管術(shù)春 劉鑫華 周 鋒

（江西景旺精密電路有限公司，江西 吉安 343000）

（江西省高端印制電路板工程技術(shù)研究中心，江西 JB028800）

0 前言

隨著PCB產(chǎn)品的多樣化、差異化，傳統(tǒng)網(wǎng)版印刷工藝條件難以標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)版印刷品質(zhì)很大程度上取決于印刷員工的網(wǎng)印技術(shù)熟練度，存在效率低、品質(zhì)良率差等問題。目前，利用阻焊低壓噴涂技術(shù)，對PCB進(jìn)行精確定位和噴墨，油墨均勻、可靠性高，取代了傳統(tǒng)網(wǎng)版印刷，打破了阻焊加工長期依賴印刷技工的束縛，大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時，多色油墨逐漸在電子電路行業(yè)盛行，尤其是黑色油墨。黑色油墨遇到低壓噴涂技術(shù)的情況下，難度進(jìn)一步加大，而且黑色油墨對曝光對位靶點(diǎn)的識別造成了很大困撓。本文結(jié)合對啞光黑色油墨低壓噴涂技術(shù)的應(yīng)用研究，總結(jié)出相關(guān)最佳工藝參數(shù)，供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 低壓噴涂技術(shù)原理

低壓噴涂系統(tǒng)在200～103Pa壓力條件下，通過將液態(tài)油墨變成霧狀氣體達(dá)到充分霧化效果，低壓空氣從噴槍出來時不會迅速膨脹，氣團(tuán)形成的霧化作用以及它具備的足夠能量將油墨噴到基板表面（如圖1）。此外，低壓噴涂噴槍的噴氣推力不會造成過量噴涂與飛散，低氣壓同時避免了法拉第屏蔽效應(yīng)，凹坑及角落位置被完全覆蓋，而且反彈很少。低壓噴涂油墨厚度均勻性可達(dá)到85%以上，生產(chǎn)效率方面比傳統(tǒng)絲印提升了3～4倍，同時結(jié)合IR爐預(yù)烤線，形成自動一體化生產(chǎn)模式，大大提高了實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)能、降低勞動程度。

圖1 低壓噴涂原理示意圖

2 啞光黑色油墨噴涂技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

噴涂啞黑油技術(shù)難點(diǎn)主要在于油墨覆蓋后對位靶點(diǎn)無法識別、油墨側(cè)顯影量過大導(dǎo)致藥水攻擊油墨脫落等一系列問題（見表1）。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

低壓噴涂機(jī)、IR預(yù)烤爐、CCD曝光機(jī)、油墨攪拌機(jī)、CMI測量儀、黏度計(jì)、流速杯。

3.2 實(shí)驗(yàn)材料

啞光黑色噴涂油墨、油墨稀釋劑、PCB半成品（完成外層線路加工）等。

3.3 實(shí)驗(yàn)流程

根據(jù)啞光黑色油墨低壓噴涂技術(shù)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，測試流程為：防焊前處理→低壓噴涂→IR隧道爐預(yù)烤→曝光→顯影→后烤→性能檢測。

3.4 實(shí)驗(yàn)方案

基于技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)，確定各個難點(diǎn)主要影響因子，再進(jìn)行DOE驗(yàn)證優(yōu)化（見表2）。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 阻焊靶點(diǎn)識別

阻焊靶點(diǎn)是曝光對位時使用的一個重要設(shè)計(jì)，將直接決定曝光后產(chǎn)品質(zhì)量，所以一般情況下，靶點(diǎn)識別需要非常清晰準(zhǔn)確，一旦有任何一點(diǎn)的模糊或不確定，造成的后果就是批量返工或報(bào)廢，故黑色油墨面臨的首要問題就是解決曝光光源如何能夠透過黑色油墨層去識別抓取銅層的靶點(diǎn)。在一定的理論基礎(chǔ)之上，并結(jié)合實(shí)際驗(yàn)證，得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

