印刷線路板中絲網(wǎng)印刷技術(shù)介紹

一、關(guān)于印刷線路板

PCB是電子工業(yè)重要的基礎(chǔ)電子部件。幾乎每一種電子設(shè)備，小到電子手表、計算器，大到每秒鐘運行億萬次的巨型電子計算機、通訊電子設(shè)備以及宇宙飛行器，只要有集成電路等電子元器件，為了它們之間電氣互連，都離不開PCB?？梢哉f在一切電子產(chǎn)品特別是智能化電子產(chǎn)品的研制過程中，基本的成功因素是該產(chǎn)品的PCB設(shè)計、文件編制和制造技術(shù)。

PCB在各種電子設(shè)備中有如下功能。

1 提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐。

2 實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣。提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

3 為自動錫焊提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。

電子設(shè)備采用PCB后，由于同一類PCB的一致性，從而避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝、自動錫焊、自動檢測。保證了電子設(shè)備的質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了成本，并便于維修。

PCB從單面發(fā)展到雙面、多層和撓性，并仍保持各自的發(fā)展趨勢。由于不斷地向高、高密度和高可靠性方向發(fā)展，不斷縮小體積、減輕成本、提高性能，使得PCB在未來電子設(shè)備的發(fā)展過程中仍然保持強大的生命力。

二、印刷線路板制作中的絲網(wǎng)印刷

1 “擠”的啟示

絲網(wǎng)印刷能夠進入PCB行業(yè)，曾經(jīng)經(jīng)歷過一段非常曲折的過程。在90年代前，長約20年的時間里，PCB業(yè)界對絲網(wǎng)印刷并沒有什么“好感”，當(dāng)時的PCB、學(xué)者給絲網(wǎng)印刷所作的結(jié)論是“絲網(wǎng)印刷不適宜精密PCB制造”。例如，科學(xué)出版社出版的《印制電路技術(shù)》（1987年5月第1版，北京）一書中就寫道：“絲網(wǎng)漏印技術(shù)適用于分辨率和尺寸要求不太高的‘印制──蝕刻’和圖形電鍍制造印制板?！睂嵤虑笫堑卣f，當(dāng)時的絲網(wǎng)印刷確實不具備為精密PCB制作服務(wù)的能力。例如70年代，筆者以絲網(wǎng)印刷制作PCB阻焊圖形，對阻焊網(wǎng)印印版制作時所付出的艱辛至今還記憶猶新。當(dāng)時，由于市場上沒有好的制版材料（如網(wǎng)版感光膠）銷售，我們只好以漆膜轉(zhuǎn)移法制作阻焊網(wǎng)印印版。漆膜轉(zhuǎn)移法制作阻焊網(wǎng)印印版的工藝簡述如下。

（1）以照相法獲得阻焊圖形的陽圖照相底片。

（2）配制PVA（聚乙烯醇）液態(tài)感光抗蝕劑（膠）。

（3）以離心甩膠法為敷銅箔板（PCB基材）涂布PVA感光抗蝕劑。

（4）曝光→顯影→堅膜→修版→蝕刻。

注：（1）～（4）為傳統(tǒng)PCB制作工藝。

（5）多次噴漆，直到將敷銅箔板上經(jīng)蝕刻后的凹處以漆膜填滿（敷銅箔板板面上的漆膜要清除干凈）。

注：（1）～（5）實際上是為阻焊網(wǎng)印印版制作模板。

（6）將噴好漆（圖形需修整好）的阻焊模板與絲網(wǎng)網(wǎng)版貼緊，在絲網(wǎng)版的刮印面用溶劑（松節(jié)油）快速擦拭，直到阻焊模板上的漆膜全部轉(zhuǎn)移到絲網(wǎng)版上。

（7）在漆膜轉(zhuǎn)移過程中，漆膜很難完整地轉(zhuǎn)移到絲網(wǎng)版上，所以，需要對轉(zhuǎn)移后的網(wǎng)版圖形（漆膜）進行修整，而這種修整方法將會使阻焊圖形的受到極大的損害。

上面，僅僅是很簡單地介紹了阻焊網(wǎng)印印版的制作過程，它的繁瑣、低效、高成本、高勞動強度等弊病已躍然紙上，以這樣的工藝在線路板加工中很難被PCB工作者所接受，也不可能使絲網(wǎng)印刷在PCB制造業(yè)中立住腳。正因為如此，絲網(wǎng)印刷在PCB制造業(yè)中的地位不僅不高而且岌岌可危。70年代后期，當(dāng)阻焊干膜問世以后，以絲網(wǎng)印刷制作PCB阻焊圖形的工藝就極其自然地受到PCB制造業(yè)的冷落。

