PCB用液态阻焊膜网印质量控制和故障排除

齐 成

（福建 福州 350012）

1 网印液态感光阻焊膜特点

阻焊剂，有选择地涂覆于印制板表面，用于屏蔽印制板的线路，保护印制板表面。阻焊膜在功能上具有防焊、防止在焊接过程中产生线路桥接，提高线路的绝缘性，防潮、防霉、防腐蚀保证印制板正常工作，阻焊膜是印制线路板的一个永久性的保护层。此外，它还可使电路板的外表美观漂亮。

阻焊膜使用的材料有液态光敏性阻焊油墨和阻焊干膜两大类（表1）。不同的阻焊材料（油墨、膜）其性能特点和使用方法有一定的差异。但无论是液体还是阻焊干膜，它们既然作为阻焊保护材料使用，就必须具备以下材料学和工艺学方面的要求。在材料学方面：（1）能够很好地附着在承印板的表面；（2）必须能够承受线路板焊接时的高温；（3）具有良好的绝缘性；（4）能够适应线路板印刷和使用时的环境需要；（5）柔软性好。在工艺学方面：（1）液态材料应适于印刷或涂布，干式材料（干膜）应适于真空粘贴；（2）具有满足线路板使用的分辨率；（3）具有满足要求的光灵敏度；（4）显影方便；（5）工艺性能好，操作方便等。

液态感光型阻焊油墨是目前普遍使用的阻焊材料，它主要以光固化及热固化的树脂为主体，配合感光剂、热固化剂、填料、色料及各种助剂组成。由于它是感光性树脂和热固化树脂双组分体系组成的一个“互穿聚合物网状结构”，因此兼具了光固性和热固性这两方面的特性。丝网印刷是液态感光阻焊油墨主要成膜方式。当阻焊油墨涂覆到蚀刻后的基板上，经过预烘、曝光、显影、后固化等一系列工艺过程，最后在印制板表面形成一种交联固化的聚合物涂层。对于阻焊膜质量来说，一般要求阻焊膜加工完成后，必须达到附着力强、硬度高、耐溶剂、耐酸碱、耐热油等。

表1 网印阻焊膜的主要类型

2 液态感光阻焊膜涂布和质量控制

目前，阻焊膜涂布的主要方法是丝网印刷，其他还有帘幕涂布、滚涂等。丝网印刷阻焊膜的工艺流程一般为：印前处理→网印阻焊油墨→预烘→曝光→显影→后烘坚膜。在网印刷过程中，要注意各工序的操作要点。

2.1 印前处理

印前处理主要是为了除去印制板表面上的氧化物、油脂和其他杂质，另外也为了粗化板面，使板面与阻焊油墨有良好的结合力。机械磨刷和机械磨刷结合化学处理两种是目前常用的印前处理方式。

2.1.1 机械磨刷

采用磨板机，磨刷除去印制板表面绝大部分的杂质和污染物。具有去污力好、操作方便、成本低廉等优点。不足之处是由于刷子硬度过高可能损伤板面，另外，磨刷会造成的铜粉污染，如果磨刷中水洗不彻底，精密细线条处就容易造成铜粉堆积，最终引起印制板短路等故障而报废。操作磨板机生产必须严格按工艺规定要求进行，主要应控制好磨板速度（1.0～2.0）m/min、磨痕阔度（10～15）mm和烘板温度（80～100）℃这三个参数。此外，在生产过程中，拿、放板子等操作时要求戴好手套，以免在板子上留下手印。

