一种基于喷墨打印技术的PCB内层线路制作方法与流程

本发明属于印制电路板制造，涉及一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法。

背景技术：

1、在多层印制电路板（pcb）的制造中，内层线路图形制作是核心工序之一。传统的减成法工艺依赖于在覆铜板表面依次进行贴干膜、菲林对位、紫外曝光、显影、蚀刻和去膜等多个步骤，才能将设计图形转移至铜面形成线路。这种工艺成熟稳定，适用于标准化的大批量生产，但面对研发阶段的快速打样、样品试制以及品种多、批量小的柔性制造需求时，暴露出明显不足。贴干膜和曝光设备昂贵，每种图形都需要制作专用的菲林底片，导致换线时间长、物料浪费多、成本高企，无法适应快速迭代和定制化生产的节奏。

2、近年来，喷墨打印技术因其非接触、无版化和数字化直接输出的优势，被引入pcb线路制作领域。其基本思路是利用喷墨打印设备将导电油墨或抗蚀油墨直接喷射至铜面，经固化形成线路或抗蚀图形，从而省去贴干膜、曝光、显影等繁琐工序。然而，直接将设计图形按照像素一一对应打印，所获得的线路精度往往达不到实用要求。这主要是因为液态油墨喷射至铜面后，会受油墨自身铺展特性和后续固化收缩的复合影响，导致最终形成的线路线宽与目标设计值存在较大偏差，边缘模糊，相邻线路之间容易因油墨铺展过量而产生短路，或因补偿不当而出现断路。现有的一些补偿方法多基于简单的线宽整体缩放经验规则，无法准确刻画墨滴铺展和收缩对任意复杂图形轮廓的叠加效应，难以在高密度、精细间距的内层线路制作中保证图形的高保真度。

3、因此，如何对喷墨打印的油墨铺展和固化收缩行为进行精确建模，并将该模型反演为一种可对任意线路图形进行逐像素精确补偿的方法，以实现目标线路图形的高精度、高一致性制作，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供了一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，解决了上述技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，包括：对待制作的目标线路图形进行栅格化处理，得到初始二值像素图，所述初始二值像素图中每一像素的值表征该像素处是否存在线路；获取喷墨油墨在预处理铜面上的铺展特征参数和固化收缩率，所述铺展特征参数表征油墨在铜面上的铺展能力，所述固化收缩率表征油墨从液态固化后的体积收缩比例；根据所述铺展特征参数和固化收缩率，构建点扩散函数，所述点扩散函数定义为单位体积的油墨在铜面上经铺展和固化后形成的厚度分布轮廓，且所述点扩散函数被构建为：

4、；

5、其中，为所述固化收缩率，为由所述铺展特征参数确定的铺展特征半径；基于所述点扩散函数与所述初始二值像素图，通过反演运算生成补偿喷墨灰度图，所述补偿喷墨灰度图中各像素的灰度值对应于喷墨打印设备在该像素处应喷射的油墨体积；根据所述补偿喷墨灰度图控制喷墨打印设备，向预处理后的铜面喷射导电油墨或抗蚀油墨；对喷射到铜面上的油墨进行固化处理，形成与所述目标线路图形相符的内层线路。

