印刷线路板中丝网印刷技术介绍

一、关于印刷线路板

PCB是电子工业重要的基础电子部件。几乎每一种电子设备，小到电子手表、计算器，大到每秒钟运行亿万次的巨型电子计算机、通讯电子设备以及宇宙飞行器，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间电气互连，都离不开PCB。可以说在一切电子产品特别是智能化电子产品的研制过程中，最基本的成功因素是该产品的PCB设计、文件编制和制造技术。

PCB在各种电子设备中有如下功能。

1 提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。

2 实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘。提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。

3 为自动锡焊提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

电子设备采用PCB后，由于同一类PCB的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动锡焊、自动检测。保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率，降低了成本，并便于维修。

PCB从单面发展到双面、多层和挠性，并仍保持各自的发展趋势。由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减轻成本、提高性能，使得PCB在未来电子设备的发展过程中仍然保持强大的生命力。

二、印刷线路板制作中的丝网印刷

1 “挤”的启示

丝网印刷能够进入PCB行业，曾经经历过一段非常曲折的过程。在90年代前，长约20年的时间里，PCB业界对丝网印刷并没有什么“好感”，当时的PCB专家、学者给丝网印刷所作的结论是“丝网印刷不适宜精密PCB制造”。例如，科学出版社出版的《印制电路技术》（1987年5月第1版，北京）一书中就写道：“丝网漏印技术适用于分辨率和尺寸精度要求不太高的‘印制──蚀刻’和图形电镀制造印制板。”实事求是地说，当时的丝网印刷确实不具备为精密PCB制作服务的能力。例如70年代，笔者以丝网印刷制作PCB阻焊图形，对阻焊网印印版制作时所付出的艰辛至今还记忆犹新。当时，由于市场上没有好的制版材料（如网版感光胶）销售，我们只好以漆膜转移法制作阻焊网印印版。漆膜转移法制作阻焊网印印版的工艺简述如下。

（1）以照相法获得阻焊图形的阳图照相底片。

（2）配制PVA（聚乙烯醇）液态感光抗蚀剂（胶）。

（3）以离心甩胶法为敷铜箔板（PCB基材）涂布PVA感光抗蚀剂。

（4）曝光→显影→坚膜→修版→蚀刻。

注：（1）～（4）为传统PCB制作工艺。

（5）多次喷漆，直到将敷铜箔板上经蚀刻后的凹处以漆膜填满（敷铜箔板板面上的漆膜要清除干净）。

注：（1）～（5）实际上是为阻焊网印印版制作模板。

（6）将喷好漆（图形需修整好）的阻焊模板与丝网网版贴紧，在丝网版的刮印面用溶剂（松节油）快速擦拭，直到阻焊模板上的漆膜全部转移到丝网版上。

（7）在漆膜转移过程中，漆膜很难完整地转移到丝网版上，所以，需要对转移后的网版图形（漆膜）进行修整，而这种修整方法将会使阻焊图形的精度受到极大的损害。

上面，仅仅是很简单地介绍了阻焊网印印版的制作过程，它的繁琐、低效、高成本、高劳动强度等弊病已跃然纸上，以这样的工艺在线路板加工中很难被PCB工作者所接受，也不可能使丝网印刷在PCB制造业中立住脚。正因为如此，丝网印刷在PCB制造业中的地位不仅不高而且岌岌可危。70年代后期，当阻焊干膜问世以后，以丝网印刷制作PCB阻焊图形的工艺就极其自然地受到PCB制造业的冷落。

除了在制作PCB阻焊印版上所表现出的“低能”之外，在PCB抗蚀图形的制作过程中，丝网印刷也曾与其它PCB制作工艺发生过激烈的碰撞。60～70年代，PCB抗蚀剂有蛋白胶、骨胶、PVA等，使用蛋白胶时必须上红粉（氧化铁和松香的混合物），因此，工艺极为复杂，实际上很少采用。骨胶有令人难闻的臭味，易发霉，容易受潮，因此难显影，尤其在潮湿的气候条件下更是如此。另外，骨胶光固化后的胶膜吸潮后易脱落，因此限制了它的使用。70年代初至中期，PCB抗蚀剂应用最多的为PVA，到后期美国杜邦公司的抗蚀干膜问世以及国产抗蚀干膜相继投产，PCB制作中的抗蚀剂基本上为PVA和抗蚀干膜。在这期间，丝网印刷也曾试图挤入PCB抗蚀图形制作的工艺，应该肯定，当时这种想法是值得大加赞扬的。然而，实际上丝网印刷在这个“战场”上战绩不佳。究其原因，主要是抗蚀印料的不成功。初期的抗蚀印料主要成分为沥青（加少许溶剂），尽管这类印料具有较好的抗蚀特性，但由于其对敷铜箔板和环境的严重污染和对操作人员身体健康的影响等等严重缺陷，使得以丝网印刷制作抗蚀图形的工艺不被看好，PCB工作者更愿意采用PVA或抗蚀干膜。

