第六节　电子产品制造中的丝网印刷

　　在电子产品的生产过程中，丝网印刷已成为一种必不可少的工艺手段。如产品外壳的装饰、印刷电路、厚膜集成电路、太阳能电池、电；沮、电容、压电元件、光敏元件、热敏元件、液晶显示元件等等，在生产过程中都不同程度的采用了丝网印刷工艺。有些丝网印刷工艺，本书在前面章节已有介绍，如电子产品外壳的丝印装饰、液晶显示元件的丝印、接触控制盘的丝印等，本节不再重复，下面重点介绍有关印刷电路、厚膜集成电路、薄膜开关等元器件的丝印工艺方面的知识。
　　一、印刷电路
　　在绝缘板上以以印刷方式形成导体线路，并将各元件连接起来，这种电路连接方法，称印刷电路。
　　印刷线路板，从材料上区分有硬质层压板（酚醛层压板、玻璃布环氧层压板等）、烧性板（聚酯软片、聚亚胺软片等）和无机绝缘板（陶瓷等）；从层的构成上区分有单面板、双面板和多层板；从制法上区分有剥蚀（刻蚀铜箔）法（减成法）、镀铜法（加成法）和导电印刷法。
　　多层印刷电路板，是由极薄的单层印刷电路板叠合加压而制成的。多层的印制导线用金属化孔相互连接，应用较多的为4层板及6层板，其优点是可进一步缩小体积，层间且可相互屏蔽，提高电路工作的稳定性。
　　挠性印刷电路板，多应用于电于计算机、电算器、电话等，其突出的优点是可以弯曲，可自身端接，并可三维排列。
　　1．铜箔层压板印刷电路。在印刷电路板中，应用较多的是铜箔层压电路板。下面以图4－20所示工艺过程，顺序介绍这种电路板的制作工艺。
　　①铜箔层压板。制作电路板的材料很多，本节介绍铜箔层压板（单面、双面）印刷电路的制作。
　　铜箔层压板是把绝缘材料酚醛树脂或环氧树脂涂布在纸、玻璃纤维布或涤纶布上，将这样的若干层纸和布重叠在一起，在热压下使其硬化，在热压的同时，单面或双面贴会上电解铜箔，一起压合而成的。这种层压板一般要由专门的生产厂家来生产。
　　铜箔层压板有硬板和软板之分，铜箔的厚度大部分为18～70微米。
　　②裁切。铜箔层压板有硬质和软质两种，硬质板以平方米出售，软质极成卷筒状出售，使用时必须切成易于作业的尺寸。其切割工具，根据需要可采用锯或剪床。
　　③整面。整面就是层压板在印制电路前的前处理。铜箔层压板的表面因附有热压加工时的脱型剂和切割时的油或切屑，印刷前应首先把这些污物清除掉。清除的方法一般用研磨机或毛刷做机械性的清除，这对断面的清整是很有效的，残存在切断面上的碎屑给后面的印刷会造成故障，所以必须彻底清除。必要时可使用有脱脂、除锈性能的净化剂清除。