2.1.2 机械磨刷结合化学处理

印前处理也可用化学处理的方法，化学处理能提供细致的粗化表面，但由于化学处理缺乏机械作用力，不溶解于化学溶液的污染无法除去，因此一般不单独使用。通常采用化学处理结合机械磨刷的方法，这样既能弥补化学处理自身的不足，对机械磨刷所造成的铜粉污染也有去除作用。机械磨刷结合化学处理除了同第一种磨板操作的参数要求外，还要对化学处理部分进行过程质量控制。化学微蚀药液的参数分析和铜板前处理蚀铜量等进行控制。将预先烘干称重的板，经化学微蚀处理后，取出洗净并烘干，然后再次称重，与先前之重量比较后，既可得蚀铜量值。在操作中，要注意控制好机械磨刷结合化学处理的工艺条件。传输速度：（1.5±0.2）m/min；蚀铜量：0.9～1.28/2×600cm2；洗板药水温度：（50±3）℃；洗板药水压力：（0.0083±0.0014）MPa；微蚀药水温度：（36±3）℃；微蚀药水压力：（0.011±0.0014）MPa；磷酸温度：（30±3）℃；磷酸压力：（0.012±0.0014）MPa；烘板温度：（55±3）℃；磨板压力：视待印板种类进行调节。阻焊膜制作前铜板的化学微蚀处理，直接关系到阻焊膜制作的质量。要求每班进行正式生产前，必须按工艺要求，进行前处理蚀铜量的测定，并详细记录。经简单运算后，绘制数值X曲线和移动全距MR曲线。同时，观察曲线走势，若超出各规定之上、下限，要即时汇报，以便及时采取必要的措施。经磨板前处理后，要保证板面磨痕均匀、无氧化现象；无手印、油污；干燥、无铜粉。

对于阻焊膜制作前的铜板表面，要进行离子沾污测试，这对对阻焊膜制作后之印制板的绝缘等电气性能很重要，一般要求≤1.0 μg/cm2。其方法：（1）按要求于阻焊膜前处理线之出口处取板；（2）用专用测试仪（如OMEGAMETER测试仪）进行表面离子沾污测试。

2.2 阻焊油墨网印

2.2.1 油墨的混合和选用

阻焊油墨的混合可以采用人工搅拌、机械搅拌和振荡进行。根据网印方式、板子特点和油墨粘度的不同，可适量添加少量稀释剂（5%以下）以调节和降低粘度。在阻焊膜网印中，选用优质的阻焊油墨是保证阻焊膜制作质量的首要因素，因此要特别注意阻焊油墨的选择和使用。对于阻焊油墨材料的检查，主要应包括以下几个方面：（1）产品批号核对（油墨是否在有效期内，油墨主剂与固化剂的搭配是否正确等）；（2）产品外观包装检查（是否有包装破损，油墨外漏现象等）；（3）阻焊油墨的工艺试验（对于采用网印机进行阻焊油墨网印来说尤为重要），具体方法是，取少量油墨主剂于固化剂中，手工搅拌均匀。将上述油墨手工稍加搅拌后，置于专用阻焊油墨搅拌机下，电动搅拌20 min后、静置油墨15 min后，用专用油墨黏度测量仪进行黏度测试（对于不同阻焊油墨，其粘度要求各不相同），并记录结果。对照要求检查此批号油墨是否符合要求，并作相应登记，将结果通知库房，决定接受还是退还供应商。此外，油墨开油过程中，应无杂物、局部硬块情况发生。另要注意，对于阻焊油墨双组份混合后，要机械搅拌约30 min，使之充分混合均匀，然后再静置15 min，这样既可以保证温度和粘度的稳定，也有利于搅拌中带入的空气逸出。此外，混合后的油墨须在12 h内使用完毕，未用完的油墨如超过24 h，则应弃之不用。

2.2.2 网印涂覆

就是将阻焊油墨印刷涂布到印制板上。涂覆方法有手工网印涂覆和网印机涂覆。对网印机的工艺要求一般是：网印气压为（0.4～0.6）MPa（4～6）kg/cm2；印刷速度＜（100～150）mm/s；刮刀次数每面为1～2次；油墨黏度为（100～130）Pa·s（非塞孔及铜箔厚68.6 μm板），（150～180）Pa·s（塞孔板）；网印阻焊膜一般选择表面光滑、印料透过性好、弹性大、拉伸强度好、耐酸碱、耐有机溶剂的尼龙丝网。根据所需阻焊膜厚度，选择合适的丝网目数（如阻焊膜厚度一般要求在15 μm ～ 35 μm，故通常选用100目的丝网）。经过绷网、洗网、封网、烘网等过程，制作空白网版。也可通过晒版方式，制作挡墨点网版。刮板可选用聚氨脂橡胶刮板，硬度一般在肖氏70°左右。刮板长度可根据网版大小来决定，必须保证刮版的长度左右各比空网版大20 mm；刮刀角度为65 °～ 70°；网距为4 mm ～ 8 mm。

