專利名稱：一種印刷電路板字符噴印機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴印機，尤其涉及用壓電式噴頭噴射紫外光固化墨水構成印刷電路板字符的噴印機。
背景技術：
印制電子(Printed Electronics)是近幾年興起的一種電子制造技術，是指利用各種印制方法形成電子元器件和電路的一種技術。其中發展最快的是用壓電式噴墨頭在印刷電路板(PCB)上噴印字符，取代現有的絲網印刷字符。這種新方法的優點是(1)屬于無接觸式噴印，與采用絲網的接觸式印刷相比，噴印字符的品質更好。( 無需繁瑣的制網工序，根據用戶提供的字符文件可以在PCB板上直接噴印所需字符，縮短生產周期，提高生產效率。(3)節省所需墨水用量，降低生產成本。(4)不產生污染，有利于環保。由于字符噴印法的顯著優勢，目前已開始在國外流行，例如，以色列Orbotech(奧寶)公司和 Printar 公司、日本MicroCraft 公司、英國 Conductive Inkjet iTechnologya 司、德國KLG Maschinen公司等已生產用于PCB板字符的噴印機，并且開始在我國銷售，每臺價格為20 30萬美元。但是這些產品存在如下主要缺陷(1)采用噴頭掃描的噴印方式，即為了在大尺寸PCB板上噴印所需眾多的字符，噴頭必須沿PCB板的橫向(或縱向)運動，以便噴印范圍能覆蓋整個PCB板。噴印時噴頭的快速運動會造成供墨壓力波動、產生不利的衛星墨滴和噴射軌跡偏移、供墨管道和控制電路等跟隨運動結構復雜等弊端。(2)由于墨水中可能存在少量的大顆粒物質和易沉積團塊(例如白色墨水中的鈦白粉)，或者管路和噴頭中進入氣泡后，噴頭的噴嘴難免堵塞，特別是較長時間的停止噴印之后易發生因噴嘴堵塞而造成斷墨，導致噴印的字符缺失和模糊。上述現有產品雖然也采取了一些防止噴嘴堵塞的措施，但是缺乏綜合治理的措施，效果尚不夠理想。(3)由于字符噴印常常采用白色紫外光固化墨水，而這種墨水在常溫下的黏度比較高(通常大于20cps)，不符合壓電式噴頭對墨水黏度的要求(10 14cps)，因此不得不在噴頭中增設自加熱裝置，以便使墨水溫度升高、黏度降低。但是，這會增加噴頭結構的復雜性和制作成本，并使一般無自加熱裝置的噴頭不能用于字符噴印系統。我國目前還不能生產PCB板字符噴印機，但是對于印制電子的發展非常重視，在中國印制電路行業協會(CPCA)的領導下，于2009年11月召開了印制電子會議，并成立了印制電子產學研聯盟，會議決定分為設備、材料(即墨水)和工藝三個方面共同攻克印制電子的關鍵技術，其中研發的首要項目就是PCB板字符噴印機及其所需墨水，我國有成千家 PCB板生產廠商，僅僅以字符噴印機為例，每年至少需要百臺以上，因此，克服現有字符噴印機的技術缺陷，發展具有中國知識產權的PCB板字符噴印機十分必要。
發明內容
本發明的目的在于解決上述問題，提供了一種印刷電路板字符噴印機，采用普通壓電式噴頭，更穩定地噴射紫外光固化墨水，避免噴嘴堵塞，提高印刷電路板(PCB板)的字符噴印品質。本發明的技術方案為本發明揭示了一種印刷電路板字符噴印機，其包括噴射系統，包括多個噴頭；供墨系統，包括墨盒，和該噴射系統連接，向該噴射系統提供墨水；墨水固化系統，設置在該噴射系統的該些噴頭附近，快速固化噴射的字符墨水；外加熱系統，加熱該噴射系統中的該些噴頭和該供墨系統中的該墨盒；工作臺，包括X-Y方向工作臺和Z方向工作臺，其中該X-Y方向工作臺驅動固定于其上的印刷電路板，該Z方向工作臺上固定著該些噴頭，以便該Z方向工作臺在Z方向上驅動噴頭；控制系統，用于整個印刷電路板字符噴印機中各組件的自動控制。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該印刷電路板字符噴印機還包括機身，其進一步包括底座，用于支撐該X-Y方向工作臺；橫梁，用于安裝該噴射系統；立柱，安裝在底座上，該橫梁安裝其上。