图4－20 铜箔层压板印刷电路抽签工艺
　　④打孔。在层压板的两面制作线路时，如想使两面的电路连接起来，就要在连接处打孔，并在孔壁上镀银（孔的金属化），才能接通电流．打孔镀铜后才可进行电路印刷。
　　打孔必须精细，不能在孔壁及孔的两端发生铜箔凸起的现象。关于打孔方法曾做过各种研究，还发明了印刷电路板专用打孔机。由于层压板及钻头的不同，一般情况下是以每分钟2～8万转的高速进行订孔的。因层压板一般都是用环氧树脂硬化过的玻璃纤维，所以钻头必须是高硬度的。打孔后，必须再进行一次整面。
　　⑤孔壁镀铜。在打孔后的孔壁上镀铜的方法不是用电解方法，而是用化学的方法。这种方法是先将打孔后的层压板浸入把盐溶液中处理，然后放入铜离子溶液和甲醛溶液混合的还原剂中，摇动溶液，由于把对氢的吸附作用使钢离子还原成金属铜并附着在孔壁上。
　　镀铜的厚度一般情况下力1微米左右，有时为了加强这层钢就要使用焦磷酸铜和硫酸铜两种溶液进行电镀，电镀后的镀层厚度可增加到20～30微米。
　　孔壁镀铜后的层压板要再进行一次整面处理。
　　⑥电路板的丝网印刷。
　　a．抗蚀膜的印刷。把设计好的电路图案印刷在层压板上形成抗蚀股，是通过丝网印刷来完成的。
　　丝网印版制作，可选用尼龙丝网、涤纶丝网、不锈钢丝网中的任何一种。绷网张力要适当，绷好的网要放奖一两天再用，以使张力均匀、稳定。印版制作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25～30μm为佳，印制导线、字符以15～20μm为宜。采用直接法制版，通常可印出0．3mm以上的导线，可满足印制电路板的技术要求。
　　抗蚀膜的丝印有两种情况。一种是用抗蚀墨印刷线路部分，即将抗蚀墨印在需要保留铜箔的部分，这样在腐蚀时，线路部分被保留下来，形成导电的线路。另一种是不用抗蚀油墨印刷线路，相反的要印刷线路以外的部分，即要使印刷线路以外的部分具有耐腐蚀性能。安装元件的时候再电镀焊锡，双面的、多层的电路板几乎都是使用这种方法印成的。
　　电镀时要使用焊锡或金，电镀焊锡要用氟棚化铜电镀液，焊锡中的锡与铅的比例为6O：4O。镀金时使用的是弱酸溶液。
　　电镀抗蚀墨膜必须能经受电镀的前处理液和电镀液的浸蚀，并且最后必须能简单地剥除。
　　电镀线路时，应先用铜镀成一定厚度，然后再在其上面镀焊锡。电镀的厚度，铜为30微米：焊锡为10微米；镍的底层电镀为7微米；金的电镀为25微术。电镀完成后再将抗蚀膜剥去，其方法是用油墨清除剂及软毛剧清除。
　　抗蚀油墨俗称碱溶性油墨，丝网印刷印制电路导电图形后能耐三氯化铁，酸性氯化钢等酸性蚀刻液的蚀刻。
　　单面铜箔层压板经下料、刷光、清洗“干燥后必须立即进入丝网印刷抗蚀油墨工序，丝印前，抗蚀油墨要搅拌均匀，一股不使用稀释剂。丝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，利板与丝网的角度为50～60°，而丝网与承印物的静态距离为3～5mm。无论采用丝印机或者手工操作．都要适当控制抗蚀油墨干燥后的成膜厚度。如果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。丝印后采用远红外烘道干燥2分钟即可，而用自然干燥方式在25～30℃时，需4小时或更长一些时间，成膜铅笔硬度达2H。干燥后的电路板即可进入蚀刻工序，蚀刻完毕后用1～2％NaOH稀碱液喷淋去膜。
　　抗蚀油墨也可自己配制其配方如下：
　　　　松香（工业级）　　　　　　　　　　　　0．8－1kg
　　　　立德粉（32目）　　　　　　　　　　　　3kg
　　　　硬脂酸（工业级）　　　　　　　　　　　32g
　　　　墨绿或深蓝胶印油墨　　　　　　　　　　200g
　　　　松节油（工业级）　　　　　　　　　　　1000～1200ml
　　配制时先将松香和硬脂醒一起加热熔化，熔化后必须离开加热器再缓缓加入松节油，边倒边搅拌，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，充分搅拌或碾压均匀即可。配制时，立德粉的目数一定要严格选用；加热不要采用水浴法以免水蒸气进入印料使其结团。
　　b．阻焊膜的印刷。蚀刻后经清洁处理的印制电路板应立即进行阻焊膜的丝印。阻焊油墨分光固型和热固型两大类，而每类又可分为单组分和权组分两种。
　　光固型阻焊油墨。光固型阻焊油墨又称紫外线固化油墨，其丝印工艺条件与抗蚀印料基本相同。阻焊膜的厚度应适当，铅笔硬度应达6～7H。如果膜面发粘说明固化时间不足或股层过厚，可适当延长固化时间。
　　热固型阻焊油墨。热固型阻焊油墨国外都是单组分的，国内使用的材料一般多为双组分的。使用时按10O∶5的重量比将阻焊油墨和固化剂混合并充分搅拌，再静止30～45分钟脱泡熟化后即可使用。混合后的阻焊墨使用期为7天，固化条件为120±5℃，10分钟。如采用远红外洪道3～5分钟即可固化成膜。
　　两种类型的阻焊油墨相比较，尤其是单组分光固型阻焊油墨有许多优点，如无溶剂，挥发性小；毒性低，能改善生产操作环境；干燥速度快，适应自动或半自动流水线作业；最大的优点是固化温度低，对层压板不产生热反应，不会使基板已寸改变和造成翘曲现象。热固型阻焊油墨对基板的附着力和耐热性能优于光固型，放光固型阻焊油墨对印刷电路基板的印前清洁处理的要求，相对来说要严格一些。
　　c．标记油墨的印刷。标记油墨的分类和阻焊油墨相同，分光固型和热固型两大类，而每类又分成单组分和双组分两种。
　　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，其生产操作工艺和阻焊油墨相同。
　　各种油墨的成膜厚度，对印刷电路板的质量有一定的影响，而油墨成膜厚度与诸多工艺因素有关，因此要综合各种因素，根据实际操作来控制膜层厚度。一般抗蚀墨膜厚度应达20μm左右，阻焊墨膜厚度应达20～30μn。
　　d．电路板丝印定位方法。电路板丝印中定位方法正确、合理与否将直接影响电路板的质量。单面印刷电路板一般要进行四次丝印（抗蚀油墨，阻焊油墨，正、反面标记油墨）。为保证每次丝印的精度，就必须采用严格的定位方法，目前广泛使用的是内侧定位法，如图4－21所示。

