EOS增材制造助力新型印刷电路板(PCB)原型

过去几年里，很多人都在撰文论述摩尔定律的终结，并预测计算机芯片的性能不会再呈现每两年提升一倍的趋势。原因在于，处理器自身的结构已达到允许的极限——纳米级。从技术角度来看，进一步缩小几乎不可能实现。为持续改进性能，制造商正致力于对可堆叠多个结构层的架构进行研究。在电路载板领域，已经形成了类似的方案。德国公司Beta LAYOUT GmbH已成功运用EOS技术制造出此类创新型载板原型，并对其进行了测试。

面临的挑战

一直以来，电路载板和传统PCB的光芒都或多或少地被基于其运行的微处理器所掩盖。当然，从某种程度上讲，这并不公平，因为若没有高性能中枢神经系统发挥作用，再优秀的大脑也毫无用处。在微电子领域也同样如此：几乎所有现代器件都需要电路板才能嵌入一个或多个芯片以及所需的其他电子元件。这形成了一个可以实现从供电、电路系统到信号输出等各种任务的网络。

在新型元器件中，可供传统电路板使用的安装空间通常非常有限。其中一个原因是许多电子设备变得越来越小；即使外形本身比较大，留给真正的电子系统的空间也呈现出越来越小的趋势。例如，在现有的体积内，需要安装屏幕、容纳越来越多的接口和输出点，而且电池越来越大。如今，在大多数情况下和大多数领域中，简单的实验室PCB足以满足新电路系统实验结构的时代已经一去不复返了。除了可用的安装空间有限外，重量也是一个关键因素——采用三维结构的紧凑型电路板此时也能发挥重要作用。

对于现代电子产品，电路系统通常必须争夺机壳内的有限空间。采用传统堆叠方式时，PCB无法再容纳所需的所有元器件，因此上述三维电路载板成为首选的解决方案。而且，很多器件的生命周期越来越短，这也带来了额外的挑战：采用注塑成型工艺制造原型过于昂贵。因此，Beta LAYOUT GmbH决定寻找一种成本更低的高性能替代方案。

解决方案

得益于DMLS增材制造技术，没有任何解决方案比增材制造更能满足多层架构的需求。因为增材制造利用激光逐层打印，这也是Beta LAYOUT依赖该技术并使用3D打印制造的塑料零部件的原因所在。创新技术不仅仅应用在打印过程中；打印出模型后，对模型进行特殊加工材料涂覆。后续步骤“激光直接成型”(LDS)形成电路布局，激活涂层后可形成导线迹线。

激光会触发物理化学反应，产生金属原子，同时使表面粗糙化。激光直接成型后，将模型置于无电流的镀铜槽中。此时，铜粒子沉淀在先前激活的区域，形成导线迹线。镀铜后，导线迹线通过电镀进一步镀铜，也可以通过表面加工直接处理。随后，Beta LAYOUT在公司的内部装配部门将各个单独的元器件添加至整体组件中。成品件用作初始原型和模型，可对其进行功能测试并对设计布局进行检查。

“我们为各种公司提供3D-MID（机电一体化器件）原型制造服务，”Beta LAYOUT GmbH的Manuel Martin解释说，“使用EOS的FORMIGA P 110，我们能够快速地向客户交付高质量产品。尤为实用的是，我们甚至能够通过网站和在线商店处理3D模型订单。增材制造已帮助我们成功拓展了业务模型。”

成果

无论对于个体开发者还是大型的成熟公司，增材制造均可以确保客户定制化的电路载板适用于全新的电子器件原型。塑料组件能以极具吸引力的价格快速生产。同时，该工艺还能提供所需的精度水平和卓越的组件质量，所需的基本主体能够实现批量化生产，这是一个不容忽视的特性，在执行测试时更是如此。

EOS技术还带来了高度的灵活性：使用的机器能够处理各种材料，包括PA 3200 GF，或尼龙铝粉等。此外，还能够处理PEEK等高性能聚合物材料和各种金属材料。关键的一点是，所有材料均能够承受高温，由此打破了注塑成型工艺在批量生产时所面临的高温限制。凭借这种灵活性，Beta LAYOUT能够应对特定用途电路载板的特性要求，从而满足客户的各种个性化需求。由此，公司可以开发出优化的个性化解决方案，以满足客户降低成本、提高耐高温性能或其他具体需求。

（图片来源：Beta LAYOUT）

采用增材制造技术，以PA 3200 GF为材料制造而成的功能齐全的电路载体

(图片来源: Beta LAYOUT)

关于EOS

EOS是金属和高分子材料工业3D打印的全球技术领导者。成立于1989年，EOS为一家独立运营的公司，以先驱和创新者的身份，提供全面的增材制造解决方案。EOS包含系统、材料和工艺参数在内的解决方案组合帮助客户在产品质量上建立决定性的竞争优势，实现可持续性生产，获取长期经济效益。此外，EOS客户还能从EOS在全球服务、应用工程和咨询方面的深厚专业技术中获益。

《3D打印世界》——中国3D打印行业专业读物（点击可在线阅读）

搜索官方微信账号：“3D打印世界”，新鲜、有料、深度3D打印资讯，尽在3D打印世界！