除了在制作PCB阻焊印版上所表現(xiàn)出的“低能”之外，在PCB抗蝕圖形的制作過程中，絲網(wǎng)印刷也曾與其它PCB制作工藝發(fā)生過激烈的碰撞。60～70年代，PCB抗蝕劑有蛋白膠、骨膠、PVA等，使用蛋白膠時必須上紅粉（氧化鐵和松香的混合物），因此，工藝極為復(fù)雜，實際上很少采用。骨膠有令人難聞的臭味，易發(fā)霉，容易受潮，因此難顯影，尤其在潮濕的氣候條件下更是如此。另外，骨膠光固化后的膠膜吸潮后易脫落，因此限制了它的使用。70年代初至中期，PCB抗蝕劑應(yīng)用多的為PVA，到后期美國杜邦公司的抗蝕干膜問世以及國產(chǎn)抗蝕干膜相繼投產(chǎn)，PCB制作中的抗蝕劑基本上為PVA和抗蝕干膜。在這期間，絲網(wǎng)印刷也曾試圖擠入PCB抗蝕圖形制作的工藝，應(yīng)該肯定，當(dāng)時這種想法是值得大加贊揚的。然而，實際上絲網(wǎng)印刷在這個“戰(zhàn)場”上戰(zhàn)績不佳。究其原因，主要是抗蝕印料的不成功。初期的抗蝕印料主要成分為瀝青（加少許溶劑），盡管這類印料具有較好的抗蝕特性，但由于其對敷銅箔板和環(huán)境的嚴(yán)重污染和對操作人員身體健康的影響等等嚴(yán)重缺陷，使得以絲網(wǎng)印刷制作抗蝕圖形的工藝不被看好，PCB工作者更愿意采用PVA或抗蝕干膜。

回顧絲網(wǎng)印刷在PCB制造技術(shù)中的應(yīng)用的曲折過程，我們可以深刻地感覺到在一種似乎很不經(jīng)意的氛圍中，包括絲網(wǎng)印刷在內(nèi)的各種應(yīng)用技術(shù)在PCB制作工藝中的激烈碰撞，在這種碰撞中，是擠進去還是被擠出來，全看自身的實力。這段時期的絲網(wǎng)印刷之所以處于慘兮兮的景況之中，實為自身實力太差、技不如人。絲網(wǎng)印刷如果想在PCB制造中立住腳跟并爭取有更大的作為就必須苦練“內(nèi)功”、創(chuàng)造優(yōu)勢，沒有雄厚的技術(shù)優(yōu)勢即使硬擠也擠不進去﹔只有可能被無情地擠出來。

2 苦練“內(nèi)功”

近年來的發(fā)展使得絲網(wǎng)印刷具備了良好的工藝適性并且成為一種可控制和易于控制的生產(chǎn)過程，下面我們簡略地介紹近十年來網(wǎng)印機材的進步。

（1）網(wǎng)印絲網(wǎng)

絲網(wǎng)是網(wǎng)印中重要的組成部分。這是因為它控制了油墨的流動性和耗墨量，同時，它也決定了網(wǎng)版的耐用性和質(zhì)量，從而決定了印刷的質(zhì)量。近十年里，人們在市場上可以看到性能良好的高模數(shù)類網(wǎng)印絲網(wǎng)，特別是高結(jié)合力、高張力、單絲、平織聚酯（PET）絲網(wǎng)（絲網(wǎng)的絲徑可細達27μm，每厘米高達150線的平織絲網(wǎng)）的推出，改變了人們對印刷中一些重要影響因素的理解，這一點在精密絲網(wǎng)印刷的SMT技術(shù)、集成電路制造技術(shù)、薄膜開關(guān)制造技術(shù)等中得到印證。除此之外，絲網(wǎng)與網(wǎng)版感光膠或感光膜片有極好的交聯(lián)性也是制作高質(zhì)量網(wǎng)印印版的一個重要因素，為了保證絲網(wǎng)與網(wǎng)版感光材料的良好結(jié)合，傳統(tǒng)的做法是強調(diào)制版操作人員要做好對已繃好的絲網(wǎng)的預(yù)處理工作，它包括對新的絲網(wǎng)的機械粗化和適當(dāng)?shù)拿撝幚?，目前，市場上已?jīng)有不需要經(jīng)過粗化、去脂處理的高張力/高結(jié)合力絲網(wǎng)出售，這種產(chǎn)品除具有省時和簡化工藝的優(yōu)點外，網(wǎng)版更耐用，其壽命較普通絲網(wǎng)延長2～3倍。同時，在新的絲網(wǎng)的開發(fā)、研究中，還注意到絲網(wǎng)的耐磨、分辨率高、曝光時限寬以及與感光材料的優(yōu)良匹配特性等，上述新型絲網(wǎng)已經(jīng)商品化，在國內(nèi)市場上非常容易買到。

（2）網(wǎng)版感光材料

今天，我們在市場上可購買到許多牌號的高分辨率的絲網(wǎng)感光膠或感光膜片，特別是水基感光膜片（直接曬網(wǎng)感光膜片），其使用工藝簡單，膜層厚度均勻、可控，特別是膜厚為80～140μm的水基感光膜片，可在一些較為特殊的應(yīng)用場合使用，同時，它還為絲網(wǎng)印刷拓展新的領(lǐng)域提供了可靠的物資基礎(chǔ)。

