CN103207515A - 一种三维立体掩模板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维立体掩模板，其特征在于，掩模板具有双层结构三维立体结构，即印刷面由具有三维立体芯模构成结构的凸起区域，PCB面具有三维立体结构的凹陷区域。该三维立体掩模板的制备工艺包括如下步骤：芯模前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→曝光→显影→电铸→剥离→双面贴膜→双面曝光→双面显影→双面蚀刻→脱膜→激光切割。用此种制备工艺制备得到的掩模板可以有效降低在向印刷板凸凹部位进行焊膏转移过程中由于位置精度和尺寸精度的很大偏差和掩模的变形而导致产品和掩模的报废；同时，该工艺得到的掩模板具有高表面质量，图形开口平滑，无毛刺，无变形，具有高的光亮度和低的表面粗糙度。此外，本发明的制备工艺步骤简单，易于操作，加工效率高，生产成本低，符合经济效益原则，利于大规模的生产和推广。

Description

一种三维立体掩模板及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种用于印刷电路板的三维立体掩模板及其制备工艺，属于材料制备与零件制造领域，具体的说，涉及一种用于印刷电路板的具有单面凸起，其上具有复杂花纹的三维立体掩模板及其制备工艺。

背景技术

表面贴装技术，即SMT（Surface Mounted Technology的缩写），是将电子零件放置于印刷电路板表面，然后使用焊锡连接电子零件的引脚与印刷电路板的焊盘进行金属化而成为一体的一种工艺技术。

表面贴装技术源自于六十年代美国军用电子及航空电子领域的设备制造。早期由于该技术尚不成熟及成本高昂，因此仅应用于美国波音公司与休斯公司等极少数厂商，其发展受到了极大限制。然而，时至七十年代末，高密度印刷电路板与大规模集成电路技术的高速发展，为表面贴装技术的推广与普及提供了可能性。于是，表面贴装技术因其不可比拟的优势迅速取代了传统的通孔插装技术，进入消费类与信息类产品领域。时下轻便流行的笔记本电脑、手机等，无一不得益于此。

SMT技术的工艺流程包括：印刷（或点胶）--> 贴装 --> （固化） -->回流焊接 --> 清洗 --> 检测，其中印刷的作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机，位于SMT生产线的最前端。作为SMT技术的第一步，其作用至关重要。而随着市场的多样化、复杂化、立体化的趋向日趋凸显，产品已经由过去单一的平面，逐渐发展成曲面、高低台面，并且伴有镂空或凸起设计。因此，传统的平面丝网印刷已经不能满足现有市场的需求。在现有技术中，对于非平面的印刷往往采用移印的方式，但是移印方式存在印刷有效面积小、印刷效果差等问题，因此，传统的移印方式已不能满足当今对异型产品丝网印刷的要求。而使用二维的掩模转移时基体表面凹凸区域边缘处掩模开口由于无法和基板紧密接触而精确对位，导致转移材料的偏差转移或错位转移。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，基于以上各种工艺的局限性，本发明专利中提出一种适合进行凸起设计和花纹设计的立体版面印刷的工具——三维立体掩模板及其制备工艺。该掩模板可以有效降低在向印刷板凸凹部位进行焊膏转移过程中由于位置精度和尺寸精度的很大偏差和掩模的变形而导致产品和掩模的报废；同时，该工艺得到的掩模板具有高表面质量，图形开口平滑，无毛刺、变形，具有高的光亮度和低的表面粗糙度。

一种三维立体掩模板，其特征在于，掩模板具有双层结构，即印刷面由三维立体芯模构成，PCB面紧密附着在印刷面上，为三维立体芯模表面电铸的一层电铸层。

优选地，三维立体芯模板的厚度为1.8mm，电铸层的厚度为0.025mm。

上述的三维立体掩模板的制备工艺包括如下步骤：

芯模前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→曝光→显影→电铸→剥离→双面贴膜→双面曝光→双面显影→双面蚀刻→脱膜→激光切割

