PCB阻焊数码打印技术探讨

PCB阻焊数码打印技术探讨

李冬,汪忠林,苟辉,任晓军,吴昊君

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安 710068

摘要：作为一种同步打印阻焊油墨与图形油墨之间的图像传送技术，PCB阻焊数码打印技术所拥有的简化流程、提升制造质量、降低加工物料和生产成本、环境保护等诸多的技术优势，目前已经得到了全球公认。而PCB阻焊数码打印技术则是采用增材生产技术的常规操作方法，根据CAM生产的Gerber数据，通过CCD高精度影像定位工艺，将特定阻焊油墨喷到集成电路板表面，再通过UV光源即时凝固，由此就完成了PCB阻焊油墨的数码打印工艺。用户更多需求向更轻薄、微型、高密度、轻量型产品倾向，从而阻焊要求生产更高效、开窗能力更小、厚度均匀可控、节能减排、智能化程度更高，于是需要寻找可以满足这一系列要求的新技术,因此数字打印也就成为了P C B网印技术研究的一个新任务。PCB阻焊数码打印技术高效节约阻焊油墨，同时省去了传统印刷方法所需的菲林、网板及相关制造设备的支出与浪费，不仅精简了繁琐的工艺步骤和辅助步骤，也让生产商实现了更高效的生产成本。本文主要对比传统阻焊油墨涂覆和PCB阻焊数码打印技术的优缺点。

关键字：PCB;阻焊；数码打印

1 引言

随着全球环保意识和呼声日益高涨，客户对于供应商的低碳减排和节能增效已经上升到了供应链管理的基本要求，各国都在鼓励制造业实现绿色制造，低碳生产，为实现碳达峰壑碳中和等国家战略目标。建设环境友好型工厂和创新的制造工艺，PCB阻焊数码打印技术是目前印制板行业都在发展的一个新目标。而且，传统的生产工序对技术人员依赖程度较高，而阻焊数码打印的重点是“数字化”，完全的电脑智能化作业，只需会操作电脑就能实现PCB阻焊打印。本文从对比丝网印刷、低压空气喷涂、静电喷涂和PCB阻焊数码打印技术优缺点，对PCB阻焊数码打印技术的先进性做了简单概述。

2传统阻焊油墨涂覆

2.1丝网印刷

丝网印刷是指用丝网作为版基，并通过感光制版方法，制成带有图文的网版。丝网印刷由五大要素构成，网版、刮板、油墨、印刷台以及PCB。利用网版图文部分网孔可透过油墨，非图文部分网孔不能透过油墨的基本原理进行印刷。印刷时在网版的一端倒入油墨，用刮板对网版上的油墨部位施加一定压力，同时朝网版另一端匀速移动，油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到PCB上。

2.1.1 丝网印刷的优点

（1） 可使用油墨的型号种类多。丝网印刷油墨有用于纸基、铜箔、环氧玻璃布、聚酯薄膜、陶瓷、聚酰亚胺等各式各样承印物的通用或特殊定制印刷油墨。

（2） 可在不同形状的物体上印刷。

（3） 丝印层厚度可控小范围变化广，油墨层厚度变化大。

（4） 设备一次性采购成本低、占地面积较少、省电、操作简易、可大规模批次性生产。

2.1.2 丝网印刷的缺点

（1） 印刷时很难控制油墨的入孔，油墨入孔越多，孔内显影不净的隐患越大。

（2） 还原性差，印较细的线条容易出现锯齿状，或印密集线路容易产生跳印，线条颜色深浅不一，断断续续，一致性无法保证，其稳定性较差，返工率较高，质量不稳定。

2.2 低压空气喷涂

低压空气喷涂的基本原理是：低压空气喷涂是靠压缩空气气流从空气帽的中心孔喷出时在油墨出口处形成的负压，使油墨自动流出并在压缩空气的冲击混合下液一气相急骤扩散，油墨被微粒化并充分雾化，然后在气流推动下射向工件表面而沉积成膜的方法。

低压空气喷涂设备的主要装置包括：空气压缩机、输气管、气体油水分离器、贮气罐、喷嘴、油墨罐、喷漆房等。都是通过空气压缩机来输出压缩空气。输气管则是在通过接空气压缩机的喷枪上各个设备之间连接的管道。压缩空气油水分离器用来分离压缩空气中的水份、油滴和其他污染物，从而保证储气罐用来存放压缩空气断路器，可利用气压控制阀调整储气罐的压强或减少气压波动。低压喷涂的气流稳定性、压力大小、雾化效果，对喷涂的膜厚均匀性和油墨外观均匀性有直接影响。

