金屬基印制板阻焊劑低壓噴涂技術(shù)探討

王 遠(yuǎn) 鄒文輝 高瑞軍 鄒子譽(yù) 羅 奇

（景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517300）

0 前言

為緩解企業(yè)用工成本上升壓力,降低生產(chǎn)成本,印制電路板（PCB）行業(yè)掀起了自動化升級技術(shù)的改造浪潮。其中,在印制電路板阻焊或文字制程中,引入了諸如低壓噴涂、靜電噴涂隧道爐和文字噴墨打字機(jī)等先進(jìn)自動化設(shè)備,提高了生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率[1]。

低壓噴涂采用霧化噴涂技術(shù),相對于傳統(tǒng)網(wǎng)印作業(yè),具有油墨厚度均勻和無氣泡等優(yōu)點(diǎn),并且可與隧道爐實(shí)現(xiàn)連線作業(yè),大幅提升自動化水平和生產(chǎn)效率。常規(guī)低壓噴涂為綠色阻焊油墨,生產(chǎn)工藝較為成熟,而金屬基板尤其是照明應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品,以白色阻焊油墨為主,業(yè)內(nèi)較少使用噴涂連線工藝,存在諸多技術(shù)問題。本文以金屬基白色阻焊油墨為研究對象,對低壓噴涂技術(shù)和常見品質(zhì)問題進(jìn)行系統(tǒng)分析,并給出技術(shù)方案,以供業(yè)界參考。

1 低壓噴涂原理

噴涂是通過噴槍或碟式霧化器,借助于壓力或離心力,分散成均勻而微細(xì)的霧滴；而低壓噴涂是利用噴槍中的壓縮空氣（≤0.25 Mpa）將阻焊油墨經(jīng)過噴嘴后形成霧化氣流,氣流在噴嘴和氣壓的作用下將油墨顆粒作用到印制電路板基板上,獲得均勻的阻焊油墨層,如圖1所示。

圖1 噴涂示意圖

2 工藝流程

金屬基板表面（金屬基面）貼有保護(hù)膜,不能使用雙面磨板,低壓噴涂前處理采用噴砂工藝。金屬基印制板低壓噴涂工藝流程圖如圖2所示。

圖2 低壓噴涂連線流程圖

3 金屬基低壓噴涂工藝特點(diǎn)

3.1 噴槍

低壓噴涂設(shè)備為單面噴涂,配置一個(gè)噴涂倉（1.5 m～2 m）即可,常規(guī)一個(gè)噴涂倉設(shè)計(jì)2支噴槍,但金屬基板以單面板為主,且厚銅板居多,要滿足線路面油墨厚度及噴涂速度≥3.5 m/min,因此建議配4支噴槍。

3.2 油墨黏度及用量

（1）油墨黏度：為保證噴涂霧化和噴涂后油墨厚度,油墨開油攪拌后黏度控制在2號流速杯48 s～55 s。

（2）稀釋劑（開油水）用量：低壓噴涂油墨為免靜置油墨,開油水選擇快干型,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,開油水用量約為印刷工藝用量的10倍。

（3）用量：低壓噴涂后基材油墨厚度雖然比印刷油墨厚度薄,但是霧化時(shí)抽風(fēng)抽走一部分,油墨用量約為印刷工藝用量的1.4倍～1.7倍。

3.3 過濾系統(tǒng)

油墨過濾系統(tǒng)是保證噴槍噴嘴的重要部件,低壓噴涂油墨開油水添加量多,靜置后容易出現(xiàn)上下層黏度不均問題,需要保持?jǐn)嚢枳鳂I(yè),通過制作油墨攪拌過濾系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動攪拌和過濾功能,過濾系統(tǒng)示意圖如圖3（a）所示。若條件有限,也可使用120T網(wǎng)紗簡易過濾,低壓噴涂油墨黏度低,10 kg油墨在5 min內(nèi)可完成過濾,如圖3（b）所示。

圖3 過濾裝置圖

3.4 厚度監(jiān)測

低壓噴涂參數(shù)固定后油墨厚度每批生產(chǎn)較為一致,因此不需要高精度滾輪式測膜儀,可用測膜儀進(jìn)行測量,如圖4（a）所示。為保證品質(zhì),每個(gè)生產(chǎn)料號需使用測膜儀進(jìn)行初步判定,預(yù)烤前的油墨厚度比預(yù)烤后的油墨厚度相差15 μm左右,預(yù)烤后再使用渦流感應(yīng)測膜儀進(jìn)行判定,如圖4（b）所示。

