看來，如果針對2、3種不同的油墨有足夠的需求，他們就會買2～3臺不同的設備專門用于這幾種油墨。這樣是最合理的。

Veri：沒錯。

Matties：這項技術絕對有很大的發展空間。你預測它什么時候能夠被普遍應用？我知道這是一個很寬泛的時間期限。

Veri：這是一個很寬泛的問題，至于這項技術還需要多久才能被普遍采用，我認為大概還需要5年的時間。電路板和半導體市場已經處于采用這項技術的早期階段，我們在這個行業中的客戶已經開始使用這種工具了；光電市場中也有一些客戶在使用。關鍵在于找到其他有相似興趣并且愿意優先接納這些應用端客戶。我們知道市面上有油墨供應商，這類機器持久耐用，打印頭可靠，而且JETx的正常運行時間很長，可以一周7天、每天24小時全年無休地工作。但繼續尋找客戶、繼續推廣這款應用是重要的，要讓其他人看到這項技術的優點，讓他們意識到采用這類增材技術可以滿足他們的需求。

Matties：對于那些想要應用這項技術的PCB制造商而言，你有什么建議？第一步要做什么？

Veri：首先要檢查機器是否具備打印不同結構的多功能性，比如不僅能夠打印油墨，還可以打印二維碼和條形碼，這樣也可以直接省去輔助步驟。一旦你了解了這項應用的靈活性，你就可以開始考慮這項應用的經濟因素和設備性能。這是一種三級機器鑒定方法。

Matties：這項技術預期的ROI怎么樣？

Veri：總的來說，1～2年內可以獲得投資回報。

Matties：在操作員培訓方面會不會遇到困難？

Veri：我們不認為這是一個障礙。操作員培訓是非常重要的一個環節；這是一種新的工作方式，你必須為進行正常生產留出足夠的上崗培訓時間。創建一名擁有培訓和再培訓員工流程的內部專家至關重要，因為操作員的人員流動率和缺勤率很高。但是單個操作員就能負責多臺機器，這也是這項技術的優勢之一；你不需要為每臺打印機分別派一名專人負責。

Matties：你還有什么想要和大家分享的嗎？

Veri：從半導體到PCB以及撓性電子產品和消費類電子產品，都值得關注這項技術的多功能性和應用領域。市場中有各種已經工業化的油墨可以使用，這些油墨通過了UL認證并且可滿足當今制造工藝的要求。這一領域的發展并不是體現在油墨上，而是體現在應用上，以及行業尋求發展的動力。

對于一些不同的作業，有很多共性。如果你打算在電路板上打印聚酰亞胺，或者是在半導體晶圓片上打印聚酰亞胺，這兩項作業的打印系統是有共性的。我們這邊可以實現協同操作，可將這種協同作用應用到不同的市場分支當中，這是我們從自己的角度出發考慮到的情況。我們通過尋找應用來找到最具潛力的市場，在這個市場中我們確定這些油墨、開發應用，通過從不同的油墨供應商那里訂購系列油墨系統來實現這項技術的價值。

Matties：我還是在努力尋找這項技術背后的推動力。你能否為我總結一下，OEM愿意采用這項技術的最重要的原因是什么？

Veri：我認為OEM尋求的是速度和靈活性，同時希望提高產品性能和降低產品成本，如果我們滿足了這4項要求，我們的產品就非常有說服力了。

Matties：我并無意爭論速度，因為交付日期就是交付日期；他們才不在乎你在交付日期之前遇到了什么事情。

Veri：最后，如果你能讓產品的交付時間縮短到1天之內，而你的競爭對手的交付時間是2～3天，那你就贏得了優勢。增材噴墨沉積技術可以讓制造商去除一些工藝步驟，直接縮短了整體的制造工藝用時并削減了成本；時間和成本的減少是一個很大的優勢，制造商可充分發揮這一優勢。

Matties：我明白，但他們會說“用兩天的時間更換阻焊油墨”。我知道我在這個問題上提出的觀點有點苛刻了。

Veri：如果你去看一看這些公司的類型，你會發現他們都是多品種小批量的公司，所以他們每個月可以接到成百上千筆訂單。所以說這項技術節省了大量時間，能為市場帶來更多價值。

