丝网印刷技术在PCB中的应用及影响因素论文.doc

目 录1引言12 丝网印刷12.1 丝网印刷的基本原理12.2 网板制作22.3 印制电路板网印定位方法43 丝网印刷在PCB中的应用43.1 抗蚀膜的印刷43.2 阻焊膜印刷43.3 标记油墨的印刷54影响丝网印刷的有关因素54.1丝印检验细则54.2 PCB印料方面对印刷的影响74.3 网距对印刷的影响94.4 油墨对印刷的影响115结论13致谢15参考文献151引言印制线路板是按照预先设计的电路，利用印刷法，在绝缘基板的表面或其内部形成的用于元器件之间连接的导电图形或其技术，但不包括印制元件的形成技术。印制线路板是互连元件，其单元没有任何功能，只有当把电子元件或电子组合元器件（如芯片）装在印制线路板的一定位置上，然后将元件类的引线焊接在印制线路板表面上的焊盘上，从而互连成为印制电路板。印制线路板英文名称Printed circuit Board,缩写是PCB，而丝网印刷技术是生产PCB中最常用的一种方法。 丝网印刷是一种古老的印刷方法，有着其他印刷方式无可比拟的特性：颜色效果丰富质感强，可大片着色或网点印刷；墨层厚度可以调整；同时也适应各种不同的油墨。这些特性使得丝网印刷技术应用范围非常广泛，在许多领域都发挥着很重要的作用。 2 丝网印刷2.1 丝网印刷的基本原理丝网印刷由五大要素构成，即丝网印版、刮印刮板、油墨、印刷台以及承印物。丝网印刷基本原理是：利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上。由于油墨的粘性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮板移动而移动，由于丝网印版与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网印版通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网印版与承印物只呈移动式线接触，而丝网印版其它部分与承印物为脱离状态。使油墨与丝网发生断裂运动，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个版面后抬起，同时丝网印版也抬起，并将油墨轻刮回初始位置。至此为一个印刷行程。2.2 网板制作一般来讲，网版制作因所用感光材料的不同，其生产工艺也有所区别，但无论采取哪种工艺，网版生产过程中都少不了以下几个步骤：丝网处理、涂感光材料、曝光、显影、烘干、休整。下面我们来了解一下有关流程的操作方法1。 图2.2 丝印制版工序图2.2.1 丝网前处理：a. 新网粗化：在丝网表面磨擦进行粗化处理，以改善丝网对感光膜的粘着性能。b. 新丝网与旧丝网的除油与清洗：在进行感光乳剂的涂布之前使用洗净剂进行充分洗网以除去污物、灰尘、油脂等，防止带来感光膜的缩孔、砂眼、图像断线等现象。2.2.2 感光液的涂布： 刮斗涂布:让刮斗的前端与丝网接触进行涂布。刮斗的形状：是一种呈船型的涂布工具，斗的刮胶边呈不同半径的圆弧，斗边沿长度方向微凸，以保证涂布的胶层厚薄一致。涂布：把绷好网的网框以8090°的倾斜竖放，往斗中倒入容量为67成的感光液，把斗前端压到网上。把放好的斗的前端倾斜，使液面接触丝网。保证倾角不变的同时进行涂布。如果涂布速度过快，容易产生气泡造成针孔。涂布到距网框边12cm时，让斗的倾角恢复到接近水平，涂布至要求的膜厚后，然后干燥。2.2.3感光膜的干燥：涂布和干燥感光膜应在安全灯(黄灯)下进行。