PCB丝印工艺(三)

    6、制造过程。
    6.1原理和工作条件
    液态光成象阻焊油墨主成份包括:具有感光性能的环氧(EPOXY),和丙稀酸(Acrylic)树脂,如丙二酸环氧树脂,酚醛环氧树脂,甲酚环氧树脂,胺基甲酸乙酪;光引发剂,如查酮,胺类有机金属化合物;填充剂,如硅石粉:硬化剂,如芳香族脂,酸酐,咪唑类;溶剂,如醚酯类;消泡剂,即介面活性剂,等等十余种成份。感光阻焊油墨固化后形成网状聚合物结构。
    工作原理:液态光成象阻焊油墨简称感光胶,亦有人叫湿膜。感光胶经丝印并预烘后,进行光成象曝光,紫外线照射使具有自由基的环氧树脂系统产生光聚合反应,未感光部分(焊盘被底片档住),在稀碱液中显影喷洗而清除。印制板上已感光部分进行热固化,使树脂进一步支联成为永久性硬化层,这就是液态光致阻焊剂的成象原理。
    丙二酚环氧树脂的交联后结构:
    酚醛环氧树脂交联后:
    胺基甲酸乙脂树脂交联后:
    工作条件要求:环境,21±1℃,湿度55±8~5%,防尘;曝光和丝印感光胶区域,灯光为黄光;工作员工应换鞋戴帽穿工作服:刷板和显影接板放板应戴无毛白纱手套;取板放板时,用双手取板边,手指不触及图形和阻焊区域,轻取轻放,板角防碰伤;固后从烘箱中取板戴厚纱手套。更为重要的是:任何一个员工都要养成习惯,丝印工作前首先读工卡,按工卡的要求工作。
    6.2丝网准备。
    (1)找出所需要的丝网,对液态光成象阻焊油墨,通常用43T(特殊线路板用36T或55T,77T);
    对字元油墨,使用丝网为100T。
    (2)备好所需的上网菲林膜。通常,对字元网,用25μm(微米)厚的菲林膜;对阻焊网,用35μm膜;对碳墨网,则用50或80μm的厚菲林膜。
    (3)检查网框。查网框的网是否完好,有无破洞,能否再使用;重要的是用张力计查网框中心和四周位置的网张力,对43~77T的丝网,张力为18~20牛顿/cm,100T丝网,14~16牛顿/cm。
    (4)绷网。
    A.自绷网框:这种绷框为铝制品,笨重,价贵,但调节很快,耐用,不需要用绷网机,但丝网要根据网框对预先在四周缝制能穿入金属压条的边,国内外都有印制板厂在使用。换网过程是:
    •将旧框架上的螺帽螺钉取出,除去网四周边沿的金属压条和旧网。压条是一根园形金属杆。
    •用洗网水和棉布将框架周围残余的阻焊污物洗净。
    •框架放在桌面上,选好丝网目数,压条穿入丝网边沿,螺帽穿入压条,拧上螺钉。
    •将螺钉卡入网框凹口处,从四边的每个边沿中心开始上紧螺钉,注意张力要平衡,否则会拉裂丝网。
    •按对角线顺序逐渐拉紧螺钉,上紧后,用张力计测四个角和中心的张力为18牛顿/cm以上,
    100T丝网张力至少14牛顿/cm,如不够可调节各颗螺钉的松紧度,直到满意为止。
    B.气动绷网:这种网框也是铝制品,简易轻巧,多数印制板厂采用。但需配备要用的气动绷网机作绷网用,见图一,其绷网过程如下:
    •若是新网框,绷网前以丙酮洗擦表面,即可使用;若是旧网框,一定要除去网布碎,封边胶带,作除油处理,方可使用。
    •调节网框上绷架,打开气流阀,使绷架的网布夹头紧靠网框,调节绷架的支撑螺钉,使网框保持水平并高于夹头约5mm,这样张力较均匀。
    •固定网纱。裁好所需尺寸网纱,按次序对边拉直,用夹具夹紧固定,注意应使网丝方向一致,经向纬向网丝互相垂直,且施力方向与网丝平行。
    •加压张网。慢慢地加大气压至6kg/cm2左右,张力计显示达到20牛顿/cm以上。分段分时多
    次张网可达到满意的效果。每次张网至少5分钟,时间稍长为好,以使张力均匀传导,张力稳定。
    •上胶。气压加压稳定半小时以后,用刮胶将强力胶水(配比5:1)均匀涂覆在网纱和网框上。
    •封保护胶带。上胶后,放置8小时以上,待粘合剂充分干燥后,松开夹具,将网框从绷架上取下,切除框外多余网纱,用牛皮胶将网框的四周边封住,以保护粘合剂不被溶剂溶解,延长网框寿命。
    •测张力。用张力计测量四个角和中心张力,要求达到18~20牛顿/cm,100T丝网张力达到14~16/cm牛顿.绷好的网框需停1天以上待用,张力计见图二。
    6.3网版制作
