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【PCB制造】AGFA:喷墨阻焊的工艺及材料

二月 12, 2020 | I-Connect007
【PCB制造】AGFA:喷墨阻焊的工艺及材料

喷墨阻焊的优点

传统阻焊制程不仅步骤繁多、工艺复杂,而且还面临着以下缺点:一是水和化学品量的消耗较大,导致产生大量化学废物;二是阻焊材料中的溶剂会造成额外的健康与安全风险;三是处理时间较长;四是缺少灵活性;五是所需的工厂车间占地面积较大,需要多种不同的工艺设备;六是能耗较大。
而喷墨打印技术能够大幅改善PCB阻焊层涂布工艺,其技术特点数不胜数、引人注目。它是加成法工艺,可以数字化喷印,无接触,速度快且节省材料,打印精确,其油墨不含溶剂。通过选择性打印,在线路等必要的位置可选择喷印更多阻焊油墨,而在PCB板的基材部分更少地喷印油墨。
与传统的影像转移方法相比,可节省多达50%的阻焊材料,也完全避免了显影化学品的使用。图1和图2所示为与传统的工艺技术相比,喷墨技术所具备的优势,并突出强调了缩减3种现有工艺步骤后,在节省材料和成本方面的巨大潜力。
图1:与传统工艺技术相比, 喷墨工艺在成本和材料节省方面所具备的潜力
图2:采用喷墨技术和采用传统丝网印刷技术制造阻焊层的成本对比(来源:Agfa公司 和CCI Eurolam公司)
除了节省成本和简化工艺流程这两个优点之外,喷墨技术带来的新技术特性还包括可以避免油墨入孔等品质异常,因为喷墨工艺会严格遵循打印机中加载的PCB设计数字化信息,将油墨精准打印在所需位置上。
此外,因为喷墨技术是一种加成法技术,在同一打印任务中可以局部控制PCB上阻焊层的厚度,所以为了防止电击穿可以在不同位置涂布不同厚度的油墨实现不同的阻抗:阻焊层越厚,击穿电压就越高(图3)。
图3:同一项任务的打印过程中可以在不同位置打印不同厚度的阻焊层,从而获得不同的击穿电压

喷墨阻焊工艺

PCB阻焊层的喷墨打印工艺包含3个工艺步骤:(i)预处理、(ii)打印和(iii)固化处理。
PCB阻焊制程预处理通常是喷砂处理或微蚀处理,以确保阻焊油墨与铜面有良好附着力。此外,可以选择在铜面上涂布特殊的防氧化层来获得更好的阻焊外观。
打印操作的第一步就是从CAD/CAM系统中选择料号,系统中的Gerber(矢量)文件数据会从主计算机传输到喷墨打印系统中,转换成可打印的位图文件。当PCB被装载到喷墨打印机之后,会由摄像头自动进行对位,并计算好PCB变形和偏移设置。此外,每个料号和产品的阈值容差都是预先设定的。随后阻焊油墨通过喷印的方式被打印在PCB的一侧,打印的同时进行UV固化。喷墨打印技术可以精密地在同一PCB板上根据需要可以打印多层阻焊层。例如,可以在铜层边缘打印更多阻焊油墨(斜坡结构)以确保阻焊油墨在铜线边缘的良好覆盖。在处理厚铜面PCB板时,喷印阻焊还可以通过在铜边基材面进行“筑坝”,然后再构建阻焊层表面(图4)。
图4:图中所示是首先在铜走线周围“筑坝”,再进行按需打印阻焊
铜层上可能会涂布一层中等厚度或薄的均匀阻焊层,这层结构已经足够作为隔离层。也可以不在FR4基材上涂布阻焊层,因为这个区域内并没有任何技术功能(图5)。在喷墨打印机中,只需一个工艺步骤就可涂布这些层。在打印完顶层之后,手动或自动翻转PCB面板。
图5:选择性打印阻焊层的PCB俯视图
随后,再次进行摄像头定位,并计算PCB变形和偏移设置,阈值容差也都是预先设定的。下面开始打印PCB反面的阻焊层。
进行完上述操作之后,将PCB从喷墨打印机中卸载。随后也可以对PCB顶部和底部的打印图形进行光学检验。
最后在150℃下进行60分钟热固化。

喷墨阻焊油墨

DiPaMAT SM G01是Agfa推出的首款阻焊喷墨油墨,也是市面上首批此类油墨之一。这是一款绿色无毒、可UV固化的阻焊喷墨油墨。
Agfa利用公司在工业喷墨油墨方面的专有技术,研发出了一系列打印阻焊层时可使用的高可靠性喷墨油墨,此系列油墨可以配合应用于不同类型的工业打印喷头(Konica Minolta、Fuji Dimatix等)展现出较强的喷印性能。这款油墨的黏性较低(45 °C下的黏度范围是6 mPa.s 至8 mPa.s),可以用Dimatix Samba G3L等高分辨率打印喷头打印。
DiPaMAT SM G01不含溶剂,这款油墨符合RoHS的规定并且不含卤素,在建议的条件下储存,保质期可长达18个月。
DiPaMAT SM G01通过了所有与IPC SM-840相关的测试。表1所示为使用特定测试方法(IPC-TM-650)进行的最重要测试的结果,或者是适用的其他测试参考内容。
表1:DiPaMAT SM G01符合行业标准的规定
阻焊层需要能够承受工业工艺中的不同条件,而且满足PCB板的不同表面处理要求。DiPaMAT SM G01适用于 ENIG、HA(S)L、浸锡、浸银和OSP等防焊后处理工艺。
在喷墨打印阻焊层之前做好表面处理的准备是尤为重要的,而且一般情况下在进行化学品微蚀之后再添加一层特殊的防氧化层则可以获得极佳的效果。
Agfa除了实现DiPaMAT SM G01的商业化并不断提升性能以满足行业需要外,还积极开发喷墨打印阻焊层所使用的新型油墨(挠性阻焊喷印油墨、不同颜色的阻焊喷印油墨),并且会在2020年后期公布这些激动人心的成果。

总结

PCB制造正迅速从模拟平版印刷式薄膜和基于化学的工艺转向数字化喷墨打印技术,减少了废物产生的同时又增加了生产灵活度和生产效率。

采用Agfa DiPaMAT 阻焊喷墨打印油墨的新工艺之一就是可以在电路板电路上按照所需的厚度精确喷印多层阻焊油墨,实现理想的物理属性和电气属性。这种工艺替代了传统的减成法工艺,即不再需要用可感光成像的油墨覆盖整个PCB表面然后再选择性地显影去除某些位置的油墨。

 

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标签:
#新技术  #AGFA  #喷墨阻焊 

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