CN103203966A - 一种台阶电铸模板的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
一种台阶电铸模板的制作工艺。工艺流程如下：电铸第一电铸层：芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1；电铸PCB面凸起台阶(upstep)：前处理（酸洗、喷砂）→贴膜2→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；电铸印刷面凸起台阶(upstep)：印刷面贴膜→曝光3→单面显影3→电铸3→褪膜→剥离→后续处理（除油、酸洗）。由此工艺制备可得到印刷面具有upstep，PCB面具有凸起台阶(upstep)，且凸起台阶(upstep)区域具有开口图形的电铸模板。制得的整体电铸模板的开口孔壁光滑，无毛刺、渗镀等不良现象，表面质量好，无针孔、麻点等不良缺陷；制得的凸起台阶(upstep)区域的图形开口与第一电铸层开口的对位精度高；生产成本低，符合经济效益原则。
Description
技术领域
本发明涉及一种台阶电铸模板的制作工艺，属于材料制造和加工领域，具体涉及应用于SMT领域中的一种PCB面和印刷面均具有凸起台阶（up step）的印刷用掩模板的制作工艺。
背景技术
印刷用掩模板不仅是SMT装配工艺的第一步，也是最重要的一步。模板的主要功能是帮助锡膏的沉积。目的是将准确数量的材料转移到光板上准确的位置。锡膏阻塞在模板上越少，沉积在电路板上就越多。因此对模板的开口质量要求表面一定要光滑。但是，对于一些特殊的PCB板，如PCB板上有一些特殊部位需要锡膏的量比其他部位要多或是少时，必须要将对应模板的部位进行加厚或减薄处理，以适应不同厚度部位的不同需要。
印刷模板是用来印刷锡膏的模具，目前一般采用钢网。而传统工艺通过激光切割技术制作的钢模开口尺寸质量不能达到要求，板面质量也不够好。而应用电铸成型，即通过在一个要形成开孔的基板（或芯模）上显影光刻胶，然后逐个原子、逐层地在光刻胶周围电铸出模板。电铸工艺是一种递增而不是递减的工艺，制作出的金属模板，具有独特的密封特性，从而减少了对锡桥和模板底面清洁的需要。该工艺提供了近乎完美的定位，几乎没有任何几何形状的限制，而且具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力，进而改进了锡膏释放。对于局部加厚的技术来说，其重点在于up step图形区域的开口于基板图形区域的开口位置精度要高，用于up step图形区域分担电流的辅助分流板，同时结合力要大，否则寿命将大大降低。
因此，如何更好、更快地应用电铸工艺制作出印刷面具有up台阶、PCB面具有down台阶的电铸金属模板备受人们关注。
发明内容
本发明旨在解决以上技术问题，发明一种电铸模板的制作工艺。利用此制作工艺制作而成的金属模板，印刷面及PCB面均具有凸起台阶（up step），且up step区域的图形开口与基板开口具有较高的对位精度。
一种台阶模板的制作方法。其具体工艺流程如下：
（1）电铸第一电铸层：芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1；
（2）电铸PCB面up step：前处理（酸洗、喷砂）→贴膜2→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；
（3）电铸印刷面up step：印刷面贴膜→曝光3→单面显影3→电铸3→褪膜→剥离→后续处理（除油、酸洗）。
一般来说，基板材料为纯镍、镍铁合金中的任意一种。
具体的说，各工艺步骤的流程如下：
（1）电铸第一电铸层：
a. 芯模处理: 选择1.8mm不锈钢作为芯模，并将基板裁剪成所需要的尺寸;
b. 前处理：将裁剪好的钢片除油、酸洗，进行两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力；
c. 贴膜1: 选择附着力高的干膜，在芯模表面进行贴膜；
d. 曝光1: 对所贴干膜进行曝光，曝光区域为开口图形区域，曝光干膜作为电铸过程中的保护层，阻止材料沉积；
e. 单面显影1: 将未曝光干膜显影清除；
f. 电铸1: 电铸材料沉积在无干膜区域，克隆出与曝光图形一致的开口图形。
（2）电铸PCB面up step：
a. 前处理:将第一电铸层表面酸洗、喷砂；
b. 贴膜2：在第一电铸层表面继续贴膜，在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离;
c. 曝光2: 通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域后，将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝光；
d. 单面显影2: 显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来；
e. 电铸2: 把分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，进行二次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成PCB面的up step。
所述的分流板，即在与芯模尺寸相同的不锈钢板上通过激光切割的方法切出一个与up step区域位置相同，大小相同的通孔，起到分担电流、减轻边缘效应的作用。
f. 剥离: 将电铸层从芯模上剥离下来
（3）电铸印刷面up step：
a.印刷面贴膜: 将PCB面与芯模表面接触，在印刷面上贴膜，因为所要电铸的up step区域面积较小，所以在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离；
b．曝光3：通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域后，将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝光；
