油墨工艺流程技术

~ R~CH2C‧ + ~ R~CH2C‧
︳
︳
COOR
COOR
HH
︳︳
~R~CH2C-CCH2~R~
︳︳
ROOC COOR
~R~CH2
CH=CH~R~
︳
+︳
ROOC
COOR
H
︳
~ R~CH2C‧ + T
︳
COOR
~R~CH2CH2COOR + T‧
静置时间：
10 – 30 分钟 目的： 曝光完成後，光敏聚合反应仍继续进行，因此静置时间的目的是 让光敏聚合反应完全。
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曝光加工时油墨化学结构反应 (1)
1. 感光起始：
I
I*
I*
R*
I*
I
2. 开始反应：
R‧+ M
RM‧
3. 成长反应：
RM‧+ M RM2‧
RM‧+ M
RMn+1‧
RMm‧+ RMn‧
Pm+n
4. 停止反应： RMm‧+ RMn‧
20N0ov4, /230/012I2= 感光起始剂
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【标准条件】
一般采用7仟瓦特曝光机，配合超高压水银灯或卤素灯。 油墨感光波长： 365nm 可使用曝光量范围： 150-500mJ/cm2 (可使用ORC UV351曝光表测量) Stouffer 21格曝光尺： 9-11格
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【曝光示意圖】
帘幕涂布法： 帘幕型造器夹缝宽0.5mm，进板速度90m/min，油墨黏度60~90秒 (以Din Cup No.4 测量)，湿膜油墨重量约100~120g/m2。
喷墨涂布法： 有压缩空气喷涂机及离心力静电喷涂机两种，因未有一定规格，需以 每部机器实验生产参数。
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防焊油墨涂布方法分类及其特长：
Soluble sodium carboxylate salt
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【注意事项】
❖ 显影药液浓度低时：显影性下降 ❖ 显影药液浓度高时：显影性下降 、 油墨表面白化 、
侧蚀扩大
❖ 药液温度低时： 显影性下降 ❖ 药液温度高时： 油墨表面白化 、侧蚀扩大
❖ 药液喷压低时： 显影性下降 ❖ 药液喷压高时： 油墨表面白化 、侧蚀扩大
生产性 涂布效能 导通孔显影性 导通孔塞孔能力 线路间气泡问题 细线路上油墨厚度
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丝网印刷 一般 优 一般 良 一般 一般
帘幕涂布 优 良 优 差 优 差
喷墨涂布 良 差 优 差 良 一般
【注意事项】
油墨厚度： 标准油墨厚度：10 – 25 微米 (线路面油墨，固化後测量) 适当油墨厚度：15 – 25 微米 (线路面油墨，固化後测量)
丝网印刷法，帘幕涂布法，喷涂法， 滚轮涂布法
预烤 (立式烤箱，隧道式烤箱) 75oC，40~60分钟
图形转移 (紫外线照射) 300~700mJ/cm2 1.0wt% Na2CO3 30oC，60~90秒
(立式烤箱，隧道式烤箱) 150oC，60~90分钟
前处理：(酸处理，研磨)
目的： 通常是以酸处理将基板/铜板表面之氧化物及油污去除掉，及再加刷 磨把板面加以粗化成凹凸狀，增加油墨与基板之密著性。
主要成份：
Barium Sulfate Silica Talc
: BaSO4 : SiO2(可使油墨表面粗化） : 3MgO．4SiO2．H2O
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感光防焊油墨标准工艺流程：
前处理 油墨印刷
预烤 曝光 显影 後固化
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酸处理，机械研磨 (针辘，不织布刷轮，喷砂/火山灰磨板)
機械刷磨
化學微蝕
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【注意事项】
前处理加工於研磨後，若水洗不足时板面上残留物化学药物时，油墨 与铜板间之密著性便会降低；同时，油墨之耐热性、耐酸碱性及耐镀 金性等也会因而降低。
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油墨涂布：
涂布方法方面，一般业界以丝网印刷及帘幕涂布为主，亦有以喷墨涂 布方法涂布。目前喷涂方法涂布开始普遍。
防焊油墨 文字油墨
感光显像型 熱固化型 紫外线固化型 紫外线 + 热固化型
感光显像型 热固化型 紫外线固化型
丝网印刷法 (BGA基板 用，含有後UV固化型)
喷墨涂布法 帘幕涂布法
