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UV-LED固化之节能优势

一月 01, 2020 | I-Connect007
UV-LED固化之节能优势

保护电路板表面的阻焊油墨必须能够承受很宽的工艺条件。通常,期望一种阻焊油墨既能够承受过热的无铅焊料整平工艺,也能够承受侵蚀性的化学镍金表面涂层工艺。所幸的是,阻焊油墨材料具有很宽的工艺窗口,经过谨慎处理,能够适应各种情况。
正常涂布过程首先要清洗电路板表面。可以采用磨刷工艺或者用浮石化合物对其进行研磨清洗。目前更常见的清洗流程包括用微蚀刻溶液化学清洗表面,以形成阻焊油墨可以附着其上的良好键合。
阻焊油墨的涂布方法多种多样。液态阻焊油墨可以通过丝网印刷、喷涂或帘涂等方法,这些工艺都有各自的优缺点,涂布方式不同,最终的涂层厚度和表面光洁度可能会相差很大。同时相差各异的应用端要求意味着还需涂布不同颜色的阻焊油墨,以上这些进一步增加了多变因素。
我想集中讨论最常用的阻焊材料,即光致成像材料。当暴露于UV光线下时,其中的光反应性要素会链接在一起形成牢固的键。因此可用照相工具或UV激光工艺来选择性地曝光。光选择工艺意味着可以用阻焊油墨材料覆盖于面板的整个表面。
 
过去,将阻焊油墨涂布于面板后,必须对其进行表面干燥,在不造成外观损坏的情况下,再对其进行处理,并允许照相工具接触。现在,可以选择性地暴露在UV光下,形成设计所需的最终图形。经过显影,未曝光的阻焊油墨区域通过化学溶液进行溶解,在最终设计中,这些区域的阻焊油墨是不需要的。
到现在为止,一切顺利。绝大多数现代印制电路都是通过这种工艺流程制造的,接下来会发生什么取决于电路的最终金属表面处理。对于金属表面处理(例如焊料整平),在光处理过程中接受的紫外光照射已足够,通常不需要进行进一步的侵蚀性化学处理,阻焊层在经过最后的烤箱烘烤以使其完全干燥后,将具有足够的强度,达到较长的使用寿命。
我之所以简要介绍涂布、曝光和显影工艺,是为了说明阻焊层的厚度、颜色和表面光洁度可能有很大差异。当同时考虑所有这些组成要素时,意味着最终固化工艺得到所希望的结果,变化范围可能会很大。
对于更具侵蚀性的工艺,可能需要更多的UV曝光。我一直将此工艺称为“UV bump”,就是在图像显影后对电路板进行紫外线全面曝光。图像曝光仅会产生光引发剂足够的交联,以阻止其被显影溶液冲洗掉。但如果曝光太过,则交联有可能会延伸到暴露的边缘之外,这会使最终特征尺寸难以控制,还存在阻焊层变脆的风险,导致在加热过程中失效。
“UV bump”不是一个新概念。许多年前,在显影工艺之后,我使用标准的曝光机发出良好的第二次紫外线。面板通过显影机后,再返回印刷工序有点困难,但是对于我当时正在制作的电路而言,足以确保阻焊膜能够承受化学镀镍或浸锡的化学组成。
该工艺的简化过程是使用专用的传送带以及紫外线固化设备,该固化设备可以连接到显影机的末端,也可以在阻焊剂的最终热烘烤之后使用。为了获得足够的曝光能量来运行该工艺,单个高压水银灯通常以每分钟1米进行设备,如果想达到更快的速度,则需要更多的灯。
传统高压汞灯随着时间的推移能量会下降,这意味着必须定期调整以确保曝光能量保持不变。同时因为会产生很多热量就更耗电。此外,它们需要较长的预热时间,并且需要降温以确保灯泡不会过早损坏。
UV-LED是朝着正确方向迈出的正确一步(图1)。现代LED能够输出高功率,并且肯定比汞灯工艺效率高得多,而且每个LED可输出不同的光波长。可以将不同的LED波长混合以形成阵列,这对于紫外线固化工艺很有效,阵列的长度几乎可以应对任何宽度,从而不需要任何类型的反射器或透镜。
图1:UV LED固化系统 
LED似乎是理想的解决方案,但是由于阻焊层材料的工作方式,使用上可能会出现问题。传统汞灯的宽光谱输出包括红外波长,会加热阻焊剂来加速固化。这一点上,单波输出的LED无法与之相比。
 
好消息是这两个过程可以很容易合并。具有单个汞灯和一两个LED阵列的混合设备所消耗的功率与传统设备相比,仍节省50%以上。同时因LED输出能量不会随着时间降级,减少维护环节,并实现了更加稳定的工艺。
 
像印制电路制造流程中的许多环节一样,大企业掌握并不断研发着阻焊工艺的材料和加工方法,随着时间推进,大企业可能会“调整”阻焊油墨性能,以更好地适应LED规定的波长输出。
 
另一个优点是LED系统的可调节性更好,可以增加或减小某些波长。通常LED以365、385、395、405或415纳米波长输出,通过精心设计LED阵列,可以控制每个波长的强度(图2),当尝试固化不同的颜色时,尤其是具有很高反射性的白色阻焊油墨时,这可能会很有用。
图2:UV LED阵列 
仅使用UV-LED的固化设备可应用于某些阻焊材料,但是在购买机器之前进行试验很重要,以确保它能够满足所有工艺要求。如果可行,那么与传统汞灯相比,优点是无需预热或降温,可以立即启动和关闭,并且节能80%以上(图3)。UV-LED光源的维护费用也大大减少了,因为二极管通常可以使用很多年,不需要每隔几个月更换一次,也完全满足电路制造对减少离子污染的要求。
 
图3:UV LED双面曝光
如果适合工艺要求,那么更改为UV-LED光源的决定很容易做出,因为仅节能一项因素就可以确保快速收回投资,而良好的系统也助力提升工艺控制水平。

 

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标签:
#制造工艺与管理  #UV-LED  #固化  #节能 

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