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絲網印刷在PCB制造中的應用
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作者:jxwsdcom
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發布時間: 2018-09-21
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印制電路板(PCB)的出現與發展，給電子工業帶來了重大變革，它已經成為各種電子設備和儀器中必不可少的部件。隨著網印技術的不斷發展，用于PCB行業的新型網印材料、網印工藝及檢測設備已日臻完善，使得當前的網印工藝技術能夠適應高密度的PCB生產。絲網印刷在PCB制造中的應用主要有以下三個方面：
a． PCB表面阻焊層的應用；
b． PCB圖形轉移過程和抗蝕抗電鍍層的應用；
c． PCB表面標記符號的應用。
由于前兩種應用在技術上的實現較為困難，本文將針對性地予以介紹，同時針對PCB工藝的絲網印刷材料作概要性介紹。
一、絲網印刷材料
1．絲網
絲網是網印制版中最重要的組成部分，這是因為它是控制油墨的流動性和印刷厚度的關鍵，同時它決定了網版的耐用性和質開關制造技術中得到廣泛應用。除此之外，絲網與網版感光材料有極好的結合性也是制作高質量、高精度網印版的一個重要因素。為了保證絲網與感光材料的良好結合，傳統的做法是對新的絲網進行粗化及脫脂處理，這樣可以保證網版質量及延長絲網使用壽命。
2.印版感光材料
印版感光材料常用的有重氮感光劑、感光膜片等。在絲網印刷網版制作中普遍采用的是重氮型感光乳劑。感光膜片具有膜層厚度均勻可控、高解像力、高清晰度、耐磨、與絲網有強附著性等特點，在印制板的字符印刷中得到了廣泛的應用。
3.網框
網框的材質和截面的形狀非常重要，相對于某種規格的網框，如果網框強度不夠，則不能保證張力的一致性?，F在一般使用的是高張力鋁質網框。
4.網印油墨
下面主要介紹應用于PCB行業的部分網印油墨，具體用途及特性見表l。
二、PCB表面阻焊層的應用
印制電路板的阻焊膜是一個永久性的保護層，它不僅在功能上具有防焊、保護、提高絕緣電阻等作用，而且對電路板的外觀質量也有很大影響。早期阻焊膜印刷是先使用阻焊底片制作網版圖形，再印刷UV光固化型阻焊油墨。每次印刷后，由于絲網變形、定位不準等原因造成焊盤上殘留多余的阻焊膜，需要很長的時間來刮除，消耗大量的人力與時間。液態感光阻焊油墨不需要制作網版圖形，采用空網印刷，接觸式曝光。這種工藝對位精度高、阻焊膜附著力強、耐焊性好、生產效率高，現已逐漸代替光固型油墨。
1．工藝流程
制阻焊膜底片→沖底片定位孔→清洗印制板→配制油墨→雙面印刷→預烘→曝光→顯影→熱固
2．關鍵工藝過程分析
(1) 預烘
預烘的目的是為了蒸發油墨中所含的溶劑，使阻焊膜成為不粘的狀態。針對油墨的不同，其預烘的溫度、時間各不相同。預烘溫度過高，或干燥時間過長，會導致顯影不良，降低解像度；預烘時間過短，或溫度過低，在曝光時會粘連底片，在顯影時，阻焊膜會受到碳酸鈉溶液的侵蝕，引起表面失去光澤或阻焊膜膨脹脫落。
(2)曝光
曝光是整個工藝過程的關鍵。對于陽圖片，曝光過度時，由于光的散射，圖形或線條邊緣的阻焊膜與光反應(主要是阻焊膜中含有的感光性聚合物與光反應)，生成殘膜，而使解像度降低，造成顯影出的圖形變小，線條變細；若曝光
