PCB制作中印刷的運用

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本文作者：曹瑞春

采用網版印刷的方式印制電路板已經由來已久，本文除了介紹電路板的一些特性及應用，主要結合實際生產詳細介紹網版印刷在電路板制作方面的應用，探討電路板制作對網版印刷的更高要求，希望這些經驗對從事電路板制作的人員有所裨益。

一、關于pcb

在電子技術發展的早期，電路由電源、導線、元器件和開關構成。各個元器件之間通過一定的電路設計用導線連接在一起。各個部件處在一個立體空間中。但是隨著電子技術的發展，電子產品的功能及結構都變得極為復雜。元器件和線路的排布都會受到很大的空間限制。如果繼續采用傳統的空間布線方式，就會使電子產品變得復雜且沒有規律。為了克服這一弊端。人們開始用一塊板材作為基礎，在板上規劃元件的布局，確定元件的接點，使用接線柱做接點，再用導線把接點按電路要求，在板的一面布線，在另一面裝元件。這就是最早的電路板（圖1）。單面敷銅板的發明，成為電路板設計與制作新時代的標志。首先在敷銅板上用模板印制防腐蝕膜圖，然后再進行腐蝕刻線。這種技術就象在紙上印刷那樣簡便，“印刷電路板”由此得名。隨著電子技術的進一步發展，出現了雙面板，即在板子兩面都敷銅，兩個面都可以腐蝕刻線。除了雙面蝕刻以外，為了應對更加復雜的線路設計，出現了更多層的電路板。圖2所示為采用了8層PCB板的NVIDIA顯卡。今天PCB是電子行業中最重要的基礎電子部件，從宇宙飛行器、大型計算機、運載火箭、磁懸浮列車到電視、電子計算機等眾多產品，不勝枚舉。幾乎每一種電子設備都離不開PCB，可以說只要有集成電路等電子元器件的地方，就有PCB的存在。網版印刷和PCB本來是不搭界的，但是今天的它們卻聯系密切。其實網版印刷能夠進入PCB行業，曾經經歷過一段非常曲折的過程。上世紀90年代以前，長約20年的時間里，PCB與網版印刷的聯系并不是很大，當時的PCB從業者一般都認為“網版印刷不適宜精密PCB制造”，網版印刷只適用于對尺寸精度和分辨率精度要求不太高的“印制-蝕刻”和圖形電鍍制造印制板。確實當時的網版印刷并不具備為精密PCB制作服務的能力。這種狀況并未一直持續下去，隨著網版印刷新材料和新技術的出現，PCB行業表現的越來越離不開網版印刷技術。

二、網版印刷在PCB制作中的應用

1．PCB抗蝕膜印刷

把設計好的電路圖形印刷在層壓板上形成抗蝕膜，這就是抗蝕膜印刷；它是通過網版印刷來完成的。要在覆銅板上形成電路和焊盤之類的導體，通常會采用兩種加工工藝：一種是網印法；另一種是光刻法。光刻法成本較高，隨著網印精度的提高，網印法應用的越來越多。網印法即在覆銅板上預先網印抗蝕膜，然后用化學方法將未被抗蝕劑覆蓋的部分腐蝕掉，隨后脫去抗蝕膜，即得到需要的導電圖形。在網版印刷中可選用滌綸絲網或不銹鋼絲，這兩種絲網的印刷精度比較高。制版可采用直接感光制版法或直間感光制版法。采用直接法制版時，涂布感光膜的厚度要掌握好，一般印刷阻焊膜以（25～30）μm為佳?？刮g油墨一般為堿溶性油墨，印制到覆銅板上后能耐三氯化鐵等酸性溶液的腐蝕。網印刮板選用聚氨酯橡膠型，厚度為8mm，其邵氏硬度為70左右，刮板的形狀選用直角，刮板與絲網的角度為（50～60）°，印刷時也要適當控制抗蝕油墨干燥后的成膜厚度。若成膜過厚會造成導電圖形擴張，影響精度；如過薄會形成砂眼針孔，增加修版工作量。網印后采用遠紅外烘道干燥2min即可，而用自然干燥時，溫度控制在（25～30）℃，大約需要4h或更長一些時間。干燥后的電路板即可進入酸性蝕刻工序，蝕刻完畢后用1%～2%氫氧化鈉稀堿液噴淋去膜。此時PCB抗蝕膜的作用就完成了。

2．黏結劑印刷

在表面安裝中，引用流動焊料和安裝大的異形部件時，網印用的黏結劑一般是紫線固化型的UV膠粘劑。這種膠粘劑在紫外線照射下，其內部的自由基會吸收紫外線引起整個膠粘劑發生交聯或聚合反應。能在短時間內實現牢固的黏結。