據(jù)網(wǎng)印資訊介紹，美國易玲瓏公司近推出400μm厚感光膜片可供各種電子技術(shù)方面的應(yīng)用和供高密度織物印刷。

（3）網(wǎng)印印料（油墨）

網(wǎng)印印料的進步，特別是功能性油墨的開發(fā)，不僅使普通的絲網(wǎng)印刷獲益匪淺（例如UV油墨的永不堵網(wǎng)），而且，它還直接導(dǎo)致了絲網(wǎng)印刷技術(shù)和產(chǎn)品的高科技化。例如薄膜開關(guān)中的導(dǎo)電銀漿印刷﹔使SMT技術(shù)中的SMD、SMC（片狀元器件）與PCB互連的錫漿（鉛錫合金）印刷﹔太陽能電池中的半導(dǎo)體層CdS（硫化鎘）、CdTe（碲化鎘）以及電極層碳（C）、銀（Ag）、銀＋銦（Ag＋In）的絲網(wǎng)印刷以及磁性油墨、厚膜IC油墨等等。僅就PCB印料而言，今日PCB印料之品質(zhì)和印刷工藝與20年前相比，真是有天淵之別。表1給出了部分PCB油墨的用途與特點。

表1　PCB油墨的用途與特點

為了使更多的絲網(wǎng)印刷工作者和PCB工作者對國產(chǎn)PCB印料的性能、特點及工藝技術(shù)有較深入的了解，對部分國產(chǎn)PCB印料作重點介紹。

液態(tài)感光抗蝕耐電鍍油墨

單組分、稀鹼水溶液顯影、接觸曝光型液態(tài)感光抗蝕耐電鍍油墨，主要用于制造高、高密度PCB及多層板之內(nèi)層。采用絲網(wǎng)滿版印刷，曝光時照相底片與感光膜直接接觸，其分辨率比一般抗蝕干膜更高，不會出現(xiàn)抗蝕干膜頭痛的余膠問題，感光膜與基板結(jié)合力比抗蝕干膜更強，耐電鍍性能更優(yōu)，成本較之抗蝕干膜節(jié)約50％左右。

A 技術(shù)指標(biāo)（見表2）

表2　液態(tài)感光抗蝕耐電鍍油墨技術(shù)指標(biāo)

B 工藝流程

基板前處理→絲網(wǎng)滿版印刷（絲網(wǎng)目數(shù)100～200目）→預(yù)烘干（70～80℃，10～20min）→曝光（4kW，35～70s）→顯影（1％無水碳酸鈉溶液，20～30℃，45～60s）→干燥（90～100℃，5min）→蝕刻或電鍍→去墨（3％～5％氫氧化鈉溶液，40～60℃，1～3min）

C 注意事項

a 絲網(wǎng)滿版印刷：干燥后感光膜的厚度一般為15～25μm，用于電鍍時，膜應(yīng)厚些，采用的絲網(wǎng)目數(shù)應(yīng)小些（100～150目），用于蝕刻時，絲網(wǎng)目數(shù)可高些（140～200目）。

b 印刷時應(yīng)避免紫外光的照射。

c 預(yù)干燥：單面板干燥條件為70～75℃，15min﹔雙面板70～75℃，10min左右，預(yù)干燥時間太長或溫度過高，都會導(dǎo)致感光膜熱聚合/交聯(lián)，造成顯影后有余膠﹔反之，干燥不充分，溶劑仍有部分殘留在感光膜中，曝光時會出現(xiàn)感光膜粘底片、耐顯影性能差等現(xiàn)象。預(yù)干燥后的板子應(yīng)輕拿輕放，千萬不能堆放在一起，以免互相粘連，并在自然冷卻后48h內(nèi)曝光。

d 曝光：感光膜越厚，所需曝光時間越長﹔膜越薄，所需曝光時間越短，4～7kW曝光機，曝光時間為35～70s。曝光時間過短，感光膜的耐顯影性和耐蝕刻性能差，電絕緣性降低﹔曝光時間太長，分辨率降低，顯影時間變長。曝光時要注意工作間的環(huán)境溫度、濕度、在潔凈的環(huán)境中工作，曝光后的板子，放置15min后即可顯影。

e 水洗與干燥：顯影好的板子應(yīng)充分水洗至中性，并在90～110℃范圍內(nèi)烘干3～5min，這樣可提高固化膜與基材的附著力及電絕緣性，耐電鍍效果更佳。

f 蝕板：固化膜可耐FeCl3（三氯化鐵）、酸性或鹼性氯化銅（CuCl2）等蝕刻液腐蝕。

g 電鍍：用于電鍍時，固化膜厚度應(yīng)大于鍍層厚度，以避免電鍍時出現(xiàn)鍍層外溢發(fā)生短路現(xiàn)象。

h 去墨：溫度越高，NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（濃度）越大，則去墨時間越短﹔溫度越低，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小去墨時間越長，溫度對去墨時間的影響比NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)更明顯。一般NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％～5％，溫度40～60℃，固化膜膨脹且呈片狀脫落，時間1～3min。

D液態(tài)感光油墨與感光干膜比較（見表3）

表3　液態(tài)感光油墨與感光干膜比較