使用热风干燥感光，最重要的是要注意温度。 感光乳剂在液体阶段感光度低，感光度随着涂布膜的干燥而上升，完全干燥后才能达到规定的感光度，所以晒版前应充分干燥，并且要做到在干燥后短时间内完成晒版。膜面干燥时，不要有灰尘,否则会产生针孔。2.2.4晒版：感光膜完全干燥后要尽快晒版，晒版时，将底版的药膜面与网版的药膜面密合曝光。在曝光前应检查底版的空白部分的透明度好坏，透明度好则光通量大，感光胶固化完全，显影后图像清晰，边缘整齐。丝网和底版接触不实，晒出的图必然发虚，严重时会完全报废。2.2.5显影：把曝过光的印版浸入水中一两分钟，要不停地晃动网框，等未感光部分吸收水分膨润后，用选自来水或用喷枪从两面喷水显影。显影应尽量在短时间内完成。必须把未感光的部分完全溶解掉。2.2.6干燥：显影后的丝网版应放在无尘埃的干燥箱内，用温风吹干。烘干时事先应把网版表面的水分吹掉，避免干燥时水分在丝网表面下流而产生余胶，影响线条边缘的清晰度。丝网版烘干箱是制版专用设备，用于对丝网清洗和涂布感光胶后的低温烘干。烘干温度一般可控制在40±5。2.2.7修整: a.为保护粘网框面的清洁，以及防止油墨溶剂侵蚀而影响粘结力，需用胶带封贴框架的内侧及粘网面，也可用耐溶剂的涂料封涂该处。b.检查网孔是否完全通透：只有十分通透的网孔才能使丝印油墨顺利通过。如发现丝网版上该通透的网孔仍被胶膜封闭着，应再显影，仍无效果时，则应重新制版。检查网膜是否存在气泡、砂眼以及靠近网框的四边未被封网情况。对气泡、砂眼应及时补救。对四边丝网进行封网，以避免印刷时造成漏墨。用胶纸带将丝网与网框粘合部分粘贴。检查晒版定位标记是否符合印刷的要求。2.3 印制电路板网印定位方法电路板网印中定位方法正确、合理与否将直接影响电路板的质量。单面印制电路板一般要进行4 次网印，抗蚀油墨、阻焊油墨、正反面标记油墨、为保证每次网印的精度，就必须采用严格的定位方法，目前广泛使用的是内侧定位法，内测定位法就是在印刷电路板外形机加工线内侧的左下方和右上方的对角线上选择两点为工艺定位孔，要求两点的间距尽可能大一些，且不影响线路的电气能和外观，两孔的孔径为0.8mm-1.0mm 。测定位法无论对机械操作或手工网印都适用，第一次网印抗蚀油墨时把两个工艺孔和电路图形一道印出来，蚀刻好以后，采用双头台钻一次钻成。在网印阻焊油墨及正反面标记油墨时，都以这两个工艺孔定位。在对印制电路板进行机加工时，如冲孔落料也应以这两个工艺孔定位。3 丝网印刷在PCB中的应用3.1 抗蚀膜的印刷把设计好的电路图案印刷在层压扳上形成抗蚀膜，是通过丝网印刷来完成的。抗蚀膜的丝网印刷有两种情况:a.是用抗蚀墨印制电路部分，即将抗蚀墨印在需要保留铜箔的部分，这样在腐蚀时，线路部分被保留下来，形成导电的线路。b.不用抗蚀油墨印制电路，相反的要印制电路以外的部分，即要使印制电路以外的部分具有耐腐蚀性能。安装元件的时候再电镀焊锡，双面的、多层的电路板几乎都是使用这种方法印成的。3.2 阻焊膜印刷阻焊油墨分光固型和热固型两大类，而每类又可分为单组分和双组分两种。光固型阻焊油墨又称紫外线固化油墨，其网印工艺条件与抗蚀印料基本相同,阻焊膜的厚度应适当铅笔硬度应达6H-7H。 如果膜面发粘，则说明固化时间不足或膜层过厚，可适当延长固化时间或减薄膜层。热固性阻焊油墨国外都是单组分的，国内使用的材料一般多为双组分的，使用时按100：5 的重量比将阻焊油墨和固化剂混合并充分搅拌，再静30min-45min ，脱泡熟化后即可使用。