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該噴射系統進一步包括噴頭陣列，由該些噴頭排列而成，固定在該橫梁上，以使噴印字符時無需作掃描運動，其中每一噴頭上設有多個噴嘴。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該噴頭為壓電式噴頭。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該供墨系統進一步包括恒溫超聲波震蕩墨瓶，存儲和加熱墨水，并定期作震蕩運動以避免墨水中的顆粒物沉降或團聚；恒液位墨盒，存儲定量的墨水，并控制墨水液面相對噴嘴的高度恒定，供應噴頭所需的墨水；供墨泵及其供墨管路，連接該恒溫超聲波震蕩墨瓶和該恒液位墨盒，通過供墨管路抽取該恒溫超聲波震蕩墨瓶中的墨水并輸送至該恒液位墨盒；過濾器，安裝在該供墨泵和該恒液位墨盒之間，過濾墨水中的顆粒雜質；噴頭清洗回路，內設控制閥和清洗管路，每個噴頭均有對應的控制閥和清洗管路， 通過該控制閥和該供墨泵排除供墨管路和噴頭中殘存的雜質和氣泡。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該墨水固化系統是紫外光固化系統，該紫外光固化系統進一步包括紫外燈，設置在該噴頭附近，通過發出的紫外光固化噴射的字符墨水；鎮流器，連接該紫外燈，控制該紫外燈中的電流；觸發器，觸發該紫外燈；冷卻水套，套在該紫外燈的外面，控制該紫外燈的溫度；冷水器，用于向該冷卻水套供應冷卻水。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該外加熱系統進一步包括
墨盒加熱墊板，通過其中的熱水加熱該恒液位墨盒以及其中的墨水；噴頭加熱墊板，通過其中的熱水加熱該些噴頭以及其中的墨水；水箱，用于儲存熱水；自動恒溫加熱系統，位于該水箱中，加熱該水箱中的水；水泵，通過管路連接該水箱、該墨盒加熱墊板和該噴頭加熱墊板，用于抽取該水箱中儲存的熱水，輸送至該墨盒加熱墊板和該噴頭加熱墊板。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該X-Y方向工作臺進一步包括X方向工作臺，用于安置該印刷電路板，并在X方向驅動固定其上的印刷電路板；Y方向工作臺，通過在Y方向上驅動該X方向工作臺，以使在Y方向上驅動固定在該X方向工作臺上的印刷電路板；印刷電路板夾緊定位裝置，夾緊該印刷電路板的四邊，以使其相對X-Y方向工作臺定位。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該Z方向工作臺進一步包括滑動臺，固定該噴頭陣列，通過在Z方向上驅動該滑動臺調節該噴頭距離該印刷電路板表面的距離。根據本發明的印刷電路板字符噴印機的一實施例，該控制系統包括氣動控制系統，控制該印刷電路板的夾緊和定位；電氣控制系統，控制該印刷電路板字符噴印機的自動工作循環。本發明對比現有技術有如下的有益效果本發明的印刷電路板字符噴印機，用在 X和Y方向相對固定的噴頭陣列，通過X-Y方向工作臺實現X-Y方向掃描噴印的方式來完成大尺寸PCB板的字符噴印；采用由恒溫超聲波震蕩墨瓶、供墨泵、高精度的過濾器、恒液位墨盒和噴頭清洗回路等構成的完善供墨系統以及墨盒和噴頭的外加熱系統。相對于現有技術，本發明無需復雜的管道支撐和拖鏈裝置，可以在高速噴印時，更穩定地噴射字符墨水， 自動清洗噴頭，避免噴嘴堵塞，便于使用與維護，提高PCB板字符噴印品質，還可使用普通無自加熱裝置的壓電式噴頭，通過附加的外加熱系統使墨水的黏度符合噴頭噴射的要求。 因此本發明的噴印機能廣泛應用于PCB板的噴印，特別是字符的噴印。
