PCB噴墨打印字符掉落缺陷探討

劉國紅

（昆山市華興線路板有限公司，江蘇 昆山 215341）

0 前言

PCB（印制電路板）行業(yè)在不斷發(fā)展過程中，新設(shè)備及新工藝推陳出新，傳統(tǒng)的網(wǎng)印文字工藝在一些生產(chǎn)以多樣品及小批量的企業(yè)中，由網(wǎng)版絲印字符工藝轉(zhuǎn)變?yōu)閲娔蛴」に嚰夹g(shù)所取代。噴墨打印字符工藝，以其高清晰度，無需制作網(wǎng)版，生產(chǎn)簡便、會(huì)流轉(zhuǎn)快速等優(yōu)勢(shì)取得發(fā)展，但是生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生一些掉墨現(xiàn)象，引起比例較高的報(bào)廢。本文就電路板在打印文字工序過程中，出現(xiàn)文字缺失的情況進(jìn)行跟進(jìn)分析，通過現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)試驗(yàn)找出UV固化打印字符墨水掉墨缺陷的原因，針對(duì)產(chǎn)生不良的原因找到改善措施。

1 UV固化打印字符掉落缺陷

圖1 字符掉墨不良現(xiàn)象

掉墨不良現(xiàn)象案例（如圖1）。圖1（a）及1（b）中油墨脫落傾向一個(gè)方向，且在脫落區(qū)域能看到殘留UV墨膜的劃痕。因此根據(jù)噴印文字的流程來分析，在噴完焊接面時(shí)，UV固化不完全，臺(tái)面上有板邊小銅碎殘留。在噴印元件面時(shí)，放板定位過程中板面和銅碎雜物磨擦，蹭到了文字油墨，導(dǎo)致文字油墨擦動(dòng)，致使變形缺失或者脫落。圖1（c）（d）是在終檢時(shí)發(fā)現(xiàn)呈墨膜掉落缺失，是典型的和阻焊層附著力不夠，墨膜脫落導(dǎo)致字符殘缺不良。通過人、機(jī)、料、法、環(huán)（4M1E）方面分析，列出因果圖，對(duì)打印字符掉墨的影響找到其主要因素，從而解決掉墨問題。

2 打印字符掉墨的主要影響因素

2.1 阻焊面污染對(duì)字符掉墨的影響

2.1.1 阻焊面污染原因

字符直接噴墨打印在阻焊面上脫落，因此阻焊層表面的清潔程度直接決定其字符間的結(jié)合力。對(duì)其清潔好壞的判定標(biāo)準(zhǔn)，目前大部分還是目視判定是否有明顯的痕跡殘留，通過現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)找到污染源。

PCB生產(chǎn)流程中通常是阻焊工序后即轉(zhuǎn)入字符印刷工序，阻焊工序包括：前處理→印刷→預(yù)烤→底片曝光→顯影→轉(zhuǎn)印刷字符工序。噴墨打印字符工序包括：A面文字噴墨+UV固化→B面文字噴墨+UV固化→后烤固化→轉(zhuǎn)下工序。從流程上分析，噴墨打印是在阻焊顯影后直接轉(zhuǎn)文字工序，阻焊工序沒有后烤固化，那么污染板面主要在阻焊工序的預(yù)烤、曝光、顯影，相關(guān)狀況（見表1）。

2.1.2 阻焊面污染驗(yàn)證和改善

（1）經(jīng)過表1的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PCB防焊工序污染與預(yù)烤的烤箱有很大關(guān)系。后現(xiàn)場(chǎng)查看3號(hào)和5號(hào)直立式烤箱，排氣管道由于靠拐角，平行拐彎，易導(dǎo)致油污堆積，油漬煙霧無法及時(shí)排出倒流，污染阻焊面。阻焊面被污染導(dǎo)致后面噴印文字附著力差而掉墨，其特點(diǎn)是污染區(qū)域塊狀脫落，而無污染的阻焊面附著良好，無任何異常。經(jīng)清理排氣通風(fēng)管道，大保養(yǎng)后再次烘烤確認(rèn)，噴印字符附著良好。

（2）以上文后再增加2號(hào)顯影線生產(chǎn)對(duì)比層板，在隧道爐烘烤試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單面掉字符，集中在板面橫向兩端。現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)確認(rèn)，顯影后吸水棉老化干燥，不能吸水，上面殘留顯影油墨的粘性物質(zhì)不斷污染板面。不良體呈現(xiàn)點(diǎn)狀，不良區(qū)域表現(xiàn)在短邊平行的直線上。立即更換吸水棉，驗(yàn)證無掉墨異常。目前評(píng)價(jià)阻焊面清潔的標(biāo)準(zhǔn)以表面張力達(dá)因筆來衡量，感光樹脂油墨的表面張力在28 mN/m～36mN/m（28 dyn/cm～36 dyn/cm）范圍，在表面張力不合格的情況下，清洗一次會(huì)有一定改善。

（3）為了降低生產(chǎn)成本，提高定單價(jià)格優(yōu)勢(shì)，阻焊工序引進(jìn)一個(gè)新型號(hào)底片保護(hù)膜，阻焊生產(chǎn)試驗(yàn)無異常。噴墨打印文字出現(xiàn)批量掉墨現(xiàn)象，集中體現(xiàn)整板性，尤其是底片印痕的地方特別明顯，排查很長時(shí)間，最終變更底片保護(hù)膜。采用沒有保護(hù)膜的底片對(duì)比生產(chǎn)，得到改善，后面立即換回原來品牌。最終分析新品牌底片保護(hù)膜上含有硅油成分，在曝光時(shí)粘在阻焊表面，阻礙了噴墨油墨和阻焊面間的反應(yīng)。

