CN103207519A - 一种带有图形开口的三维立体金属掩模板的制作工艺 - Google Patents
一种带有图形开口的三维立体金属掩模板的制作工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种三维立体结构带有图形开口的金属掩模板的制作工艺，其特征在于，该制作工艺由以下步骤组成：A电铸第一电铸层：芯模处理→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；B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；C蚀刻PCB面凹形区域：前处理→印刷面贴膜3→单面显影3→蚀刻→退膜；D激光切割三维立体结构上的图形开口。通过以上工艺制备得到的三维立体金属掩模板，具有以下特点：具有独特的密封特性；工艺提供良好的定位；提高PCB面凹形区域孔壁质量；金属掩模板开口质量和表面质量好，光亮、无针孔、麻点；提高金属掩模板均匀性好；两电铸层之间的结合力好。
Description
技术领域
本发明涉及一种掩模板的制作工艺，具体涉及一种印刷面具有凸形区域、三维立体结构上具有图形开口的三维立体金属掩模板的制作工艺，属于材料制备和加工领域。
背景技术
随着我国电子行业的迅速发展，模板印刷工艺在电子制造业也得到应用，表面贴装技术（SMT）印刷就是典型。模板的使用不仅是SMT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板上的准确位置。锡膏阻塞在模板上越少，沉积在电路板上就越多。但是，对于一些特殊的PCB板，如PCB板上有一些特殊的凸起部位，同时凸起部位需要制作图形。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，使其具有三维立体结构。
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。用传统的二维金属掩模板组合无法达到不同量的转移材料的要求。因此制作具有与PCB上凹凸形状相对应的金属掩模板是未来的发展趋势。因此，急需一种制作印刷面具有凸形区域、PCB面具有凹形区域的三维立体掩模板的新工艺来满足现代表面贴装装配的特殊需求。
为解决以上问题，本发明采用电铸成型工艺，制作出金属掩模板，使其具有独特的密封特性，以降低对锡桥和模板底面清洁的要求。该工艺提供良好的定位，没有几何形状的限制，具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力，可以提高锡膏释放。而对于三维立体结构上的图形制作需要通过激光切割工艺来实现。
发明内容
本发明旨在解决以上技术问题，利用电铸、蚀刻和激光切割联合制备一种印刷面具有凸形区域、三维立体结构上具有图形开口的三维立体金属掩模板。
一种带有图形开口的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，该制作工艺由以下步骤组成：
A 电铸第一电铸层：芯模处理→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；
B 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；
C 蚀刻PCB面凹形区域：前处理→印刷面贴膜3→单面显影3→蚀刻→退膜；
D 激光切割三维立体结构上的图形开口。
具体的说，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，
（2）贴模1a：芯模表面贴膜；
（3）曝光1：将图形开口区域及对位孔区域曝光；
（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；
（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）形成第一电铸层的开口及对位孔；
（6）贴膜1b：在电铸层的表面即PCB面贴膜，以备曝光即将蚀刻的三维立体区域（凹形区域）以外的区域；
（7）曝光2：将三维立体区域（凹形区域）以外的区域曝光；
（8）剥离：将电铸层从芯模上剥离。
具体的说，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；
（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，确定曝光坐标；
（4）曝光3：曝光区域为三维立体区域（凸形区域）以外的区域；
（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；
（6）电铸2：表面活化后，将镍金属电铸到显影区域（无干膜区域）；
（7）剥离：将芯模剥离。
具体的说，步骤C蚀刻PCB面凹形区域的工艺路线如下：
（1）前处理：将制得得掩模板进行酸洗、喷砂；
（2）印刷面贴膜：保留所贴干膜表面的一层保护膜，起到保护印刷面凸起区域不受腐蚀的作用；
（3）单面显影3：将PCB面三维立体区域（凹形区域）进行显影；
（4）蚀刻：蚀刻区域即为PCB面三维立体区域（凹形区域），刻蚀后即可形成三维立体掩模板；
（5）退膜。
具体的说，步骤D激光切割三维立体结构上的图形开口的工艺路线如下：
（1）将通过A、B和C三步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，由于激光光斑有一定的直径，在CCD定位时要作出切割坐标补偿，避免激光切割形成的图形尺寸偏大；
（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，切割保护气体为氧气；
蚀刻时要求PCB面准备蚀刻的凹形区域与印刷面的凸形区域的位置精度一定要对准，防止错位，镀层脱落；蚀刻深度同样要求精准。
激光切割印刷面凸起区域时，通过调整激光探头的高度，精确对位切割。
电铸工艺中，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基板沉积厚度均匀，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。
优选地，第一电铸层的厚度为20-120μm；
优选地，步骤A、B、C和D中的前处理工艺参数如下：
| 除油时间 | 1-2min |
| 酸洗时间 | 1-2min |
| 喷砂时间1 | 2-3min |
| 喷砂时间2 | 3-5min |
| 压力 | 1-5psi |
优选地，步骤A、B和C中的曝光显影的工艺参数如下：
| 芯模尺寸（mm） | 800*600*1.8 |
| 曝光1量（mj） | 800-2000 |
| 曝光时间1（s） | 1000-2000 |
| 显影1时间（s） | 100-200 |
| 曝光2量（mj） | 100-500 |
| 曝光时间2（s） | 180-600 |
| 显影2时间（s） | 300-600 |
| 曝光3量（mj） | 1000-2000 |
| 曝光时间3（s） | 1000-2500 |
| 显影3时间（s） | 120-240 |
优选地，步骤A、B和C中的电铸工艺参数如下：
优选地，步骤C中的蚀刻工艺参数如下：
| 蚀刻液温度（℃） | 30-60 |
| 蚀刻液喷射压力（psi） | 10-30 |
| 蚀刻时间（min） | 30-60 |
优选地，步骤D中的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 |