圖1是本發明的印刷電路板字符噴印機的實施例的透視圖。圖2是本發明實施例的噴射系統的原理圖。圖3是本發明實施例的供墨系統的原理圖。圖4是本發明實施例的紫外線固化系統的原理圖。圖5是本發明實施例的外加熱系統的原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。圖1是示出了本發明的印刷電路板字符噴印機的實施例。請參見圖1，本實施例的印刷電路板字符噴印機包括噴射系統101、供墨系統106、紫外線固化系統102、外加熱系
6統105、X-Y方向工作臺103、Z方向工作臺107、機身104和控制系統(未圖示)。請參見圖2，噴射系統101由噴頭陣列組成，它固定在Z方向工作臺107上，由若干壓電式工業噴頭構成，在本實施例中有噴頭201、噴頭202、噴頭203和噴頭204，每個噴頭上有若干沿長度方向均勻排列的噴嘴207，每個噴頭相鄰噴嘴的間距為205。這4個噴頭排成4排4列，其中，第一排第一列噴頭201的噴嘴相對第二排第三列噴頭202的噴嘴有錯位 206，第三排第二列噴頭203的噴嘴相對第四排第四列噴頭204的噴嘴也有錯位206，并且此錯位206等于二分之一的相鄰噴嘴間距205，從而使噴頭陣列在Y方向的合成噴嘴間距縮小一半，即噴射分辨率提高一倍。第二排第三列噴頭202相對第四排第四列噴頭204有重疊量215，第一排第一列噴頭201相對第三排第二列噴頭203也有重疊量215，因此在Y方向沒有噴印盲區。噴頭陣列中的噴頭為壓電式噴頭(piezoelectric print-head)，它由壓電陶瓷片 208、隔膜210、容腔211、入口 212、儲液器213、供液管道212和噴嘴207等組成。在壓電陶瓷片208上未施加驅動信號209時，容腔211中墨水的壓力足夠低(或為負壓)，墨水因表面張力而保持在容腔211中；需要噴射時，在壓電陶瓷片208上施加一個脈沖電壓，壓電陶瓷片208立即發生微小變形，在此作用下，隔膜210發生彈性變形，使與其相連的容腔211 中墨水的容積迅速縮小，產生朝向噴嘴207的壓力波，此壓力波克服噴嘴207中的阻力和墨水的表面張力，使噴嘴207出口處形成一個液滴214，并使其從噴嘴207噴出。然后，壓電陶瓷片208和隔膜210恢復原狀，由于表面張力作用，新的墨水通過供液管道212、儲液器 213、入口 212進入噴頭的容腔211。在本發明的實施例中，墨水為紫外光固化墨水，當然也可以是其他墨水。本發明的實施例中，噴射系統101固定在Z方向工作臺107上，噴印工作時噴射系統101不必沿X-Y方向運動，通過X-Y方向工作臺103的運動來實現X-Y方向掃描噴印，從而能覆蓋整個大尺寸的PCB板，在其上噴印所需眾多的字符。而且，噴印時不會因噴頭的快速運動而引起供墨壓力波動、產生不利的衛星墨滴和噴射軌跡偏移、供墨管道和控制電路等跟隨運動結構復雜等弊端。請參見圖3，在本發明的實施例中，供墨系統106由恒溫超聲波震蕩墨瓶301、供墨泵302、高精度的過濾器303、恒液位墨盒304和噴頭清洗回路307等組成。其中，恒溫超聲波震蕩墨瓶301中設有自動恒溫加熱系統313和超聲波發生器314，確保在惡劣環境下(冬季或夏季)墨水黏度符合噴頭噴射要求，避免墨水中顆粒沉積和團聚。供墨泵302通過供墨管道308抽取墨瓶301中的墨水，并將墨水通過供墨管道309輸送至過濾器303，然后通過供墨管道310輸送至恒液位墨盒304。高精度的過濾器303能阻擋墨水中的較大顆粒物質進入墨盒304和噴射系統101，避免堵塞噴嘴207。恒液位墨盒304中設有液位傳感器315， 當墨盒304的液面316低于設定高度時，控制系統使供墨泵302不斷運轉并向恒液位墨盒 304供墨；當恒液位墨盒304的液面316高于設定高度時，控制系統使供墨泵302停止運轉、 不向恒液位墨盒304供墨，從而能使恒液位墨盒304中的液面316保持恒定的高度，即施加噴射系統的供墨壓力穩定。