回顾丝网印刷在PCB制造技术中的应用的曲折过程，我们可以深刻地感觉到在一种似乎很不经意的氛围中，包括丝网印刷在内的各种应用技术在PCB制作工艺中的激烈碰撞，在这种碰撞中，是挤进去还是被挤出来，全看自身的实力。这段时期的丝网印刷之所以处于惨兮兮的景况之中，实为自身实力太差、技不如人。丝网印刷如果想在PCB制造中立住脚跟并争取有更大的作为就必须苦练“内功”、创造优势，没有雄厚的技术优势即使硬挤也挤不进去﹔只有可能被无情地挤出来。

2 苦练“内功”

近年来的发展使得丝网印刷具备了良好的工艺适性并且成为一种可控制和易于控制的生产过程，下面我们简略地介绍近十年来网印机材的进步。

（1）网印丝网

丝网是网印中最重要的组成部分。这是因为它控制了油墨的流动性和耗墨量，同时，它也决定了网版的耐用性和质量，从而决定了印刷的质量。近十年里，人们在市场上可以看到性能良好的高模数类网印丝网，特别是高结合力、高张力、单丝、平织聚酯（PET）丝网（丝网的丝径可细达27μm，每厘米高达150线的平织丝网）的推出，改变了人们对印刷中一些重要影响因素的理解，这一点在精密丝网印刷的SMT技术、集成电路制造技术、薄膜开关制造技术等中得到印证。除此之外，丝网与网版感光胶或感光膜片有极好的交联性也是制作高质量网印印版的一个重要因素，为了保证丝网与网版感光材料的良好结合，传统的做法是强调制版操作人员要做好对已绷好的丝网的预处理工作，它包括对新的丝网的机械粗化和适当的脱脂处理，目前，市场上已经有不需要经过粗化、去脂处理的高张力/高结合力丝网出售，这种产品除具有省时和简化工艺的优点外，网版更耐用，其寿命较普通丝网延长2～3倍。同时，在新的丝网的开发、研究中，还注意到丝网的耐磨、分辨率高、曝光时限宽以及与感光材料的优良匹配特性等，上述新型丝网已经商品化，在国内市场上非常容易买到。

（2）网版感光材料

今天，我们在市场上可购买到许多牌号的高分辨率的丝网感光胶或感光膜片，特别是水基感光膜片（直接晒网感光膜片），其使用工艺简单，膜层厚度均匀、可控，特别是膜厚为80～140μm的水基感光膜片，可在一些较为特殊的应用场合使用，同时，它还为丝网印刷拓展新的领域提供了可靠的物资基础。

据最新网印资讯介绍，美国易玲珑公司最近推出400μm厚感光膜片可供各种电子技术方面的应用和供高密度织物印刷。

（3）网印印料（油墨）

网印印料的进步，特别是功能性油墨的开发，不仅使普通的丝网印刷获益匪浅（例如UV油墨的永不堵网），而且，它还直接导致了丝网印刷技术和产品的高科技化。例如薄膜开关中的导电银浆印刷﹔使SMT技术中的SMD、SMC（片状元器件）与PCB互连的锡浆（铅锡合金）印刷﹔太阳能电池中的半导体层CdS（硫化镉）、CdTe（碲化镉）以及电极层碳（C）、银（Ag）、银＋铟（Ag＋In）的丝网印刷以及磁性油墨、厚膜IC油墨等等。仅就PCB印料而言，今日PCB印料之品质和印刷工艺与20年前相比，真是有天渊之别。表1给出了部分PCB油墨的用途与特点。