两种类型的阻焊油墨相比较，尤其是单组分光固型阻焊油墨有许多优点，如无溶剂，挥发性小，毒性低，能改善生产操作环境，干燥速度快，适应自动或半自动流水线作业，最大的优点是固化温度低，对层压板不产生热反应，不会使基板尺寸改变和造成翘曲现象。热固型阻焊油墨对基板的附着力和耐热性能优于光固型2。3.3 标记油墨的印刷为标明元件的安装部位，要用标记油墨印刷符号，符号印刷完毕后，印制电路板才算制作完成，标记油墨的分类和阻焊油墨相同，分光固型和热固型两大类，而每类又分成单组分和双组分两种，印制电路板要求两面即元件面和焊接面都要进行网印标记油墨，其生产操作工艺和阻焊油墨相同，各种油墨的成膜厚度对印刷电路板的质量有一定的影响，而油墨成膜厚度与诸多工艺因素有关，因此，要综合各种因素，根据实际操作来控制膜层厚度。4影响丝网印刷的有关因素4.1丝印检验细则 表3.1丝印检测细则NO不良项目内容描述规格描述1文字粗细不均 字宽 字宽 W1 W2 标准 比标准细（粗）|W1- W 2|0.2W1即对标准W1允许的文字的不均匀度为±20%2文字外侧污点或印刷飞边 A h . 右侧的油墨飞边(a:长度b: 宽度)(h:字高 W:字宽)飞边长度a1/3 h飞边宽度b1/3 W 3文字偏离中心Y方向 B 中心偏移值 Y X 方向 X 中心偏移值 X0.30mm Y0.30mm4文字倾斜 L 偏移线 H 标准线L：指全部的字长H：指偏离水准线的垂直距离 L3mm时- 0.3mm H0.3mm L>3mm时- 0.5mm H0.5mm 5印刷溅点 . 在应无印刷区域出现点状油墨 溅点的直径 D0.3 ,N16印刷针孔 在应该有印刷的地方出现点状的缺少油墨 针孔的直径 D0.3 ,N17文字断线 连续文字 发生断线 宽度c c0.2mm8边角漏印 L 如图所示 边角缺印 d d 为缺角长 L 为标准长 d0.1 L9文字残缺 残缺部h 宽度 a 深度 b 字高 h 字宽W . a1/4 h b1/2 W10印刷重影二次印刷的整体错位 不允许11指纹 印刷文字留有指纹 300mm 350mm 目视距离不可分辨时允许 12印刷表面异物 线屑状异物、印迹等 300mm 350mm 目视距离不可分辨时允许13色薄文字的颜色偏浅 300mm 350mm 目视距离不可分辨时允许14印刷文字或颜色错误印刷文字或颜色与图纸规定不符 不允许15文字锯齿 印刷文字的边呈现锯齿 参照限度样品4.2 PCB印料方面对印刷的影响PCB网印图像的质量和网印料的成膜状态受到印料自身性能的影响，PCB网印过程中，因印料产生的因素有（1）堵孔，（2）印制板的反面被印料沾污，（3）粘接不良，（4）粘网，（5）针孔麻点，以上这些问题不仅需在网印过程中进行不断的体验，而且还必须对网印成品进行各种检验，这是十分必要的。为了保证网印质量，应尽可能想办法避免网印不良现象的产生。为此，首先要加强网印工艺管理和控制，其次还必须对印料进行严格的质量关，印料的耐蚀性、耐弯曲性、耐溶剂性、耐光性、耐候性、粘度、粒度、粘接强度等性能决定或直接影响印制板的性能。所以必须根据网印条件和产品性能要求，经过预先试验验证，选择合适的印料3。 4.2.1堵孔 网版上的印料将网版部分网孔堵塞，致使该部分的印料透过量较少或根本不能透过，造成印刷图形不良。 a.网版目数与使用的印料不匹配 使用的网版目数高、其开孔孔径小，而使用的印料粒度（细度）大在网印时印料中的大粒子颗粒将网孔堵塞造成故障而影响网印。印料中的大粒子主要是来自印料中的填料，如颜料，等。使用金、银导电印料、碳质导电印料时，由于其粒度较大，应选用低网目的丝网制作网版。 b.网版上的印料干涸 印料中的溶剂在网印过程中，由于受环境影响而挥发造成印料发干。