图4－21 电路板丝印定位办法
　　内测定位法，就是在印刷电路板外型机加工线内侧的左下方约有上方的对角线上选择二点为工艺定位初。要求两点的间距尽可能大一些，且不影响线路的电气性能和外观，两孔的孔径为0.8～1+0.5mm。
　　内侧定位法无论对机械操作或手工丝印都适用，第一次丝印抗蚀油墨时把两个工艺孔和电路图形一道印出来，蚀刻好以后，采用双头台钻一次钻成。如果采用单头钻床，操作孔位要准确，以免造成两孔距离超差，致使定位不准。在丝印阻焊油墨及正、反面标记油墨时，都以这两个工艺孔定位。在对印刷电路板进行机加工时，如冲孔落料，也应以这两个工艺孔定位。
　　e．电路板丝印的注意事项。电路板的丝印注意事项，如表4－29所列。
　　表4－29 电路板丝印的注意事项

油墨	特性	问题	解决方法
可溶于碱的耐酸油墨	电镀不用碱时有效，除去油墨可用碱，主要用于三氯化铁的腐蚀。	出现针孔、锯齿。	油墨过干时会出现针孔，可加大网孔或稀释油墨。
		去除油墨困难。	腐蚀后迅速用碱液处理；加热碱液；加大喷洗液压。
		碱液污染	用40～50％强碱液，洗版时配成10％左右。
可溶于有机溶媒的耐酸油墨	与碱可溶型油墨相比有一定耐碱性能，除去时要使用有机溶媒，所以作业时要特别注。	油墨易剥落。	不要使前处理面氧化；机械研磨时，不要使用含树脂的研磨剂。
		重叠时产生粘连。	基板冷却后再堆放。
		去除油墨困难。	加快腐蚀速度
标记油墨	印刷线路图或印刷元件名称用具有耐溶剂、耐碱。因最终要留存在基板上，所以粘着要良好。	油墨剥落。	用甲苯与乙醇液整面。
		不耐溶剂。	加热要充分
		在阻焊膜上印刷时粘着不良。	可将阻焊油墨半硬化
电镀抗蚀墨	可用铜、镍、锡等电镀，但不适于强碱性电镀液。	抗蚀层上附有电镀渣	可用化学、机械研磨除掉；把抗蚀层加厚。
		抗蚀层下侵入电镀层。	用化学方法粗化铜面；用过硫酸铵处理后再用硫酸处理。
		抗蚀层变弱。	前处理的碱液应尺量用弱碱溶液。
焊锡保护墨	焊锡时印刷的部分（焊锡保护层）应能耐焊锡的热度。	保护层上附着焊剂。	除去焊剂的氧化膜，使焊锡加厚
		焊锡处的保护层剥落。	印刷前将基板及图案粗化。
		耐溶剂性不良。	进行充分干燥。

　　表4－30 腐蚀液与电镀液的组成

腐蚀液	氯化铁	氯化铁、盐酸
	铬硫酸	无水铬酸、硫酸
	过硫酸铵	过硫酸铵、硫酸
	氯化铜	氯化亚铜、氯化钠、氯化铵
电镀液	化学铜	乙二胺四醋酸、过硫酸铵、氯化亚铜、盐酸、硫酸、氯化钯、苛性钠、氯化亚锡、硫酸铜、甲醛水。
	电解铜	焦磷酸铜：焦磷酸铜、聚磷酸、焦磷酸钾 硫酸铜：硫酸铜、萘磺酸钠 氟硼化铜：萘磺酸钠、氟硼化铜
	焊锡	硼酸、氯硼化氢酸、氟硼化锡 氟硼化铅、胨
	镍合金	硫酸镍、氯化镍、硼酸、氰化钾、碳酸钾、磷酸铵、磷酸钾。