表1　PCB油墨的用途与特点

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用途與特點

稀鹼液顯影型
液體抗蝕劑
LPR-ER

用于多層PCB內層制作及高精度高頻PCB的圖形制
作。最小線徑可達30μm以下。曝光時間短，顯影
迅速，脫膜容易，耐腐蝕、耐電鍍性優良，操作方便

紫外固化型
液體抗蝕劑
UR-ER

多用于單面板及非金屬化孔PCB的圖形制作。固化
速度快，耐腐蝕、耐電鍍性優良，脫膜容易、保護
膜致密結實，在腐蝕液中無滲透現象

稀鹼液顯影型
阻焊油墨
LPR-SRG
LPR-SRM

用于高密度PCB的絕緣保護。具有顯影精度高（40μm），
曝光范圍廣，顯影迅速，耐熱、耐酸鹼、耐電鍍、耐潮濕性
優良，與銅箔的附著強度優良

紫外固化型
阻焊油墨
UR-SR

用于一般PCB的絕緣保護。價格便宜，印刷再現性好，與銅箔
與基材的附著強度高，耐熱、耐酸鹼、耐化學試劑性優良，
適用民用PCB的大規模生產

为了使更多的丝网印刷工作者和PCB工作者对国产PCB印料的性能、特点及工艺技术有较深入的了解，对部分国产PCB印料作重点介绍。

液态感光抗蚀耐电镀油墨

单组分、稀硷水溶液显影、接触曝光型液态感光抗蚀耐电镀油墨，主要用于制造高精度、高密度PCB及多层板之内层。采用丝网满版印刷，曝光时照相底片与感光膜直接接触，其分辨率比一般抗蚀干膜更高，不会出现抗蚀干膜最头痛的余胶问题，感光膜与基板结合力比抗蚀干膜更强，耐电镀性能更优，成本较之抗蚀干膜节约50％左右。

A 技术指标（见表2）

表2　液态感光抗蚀耐电镀油墨技术指标

項　目

指標

顏色

綠色

固含量（％）

75

粘度（CPS/20℃）

6000±500

組成

單組分

附著力（划格法）

100/100

硬度

1H(曝光前)，2~3H(曝光后)

耐蝕性

酸性CuCl2,FeCl3,鹼性CuCl2等

耐電鍍性

Cu、Sn/Pb、Ni、NI/Au

稀釋

專用稀釋劑

B 工艺流程

基板前处理→丝网满版印刷（丝网目数100～200目）→预烘干（70～80℃，10～20min）→曝光（4kW,35～70s）→显影（1％无水碳酸钠溶液，20～30℃，45～60s）→干燥（90～100℃，5min）→蚀刻或电镀→去墨（3％～5％氢氧化钠溶液，40～60℃，1～3min）

C 注意事项

a 丝网满版印刷：干燥后感光膜的厚度一般为15～25μm，用于电镀时，膜应厚些，采用的丝网目数应小些（100～150目），用于蚀刻时，丝网目数可高些（140～200目）。

b 印刷时应避免紫外光的照射。

c 预干燥：单面板干燥条件为70～75℃，15min﹔双面板70～75℃，10min左右，预干燥时间太长或温度过高，都会导致感光膜热聚合/交联，造成显影后有余胶﹔反之，干燥不充分，溶剂仍有部分残留在感光膜中，曝光时会出现感光膜粘底片、耐显影性能差等现象。预干燥后的板子应轻拿轻放，千万不能堆放在一起，以免互相粘连，并在自然冷却后48h内曝光。

d 曝光：感光膜越厚，所需曝光时间越长﹔膜越薄，所需曝光时间越短，4～7kW曝光机，曝光时间为35～70s。曝光时间过短，感光膜的耐显影性和耐蚀刻性能差，电绝缘性降低﹔曝光时间太长，分辨率降低，显影时间变长。曝光时要注意工作间的环境温度、湿度、最好在洁净的环境中工作，曝光后的板子，放置15min后即可显影。

e 水洗与干燥：显影好的板子应充分水洗至中性，并在90～110℃范围内烘干3～5min，这样可提高固化膜与基材的附着力及电绝缘性，耐电镀效果更佳。

f 蚀板：固化膜可耐FeCl3（三氯化铁）、酸性或硷性氯化铜（CuCl2）等蚀刻液腐蚀。

g 电镀：用于电镀时，固化膜厚度应大于镀层厚度，以避免电镀时出现镀层外溢发生短路现象。

h 去墨：温度越高，NaOH溶液质量分数（浓度）越大，则去墨时间越短﹔温度越低，NaOH质量分数越小去墨时间越长，温度对去墨时间的影响比NaOH质量分数更明显。一般NaOH质量分数3％～5％，温度40～60℃，固化膜膨胀且呈片状脱落，时间1～3min。

D液态感光油墨与感光干膜比较（见表3）

表3　液态感光油墨与感光干膜比较

項　目

液態感光抗蝕油墨

抗蝕干膜

分辨率（μm）

30

80

曝光時間

稍長

短

填補板面划傷缺陷

能

不能

成品率

高

低

成本

低

高