CN103203970A - 一种三维立体掩模板的混合制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维立体掩模板的混合制备工艺，工艺步骤包括：电铸第一电铸层：芯模前处理→贴膜1a→曝光1→单面显影1→电铸1→贴膜1b→曝光2→剥离；电铸印刷面凸起：前处理→反面贴膜2→对位→曝光3→单面显影2→电铸2→剥离；激光切割PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口。应用此种混合工艺制备得到的三维立体掩模板，不仅可以有效使凸形区域部分在掩模板上精确定位，而且通过优选的电铸工艺参数，还可以保证掩模板的表面质量以及铸层厚度的均匀性，同时，采用激光切割工艺对掩模板凹下的三维部分及此部分的图形开口进行切割加工，可以大大提高板面的加工速率，降低加工成本。

Description

一种三维立体掩模板的混合制备工艺

 

技术领域

本发明涉及一种掩模板的制作工艺，属于材料制备及加工领域，具体涉及一种用于印刷电路上涂覆焊料时所用的三维立体金属掩模板的制作工艺。

 

背景技术

表面贴装技术（Surface Mounting Technology，简称SMT）诞生于上世纪60年代。即使用一定的工具将无引脚的表面贴装元器件准确地放置到经过印刷焊膏或经过点胶的PCB焊盘上，然后经过波峰或回流焊，使元器件与电路板建立良好的机械和电气连接。

PCB行业的发展不仅仅局限于平面模板，还包含一些有特定形状要求的印刷板，以满足PCB板上焊接较大的元件，且不影响整体的印刷效果的要求。用传统的二维金属掩模板组合无法达到不同量的材料转移的要求，因此，制备表面厚度要求不均匀的掩模板已经成为新时代的一个崭新课题，而制作具有与PCB上凹凸形状相对应的金属掩模板是未来PCB行业的发展趋势。

模板的使用不仅是SMT表面贴装技术的第一步，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PCB板上的精确位置。平面的模板难以将准确数量的材料转移到PCB面上，通过实验组合平面模板同样也不能满足其要求。因此必须制作与PCB板凸起部位相对应的掩模板，即具有三维立体结构的掩模板。

通过连续电铸和激光雕刻的混合工艺来得到印刷面具有凸形区域、PCB面具有凹形区域的三维立体金属掩模板，其具体优势如下：

（1）连续的电铸层可以有效提高两电铸层之间的界面结合力，不会在使用过程中出现两电铸层分离剥落的现象；

（2）使用激光雕刻技术可以有效提高PCB面凹形区域孔壁质量；

（3）使用电铸工艺可以有效提高金属掩模板开口质量和表面质量；

（4）使用电铸工艺可以有效提高金属掩模板尺寸的均匀性。

 

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种三维立体掩模板的混合制备工艺，可以有效改善具有凸起并印有复杂花纹的PCB版印刷精度，该发明制备得到的掩模板具有三维空间结构，其表面质量优异，COV小于10%。

本发明涉及一种三维立体掩模板的混合制备工艺，具体的工艺流程如下：

A、电铸第一电铸层：芯模前处理→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1→剥离；

B、电铸印刷面凸起：前处理→反面贴膜2→对位→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；

C、激光切割PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口。

根据以上工艺步骤制备得到的三维立体掩模板，其板面质量优异， COV不大于10%，表面为一级光亮。

优选地，通过电铸方法制备得到的第一电铸层的厚度为20-120μm。

具体地说，步骤A所述的电铸第一电铸层中的工艺步骤包括如下：

（1） 芯模前处理：选取1.8mm厚的304不锈钢板作为芯模材料，将芯模切割成为800mm*600mm的尺寸大小，后将芯模除油、酸洗、喷砂，其中除油时间为1-2min, 酸洗时间为1-2min，喷砂时间为2-5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力1-5psi；

