王 遠 鄒文輝 高瑞軍 鄒子譽 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,降低生產成本,印制電路板（PCB）行業(yè)掀起了自動化升級技術的改造浪潮。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等先進自動化設備,提高了生產品質穩(wěn)定性和生產效率[1]。

低壓噴涂采用霧化噴涂技術,相對于傳統(tǒng)網印作業(yè),具有油墨厚度均勻和無氣泡等優(yōu)點,并且可與隧道爐實現連線作業(yè),大幅提升自動化水平和生產效率。常規(guī)低壓噴涂為綠色阻焊油墨,生產工藝較為成熟,而金屬基板尤其是照明應用領域的產品,以白色阻焊油墨為主,業(yè)內較少使用噴涂連線工藝,存在諸多技術問題。本文以金屬基白色阻焊油墨為研究對象,對低壓噴涂技術和常見品質問題進行系統(tǒng)分析,并給出技術方案,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

3.1 噴槍

低壓噴涂設備為單面噴涂,配置一個噴涂倉（1.5 m～2 m）即可,常規(guī)一個噴涂倉設計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,根據試驗結果,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,但是霧化時抽風抽走一部分,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,靜置后容易出現上下層黏度不均問題,需要保持攪拌作業(yè),通過制作油墨攪拌過濾系統(tǒng),實現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網紗簡易過濾,低壓噴涂油墨黏度低,10 kg油墨在5 min內可完成過濾,如圖3（b）所示。

圖3 過濾裝置圖

3.4 厚度監(jiān)測

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

低壓噴涂工藝導入初期,散油不良率高達10%,散油是指油墨印刷消泡后板面異常物質和油墨不兼容產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

工藝試驗跟進5個批次,不良問題如表1所示,由表1數據分析可知,散油跟低壓噴涂油墨厚度關系不大,選取散油點進行EDX（能散X射線長譜儀）分析,發(fā)現含有油墨組分所沒有的硅元素,如圖6所示。經對比排查,結論如下。

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)現出現散油批次的金屬基板背面防蝕刻保護膜板邊均出現松動現象,且松動的保護膜黏結膠層出現部分剝落問題。經比對保護膜膠的EDX分析圖,發(fā)現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,會出現品質不穩(wěn)定問題。

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

圖7 裁切邊保護膜圖

4.2 油墨厚度不均

低壓噴涂工藝導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鍵參數,均未發(fā)現異常。通過對噴涂倉長期觀察,發(fā)現出現噴涂油墨不均時第四支噴槍會短暫關閉,后又恢復正常,判斷油墨不均勻與第四支噴槍關閉有關。經分析噴槍之所以關閉是因為入板感應器靠近噴涂倉,少量霧化氣體影響感應器計算,導致感應器輸送了錯誤數據給PLC（可編程邏輯控制器）,致其錯誤關閉噴槍,通過將感應器從噴涂倉入口轉移到放板機位置上,跟進后續(xù)生產批次,再未出現油墨厚度不均問題。

4.3 板面異物

經跟進發(fā)現低壓噴涂設備保養(yǎng)后均會出現阻焊異物明顯上升的現象,低壓噴涂設備結構復雜,清潔難度大,保養(yǎng)造成異物松動但又未被完全清潔干凈,導致保養(yǎng)后阻焊異物概率上升。為解決保養(yǎng)操作問題,聯合供應商共同對機器優(yōu)化設計,其中包括以下幾方面：

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

（2）進出板處設計小槽,鏈條改道,經過時做浸泡處理；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）錐形滾輪設計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上,使用時拉升裁切）,透明膜定期更換,既不影響可視化,又保護了玻璃不受污染；

（5）噴涂倉每次啟動時機器輸送滾輪不轉,先循環(huán)抽風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,在厚銅板和獨立線設計產品中容易出現拐角處油墨偏薄。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,存在油墨厚度超標風險且油墨成本增加。以75 μm銅厚板為研究對象,在不同預烤條件下,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 預烤參數和拐角油墨厚度表

通過試驗對比,在噴涂油墨厚度不增加的情況下,立式烤箱和IR爐均會出現拐角油墨偏薄現象,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 對位點識別困難

網版印刷時工藝邊的阻焊對位盤可以封邊處理,使得對位點無油墨,方便手工對位或者自動對位抓盤,但噴涂工藝無法實現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,對設備對位盤影響很大。如圖8（對位盤在底片黑點下方）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,油墨預烤后快速固化,使對位盤和基材的油墨落差明顯,增強了CCD識別的效果。同時CCD曝光機參數設定：抓盤直徑為2.5 mm（蝕刻后的直徑）,抓底片的對位點直徑為1.0 mm（阻焊底片設計的大?。缓诎锥?灰度設定80～100,亮度設定10～20（白油具有反光性）,以上參數可使直徑2.5 mm邊緣呈現出清晰規(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,給出以下幾點實施建議：

（1）金屬基板厚銅設計多,噴涂設備設計4支噴槍,有利于提高生產效率。

（2）噴涂入板感應器避免靠近噴涂倉,否則容易造成感應失靈。

（3）優(yōu)化噴涂設備結構,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）金屬基板保護膜殘膠對油墨性能有影響,需避免保護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。