做和丝网印刷在PCB制造中的应用

丝印刷在PCB制造中的应用

印制电路板（PCB）的出现与发展，给电子工业带来了重大变革，它已经成为各种电子设备和仪器中必不可少的部件。随着印技术的不断发展，用于PCB行业的新型印材料、印工艺及检测设备已日臻完善，使得当前的印工艺技术能够适应高密度的PCB生产。丝印刷在PCB制造中的应用主要有以下三个方面： a可见．PCB表面阻焊层的应用； b．PCB图形转移过程中抗蚀抗电镀层的应用； c．PCB表面颇搬号层的应用。 由于前两种应用在技术上的实现较为困难，本文将针对性地予以介绍，同时针对PCB工艺的丝印刷材料作概要性介绍。 —、丝印刷材料 1．丝 丝是同印制版中最重要的组成部分，这是因为它是控制油墨的流动性和印刷厚度的关键，同时它决定了版的耐用性和质量。近年来一些高张力、单丝、平织聚酯丝的推出，使丝印刷在SMT模板制作、印制电路制造技术、薄膜开关制造技术中得到广泛应用。除此之外，丝与版感光材料有极好的结合性也是制作高质量、高精度同印版的一个重要因素。为了保证丝与感光材料的良好结合，传统的做法是对新的丝进行粗化及脱脂处理，这样可以保证版质量及延长丝使用寿命。 2．印版感光材料 印版感光材料常用的有重氮感光剂、感光膜片等。在丝印刷版制作中普遍采用的是重氮型感光乳剂。感光膜片具有瞑层厚度均匀可控、高解像刀、高清晰度、耐磨、与丝有强附着性等特点，在印制板的字符印刷中得到了广泛的应用。 3．框 框的材质和截面的形状非常重要，相对于某种规格的框，如果框强度不够，则不能保证张力的一致性。现在一般使用的是高张力铝质框。 4．同印油墨 下面主要介绍应用于PCB行业的部分印油墨，具体用途及特性见表1。 二、PCB表面阻焊层的应用 印制电路板的阻焊膜是一个永久性的保护层，它不仅在功能上具有防焊、保护、提高绝缘电阻等作用，而且对电路板的外观质量也有很大影响。早期阻焊膜印刷是先使用阻焊底片制作同版图形，再印刷UV光固化型阻焊油墨。每次印刷后，由于丝变形、定位不准等原因造成焊盘上残留多余的阻焊膜．需要很长的时间来到除，消耗大量的人力与时间。液态感光阻焊油墨不需要制作版图形，采用空同印刷，接触式曝光。这种工艺对位精度高、阻焊膜附着力强、耐焊性好、生产效率高，现已逐渐代替光固型油墨。 1．工艺流程 制阻焊膜底片一冲底片定位孔～清洗印制板～配制油墨一双面印刷～预烘的曝光一显影一热固 2．关键工艺过程分析 （1）预烘 表1部分PCS油墨的测试终了自动求算最大气力、上、下屈服强度、 滞后环法、逐渐逼近法、非比例延伸强度、抗拉强度、抗压强度、任意点定伸长强度、 任意点定负荷延伸、弹性模量、延伸率、剥离区间最大值、最小值、平均值、曲折模量等等用途及特性品种用途与特性显影型液态抗蚀抗电镀油墨用于多层PCB内层制作及高精度、高频PCB抗蚀图形的制作，双面及单面PCB板的抗蚀图形的制作。曝光时间短、显影速度快、脱膜容易、耐电镀性及耐蚀刻性优良。紫外光固化型液态抗蚀油墨用于单面及非金属化孔PCB抗蚀图形的制作。固化速度快，耐电镀性及耐蚀刻性优良。显影型液态感光阻焊油墨用于高密度PCB绝缘保护。具有显影精度高、曝光范围广、显影迅速、耐热耐酸碱、耐电镀、耐潮湿性优良，与铜范附着力优良。紫外光固化型阻焊油墨光固化二液型字符油墨用于一般PCB的绝缘保护，耐热耐酸碱、耐电镀、耐潮湿性优良。用于多层及单双面印制板表面标记符号层。附着力强，印的字符饱满、清晰、美观。 预烘的目的是为了蒸发油墨中所含的溶剂，使阻焊膜成为不粘的状态。针对油墨的不同，其预烘的温度、时间各不相同。预烘温度过高，或干燥时间过长，会导致显影不良，降低解像度；预烘时间过短，或温度过低，在曝光时会粘连底片，在显影时，阻焊膜会受到碳酸钠溶液的侵蚀，引起表面失去光泽或阻焊膜膨胀脱落。 （2）曝光 曝光是整个工艺过程的关键。对于阳图片，曝光过度时，由于光的散射，图形或线条边缘的阻焊膜与光反应（主要是阻焊股中含有的感光性聚合物与光反应），生成残膜，而使解像度降低，造成显影出的图形变小，线条变细；若曝光不足时，结果与上述情况相反，显影出的图形变大，线条变粗。