c. 单面显影3: 显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来；
d. 电铸3: 把准备好的分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，将第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，进行三次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成印刷面的up step；
e. 褪膜:将残留干膜褪除清洗；
f. 剥离:将电铸层从芯模上剥离；
g．后续处理：将电铸模板除油、酸洗。
具体的说，各步骤中的工艺参数如下：
前处理工艺参数
| 除油时间 | 1～2min |
| 酸洗时间 | 1～2min |
| 喷砂时间1 | 2～3min |
| 喷砂时间2 | 5～10min |
| 压力（pis） | 1～5 |
曝光显影工艺参数
| 芯模尺寸（mm） | 800*600*1.8 |
| 曝光量1（mj） | 1200～2000 |
| 曝光时间1（s） | 900～2500 |
| 单面显影1时间（s） | 120～180 |
| 曝光2量（mj） | PCB面 1200～2000 |
| 曝光3量（mj） | 印刷面 1200～2000 |
| 曝光时间2（s） | PCB面 900～2000 |
| 曝光时间3（s） | 印刷面 900～2000 |
| 单面显影2时间（s） | 120～180 |
| 单面显影3时间（s） | 120～180 |
电铸工艺参数
这样就制作出如图3、4所示的台阶模板，而该种印刷模板的印刷过程如图1、2所示， PCB面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板凹陷区域进行材料印刷，增加下锡量如1中的6所示，而印刷面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板上的焊接铜台上增加印刷的下锡量，用于大元件的焊接。
本专利发明的兼容手动及半自动SMT网板测量设备，与以往SMT网板测量设备相比，有以下明显改善：
（1）独特的工艺流程设计，可以应用电铸工制备得到PCB面和印刷面均具有凸起台阶的金属模板；
（2）电铸时，通过前处理增加喷砂时间、电铸前增加活化时间等方式来提高两镀层之间的结合力，防止镀层脱落；
（3）通过实验做好的阳极挡板来控制电流密度线，使之在图形区域范围内第一电铸层沉积厚度均匀性COV在10%以内；
（4）金属网板的开口图形区域的位置精度高；
（5）通过调整电铸添加剂的量来保证镀层质量，表面为一级光亮，网板厚度均匀性好，均匀性COV在10%以内。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
图1.印刷面up区域的开口剖视图
1-PCB基板
2-模板
3a-焊接基台
3b-焊接基台
4-平面开口
5-印刷面up区域
6-印刷面up区域的开口
7-印刷面
8-PCB面图
图2. PCB面up区域的开口剖视图
1-PCB基板
2-模板
3a-焊接基台
3b-焊接基台
4-平面开口
5-PCB面up区域
6-PCB面up区域开口
7-模板印刷面
8-模板PCB面step局部形貌例1
图3. 模板印刷面up示意图
1-模板
2-模板平面开口
3-模板印刷面up区域
4-模板印刷面up区域开口
5-模板印刷面
图4. 模板PCB面up示意图
1-模板
2-模板平面开口
3-模板PCB面up区域
4-模板PCB面up区域开口
5-模板PCB面
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本法名的具体的工艺流程以及本发明中工艺流程中的注意问题将在以下叙述中更加详尽。
一种台阶模板的制作方法。其工艺流程如下：
（1）电铸第一电铸层：芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1；
（2）电铸PCB面up step：前处理（酸洗、喷砂）→贴膜2→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；
（3）电铸印刷面up step：印刷面贴膜→曝光3→单面显影3→电铸3→褪膜→剥离→后续处理（除油、酸洗）。
其具体的实施工艺如下：
选择1.8mm不锈钢作为芯模，并将基板裁剪成所需要的尺寸，将裁剪好的钢片进行两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力。
必须选择附着力高的干膜，防止电铸过程中发生掉膜现象。选择好干膜后，在芯模表面进行贴膜。
对所贴干膜进行曝光，曝光区域为开口图形区域，曝光干膜作为电铸过程中的保护层，阻止材料沉积。
将未曝光干膜显影清除，进入电铸工艺，电铸材料沉积在无干膜区域，克隆出与曝光图形一致的开口图形。
第一次电铸完成后，在第一电铸层表面继续贴膜，因为所要电铸的up step区域面积较小，所以在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离。
通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域。
然后将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝光，显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来。
因为up step区域面积较小，电铸时电流密度线集中，会造成电铸up step区域的边缘效应严重，所以把准备好的分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，控制电铸up step厚度。