噴頭清洗回路307由噴頭201 (202,203,204)、控制閥305 (306) 和管道311 (31 等組成，每個噴頭201 (202、203、204)都有相應的控制閥305 (306)和管道 312。當噴嘴207可能出現堵塞狀況時，無論恒液位墨盒304中的液面處于任何高度，控制系統都會使供墨泵302運轉，通過過濾器303、墨盒304和管道311向各個噴頭201 (202,203,204)輸送墨水，并迫使墨水一部分從噴嘴207流出，另一部分墨水通過控制閥305 (306)和管道311 (312)流回墨瓶301，導致殘存在噴嘴207和管道311中的大顆粒物質和氣泡從系統中排出，保證噴印正常進行。請參見圖4，本發明實施例中，紫外光固化系統102由紫外燈401、石英水套402、 冷水機403、熔斷器405、鎮流器406和觸發器407等組成。其中，交流電源404通過熔斷器 405、鎮流器406和觸發器407與紫外燈401相連，使紫外燈401發出紫外光408，用于固化噴嘴207噴射在紫外燈401下方的PCB板上形成的字符。紫外燈401固定在噴射系統101 的左右兩側，每側一個紫外燈。石英水套402套在紫外燈401的外面，冷水機403通過管道 410將冷卻水409輸送至石英水套402中，并從管道411流回冷水機403，這種循環水用于控制紫外燈401的溫度，提高固化效果，減少紫外燈401發出的熱量對其下方PCB板的不利影響。紫外光固化系統102僅是本發明的一種實例，也可以用其他的墨水固化系統來實現。請參見圖5，在本發明實施例中，外加熱系統由水箱501、水泵502、墨盒加熱墊板 503、噴頭加熱墊板504和自動恒溫加熱系統505等組成。其中，自動恒溫加熱系統505位于水箱501中，能使水箱501內的水加熱至所需溫度。水泵502通過管道506抽取水箱501 中的熱水，并通過管道507將熱水輸送至墨盒加熱墊板503中，然后通過管道510流回水箱501，這種水循環能使墨盒304和其中的墨水加熱至所需溫度；水泵502又通過管道508 將熱水輸至噴頭加熱墊板504中，然后通過管道509流回水箱501，這種水循環能使噴頭 201(202,203,204)和其中的墨水加熱至所需溫度。采用上述外加熱系統后，能使用無自加熱裝置的噴頭，可以使噴頭中的墨水溫度升高、黏度降低，這對于使用通常黏度較高紫外光固化墨水的字符噴印系統特別有益。上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現或使用本發明的，本領域普通技術人員可在不脫離本發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特征的最大范圍。
權利要求
1.一種印刷電路板字符噴印機，其包括 噴射系統，包括多個噴頭；供墨系統，包括墨盒，和該噴射系統連接，向該噴射系統提供墨水； 墨水固化系統，設置在該噴射系統的該些噴頭附近，快速固化噴射的字符墨水； 外加熱系統，加熱該噴射系統中的該些噴頭和該供墨系統中的該墨盒； 工作臺，包括X-Y方向工作臺和Z方向工作臺，其中該X-Y方向工作臺驅動固定于其上的印刷電路板，該Z方向工作臺上固定著該些噴頭，以便該Z方向工作臺在Z方向上驅動噴頭；控制系統，用于整個印刷電路板字符噴印機中各組件的自動控制。
2.根據權利要求1所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該印刷電路板字符噴印機還包括機身，其進一步包括 底座，用于支撐該X-Y方向工作臺； 橫梁，用于安裝該噴射系統； 立柱，安裝在底座上，該橫梁安裝其上。
3.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該噴射系統進一步包括噴頭陣列，由該些噴頭排列而成，固定在該橫梁上，以使噴印字符時無需作掃描運動， 其中每一噴頭上設有多個噴嘴。
