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

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

將阻焊油墨轉移到線路板上,形成與底片一致的圖形,阻焊膜是一種保護膜，可防止焊接時橋接,提供長時間的絕緣環(huán)境和抗化學保護作用，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，防止波峰焊時造成短路,并節(jié)省焊錫用量；

b． 護板：防止?jié)駳�、酸堿性環(huán)境及各種電解質的侵蝕使線路氧化而出現(xiàn)電氣性能問題，并防止外來的機械傷害以維護線路板的絕緣效果；

c. 絕緣：由于板子越來越薄，線寬線距越來越細，故導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注的新型油墨,并擁有巨大的發(fā)展前景。它是一種反應型油墨，在紫外光輻照下，數(shù)秒甚至一秒之內就可以干燥固化,對絕大多數(shù)承印材料的附著力良好，且對化學、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

噴墨打印油墨為預制型油墨，在開啟時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，用一次性針管,吸取待測的油墨10-20ml；

b.監(jiān)控數(shù)據(jù)；將樣品放入粘度測量槽內, 等待測量結束。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)感光動作及完成整個固化過程
其他填充劑	調整油墨的流平性，穩(wěn)定性
顏料	調整顏色

b.工作原理：

UV油墨固化過程主要有以下兩種原理：

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

②鏈式反應：通過光化學反應生成有引發(fā)鏈式反應能力的自由基，使UV油墨中的不飽和多官能團預聚物、多官能團預聚物、多官能團交聯(lián)劑、活性稀釋劑發(fā)生鏈式反應，互相交聯(lián)生成有三維結構的光固化產(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，粗化銅面以增強綠油與板面的附著力;

a.CAD資料制作——將PCB阻焊層資料轉換為可打印的位圖；

b.將打印資料上傳到工作站，噴墨打印設備可直接調取打��；阻焊打印——將需要的圖像按需直接打印于板面;光學掃描——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，激光機調取光學掃描生成的資料用于修理缺陷；

d.修理完成后檢查修理結果；

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層；

百柔提供的噴墨打印技術解決方案示意圖；

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；     

a.火山灰濃度；10-20%測試方法；

開機攪拌火山灰&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  使用手動檔開動磨板機(關磨轆)運輸,放入一塊長度18inch或以上的板；                  

②  板行置磨轆下后停止運輸,開動磨轆運轉約10S,停止磨轆；  

③ 僅開動運輸將板退出,觀察板面磨痕寬度是否均勻,測量全部磨痕的寬度,應全部10-15mm范圍內,否則應調整磨轆深度手輪。

c.熱風吹干溫度85-90℃；

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

d.磨板效果：20-30S（水膜破碎時間）

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小時內完成雙面打印，防止銅面氧化

2.3.3、噴墨打印阻焊控制要點

a.打印設備精度；

打印設備精度直接影響PCB的品質，如果精度不夠或誤差較大會出現(xiàn)圖形偏位，要定期檢查設備精度，可使用專用的標定板，測試設備精度，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，要每天打印測試條檢查噴頭狀態(tài)，如果出現(xiàn)堵孔、斜噴要及時處理；

C.油墨粘度；

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

第三部分 ——噴墨打印阻焊的品質

3.1  噴墨打印阻焊的品質檢測項目

檢測項目	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	設備精度不夠、PCB漲縮導致	校準設備精度，計算PCB漲縮
油墨上焊盤	打印偏位、噴頭撒墨/飛墨	調整打印位置，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，調整油墨流平性
露銅	板面垃圾、防滲過度導致	保證板面清潔度，降低防滲濃度或浸泡時間
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.檢查烘箱溫度和時間是否正確

第四部分——發(fā)展展望

從PCB噴墨打印機的研究現(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，噴墨打印技術在改善圖形噴印質量縮短生產(chǎn)流程和節(jié)能減排方面都極具優(yōu)勢。

. r" G8 p1 V# s. {
, k3 b! G7 m# _

參考文獻；
《ＰＣＢ噴墨打印機的研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢》
《噴墨打印技術在PCB中的應用前景》
《印制電路手冊——設計與制造》
1 e9 O0 K- W% F! W《噴墨印刷》
; C2 r* j, I3 y7 F6 B( W+ D

                                                                                                                                                                 

編輯；王小隴

+ b) Q+ [# H* J4 }