金屬電路板的絲網印刷

文 | 李樹坤

金屬電路板的絲網印刷

文 | 李樹坤

絲網印刷具有其他印刷方式無可比擬的特性：顏色效果豐富、質感強；可大片專色或網點印刷；承印物廣泛；墨層較厚并可調整；適用各種不同油墨（溶劑、UV、水性等）。這些特性使得絲網印刷的應用范圍非常廣泛，在許多領域中發揮著巨大作用。

圖1 單面覆銅箔層壓板印制電路板的制作工藝

絲網印刷可應用的領域及效果是多種多樣的：局部或窗口式UV上光、特殊UV或其他油墨效果（浮雕、擴散、立體、鉆文磨砂、夜光/感溫變色油墨等）防偽印刷、盲文印刷、重金屬局部圖案/字體的突顯、專色印刷等，因此絲網印刷以其所具有的優勢應用在越來越多的領域中。

本文將對金屬電路板的絲網印刷進行介紹與分析。

在不銹鋼和普通鐵制品上利用電腐蝕原理，通過模版絲網可以快捷、方便地印刷出精美、清晰、準確的圖像和文字，應用日漸廣泛。在印制電路板中，應用較多的是使用覆銅箔層壓板。從圖1、圖2的制作工藝中可看出，雙面板制作工藝除了鉆孔、孔金屬化和電路電鍍外，其他與單面層壓板的制作基本相同。

一、前期準備工作

1．裁切

圖2 雙面覆銅箔層壓板印制電路板的制作工藝

覆銅箔層壓板有剛性和撓性兩種，剛性板以平方米出售，撓性板成卷筒狀出售使用時必須切成易于作業的尺寸。為了在使用時易于操作，大片的層壓板必須用鋸或剪床切成易于作業的尺寸。其切割工具，根據需要可采用鋸或剪床。

2．表面處理

銅箔層壓板的表面因附有熱壓加工時的脫型劑和切割時的油或切屑，印刷前應首先把這些污物清除掉。清除的方法一般用研磨機或毛刷做機械性的清除，這對斷面的清整是很有效的，殘存在切斷面上的碎屑給后面的印刷會造成故障，所以必須徹底清除，必要時可使用有脫脂、除銹性能的凈化劑清除。

3．鉆孔

為制作雙面層壓板。在層壓板的兩面制作線路時，如想使兩面的電路連接起來，就要在連接處鉆孔，并在孔壁上鍍銅（孔的金屬化）才能接通電流，鉆孔鍍銅后才可進行電路印刷。

鉆孔是線路板制作中一個主要工藝，傳統鉆孔是用機械鉆孔，孔徑較大，最小的孔徑僅為100μm左右，隨著現代電子產品日益向便攜式、小型化、高集成、高性能的趨勢發展，對線路板小型化提出了越來越高的需求，提高電路板小型化水平的關鍵就是越來越窄的線寬和不同層面線路之間越來越小的微型過孔和盲孔，因此機械鉆孔不能滿足要求，能勝任這種高精度的微孔加工技術是激光微型鉆孔。

對于鉆孔的質量要求，主要應注意鉆孔必須精細，不能在孔壁及孔的兩端發生銅箔凸起的現象。關于鉆孔方法曾做過各種研究，還發明了印制電路板專用鉆孔機。由于層壓板及鉆頭的不同，一般情況下是以（2~8）×104r/min的高速進行鉆孔的。因層壓板一般都是用環氧樹脂固化過的玻璃纖維，所以鉆頭必須是高硬度的。鉆孔后必須再進行一次表面處理。

4．孔金屬化鍍銅

針對雙面層壓板制作而行的工藝。在鉆孔后的孔壁上鍍銅的方法不是用電解方法，而是用化學的方法。這種方法是先將鉆孔后的層壓板浸入鈀鹽溶液中處理，然后放入銅離子溶液和甲醛溶液混合的還原劑中，搖動溶液，由于鈀對氫的吸附作用使銅離子還原成金屬銅并附著在孔壁上。

操作中應注意，鍍銅的厚度一般情況下為1μm左右，有時為了加強這層銅就要使用焦磷酸銅和硫酸銅兩種溶液進行電鍍，電鍍后的鍍層厚度可增加到20~30μm。孔壁鍍銅后的層壓板要再進行一次整面處理，之后，就可進行電路板的絲網印刷了。