由于阻焊膜制作环境的净化对阻焊膜的制作质量有较大影响，因此要进行净化程度读数测定控制，主要范围是阻焊油墨的开油工作区域和预烘炉附近。要求达到100000级净化程度，也即每立方英尺范围内，直径大于或等于5 μm的灰尘颗粒数≤700G。可通过专用仪器进行测量，要求每周读取1次。另外，在网印涂覆时要注意：在网印涂布前须清洁网印机之外壳和工作台面，以后每工作2 h，再清洁台面一次；印第一块板前须用胶辊清洁网面，并用白纸试印数次；正式网印前，须进行试印板，并检查印板质量（印油均匀，厚薄一致，没有过油不好或油入孔之现象，无垃圾灰尘）；前处理过的铜板于网印间之存放时间须大于15 min，但不长于4 h，否则须重新处理；网印好的板，须间隔上板架，10 min ～ 15 min后方可入烘炉预烘。

2.3 预烘

预烘是为了蒸发油墨中所含的（约25%）溶剂，使阻焊膜成为不粘的状态。目前普遍采用的是立式烘箱或隧道式烘箱。针对油墨的不同，其预烘的温度、时间各不相同，因此要注意正确控制。预烘温度过高或干燥时间过长，使预烘过度，会导致显影不良，降低解像度；预烘时间过短或温度过低，使预烘不够，在曝光时会粘连底片，留下底片压痕，在显影时，阻焊膜会受到显影液的侵蚀，导致表面失去光泽甚至阻焊层膨胀脱落。根据实践，预烘温度和时间的控制在：单面印刷为75 ℃ ～ 80 ℃，30 min ～ 40 min。双面印刷为75 ℃ ～ 80 ℃，20 min ～ 25 min（网印第一面）和 25 min ～ 30 min（网印第二面）。此外，要按计划和程序要求定期进行烘箱实际温度和显示温度的差异校对，根据需要，除进行空烘箱温度测试，还要进行放置板情况下的温度测试和烘箱温度分布均匀度的测试，印制板网印后上架、入烘箱时要注意摆置方向。预烘后板的停放时间一般要求20 min ～ 9 h。

2.4 曝光

在整个工艺中，虽然阻焊膜网印后的曝光和显影相对来说比较简单，但曝光和显影控制着印制板的外观和孔内质量，所以印制板阻焊曝光和显影是非常重要的工序，可以说是整个工艺过程的关键。曝光是将需要留在板子上的油墨经紫外光照射后使之发生交联反应，使其在显影时不被溶解，而未感光部分则被碳酸钠溶液溶解洗掉露出焊盘、焊垫等需焊的区域。曝光前，先检查底版上药膜面是否有针孔和露光等现象，与印制板的图形是否一致，在用照相底版对位以前，还要检查底版质量是否合格等，以免因一些不必要的原因使印制板返工或报废。操作前要用防静电布将曝光框的聚脂薄膜及玻璃框擦拭干净，然后打开曝光机的电源开关，再打开真空钮选择曝光程序，在未开始正式曝光前，可让曝光机空曝四五次，使机器进入饱和的工作状态，保证紫外线曝光灯能量进入正常范围的最佳工作状态。此外，在曝光前还应检查真空吸覆的压力是否充足，印制板是否完全被真空盒吸覆，有无露气现象存在等，因为露气会使紫外光沿板子侧面照进图形内，造成遮光处曝光，显影不掉。如是单面曝光，应反映单面没有图形的一面用黑色布与曝光灯射出的紫外光隔开，以防紫外光透过没有图形的一面透射到焊盘里造成焊盘孔里的阻焊料被曝光而显影不掉。如果是两面图形不一致的印制板进行曝光时，可先网印一面阻焊膜，进行单面曝光和显影后，再网印另一面阻焊膜。以免两面同时网印曝光，面一面图形复杂焊盘多，需要遮光的部分多，但另一面需要遮光的部分少，造成紫外光透过一面照射到另一面，遮光多的一面经过紫外光的照射，显影时无法去除。在曝光过程中，也会遇到网印后的印制板在固化时没有烘干的情况，它在对位时会使阻焊料沾到照相底版上，如发现这种现象（尤其是大部分印制板没有烘干），就要将印制板重新放到烘箱中再烘干。对于阳图片，若曝光过度会引起分辨率的降低，图形或线条边缘的阻焊膜与光反应（主要是阻焊膜中含有的感光性聚合物与光反应），生成残膜，使解像度降低，造成显影出的图形变小，线条变细；而曝光不足显影时油墨易受显影液的侵蚀而失去光泽、发白、严重侧蚀、阻焊桥脱落等，显影出的图形就会变大，线条变粗。这种情况可通过测试校正（曝光时间长测出的线宽是负公差，曝光时间短测出的线宽是正公差）。在实际工艺过程中，可选用光能量积分仪来测定最佳曝光时间。这些情况都是曝光过程中极易出现的问题，要认真检查，及时解决。