Matties：對于快速打樣公司，也許快速得到回報是有價值的。在縮短整體生產周期方面你們具備哪些優勢？

Veri：至少可以減少一個班次。

Matties：這可是實質性的回報。油墨的固化流程也是一樣的嗎？

Veri：使用標準的固化流程。阻焊層油墨使用的固化流程和現今阻焊材料使用的固化流程類似。

Matties：我想要知道的是，如果我是一個試圖說服客戶的制造商，我得找到一個王牌武器來吸引OEM的注意。如果我們掌握了這類信息并且幫助客戶理解這些信息，就能賣出更多的設備，讓客戶擁有更好的工藝制程。對于產品性能，掩模就是掩模，交付就是交付。還有其他優勢嗎？

Veri：還是和經濟考量有關——電路板工廠中的內部工藝流程、節省出的時間，以及他們可以給客戶傳遞的價值和他們自己獲取的價值。

Matties：說到價值，他們是愿意將價值傳遞給客戶的。

Veri：沒錯。

Matties：我同意生產周期方面的優勢可以帶來巨大的價值，而且我認為精度是另一個可以受益良多的領域，因為使用的材料總量減少了。

Veri：這是個很好的觀點。關于電路板生產，能夠按照需求在電路板上的不同區域使用不同用量的油墨，這一點可以幫助電路板設計師用更加經濟的方式來生產，而且能幫助制造商節省成本。也就是說你可以按照需要在電路板上的不同區域打印較厚或較薄的阻焊油墨。此外，如果你需要不同尺寸的銅走線，這項技術可以幫助我們優化1/4盎司、1/2盎司和1盎司的銅走線。從這種意義上講，你可以創建數字程序和應用方法來構建導線周圍的覆蓋區域。在同一次操作中，你可以在走線周圍打印，也可沿著電路板的其他區域打印，只不過是打印更薄的層。這就會引起我之前提到的美觀問題，因為電路板看上去會很不一樣——板上有些區域的油墨較厚、有些區域的油墨較薄。

Matties：但從功能上講，這種電路板的性能要更好。

Veri：是的，因為你可以真正優化銅走線周圍的油墨層厚度，所以電路板的性能會相同或更好。

Matties：常規操作方式是按照整塊電路板上阻焊層厚度的最高要求，涂敷整塊電路板。

Veri：現有工藝就是這樣操作的。增材噴墨沉積工藝在這方面能給用戶提供更大的靈活性。從制造商的角度來看，它的價值還不止這些。與現有工藝相比，我們一定要強調不同的打印能力，所以我們必須進行實際和技術演示。這種技術必須通過IPC或其他工業標準的某些測試。

Matties：你所說的這些內容是制造商愿意看到的價值，但這個工藝中某些產品的性能表現也會給終端用戶帶來實實在在的價值，不論是成本方面還是時間方面。

Veri：確實是這樣。

Matties：這取決于制造商希望做什么，這個工藝對于他們工廠而言是很有價值的。他們需要決定與他們的OEM共享這些優勢的意愿程度，從而讓OEM愿意采納這項技術。

Veri：每年，他們都要面臨來自全球的價格和時間競爭壓力。

Matties：行業計劃建立更多數字工廠，這個事實意味著這種工藝在很大程度上能滿足那些高瞻遠矚的制造商的要求。

Veri：例如，客戶排列好一個需要自動化系統加工班次，我們就在這個位置安裝我們的設備。他們可以在第二個班次或一整夜都運行這個系統（不論他們的班次設置是什么樣的），然后等早上來上班的時候完成打印的電路板就已經排列好了。我們的客戶不需要安排操作員站在工具旁監工；他們只需要準備好材料配方、圖像和基板就可以。送入系統之后，機器通過讀取條形碼就能知道有哪些產品送入了機器當中，按這個條形碼配置的材料配方添加材料；所有步驟都是用數字方法完成的。

Matties：可以在工藝流程中對在制板進行在線檢查嗎？

Veri：目前我們沒有這樣做，但未來我們會這樣做，因為這是工業4．0的一部分要求。

Matties：你必須要具備序列化和跟蹤能力。

Veri：我們可以在瞄準打印阻焊層的同時添加序列化功能和打印跟蹤特征。我們現在已經為其他行業實現了這一點，不久之后也可以在這一領域內實現這些功能。

Matties：這并不是一個無法實現的技術，只是這項技術還沒有被廣泛采納。

Veri：沒錯。