丝网印刷在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。
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工艺的丝网印刷材料作概要性介绍。
一、丝网印刷材料
1．丝网
丝网是网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，同时它决定了网版的耐用性和质开关制造技术中得到广泛应用。除此之外，丝网与网版感光材料有极好的结合性也是制作高质量、高精度网印版的一个重要因素。为了保证丝网与感光材料的良好结合，传统的做法是对新的丝网进行粗化及脱脂处理，这样可以保证网版质量及延长丝网使用寿命。
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。在丝网印刷网版制作中普遍采用的是重氮型感光乳剂。感光膜片具有膜层厚度均匀可控、高解像力、高清晰度、耐磨、与丝网有强附着性等特点，在印制板的字符印刷中得到了广泛的应用。
3.网框
    网框的材质和截面的形状非常重要，相对于某种规格的网框，如果网框强度不够，则不能保证张力的一致性。现在一般使用的是高张力铝质网框。
4.网印油墨
下面主要介绍应用于PCB行业的部分网印油墨，具体用途及特性见表l。
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网版图形，再印刷UV光固化型阻焊油墨。每次印刷后，由于丝网变形、定位不准等原因造成焊盘上残留多余的阻焊膜，需要很长的时间来刮除，消耗大量的人力与时间。液态感光阻焊油墨不需要制作网版图形，采用空网印刷，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→冲底片定位孔→清洗印制板→配制油墨→双面印刷→预烘→曝光→显影→热固
2．关键工艺过程分析
(1) 预烘
    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(主要是阻焊膜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，印刷时会堵塞丝网。
30min～10h：油墨主剂和硬化剂已充分融合，流动性适当。
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：粘度过稠，网印困难。网版易粘网；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板的外层线路图形的制作。
1．工艺过程
前处理→网印→烘烤→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
    湿膜涂布的方式有网印型、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；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，一般采用网印型方法进行涂布。
(2)前处理
    湿膜和印制板的粘合是通过化学键合来完成，通常湿膜是一种以丙稀酸盐为基本成分的聚合物，它是通过自由移动的未聚合的丙稀酸盐团与铜结合。本工艺采用先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)粘度与厚度的控制
    油墨粘度与稀释剂的关系见图l。
由图中可以看出，在5％的点上，湿膜的枯度为150PS，低于此粘度印刷的厚度，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；hs为丝网厚度；S为填充面积；P为油墨固体含量。
以100目的丝网为例：
丝网厚度：60 μm；开孔面积：30％；油墨的固体含量：50％。
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15～20μ m；当用于抗电镀时其膜厚一般要求为20～30μm。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、显像不良、耐蚀刻差等缺点，抗电镀时会被药水浸蚀，造成脱膜现象，且感压性高，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，去膜速度也较慢。
四、结论
    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，例如薄膜开关制造技术中的银浆印刷；SMT制造技术中焊膏的印刷与模板制造；PCB可剥性油墨的应用等