此外，在曝光操作时，还应注意几点：

（1）曝光机能量分布均匀性控制，曝光能量的分布均匀性直接关系到阻焊膜制作的质量，要求每班进行正式生产前，必须网印按工艺要求，进行上、下曝光灯曝光能量的测定、记录。

（2）利用曝光尺对阻焊膜曝光时间进行有效控制，根据阻焊膜制造厂家提供的SST21级曝光尺，随生产板进行上、下灯曝光后板之曝光尺的测定。

（3）曝光机晒架温度和真空度的控制，每天开始进行生产时，检查并记录一次，以后每连续工作2 h ～3 h记录一次，结束工作时记录一次。

（4）工作底片(重氮片或银盐片)遮光率控制。

（5）曝光台及照相底版须保持清洁，可采用专用除尘胶辊进行。

（6）曝光后之印制板须上凉板架，10 min ～15 min后方可显影。

（7）每种印制板于曝光开始及一批板曝光后，须进行显影试验，以检验模版质量，防止定位缺陷的产生。

2.5 显影

显影的作用是使未感光的阻焊油墨溶解于显影液而被洗去，留下感光固化的阻焊油墨。显影通常采用目视定位，使用银盐底版，把底版的焊盘与印制板的焊盘孔重合对准。在操作中要控制好底版与温度、湿度等因素的关系，以免照相底版发生缩小或放大变形，这样在阻焊显影时，照相底版与印制板焊盘就不可能完全吻合。对于底版缩小，如果相差不大，可以在热风整平时上铅锡，进行阻焊显影；如果相差较大，只有重新翻版，使底版焊盘重合。对位时还要注意将药膜面在对位时朝下，以免药膜面朝上在操作中被划伤，导致底版露光，使晒出的印制板不需曝光处有阻焊料，影响质量甚至造成报废印制板。此外，还要注意有时拼版的底版会与印制板图形不重合，通常将拼版底版沿拼板的边缘剪开,然后单拼对位,将整个印制板对好后进行曝光。

显影一般是在显影机中进行，控制好显影液的温度、传送速度、喷淋压力等显影参数至关重要。显影液通常为1%的无水碳酸钠，显影温度一般控制在28 ℃ ～ 35 ℃。在正式显影之前，要把显影机升温，使溶液达到预定温度。正确的显影时间可通过显影点来确定，显影点必须保持在显影段总长度的一个恒定百分比上，如果显影点离显影段出口太近，未曝光的阻焊层得不到充分的显影会造成未曝光阻焊层的残余可能留在板面上，如果显影点离显影段的出口太远（即入口太近），被曝光的阻焊层由于与显影液过长时问的接触，可能被浸蚀而变得发毛，失去光泽。通常显影点控制在显影段总长度的40%～60%。显影操作时要注意不要划伤板子，拿放板子要戴手套，轻拿轻放，对于大小不一的印制板，尽量将尺寸相近的放在一起，在放板子时，两个板子之间要保持一定的间距，以防传动时板子拥挤，造成卡板等现象。显完影结束后，将印制板移放到木制托架上。