　　表4－31 抗蚀油墨与腐蚀剂

耐酸油墨抗蚀层 焊锡保护层 镍底层电镀金保护层

三氯化亚铁40°Be 过硫酸铵液 氨液

35℃喷液 40℃喷液 35℃喷液

　　⑦腐蚀。腐蚀法制造电路板的目的是要用腐蚀液溶去不必要的铜箔部分，只留下线路部分。腐蚀液的组成如表4－30所示，腐蚀机有各种型号的，市场上均有出售。抗蚀墨膜与腐蚀液的匹配关系如表4－31所列。
　　⑧部分电镀。腐蚀后，再向留存的图案部分，也就是接头、连 路上电镀金与诸，使电器接通。电镀前要用电镀抗蚀墨把不需要电镀的部分完全覆盖住，然后才能电镀。
　　如果向镀过焊锡的接线孔上电镀时，要先用焊锡消除液消除电镀部分的焊锡，再在镍底上进行镀金。这种电镀比向铜上直接镀金要好。因金向其它金属扩散的时间非常慢，能经受住长期使用。进行这样的电镀，前处理的好坏直接影响电镀和电路板的性能。检查电镀质量好坏的方法是用强力玻璃纤维胶布贴在电镀面上，然后撕下，看电镀层是否脱落。
　　⑨打孔及孔径加工。腐蚀或电镀过的基板，为了要装元件需打孔。河孔后再进行孔径加工，加工量多时，可用冲孔机，加工量少时可用铣床或专用加工机加式。
　　整面。打孔加工后，要用三氯乙烯或冲洗剂进行脱脂、整面，经过电镀的电路板要用药品进行整面或用整面机进行整面。整面时要事先用掩膜遮住接线孔。
　　印刷焊锡保护膜。大部分印刷电路板都是事先在基板上安装好元件，然后再进行锡焊。进行焊锡作业是将基板浸入熔化了的焊锡中一次完成的，所以，要事先用焊锡保护剂印刷，把不必焊锡的部分覆盖住，但这种焊锡保护剂必须能耐熔化后的锡的高温（约225℃的温度下浸泡10秒钟）。
　　选择焊锡保护剂油墨时，一定要使镀在保护层下的焊锡下至于由于热而熔化。
　　涂布焊剂。在印刷电路板上焊接零件时，要用锡60、铅40的共晶焊锡，为了防止线路图案的氧化和除去铜与焊锡接合点上的氧化物，要事先涂布焊剂，涂布时有喷洒和滚筒涂布两种。 焊锡电路是否被氧化，这一点决定着焊接的好坏。
　　有时，焊锡的涂布很适当，但保管情况太好，线路山会氧化，焊接就会不良．为此保管时必须防止受潮。
　　符号的印刷。为你明元件的安装部位，要用标记油墨印刷符号，符号印完后印刷电路板即告完成。
　　2．挠性板印刷电路。挠性印刷线路板，是在25～100μm厚的软片表面上，贴合18、35、70μm的铜箔，用蚀刻加工处理而形成的。
　　挠性板印刷电路具有硬质印刷电路板所不具有的可挽性能，形状可自由选择，并具有薄而轻等待点。因此，在照相机、电灯。电子计算机、电话机、打字机等电子产品的小形化、轻量化薄形化以及高密度布线等方面发挥着很大的作用。
　　挠性电路可分为挽性印刷电路板和挽性印刷电路扇形电缆。挠性印刷电路扁形电缆，是在两层塑料软片中间，把带状的导体进行平行排列所构成的，广泛用于电子产品内的部件间的接续或可动部分的接续。挠性电路扁形电缆与硬质印刷电路板同样，是由各种电路图案形成的，有单面、双面及多层挠性印刷电路方式。单面、双面挠性印刷电路板的断面构造如图4－22所示。

图4－22 挠件印刷电路板构造
上－单面板 下－双面板
　　片基软片材料中，聚乙烯、氯乙烯、聚酯、氟树脂等软片多用于扁形电缆；挠性印刷电路板多使用聚酯、聚酰胺软片及玻璃布胶板等。
　　导电性材料，多使用导电浆、电解铜箔或压延铜箔等。在挠性印刷电路板中，多使用压延铜箔和聚酰胺软片相结合的材料。
　　覆层软片，主要使用聚酰胺。聚酯软片，在片基软片上进行热压合。
　　在导体图案的形成中，有照相法和印刷法。照相法是把配线图案以外的不需要的铜箔用蚀刻加工除掉的方法。印刷法是在片基软片上用导电油墨进行印刷，形成配线图案的方法。

图4－23 导电油墨印刷法挠性电路
1－保护膜 2－粘合层 3－导电油墨印刷电路 4－粘合层 5－片基

[时间：2001-05-14  作者：郑德海　郑军明　沈　  来源：《丝网印刷工艺》·电子产品制造中的丝网印刷]