První a zatím jediné pracoviště v České republice, které využívá nejmodernější 3D tiskárnu desek plošných spojů je Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Technické univerzity v Liberci. Tiskárnu DragonFly 2020 LDM koupila díky operačnímu programu Výzkum, vývoj a vzdělávání od izraelské firmy Nano Dimension za 5,6 milionu korun.
Tiskárna DragonFly 2020 LDM koncentruje do jednoho zařízení celý proces výroby desek plošných spojů, který v dosavadní praxi představuje řadu výrobních kroků a zapojení několika strojů. Tyto desky spojů dokáže zařízení tisknout v mnoha vrstvách, s proměnnou tloušťkou desky, se složitými 3D konstrukcemi vodičů a s dosud nerealizovatelnou geometrií jak jednotlivých vodičů, tak celé tištěné desky.
3D tisk zrychlí proces
Desky plošných spojů jsou technologicky i konstrukčně velmi komplexní a složité výrobky. Velikost desky je přitom velmi rozdílná - od několika milimetrů až po maximální velikost výrobního panelu. V dnešních provozech polotovary standardně putují z jednoho pracoviště na druhé. Výrobní proces tak trvá i několik dnů, ale čistý čas výroby se počítá na hodiny.
„Tiskárna 3D vytiskne po nastavení jednotlivých parametrů nebo importu trojrozměrného návrhu najednou celou desku a žádné další kroky známé z klasického výrobního postupu už nejsou potřeba. Jednoduše řečeno: do tiskárny pošleme potřebná data a vyjede nám hotová deska. Pro rychlé prototypování nebo výrobu prostorově náročných motivů a netradiční vedení spojů otevírá tato technologie obrovské možnosti," potvrzuje zrychlení výrobního procesu děkan FM TUL profesor Zdeněk Plíva s tím, že vedle speciálních konstrukcí umožňuje tento systém aditivní výroby tisknout i tradiční vícevrstvé desky plošných spojů.
Využívá nanočástice stříbra
Využití 3D tisku pro tisky tištěných spojů brzdila do nedávna absence vhodných vstupních materiálů - inkoustů , které musí být snadno tisknutelné, ve výsledku dostatečně vodivé a musí také umožňovat i tisk dostatečně jemných motivů -pochopitelně s možností standardního pájení součástek. Řešení přinesly vodivé nanočástice stříbra rozptýlené v hustém roztoku a fotopolymer vytvrzovaný UV zářením, který slouží jako izolant. Tisk probíhá tak, že dvě tiskové hlavy souběžně tisknou kapky nevodivého fotopolymeru a vodivého nanostříbrného inkoustu ve velmi tenké vrstvě tří mikrometrů. Každá tisková hlava má 512 trysek a každá tryska vytváří na desce bod o průměru necelých 50 mikrometru. Pro vytvoření spolehlivé vodivé cesty na plošném spoji je potřeba šíře tří bodů, nejmenší šíře vodiče je tak přibližně 110 mikrometrů. Jedná se o plně aditivní proces, to znamená, že jak polymer, tak stříbro se postupně tiskne po jednotlivých kapkách do vrstev. Na rozdíl od konvenčního způsobu výroby DPS, který vyžaduje několik diametrálně odlišných zařízení, chemických procesů a složité výrobní postupy, je celý proces tvorby tištěných spojů realizován jediným zařízením, a odpadají tak problémy s lisováním, registrací motivů, kartáčováním, vrtáním, pokovováním atd. Tiskne se současně dielektrický materiál desky i vodivý inkoust a principem sekvenčního tisku desky se vytvoří motiv včetně průchozích, ztracených i slepých otvorů, přičemž tato technologie vlastně ani nezná problém pouzdření otvorů. Vytvrzení obou materiálů probíhá za chodu přímo v tiskárně.
„Vodivou cestu lze vytisknout tam, kde ji potřebujeme mít. Se zařízením DragonFly 2020 LDM můžeme umístit vodič libovolně v prostoru desky a rozměry vodičů lze měnit podle potřeb - například tloušťka se může plynule měnit v rozmezí od 17 až do 101 mikrometrů, nebo na jedné vrstvě můžeme mít vedle sebe spoje s různou tloušťkou" zmiňuje další pozitiva špičkové tiskárny profesor Plíva.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)