为保证显影正常，操作中应注意几点：

（1）显影液浓度和时间的控制。按工艺规定之要求，进行显影液碳酸钠百分含量的分析测定，一般要求浓度为0.9%～1.2%，分析频率为每周2～3次，从印板至显影一般要求在12 h内完成。

（2）显影液温度的控制，温度过高，阻焊桥易侧蚀严重，甚至膨胀脱落；温度过低，会导致显影不彻底，焊盘和SMD焊盘上有油墨残留，引起后道工序之焊接不良。一般温度为26 ℃ ～ 32 ℃。

（3）药液喷淋压力控制，显影液喷嘴压力太低，则显影速度慢，易造成显影不彻底；但若喷嘴压力过高，则显影速度太快，易造成侧蚀，一般要求压力控制在0.14 MPa ～ 0.20 MPa。

（4）显影露铜点的控制， 显影露铜点的控制，也就是对显影速度进行控制，一般要求露铜点，45%～50%，即速度1.0 m/min ～ 2.0 m/min。

（5）水洗充分，显影后，若水洗不充分，易引起后道工序之焊锡不良。

（6）阻焊油墨咬边控制，阻焊油墨咬边值的大小，直接关系到阻焊膜制作的质量。要求每班按工艺要求，进行阻焊油墨咬边值的测定，并记录进规定的X/R管制图表，经简单运算后，绘制数值X曲线和全距R曲线，作为日后参考。

（7）对于网印不良的板，可配药水于其它槽中用手工清洗，但不允许未烘干进机冲洗，以免污染药水及压辊。

2.6 后烘坚膜

后烘坚膜的目的是使阻焊油墨彻底固化，形成稳固的网状构架，达到其电气和物化性能。烘烤不足，交联不够，阻焊膜无法充分发挥其性能；烘烤过度，油墨易变色。后烘坚膜主要应注意烘烤程度（主要是温度和时间）的控制；烘箱抽风量的控制；烘箱实际温度和显示温度的差异校对（须按计划和程序要求定期进行）等。后烘坚膜的工艺条件为：阻焊油墨塞孔板（80±5）℃，烘烤时间60 min；（145±5）℃，烘烤时间60 min。非阻焊油墨塞孔板（145±5）℃，烘烤时间60 min。

2.7 阻焊膜质量控制

阻焊膜最终质量控制主要包括以下几个方面。

2.7.1 阻焊膜厚度

对阻焊膜厚度的测量（包括线路面和树脂面），已被用来对采用网印阻焊膜方式后阻焊膜于不同介质表面厚度的内部质量控制。具体方法如下：（1）在MRB中心选取报废之印有阻焊膜板，在规定之报告上写明产品代号、批号及所用阻焊膜之类型；（2）对待检样品按要求选取不同部位之待测样品，用金相切片专用手扳冲下料；（3）制作金相切片，用金相切片专用读数显微镜进行阻焊膜厚度的度量，其中包括导电线路上的阻焊膜厚度和绝缘介质层上的阻焊膜厚度。一般要求：线条两侧位置阻焊膜厚度不小于5 μm；线条中间位置阻焊膜厚度不小于10 μm。

2.7.2 阻焊层厚度均匀性

阻焊膜厚度均匀性对高密度芯片组件安装可靠性影响很大，因此，要求阻焊膜厚度均匀性基于以下三个方面。

（1）保证高密度薄型芯片的焊接封装的可靠性。如在倒芯片（FC）安装中，需要对底部或FC 和PCB之间的空隙进行填料充填，以保证无气泡或凹陷等问题。由于阻焊膜是在表面形成导体图形以后经涂覆来形成的，在导体与非导体之间的阻焊膜的厚度是不同的，因而形成凹凸不平的表面。即在两导体之间空隙没有经过填料充填的各处阻焊膜厚度是不均匀的，并形成凹凸不平的表面。因此，在芯片（特别是薄倒芯片组件）焊接封装过程中，由于封装时的填料流动也带来不均匀性，从而会造成残留气泡。同时，厚度较厚的填料地方会产生凹陷等。这些气泡和凹陷等在温度变化（如焊接封装、使用过程等）下会产生应力，使较薄弱的薄裸芯片处发生裂缝而失效。因此，在芯片焊接封装过程中，要求阻焊膜厚度均匀并与表面紧密结合，以消除阻焊油墨在高密度精细导体之间涂覆时所存在的气泡与缺陷等问题，保证FC 芯片等焊接封装的可靠性。