表1 阻焊面污染層板

2.2 阻焊預(yù)烤條件對(duì)噴印掉墨的影響

（1）噴墨油墨成分和阻焊油墨是一樣的，只是里面的分子結(jié)構(gòu)更小，易于其流動(dòng)。阻焊預(yù)烤主要是通過蒸發(fā)油墨中的溶劑，使表面油墨硬化，在曝光時(shí)不粘底片，此過程是一個(gè)溶劑受熱蒸發(fā)，使油墨由液態(tài)狀轉(zhuǎn)變固態(tài)的一個(gè)物理過程。

（2）噴墨油墨屬于雙固化油墨，UV固化是用于預(yù)固化的過程，第二步的熱固化才對(duì)油墨最后的性能起到?jīng)Q定作用。阻焊油墨及字符噴印油墨的反應(yīng)，主要分UV光聚合反應(yīng)和熱聚合反應(yīng)，阻焊預(yù)烤條件75℃±3℃、15 min。預(yù)烤使油墨里面的有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，在曝光顯影操作過程中不粘底片，此階段應(yīng)避免熱聚合反應(yīng)。噴墨打印字符流程是放阻焊后烤之前，按此工藝阻焊面和噴墨打印字符都經(jīng)過UV光聚合，阻焊油墨和噴墨油墨最終會(huì)在后烤共同進(jìn)行熱聚合反應(yīng)。

（3）由上述阻焊工藝流程過程中的反應(yīng)，以及噴墨打印中字符的反應(yīng)可以得知：在噴印字符后，字符油墨和阻焊油墨共同進(jìn)行熱聚合反應(yīng)，未經(jīng)過熱固的油墨在高溫中聚合分子聚集一起，形成致密的結(jié)合體。在預(yù)烤過程中，過高的溫度和超過工藝要求的烘烤時(shí)間，導(dǎo)致阻焊表面層油墨已經(jīng)局部產(chǎn)生熱固聚合，就缺失了共同熱聚合的這種反應(yīng)，最終導(dǎo)致噴墨字符結(jié)合力不夠。因此對(duì)于預(yù)固化需要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間，尤其是烤爐溫度的均勻性需要監(jiān)控。鑒于這種原因，目前噴墨打印字符也只適合應(yīng)用于噴墨字符在阻焊面上，對(duì)于特殊銅面上噴印字符，如不做特殊銅面處理，無論后面何種表面處理都會(huì)導(dǎo)致掉墨。目前常規(guī)做法是在文字前做銅面超粗化處理，再噴墨印刷字符可以得到解決，鑒于噴印字符的結(jié)合原理，對(duì)于銅面上印文字的保守做法，只能采用熱固油墨網(wǎng)印，結(jié)合力才能保證不掉字符。

2.3 UV固化的能量對(duì)噴印掉墨的影響

一般新設(shè)備對(duì)UV能量有一個(gè)固定值設(shè)定，在使用一段時(shí)間后，UV燈出現(xiàn)壽命衰減的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致字符掉墨現(xiàn)象。一般噴印字符油墨要求的UV能量大于200 mJ/cm，燈光工作一定時(shí)間后需要監(jiān)控其能量的穩(wěn)定性，測(cè)試驗(yàn)證把能量調(diào)整低于200 mJ/cm后，預(yù)固不良，在搬運(yùn)過程中已碰掉，部分嚴(yán)重殘缺。

3 討論和總結(jié)

（1）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，遇到的字符不良現(xiàn)象大同小異，但產(chǎn)生的原因卻變化萬千，對(duì)于新興的噴墨打印工藝，還有很多不確定因素，影響其結(jié)合力導(dǎo)致掉墨不良。生產(chǎn)過程中曾遇到一款料號(hào)，阻焊采用鋁片塞孔工藝，排查了上述原因，還是有掉墨現(xiàn)象，集中在BGA（球柵陣列）塞孔區(qū)域。最后發(fā)現(xiàn)由于塞孔孔口高于孔內(nèi)，在噴墨打印字符過程中，出現(xiàn)不在一個(gè)平面，導(dǎo)致噴頭在凹下的孔區(qū)域，沒有能接觸到低洼的區(qū)域貼近噴墨，在還沒有噴到凹陷位置，UV就提前固化，致使結(jié)合力不夠。后期改善塞孔，立即得到改善。在生產(chǎn)中會(huì)遇到很多不同的品質(zhì)問題，不能局限于本工序，尤其是相關(guān)聯(lián)的前后工序，針對(duì)缺陷的共性，找出產(chǎn)生問題的關(guān)鍵點(diǎn)，解決起來能做到立竿見影的效果。還有設(shè)備方面涉及到的噴頭異常等各種異常，有待去驗(yàn)證和改善。

（2）采用噴印字符工藝產(chǎn)生掉墨品質(zhì)不良，從現(xiàn)象上來分兩種情況，一種是字符和阻焊面的結(jié)合力差導(dǎo)致掉墨，主要原因還是從阻焊清洗不干凈，板面水跡、顯影殘留及消泡劑等沒清洗干凈。這從阻焊面污染，預(yù)烤時(shí)間過長，溫度過高，導(dǎo)致熱固化完成等方面去做跟進(jìn)改善；還有一種是外力摩擦、刮蹭導(dǎo)致字符油墨的脫落，主要改善方向在于后工序規(guī)范化作業(yè)，在后工序加工過程中墊膠片等改善，預(yù)防外力導(dǎo)致的掉墨不良品質(zhì)異常。對(duì)于銅皮上印字符，不能采用噴墨打印字符的工藝，只能使用傳統(tǒng)的網(wǎng)印熱固油墨，才能保證字符不掉墨。