（2）贴膜1：将芯模表面进行贴膜；

（3）曝光1：使图形开口区域以及对位孔区域以外的部分曝光，以便将未曝光区域通过显影去除，留下曝光的部分以作后续电铸步骤的保护膜，曝光量为800-2000mJ，曝光时间1000-2000s；

（4）单面显影1：将除图形开口区域及对位孔区域以外的显影部分（未曝光区域）的干膜清洗掉，保留曝光部分贴膜，显影时间为100-200s；

（5）电铸1：采用电铸的方法将镍金属电铸到曝光区域；

（8）剥离：将电铸层从芯模上剥离。

具体的说,步骤A中第(5)步所述的电铸工艺参数如下:

  电流密度（A/m²）                  2.0-3.0

  电铸时间1(min)                    100-300

  温度（℃）                        50-60

  pH                               4-4.5

  活化时间1（min）                 3-5

    电铸溶液组成：

           氨基磺酸镍（g/L）           50-80

         七水合氯化镍（g/L）        10-20

               硼酸（g/L）          30-50

            光亮剂（ml/L）         0.5-3

            稳定剂（ml/L）          1-5

           润湿剂（ml/L）          0.5-3

具体的说,步骤B所述的电铸印刷面凸起的工艺步骤如下：

（1）前处理：将步骤A制得的掩模板进行酸洗、喷砂，其中酸洗时间为1-2min，喷砂时间为2-5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力1-5psi；

（2）反面贴膜2：在步骤A制备得到的电铸层印刷面贴膜；

（3）对位：通过电铸层对位孔进行CCD对位，确定坐标原点；

（4）曝光2：曝光区域为除三维立体区域（凸形区域）以外的其他区域，曝光量为1000-2000mJ，曝光时间为1000-2500s；

（5）单面显影2：将未曝光部分的贴膜清洗除去，保留曝光部分的贴膜；显影时间为100-600s；

（6）电铸2：采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域；

（7）剥离：将芯模剥离。

具体的说，步骤B中第(6)步所述的电铸工艺参数如下:

  电流密度（A/m²）                 2.0-3.0

  电铸时间2(min)                   500-1000

  温度（℃）                       50-60

  pH                             4-4.5

  活化时间2（min）               5-10

  电铸溶液组成：

           氨基磺酸镍（g/L）           50-80

         七水合氯化镍（g/L）        10-20

               硼酸（g/L）          30-50

            光亮剂（ml/L）         0.5-3

            稳定剂（ml/L）         1-5

            润湿剂（ml/L）         0.5-3

一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于，所述步骤C中激光雕刻PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口，其具体的工艺步骤如下：

（1）将掩模板固定在一个提供张力的框架上，并将框架置于切割基台上，使得待切割区域所在面朝上；

（2）通过CCD定位掩模板，以确定坐标原点；

（3）调整切割参数，调整激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在所要切割的区域表面，以形成3-8°的锥角的切割边；

（4）通过激光切割头发射出激光，进行切割；

优选的，所用激光的参数如下：

切割速率（cm/min）              100-200

气压（MPa）                    0-2

激光能量（mJ）                  400-900

电流（A）                      700-900

激光频率（Hz）                  6000-8000

在激光加工过程中使用氧气作为助燃气体，以加快激光的切割速率。

在本发明的较佳实施例中，可以得到高质量的三维立体金属掩模版，版面平滑均匀，COV小于10%，表面光亮为一级光亮，连续的电铸层工艺可以有效提高两电铸层之间的界面结合力，不会在使用过程中出现两电铸层分离剥落的现象，同时，使用激光雕刻技术可以有效提高PCB面凹形区域孔壁质量，简化制备工艺，同时，提高产品质量的稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

 