具体的说，三维立体掩模板的制备工艺步骤如下：

（1）芯模前处理：选取1.8mm厚的不锈钢板作为芯模材料，将芯模切割成为800mm*600mm的尺寸大小；

（2）将芯模除油、酸洗、喷砂，以去除表面的油渍杂质，并将表面打磨光滑；

（3）贴膜：芯模的单面进行贴膜；

（4）曝光：将芯模的单面进行曝光，即将电铸层上的开口区域曝光；

（5）显影：将步骤（4）中的未曝光部分显影去除，留下曝光的部分以作后续电铸步骤的保护膜；

（6）电铸：在芯模上电沉积上金属材料，形成三维立体掩模板的电铸层基板；

（7）双面贴膜：掩模板电铸层双面贴膜；

（8）双面曝光：将掩模板电铸层双面贴膜后进行曝光，即在印刷面曝光凸起区域，在PCB面曝光凹陷区域；

（9）双面显影：将步骤（8）中的未曝光部分显影去除，留下曝光的部

分干膜以作后续蚀刻步骤的保护膜；

（10）双面蚀刻：蚀刻区域即为双面显影的未曝光区域，蚀刻后即可形成厚度均一的三维立体芯模掩模板；

（11）脱膜；

（12）激光切割：直接在蚀刻形成的三维立体掩模板上的三维立体区域切割图形开口,

工艺步骤如下：

A、将通过电铸蚀刻工艺制的的掩模板固定在一个提供张力的框架上，放在切割基台上，使得具有凸形区域的印刷面朝上放置；

B、通过CCD定位掩模板，通过原始文件确定三维立体结构上的切割图形开口坐标；

C、调整好切割参数，调整好激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在掩模板印刷面凸形区域表面，以形成3-8°的锥角的切割边；

D、通过激光切割头发射出激光，进行切割。

优选地，除油、酸洗、喷砂的工艺参数为：

除油时间	1-2min
		酸洗时间	1-2min
喷砂时间	1-2min

优选地，曝光和显影的工艺参数为：

不锈钢基板尺寸（mm）	800*600*1.8
		曝光量（mj）	80-300
曝光时间（s）	180-480
		显影时间（s）	120-240

优选地，电铸的工艺参数为：

优选地，蚀刻工艺参数如下：

蚀刻液温度（℃）	50
		蚀刻液喷射压力(psi)	14
蚀刻时间（min）	40-80

优选地，激光切割工艺参数如下：

运动速率（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
		有效切割面积范围	600mm*800mm

使用本发明进行三维立体掩模板的制备，使得可以精确地向印刷板凸凹部位进行焊膏转移，而且掩模不会变形；同时，该工艺得到的掩模板具有高表面质量，图形开口平滑，无毛刺、变形，具有高的光亮度和低的表面粗糙度。

此外，本发明的制备工艺步骤简单，加工效率高，生产成本低，符合经济效益原则。由于获得本发明基体的方法也非常简单，易于操作，降低了制造成本，经济实用，利于大规模的生产和推广。

附图说明

图1  二维掩模板材料转移图示：

1-      刮刀

2-      转移材料

3-      PCB板

4-      PCB板上的凸起区域

5-      二维掩模板

6-      二维掩模板上的图形开口

7-      焊接铜台

8-      掩模板的印刷面

9-      掩模板的PCB面

图2  三维立体掩模板材料转移图示：

1-      刮刀

2-      转移材料

3-      PCB板

4-      PCB板上的凸起区域

5-      二维掩模板

6-      二维掩模板上的图形开口

7-      焊接铜台

8-      掩模板的印刷面

9-      掩模板的PCB面

10-掩模板的三维立体结构

图3  掩模板三维立体区域示意图：

8-掩模板印刷面

9-掩模板PCB面

11-掩模板印刷面凸起区域

22-掩模板PCB面的凹形

图4  掩模板示意图:

111-掩模板二维区域的图形开口

6-掩模板上的三维立体结构的图形开口

5-掩模板二维区域

10-掩模板上的三维立体结构

图5  激光切割三维立体结构上的图形开口示意图:

1111-夹具

2222-夹具

3333-激光切割头

4444-激光

5-掩模板二维区域

10-掩模板上的三维立体结构

6-三维立体结构上的图形开口

111-第一电铸层上的图形开口

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种实施例中，三维立体掩模板的制备工艺的一种优选工艺参数如下：