3．焊漿(膏)印刷

印制電路板一般都是事先在基板上安裝好各個元器件，然后再進行錫焊。焊漿印刷的目的是為了把安裝部件接合到印刷線路板焊接區上。大量生產時，用這種方法能保證其優良的焊接性能。焊漿一般由焊料粒子、溶劑、助熔劑等成分組成。其黏度高、摩擦系數大。人們常用的焊劑是鉛錫合金，熔點在183℃。焊漿印刷與其它漿料的印刷不太相同，印刷時，要特別注意刮板的運行速度，既要緩慢又要均勻。只有這樣才能保證焊漿的質量。另外要特別注意防止焊錫電路的氧化，焊錫電路是否被氧化，這一點決定著焊接的好壞。有時，可能焊錫的涂布很適當，但保管情況不好，線路也會氧化，焊接就會不良，為此保管時必須防止由于受潮等原因引起的氧化反應。

4．標記油墨的印刷

為了標明元器件的安裝部位，要用標記油墨在電路板表面印刷符號，符號印刷完畢后電路板才算制作完成。標記油墨分光固型和熱固型兩大類，而每類又分成單組份和雙組份兩種。印制電路板要求兩面（即插件面和焊接面）都要進行網印標記油墨。不同類型的油墨成膜厚度會有差異，成膜厚度對印刷電路板的質量有相當的影響。油墨成膜厚度與諸多工藝因素有關，因此要綜合各種園素，根據實際操作來控制膜層厚度。網版印刷除了在以上幾個領域應用外，還在阻焊膜印刷、精細電路板印刷等領域應用廣泛。如今雖然網版印刷在PCB制造中的地位已經無可取代，連最高級、最精細的電路板制作它都可以應對。但是電路板制造的復雜精細程度也在與日俱增，所以這就對網版印刷技術提出了更高的要求。

三、PCB制作對網版印刷的要求

1．感光膠

雖然感光膠的發展使得網版印刷在PCB制作領域發展迅速，但PCB制作對感光膠卻有更高的要求，主要表現在需要更高的解像力，便于進行細線條超精密印刷；更高的感光速度，便于節約能源并提高工作效率。較高的固體含量，利于涂布，特別是較厚版膜的涂布；保存的穩定性，要求感光膠在高溫、高濕等環境中依然性能穩定；環保公害小，或者無公害，對操作中身體無危害。一般在發達國家每3～5年就會有新型系列的感光膠問世。不過可以預見的是在未來一段時間內，重氮樹脂系感光膠仍然將是網印制版的主要類型（圖3），但是，隨著新材料、新設備、新技術的不斷涌現，乳膠和光引發劑的結構將會發生較大改變，以滿足更高層次的制版需求。

2．絲網

PCB制作要求絲網具有更好的抗張強度，并且絲網吸濕后的輕度變化應盡量?。唤z網的伸長率小，要求絲網在一定張力（如伸長3%）下具有足夠的彈性。因此絲網的伸長率也不能為零，而是以小為好。高張力、低伸長的絲網對保證印刷的精度至關重要；絲網的回彈性能優良，這樣利于印跡邊緣的清晰再現；網孔的通過性能良好，利于PCB印料的順利透過；能編織成更高網目數的絲網材料，目前的材料除了不銹鋼和進口滌綸絲網外，其它種類的網印精度都比較有限；耐性優異，不僅對溫濕度的改變能夠保持穩定，同時對化學藥品的耐抗性也要不斷提高，這樣利于滿足多樣化的PCB制作要求。

3．制版

PCB制作不僅對絲網材質提出了較高的要求，對制版工藝的要求也相對較高。

1）版膜平滑均勻

要求在制版過程中保證版膜平滑均勻，不允許出現針孔等現象，這就要求在涂布感光膠前，膠體應充分攪拌混合并靜置一段時間以消除內部的氣泡。曬版時清除陽圖片和真空曬版架玻璃上的塵土污物，檢查玻璃板有無劃痕。

2）版膜粘網牢固

要求涂布感光膠后網版應該在規定的溫度下徹底干燥。同時正式曬版前進行曝光試驗，以確定合適的曝光時間。亦有一些細節需要注意，如應嚴格按照說明書進行感光膠配比，并按照生產日期檢查有無過期現象等。

3）較高的印版分辨率

為了保證較高的印版分辨率，在曬版前應先檢查底片密度和圖像質量，同時選用高目數的絲網；如有必要可以使用有色絲網，有色絲網較白色絲網能夠避免較多的光線衍射，利于圖文的準確再現；涂膠后的網版應及時曬版；在曬版過程中保證底片和膠膜接觸緊密，可以采用真空吸附或其他方式使之緊密接觸；顯影前檢查顯影沖洗程序，調整水壓和水溫。網版印刷從和PCB制作毫無關聯到現在的休戚相關，這個過程充滿了無數人的不懈探索。相信隨著網印技術的進一步發展，網版印刷在PCB制作中的應用將會更加廣泛。