丝网印刷工艺在印制电路行业中的应用(一)

本文从丝网印刷工艺的技术分类、其应用所具备的条件,以及其在单面板生产过程中的工艺操作等方面进行了深入浅出的介绍和诠释.另外还对字符油墨印刷工艺进行了简要说明.

印制电路板的出现与发展,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.随着网印技术的不断发展,用于PCB行业的新型网印材料、网印工艺及检测设备已日臻完善,使得当前的网印工艺技术能够适应高密度的PCB生产.

丝网印刷在PCB制造中的应用主要有以下三个方面：

a.PCB表面阻焊层的应用；

b.PCB图形转移过程和抗蚀抗电镀层的应用；

c.PCB表面标记符号的应用.

随着网印技术的发展,网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,由于网印材料的研究、开发与应用,特别是功能性油墨的开发,使丝网印刷的应用领域更加多样化,并且得到了不断扩展.

一、线路形成的生产工艺

1.图形形成的工艺分类：

图形形成工艺有丝网印刷工艺和感光工艺.印刷工艺在图形形成后有一固化工序,有光固化法和热固化法二大类.

2.丝网印刷：

1）印刷技术分类

印制板印料俗称油墨,网印离不开印料,印制板印料的种类：（如下图1所示）

2）应具备以下的条件：

图中七项印料（油墨）,尽管因用途不同所应具备的性能也不同,但为了满足多种用途的需要,印料的性能必须具备以下条件：

a）化学稳定性好：

抗蚀油墨要求在蚀刻液内不被溶解,不脱落、不起泡和抗蚀良好.耐电镀油墨,必须具备耐酸、耐碱、耐电镀液的特性,而且要求电阻率高,绝缘性好.阻焊防护油墨要求耐高温、可耐焊性好,同时要求耐工业大气,耐盐雾、耐霉菌等.

b）干燥速度适宜：

油墨在丝网上未漏印前,干燥速度越慢越好,若粘度不变,最利于网印操作及网印质量.油墨一经漏印到覆铜板上,则要求干燥速度快些好,以缩短生财之道周期,便于自动留守处生产.

c）对覆铜板粘附性要好：

要求网印在覆铜板上的各种油墨,在整个工艺过程中,不脱落、不起泡、不变形、粘附性能良好.

d）粘度合适触变性好：

油墨的粘度尤其重要,可按每种油墨的技术说明书要求调配.粘度过大,漏印困难；粘度太小,漏印图象易扩散,失真大.油墨触变性好,网印图形整齐,饱满；反之,网印困难,针孔砂眼多.

e）颜色要适中：

油墨的颜色和铜箔颜色色差大些好.同时色彩要柔和协调,不反光,不刺眼,有利于修板工作和检验网印质量.

f）透印能力好：

油墨颗粒度要小,流动性要好,网印轻松省力,网印图形针孔小,覆盖能力强.

g）和网版不发生化学反应：

油墨本身和所用稀释剂,不能和网版发生任何化学反应,否则网版会受到破坏.

h）便于去除：

对抗蚀油墨和抗电镀油墨而言,一经蚀刻完毕或电镀结束,即要去除掉油墨.这一工序应越简单越好,故需油墨易于溶解于稀酸、稀硷或有机溶剂.

3.丝网印刷在单面板生产的操作工艺：

（1）工艺流程：（见图2）

（2）操作说明介绍：

1）切料：

根据工厂的生产技术水平,将大料切裁成需要的生产工艺所需要的小料.

2）前处理磨板：

正确使用磨板机.掌握磨痕实验法、水膜破裂法.铜板面应洁净,无油脂或氧化物.印前须刷洗板面.

3）线路图形印刷：（正确制备优质的网版）

建议采用100-120T/cm的尼龙或聚酯网,但是印刷的稳定性及油墨本身的流动性允许选用高达165T/cm的丝网.建议采用直接或混合感光胶法制版,若选用毛细水菲林或者“五星红”间接菲林制做线路更平直挺刮.