    A.丝网网版
    (1)查原图纸底片(网点图,字元图,阻焊图)。看有否污迹,划伤,制造日期,公司商标,uL标记,工卡号码等是否应加到底片上,制造日期周年是否符合要求。
    (2)选择上网菲林。剪一块与原图大小相仿的菲林膜(Autotype)下来。选择的菲林膜厚度,阻焊通
    常用35μm,字元25μm,碳油墨50?0μm,蓝胶80μm。
    (3)网前处理。新丝网,弄湿网的两面,刷子粘磨网膏(Autoprep)来回刷洗几分钟,流水彻底冲洗两面,然后用脱脂剂(Unirersal Mesh prep)刷磨几分钟,流水冲洗两面。旧丝网,先用去网版粉(Auto
    Gel)涂网版两面,停留三五分钟用毛刷在网版背面将已软化的明胶刷除,流水彻底冲洗,然后用油墨去除剂(Auto solve)均匀涂在丝网两面,停留二三分钟使污渍溶解,彻底流水洗,高压水枪喷洗干净,接着按新丝网处理那样,先用磨网膏(Auto prep),后用脱脂剂(Univrsal Mesh prep)洗净丝网两面,注意操作者应戴上保护胶手套。
    (4)菲林膜上网。以水湿润丝网,多余水滴干。干菲林药面对着丝网的底面贴上去,使干膜完全贴到丝网上。
    (5)烘干。将网框放到烘箱中烘干,40℃,10~15分钟,把菲林保护膜去掉。
    (6)贴底片。网框冷却后,在干膜上贴上底片,底片乳胶面对丝网干膜,以透明胶带固定底片4个角。
    (7)曝光。整个网框放在真空架上,底片对着玻璃,抽真空绳放在框架上,启动真空泵。框架抽真空完成,将框架置于垂直位置上。碘钨灯距框架上1.2米处,打开曝光灯,进行曝光。4kw功率的光源,供参考的曝光时间:25μm膜,120~150秒;35μm膜,250~350秒;80μm膜,150~200秒。自动计时器控制曝光,曝光后,关光源和真空泵。
    (8)显影。从曝光框架上取下网框,去掉底片,先用小流水轻冲洗丝网,去除丝网干膜未曝光不需要的部分。若自来水温低,应用温水作显影。图形显示出来后,用高压水彻底冲洗,滴干多余水份。将网框放进烘箱完全烘干取出(40℃)。
    (9)封网。丝网冷却后,用毛笔和封网胶修版,补针孔,凹坑等。用胶板将封网胶均匀涂在图形以外的地方,进行封网。封网后,将网框放入烘箱烘干。
    (10)作标记。在网框上贴上工卡号,版本号,制作日期,丝网目数,制作人等标记,待用。
    B.铝箔网版(适用于导通孔堵孔工艺)
    (1)选一块0.2~0.3厚的铝箔。此铝箔表面应平整,无折痕,并裁成网框尺寸一样大小。
    (2)在数控钻床上钻出所需堵塞的孔,钻头直径和印制板上的孔一样,钻孔点尽量分布在铝箔中央。
    (3)裁边去毛刺,将钻孔铝箔多余的边裁去,每边边框比堵孔图形大约25mm。去除钻孔毛刺,以细砂纸打磨一下。
    (4)固定铝箔。用牛皮胶将铝箔固定在36~43T空白网网框的背面,即堵孔时采用丝网加铝箔的方
    法堵孔,避免渗油。特别注意:对于堵孔后印制板两面的导通孔焊环都要求热风整平(喷锡),或两面焊环都要以阻焊盖住不要求上铅锡的板,一般选择导通孔附近焊盘和SMT焊盘不密集及线路较稀疏的一面作为堵孔印刷面;对于堵孔后的导通孔,其元件面的导通孔焊环允许盖阻焊,而焊接面的堵孔焊环要求上铅锡的板,应选择元件面作为堵孔印刷面进行网版固定。在整个网版制作过程中,务必保证铝箔表面平整,无折痕,否则会引起钻孔和丝印对位的不准确性,图三是客户要求在印制板上的BGA(球栅陈列)导通孔堵孔的图形
    6.4油墨搅拌
    •读工卡,根据工卡的技术规格,正确选择油墨的颜色,类型,型号。
    •确定已选择的油墨主剂和硬化剂的比例关系。
    •把硬化剂搅拌至流水状。
    •主剂和硬化剂按比例称出。供应商把主剂油墨和硬化剂一大一小罐配合,则不必称了。
    •把硬化剂倒入主剂油墨中搅拌约5分钟,直至硬化剂完全扩散到主剂中去。然后放到油墨搅拌
    机中搅拌(或油墨振荡机中震荡)约15分钟,保证油墨充分混合均匀。
    •使用前,搅拌过的油墨需停留15分钟,以使气泡逸出。
    •用搅拌刀带起少量搅拌匀的油墨,观察粘度是否合适。必要性用粘度计测量此时的油墨粘度,用温度计测一下油墨内的温度。通常搅拌后的双组份油墨应在24小时内用完。