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：
（一）具有独特的密封特性，以降低对锡桥和模板底面清洁的要求；
（二）工艺提供良好的定位，没有几何形状的限制，具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力，可以提高锡膏释放；
（三）提高PCB面凹形区域孔壁质量；
（四）金属掩模板开口质量和表面质量好，光亮、无针孔、麻点；
（五）提高金属掩模板均匀性好，凹形区域孔壁光滑、无毛刺，且与印刷面的凸起区域的对位精度达到使用要求；
（六）两电铸层之间的结合力好，不会在使用过程中出现两电铸层脱落的现象。
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. 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对位孔
图2. 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
9-印刷面
图3. 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4. 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
22-第一电铸层
66-掩模板上的三维立体结构
77-三维立体结构上的图形开口
3-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。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1
本发明的一种实施例中，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2min, 酸洗时间为2min，喷砂时间为3min，喷砂粒径1-100μm，喷砂压力2psi；
（2）贴模1a：芯模表面贴膜；
（3）曝光1：使图形开口区域以及对位孔区域曝光，留下曝黑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，保留曝黑部分贴膜；
（5）电铸1：采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域，电铸的工艺参数如下：
（6）贴膜：在电铸层的表面即PCB面贴膜，以备曝光即将蚀刻的三维立体区域（凹形区域）以外的区域；
（7）曝光2：将三维立体区域（凹形区域）以外的区域曝光，曝光量为500mJ，曝光时间为600s；
（8）剥离：将电铸层从芯模上剥离。
实施例2
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，确定曝光坐标；
（4）曝光3：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480s；
（6）电铸2：表面活化，采用电铸的方法将镍金属电铸到显影区域，电铸的工艺参数如下：
（7）剥离：将芯模剥离。
实施例3
本发明的一种实施例中，蚀刻PCB面凹形区域的一种优选工艺步骤如下：
（1）前处理：将制得得掩模板进行酸洗、喷砂，其中酸洗时间为2min，喷砂时间为5min，喷砂粒径1-10μm，喷砂压力5psi；
（2）印刷面贴膜：保留所贴干膜表面的一层保护膜，起到保护印刷面凸起区域不受腐蚀的作用；
（3）单面显影3：将PCB面三维立体区域（凹形区域）进行显影，显影时间为120s；
（4）蚀刻：蚀刻区域即为PCB面三维立体区域（凹形区域），刻蚀后即可形成三维立体掩模板，蚀刻的工艺参数如下：
| 蚀刻液温度（℃） | 40 |
| 蚀刻液喷射压力（psi） | 20 |
| 蚀刻时间（min） | 40 |
（5）退膜。
实施例4
步骤D中一种优选的激光切割工艺参数如下：
| 运动速率（cm·min-1） | 150 |
| 气压（MPa） | 0.5 |
| 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 |
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 (12)
1.一种三维立体结构带有图形开口的金属掩模板的制作工艺，其特征在于，该制作工艺由以下步骤组成：
A 电铸第一电铸层：芯模处理→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；
B 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；
C 蚀刻PCB面凹形区域：前处理→印刷面贴膜3→单面显影3→蚀刻→退膜；
D 激光切割三维立体结构上的图形开口。
2.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，A中前处理工艺包括除油、酸洗、喷砂，B中的前处理工艺包括酸洗、喷砂。
3.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，A中曝光1步骤的曝光区域为第一电铸层的图形开口及对位孔，对位孔的数量不少于2个。
4.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，A中的第一电铸层厚度在20-120μm。
5.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，A中曝光2步骤的曝光区域为在PCB面贴膜进行曝光，曝光区域为要进行蚀刻凹面区域以外的区域，作为蚀刻时的保护膜。
6.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，B中反面贴膜2为A中的电铸层剥离后的反面，即印刷面贴膜。
7.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，B中曝光前的对位通过A中制作的通孔对位孔进行CCD对位，确定曝光坐标。
8.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，B中单面显影2步骤的显影区域为印刷面的三维立体区域（凸起区域）以外的区域，并保留曝光的干膜，作为电铸三维立体区域（凸起区域）时的保护膜。
9.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，B中的电铸步骤之前具有活化工艺，来提高两镀层之间的结合力，防止铸层脱落。
10.根据权利要求1 所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，C中的印刷面贴膜为保留所贴干膜表面的一层保护膜，起到保护印刷面凸起区域不受腐蚀的作用。
11.根据权利要求1 所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于，C中的蚀刻区域即为A中PCB面贴膜后的曝光2步骤的未曝光区域，形成PCB面凸形区域。
12.根据权利要求1所述的三维立体金属掩模板的制作工艺，其特征在于， D的工艺步骤如下：
（1）将通过A、B和C三步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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