圖4 測膜儀圖

4 主要問題分析與改善方案

4.1 板面散油

低壓噴涂工藝導(dǎo)入初期,散油不良率高達(dá)10%,散油是指油墨印刷消泡后板面異常物質(zhì)和油墨不兼容產(chǎn)生消泡不良而形成散開形狀,如圖5所示。

圖5 噴涂油墨不均圖

工藝試驗(yàn)跟進(jìn)5個(gè)批次,不良問題如表1所示,由表1數(shù)據(jù)分析可知,散油跟低壓噴涂油墨厚度關(guān)系不大,選取散油點(diǎn)進(jìn)行EDX（能散X射線長譜儀）分析,發(fā)現(xiàn)含有油墨組分所沒有的硅元素,如圖6所示。經(jīng)對比排查,結(jié)論如下。

圖6 EDX分析噴涂油墨不均圖

表1 低壓噴涂板面散油不良問題表

（1）發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)散油批次的金屬基板背面防蝕刻保護(hù)膜板邊均出現(xiàn)松動現(xiàn)象,且松動的保護(hù)膜黏結(jié)膠層出現(xiàn)部分剝落問題。經(jīng)比對保護(hù)膜膠的EDX分析圖,發(fā)現(xiàn)其含有大量的硅元素,與散油EDX較為一致,其油墨體系受硅元素影響,會出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定問題。

（2）初步分析為金屬基板板邊保護(hù)膜在噴砂前處理制程中,在噴砂的壓力下出現(xiàn)松動并剝落膠層,膠粒二次污染板面和噴涂油墨,導(dǎo)致散油問題。通過試驗(yàn)將金屬基板板邊2 mm處的保護(hù)膜去掉,如圖7所示。減小噴砂工藝對板邊保護(hù)膜的影響,再次試驗(yàn)5個(gè)批次,不良率為0,有效解決了散油問題。

圖7 裁切邊保護(hù)膜圖

4.2 油墨厚度不均

低壓噴涂工藝導(dǎo)入后油墨不均不良率一直維持在0.5%和1%之間,無法徹底解決。排查噴霧氣壓、噴槍出墨量和油墨流速等關(guān)鍵參數(shù),均未發(fā)現(xiàn)異常。通過對噴涂倉長期觀察,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)噴涂油墨不均時(shí)第四支噴槍會短暫關(guān)閉,后又恢復(fù)正常,判斷油墨不均勻與第四支噴槍關(guān)閉有關(guān)。經(jīng)分析噴槍之所以關(guān)閉是因?yàn)槿氚甯袘?yīng)器靠近噴涂倉,少量霧化氣體影響感應(yīng)器計(jì)算,導(dǎo)致感應(yīng)器輸送了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)給PLC（可編程邏輯控制器）,致其錯(cuò)誤關(guān)閉噴槍,通過將感應(yīng)器從噴涂倉入口轉(zhuǎn)移到放板機(jī)位置上,跟進(jìn)后續(xù)生產(chǎn)批次,再未出現(xiàn)油墨厚度不均問題。

4.3 板面異物

經(jīng)跟進(jìn)發(fā)現(xiàn)低壓噴涂設(shè)備保養(yǎng)后均會出現(xiàn)阻焊異物明顯上升的現(xiàn)象,低壓噴涂設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,清潔難度大,保養(yǎng)造成異物松動但又未被完全清潔干凈,導(dǎo)致保養(yǎng)后阻焊異物概率上升。為解決保養(yǎng)操作問題,聯(lián)合供應(yīng)商共同對機(jī)器優(yōu)化設(shè)計(jì),其中包括以下幾方面：