不足時，結果與上述情況相反，顯影出的圖形變大，線條變粗。這種情況通過測試可以反映出：曝光時間長的，測出的線寬是負公差；曝光時間短的，測出的線寬是正公差。在實際工藝過程中，可選用“光能量積分儀”來測定最佳曝光時間。
(3)油墨粘度調節
液態感光阻焊油墨的粘度主要是通過硬化劑與主劑的配比以及稀釋劑添加量來控制。如果硬化劑的加入量不夠，可能會產生油墨特性的不平衡。硬化劑混合后，在常溫下會進行反應，其粘度變化如下。
30min以內：油墨主劑和硬化劑還沒有充分融合，流動性不夠，印刷時會堵塞絲網。
30min～10h：油墨主劑和硬化劑已充分融合，流動性適當。
10h以后：油墨本身各材料間的反應一直主動進行，結果造成流動性變大，不好印刷，硬化劑混合后的時間越長，樹脂和硬化劑的反應也越充分，隨之油墨光澤也變好。為使油墨光澤均勻、印刷性好，最好在硬化劑混合后放置30min開始印刷。
如果稀釋劑加入過多，會影響油墨的耐熱性及硬化性?？傊?，液態感光阻焊油墨的粘度調節十分重要：粘度過稠，網印困難。網版易粘網；粘度過稀，油墨中的易揮發溶劑量較多，給預固化帶來困難。
油墨的粘度采用旋轉式粘度計測量。在生產中，還要根據不同的油墨及溶劑，具體調整粘度的最佳值。
三、PCB圖形轉移過程中抗蝕抗電鍍層的應用
在印制板的制作工藝中，圖形轉移是關鍵工序，以前常用干膜工藝來進行印制電路圖形的轉移?，F在，濕膜主要用于多層印制板的內層線路圖形的制作和雙面及多層板的外層線路圖形的制作。
1．工藝過程
前處理→網印→烘烤→曝光→顯影→抗電鍍或抗腐蝕→去膜→下道工序
2．關鍵工藝過程分析
(1) 涂布方式的選擇
濕膜涂布的方式有網印型、滾涂型、簾涂型、浸涂型。
在這幾種方法中，滾涂型方法制作的濕膜表面膜層不均勻，不適合制作高精度印制板；簾涂型方法制作的濕膜表面膜層均勻一致，厚度可精確控制，但簾涂式涂布設備價格昂貴、適合大批量生產；浸涂型方法制作的濕膜表面膜層厚度較薄，抗電鍍性差。根據現行PCB生產要求，一般采用網印型方法進行涂布。
(2)前處理
濕膜和印制板的粘合是通過化學鍵合來完成，通常濕膜是一種以丙稀酸鹽為基本成分的聚合物，它是通過自由移動的未聚合的丙稀酸鹽團與銅結合。本工藝采用先化學清洗再機械清洗的方法來確保上述的鍵合作用，從而使表面無氧化、無油污、無水跡。
(3)粘度與厚度的控制
油墨粘度與稀釋劑的關系見圖l。
由圖中可以看出，在5％的點上，濕膜的枯度為150PS，低于此粘度印刷的厚度，達不到要求。濕膜印刷原則上不加稀釋劑，如要添加應控制在5％以內。
濕膜的厚度是通過下述公式來計算：
hw＝[hs- (S + hs)]+P％
式中，hw為濕膜厚度；hs為絲網厚度；S為填充面積；P為油墨固體含量。
以100目的絲網為例：
絲網厚度：60 μm；開孔面積：30％；油墨的固體含量：50％。
濕膜的厚度=[60-(60×70％)]× 50％=9μm
當濕膜用于抗腐蝕時，其膜厚一般要求為15～20μ m；當用于抗電鍍時其膜厚一般要求為20～30μm。因此，濕膜用于抗腐蝕時，應印刷2遍，此時厚度為18μm左右，符合抗腐蝕要求；用于抗電鍍時，應印刷3遍，此時厚度為27μm左右，符合抗電鍍膜厚要求。濕膜過厚時易產生曝光不足、顯像不良、耐蝕刻差等缺點，抗電鍍時會被藥水浸蝕，造成脫膜現象，且感壓性高，在貼合底片時易產生粘底片情況；膜過薄時容易產生曝光過度、電鍍絕緣性差、脫膜和在膜層上出現電鍍金屬的現象等缺點，另外，曝光過度時，去膜速度也較慢。
四、結論