二、絲網印刷

1．網版制作

要正確選用絲網、網框、感光材料等。絲網控制油墨的流動性、印制厚度和決定網版的耐用性。一般要選用高張力、單絲、平織聚酯滌綸絲網或不銹鋼絲網。

此外，要對新的絲網進行粗化及脫脂處理，這樣可以保證網版質量及延長絲網使用壽命。網框一般選用高張力鋁質網框，質量比較理想，要注意繃網張力的調節控制。繃好網的網框應在繃網機上停留48h以上。

合理控制網版張力主要應該注意：

(1) 網版厚度的一致性、曝光的均勻性、網版的耐用性。

(2) 準確調整控制印刷過程當中的網距，定位、尺寸的穩定性，調整刮刀的壓力，刮刀運行的速度，注意油墨的流動性，耗墨量，能耗。

(3) 注意控制影響張力的因素，合理選擇繃網設備及繃網方法，印版感光材料常用的有重氮感光劑、感光膜片等。

在絲網印刷網版制作中普遍采用的是重氮型感光乳劑。感光膜片具有膜層厚度均勻可控、高解像力、高清晰度、耐磨、與絲網有強附著性等特點，在印制板的字符印刷中得到了廣泛的應用。要注意掌握涂布感光膜的厚度，一般印刷阻焊膜以25~30μm為佳，印制導線、字符以15~20μm為宜。

2．抗蝕膜的印刷

把設計好的電路圖案印刷在層壓板上形成抗蝕膜，是通過絲網印刷來完成的。抗蝕膜的絲網印刷有兩種情況：

(1) 是用抗蝕墨印制電路部分，即將抗蝕墨印在需要保留銅箔的部分，這樣在腐蝕時，線路部分被保留下來，形成導電的線路。

(2) 不用抗蝕油墨印制電路，相反的要印制電路以外的部分，即要使印制電路以外的部分具有耐腐蝕性能。

安裝元件的時候再電鍍焊錫，雙面的、多層的電路板幾乎都是使用這種方法印成的。電鍍時要使用焊錫或金，電鍍焊錫要用氟硼化銅電鍍液，焊錫中的錫與鉛的比例為3∶2，鍍金時使用的是弱酸溶液。電鍍抗蝕墨膜必須能經受電鍍的前處理液和電鍍液的浸蝕，并且最后必須能簡單地剝除。

電鍍線路時，應先用銅鍍成一定厚度然后再在其上面鍍焊錫。電鍍的厚度：銅為30μm，焊錫為10μm，鎳的底層電鍍為7μm，金的電鍍為25μm。電鍍完成后再將抗蝕膜剝去，其方法是用油墨清除劑及軟毛刷清除。

抗蝕油墨俗稱堿溶性油墨，絲網印制電路導電圖形后能耐三氯化鐵、酸性氯化銅等酸性蝕刻液的蝕刻。單面銅箔層壓板經下斜、刷光、清洗干燥后必須立即進入絲網印刷抗蝕油墨工序，絲網印刷前抗蝕油墨要攪拌均勻，一般不使用稀釋劑。網印刮板選用聚氨酯橡膠型，厚度為8mm，邵氏硬度為7左右，刮板的形狀選用直角，刮板與絲網的角度為50~60°，而絲網與承印物的靜態距3~5mm，無論采用網印機還是手工操作，都要適當控制抗蝕油墨干燥后的成膜厚度。如果成膜過厚會造成導電圖形擴張，影響精度；成膜過薄會形成砂眼針孔增加修版工作量。

絲網印刷后采用遠紅外烘道干燥2min即可，而用自然干燥方式在25~30℃時，需4h或更長一些時間，成膜鉛筆硬度要達到2H，干燥后的電路板即可進入蝕刻工序，蝕刻完畢后用1~2%NaOH稀堿液噴淋去膜。

抗蝕油墨也可自己配制，其配方如下：松香（工業級）0.8~1kg、墨綠或深藍膠版油墨200g、立德粉（32目）3kg、松節油（工業級）1000~1200mL、硬脂酸（工業級）32g。配制時先將松香和硬脂酸一起加熱熔化，熔化后必須離開加熱器再緩緩加入松節油，邊倒邊攪拌，勿使松香重新凝固，然后加入油墨使其溶解，最后加入立德粉充分攪拌或碾壓均勻即可。配制時，立德粉的目數一定要嚴格選用。加熱不要采用水浴法以免水蒸氣進入印料使其結團。