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油墨用途分类 (2)：
防蚀刻油墨 防镀金油墨
感光显像型 热固化型 紫外线固化型
热固化型
重合感光起始剂， 硬化加促剂,树脂 增粘剂，有机溶
剂，稀释剂
防焊油墨之制造流程：
原料计量/调配
混合
研磨
黏度调整
检查/测试
过滤
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包装
填充剂使用之目的及种类：
目的：
主要是油墨上强化剂之使用，增加油墨之特性如耐热性及铅笔硬度之 测试。
种类： BaSO4, SiO2, Talc（云母）
【注意事项】
预烤不足时，将有下列情况发生： ❖ 油墨表面乾燥不足，曝光时会粘曝光底片，或油墨面出现曝光压痕。 ❖ 显影时油墨容易被显影药液侵蚀，侧蚀因而扩大，容易出现SMT
Pad间油墨脱落问题，严重时更会使油墨表面白化现象。
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【注意事项】
预烤过度时，将有下列情况发生： ❖ 热硬化树脂会开始化学交联反应，造成显影不净、无法显影的问题；
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後固化加工时油墨化学结构反应 (1)：
COOH 树脂 COOH
+ CH2-CH-R
O
COOCH2-CH-R
树脂
COOCH2-CH-R ▏ OH
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後固化加工时油墨化学结构反应(2)：
+ R’3N
CH2-CH-R
O
HOCH2-(OCH-CH2)-OCHCH2NR’3
15 – 30 分钟
目的： 不论使用何种方法涂布，多少总有气泡留在线路之间，为免油墨涂层穿 破或不平均，在预烘前需静置15-30分钟，让气泡穿破及油墨整平。
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预烤：
目的： 把油墨内所含有的部份有机溶剂挥发，形成乾燥膜，从而进行曝光加 工。
烤箱之种类： 隧道式热风循环烤箱及立式热风循环烤箱。
【注意事项】 小心冷风机或空调系统滴水，油墨沾水後亦会慢慢开始化学交联反应， 造成难以显影问题。
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曝光：
目的： 曝光加工主要利用UV紫外线照射把图形转移至油墨上。油墨内之感光 起始剂受到UV紫外线照射後，帮助油墨内光敏聚合反应开始，形成高 分子聚合物。 (基於不同油墨之种类及印刷之厚度，曝光量之调校必须参考油墨技术 资料)
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【标准条件】
❖ 两次单面印刷，并作两面同时曝光 第一面: 75C / 15-25分钟 (热风循环烤箱) 第二面: 75C / 25-35分钟 (热风循环烤箱)
❖ 双面印刷双面曝光 或 单面曝光 75C / 40-60分钟 (热风循环烤箱)
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显影：
目的： 显影之主要目的是将因没有受到UV紫外线照射而架桥之油墨除去。
【标准流程】 显影 (1wt%碳酸钠，30C，60-90秒) 水洗 乾板
显影加工时油墨化学结构反应：
Na2CO3 +
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COOH
树脂
NaHC3O +
COOH
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UV-Energy
玻璃或有機框體
曝光底片 底片保護膜 油墨層
銅箔及基板
電介質
UV-Radiation Energy Distribution in the Resist
Resist x-axis
Ideal Energy Distribution Actual
【注意事项】
丝网印刷法： 以36~51T (即90~125 mesh) 的网纱，并以20~25角度斜拉网，网 浆厚度约25微米 (约需覆盖3~5次)，刮刀角度10~15，刮刀压力 6kg/cm2，刮刀行速10cm/sec。一般采用10mm厚刮刀，刮刀硬度 为65~75度
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油墨涂布：
曝光量需要随油墨厚度而调整： ❖ 油墨厚 – 曝光量高 ❖ 油墨薄 – 曝光量低
如曝光能量不足时： ❖ 侧蚀扩大。 ❖ 油墨剥落。 ❖ 显影後，油墨表面白化。
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【注意事项】
如曝光能量过高时： ❖ 基材表面出现背光渍 (鬼影)。 ❖ 油墨边缘出现长胖Halation增生现象。