4）胶刮的选用：

选用70-75度中等硬度左右的聚氨酯胶刮.

5）油墨：

UV油墨不需要添加稀释剂.

6）机器：

采用手动、半自动、全自动化印刷机均可.

7）试印

8）UV固化

固化速度4-6m/min.UV能量1400-2000mj/cm2.

9）蚀刻后退膜

a）常采用酸性氯化铜蚀刻液.

b）蚀刻过程中,氯化铜中的Cu2+具有氧化性,能将板面上的铜氧化成Cu1+,其反应式如下：

蚀刻反应：Cu+CuCl2等于Cu2Cl2

形成的Cu2Cl2是不易溶于水的,在有过量的Cu2+存在下,能形成可溶性的络离子.

其反应如下：

络合反应：Cu2Cl2+4Cu2+等于[CuCl3]2

随着铜的蚀刻,溶液中的Cu1+越来越多,蚀刻能力很快就会下降,以至最后失去效能,为了保持蚀刻能力,可通过各种方式对蚀刻液进行再生,使Cu1+重新转变成Cu2+.

c）蚀刻液温度的上升,蚀刻速率加快.但不宜过高,一般控制在40-55℃范围内（注意设备说明书）温度太高会引起HCL过多地挥发,造成溶液比例失调.另外,如果温度过高,某些抗氧化层会被损坏.

10）钻定位孔

可采用手工目测钻孔,此法精度误差大.用手工但借助于光电扫描自动对准钻孔法,此法大大地提高了钻孔精度.11）后磨板处理：同前磨板处理要求

12）UV阻焊油墨印刷（制备优质的网版）

选用90-110T/cm的聚酯网可得到15-20μm的膜厚.粗网得到的厚膜会导致UV固化不充分而影响阻焊性能和附着力.建议用直接或混合制版网版印刷,在印刷面上直接感光胶应涂约厚10μm；

13）胶刮的选用：中等硬度（60-700）的聚氨酯胶刮

14）油墨：UV油墨不需要添加稀释剂；

15）试印：应进行试印.

16）固化：UV光固化,汞灯/金属卤素灯.固化能量：1500-2500mj/cm2（根据具体油墨型号）.

17）油墨的性能：固化后铜面上的铅笔硬度应在3H以上.固化后的阻焊膜能耐波峰焊,260℃/5秒滚锡不起泡.

18）印标记/字符油墨：根据需要印制标记或字符,有些是单面,有些是双面都要印.

19）UV光固化.

20）模具成型：单面板几乎全部采用模具一次性冲裁成型,效率高.

21）涂覆助焊剂：目前多采用免清洗助焊剂,有些还使用助焊剂.

二、字符油墨印刷工艺

1.字符的作用：

组件标示符号,以便客户插件和修理.

2.印刷方式与字符油墨分类：

字符一般采用丝印的方式生产.其字符油墨类型主要分二种.其分别为：热固化字符油与UV字符油.

3.丝印机生产工作确认：

重新印刷前需检查,检查项目为印刷压力,覆墨压力参数是否OK；试印刷5块检查有无不过油、字符重影、移位等问题.

4.丝印条件：

a.印刷速度：3.0±1.8m/min

b.三点组合气压：6.25±1.25kg/cm2

c.刮墨刀压力：6.0±2.0kg/cm2

d.刮墨刀角度：65°±20°

e.网距：1±0.1cm

备注：白字常用丝网为120T或140T.丝网张力为20±2N/cm2

5.烘烤条件：

5.1热固油烘烤条件如下：

a.烘烤温度设定：150°C

b.烘烤时间：

b1.单面文字：30min

b2.双面文字：第一面为15min；第二面为30min

5.2UV油固化条件：

固化（uv）文字油墨光固化条件为使UV油完全固化,增强字符与绿油之间的结合力,UV能量须保证1000mj/cm2以上.（备注：UV能量控制范围1000～1600mj/cm2）

表二．字符常见问题原因分析及改善对策：