隨著網印技術的發展，網印技術在印制電路制造業中占有越來越重要的地位，它的應用，不僅提高了印制電路的生產效率，降低了印制電路的生產成本，還提高了印制電路板的加工質量。另一方面，由于網印材料的研究、開發與應用，特別是功能性油墨的開發，使絲網印刷的應用領域更加多樣化，并且得到了不斷擴展，例如薄膜開關制造技術中的銀漿印刷；SMT制造技術中焊膏的印刷與模板制造；PCB可剝性油墨的應用等。
a． PCB表面阻焊層的應用；
b． PCB圖形轉移過程和抗蝕抗電鍍層的應用；
c． PCB表面標記符號的應用。
由于前兩種應用在技術上的實現較為困難，本文將針對性地予以介紹，同時針對PCB工藝的絲網印刷材料作概要性介紹。
一、絲網印刷材料
1．絲網
絲網是網印制版中最重要的組成部分，這是因為它是控制油墨的流動性和印刷厚度的關鍵，同時它決定了網版的耐用性和質開關制造技術中得到廣泛應用。除此之外，絲網與網版感光材料有極好的結合性也是制作高質量、高精度網印版的一個重要因素。為了保證絲網與感光材料的良好結合，傳統的做法是對新的絲網進行粗化及脫脂處理，這樣可以保證網版質量及延長絲網使用壽命。
2.印版感光材料
印版感光材料常用的有重氮感光劑、感光膜片等。在絲網印刷網版制作中普遍采用的是重氮型感光乳劑。感光膜片具有膜層厚度均勻可控、高解像力、高清晰度、耐磨、與絲網有強附著性等特點，在印制板的字符印刷中得到了廣泛的應用。
3.網框
網框的材質和截面的形狀非常重要，相對于某種規格的網框，如果網框強度不夠，則不能保證張力的一致性?，F在一般使用的是高張力鋁質網框。
4.網印油墨
下面主要介紹應用于PCB行業的部分網印油墨，具體用途及特性見表l。
二、PCB表面阻焊層的應用
印制電路板的阻焊膜是一個永久性的保護層，它不僅在功能上具有防焊、保護、提高絕緣電阻等作用，而且對電路板的外觀質量也有很大影響。早期阻焊膜印刷是先使用阻焊底片制作網版圖形，再印刷UV光固化型阻焊油墨。每次印刷后，由于絲網變形、定位不準等原因造成焊盤上殘留多余的阻焊膜，需要很長的時間來刮除，消耗大量的人力與時間。液態感光阻焊油墨不需要制作網版圖形，采用空網印刷，接觸式曝光。這種工藝對位精度高、阻焊膜附著力強、耐焊性好、生產效率高，現已逐漸代替光固型油墨。
1．工藝流程
制阻焊膜底片→沖底片定位孔→清洗印制板→配制油墨→雙面印刷→預烘→曝光→顯影→熱固
2．關鍵工藝過程分析
(1) 預烘
預烘的目的是為了蒸發油墨中所含的溶劑，使阻焊膜成為不粘的狀態。針對油墨的不同，其預烘的溫度、時間各不相同。預烘溫度過高，或干燥時間過長，會導致顯影不良，降低解像度；預烘時間過短，或溫度過低，在曝光時會粘連底片，在顯影時，阻焊膜會受到碳酸鈉溶液的侵蝕，引起表面失去光澤或阻焊膜膨脹脫落。
(2)曝光
曝光是整個工藝過程的關鍵。對于陽圖片，曝光過度時，由于光的散射，圖形或線條邊緣的阻焊膜與光反應(主要是阻焊膜中含有的感光性聚合物與光反應)，生成殘膜，而使解像度降低，造成顯影出的圖形變小，線條變細；若曝光
不足時，結果與上述情況相反，顯影出的圖形變大，線條變粗。這種情況通過測試可以反映出：曝光時間長的，測出的線寬是負公差；曝光時間短的，測出的線寬是正公差。在實際工藝過程中，可選用“光能量積分儀”來測定最佳曝光時間。
(3)油墨粘度調節
液態感光阻焊油墨的粘度主要是通過硬化劑與主劑的配比以及稀釋劑添加量來控制。如果硬化劑的加入量不夠，可能會產生油墨特性的不平衡。硬化劑混合后，在常溫下會進行反應，其粘度變化如下。
30min以內：油墨主劑和硬化劑還沒有充分融合，流動性不夠，印刷時會堵塞絲網。
