PCB制作中印刷的运用
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本文作者：曹瑞春
采用网版印刷的方式印制电路板已经由来已久，本文除了介绍电路板的一些特性及应用，主要结合实际生产详细介绍网版印刷在电路板制作方面的应用，探讨电路板制作对网版印刷的更高要求，希望这些经验对从事电路板制作的人员有所裨益。
一、关于pcb
在电子技术发展的早期，电路由电源、导线、元器件和开关构成。各个元器件之间通过一定的电路设计用导线连接在一起。各个部件处在一个立体空间中。但是随着电子技术的发展，电子产品的功能及结构都变得极为复杂。元器件和线路的排布都会受到很大的空间限制。如果继续采用传统的空间布线方式，就会使电子产品变得复杂且没有规律。为了克服这一弊端。人们开始用一块板材作为基础，在板上规划元件的布局，确定元件的接点，使用接线柱做接点，再用导线把接点按电路要求，在板的一面布线，在另一面装元件。这就是最早的电路板（图1）。单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制作新时代的标志。首先在敷铜板上用模板印制防腐蚀膜图，然后再进行腐蚀刻线。这种技术就象在纸上印刷那样简便，“印刷电路板”由此得名。随着电子技术的进一步发展，出现了双面板，即在板子两面都敷铜，两个面都可以腐蚀刻线。除了双面蚀刻以外，为了应对更加复杂的线路设计，出现了更多层的电路板。图2所示为采用了8层PCB板的NVIDIA显卡。今天PCB是电子行业中最重要的基础电子部件，从宇宙飞行器、大型计算机、运载火箭、磁悬浮列车到电视、电子计算机等众多产品，不胜枚举。几乎每一种电子设备都离不开PCB，可以说只要有集成电路等电子元器件的地方，就有PCB的存在。网版印刷和PCB本来是不搭界的，但是今天的它们却联系密切。其实网版印刷能够进入PCB行业，曾经经历过一段非常曲折的过程。上世纪90年代以前，长约20年的时间里，PCB与网版印刷的联系并不是很大，当时的PCB从业者一般都认为“网版印刷不适宜精密PCB制造”，网版印刷只适用于对尺寸精度和分辨率精度要求不太高的“印制-蚀刻”和图形电镀制造印制板。确实当时的网版印刷并不具备为精密PCB制作服务的能力。这种状况并未一直持续下去，随着网版印刷新材料和新技术的出现，PCB行业表现的越来越离不开网版印刷技术。
二、网版印刷在PCB制作中的应用
1．PCB抗蚀膜印刷
把设计好的电路图形印刷在层压板上形成抗蚀膜，这就是抗蚀膜印刷；它是通过网版印刷来完成的。要在覆铜板上形成电路和焊盘之类的导体，通常会采用两种加工工艺：一种是网印法；另一种是光刻法。光刻法成本较高，随着网印精度的提高，网印法应用的越来越多。网印法即在覆铜板上预先网印抗蚀膜，然后用化学方法将未被抗蚀剂覆盖的部分腐蚀掉，随后脱去抗蚀膜，即得到需要的导电图形。在网版印刷中可选用涤纶丝网或不锈钢丝，这两种丝网的印刷精度比较高。制版可采用直接感光制版法或直间感光制版法。采用直接法制版时，涂布感光膜的厚度要掌握好，一般印刷阻焊膜以（25～30）μm为佳。抗蚀油墨一般为碱溶性油墨，印制到覆铜板上后能耐三氯化铁等酸性溶液的腐蚀。网印刮板选用聚氨酯橡胶型，厚度为8mm，其邵氏硬度为70左右，刮板的形状选用直角，刮板与丝网的角度为（50～60）°，印刷时也要适当控制抗蚀油墨干燥后的成膜厚度。若成膜过厚会造成导电图形扩张，影响精度；如过薄会形成砂眼针孔，增加修版工作量。网印后采用远红外烘道干燥2min即可，而用自然干燥时，温度控制在（25～30）℃，大约需要4h或更长一些时间。干燥后的电路板即可进入酸性蚀刻工序，蚀刻完毕后用1%～2%氢氧化钠稀碱液喷淋去膜。此时PCB抗蚀膜的作用就完成了。
2．黏结剂印刷
在表面安装中，引用流动焊料和安装大的异形部件时，网印用的黏结剂一般是紫线固化型的UV胶粘剂。这种胶粘剂在紫外线照射下，其内部的自由基会吸收紫外线引起整个胶粘剂发生交联或聚合反应。能在短时间内实现牢固的黏结。
3．焊浆(膏)印刷