（1）機(jī)器與油墨接觸地方噴鐵氟龍涂層,利用鐵氟龍自潤性特點(diǎn),解決油墨容易黏附設(shè)備的問題；

（2）進(jìn)出板處設(shè)計(jì)小槽,鏈條改道,經(jīng)過時(shí)做浸泡處理；浸泡出口處軟毛刷接觸性清潔,減少油墨干燥形成異物脫落；

（3）PVC（聚氯乙烯）錐形滾輪設(shè)計(jì)為不銹鋼和涂覆鐵氟龍,減少油墨黏附；

（4）噴涂倉可視化玻璃增加透明膜（透明膜安裝在噴涂機(jī)上,使用時(shí)拉升裁切）,透明膜定期更換,既不影響可視化,又保護(hù)了玻璃不受污染；

（5）噴涂倉每次啟動時(shí)機(jī)器輸送滾輪不轉(zhuǎn),先循環(huán)抽風(fēng)3 min后再自動開啟,避免噴涂板面垃圾。

4.4 線路拐角油墨偏薄

噴涂油墨為免靜置油墨、黏度低、流動性強(qiáng),在厚銅板和獨(dú)立線設(shè)計(jì)產(chǎn)品中容易出現(xiàn)拐角處油墨偏薄。為改善拐角處油墨偏薄問題,通常提高整體噴涂油墨厚度,但線路面油墨厚度不易控制,存在油墨厚度超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)且油墨成本增加。以75 μm銅厚板為研究對象,在不同預(yù)烤條件下,線路面油墨厚度控制30 μm～35 μm,拐角油墨厚度如表2所述。

表2 預(yù)烤參數(shù)和拐角油墨厚度表

通過試驗(yàn)對比,在噴涂油墨厚度不增加的情況下,立式烤箱和IR爐均會出現(xiàn)拐角油墨偏薄現(xiàn)象,采用IR爐多段溫倉控制,提高IR第一倉、第二倉的溫度,使油墨加快固化,減少烤板過程中的油墨流動性,可避免拐角油墨偏薄,同時(shí)保證了線路面油墨厚度和基材油墨厚度,降低了物料成本。

4.5 對位點(diǎn)識別困難

網(wǎng)版印刷時(shí)工藝邊的阻焊對位盤可以封邊處理,使得對位點(diǎn)無油墨,方便手工對位或者自動對位抓盤,但噴涂工藝無法實(shí)現(xiàn)封邊留出阻焊對位盤,噴涂后阻焊對位盤被覆蓋,若使用常規(guī)透明綠色油墨,對位盤被覆蓋還可以識別,但白色油墨添加了鈦白粉,通透性低,反光率高,對設(shè)備對位盤影響很大。如圖8（對位盤在底片黑點(diǎn)下方）所示。

通過對阻焊對位盤周圍基材區(qū)域加大,阻焊對位盤直徑由1.5 mm加大到2.5 mm,油墨預(yù)烤后快速固化,使對位盤和基材的油墨落差明顯,增強(qiáng)了CCD識別的效果。同時(shí)CCD曝光機(jī)參數(shù)設(shè)定：抓盤直徑為2.5 mm（蝕刻后的直徑）,抓底片的對位點(diǎn)直徑為1.0 mm（阻焊底片設(shè)計(jì)的大?。缓诎锥?灰度設(shè)定80～100,亮度設(shè)定10～20（白油具有反光性）,以上參數(shù)可使直徑2.5 mm邊緣呈現(xiàn)出清晰規(guī)則圓,方便CCD判定識別,如圖8（b）所示。

圖8 對位PAD識別圖

5 結(jié)束語

通過對金屬基板白色阻焊油墨的低壓噴涂工藝研究,給出以下幾點(diǎn)實(shí)施建議：

（1）金屬基板厚銅設(shè)計(jì)多,噴涂設(shè)備設(shè)計(jì)4支噴槍,有利于提高生產(chǎn)效率。

（2）噴涂入板感應(yīng)器避免靠近噴涂倉,否則容易造成感應(yīng)失靈。

（3）優(yōu)化噴涂設(shè)備結(jié)構(gòu),便于清潔保養(yǎng),有利于解決阻焊異物問題。

（4）噴涂油墨黏度低、流動性大,容易造成線路拐角油墨偏薄,選用IR爐,并提高第一倉、第二倉的溫度,可使噴涂后油墨快速固化,減少線路面油墨流向基材,保證線路面及拐角油墨厚度。

（5）金屬基板保護(hù)膜殘膠對油墨性能有影響,需避免保護(hù)膜黏膠剝落對油墨造成二次污染。

（6）噴涂白色油墨工藝會造成油墨覆蓋對位盤,影響CCD對位識別,通過加大對位盤周圍基材位置和盤直徑,降低線路面和基材位的油墨高度落差,提高CCD識別效果。