噴墨打印PCB阻焊工藝簡介

Alanwang

   

3D 噴墨打印PCB阻焊工藝簡介

王小隴 2023.3編

印制電路板PCB(printedcircuit board)是當(dāng)前電子產(chǎn)品不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的pcb生產(chǎn)制作流程在節(jié)能減排和制造精度上都存在著一些無法克服的問題。PCB噴墨打印技術(shù)在縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)精度、減少環(huán)境污染等方面具有諸多優(yōu)勢。

目     錄

第一部分——阻焊制程概述

1.1   阻焊的用途

1.2   3D 噴墨打印阻焊油墨類型

1.3   3D 噴墨打印阻焊油墨監(jiān)測

1.4   3D 噴墨打印油墨的組成及反應(yīng)原理介紹

第二部分——工藝簡介

2.1   3D 噴墨打印阻焊工序流程圖

2.2   工藝流程介紹

2.3   制作中的工藝控制

第三部分——噴墨打印阻焊的品質(zhì)

第四部分——發(fā)展展望

第一部分——阻焊制程概述

1.1、阻焊的用途

將阻焊油墨轉(zhuǎn)移到線路板上,形成與底片一致的圖形,阻焊膜是一種保護(hù)膜，可防止焊接時(shí)橋接,提供長時(shí)間的絕緣環(huán)境和抗化學(xué)保護(hù)作用，形成PCB板漂亮的外衣。

a. 防焊：留出板上的通孔及PAD，將所有線路和銅面都覆蓋住，防止波峰焊時(shí)造成短路,并節(jié)省焊錫用量；

b． 護(hù)板：防止?jié)駳狻⑺釅A性環(huán)境及各種電解質(zhì)的侵蝕使線路氧化而出現(xiàn)電氣性能問題，并防止外來的機(jī)械傷害以維護(hù)線路板的絕緣效果；

c. 絕緣：由于板子越來越薄，線寬線距越來越細(xì)，故導(dǎo)體間的絕緣問題日益突出,也增加了防焊油墨絕緣性的重要性。

1.2、3D 噴墨打印阻焊油墨的類型

UV噴墨油墨以其節(jié)能、環(huán)保、高效等眾多優(yōu)勢成為目前受到最多關(guān)注的新型油墨,并擁有巨大的發(fā)展前景。它是一種反應(yīng)型油墨，在紫外光輻照下，數(shù)秒甚至一秒之內(nèi)就可以干燥固化,對絕大多數(shù)承印材料的附著力良好，且對化學(xué)、物理環(huán)境的耐受性較好。

1.3、3D 噴墨打印阻焊油墨使用與監(jiān)控

噴墨打印油墨為預(yù)制型油墨，在開啟時(shí)搖晃瓶身即可開啟添加，在使用過程中只需要監(jiān)控油墨粘度即可。

a.取樣：測量粘度時(shí)，用一次性針管,吸取待測的油墨10-20ml；

b.監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；將樣品放入粘度測量槽內(nèi), 等待測量結(jié)束。粘度數(shù)據(jù)要求＜15cP.s。

1.4、3D 噴墨打印油墨的組成及反應(yīng)原理介紹

a.油墨成分介紹：

噴墨打印油墨采用的是uv型固化油墨，可采用汞燈，LED等其它類型紫外燈進(jìn)行快速固化的噴墨打印阻焊油墨，具有出色的噴射性能，可以很好的適應(yīng)工業(yè)噴頭的連續(xù)性噴射。

成分	作用
樹脂	感光及熱固化
感光劑	引發(fā)感光動(dòng)作及完成整個(gè)固化過程
其他填充劑	調(diào)整油墨的流平性，穩(wěn)定性
顏料	調(diào)整顏色

b.工作原理：

UV油墨固化過程主要有以下兩種原理：

①光化學(xué)反應(yīng)：UV油墨中所含的光聚合引發(fā)劑，在UVLED固化機(jī)的照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成自由基。

②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：通過光化學(xué)反應(yīng)生成有引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能力的自由基，使UV油墨中的不飽和多官能團(tuán)預(yù)聚物、多官能團(tuán)預(yù)聚物、多官能團(tuán)交聯(lián)劑、活性稀釋劑發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，互相交聯(lián)生成有三維結(jié)構(gòu)的光固化產(chǎn)物——干燥油墨膜。

第二部分——工藝簡介

2.1、3D 噴墨打印阻焊工序流程圖

                              

2.2、工藝流程介紹

前處理——去除板面氧化物,油跡及雜質(zhì)，粗化銅面以增強(qiáng)綠油與板面的附著力;

a.CAD資料制作——將PCB阻焊層資料轉(zhuǎn)換為可打印的位圖；

b.將打印資料上傳到工作站，噴墨打印設(shè)備可直接調(diào)取打��；阻焊打印——將需要的圖像按需直接打印于板面;光學(xué)掃描——掃描打印完成的板子，檢查缺陷并將缺陷圖上傳至工作站；