3．阻焊膜印刷

蝕刻后經清潔處理的印制電路板應立即進行阻焊膜的網印，其方法將阻焊油墨涂布到印制板上，但對于不同的網印機，其工藝參數有所差異。一般來說，印刷速度控制在100~150mm/s，網印氣壓4.0~6.0kg/cm2，刮刀硬度65°，刮刀角度65~70°，刮刀次數1~2次/面，網距4~8mm。在開始網印前需清潔網印機外殼和工作臺面。印第1塊板前需用膠輥清潔網面，并用白紙試印數次。一般每工作2h，需再清潔臺面一次。正式網印前，需進行試印板，并檢查印板質量（印油均勻、厚薄一致、沒有過油不好或油入孔現象、無垃圾灰塵等），網印好的板，需間隔放上板架，10~15min后方可入烘爐預烘。

阻焊油墨分光固型和熱固型兩個類型，每個類又可分為單組分和雙組分兩種。

（1）光固型阻焊油墨：光固型阻焊油墨又稱紫外線固化油墨，其網印工藝條件與抗蝕印料基本相同。阻焊膜的厚度應適當，鉛筆硬度應達6~7H。如果膜面發粘說明固化時間不足或膜層過厚，可適當延長固化時間。

（2）熱固型阻焊油墨：熱固型阻焊油墨國外都是單組分的，國內使用的材料一般多為雙組分的，使用時以100∶5的質量比將阻焊油墨和固化劑混合并充分攪拌，再靜止30~45min脫泡熟化后即可使用。混合后的阻焊墨使用期為7天，固化條件為120±5℃，10min。如采用遠紅外烘道3~5min即可固化成膜。

相比而言，阻焊油墨中單組分光固型阻焊油墨有較多優點，如無溶劑，揮發性小；毒性低，能改善生產操作環境；干燥速度快，適應自動或半自動流水線作業。最大的優點是固化溫度低，對層壓板不產生熱反應，不會使基板尺寸改變和造成翹曲現象。

熱固型阻焊油墨對基板的附著力和耐熱性能優于光固型，故光固型阻焊油墨對印刷電路基板的印前清潔處理的要求，相對來說要嚴格一些。

4．抗電鍍油墨印刷

抗電鍍油墨與抗蝕刻油墨一樣，也是液型稀堿溶解的油墨，主要用于雙面或多層印制板外層線路圖形的制作。它的功能是網印負性線路圖形，在圖形電鍍時阻金屬離子在其上面形成電鍍層，它也可作為抗蝕刻油墨使用。

抗電鍍油墨主要分為熱固型、光固型和液態感光型。熱固型油墨膜層的干燥溫度為80~100℃，干燥時間8~10min，干燥后的膜層鉛筆硬度約為2H，能耐電鍍銅、錫鉛合金、鎳、金鍍液并耐酸性或堿性蝕刻液，適宜線寬和間距0.25mm以上的線路板。光固型油墨具有網印性能好、涂層較厚等優點，網印平均水平能達到線寬和間距0.2mm，這是熱固型油墨很難達到的，但由于光固型油墨存在固化程度較難掌握并且去墨不方便等缺陷，使光固型油墨難以廣泛使用。

液態感光型抗電鍍油墨是為解決精細導線圖制作而研制的一種油墨（俗稱濕膜），它克服了熱固型油墨和干膜生產工藝中的一些難題，適合細導線和超細導線的生產，最細線寬可在2.54mm為中心的兩焊盤之間形成4根（0.075mm）導線，也可用于多層板內層精細導線的制作時作為抗蝕刻油墨使用。

5．酸性油墨印刷

酸性油墨有普通酸性油墨和可溶于堿的酸性油墨。普通酸性油墨的特點是有一定的耐堿性，由于除去時要使用有機溶媒，所以操作時要特別注意。其主要易出現的問題是油墨易剝落、重疊時會產生粘連現象、除去油墨較困難。解決的方法是不要使前處理面氧化，機械研磨時，不要使用含樹脂的研磨劑；基板冷卻后再堆放；加快腐蝕速度。

可溶于堿的酸性油墨的特點是電鍍不用堿時有效，可用堿除去油墨，它主要用于三氯化鐵的腐蝕。使用中易出現的問題是出現針孔、鋸齒、去除油墨困難和易產生堿液污染等。

解決這些問題的主要方法是避免油墨干使用，因過干時易出現針孔，此時可加稀釋劑稀釋油墨或改用網孔較大的絲網；腐蝕后迅速用堿液處理，加熱堿液，加大噴洗液壓；用40~50%強堿液，洗版時再配成10%左右的洗版液。