印制电路板一般都是事先在基板上安装好各个元器件，然后再进行锡焊。焊浆印刷的目的是为了把安装部件接合到印刷线路板焊接区上。大量生产时，用这种方法能保证其优良的焊接性能。焊浆一般由焊料粒子、溶剂、助熔剂等成分组成。其黏度高、摩擦系数大。人们常用的焊剂是铅锡合金，熔点在183℃。焊浆印刷与其它浆料的印刷不太相同，印刷时，要特别注意刮板的运行速度，既要缓慢又要均匀。只有这样才能保证焊浆的质量。另外要特别注意防止焊锡电路的氧化，焊锡电路是否被氧化，这一点决定着焊接的好坏。有时，可能焊锡的涂布很适当，但保管情况不好，线路也会氧化，焊接就会不良，为此保管时必须防止由于受潮等原因引起的氧化反应。
4．标记油墨的印刷
为了标明元器件的安装部位，要用标记油墨在电路板表面印刷符号，符号印刷完毕后电路板才算制作完成。标记油墨分光固型和热固型两大类，而每类又分成单组份和双组份两种。印制电路板要求两面（即插件面和焊接面）都要进行网印标记油墨。不同类型的油墨成膜厚度会有差异，成膜厚度对印刷电路板的质量有相当的影响。油墨成膜厚度与诸多工艺因素有关，因此要综合各种园素，根据实际操作来控制膜层厚度。网版印刷除了在以上几个领域应用外，还在阻焊膜印刷、精细电路板印刷等领域应用广泛。如今虽然网版印刷在PCB制造中的地位已经无可取代，连最高级、最精细的电路板制作它都可以应对。但是电路板制造的复杂精细程度也在与日俱增，所以这就对网版印刷技术提出了更高的要求。
三、PCB制作对网版印刷的要求
1．感光胶
虽然感光胶的发展使得网版印刷在PCB制作领域发展迅速，但PCB制作对感光胶却有更高的要求，主要表现在需要更高的解像力，便于进行细线条超精密印刷；更高的感光速度，便于节约能源并提高工作效率。较高的固体含量，利于涂布，特别是较厚版膜的涂布；保存的稳定性，要求感光胶在高温、高湿等环境中依然性能稳定；环保公害小，或者无公害，对操作中身体无危害。一般在发达国家每3～5年就会有新型系列的感光胶问世。不过可以预见的是在未来一段时间内，重氮树脂系感光胶仍然将是网印制版的主要类型（图3），但是，随着新材料、新设备、新技术的不断涌现，乳胶和光引发剂的结构将会发生较大改变，以满足更高层次的制版需求。
2．丝网
PCB制作要求丝网具有更好的抗张强度，并且丝网吸湿后的轻度变化应尽量小；丝网的伸长率小，要求丝网在一定张力（如伸长3%）下具有足够的弹性。因此丝网的伸长率也不能为零，而是以小为好。高张力、低伸长的丝网对保证印刷的精度至关重要；丝网的回弹性能优良，这样利于印迹边缘的清晰再现；网孔的通过性能良好，利于PCB印料的顺利透过；能编织成更高网目数的丝网材料，目前的材料除了不锈钢和进口涤纶丝网外，其它种类的网印精度都比较有限；耐性优异，不仅对温湿度的改变能够保持稳定，同时对化学药品的耐抗性也要不断提高，这样利于满足多样化的PCB制作要求。
3．制版
PCB制作不仅对丝网材质提出了较高的要求，对制版工艺的要求也相对较高。
1）版膜平滑均匀
要求在制版过程中保证版膜平滑均匀，不允许出现针孔等现象，这就要求在涂布感光胶前，胶体应充分搅拌混合并静置一段时间以消除内部的气泡。晒版时清除阳图片和真空晒版架玻璃上的尘土污物，检查玻璃板有无划痕。
2）版膜粘网牢固
要求涂布感光胶后网版应该在规定的温度下彻底干燥。同时正式晒版前进行曝光试验，以确定合适的曝光时间。亦有一些细节需要注意，如应严格按照说明书进行感光胶配比，并按照生产日期检查有无过期现象等。
3）较高的印版分辨率
为了保证较高的印版分辨率，在晒版前应先检查底片密度和图像质量，同时选用高目数的丝网；如有必要可以使用有色丝网，有色丝网较白色丝网能够避免较多的光线衍射，利于图文的准确再现；涂胶后的网版应及时晒版；在晒版过程中保证底片和胶膜接触紧密，可以采用真空吸附或其他方式使之紧密接触；显影前检查显影冲洗程序，调整水压和水温。网版印刷从和PCB制作毫无关联到现在的休戚相关，这个过程充满了无数人的不懈探索。相信随着网印技术的进一步发展，网版印刷在PCB制作中的应用将会更加广泛。