c.油墨上焊盤、開窗不規(guī)則等不合格板采用激光修理，激光機(jī)調(diào)取光學(xué)掃描生成的資料用于修理缺陷；

d.修理完成后檢查修理結(jié)果；

打印字符——掃描合格與修理合格的板子可直接打印字符；QC檢查——QC檢查字符與阻焊外觀；

熱固化——高溫最終固化形成永久性保護(hù)層；

百柔提供的噴墨打印技術(shù)解決方案示意圖；

2.3   制作中的工藝控制

2.3.1、前處理 ——廣泛采用火山灰/氧化鋁（金剛砂）磨板機(jī)；     

a.火山灰濃度；10-20%測試方法；

開機(jī)攪拌火山灰&氧化鋁粉槽20分鐘左右，用燒杯取100ml，靜置，待火山灰&氧化鋁粉完全靜置下來，檢查火山灰&氧化鋁粉所在刻度：10-20間為正常。

b.磨痕寬度10-15mm；

磨痕寬度的大小代表著板面的粗糙程度,而磨痕寬度的均勻性則代表著板面粗糙度是否均勻。

測試方法：

①  使用手動(dòng)檔開動(dòng)磨板機(jī)(關(guān)磨轆)運(yùn)輸,放入一塊長度18inch或以上的板；                  

②  板行置磨轆下后停止運(yùn)輸,開動(dòng)磨轆運(yùn)轉(zhuǎn)約10S,停止磨轆；  

③ 僅開動(dòng)運(yùn)輸將板退出,觀察板面磨痕寬度是否均勻,測量全部磨痕的寬度,應(yīng)全部10-15mm范圍內(nèi),否則應(yīng)調(diào)整磨轆深度手輪。

c.熱風(fēng)吹干溫度85-90℃；

熱風(fēng)溫度設(shè)置太低,板面水分不能完全吹干,打印前板面氧化, 將導(dǎo)致阻焊油墨最終從板面脫落，熱風(fēng)溫度設(shè)置太高,板面溫度太高,進(jìn)入無塵室后對周圍環(huán)境造成影響,另外亦會(huì)造成板面氧化；

d.磨板效果：20-30S（水膜破碎時(shí)間）

經(jīng)過磨板處理后銅面呈完全親水性，取一塊光銅板，在DI水中浸泡后銅面形成均勻的水膜，傾斜45°放置，水膜保持20-30S不破裂

注意：前處理后的板子在4小時(shí)內(nèi)完成雙面打印，防止銅面氧化

2.3.3、噴墨打印阻焊控制要點(diǎn)

a.打印設(shè)備精度；

打印設(shè)備精度直接影響PCB的品質(zhì)，如果精度不夠或誤差較大會(huì)出現(xiàn)圖形偏位，要定期檢查設(shè)備精度，可使用專用的標(biāo)定板，測試設(shè)備精度，精度要控制在±2.5mil；

b.噴頭狀態(tài)；

噴頭狀態(tài)是否良好影響打印品質(zhì)，要每天打印測試條檢查噴頭狀態(tài)，如果出現(xiàn)堵孔、斜噴要及時(shí)處理；

C.油墨粘度；

噴墨打印粘度的計(jì)量單位為cP.s，油墨的粘度會(huì)影響噴頭狀態(tài)對打印效果造成影響，粘度過高還會(huì)造成堵噴頭等情況，所以在設(shè)備停止一周沒有打印時(shí)需要更換新油墨，油墨粘度需要控制在＜15cP.s；

第三部分 ——噴墨打印阻焊的品質(zhì)

3.1  噴墨打印阻焊的品質(zhì)檢測項(xiàng)目

檢測項(xiàng)目	性能要求	測試方法
附著力	刀刻百格，無油墨塊脫落	IPC--SM-840B(3M膠帶測試)
硬度	6H鉛筆45度攻角劃油墨無發(fā)白	IPC--SM-840B(6H鉛筆測試)
回流焊	回流焊三次，無明顯色差、無起泡/掉油	IPC--SM-840B
耐電壓	500VDC/MIL	IPC--SM-840B(儀器測試)
耐溶劑性	30MINS以上，無掉油	室溫浸泡
耐酸堿	30MINS，無掉油	室溫浸泡
耐焊性	無起泡/掉油	288℃±5℃ × 10S × 3次
耐熱性	無起泡/掉油	265℃±5℃×10S×3次
耐燃性	良好	UL94V—0
綠油厚度	線面10um以上基材面20um以上	微切片測量
耐沉金/銀	無起泡/掉油	微切片/3M膠測試

3.2  噴墨打印的常見異常及處理方法

缺陷	原因	處理方法
偏位	設(shè)備精度不夠、PCB漲縮導(dǎo)致	校準(zhǔn)設(shè)備精度，計(jì)算PCB漲縮
油墨上焊盤	打印偏位、噴頭撒墨/飛墨	調(diào)整打印位置，清洗或更換噴頭
拉絲	固化能量過高、油墨流平性差	降低uv固化能量，調(diào)整油墨流平性
露銅	板面垃圾、防滲過度導(dǎo)致	保證板面清潔度，降低防滲濃度或浸泡時(shí)間
油墨剝離	a.板面不干凈	a. 檢查板面是否有氧化物、指印殘膠等
	b.最后固化不足或過度	b.檢查烘箱溫度和時(shí)間是否正確

第四部分——發(fā)展展望

從PCB噴墨打印機(jī)的研究現(xiàn)狀來看，目前已經(jīng)開發(fā)出成熟的PCB噴墨打印機(jī)系統(tǒng)和PCB噴墨打印材料，在減少材料消耗、縮短生產(chǎn)周期、降低成本和環(huán)境保護(hù)方面都有很大的優(yōu)勢，并且打印精度大為提高，打印線條均勻，避免了傳統(tǒng)方法中落差位置有圖形殘缺不全的情況。綜合來看，噴墨打印技術(shù)在改善圖形噴印質(zhì)量縮短生產(chǎn)流程和節(jié)能減排方面都極具優(yōu)勢。

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編輯；王小隴