6．電路板網印定位方法

電路板網印中定位方法正確、合理與否將直接影響網印質量。為保證每次網印的精度，就必須采用嚴格定位方法，目前廣泛使用的是內側定位法，如圖3所示。

內側定位法就是在印制電路板外形機加工線內側的左下方和右上方的對角線上選擇兩點為工藝定位孔。要求兩點的間距盡可能大一些，且不影響線路的電氣性能和外觀，兩孔的孔徑一般控制在0.8~1.0mm。內側定位法無論對機械操作或手工網印都適用，第一次網印抗蝕油墨時把兩個工藝孔和電路圖形一道印出來，蝕刻好以后，采用雙頭臺鉆一次鉆成。如果采用單頭鉆床，操作孔位要準確，以免造成兩孔距離超差，致使定位不準。在網印阻焊油墨及正、反面標記油墨時，都以這兩個工藝孔定位。在對印制電路板進行機加工時，如沖孔落料，也應以這兩個工藝孔定位。

三、后期工作

1．腐蝕

腐蝕法制造電路板的目的是要用腐蝕液溶去不必要的銅箔部分，只留下線路部分。腐蝕液一般由氯化鐵、鹽酸、無水鉻酸、硫酸、過硫酸銨、氯化銅等組成，腐蝕劑有各種型號的，市場上均有出售。

2．部分電鍍

腐蝕后，再向留存的圖案部分，也就是接頭、連路上電鍍金與銠，使電器接通。電鍍前要用電鍍抗蝕墨把不需要電鍍的部分完全覆蓋住，然后才能電鍍。如果向鍍過焊錫的接線孔上電鍍時，要先用焊錫消除液消除電鍍部分的焊錫，再在鎳底上進行鍍金。這種電鍍比向銅上直接鍍金要好，因為金向其他金屬擴散的時間非常慢，能經受住長期使用。進行這樣的電鍍，前處理的好壞直接影響電鍍和電路板的性能。檢查電鍍質量好壞的方法是用強力玻璃纖維膠布貼在電鍍面上，然后撕下，看電鍍層是否脫落。

3．鉆孔及孔徑加工

腐蝕或電鍍過的基板，為了要裝元件需鉆孔。鉆孔后再進行孔徑加工，加工量多時，可用沖孔機，加工量少時可用鉆床或專用加工機加工。

4．表面處理

鉆孔加工后，要用三氯乙烯或沖洗劑進行脫脂、整面，經過電鍍的電路板要用藥品進行整面或用整面機進行整面。整面時要事先用掩膜遮住接線孔。

5．印刷焊錫保護膜

大部分印制電路板都是事先在基板上安裝好元件，然后再進行錫焊。進行錫焊作業是將基板浸入熔化了的焊錫中一次完成的，所以要事先用焊錫保護劑印刷，把不必焊錫的部分覆蓋住，但這種焊錫保護劑必須能耐熔化后的錫的高溫（約225℃的溫度下浸泡10s）。選擇焊錫保護劑油墨時，一定要使鍍在保護層下的焊錫不至于因受熱而熔化。

6．涂布焊接劑

在印制電路板上焊接零件時，要用錫鉛（比例為3∶2）的共晶焊錫，為了防止線路圖案的氧化和除去銅與焊錫接合點上的氧化物，要事先涂布焊接劑，涂布有噴灑涂布和滾筒涂布兩種。焊錫電路是否被氧化，這一點決定著焊接的好壞。有時，焊錫的涂布很適當，但保管不好（如受潮或受有害氣體腐蝕等），線路也會氧化，焊接就會不良，因此，保管時必須防止受潮和受其他氣體的腐蝕。

7．元件編號印刷

為標明元件的安裝部位，要用標記油墨印制電路圖或印刷元件的名稱和編號。標記油墨具有耐溶劑、耐堿等性能，粘著性較好，以便要長期粘附在基板上。標記油墨的分類和阻焊油墨相同，分光固型和熱固型兩大類，而每類又分成單組分和雙組分兩種。

印制電路板要求兩面都有標記，即插件面和焊接面都要進行網印標記油墨，其生產操作工藝和應注意的問題與阻焊油墨印刷相同。使用標記油墨易出現的問題是油墨剝落、不耐溶劑和在阻焊膜上印刷時粘附力不強。解決這些問題的主要方法是用甲苯與乙醇混合液整面；加熱要充分；另外可將阻焊油墨半硬化。標記油墨印刷符號印完后印制電路板即告完成。

四、小結

絲網印刷工藝在印制板生產中已得到廣泛地應用，不僅是單面板、雙面板，而且多層印制板的電路圖形的轉移、阻焊劑、字符標記等都采用絲網印刷工藝。

隨著經濟技術的發展，日趨要求提高產品的精度及合格率，保證產品質量，降低成本，從而取得較好的經濟效益，近年來，細密線路也采用絲印工藝制作，且要求具有較高的位置精度。