6、可选地，所述基于所述点扩散函数与所述初始二值像素图通过反演运算生成补偿喷墨灰度图，包括：

7、将所述初始二值像素图定义为目标固化厚度分布b(x,y)；

8、建立油墨固化后的正向预测模型：

9、；

10、其中，为预测的固化油墨厚度分布，为待求解的补偿喷墨灰度图，*表示二维卷积运算；

11、通过最小化代价函数来求解，所述代价函数定义为预测厚度分布与目标厚度分布之间的偏离程度：

12、；

13、通过迭代优化使得最小化，将此时的作为所述补偿喷墨灰度图。

14、可选地，所述迭代优化采用lucy-richardson反卷积算法，其迭代格式为：

15、；

16、其中，为第k次迭代得到的补偿灰度图，为点扩散函数经中心对称翻转后的函数，表示逐像素点乘运算；

17、迭代初始值设为所述初始二值像素图，当迭代次数达到预设值或的值低于设定阈值时停止迭代，输出最终的作为所述补偿喷墨灰度图。

18、可选地，所述迭代过程中对施加非负约束，确保任一次迭代得到的灰度值均不小于零。

19、可选地，获取所述铺展特征参数以及确定所述铺展特征半径的过程包括：

20、在与制作线路相同的工艺条件下，控制喷墨打印设备在所述预处理铜面上喷射形成孤立墨滴点阵或单像素宽线条；

21、对喷射后的油墨进行所述固化处理，测量固化后单一墨滴的铺展直径d或单像素线条的线宽；

22、基于所述点扩散函数的等高线特性，由铺展直径d反算出所述铺展特征半径，反算公式为：

23、；

24、其中，所述铺展直径d定义为固化墨滴厚度轮廓衰减至其最大厚度一半处所对应的直径。

25、可选地，所述补偿喷墨灰度图中的灰度值被映射为喷墨打印设备在每个像素位置喷射的墨滴数量或单滴墨滴的体积，且所述初始二值像素图的分辨率与所述喷墨打印设备的打印分辨率保持一致。

26、可选地，所述油墨为含有金属纳米颗粒的导电油墨，固化后直接形成导电线路；或者，所述油墨为抗蚀刻油墨，在固化后经由蚀刻和去膜处理，在铜面上留下线路图形。

27、可选地，所述铺展特征参数和固化收缩率通过在与制作线路相同的预处理铜面上进行油墨喷射与固化实验预先测得，并作为固定参数用于所述点扩散函数的构建及所述反演运算。

28、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

29、1. 通过构建表征油墨铺展和固化收缩复合作用的点扩散函数，并将该函数卷积引入正向预测模型，能够对任意目标图形进行精确的逐像素补偿，生成最优的喷墨灰度图。该方法从物理机理上消除了油墨铺展和收缩带来的图形畸变，显著提升了喷墨打印制作精细线路的线宽精度和边缘清晰度，使最终固化形成的线路图形与设计目标高度相符。

30、2. 采用反演运算（如lucy-richardson反卷积算法）自动求解补偿灰度图，无需依赖人工经验反复调整打印参数，适应任意复杂线路图形，尤其适合研发打样和频繁换线的多品种、小批量柔性制造场景，大幅度缩短了图形数据准备时间，提高了生产效率。

31、3. 铺展特征参数和固化收缩率通过标准化实验预先标定，并可固定用于批量生产，一旦标定完成，即可对任意图形进行自动化高精度补偿，方法的一致性和可重复性极强，降低了因材料批次波动或工艺参数漂移对补偿效果的影响。

32、4. 省去了传统工艺中贴干膜、曝光、显影的繁琐工序及相关设备、物料投入，仅需喷墨打印设备和固化装置即可完成内层线路制作，大幅降低了打样成本和设备占地，简化了操作流程，提升了环保性。

1.一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述基于所述点扩散函数与所述初始二值像素图通过反演运算生成补偿喷墨灰度图，包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述迭代优化采用lucy-richardson反卷积算法，其迭代格式为：

4.根据权利要求3所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述迭代过程中对施加非负约束，确保任一次迭代得到的灰度值均不小于零。

5.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，获取所述铺展特征参数以及确定所述铺展特征半径的过程包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述补偿喷墨灰度图中的灰度值被映射为喷墨打印设备在每个像素位置喷射的墨滴数量或单滴墨滴的体积，且所述初始二值像素图的分辨率与所述喷墨打印设备的打印分辨率保持一致。

7.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述油墨为含有金属纳米颗粒的导电油墨，固化后直接形成导电线路；或者，所述油墨为抗蚀刻油墨，在固化后经由蚀刻和去膜处理，在铜面上留下线路图形。

8.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的pcb内层线路制作方法，其特征在于，所述铺展特征参数和固化收缩率通过在与制作线路相同的预处理铜面上进行油墨喷射与固化实验预先测得，并作为固定参数用于所述点扩散函数的构建及所述反演运算。