厚銅板阻焊起泡原因分析及改善

王康兵 周 剛 曾祥福

（廣東科翔電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516081）

0 前言

在印制電路板（PCB）制作過程中，當銅厚超過71 μm進行阻焊印刷時難免會出現油墨起泡這種異常的困擾。起泡的產生主要可以分為以下兩種情況：一種是因油墨的自身特性在多次印刷時殘留于線路間的氣泡無法有效排出；另一種是因厚銅板在做線路時，蝕刻毛邊比較大，導致線路拐角間的粗糙度較大與網版摩擦易產生靜電，靜電吸附使PCB表面尤其是線路拐角處隱藏一些質量輕的氣體雜質，經過油墨覆蓋后就形成了氣泡。這些無法去除的氣泡在阻焊固化就形成了大量空洞，在做化學鍛金或熱風整平焊錫時這些空洞會有滲金短路或脫離沾錫的風險。

1 阻焊油墨氣泡問題分析

1.1 原生產流程

原生產流程是在阻焊前處理后進行阻焊印刷、預烤、曝光、顯影、綠檢、后固化，后固化的板子再重復一遍前面的所有步驟，簡稱兩次印刷。一次印刷和二次印刷因為存在對位偏差的緣故，一般情況二次印刷的阻焊開窗會比一次印刷的阻焊開窗單邊大50 μm，同時保證二次印刷后在板面的油墨在后固化的過程中侵流對開窗邊緣線沒有影響。

1.2 問題分析

原生產工藝中，由于線路毛邊長短不一，以及因電鍍晶格高低不平導致的面銅粗糙度過大等一系列板面問題導致阻焊印刷難度大。如果采用一般常規的方法去實施，就會產生以下問題：

（1）常規印刷油墨粘度在180～220 Pa.s，網印過程中在絲印2刀及以上時，因銅面的不平整與油墨接觸角過大導致產生了氣泡無法跟隨刮刀與板面相交線排出，同時因油墨粘度較大、表面張力過高，被再次油墨覆蓋的氣泡不易于從油墨皮層溢散。

（2）43T網版正常（5.4～6.5 g/ft2）的濕重，在常規阻焊印刷中可產生18～22 μm的油墨厚度，但因銅面晶格高低差過大，同時網版開口率過高導致阻焊印刷下墨量過重反而無法有效填平板面高低差。

（3）厚銅板蝕刻毛邊比較大，導致線路拐角間的粗糙度較大在經過阻焊印刷時極易產生靜電，這些帶有電荷的位置被吸附著質量輕的氣體雜質，沒有排出的氣體雜質保留于油墨皮層中就直接形成了阻焊起泡。

2 解決方案

為解決原制作方案出現的油墨粘度較大、表面張力過高、下墨量過大、蝕刻毛邊大、靜電氣體雜質等一系列異常因素導致阻焊起泡的產生，現提出一套新型的制作方案，新型制作方案采用的技術方案如下：

（1）在制作線路時，需通過首片試板來調節藥水濃度，上下噴壓、pH值及藥液溫度保證蝕刻因子在4.0以上，同時新增二流體補充蝕刻以達到改善線路毛邊的作用。

（2）阻焊調油時，主劑與固化劑充分攪拌均勻后方可添加稀釋劑，稀釋劑添加方法是先添加40 mL，再通過過程粘度監控逐一添加少量稀釋劑，最終油墨粘度80～100 Pa.s.（不常規印刷）。靜置30 min后方可使用（需注意開罐后的油墨有效期為24 h，超過管控時間需報廢處理）。通過低粘稠度油墨在剪切力的作用下，所具備的良好的流動性來填補厚銅板板面的凹坑。為第二次、第三次印刷提供良好的承印面。

（3）將第一次印刷的43T網版更換為100 T網版，濕重管控（0.8～1.2 g/ft2），印刷油墨厚度5～8 μm，通過改變網版的開口率來直接決定網版油墨的下墨量，以達到通過一層薄薄的油墨層來直接改善厚銅板板面高低不平的特性，為第二次、第三次印刷提供良好的承印面。