（1）芯模前处理：选取1.8mm厚的不锈钢板作为芯模材料，将芯模切割成为800mm*600mm的尺寸大小；

 （2）将芯模除油、酸洗、喷砂，以去除表面的油渍杂质，并将表面打磨光滑：除油2min，酸洗1.5min。喷砂1min；；

（3）贴膜：芯模的单面进行贴膜；

（4）曝光：将芯模的单面进行曝光，即将电铸层上的开口区域曝光：曝光量200mj，曝光时间250s；

（5）显影：将步骤（4）中的未曝光部分显影去除，显影时间120s，留下曝光的部分以作后续电铸步骤的保护膜；

（6）电铸：在芯模上电沉积上金属材料，形成三维立体掩模板的电铸层基板；

电铸工艺参数如下：

（7）双面贴膜：掩模板电铸层双面贴膜；

（8）双面曝光：将掩模板电铸层双面贴膜后进行曝光，即在印刷面曝光凸起区域，在PCB面曝光凹陷区域，曝光量200mj，曝光时间250s；

（9）双面显影：将步骤（8）中的未曝光部分显影去除，显影时间为120s，留下曝光的部分干膜以作后续蚀刻步骤的保护膜； 

（10）双面蚀刻：蚀刻区域即为双面显影的未曝光区域，蚀刻后即可形成厚度均一的三维立体芯模掩模板；

蚀刻的工艺参数的为：

蚀刻液温度（℃）	50
		蚀刻液喷射压力(psi)	14
蚀刻时间（min）	60

（11）脱膜；

（12）激光切割：直接在蚀刻形成的三维立体掩模板上的三维立体区域切割图形开口,

优选地，激光切割工艺参数如下：

运动速率（cm·min-1）	150
		气压（MPa）	1.5
激光能量（mj）	500
		电流（A）	800
激光频率（Hz）	7000
		有效切割面积范围	600mm*800mm

即得到蚀刻区域深宽比1:1.5，激光切割最大深宽比为1:1的三维立体掩模板。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种三维立体掩模板，其特征在于，掩模板具有双层结构三维立体结构，即印刷面由具有三维立体芯模构成结构的凸起区域，PCB面具有三维立体结构的凹陷区域。

2.根据权利要求1所述三维立体掩模板，其特征在于，所述的三维立体掩模板的制备工艺包括如下步骤：

芯模前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→曝光→显影→电铸→剥离→双面贴膜→双面曝光→双面显影→双面蚀刻→脱膜→激光切割。

3.根据权利要求1和2所述的前处理工艺步骤， 其特征在于，除油、酸洗、喷砂的工艺参数如下：

除油时间 1-2min 酸洗时间 1-2min 喷砂时间 1-2min

4.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于，双面显影为将要蚀刻的区域，即将电铸掩模板的双面进行显影，即将芯模上剥离下的电铸层的一面(PCB面)的三维立体区域的凹形区域干膜显影去除，而与此对应的反面(印刷面)的三维立体区域的凸形区域干膜曝光保留，以使得芯模电铸层蚀刻成厚度均一的具有三维立体区域的掩模板。

5.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于，曝光和显影的工艺参数如下：

不锈钢基板尺寸（mm） 800*600*1.8 曝光量（mj） 80-300 曝光时间（s） 180-480 显影时间（s） 120-240

6.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于，双面蚀刻区域为双面显影的未曝光区域，蚀刻后即可形成厚度均一的三维立体掩模板。

7.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于, 电铸步骤为在芯模上电沉积金属材料，形成三维立体掩模板的铸层基板。

8.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于，电铸的工艺参数为：

9.根据权利要求1和2所述的三维立体芯模的制备工艺，其特征在于蚀刻的工艺参数的如下：

蚀刻液温度（℃） 45-50 蚀刻液喷射压力(psi) 14-15 蚀刻时间（min） 40-80

10.根据权利要求1和2所述的三维立体掩模板的制备工艺，其特征在于，激光切割直接在蚀刻形成的三维立体掩模板的三维立体区域切割开口，工艺步骤如下：

（1）将通过电铸蚀刻工艺制的的掩模板固定在一个提供张力的框架上，放在切割基台上，使得具有凸形区域的印刷面朝上放置；

（2）通过CCD定位掩模板，通过原始文件确定三维立体结构上的切割图形开口坐标；

（3）调整好切割参数，调整好激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在掩模板印刷面凸形区域表面，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。

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