30min～10h：油墨主劑和硬化劑已充分融合，流動性適當。
10h以后：油墨本身各材料間的反應一直主動進行，結果造成流動性變大，不好印刷，硬化劑混合后的時間越長，樹脂和硬化劑的反應也越充分，隨之油墨光澤也變好。為使油墨光澤均勻、印刷性好，最好在硬化劑混合后放置30min開始印刷。
如果稀釋劑加入過多，會影響油墨的耐熱性及硬化性?？傊?，液態感光阻焊油墨的粘度調節十分重要：粘度過稠，網印困難。網版易粘網；粘度過稀，油墨中的易揮發溶劑量較多，給預固化帶來困難。
油墨的粘度采用旋轉式粘度計測量。在生產中，還要根據不同的油墨及溶劑，具體調整粘度的最佳值。
三、PCB圖形轉移過程中抗蝕抗電鍍層的應用
在印制板的制作工藝中，圖形轉移是關鍵工序，以前常用干膜工藝來進行印制電路圖形的轉移?，F在，濕膜主要用于多層印制板的內層線路圖形的制作和雙面及多層板的外層線路圖形的制作。
1．工藝過程
前處理→網印→烘烤→曝光→顯影→抗電鍍或抗腐蝕→去膜→下道工序
2．關鍵工藝過程分析
(1) 涂布方式的選擇
濕膜涂布的方式有網印型、滾涂型、簾涂型、浸涂型。
在這幾種方法中，滾涂型方法制作的濕膜表面膜層不均勻，不適合制作高精度印制板；簾涂型方法制作的濕膜表面膜層均勻一致，厚度可精確控制，但簾涂式涂布設備價格昂貴、適合大批量生產；浸涂型方法制作的濕膜表面膜層厚度較薄，抗電鍍性差。根據現行PCB生產要求，一般采用網印型方法進行涂布。
(2)前處理
濕膜和印制板的粘合是通過化學鍵合來完成，通常濕膜是一種以丙稀酸鹽為基本成分的聚合物，它是通過自由移動的未聚合的丙稀酸鹽團與銅結合。本工藝采用先化學清洗再機械清洗的方法來確保上述的鍵合作用，從而使表面無氧化、無油污、無水跡。
(3)粘度與厚度的控制
油墨粘度與稀釋劑的關系見圖l。
由圖中可以看出，在5％的點上，濕膜的枯度為150PS，低于此粘度印刷的厚度，達不到要求。濕膜印刷原則上不加稀釋劑，如要添加應控制在5％以內。
濕膜的厚度是通過下述公式來計算：
hw＝[hs- (S + hs)]+P％
式中，hw為濕膜厚度；hs為絲網厚度；S為填充面積；P為油墨固體含量。
以100目的絲網為例：
絲網厚度：60 μm；開孔面積：30％；油墨的固體含量：50％。
濕膜的厚度=[60-(60×70％)]× 50％=9μm
當濕膜用于抗腐蝕時，其膜厚一般要求為15～20μ m；當用于抗電鍍時其膜厚一般要求為20～30μm。因此，濕膜用于抗腐蝕時，應印刷2遍，此時厚度為18μm左右，符合抗腐蝕要求；用于抗電鍍時，應印刷3遍，此時厚度為27μm左右，符合抗電鍍膜厚要求。濕膜過厚時易產生曝光不足、顯像不良、耐蝕刻差等缺點，抗電鍍時會被藥水浸蝕，造成脫膜現象，且感壓性高，在貼合底片時易產生粘底片情況；膜過薄時容易產生曝光過度、電鍍絕緣性差、脫膜和在膜層上出現電鍍金屬的現象等缺點，另外，曝光過度時，去膜速度也較慢。
四、結論
隨著網印技術的發展，網印技術在印制電路制造業中占有越來越重要的地位，它的應用，不僅提高了印制電路的生產效率，降低了印制電路的生產成本，還提高了印制電路板的加工質量。另一方面，由于網印材料的研究、開發與應用，特別是功能性油墨的開發，使絲網印刷的應用領域更加多樣化，并且得到了不斷擴展，例如薄膜開關制造技術中的銀漿印刷；SMT制造技術中焊膏的印刷與模板制造；PCB可剝性油墨的應用等。
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