喷墨打印PCB阻焊工艺简介

Alanwang

   

3D 喷墨打印PCB阻焊工艺简介

王小陇 2023.3编

印制电路板PCB(printedcircuit board)是当前电子产品不可或缺的一部分。传统的pcb生产制作流程在节能减排和制造精度上都存在着一些无法克服的问题。PCB喷墨打印技术在缩短生产周期、降低生产成本、提高生产精度、减少环境污染等方面具有诸多优势。

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目     录

第一部分——阻焊制程概述

1.1   阻焊的用途

1.2   3D 喷墨打印阻焊油墨类型

1.3   3D 喷墨打印阻焊油墨监测

1.4   3D 喷墨打印油墨的组成及反应原理介绍

第二部分——工艺简介

2.1   3D 喷墨打印阻焊工序流程图

2.2   工艺流程介绍

2.3   制作中的工艺控制

第三部分——喷墨打印阻焊的品质

第四部分——发展展望

第一部分——阻焊制程概述

1.1、阻焊的用途

将阻焊油墨转移到线路板上,形成与底片一致的图形,阻焊膜是一种保护膜，可防止焊接时桥接,提供长时间的绝缘环境和抗化学保护作用，形成PCB板漂亮的外衣。

a. 防焊：留出板上的通孔及PAD，将所有线路和铜面都覆盖住，防止波峰焊时造成短路,并节省焊锡用量；

b． 护板：防止湿气、酸碱性环境及各种电解质的侵蚀使线路氧化而出现电气性能问题，并防止外来的机械伤害以维护线路板的绝缘效果；

c. 绝缘：由于板子越来越薄，线宽线距越来越细，故导体间的绝缘问题日益突出,也增加了防焊油墨绝缘性的重要性。

1.2、3D 喷墨打印阻焊油墨的类型

UV喷墨油墨以其节能、环保、高效等众多优势成为目前受到最多关注的新型油墨,并拥有巨大的发展前景。它是一种反应型油墨，在紫外光辐照下，数秒甚至一秒之内就可以干燥固化,对绝大多数承印材料的附着力良好，且对化学、物理环境的耐受性较好。

1.3、3D 喷墨打印阻焊油墨使用与监控

喷墨打印油墨为预制型油墨，在开启时摇晃瓶身即可开启添加，在使用过程中只需要监控油墨粘度即可。

a.取样：测量粘度时，用一次性针管,吸取待测的油墨10-20ml；

b.监控数据；将样品放入粘度测量槽內, 等待测量结束。粘度数据要求＜15cP.s。

1.4、3D 喷墨打印油墨的组成及反应原理介绍

a.油墨成分介绍：

喷墨打印油墨采用的是uv型固化油墨，可采用汞灯，LED等其它类型紫外灯进行快速固化的喷墨打印阻焊油墨，具有出色的喷射性能，可以很好的适应工业喷头的连续性喷射。

成分	作用
树脂	感光及热固化
感光剂	引发感光动作及完成整个固化过程
其他填充剂	调整油墨的流平性，稳定性
颜料	调整颜色

b.工作原理：

UV油墨固化过程主要有以下两种原理：

①光化学反应：UV油墨中所含的光聚合引发剂，在UVLED固化机的照射下发生光化学反应生成自由基。

②链式反应：通过光化学反应生成有引发链式反应能力的自由基，使UV油墨中的不饱和多官能团预聚物、多官能团预聚物、多官能团交联剂、活性稀释剂发生链式反应，互相交联生成有三维结构的光固化产物——干燥油墨膜。

第二部分——工艺简介

2.1、3D 喷墨打印阻焊工序流程图

                              

2.2、工艺流程介绍

前处理——去除板面氧化物,油迹及杂质，粗化铜面以增强绿油与板面的附着力;

a.CAD资料制作——将PCB阻焊层资料转换为可打印的位图；

b.将打印资料上传到工作站，喷墨打印设备可直接调取打印；阻焊打印——将需要的图像按需直接打印于板面;光学扫描——扫描打印完成的板子，检查缺陷并将缺陷图上传至工作站；

