絲印釘床設(shè)計(jì)對(duì)阻焊厚度均勻性的影響

李民善 胡 源 袁繼旺

（東莞生益電子有限公司研發(fā)中心，廣東 東莞 523127）

1 背景

在PCB阻焊制作過程中，使用絲印釘床實(shí)現(xiàn)PCB連續(xù)雙面印刷液態(tài)阻焊的工藝應(yīng)用十分廣泛（圖1），但是由于PCB在厚度、圖形分布、孔徑和孔位分布等設(shè)計(jì)上往往存在較大的差異，導(dǎo)致絲印釘床的制作較為困難。一旦釘床上的銅釘布設(shè)不合理，極易導(dǎo)致PCB板面油厚不均，輕則造成產(chǎn)品阻焊外觀色差，重則造成板面阻焊顯影不良或斷阻焊橋[1][2]，導(dǎo)致返工或報(bào)廢。因此必須建立阻焊絲印過程中的釘床種釘方式、種釘密度等的詳細(xì)指示，保證釘床質(zhì)量。

圖1 阻焊雙面絲印示意圖

2 原理分析

阻焊雙面絲印在PCB一面印刷液態(tài)阻焊以后，翻面、利用絲印釘床支撐完成另外一面的液態(tài)阻焊印刷。這樣可以實(shí)現(xiàn)PCB兩面阻焊的連續(xù)印刷，減少了停留時(shí)間、烘烤時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

制作絲印釘床需要在釘床底板對(duì)應(yīng)于PCB單元外的板邊或單元內(nèi)孔的位置布設(shè)支撐釘，由于制作過程較復(fù)雜，有較高的技術(shù)含量，絲印釘床一般由熟練操作工人來(lái)制作。但即便是熟練操作工人，在遇到高復(fù)雜板（如板尺寸大、單元內(nèi)孔分布不均等）或新型號(hào)板時(shí)，也往往出現(xiàn)少布釘、布釘密度太小、布釘位置偏差等失誤。

因此，有必要分析不同布釘密度的絲印釘床對(duì)不同厚度PCB板面阻焊印刷效果的影響，從而制定合理的阻焊絲印釘床布釘規(guī)則，提高釘床制作效率，提升阻焊雙面絲印品質(zhì)。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)因子和水平設(shè)計(jì)

對(duì)三種布釘密度（間距5 cm、8 cm、10 cm）和PCB板厚（0.8 mm、1.5 mm、2.0 mm）條件進(jìn)行交叉試驗(yàn)，每種交叉條件試板2 pcs，設(shè)計(jì)試驗(yàn)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2 釘床制作

以457 mm×610 mm的光銅板作為釘床底板，以陣列的方式均勻放置銅釘并以綠色透明膠帶固定。銅釘間距分別為5 cm、8 cm和10 cm。在不同布釘間距的釘床里，最外側(cè)銅釘?shù)降装暹吘壍木嚯x呈上下、左右對(duì)稱，保證絲印時(shí)不會(huì)因?yàn)殂~釘位置不對(duì)稱而出現(xiàn)油厚差異，具體如圖2所示。

以5 cm間距為例，銅板短方向長(zhǎng)度為45.7 cm，每排可以放置9顆釘，保留上下間距2.8 cm；長(zhǎng)方向每排可以放置11顆釘，總共需種釘99顆。表2為三種

種釘密度下銅釘數(shù)量、間距對(duì)比。

圖2 釘床設(shè)計(jì)示意圖

3.3 試板制作

使用尺寸為17"×23"的光銅板，板厚分別為0.8 mm、1.5 mm和2.0 mm，每種板厚準(zhǔn)備6 pcs，銅厚統(tǒng)一為1 oz，需倒圓角。以最常用的某種綠色液態(tài)阻焊油墨為例，絲印參數(shù)如表3所示。

3.4 數(shù)據(jù)收集方法

使用濕膜厚度測(cè)試儀（機(jī)械滾輪式，圖3）對(duì)左下角第一顆銅釘種釘位置起始的正方形陣列對(duì)角線銅釘位置，以及斜方向相鄰2顆銅釘之間1/4、2/4、3/4斜間距位置的濕膜厚度，如圖4所示。