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，其中：

图1为 印刷示意图：

11-PCB板

22-掩模板

33- PCB板凸起区域

44-刮刀

55-转移材料

66-掩模板三维立体区域

77-掩模板三维立体区域上的图形开口

88-焊接铜台

4-掩模板PCB面

5-掩模板印刷面

图2为掩模板三维立体区域示意图：

4-掩模板PCB面

5-掩模板印刷面

66-掩模板三维立体区域

111-PCB面的凹形区域

图3为步骤A中的电铸第一电铸层剖面图：

1-芯模

2-第一电铸层

3-电铸层上的图形开口区域

4-第一电铸层的PCB面

5-第一电铸层的印刷面

6-对位孔

图4为步骤B中电铸印刷面凸起区域剖面图：

1-芯模

2-第一电铸层

3-电铸层上的图形开口区域

4-第一电铸层的PCB面

5-第一电铸层的印刷面

6-对位孔

7-印刷面的凸起区域

8-PCB面干膜曝光区域

9-PCB面干膜

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。

实施例1

本发明的一种实施例中，电铸第一电铸层中的优选工艺步骤如下：

（1） 芯模前处理：选取1.8mm厚的304不锈钢板作为芯模材料，将芯模切割成为800mm*600mm的尺寸大小，后将芯模除油、酸洗、喷砂，其中除油时间为2min, 酸洗时间为1min，喷砂时间为3.5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力2psi；

（2）贴膜1：将芯模表面进行贴膜；

（3）曝光1：使图形开口区域以及对位孔区域以外的部分曝光，以便将未曝光区域通过显影去除，留下曝光的部分以作后续电铸步骤的保护膜，曝光量为1500mJ，曝光时间1200s；

（4）单面显影1：将除图形开口区域及对位孔区域以外的显影部分的干膜清洗掉，保留曝光部分贴膜，显影时间为180s；

（5）电铸1：采用电铸的方法将镍金属电铸到曝光区域；

（8）剥离：将电铸层从芯模上剥离。

实施例2

根据实施例1中的（5）电铸步骤，优选地，所用的电铸工艺参数如下:

  电流密度（A/m²）                  2.3

  电铸时间1(min)                    150

  温度（℃）                       50±1

  pH                             4-4.5

  活化时间1（min）                 3

    电铸溶液组成：

           氨基磺酸镍（g/L）           60

         七水合氯化镍（g/L）        14

               硼酸（g/L）          35

            光亮剂（ml/L）         2.1

            稳定剂（ml/L）         3

            润湿剂（ml/L）         2

实施例3

本发明的一种实施例中，电铸印刷面凸起的一种优选工艺步骤如下：

（1）前处理：将步骤A制得的掩模板进行酸洗、喷砂，其中酸洗时间为2min，喷砂时间为5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力5psi；

（2）反面贴膜2：在步骤A制备得到的电铸层印刷面贴膜；

（3）对位：通过电铸层对位孔进行CCD对位，确定坐标原点；

（4）曝光2：曝光区域为除三维立体区域（凸形区域）以外的其他区域，曝光量为2000mJ，曝光时间为2500s；

（5）单面显影2：将未曝光部分的贴膜清洗除去，保留曝光部分的贴膜，显影时间为360s；

（6）电铸2：采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域；

（7）剥离：将芯模剥离。

实施例4

    根据实施例3中的（6）电铸步骤，优选地，所用的电铸工艺参数如下:

  电流密度（A/m²）                  2.3

  电铸时间2(min)                    800

  温度（℃）                       50±1

  pH                              4-4.5

  活化时间2（min）                 8

    电铸溶液组成：

           氨基磺酸镍（g/L）           60

         七水合氯化镍（g/L）        14

               硼酸（g/L）          35

            光亮剂（mL/L）        2.1

            稳定剂（mL/L）        3

           润湿剂（ml/L）          2

实施例5

本发明的一种实施例中，优选地，激光雕刻PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口，其具体的工艺步骤如下：

优选的，所用激光的参数如下：

切割速率（cm/min）            130

气压（MPa）                  1.8

激光能量（mJ）                600

电流（A）                    850

激光频率（Hz）                7700 

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种三维立体掩模板的混合制备工艺: 其特征在于混合制备工艺的流程如下：