对于这种情况，应根据作业环境的温度，湿度条件，选择合适的印料稀释剂，以控制印料干燥速度达到防止因印料干涸造成堵塞网孔故障。 c.印料粘度大 印料粘度大，粘弹性强、流动性差、因而网印时印料透过性不好，易产生堵孔。一般来说，要降低粘度，向印料中添加助剂或稀释剂，进行充分搅拌后即可用。 对策： （1）认真仔细地清洗网版； （2）对印料重新进行体验，确认是否可以继续使用。 （3）印制板表面被印料沾污 由于印制板上的印料涂膜尚未完全干燥，就把印制板堆叠放在一起，致使印料粘附在印制板的反面而造成沾污，例如：要使用氧化聚合型印料时，由于堆放在一起印制板的自身重，把印料涂层表面弄破，致使涂膜内层未完全固化的印料粘在印制板的反面而造成污染。4.2.2粘网 a.由于印料受压力及温度的影响产生粘网 b.由于网印条件的变化，印料印得过厚引起粘网。 c.橡胶刮板因受溶剂影响而膨胀，强度降低，网印时发生弯曲致使刮板角度减少，引起网印印料涂层过厚。 d.刮板长期使用造成磨损使其头部成圆弧状，使印料涂层过厚。 e.热塑性树脂为主要成份的印料，如果网印后叠放因受其自身重力影响或受热都易导致印料涂层发粘而产生粘网。 4.2.3针孔 针孔现象是网印中最令人伤脑筋的问题。印制电路板在网印之后需进行下道工序加工，如蚀刻，这里绝对不允许有针孔的。产生针孔的原因有形形色色，孔问题是质量管理中最重要的检验项目之一。 a.网版上的灰尘及杂物造成针孔 （1）在制网版涂布感光胶时，有灰尘混入而附着于网版上形成针孔。对网版进行认真检查，发现针孔及时修补。 （2）网印过程中，有灰尘或杂物附在网版堵塞网孔，从而造成网印后有针孔。为此，要擦拭网版。 b.印制板表面被污染 （1）印制板表面在进行清洁处理时，有清洗剂残留在其表面形成薄薄的膜。 （2）搬运印制板不戴手套，直接用手触摸索搬运，手上的油脂、手汗污染印制板表面。4.3 网距对印刷的影响4.3.1网距 网距存在的必然性，丝网印版与承印物之间要留有间隙(即网距)是网印的特点决定的。丝网印版是以丝网为版基的，丝网被绷在网框上，当丝网处在水平状态时会出现一定的垂度。特别是在刮印过程中，垂度值还会增大，为了使承印物在末刮印时不粘油墨从而保证印刷质量，丝网印版的最低部分必须离开承印物。在丝网印刷中，刮板与丝网印版是移动性线接触，丝网印版与刮板在刮印前和刮印后不能与承印物接触，特别是丝网印版随刮板移动而离开承印物，如果丝网印版在印刷前手始终不离开图文部分就回出现油墨继续渗透并扩散造成图文线条尺寸扩大，使得印刷尺寸精度下降，承印物失真。网距过大，则需要很大的刮墨压力，才能迫使丝网印版与承印材料接触，把油墨推到丝网印版的印刷面；且丝网印版会弹回过快，使油墨不能充分转移到承印材料上，造成印刷品出现网痕，图像不完全、起泡，墨杆，图像边缘模糊。若油墨量过大会破坏图像层次，使层次丢失；刮墨板压力过大也会损坏图像造成蹭脏和网点扩大。由于网距太大不能得到高精度的印刷产品；因此，在保证不使网距过小的情况下，应尽可能地减小网距。网距过小也是造成图像质量差的一个原因。网距过小，丝网印版张力低，则印刷时刮墨板在丝网印版上会产生一个波纹，破坏套准，还会产生图像重影的质量问题。4.3.2 如何确定丝网印版与承印物的间隙上面已经谈到了丝网印版与承印物之间在印刷时为什么必须留有一定购间隙，但是间隙的大小也不能随心所欲。丝网印版与承印物之间的间隙如果太小，沿刮板运动方向容易产生渗透和粘版现象。如果间隙过大，丝网印版压印后不能复原，松弛而下垂，使得印刷后的画面尺寸小于丝网印版画面尺寸。