印刷電路板用阻焊油墨的研究

劉淵斌，成 立

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

阻焊油墨被涂布在印刷電路板表面，需要經(jīng)過多個流程，比如絲網(wǎng)印刷、凹版印刷以及噴墨打印，最終再經(jīng)過一定的固化處理，油墨就可在電路板上形成一層阻焊膜，進而使得焊接工作有序開展。就當前的情況來看，印刷電路板用阻焊油墨的發(fā)展階段主要有四個，早期多使用干模型和熱力凝固，后續(xù)則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽贤夤夤潭?，隨著時代的發(fā)展，感光顯影型的阻焊油墨也慢慢被創(chuàng)生，并得到廣泛應(yīng)用[1]?？偟膩碚f，阻焊油墨的發(fā)展歷程和當時的制備工藝、人們的實際需求等息息相關(guān)，印刷電路板的集成度要求使得阻焊油墨的技術(shù)必須進行完善與優(yōu)化。

1 阻焊油墨的操作流程

1.1 印刷

首先將主劑與硬化劑以一定的比例混合，然后將混合物放置于水平面上，促使其靜置8min左右。其次測試混合后油墨的黏稠度，一般在室溫情況下，油墨的黏稠度大約為150±20PS，且常直接使用配制的原液。若必須使用黏稠度更低的油墨，則可在技術(shù)人員的指導(dǎo)下添加定量稀釋劑。再次使用網(wǎng)版印刷，將油墨涂布于電路板表面。值得一提的是，印刷時使用的網(wǎng)目尺寸越小，涂抹的厚度越大，但鑒于后續(xù)需要進行烘烤，一般涂膜的厚度控制在15～35μm即可。若涂膜的厚度不足，則會使得噴錫、鍍化金的過程受到阻礙，相反則會導(dǎo)致預(yù)考效果不佳，曝光失效。

1.2 預(yù)烤

預(yù)烤是制作印刷電路板不容忽視的重要過程，目的是使油墨當中的溶劑在高溫環(huán)境下迅速蒸發(fā)，確保曝光之時阻焊膜不會與底片互相黏連[2]。需要注意的是，預(yù)烤要充分把握時間與溫度，若溫度超出閾值或者預(yù)烤持續(xù)的時間過長，都可以會使顯像效果大打折扣；若溫度過低，或者預(yù)烤的時間不足，則又會出現(xiàn)其它問題，比如涂膜剝離等。預(yù)烤的溫度通常設(shè)置為70～80℃的范圍之內(nèi)，如果采用單面預(yù)烤，那么第一面與第二面都需要持續(xù)20～25min，如果兩面同時進行該操作，溫度設(shè)置為75℃左右，時間45min，誤差掌握在3min之內(nèi)。預(yù)烤結(jié)束后，要將半成品靜置一段時間，讓表面溫度與室溫相一致。

1.3 曝光

曝光時需要使用對應(yīng)的曝光設(shè)備。以7kW冷卻式曝光機為例，曝光時的臺面溫度要保持在合適的范圍內(nèi)，溫度過高會直接使得底片發(fā)生異常形變，建議將溫度調(diào)整為25±2℃。曝光的能量控制是曝光過程的重中之重，為了保持最佳曝光條件，能量通常需處于300～500mJ/cm2。通常輸出的能量過高發(fā)生殘膜現(xiàn)象，能量太低又可能引起顯像出現(xiàn)側(cè)蝕的問題。

1.4 顯像

顯像的主要作用是完整保留涂膜曝光的部分，讓沒有接受曝光的涂膜被清除。為了充分保障顯像的最終效果，長久的實踐過程中逐漸形成較為成熟的理論，有研究人員專門將其進行總結(jié)：顯像時最好使用Na2CO3作為顯像液，配制的濃度為0.9%～1.1%，同時該溶液的溫度較室溫更高一些，處于28～32℃最為合適[3]。顯像時對半成品進行噴洗，噴洗的壓力為1.5～3.0kg/cm2，顯像時間共持續(xù)一分鐘，時間最長為90s，避免顯像過度，造成涂膜被堿性溶液破壞。