（4）厚板阻焊絲印后，板面油墨的靜置時間和抽真空對于改善阻焊起泡的作用非常重要。一般情況下，厚銅板在絲印后需要靜置30 min，在靜置過程中非牛頓體油墨在不接受剪切力的作用下，它所具備固態的特性才慢慢顯現出來。靜置后直接放入真空機腔體內抽真空，需要抽3次真空，每次真空時間30 min。相同壓力分段真空使油墨和板面的接觸面積逐步增大到一個最大值，同時需注意通過反復的抽真空導致板面油墨中的溶劑以大部分揮發，若采用40 min 70 ℃的預烤參數會直接把油墨烤死導致顯影不凈，所以此次預烤的參數需重新調整為25 min 70℃，保證剩余的溶劑可以充分揮發。

（5）新增第二次、第三次阻焊印刷，網版統一采用77T空斜網，濕重管控（3.0～3.5 g/ft2），印刷油墨厚度為10～15 μm。第一次印刷作為改善承印板面的平整性外并未有其他增厚作用，通過后兩次的阻焊印刷可直接確保厚銅板線路拐角處油墨厚度達IPC-600標準8 μm以上，同時第二次阻焊開窗需比第一次阻焊開窗單邊大38 μm,第三次阻焊開窗需比第二次阻焊開窗單邊大38 μm，確保阻焊曝光對位偏差在可控范圍內。

（6）因空氣中的水分有助于減少靜電積聚，特制的單間阻焊印刷室，通過加濕器來調節單間印刷室空氣中的濕度。管控標準：60%～65%RH。從而徹底改善因絲印過程中線路毛邊與網版、刮刀在力的作用下所產生的靜電而導致油墨皮層氣體雜質的產生。

3 實驗過程及結果

3.1 測試過程

實驗參數見圖1所示。

圖1 實驗參數表

3.2 測試結果

按照上述技術方案，得出以下四點對改善厚銅板阻焊油墨起泡至關重要的措施：

（1）厚銅板阻焊印刷過程中空氣濕度的管控，它直接決定了在印刷過程中是否有靜電的產生。雖然新增的二流體補充蝕刻有改善線路毛邊的作用，但它不能從根本上杜絕靜電的產生。故針對厚銅板新建一間印刷室通過加濕器控制空氣濕度是非常有必要的。

（2）二次印刷更改為三次印刷，采用第一次印刷作為后兩次的印刷承載面的打底工作是非常重要的，它直接改善了厚銅板板面的不平整性。因為板面的不平整，靜置30 min，抽真空3次，每次30 min是一個特別關鍵的參數，同時預烤參數也需同步調整為25 min、70 ℃。

（3）由二次印刷更改為三次印刷，若不調整網版和濕重，油墨厚度就會增厚7 μm左右。為此將后兩次印刷網版更改為77T網版，從板2與板3對比可知靜置+抽真空可以直接改善板面油墨平整性，故后兩次印刷也需同步增加這個參數，參考板3顯影不凈的原因，預烤參數也需要調整為35 min、70 ℃。

（4）對比板7與板8可知，后兩次阻焊開窗可以單邊同步減小13 μm，從而在保證對位偏差允許的范圍內，適當降低開窗區域的線路、銅面假性露銅的發生的概率。

從最終檢測結果可以看到，最終成品板的品質高于技術指標的要求，有效解決了厚銅板油墨起泡的異常。

4 結論

以上給出的阻焊印刷新型的制作方案，解決了原制作過程中所出現的油墨粘度較大、表面張力過高、下墨量過大、蝕刻毛邊大、靜電氣體雜質等因素引發阻焊油墨起泡的產生，實現了厚銅板在阻焊工序中高效率、高合格率的品質要求。