严重使还会使丝网印版破损而不能印刷。如果是使用弹力小的不锈钢丝网还会出现版面接触不到承印物表面而无法实施印刷。确定丝网印刷与承印物之间的间隙量的主要根据是：（1）丝网印版尺寸的大小。（2）绷网张力的大小。（3）丝网印版的中心垂度。（4）承印物的形状。（5）承印物的材料的性质。（6）承印物表面形态。（7）油墨粘度等丝网印版与承印物之间的间隙，由于印刷条件不同，而间隙值也各异。一般对油墨吸收力较低的、承印物表面较硬的物体印刷间隙值要求比较高。而对油墨吸收力较大的、承印物表面较软的物体印刷间隙值的要求就不那么严格。通常精度要求较高的印刷品在印刷时要求间隙值在1-3毫米之间。对普通印刷品其间隙可为2-6毫米。曲面印刷时间隙值要小一些，而平面印刷时间间隙值要大一些。4.4 油墨对印刷的影响4.4.1 黏度所谓黏度就是液体的内摩擦力，表示在外力的作用下，使一层液体在另一层液体上滑动，内层液体所施加的摩擦力。在PCB生产中，是指油墨受到外力推动产生的流动性，是流体分子问相互作用产生阻碍分子相对运动的量度，常以单位面积所受的剪切应力来表示。油墨的黏度是测定印刷油墨流变性的重要手段，也是油墨与印刷适应性的一个主要指标。油墨的许多流变性能与应用性能几乎都与黏度有关。油墨的黏度同印刷质量有关，黏度大，对油墨的转移和网点成形有利，但要控制适度，黏度过大或过小都不利于印刷。对黏度影响最显著的是温度，因此，要求印刷环境的温度变化不能太大， 否则会影响到油墨的黏度和网印质量及效果,要保持油墨的质量，最好存放在常温的工艺条件下。4.4.2 触变性它又称摇变性、抗流挂性，是液体的一种物理特性，是指油墨的黏度随剪切速度；的增大而减小或随剪切速度的减小而增大的性质。它是表示油墨在静置时呈胶状，而受到触动(如搅：拌)时黏度发生变化的一种性质。通过搅拌，油墨触变性的作用可持续很长时间，足以使其内部结构重新构成。要保证达到高质量的网印效果，油墨：的触变性是十分重要的，特别是在刮板过程中，油墨被搅动，进而使其液态化。这一作用加快油墨通过网孔的速度，促进原来网线分开的油墨均匀地连成一体。一旦刮板停止运动，油墨回到静止状态， 其黏度就又很快地恢复到原来的所要求的数据。因此，印刷中要求油墨要有一定的触变性，以使印刷后网点清晰，但触变性太大会影响油墨的传递转移，使网点丢失。触变性和黏度是两个不同的物理概念，可以这样来理解，触变性是油墨黏度发生变化的表征。黏度与时间没有关系，它是一个常数。当油墨在外力作用(搅拌)之下，黏度即发生变化，随着作用力的延续，黏度会继续变小，但不会无限制的下降，到了一定的极限而停止。触变性是一个在外力作用下，与时间有关的变量。在外力作用下，作用力持续时间越短，黏度下降越明显的，则称这种油墨的触变性大；相反，如果黏度下降就不明显，则称触变性小。4.4.3 怎么保证油墨有最佳的黏度和触变性油墨的黏度和触变性是PCB油墨性能的重要指标，与网印的实际操作过程密切相关。黏度的高低，关系到丝网印刷是否顺畅。所以在PCB油墨中，黏度都标注得非常清楚，指明在什么条件下，应使用多高的黏度，使用什么类型的黏度测试仪等。在实际印刷过程中，如果油墨黏度偏高，会造成漏印困难，图形边缘锯齿严重，这时就要加入稀释剂调节黏度，使之达到要求，以保证印刷效果。但在很多场合下，为了获得理想的分辨率，无论采用什么黏度，始终都无法实现。这主要是由于油墨除黏度这个重要的因素外，还有触变性这个重要因素在影响着印刷精度。油墨的触变性是可控的。最初出现的冷触变性网印油墨具有较高的黏度，这使得印刷厂要降低油墨的黏度，但并不经常需要这样。