（2）提高特性阻抗值的稳定性。在高频和高速数字信号的传输中，当传输信号的波长小于1/7 导线长度时，便要求进行特性阻抗值的控制了。特性阻抗值不仅是对裸板的导体（线）和内部介质层进行控制，而且还要对表面涂（镀）覆层厚度进行控制，它们也影响着特性阻抗值的大小，所以保证表面阻焊膜的厚度均匀性，就意味着保持特性阻抗值的稳定性。

（3）提高精细导线的可靠性。由于精细导（体）线之间的间隙很细小，阻焊剂往往很难填满而留有气隙，在其后的表面涂（镀）覆过程中会带来污染物，在应用过程中会带来故障（如产生CAF、开短路等发生），从而影响可靠性。通过充填介质材料以后，可以消除这些隐患问题。

2.7.3 阻焊膜附着力、耐磨性和耐溶剂性要求

阻焊膜附着力的要求须无阻焊膜脱落现象发生。阻焊膜的耐磨性则要求表面硬度≥6 H（铅芯硬度）。阻焊膜耐溶剂性的要求是在溶剂中保证阻焊膜表面不变色。

2.7.4 阻焊膜热油测试和浸锡测试要求

热油要求是在（135±15）℃预烘1 h、（260±5）℃热油中浸20 s情况下阻焊膜无变色、翘皮、脱落等情况出现。浸锡要求是在135 ℃ ～ 149 ℃预烘4 h，（288±5）℃铅锡中浸10 s后阻焊膜无变色、翘皮、脱落，阻焊膜表面无锡珠等情况出现。

表2 几种印刷板缺陷的原因和解决方法

续表2

3 与阻焊膜相关的印制板缺陷原因和解决方法（表2）

一般来说，显影完毕后要检查版面质量，对存在的缺陷进行修板等处理。修版的目的：一是修补图像的缺陷，二是除去与要求图象无关的疵点。在修板过程中应注意戴细纱手套，以防手汗污染板面。在修版过程中，由于有些印制板的缺陷很严重是不可修复的，用氢氧化钠的水溶液加热把原有的阻焊料溶解掉，然后重新网印后曝光等进行返工，如果印制板的缺陷小，比如有小的露铜点，可以用细毛笔沾调好的阻焊料仔细修复好。最后印制板要经过烘烤（也称后烘），其目的是使阻焊油墨彻底固化，形成稳固的网状构架，达到其电气和物化性能。烘烤不足即固化不充分，则交联不够，阻焊膜无法充分发挥其性能；烘烤过度，会使油墨易变色。因此要注意控制固化时间和温度。在修版的印制板主要存在的故障和解决的方法见表2。

液态感光成形阻焊膜的制作过程较复杂，既要求高分子合成材料的质量，也需要丝网印刷等各种专业技能，还需要印制板制作方面的专项技术。对于生产中出现的质量问题，有时仅通过表面现象判断，很难发现问题之症结所在。一方面需要有具备一定的印制板制作经验，另一方面要有统观印制板制备的前后制程，只有这样，才能既快又准的解决问题。随着电子产品向更小、更轻、功能更全方面的的发展，则对印制板的要求更高（高密度、高精度、高层数、小型化、薄型化等），因此对于阻焊油墨的具体要求也越来越高（分辩率高、耐化学镀镍金能力稳定性高、操作窗口宽、产出率高、结合力好、抵抗恶劣环境能力强和具备优良的绝缘性能等）。这就给阻焊膜的制作提出了更高的要求，因此，只有不断提升阻焊膜制作的工艺水平，进一步完善产品质量，才能使产品在市场竞争中立于不败之地。

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