圖3 濕膜厚度測(cè)試儀

圖4 濕膜厚度測(cè)試示意圖

由于測(cè)試位置為銅釘陣列之對(duì)角線位置，銅釘間距不同，測(cè)試陣列和測(cè)試點(diǎn)也有一定差異，如間距為5 cm的釘床，需測(cè)試濕膜厚度的陣列如表4所示：

表2 三種種釘密度下銅釘數(shù)量、間距對(duì)比

表3 試驗(yàn)制作參數(shù)

在銅釘間距為5 cm時(shí)，測(cè)試陣列只能取8×8顆銅釘，同樣可計(jì)算其他銅釘間距最大可測(cè)的陣列及測(cè)試點(diǎn)數(shù)如表5所示。

為取得相應(yīng)的干油厚度數(shù)據(jù)，取使用5 cm釘床、各種板厚的板各1 pcs，在一個(gè)測(cè)濕膜厚度測(cè)量區(qū)間內(nèi)（已測(cè)濕膜厚度位置），取切片讀取干油厚度數(shù)據(jù)。并使用膜厚測(cè)量?jī)x測(cè)量濕膜厚度測(cè)試位置的干油厚度。關(guān)鍵試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集方法如表6所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 不同布釘間距油厚均勻性

分析使用不同布釘間距釘床印刷阻焊的厚度厚度，按如下公式計(jì)算阻焊厚度均勻性[3]：

分析結(jié)果如表7、圖5所示。

小結(jié)：

（1）對(duì)于0.8 mm的薄板，使用銅釘間距5 cm的釘床，絲印油厚均勻性可達(dá)11%，明顯優(yōu)于銅釘間距8 cm和10 cm的釘床；

（2）對(duì)于1.5 mm、2.0 mm的板，使用銅釘間距5 cm的釘床與使用銅釘間距8 cm、10 cm的釘床絲印油厚均勻性的差別不明顯；

（3）適當(dāng)減小釘床的間距對(duì)薄板（如0.8 mm或更?。┑挠秃窬鶆蛐愿纳菩Ч苊黠@，改善厚度油厚均勻性可做到2.0 mm厚板的均勻性水平。

表7 不同布釘間距釘床絲印阻焊的厚度均勻性

圖5 不同布釘密度釘床的絲印厚度均勻性

表4 間距為5cm的釘床測(cè)試陣列計(jì)算結(jié)果

表5 不同布釘密度下銅釘數(shù)量、間距對(duì)比

表6 關(guān)鍵試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集方法

4.2 各測(cè)試點(diǎn)濕膜厚度變化趨勢(shì)

分析各測(cè)試點(diǎn)油厚變化規(guī)律，探究減小布釘間距對(duì)改善阻焊厚度均勻性的作用，結(jié)果如下。

使用釘床密度分別為5 cm、8 cm、10 cm的測(cè)試板，濕膜厚度測(cè)試位置示意圖如圖4所示，各測(cè)試位置濕膜厚度變化如圖6、圖7、圖8所示。

圖6 釘床密度5cm絲印板的濕膜厚度變化

圖7 釘床密度5cm絲印板的濕膜厚度變化

圖8 釘床密度5cm絲印板的濕膜厚度變化

小結(jié)：（1）濕膜厚度隨測(cè)試位置有規(guī)律的上下波動(dòng)：在1、5、9、13、21、25、29等底部有銅釘支撐位置，濕膜厚度表現(xiàn)為該區(qū)間（左右共5個(gè)點(diǎn)）內(nèi)的最小值；而在3、7、11（12）、15、19（20）、23、27等距離銅釘支撐點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置，濕膜厚度表現(xiàn)為該區(qū)間（左右共5個(gè)點(diǎn)）內(nèi)的最大值。

（2）在有銅釘支撐位置，絲印時(shí)板面沒有明顯下降，下油量較少，表現(xiàn)為濕膜厚度較?。辉诰嚯x銅釘支撐較遠(yuǎn)的位置，絲印時(shí)板面出現(xiàn)明顯下降，下油量較多，表現(xiàn)為濕膜厚度較大；距離銅釘支撐越遠(yuǎn)，絲印時(shí)板面下降越大，下油量越多，表現(xiàn)為濕膜厚度增大。