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PCB 印刷线路板使用油墨分类：
油墨用途分类
图形转移方法分 类
油墨原料
防蚀刻油墨 防焊油墨 文字油墨 绝缘介质油墨
丝网印刷法 感光显像法
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固化方法分类 热固化型
UV紫外光固化型
UV紫外光固化型 UV紫外光固化 +
熱固化型 其他
油墨用途分类 (1)：
林压痕 ❖ 耐热性、耐酸碱性、耐镀金性等降低
黏度稀释： ❖ 如使用丝网印刷法，油墨加入溶剂稀释后，线路边角位油墨厚度将
会偏薄，尽可能避免。 ❖ 帘幕涂布法及喷墨涂布法，则因为操作方法，必须把油墨稀释，请
根据每种油墨的技术资料册，使用该适当的溶剂种类及份量。
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静置时间：
绝缘介质油墨
感光显像型 热固化型
丝网印刷法 喷墨涂布法 帘幕涂布法
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防焊油墨主要成份：
主体(展色剂)
防焊油墨
填充剂 着色剂
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添加剂
树脂 稀释剂
无机填充剂 有机填充剂
颜料 染色物
硬化剂 黏度调整剂 (有机溶剂)
其他
反应性稀释剂， 有机溶剂
Pm +Pn M = 反应性单份子
P = 高份子聚合物
曝光加工时油墨化学结构反应 (2)
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感光起始剂
R‧
R‧ + CH2=CHCOOR
H
︳
RCH2C‧
︳
COOR
H
︳
RCH2C‧ + CH2=CHCOOR
︳
COOR
HH
︳
︳
R-(CH2C)CH2C‧
︳
COOR
H
H
︳
︳
反應式分解如下：
COO-Na+
树脂源自文库
COO-Na+
【显影加工时油墨化学结构反应： 】
Na2CO3 + H2O
NaOH + NaHCO3
(1)
(CH2CH)
(CH2CH)
(2)
O=C-O-H + NaOH
Resist binder’s carboxylic acid group
O=C-O-Na + H2O
研磨方法： 一般机械性研磨采用针辘/尼龙擦轮 Nylon Brush，不织布刷轮Buff， 铝粉喷砂Jet Scrubbing /火山灰磨板Pumice Scrubbing等。另一方 面，前处理方法也有化学研磨Chemical Treatment之方法。
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前处理：(酸处理，研磨)
油墨工艺技术概要
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PCB 印刷线路板之用途：
目前不少电器用品中(包括电视机，录音机，个人电脑，手提电话等)， 主要电子部份都采用PCB印刷线路板。
Solder Mask 防焊油墨之用途：
防焊油墨使用於印刷线路板上，目的是永久性保护印刷线路板上之线 路，防止线路氧化、因不小心擦花导致开路或短路问题。
特别是以两次单面印刷，并作两面同时曝光方式生产时，第一面印 刷的油墨比较容易预烘过度，必须遵守所使用的油墨技术资料册上 的预烘极限，作为生产条件。
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静置冷却：
10-20 分钟
目的： 预烤後由烘烤风箱取出，必须冷却至室温才可进行曝光，速冷风冷却或 自然冷却皆可。否则，於曝光加工时，容易出现菲林压痕问题。
❖ 空网柯式印刷时，小孔容易被油墨填塞；如果需要把孔内油墨冲走， 显影操作条件将需适量改变。
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後固化 (最終固化)：
目的： 於显影加工後必须经过高温烤板，目的是使油墨内热固化之化学结构反 应架桥。
【标准条件】 150C / 60-90分钟
(循环热风烤箱)
【注意事项】 ❖ 固化不足时，防焊油墨的耐热性、耐碱性及电阻值将会下降。 ❖ 固化过度时，防焊油墨的耐酸性及耐镀金性将会下降。
油墨厚度太薄 (10微米以下)： ❖ 耐热性、耐酸碱性、耐镀金性及铅笔硬度等降低，油墨容易出现
剥落。 ❖ 基材上容易发生长胖 (Halation) 及背光渍 (Back Side Exposure)
问题。
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【注意事项】
油墨厚度太厚 (25微米以上)： ❖ 侧蚀扩大。 ❖ 溶剂难以在预烘工序时挥发，容易出现黏曝光底片及曝光後出现菲