1.5 后段烘烤

這是預(yù)烤之后的第二次烘烤，這一階段的烘烤與預(yù)烤有所不同，首先其目的主要是讓油墨受熱硬化，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿踊ハ嘟宦?lián)的狀態(tài)。其次烘烤的條件存在區(qū)別，時間為1h，溫度為150～160℃，并選擇循環(huán)式熱風。此時的烘烤應(yīng)充分保障時間，如果烘烤的時間達不到要求，涂膜的物性與化性均會大大降低。

2 阻焊油墨的應(yīng)用

2.1 低黏度可噴墨阻焊油墨

低黏度阻焊油墨的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的阻焊材料造成一定沖擊，其主要是將傳統(tǒng)阻焊材料加以改造，讓其在活性和非活性方面有所改善。有學(xué)者（2012）采用多種材料制作出了黏度在60mPa·s的阻焊油墨，選擇的稀釋劑為乙二醇二縮水甘油醚[4]。與此同時，在2013年，其將Boltorn H20作為主要原材料，制成了具體牛頓流體特點的超支化阻焊樹脂。經(jīng)過測定，這種物質(zhì)不僅比傳統(tǒng)的線性高分子活性更高，而且解決了噴墨過程中剪切變稀的問題[5]。

2.2 柔性線路板用阻焊油墨

隨著印刷電路板用阻焊油墨的研究不斷深入，柔性線路板的需求量逐漸增加，相應(yīng)的各項技術(shù)需求、外觀結(jié)構(gòu)等又有了新的標準，比如逐漸向更薄、更輕轉(zhuǎn)化。柔性線路板之所以被廣泛研究，主要與其中的銅導(dǎo)線有關(guān)，因此如何對原本的樹脂結(jié)構(gòu)進行變更，使其具備柔性的特點至關(guān)重要。有研究指出，利用化學(xué)方法在傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中引入特殊的分子團，同時選擇咪唑衍生物為固化試劑，能讓制成的阻焊膜具備一定的柔性[6]。

2.3 水溶性堿顯影感光阻焊油墨

水溶性堿顯影光感阻焊油墨是在節(jié)能環(huán)保的時代背景下出現(xiàn)的，其替代了原本的有機溶劑，并且與無鉛焊接技術(shù)有效銜接起來，讓形成的阻焊膜不再懼怕焊接時的高溫條件。李世榮刻意將丙烯酰與帶甲基的丙烯酰予以比較，最終水溶性堿顯影感光阻焊油墨被制造出來，他們測定了該油墨的實際性能，發(fā)現(xiàn)無論是穩(wěn)定性，還是水溶性、耐腐蝕性等均優(yōu)于常規(guī)材料[7]。

2.4 LED光反射白色阻焊油墨

傳統(tǒng)阻焊油墨的組成結(jié)構(gòu)中含有易被氧化的苯環(huán)，將其涂布在電路板中，當使用時間延長時，會逐漸出現(xiàn)表面變色的現(xiàn)象，白色阻焊油墨主要解決的問題是阻焊膜長期接觸光源而引起的變色問題。2011年某公司研究人員對PSR-400 LEW3白色阻焊油墨進行了說明，明確指出反射效率更高的白色阻焊油墨性質(zhì)相對穩(wěn)定，且能有效抵抗外界紫外線的干擾[8]。

3 結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，人們對阻焊油墨的要求越來越高，尤其在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，如何有效解決制造過程中出現(xiàn)的環(huán)境問題，并保障阻焊膜的突出性能是研究的重點方向。相關(guān)研究人員應(yīng)繼續(xù)深入尋求新的阻焊劑，促進電子產(chǎn)品的發(fā)展。