c.油墨上焊盘、开窗不规则等不合格板采用激光修理，激光机调取光学扫描生成的资料用于修理缺陷；

d.修理完成后检查修理结果；

打印字符——扫描合格与修理合格的板子可直接打印字符；QC检查——QC检查字符与阻焊外观；

热固化——高温最终固化形成永久性保护层；

百柔提供的喷墨打印技术解决方案示意图；

2.3   制作中的工艺控制

2.3.1、前处理 ——广泛采用火山灰/氧化铝（金刚砂）磨板机；     

a.火山灰浓度；10-20%测试方法；

开机搅拌火山灰&氧化铝粉槽20分钟左右，用烧杯取100ml，静置，待火山灰&氧化铝粉完全静置下来，检查火山灰&氧化铝粉所在刻度：10-20间为正常。

b.磨痕宽度10-15mm；

磨痕宽度的大小代表着板面的粗糙程度,而磨痕宽度的均匀性则代表着板面粗糙度是否均匀。

测试方法：

①  使用手动档开动磨板机(关磨辘)运输,放入一块长度18inch或以上的板；                  

②  板行置磨辘下后停止运输,开动磨辘运转约10S,停止磨辘；  

③ 仅开动运输将板退出,观察板面磨痕宽度是否均匀,测量全部磨痕的宽度,应全部10-15mm范围内,否则应调整磨辘深度手轮。

c.热风吹干温度85-90℃；

热风温度设置太低,板面水分不能完全吹干,打印前板面氧化, 将导致阻焊油墨最终从板面脱落，热风温度设置太高,板面温度太高,进入无尘室后对周围环境造成影响,另外亦会造成板面氧化；

d.磨板效果：20-30S（水膜破碎时间）

经过磨板处理后铜面呈完全亲水性，取一块光铜板，在DI水中浸泡后铜面形成均匀的水膜，倾斜45°放置，水膜保持20-30S不破裂

注意：前处理后的板子在4小时内完成双面打印，防止铜面氧化

2.3.3、喷墨打印阻焊控制要点

a.打印设备精度；

打印设备精度直接影响PCB的品质，如果精度不够或误差较大会出现图形偏位，要定期检查设备精度，可使用专用的标定板，测试设备精度，精度要控制在±2.5mil；

b.喷头状态；

喷头状态是否良好影响打印品质，要每天打印测试条检查喷头状态，如果出现堵孔、斜喷要及时处理；

C.油墨粘度；

喷墨打印粘度的计量单位为cP.s，油墨的粘度会影响喷头状态对打印效果造成影响，粘度过高还会造成堵喷头等情况，所以在设备停止一周没有打印时需要更换新油墨，油墨粘度需要控制在＜15cP.s；

第三部分 ——喷墨打印阻焊的品质

3.1  喷墨打印阻焊的品质检测项目

检测项目	性能要求	测试方法
附着力	刀刻百格，无油墨块脱落	IPC--SM-840B(3M胶带测试)
硬度	6H铅笔45度攻角划油墨无发白	IPC--SM-840B(6H铅笔测试)
回流焊	回流焊三次，无明显色差、无起泡/掉油	IPC--SM-840B
耐电压	500VDC/MIL	IPC--SM-840B(仪器测试)
耐溶剂性	30MINS以上，无掉油	室温浸泡
耐酸碱	30MINS，无掉油	室温浸泡
耐焊性	无起泡/掉油	288℃±5℃ × 10S × 3次
耐热性	无起泡/掉油	265℃±5℃×10S×3次
耐燃性	良好	UL94V—0
绿油厚度	线面10um以上基材面20um以上	微切片测量
耐沉金/银	无起泡/掉油	微切片/3M胶测试

3.2  喷墨打印的常见异常及处理方法

缺陷	原因	处理方法
偏位	设备精度不够、PCB涨缩导致	校准设备精度，计算PCB涨缩
油墨上焊盘	打印偏位、喷头撒墨/飞墨	调整打印位置，清洗或更换喷头
拉丝	固化能量过高、油墨流平性差	降低uv固化能量，调整油墨流平性
露铜	板面垃圾、防渗过度导致	保证板面清洁度，降低防渗浓度或浸泡时间
油墨剥离	a.板面不干净	a. 检查板面是否有氧化物、指印残胶等
	b.最后固化不足或过度	b.检查烘箱温度和时间是否正确

第四部分——发展展望

从PCB喷墨打印机的研究现状来看，目前已经开发出成熟的PCB喷墨打印机系统和PCB喷墨打印材料，在减少材料消耗、缩短生产周期、降低成本和环境保护方面都有很大的优势，并且打印精度大为提高，打印线条均匀，避免了传统方法中落差位置有图形残缺不全的情况。综合来看，喷墨打印技术在改善图形喷印质量缩短生产流程和节能减排方面都极具优势。

参考文献；
( i5 b+ t; @. j# i( ~8 K《ＰＣＢ喷墨打印机的研发现状和发展趋势》
《喷墨打印技术在PCB中的应用前景》
, N7 ^' Q% I  Y% B; ?* P《印制电路手册——设计与制造》
- i' R' U8 R' _/ x" L9 X《喷墨印刷》
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编辑；王小陇