如果需要可以采用以下办法：添加少量稀释剂到油墨里，并且不断搅拌它，直到稀释剂均匀地分散到油墨中。应该注意的是：触变性油墨经搅拌后，其黏度将会下降。因此需要小心，不能使油墨过稀。决不能在网版上将稀释剂添加到油墨中。在实际应用中，并非触变性越大越好也不是越小越好，而是需适可而止。油墨由于具有触变性能，非常适用于采用网印的工艺。使得网印操作变得轻松自如，油墨网印时，在网上的油墨刮板推动下，发生滚动和挤压，油墨的黏度变低，利于透墨。目前，触变性丝网印刷油墨的生产已达到一定水准。触变性丝网印刷油墨对提高丝网印刷精度，减少废品率都有很大的作用4。(1)减少废品。任何印刷过程中都有可能由于机械或操作人员的原因而出现停机的情况。使用传统的油墨，重新开机往往会造成电路板蹭脏或其它缺陷。由于触变性网印油墨具有良好的流变性能，因此使用这种油墨有助于解决上述问题。当刮板刮过油墨，油墨的流动性便增大，从而使油墨均匀地沉积到印品上。印刷完毕，油墨的流动性下降，从而防止了油墨在网版上溢流。应该注意的是，刮墨后触变性丝网印刷油墨有足够的流动性来满足连续高速印刷的要求。同时，触变性网印油墨也适用于印刷速度较慢的半自动丝网印刷机。(2)提高印刷精度。印刷电路板时要求油墨具有适当的触变性，油墨由于具有触变性能，非常适用于采用网印的工艺。但在使用中要注意控制油墨触变性的适性，过大或过小都会对印刷产生不良的影响。控制油墨的触变性可通过工艺技术措施进行。如在印刷时根据印机的特点和气温的高低情况，调整好适度的油墨流动性。当印刷速度低，气温低的情况下，由于触变性小，其流动性也小，不利于均匀的传墨和着墨，这时可将油墨适当调稀一点，以适应印刷工艺的要求。为了防止油墨过多的触变性给印刷带来的不良影响，要控制好印刷工艺条件，使油墨的触变性控制在印刷适性范围内。例如，尽量在恒温恒湿的环境下进行印刷，给生产车问安装空调设备。此外，PCB油墨在使用前必须充分仔细地对油墨进行手工或机械搅拌均匀。如果油墨中进入空气，使用时要静置一段时问。如果需要进行稀释，首先要充分进行混合，然后再检测其黏度。用后要把墨桶封好，同时不要将网版上油墨放回到油墨桶内与未用过的油墨混在一起。5结论油墨触变性对印刷有一定的影响作用，而影响油墨触变性的因素则是多方面的。所以，正确认识油墨的触变性及其相关因素，在印刷时采取相应的措施进行适当的控制，加入适量的稀释剂，控制好油墨的黏度，使油墨在印刷过程中保持相对的稳定状态，对有效地避免这样或那样的印刷质量缺陷，提高印刷效率和产品的质量，有着十分重要的意义。随着丝网印刷技术的发展，网印技术在PCB制造中占有越来越重要的地位，它的应用不仅提高了印制电路的生产效率和加工质量，同时也降低了印制电路的生产成本，另一方面由于网印材料的研究开发与应用，特别是功能性油墨的开发，使丝网印刷的应用领域更加多样化，取得了不断的进步。致谢本论文是在车间组长汤松茂和各位车间师傅的指导下完成的，在写论文的期间，他们给了我很多的帮助，在我遇到问题时，他们会热心的帮我去解决，同时也要感谢博敏公司给了我这次的实习机会，让我学到了丝网印刷技术和更多的有关PCB的知识。在此，深深的说一声：“谢谢！”还要感谢在写论文中给予我帮助的同学们。参考文献【1】 陈森，金鸿.印制电路技术.北京：化学工业出版社，2003(12).【2】 张亚寒.丝网印刷技术在PCB中的应用.计算机与网络，2008(14):59-60【3】 胡更生，影响丝网印刷位置精度的几个重要因素【J】，丝网印刷,1998.（01）:9-10.【4】 齐成，PCB丝网印刷中怎样控制油墨，印制电路信息，2008（2）