所述的分流板，即在与芯模尺寸相同的不锈钢板上通过激光切割的方法切出一个与up step区域位置相同，大小相同的通孔，起到分担电流、减轻边缘效应的作用。
进行二次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成PCB面的up step。
二次电铸完成后，将电铸层从芯模上剥离下来，翻转铸层，将PCB面与芯模表面接触，在印刷面上贴膜，因为所要电铸的up step区域面积较小，所以在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离。
通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域。
然后将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝黑，显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来。
因为up step区域面积较小，电铸时电流密度线集中，会造成电铸up step区域的边缘效应严重，所以把准备好的分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，控制电铸up step厚度。
所述的分流板，即在与芯模尺寸相同的不锈钢板上通过激光切割的方法切出一个与up step区域位置相同，大小相同的通孔，起到分担电流、减轻边缘效应的作用。
进行三次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成印刷面的up step。
电铸时，通过前处理增加喷砂时间、电铸前增加活化时间等方式来提高两镀层之间的结合力，防止镀层脱落，通过实验做好的阳极挡板来控制电流密度线，使之在图形区域范围内第一电铸层沉积厚度均匀性COV在10%以内；通过调整电铸添加剂的量来保证镀层质量，如镀层光亮、无针孔、麻点；显影时通过控制显影点来达到镀层开口孔壁质量好，无毛刺、渗镀。
其中，一组优选的工艺参数为：
前处理工艺参数
| 除油时间 | 2min |
| 酸洗时间 | 2min |
| 喷砂时间1 | 3min |
| 喷砂时间2 | 10min |
| 压力（pis） | 3 |
曝光显影工艺参数
| 芯模尺寸（mm） | 800*600*1.8 |
| 曝光量1（mj） | 1500 |
| 曝光时间1（s） | 1500 |
| 单面显影1时间（s） | 160 |
| 曝光2量（mj） | PCB面 1500 |
| 曝光3量（mj） | 印刷面 1500 |
| 曝光时间2（s） | PCB面 1500 |
| 曝光时间3（s） | 印刷面 1500 |
| 单面显影2时间（s） | 160 |
| 单面显影3时间（s） | 160 |
电铸工艺参数
这样就制作出如图3、4所示的台阶模板，而该种印刷模板的印刷过程如图1、2所示， PCB面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板凹陷区域进行材料印刷，增加下锡量如1中的6所示，而印刷面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板上的焊接铜台上增加印刷的下锡量，用于大元件的焊接。
经以上工艺参数制备得到的网板， PCB面、印刷面具有up step的金属模板；金属网板图形区域的开口质量好，孔壁光滑，无毛刺、锯齿等不良现象；金属网板的开口图形区域的位置精度高；金属网板厚度均匀性好，均匀性COV在10%以内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种台阶电铸模板的制作工艺，其工艺流程如下：
（1）电铸第一电铸层：芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1；
（2）电铸PCB面凸起台阶(up step)：前处理（酸洗、喷砂）→贴膜2→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；
（3）电铸印刷面凸起台阶(up step)：印刷面贴膜→曝光3→单面显影3→电铸3→褪膜→剥离→后续处理（除油、酸洗）。
2.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作工艺，其特征在于，制备得到的金属网板的PCB面和印刷面均具有凸起台阶区域（up step）。
3.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作工艺，其特征在于，基板材料为纯镍、镍铁合金中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作工艺，其特征在于，平面区域、印刷面凸起区域、PCB面凸起区域均具有开口图形。
5.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作方法，其特征在于，电铸PCB面及印刷面凸起台阶(up step)区域时的前处理须加强喷砂能力，提高镀层表面的结合力。
6.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作方法，其特征在于，电铸PCB面及印刷面凸起台阶(up step)区域前都要通过CCD对位边孔，保证电铸up step时开口的位置精度在±10μm。
7.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作方法，其特征在于，电铸PCB面及印刷面凸起台阶(up step)区域时，需制作辅助导电板（分流板）来分散干膜位置边缘的电流密度。
8.根据权利要求1所述的台阶电铸模板的制作方法，其特征在于，电铸PCB面及印刷面凸起台阶(up step)区域前，加强活化时间来达到提高镀层之间的结合力。
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