PCB新聞 - 研究人員發明可列印電路板噴墨印表機

導電油墨誕生後, 普通噴墨印表機也可以完成 撓性電路板 幾分鐘內, 使靈活可穿戴設備的開發速度和成本翻了一番.

在這個幾乎每個家庭都有平板電腦的時代，買噴墨印表機有什麼用？ 列印工作檔案，幫助孩子準備資料，偶爾列印兩張照片，最終可能會化為烏有。 或者，根據幾比特大學研究人員的想法，它也可以成為個性化生產的重要組成部分。

佐治亞理工學院的許多研究人員, 東京大學, and Microsoft (37.4., 0.32, 0.86%) Research Institute recently found a technology for rapid development of electronic equipment, 可以直接 生產電路板 通過家用噴墨印表機.

憑藉低成本3D打印機和鐳射切割科技製成的外殼，這項科技有望進一步降低硬體創業的研發門檻，幫助創業者快速實施想法，改進設計，最終帶來創新的智慧玩具或可穿戴設備。

拆卸電腦或手機時, 您將看到一個或多個 PCB電路板. PCB電路板 通常為綠色, 但它們經常被加工成紅色, 藍色, 黑色, 或者設計師想要的任何其他顏色. 無論處理器的電源如何, 或者組件之間的訊號傳輸, 它是通過印製在這些小板上的金屬線完成的. 它們通常由大型車間的專業設備大規模生產.

在大規模生產開始之前，開發人員需要製作幾個電路板來測試設計，然後根據測試結果修改設計。 這個過程稱為校對或原型製作。

在大學實驗課程和產品開發的初始階段，經常使用試驗板校對. 用戶插入元件，如導線, 感測器, 電阻器, 等. 在具有密集介面的白板上類比最終電子產品的效能. 更改試驗板上的設計非常方便, 但它的規模很大, 可靠性和效能與成品不符. 遲早, 開發人員仍然需要在 印刷線路板.

為了幫助企業家和研究人員快速生產電路板，一些公司在生產完成後向用戶提供線上設計提交和快遞服務。 然而，這種生產模式至少需要一天的時間才能得到PCB電路板，這嚴重减慢了產品開發速度，並且需要一周的時間來更改兩次設計。

隨著3D打印機和雷射切割機的成本下降，硬體企業家們已經能够在一天內嘗試許多不同的住房設計。 PCB電路板的長加工週期已成為創業硬體產品設計之初的一個缺點。

“我們認為我們應該找到一種快速證明和 自定義PCB板,”格雷戈裏·阿博德說, 佐治亞理工學院互動式電腦學院教授, 世衛組織認為這項科技應該更快、更便宜. 想練習的人可以負擔得起."

材料科學的最新突破使Abode的想法成為可能。 3菱研究人員吳宣芳發明了一種導電油墨，不需要高溫處理，乾燥後經過化學反應產生導電性。 它將直徑小於0.1微米的銀納米粒子溶解在含有聚合物乳液的特殊溶劑中，油墨在乾燥後幾秒鐘內就會導電。

為了確保導電油墨能够順利從打印機噴嘴噴出，3菱優化了油墨粘度、表面張力、揮發性和細微性。 批量生產的版本的價格為每100毫升20000日元。當用作印刷電路板時，1毫米寬的電路平均每米5美分，成本不高。

研究人員在各種家用噴墨印表機上測試了這種導電墨水，發現墨水輸出量較大的噴墨印表機可以正常使用，最便宜的一臺不到100美元。 研究人員使用針管將導電墨水注入乾淨的空墨水匣中。 為了防止漂浮物混入油墨中影響導電性，在注射過程中需要使用一次性過濾管。

導電油墨要求紙張具有低電阻，同時要防止油墨擴散，以確保導電性。 必須進行表面處理。 實驗發現，光澤照片打印紙和透明PET塑膠薄膜可以滿足電路列印的需要。 這些資料柔軟且可彎曲，適合開發靈活的可穿戴電子設備。 這是常規PCB板定制服務無法提供的。

電路列印本身不需要特殊軟件。 開發人員只能通過將設計的電路圖轉換為點陣圖來使用它。 但印刷電路不應太薄，太薄，以確保導電性。 囙此，列印時必須選擇照片模式。 此時，打印機將在青色、紅色和黃色3個區域混合導體墨水，形成黑色，並且墨水輸出高於僅使用黑色墨水匣的文字模式。

研究人員發現，噴墨印刷電路板的電阻會隨著時間的推移而變化，7個月後會新增15%。 這是銀納米粒子氧化的結果，這將影響電路板的長期使用。 解決方案也很簡單，直接用家用光合機在電路板上壓一層薄膜可以有效防止氧化。

電路板只是基礎。 列印後的下一步是安裝處理器、電阻器和感測器等組件。 傳統PCB板的元件都是通過焊接固定的，非常牢固。 但是焊接需要至少180°C的高溫，這會損壞電路板底部的紙張，影響固化電路。

研究人員發現的解決方案是用導電銀膠粘貼組件，這是最强的安裝方法。 在65°C的烤箱中，導電銀膠可以在十分鐘內固定組件。 此外，3M生產的導電雙面膠也可用於固定部件。

除了PCB電路板本身，開發人員還可以直接噴墨列印簡單的天線，甚至觸摸感測器。 例如，在兒童玩具中添加觸摸按鈕，並在觸摸後播放音樂。 列印這種天線和感測器的成本通常只有幾十美分。

電子產品的生產 電路板 是一個巨大的市場, with an output value of US$9.去年40億. Xerox Laboratories (PARC) has also made a similar attempt. 今年，該公司推出了一種名為銀彈的導電墨水, 可以直接在塑膠板上列印電路. 印刷塑膠電路板需要在150°C的高溫下加熱幾個小時，然後才能安裝組件. 此外, 全祿的新材料要求使用富士通等公司的工業級打印機, and the cost is usually more than US$50,000.

與全祿的專用噴墨列印設備相比，佐治亞理工學院的解決方案僅需300美元，列印速度也更快。

1988年，全祿實驗室首席科學家馬克·韋瑟（Mark Weiser）提出了普及計算的概念。大量可穿戴設備、平板設備和大螢幕互動設備的誕生，將電腦帶入用戶周圍的一切。 魏澤的預言逐漸成為現實。

參與該項目的東京大學助理教授川原浩認為，他的研究是普及計算的重要一步. 在今年的普適計算會議上, Hiroshi Kawahara發表了一篇論文，詳細介紹了即時噴墨列印電路科技的細節和前景. 他在論文中寫道：“研究中使用的所有資料都可以直接在市場上買到. 你可以直接在家裡做實驗. 此方法可以列印 PCB電路板, 感測器和天線的成本非常低., 帶來許多新機會."