關于高阻值碳油阻值測試與探討

陳志強 鄭 威 宋清雙 孫 淼

大連崇達電路有限公司 遼寧 大連 116600

1 前言

隨著電子信息產業和PCB 板的快速發展,導電碳油PCB 板快速增長,主要使用領域：手機軟板,醫療電子,通訊設備,汽車電子,智能標簽,射頻識別等行業,大量應用；

由于導電碳油板應用在不同領域,所以對碳油阻值有不同的要求,碳油阻值又分為高阻碳油和低阻碳油,高阻碳油(一般阻值＞100歐姆方阻)應用在電阻類產品中較多,而低阻碳油(一般≤100歐姆方阻)應用于觸電、導電線路和灌孔導通,所以不同領域要求不同阻值的碳油,滿足客戶要求；由于低阻碳油在PCB 領域加工比較成熟,本次不再介紹,本次只探討高阻碳油的加工方法和阻值控制,希望本文能為同行業類似問題提供參考。

2 碳油組成和方阻簡介

2.1 碳油組成和主要廠家 導電碳油主要成分為石墨、碳粉、樹脂,硬化劑等組成,是一種單組份熱固性導電油墨,主要碳油廠家,德國PETERS的SD2841HAL、英國ED7100,日本TAMRA MRX-713J-A,盛田CAPITON—901A,根據客戶對阻值的要求,選用相應的廠家和碳油型號；

2.2 碳油方阻 通常阻值R 與導體的電阻率ρ、截面積S和長度L有關,其關系表示為R=ρL/S。業界通常用以方阻α、線路端點間距L和碳油印刷寬度W(如圖1所示)表示阻值為R=αL/W,即方阻為α=WR/L；方阻α即L與W 相等時的阻值,與電阻率ρ和碳油印刷厚度有關。在碳油印刷均勻分布的情況下,可以認為同一批次碳油印刷的方阻α是不變的。首件確定現有制程條件下的方阻α后,再根據阻值的需要最終確定碳油尺寸L與W。

3 高阻碳油試驗過程

3.1 影響碳油阻值的因素 由于碳油阻值與具體加工過程有很大關系,為了滿足客戶對阻值的要求,需要控制以下三方面：碳油選擇；碳油厚度和平整度；烘烤設備和參數；

碳油厚度與這些因素有關：如絲網類型、網孔大小、絲網目數、網版膜厚、刮膠硬度、印刷壓力、印刷速度、烘烤時間,烘烤溫度等參數有關,一定要通過實驗測試,優化一套合理、可控的工藝流程和參數,以確保碳油阻值的穩定性；

在碳油生產過程中,往往相同型號和批次的碳油,在不同的廠家、或不同的設備,加工后其阻值變化比較大,需要通過實驗確認,形成最優的加工方法和控制參數,批量生產才能滿足阻值要求；

3.2 高阻碳油阻值方案試驗過程

項目 測試過程網版張力 復合鋼網或鋼網網目 200目鋼網網版張力 24～26(N/cm2)制網感光膠 感光膠和水菲林25um油墨 碳油方阻為300Ω/□印刷 全自動絲印機刮膠 肖氏硬度,三層硬度中間90度兩邊70度印刷壓力 4-6kg/cm2印刷速度 (80-150)mm/sec覆墨速度 (100-200)mm/sec外觀標準 碳油印刷檢查標準：下墨均勻,無洇漣,表面無異物烤板 熱循環風烘烤 IR 烤爐 熱循環風烘烤+IR 烤爐烘烤參數 180±5℃/35min 見IR 烤爐溫度曲線 /阻值測試 具體見阻值測試曲線

小結

為了確保碳油阻值的穩定,在絲網印刷過程采用復合鋼網,網版制作采用感光膠和25um 的水菲林,印刷刮膠平直,絲印刮刀左右壓力平衡均勻；確保印刷質量；

1)采用復合鋼網(鋼網)印刷,印刷后碳油表面平整,線路邊緣平直；

2)感光膠和水菲林制作網版,表面平整,印刷碳油厚度均勻；

3)刮膠采用三層刮膠硬度,確保印刷下墨均勻,隨印性良好；

4)絲印機刮刀左右壓力平穩,確保絲印整板印刷下墨均勻；

以上措施,采用比較嚴格的印刷條件,確保絲印后碳油厚度均勻,印刷邊緣平直,碳油阻值穩定,以上加工參數不做對比試驗,按現有工藝流程和參數加工；

3.3 IR 烤爐溫度曲線

項目 1段 2段 3段 4段 5段 6段 7段 8段 9段溫度(℃) 160±8 170±5 180±5 185±5 190±5 190±5 190±5 180±5 170±8傳送速度 3.0m/min

小結

IR 烤爐參數按我司參數加工,只是降低輸送速度,增加烘烤時間,確保烘烤徹底；

4 碳油厚度和阻值測試

4.1 碳油厚度 按以上流程加工后,測試碳油阻值合格,對合并位置打切片測試碳油厚度,并用3 M 膠帶確認油墨附著力,具體見下表：

4.2 碳油板測試圖形及儀器

測試儀器：直流低電阻測試儀(YG3540)

測試位置：測試圖形和阻值如圖所示：

4.3 碳油阻值曲線 對比熱循環風烘烤和IR 烤爐烘烤高阻碳油板,碳油阻值要求：3.70±20%kΩ(范圍：2.96～4.44KΩ),值變化狀況如下：

小結

1)高阻碳油采用不同設備和烘烤參數,對碳油阻值影響比較大,如上阻值曲線；

2)采用熱循環風烘烤,碳油阻值明顯偏大；只采用IR 烤爐烘烤,碳油阻值也偏大,說明碳油沒有烘烤徹底或烘烤不均勻,導致碳油阻值不穩定；

3)采用熱循環風+IR 爐烘烤,碳油阻值整體降低,明顯區域平穩,說明碳油板印刷均勻,且烘烤徹底,其阻值能夠有效控制在要求范圍內,對采用熱循環風+IR 爐烘烤的板再次過回流焊,測試其阻值雖然有稍微降低,但沒有明顯波動,阻值基本穩定；

4)本次試驗只測試溫度對高阻碳油的影響,碳油附著力和耐摩擦性能不做測試要求；

總結

從以上試驗可知,為了達到客戶要求的碳油阻值,即要滿足以下條件,如碳油方阻、網版張力穩定和平整、印刷壓力平衡、刮膠平直等條件外,還要根據不同碳油性能,試驗測試烘烤條件,使碳油烘烤徹底達到阻值穩,滿足在客戶端,過回流焊后碳油阻值任然穩定,達到產品質量可靠；希望以上測試結論能給同行提供參考；