这种情况通过测试可以反映出：曝光时间长的，测出的线宽是负公差；曝光时间短的，测出的线宽是正公差。在实际工艺过程中，可选用“光能量积分仪”来测定最佳曝光时间。 （3）油墨粘度调节 液态感光阻焊油墨的粘度主要是通过硬化剂与主剂的配比以及稀释剂添加量来控制。如果硬化剂的加入量不够，可能会产生油墨特性的不平衡。硬化剂混合后，在常温下会进行反应，其粘度变化如下。 30min以内：油墨主剂和硬化剂还没有充分融合，流动性不够，印刷时会堵塞丝。 3min～10h：油墨主剂和硬化剂已充分融合，流动性适当。 拉力局限在200牛顿的了就曾足够10h以后：油墨本身各材料间的反应一直主动进行，结果造成流动性变大，不好印刷，硬化剂混合后的时间越长，树脂和硬化剂的反应也越充分，随之油墨光泽也变好。为使油墨光泽均匀、印刷性好，最好在硬化剂混合后放置30min开始印刷。 如果稀释剂加入过多，会影响油墨的耐热性及硬化性。总之，液态感光阻焊油墨的粘度调节十分重要：粘度过调，同印困难，版易粘；粘度过稀，油墨中的易挥发溶剂量较多，给预固化带来困难。 油墨的粘度采用旋转式粘度计测量。在生产中，还要根据不同的油墨及溶剂，具体调整粘度的最佳值。 三、PCB图形转移过程中抗蚀抗电镀层的应用 在印制板的制作工艺中，图形转移是关键工序，以前常用干膜工艺来进行印制电路图形的转移。现在，湿膜主要用于多层印制板的内层线路图形的制作和双面及多层极的外层线路图形的制作。 1．工艺过程 前处理～印～烘烤一曝光～显影～抗电镀或抗腐蚀～去膜～下道工序 2．关键工艺过程分析 （1）涂布方式的选择 湿膜涂布的方式有同印型、滚涂型、帘涂型、浸涂型。 在这几种方法中，滚涂型方法制作的湿膜表面膜层不均匀，不适合制作高精度印制板Z帘涂型方法制作的湿 膜表面膜层均匀一致，厚度可精确控制，但帘涂式涂布设备价格昂贵、适合大批量生产；浸涂型方法制作的湿膜表面膜层厚度较薄，抗电镀性差。根据现行PCB生产要求，一般采用同印型方法进行涂布。 （2）前处理 湿膜和印制板的粕合是通过化学键合来完成，通常湿膜是一种以丙烯酸盐为基本成分的聚合物，它是通过 自由移动的末聚合的丙烯酸盐团与钢结合。本工艺采用光化学清洗再机械清洗的方法来确保上述的键合作用，从而使表面无氧化、无油污、无水迹。 （3）粕度与厚度的控制 油墨粘度与稀释剂的关系见图1。 由图中可以看出，在5％的点上，湿膜的粕度为150PS，低于此粕度印刷的厚度，达不到要求。湿膜印刷原则上不加稀释剂，如要添加应控制在5％以内。 湿膜的厚度是通过下述公式来计算： hw－［hs-（S×hs）］×P％ 式中，hw为湿膜厚度h一为丝厚度；hs为填充面积ZP为油墨固体含量。 以100目的丝为例： 丝厚度：60μm；开面积：3O％；油墨的固体含量：50％。图1 油墨粘度与稀释剂的关系 湿膜的厚度＝[60-(60×70％）]×50％＝9μm 当湿膜用于抗腐蚀时，其膜厚一般要求为15～20μm；当用于抗电镀时其膜厚一般要求为2O－30μm。因此，湿膜用于抗腐蚀时，应印刷2遍，此时厚度为18μm左右，符合抗腐蚀要求；用于抗电镀时，应印刷3遍，此时厚度为27μm左右，符合抗电镀膜厚要求。湿膜过厚时易产生曝光不足、显像不久、耐蚀刻差等缺点，抗电镀时会被药水浸蚀，造成脱瞑现象，目感压性高，在贴合底片时易产生粘底片情况；膜过薄时容易产生曝光过度、电镀绝缘性差、脱膜和在膜层上出现电镀金属的现象等缺点，另外，曝光过度时，去膜速变也较慢。 四、结论 随着印技术的发展，印技术在印制电路制造业中占有越来越重要的地位，它的应用，不仅提高了印制电路的生产效率，降低了印制电路的生产成本，还提高了印制电路板的加工质量。另一方面，由于同印材料的研究、开发与应用，特别是功能性油墨的开发，使丝印刷的应用领域更加多样化，并且得到了不断扩展， 例如薄膜开关制造技术中的银浆印刷ZSMT制造技术中焊膏的印刷与模板制造ZPCB可剥性油墨的应用等。 （作者单位：华东电子工程研究所，230033；收稿日期：2001－O3－26）

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