    •特别注意:液态光成象阻焊油墨通常严格加稀释剂,以保证阻焊颜色均匀一致,并提高阻焊膜的耐镀金和耐热冲击性能。十分特殊情况下,如印刷基铜70μm的印制板,在印刷困难时可允许约1Oml/
    kg的稀释剂。而字元油墨印刷困难时可允许加少量稀释剂。
    6.5刮板使用
    (1)刮板的选择。
    要求耐磨,耐溶剂,通常使用聚氨脂橡胶,刮板角度70±5°。硬度70±10°,刮板装上刮板架上一般外露约2mm。深圳三和公司,丝维雅,新东邦,天津橡胶制品厂,上海橡胶研究所都有丝印刮板出出售。
    (2)刮板的使用。
    •刮板长度选择。根据所印刷的图形大小用合适的橡胶刮板,一般要求刮板长度比图形两边各长
    15毫米以上。
    •刮板的安装。选择刮板橡胶平直边缘锋利的一面安装在刮板柄上靠外面,以利于使用,拧紧螺丝固定好刮板。
    •磨刮板。若刮板边缘有伤痕,缺口,刃口不锐利,应在磨刮板机上进行研磨,使刮板端面保持良好状态。
    6.6丝印定位方式
    丝印定位的目的,是保证每一次印刷时,待印的印制板和网版之间不发生错位,从而保证丝印重复精度一致。印板数量不大,显影机显影压力足够大,丝印技巧运用得当时,印刷液态感光阻焊油墨常用空白网,这时丝印定位要求不严格,但丝印字元油墨,或需用网点图档住双面多层板的孔,以避免油墨漏入孔内显影冲不干净,这时就应充分考虑定位问题了。阻焊塞导通孔,印碳油墨,印兰胶都涉及一个丝印定位问题。
    在双面和多层板工厂里,目前最流行的是贴片式的定位方式,每一台丝印机或手工丝印台上,使用二片丝印贴片式定位片就完全解决了丝印的定位问题了。这种定位片由一片0.3~0.5mm厚的不锈钢片,在其上面焊上一颗定位铆钉而制成,不锈钢片外形尺寸约23×46mm,铆钉直径多用Φ3.00mm,(也有用Φ0.8~2.9的)铆钉高度O.8或1.4mm。当印制板厚度小于1.Omm,铆钉高0.8mm;当印制板厚度为普通常用的1. 5~1.6mm时,铆钉高度为1.4mm。总之,铆钉不能高于印制板厚度,否则会顶破丝网。如图四。
    首先在挤板的长边方向的中间部位钻出二个丝印定位孔,通常在印制板钻孔编程时就把这二个孔编过去了。丝印前,把线路板放到丝印台上和丝印网版对好位,套进这二片定位片到丝印定位孔中,以胶纸将定位片贴住,定位就完成了,随后丝印过程中,把线路板不断套到一前一后的这两片定位片中,可获得满意的重复精度。当定位片上铆钉直径为Φ3.0mm时,线路板上的丝印定位孔钻孔直径应是Φ3.10mm,非金属化孔。参见图五,这种定位方式,灵活自由,定位速度也快,在丝印台任意摆布,使用方便,定位片价钱便宜(约20余元一对)从而获得越来越普遍的应用。
    图五 印制板拚板外边缘的二个丝印定位孔丝印定位还有多种方式。直角定位法是用一片覆铜板作成直角定位块,当线路板丝印台上同网版对好位后,套上并固位这个直角定位块,就可重复作丝印了。方法简单,操作方便。但要求下料时必须整齐,尺寸统一,周边成直角,否则影响定位误差,对单面板丝印图形尚可使用,而对双面和多层板阻焊和字元丝印,则不适用。如图六。
    图六 直角尺定位块方式。
    销钉导向法也是丝印定位的一种方式,在全自动或半自动丝印机的工作台上,开有一条或多条直槽,在槽内装有可移动的滑块,定位销钉则装在滑块上,通过滑块移动调节孔距,线路板选择二孔套到滑块销钉上,同网版对好位,锁住滑块,定位就完成了,这种方式作微调不方便,定位销钉不能自由调整,使用上不够灵活,如图七。
    图七 直槽销钉导向法。
    制造双面和多层印制板,丝印阻焊和字元,碳油墨,蓝胶等的多种定位方式中,实用方便和值得推荐的是丝印贴片式定位片法。
    6.7来板检查
    接收由上工序来板时,核对板工号,版本号,数量是否与工卡相符;由半成品(蚀刻并退完铅锡)来板应抽查铅锡是否退干净,孔内有无黑点,板面有无严重氧化物,污渍;完成热风整平后待印字元的板要抽查板边是否有铅锡块附挂,焊盘和元件孔内是否未上铅锡等,如不合格退回上工序处理,抽查合格在工卡上签名验收。

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