4.1.1 光起始劑含量

光起始劑是引發(fā)油墨光固化分子與紫外光發(fā)生光聚合反應(yīng)的催化劑，光起始劑含量越高，光聚合速度越快，對靶點(diǎn)識別能力越強(qiáng)，但光起始劑達(dá)到一定含量，會造成油墨曝光不良風(fēng)險（見表3）。

表1 啞光黑色油墨噴涂技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

表2 實(shí)驗(yàn)方案

表3 光起始劑含量與靶點(diǎn)識別情況

4.1.2 黑色色粉含量

黑色色粉是黑色油墨中特有的一種重要組成成分，是調(diào)節(jié)油墨顏色深淺的關(guān)鍵因素。在一定光線強(qiáng)度照射下，黑色對光源會有遮光效果，光源不容易透過黑色物質(zhì)照射到底部，當(dāng)黑色色粉含量越高，對光源的遮光能力越強(qiáng)，靶點(diǎn)識別越難（見表4）。

表4 黑色色粉含量與靶點(diǎn)識別情況

4.1.3 曝光CCD光源

曝光CCD光源的調(diào)整主要從灰階值和調(diào)光兩個方面進(jìn)行，其中灰階值是調(diào)整照相底片與靶點(diǎn)的匹配程度，調(diào)光代表CCD光源照射靶點(diǎn)的亮度強(qiáng)度（見表5、表6）。

4.2 油墨側(cè)顯影量

油墨側(cè)顯影量是指感光油墨經(jīng)紫外光光聚合反應(yīng)，頂部油墨先進(jìn)行光聚合，底部油墨光聚合速度較頂部更慢，經(jīng)藥水顯影時（一般采用碳酸鈉顯影），顯影藥水對兩邊底部油墨進(jìn)行攻擊，導(dǎo)致兩端油墨底部出現(xiàn)顯影側(cè)蝕情況。

表5 灰階值與靶點(diǎn)識別情況

表6 調(diào)光與靶點(diǎn)識別情況

圖2 油墨側(cè)顯影量示意圖

4.2.1 曝光能量

利用21格曝光尺，從最小能量1格到最大能量21格分別測試曝光，并切片確認(rèn)對應(yīng)顯影后的油墨側(cè)蝕量，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果（說明：圖中未顯示具體側(cè)蝕量的點(diǎn)代表數(shù)據(jù)很大或無法顯影成形）（如圖3）。

4.2.2 顯影速度

將某一合理范圍內(nèi)的顯影速度設(shè)計(jì)成不同梯度，并切片確認(rèn)對應(yīng)的顯影后油墨側(cè)蝕量，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如圖4）。

4.3 小結(jié)

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對啞光黑色低壓噴涂技術(shù)的最佳油墨配方及生產(chǎn)工藝參數(shù)（見表7）。

圖3 曝光能量與油墨側(cè)顯影量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 顯影速度與油墨側(cè)顯影量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 啞光黑色低壓噴涂技術(shù)參數(shù)

表8 批量導(dǎo)入品質(zhì)跟進(jìn)結(jié)果

5 批量導(dǎo)入品質(zhì)狀況跟進(jìn)

按照最佳實(shí)驗(yàn)結(jié)果，批量導(dǎo)入生產(chǎn)1000塊工作板，跟進(jìn)結(jié)果（見表8）。

6 結(jié)語

本文分別從啞光黑色阻焊油墨配方以及曝光顯影工藝參數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究與實(shí)驗(yàn)，最終獲得啞光黑色低壓噴涂技術(shù)的最佳參數(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了啞光黑色油墨的生產(chǎn)，同時結(jié)合了高效率的低壓噴涂作業(yè)，為開拓高效、多元化的印制電路板市場奠定了基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目得到2017年江西省第一批省級科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：20171BCD40060）的資助。