（3）薄板在絲印時(shí)變形較大，而厚板變形則較小，因此板厚1.5 mm、2.0 mm測(cè)試板表現(xiàn)為曲線較平坦，但濕膜厚度隨測(cè)試位置上下波動(dòng)的規(guī)律與0.8 mm薄板相似。

4.3 濕膜厚度與測(cè)量位置到支撐點(diǎn)距離的關(guān)系

考察離銅釘支撐點(diǎn)不同距離之測(cè)量位置濕膜厚度變化趨勢(shì)。以0.8 mm薄板為例，計(jì)算在距離銅釘1.414*10*0/4=0cm、1.414*10*1/4=2.5 cm、1.414*10*2/4=5.0 cm位置濕膜厚度平均值變化趨勢(shì)如圖9～圖11所示。

圖9 布釘間距5cm

圖11 布釘間距10cm

小結(jié)：

（1）在不同的布釘間距下，不同厚度試板油厚隨測(cè)試點(diǎn)距銅釘距離增加均呈增大趨勢(shì)；

（2）板厚越厚，油厚隨測(cè)試點(diǎn)距銅釘距離增加而增大的幅度越小，說明厚板的剛性較大，布釘間距可稍大，且不易造成板面油厚不均。

4.4 板面干油厚度變化

取使用不同布釘間距的釘床絲印的各種板厚的板各1 pcs，在一個(gè)測(cè)濕膜厚度測(cè)量區(qū)間內(nèi)（已測(cè)濕膜厚度位置），取切片讀取干油厚度數(shù)據(jù)，分析濕膜厚度與干油厚度的關(guān)系，結(jié)果如表8、圖12所示。

表8 各測(cè)量位置干、濕油厚度對(duì)比

圖12 濕膜厚度與干油厚度比例

小結(jié)：不同釘床、板厚所測(cè)得的干油厚度和濕膜厚度變化趨勢(shì)基本一致，說明在相同測(cè)試條件（測(cè)試方法、油墨粘度、板面狀況）下，用濕膜厚度來(lái)簡(jiǎn)單替代干油厚度是合適的。但由于濕膜厚度測(cè)試結(jié)果受油墨黏度影響較大，需要注意在絲印后短時(shí)間內(nèi)（如15 min內(nèi)）測(cè)量濕膜厚度。

5 總結(jié)

本試驗(yàn)使用板厚0.8 mm、1.5 mm、2.0 mm的光銅板、銅釘間距5 cm、8 cm、10 cm的釘床，進(jìn)行交叉試驗(yàn)并測(cè)試濕膜和干油厚度，得到如下結(jié)論：

（1）適當(dāng)減小釘床的間距對(duì)薄板（如0.8 mm或更?。┑挠秃窬鶆蛐愿纳菩Ч苊黠@，改善厚度油厚均勻性可做到2.0 mm厚板的均勻性水平（均勻性9%～13%，即平均膜厚35 μm時(shí)膜厚極差6 μm ～ 9 μm）；

（2）其機(jī)理在于，距離銅釘支撐越遠(yuǎn)，絲印時(shí)板面受壓、下降的幅度越大，導(dǎo)致該處下油量越多、濕膜厚度增大，因此適當(dāng)減小釘床的間距對(duì)薄板（如0.8 mm或更?。┑挠秃窬鶆蛐愿纳菩Ч苊黠@；

（3）濕膜厚度與干油厚度比例穩(wěn)定，說明使用濕膜厚度測(cè)試儀在線測(cè)量、監(jiān)控油膜厚度的方法是可行的。

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[1]林其水. 電路板印刷中阻焊油墨的選用和常見故障的處理[J]. 印制電路信息,2009,12.

[2]史宏宇,劉昭亮,羅娜. 阻焊橋脫落風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及應(yīng)對(duì)研究[J]. 印制電路信息,2013,11.

[3]林金堵. 改善PCB阻焊膜厚度均勻性[J]. 印制電路信息,2005,2.