浅析喷墨打印与传统丝印技术的工艺与特点

近年来，字符的喷墨打印方式因其可以直接根据资料图形进行数码作业，具有极佳的灵活性和便利性，省去了传统丝印所需要的网版制作的繁琐过程，在PCB行业的应用越来越广泛。但是由于喷印方式同丝印方式存在较大不同，因此在其替代传统丝印工艺中也可能涉及到相应的工艺调整，以使喷印能更好的服务于公司产品的制造。本文将讲述在PCB字符工艺制作过程中，喷印方式的自身特点，以及从实际效果和影响出发，深度剖析喷印图形与喷印相较于丝印在环境保护方面的优势。

喷墨打印原理

如图1，喷墨打印是通过一定的驱动信号控制压电晶体部件，从喷头喷嘴中喷射出来离散的墨滴，一滴滴的墨点滴落到对应的基材上不同位置，最终形成所需要的图案。

图1 喷墨打印原理

由于工业级喷墨打印喷头的喷嘴一般只有几十微米量级，且一个喷头会由上千个喷嘴组成，因此每个墨滴喷射出来的体积是很小的，比如我们所用的喷头喷射的墨点仅13pl，在基材上形成的墨点直径一般仅为70～80um。

传统的丝印方式则是将粘稠的油墨倒在制好的网版上，采用刮刀刮平，并使用一定的压力使油墨从网版上的网孔渗透到同网版贴合好的基材上，形成所需的图案，网孔的大小决定了图案的精细度。

喷印油墨

根据喷印原理部分的说明，对于喷墨打印来说，油墨所需要的流动性要非常好，也就是其粘度要非常低，否则墨水就无法从喷头喷嘴中喷射出来。所以我们所看到的喷印油墨，说成墨水会更合适，它的粘度接近水，打印时粘度一般要到10cps左右。

图2

相比较丝印工艺，油墨相对需要非常粘稠，否则油墨会很容易从网版网孔渗出，且如果流动性太强，就会不易控制造成不应有油墨的区域会被已经“压过去”的油墨渗透，无法得到所需的印刷图案。相比喷印油墨，常见的丝印油墨粘度会在4000～10000cps，差异很大。

喷印油墨和丝印油墨粘度的巨大差异，表现在PCB的字符制作上，我们就会发现喷印油墨对PCB的表面状态非常敏感，基材表面张力如果同喷印油墨稍有差异，喷射出来的墨点就会扩散或者收缩，从而影响到打印质量。而丝印油墨粘度极高，在PCB基材上就会表现得很“惰性”，自身并不容易扩散或者收缩，发生这种情况一般都是由于刮刀压力和速度不合适造成。

另外，由于喷印油墨极低粘度的特点，在油墨组分上同丝印油墨差异很大，表现在PCB基材上的白度和立体感往往会比现有丝印油墨要显得弱一些，有时就会觉得相同厚度和大小字符下丝印字符可能会更清楚，但是由于喷印墨水的流平性会好一些，所以喷印字符会显得更光滑点。这里应该坚持以IPC字符为标准，目视清晰可辨，以此为依据来判断字符质量是否符合要求，不能强求喷印和丝印完全一致。

喷印图形

由于喷墨打印是通过产生一滴一滴的墨点，最后叠加在一起形成的图案，对应的喷印图形在实际中就是像素图，或叫栅格图，如下图3（a）（b）所示，其中每一个格点就是一个墨点，白色区域喷射，黑色区域不喷射。

图3 喷印使用的栅格化像素图

1．基于喷印像素图的特点，图形边界很多都会是阶梯状（如上图3（b）），因此在最后基材上图案的形成也会是这种形态，但是通过高分辨率下油墨的叠加和融合，这种形态就会得到减弱，且使用分辨率越高，或者喷墨点的容积越小，这种形态就会更加弱化，表现出来的边界就会越光滑。但是同时，打印分辨率越高，打印墨点就会越多，生产效率就会急剧下降，所以在实际中是一个折衷的选择。目前喷印机行业根据所选择的柯尼卡KM1024i喷头，合适的分辨率一般最低720dpi，最高为1440dpi。

图6 非标准三角形的像素化结果

2．由于喷印是打印像素化之后的图形，那么图形本身的形貌状态对打印结果就有很大的影响。如果图形本身较粗，堆叠在一起，那么打印出来的结果也会变粗，再加上上文讲过的油墨自身的渗墨，最终打印的字符就会容易模糊粘连，所以对原始设计资料做修正有时是必要的，这也是喷印行业比较常见的做法。

比如下面的两张数字图形的对比（图5），第一张图5（a）是0．6mm字高，但由于线宽设计较粗，生成的图形显得“较胖”，数字内的空洞也偏小；对比第二张图5（b），字高只有0．5mm，生成的数字图形却明显会更清楚，最终的打印结果也会是0．5mm的字符显得更清晰。当然，这里不一定要专门去修改设计字体，往往在同一设计资料里面只需要减小字符的原始设计线宽，使其更符合喷印方式，就能获得更为清晰可辨的文字，例如在图3中，设计线宽3mil出来的字符明显清晰很多。这实际上也是行业内喷印设备的制程能力要求的一部分。

图5 不同设计线宽的字符比较（均为0.6mm字高）

3．喷墨打印具有图形的对应性特点，就是说输给了喷印什么样的像素图形，就会打印出什么样的像素点集合。比如下图4中的像素三角形，原始资料中由于不是标准的三角，在图形像素化处理后，其中一个角出现了更多的像素点，那么最后打印就会有更多点的叠合堆积，导致结果出现三角形偏差，看起来不那么像三角了。低分辨率下情况可能不明显，在高分辨率下就会显现出来。

图4 不同设计的数字图形像素化结果

环境保护

从污染程度来看：喷墨打印属于环保绿色印刷，丝网印刷属于高污染印刷。

在丝网印刷作业中，产生的污染物较多，主要有感光材料、油墨（溶剂和颜料）等造成。制版中常用的重珞酸类感光材料与丝网印刷油墨中所含的挥发性有机溶剂（VOC），都会对环境造成污染，还会影响车间的空气质量，从而影响员工的身体健康。

相对而言，喷印油墨属于UV型油墨，是典型的环保型油墨，它不含挥发性有机化合物，而且都会要求墨水厂家生产的油墨通过RoHS、无卤素HF以及REACH认证，且可以通过国家环保测试。另外，PCB的字符喷墨打印设备在工作时没有任何污水的排放，且由于是“按需”打印，只在需要的位置打印油墨，因此几乎不会产生废墨，油墨利用率 极高。

喷墨打印设备一般采用静音导轨和滑块，在打印过程中，噪声普遍小于60分贝，隔着墙几乎听不到嘈杂声音，既能满足民用住宅中对噪音分贝的要求，又能满足工业生产中对噪声分贝的要求。

最后，因为喷印工艺自身有和丝印工艺不同的特点，同其他任何新工艺上线都可能会做一定的工艺调整一样，其目的都是为了能够使其相互匹配，最终提升生产质量和效率。