4.根據權利要求1所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該噴頭為壓電式噴頭。
5.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該供墨系統進一步包括恒溫超聲波震蕩墨瓶，存儲和加熱墨水，并定期作震蕩運動以避免墨水中的顆粒物沉降或團聚；恒液位墨盒，存儲定量的墨水，并控制墨水液面相對噴嘴的高度恒定，供應噴頭所需的墨水；供墨泵及其供墨管路，連接該恒溫超聲波震蕩墨瓶和該恒液位墨盒，通過供墨管路抽取該恒溫超聲波震蕩墨瓶中的墨水并輸送至該恒液位墨盒；過濾器，安裝在該供墨泵和該恒液位墨盒之間，過濾墨水中的顆粒雜質； 噴頭清洗回路，內設控制閥和清洗管路，每個噴頭均有對應的控制閥和清洗管路，通過該控制閥和該供墨泵排除供墨管路和噴頭中殘存的雜質和氣泡。
6.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該墨水固化系統是紫外光固化系統，該紫外光固化系統進一步包括紫外燈，設置在該噴頭附近，通過發出的紫外光固化噴射的字符墨水； 鎮流器，連接該紫外燈，控制該紫外燈中的電流； 觸發器，觸發該紫外燈；冷卻水套，套在該紫外燈的外面，控制該紫外燈的溫度； 冷水器，用于向該冷卻水套供應冷卻水。
7.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該外加熱系統進一步包括墨盒加熱墊板，通過其中的熱水加熱該恒液位墨盒以及其中的墨水； 噴頭加熱墊板，通過其中的熱水加熱該些噴頭以及其中的墨水； 水箱，用于儲存熱水；自動恒溫加熱系統，位于該水箱中，加熱該水箱中的水；水泵，通過管路連接該水箱、該墨盒加熱墊板和該噴頭加熱墊板，用于抽取該水箱中儲存的熱水，輸送至該墨盒加熱墊板和該噴頭加熱墊板。
8.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該X-Y方向工作臺進一步包括X方向工作臺，用于安置該印刷電路板，并在X方向驅動固定其上的印刷電路板； Y方向工作臺，通過在Y方向上驅動該X方向工作臺，以使在Y方向上驅動固定在該X 方向工作臺上的印刷電路板；印刷電路板夾緊定位裝置，夾緊該印刷電路板的四邊，以使其相對X-Y方向工作臺定位。
9.根據權利要求3所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該Z方向工作臺進一步包括滑動臺，固定該噴頭陣列，通過在Z方向上驅動該滑動臺調節該噴頭距離該印刷電路板表面的距離。
10.根據權利要求2所述的印刷電路板字符噴印機，其特征在于，該控制系統包括 氣動控制系統，控制該印刷電路板的夾緊和定位；電氣控制系統，控制該印刷電路板字符噴印機的自動工作循環。
全文摘要
本發明公開了一種印刷電路板字符噴印機，取代傳統的絲網印刷術，用更好的品質、更高的效率和更低的成本印制印刷電路板上的字符。其技術方案為噴印機包括噴射系統，包括多個噴頭；供墨系統，包括墨盒，和噴射系統連接，向噴射系統提供墨水；墨水固化系統，設置在噴頭附近，快速固化噴射的字符墨水；外加熱系統，加熱噴頭和墨盒；工作臺，包括X-Y方向工作臺和Z方向工作臺，其中X-Y方向工作臺驅動固定于其上的印刷電路板，Z方向工作臺上固定著該些噴頭，以便Z方向工作臺在Z方向上驅動噴頭；控制系統，用于整個印刷電路板字符噴印機中各組件的自動控制。
文檔編號B41J3/407GK102152653SQ201010571
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者文成, 李寶, 牧青, 王宣, 王運贛, 繆育博, 黃哲赟 申請人:上海富奇凡機電科技有限公司, 江蘇銳畢利實業有限公司