A、电铸第一电铸层：芯模前处理→贴膜1→曝光1→单面显影1→电铸1→剥离；

B、电铸印刷面凸起：前处理→反面贴膜2→对位→曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；

C、激光切割PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口。

2.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于，所述步骤A和步骤B中的电铸工艺的具体参数如下：

电流密度（A/m²）                  2.0-3.0

电铸时间1(min)                   100-300

电铸时间2(min)                   500-1000

温度（℃）                         50-60

pH                               4-4.5

活化时间1（min）                  3-5

活化时间2（min）                  5-10

电铸溶液组成：

                氨基磺酸镍（g/L）         50-80

                七水合氯化镍（g/L）     10-20

                硼酸（g/L）             30-50

                光亮剂（ml/L）           0.5-3

                稳定剂（ml/L）           1-5

润湿剂（ml/L）         0.5-3。

3.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于制备得到的三维立体掩模板的表面质量为COV不大于10%。

4.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于步骤A所述的第一电铸层的厚度为20-120μm。

5.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于：所述步骤A电铸第一电铸层的制备工艺路线如下：

（1） 芯模前处理：选择304、306或430不锈钢板为芯模材料，并将其切割成尺寸为800mm*600mm*1.8mm的平板，后将芯模除油、酸洗、喷砂， 其中除油时间为1-2min, 酸洗时间为1-2min，喷砂时间为2-5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力1-5psi；

（2）芯模表面贴膜1；

（3）曝光1：曝光量为800-2000mJ，曝光时间1000-2000s；

（4）单面显影1：将除图形开口区域及对位孔区域以外的未曝光干膜清洗掉，保留曝光部分贴膜，显影时间为100-200s；

（5）电铸1：采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域（无干膜区域）；

（6）剥离：将电铸层从芯模上剥离。

6.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于：所述步骤B电铸印刷面凸起的工艺路线如下：

（1）前处理：将制得得掩模板进行酸洗、喷砂，其中酸洗时间为1-2min，喷砂时间为2-5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力1-5psi；

（2）反面贴膜2：在制备得到的电铸层印刷面贴膜；

（3）对位：通过电铸层对位孔进行CCD对位，确定坐标原点；

（4）曝光2：曝光区域为除三维立体区域（凸形区域）以外的其他区域，曝光量为1000-2000mJ，曝光时间为1000-2500s；

（5）单面显影2：将未曝光部分（凸起区域）的贴膜清洗除去，保留曝光部分的贴膜；显影时间为100-600s；

（6）电铸2：采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域（无干膜区域），形成凸起区域；

（7）剥离：将芯模剥离。

7.根据权利要求6所述的电铸印刷面凸起的工艺，其特征在于所述的对位孔为通孔，且至少2个通孔。

8.根据权利要求1所述的一种三维立体掩模板的混合制备工艺，其特征在于，所述步骤C激光切割PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口，其具体的工艺路线如下：

（1）将掩模板固定在一个提供张力的框架上，并将框架置于切割基台上，使得待切割区域所在面朝上；

（2）通过CCD定位掩模板，以确定坐标原点；

（3）调整切割参数，调整激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在所要切割的区域表面，以形成3-8°的锥角的切割边；

（4）通过激光切割头发射出激光，进行切割。

9.根据权利要求8所述的激光雕刻PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口，其特征在于，所用激光的参数如下：

切割速率（cm·min^-1）             100-200

气压（MPa）                       0-2

激光能量（mj）                      400-900

电流（A）                       700-900

激光频率（Hz）                     6000-8000。

10.根据权利要求8所述的激光雕刻PCB面凹形区域及三维立体结构上的图形开口，其特征在于，在激光加工过程中使用氧气作为助燃气体，以加快激光的切割速率。

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