2.2.1低压空气喷涂的优点是：

（1）采用混气喷枪，增加油墨喷出量，生产线速度3.0-4.5m/min；

（2） 能减少不需要填充油墨的导通孔内油墨的入孔量，随着PCB孔的设计越来越小，孔

内阻焊油墨去除干净越来越困难，喷涂工艺的这一优势就体现出来了；

（3）膜厚均匀性佳，能解决密集线路跳印问题。

（4）省油墨：超高的加速度设计，过喷距离更短，减少油墨浪费30%，降低原材料成本。

（5）少废气：采用高粘度油墨，减少油墨稀释剂用量，VOCs排放量减少50%，节省废气处理运行成本。

2.2.2低压空气喷涂的缺点是：

（1） 油墨粘度较低，固形分含量低，对线路拐角的覆盖性差，当线路拐角膜厚符合要求

时，铜面膜厚会偏厚；

（2） 设备成本高，油墨浪费也比较大。

2.3 静电喷涂

静电喷涂工艺也同时满足了对PCB板外观要求极严这方面的实际应用问题,在劳动力成本逐渐增加、中小企业招工困难的情况下和普遍存在的小企业困顿之时,静电喷涂PCB板工艺正是一种完美的出路。

2.3.1静电喷涂工作原理:

静电喷涂是将预制油墨在气压的作用力下，通过喷枪管道输送到喷枪，在3-5万r/min的转速下油墨形成了雾状，在喷出的同时喷枪使油墨带上了负电荷，在静电场的作用下，雾状油墨在电场作用下，向零电势的板面高速移动，均匀地覆盖在了板面上，印制板被接地形成零电势。然而多余的油墨被工装和挡板所收回，防止印制板出现油墨堆积情况，回收的油墨可形成再次处理利用，节省了不必要的浪费。

2.3.2静电喷涂技术优点：

（1）不会或很少有油墨到空气中去，所以能改善工人的劳动环境。

（2）可以使实现连续自动化，智能化水平更高，对人员的操作技术要求更低，生产效率更高。

（3）与其他喷涂方法相比可大量节约漆料。

（4）雾化油墨的使用避免网印线路夹缝出现的气泡，静电喷涂雾化的油墨在静电作用下涂覆在印制板面上更加均匀，质量有效保证，精度可以达到5-8nm。

（5）大批量喷涂一种PCB板时，具有相当大的日常量优势，单件人工费、能耗也随着产量的增加而降低。

2.3.3静电喷涂技术缺点：

（1）静电喷涂设备较为复杂，维护工作复杂，维保费用较高，占地面积大。

（2）对溶剂的选择性较强，温度和湿度对板面涂层的质量也有影响。

（3）小批量生产能耗较高，对尺寸要求较高，前处理环节维护技术难度高。

3 PCB阻焊数码打印技术

阻焊数码打印是集数字化打印、无接触、速度快、节省材料，打印精确、油墨不含溶剂等多种优势于一体的加成法工艺，严格遵循打印机中加载的PCB设计数字化信息，既避免油墨入孔等品质异常，又能将油墨精准打印在所需位置上。实现了无接触，速度快且提高了材料利用率，打印精确，减少废弃物的排放等环境友好型的制程方式，而且可以通过选择性打印，在线路等必要位置可选择打印更多阻焊油墨，通过控制油墨墨滴的直径，灵活的选择打印区域和厚度。

阻焊数码打印技术的核心是喷头，小小的一块喷头里，不仅要包含着数千个喷嘴，还要保证其对电压脉冲信号感应灵敏，将墨滴从喷嘴里高速喷射到介质上，形成色彩鲜明和精细分明的图案，属于极限工艺。为了保证较好的打印效果和打印速度，工业级喷头会在技术上有喷射频率高、喷嘴密度高等特征，并且每个喷嘴出墨量可以达到2万/秒墨滴。

阻焊数码打印技术技术优势：

a.简化工艺流程,生产效率高；

b.数码打印精确，避免油墨入孔等品质异常问题；

c.油墨100%利用，无废水、废气，绿色环保；

d.节约场地、人力，降低生产成本。

生产能力优势：

1. 打印尺寸较大从-16inh*18inh
2. 细小双边缘开窗能力做到1mil
3. 阻焊油墨厚度可在5-100μm自由调整

图1 喷印油墨金相

4. 拒喷率0％
5. 月产能5-6万平米
6. 换料时间≤5min

阻焊数码打印技术存在问题：

1. 设备采购费用一次较高
2. 高端设备维护保养费用较高
3. 对设备匹配油墨要求较高

图2 BGA喷印效果图             图3 阻焊桥喷印效果

4 总结

传统阻焊油墨涂覆在目前PCB生产占据大量市场，由于其资源浪费、污染严重，PCB阻焊数码打印技术在高速发展的同时也在不断优化改进。从企业的长远发展角度来看，PCB阻焊数码打印设备在提升产品性能、节省原辅材料、节能减排、降低生产成本、人员成本、场地成本等都能得到有效改善提升。PCB阻焊数码打印相比传统阻焊油墨涂覆在缩短制程周期、减少废气废水排放、智能化制造领域，在整个PCB行业使用上的优越性，都是显而易见的。

随着PCB阻焊数码打印设备市场占比越来越高，以及技术的进一步优化和完善，相信在整个PCB制造行业中，会占据重要地位。

参考文献

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[3]杨超,常煜,杨振国.印制电子用阻焊油墨及其发展趋势[J].影像科学与光化学,2014,32(04):314-320.

地址：陕西省西安市雁塔区锦业二路15号航空工业计算所，收件人：李冬，联系电话：18710832533。

作者简介：李冬（1990.12.11），男，汉，陕西省渭南市，印制板工艺，大学本科，航空工业计算所，印制板生产制造。