CN105479009A - 一种smt模板表面超疏水结构的制备方法 - Google Patents

一种smt模板表面超疏水结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法，其特征在于，包括：将皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上以在所述SMT模板的表面形成微细结构，并将准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上方第一预设位置处对所述SMT模板进行处理。本发明提出的SMT模板表面超疏水结构的制备方法，将激光制作微细结构应用于SMT模板领域，在提升SMT模板印刷过程中锡膏脱模率、印刷质量的同时，制作的微细结构强度高且耐摩擦耐腐蚀性强，从而提高生产效率及印刷模板的使用寿命。

Description

一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法
技术领域
本发明涉及SMT模板制作领域，尤其涉及一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法。
背景技术
SMT印刷工艺是SMT工艺最前端及最重要的工艺之一，印刷过程中SMT模板存在锡膏粘连、下锡率低、钢网清洗频繁等问题，尤其是在以智能手机为代表的电子产品朝轻、薄方向发展后，广泛采用01005小型器件及超细间距器件后，相应的印刷模板开口尺寸越来越小，下锡率低、焊接时锡膏不足的问题越来越严重，这严重影响焊接质量，增加了模板清洗频率和耗材成本，也降低了生产效率。
现有解决上述问题主要有两种处理方法：第一种是采用超声波处理、电化学抛光等工艺去除毛刺降低表面粗糙度，但对于小型器件和超细间距印刷效果仍然不佳；第二种是增加钢片表面疏水性来提高脱膜率，其中包括两种方法，第一是在钢片表面涂覆纳米涂层降低表面能，第二是在钢片表面制作微细结构增加疏水性，传统方法是采用化学蚀刻法制作，此方法有一定效果，但由于其化学污染严重，对环境及操作人员均有伤害，且工艺复杂，制作结构单一且多项参数不可控，严重的制约了其使用效果。
激光技术的迅速发展，为材料表面微结构制作带来了新的方向和技术上的突破，激光制作表面结构具有灵活性、高效性、可控性等优点，虽然目前激光在材料表面制作疏水结构已经实现，但是对于SMT模板领域，由于其使用的特殊要求，采用传统的方法简单制作的表面疏水结构无法应用于SMT模板表面；具体表现在，传统激光制作的表面疏水结构耐摩擦性差，只能用于装饰性质的材料表面等静置不动的场合及物品，而SMT模板需要在印刷环节承受大压力、多次数的反复摩擦，同时印刷环节中的锡膏、腐蚀性有机溶剂的对疏水微观结构造成巨大的腐蚀作用，因此传统的激光制作的表面疏水结构如果简单的应用于SMT不锈钢模板表面，只印刷一两次，模板表面的微细结构就会受压力而破坏，因此将激光制作微细结构疏水技术应用于SMT模板等需要反复摩擦的领域受到了巨大的限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法，将激光制作微细结构应用于SMT模板领域，在提升SMT模板印刷过程中锡膏脱模率、印刷质量的同时，制作的微细结构强度高且耐摩擦耐腐蚀性强，从而提高生产效率及印刷模板的使用寿命。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法，包括：将皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上以在所述SMT模板的表面形成微细结构，并将准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上方第一预设位置处对所述SMT模板进行处理。
在进一步的技术方案中，本发明还可以包括以下技术特征：
在所述SMT模板的表面形成微细结构之前还包括：将连续光纤激光器的焦点聚焦于不锈钢钢板的表面上将所述不锈钢钢板切割形成所述SMT模板，并将所述皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的由切割形成的侧壁上以对所述SMT模板的侧壁进行处理。
在所述SMT模板的表面形成微细结构之前还包括：将所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板的表面上方第二预设位置处以对所述不锈钢钢板进行处理。
所述皮秒光纤激光器、所述准连续光纤激光器和所述连续光纤激光器的波长均为1030～1090nm；优选地，所述连续光纤激光器、所述皮秒光纤激光器和所述准连续光纤激光器发射的激光通过合束镜合并到同一光路中。
所述准连续光纤激光器的脉冲宽度为毫秒级。
所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上方距离所述SMT模板表面1～2mm处。
所述皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板表面下方第三预设位置处内，所述第三预设位置是在所述不锈钢钢板表面下方的距离所述不锈钢钢板表面预设距离范围内，所述预设距离范围是所述不锈钢钢板的厚度的1/4～3/4。
所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板的的表面上方距离所述不锈钢钢板表面1～2mm处。
制备方法还包括将激光处理后的所述SMT模板暴露在空气中静置2小时以上。
所述微细结构的基本结构为直线结构、非封闭曲线结构或封闭曲线结构，其中所述直线结构包括直线及通过直线叠加形成的矩形网格结构、三角形结构、六角形结构、多边形结构、十字型结构；所述非封闭曲线结构包括波浪线、任意非封闭曲线；所述封闭曲线结构包括椭圆及圆、任意封闭曲线；优选地，所述微细结构的深度为7～15μm，线宽度为10～20μm，每个重复单元的尺寸为10～150μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明将皮秒光纤激光器的焦点聚焦于SMT模板的表面上形成微细结构，并将准连续光纤激光器的焦点聚焦于SMT模板的表面上方以在对SMT模板进行退火，从而增强SMT模板表面的硬度，使SMT模板表面的微细超疏水结构具有耐摩擦、耐腐蚀的特性，提高生产效率及印刷模板的使用寿命，且处理过程无化学污染；另外本发明的制备方法可以在SMT模板设备上集成实现，无需开发额外设备，成本低、效率高、质量好。
在进一步的方案中，在通过连续光纤激光器将不锈钢钢板切割形成SMT模板的同时或之后，还将皮秒光纤激光器的焦点聚焦于SMT模板上由切割形成的侧壁上，从而去除掉连续光纤激光器切割不锈钢钢板时产生的毛刺、熔融的块状熔渣等异物残留，使得SMT模板的侧壁也具有疏水性，从而进一步提高SMT模板的疏水效果。更优选的方案中，在将不锈钢钢板切割形成SMT模板的同时或之后，还将准连续激光器的焦点聚焦在不锈钢钢板的表面上方，将由连续光纤激光器的激光切割所产生的周期性纹路进行熔融，材料在熔融之后会流动，使不锈钢钢板的侧壁更加均匀，周期性纹路消失，侧壁粗糙度进一步降低。
附图说明
图1是本发明优选实施例的多种激光器的合束结构图；
图2是本发明一种实施例的制作侧壁的疏水性的过程示意图；
图3是本发明另一种实施例的制作侧壁的疏水性的过程示意图；
图4是本发明优选实施例的制作SMT模板表面超疏水结构的过程示意图；
图5是本发明优选实施例的SMT模板表面微细结构的形状示意图之一；
图6是本发明优选实施例的SMT模板表面微细结构的形状示意图之二；
图7是本发明优选实施例的SMT模板表面微细结构的形状示意图之三；
图8是本发明优选实施例的SMT模板表面微细结构的形状示意图之四；
图9是本发明优选实施例的SMT模板表面微细结构的形状示意图之五。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法，在制备方法中，如图1所示，本发明同时采用了多种激光器对SMT模板进行处理，包括连续光纤激光器1、准连续光纤激光器2(脉冲宽度为毫秒级)和皮秒光纤激光器3，其中这些激光器的波长均在1030～1090nm的范围内，通过使用合束镜4将三束激光整合到同一个光路中，再通过聚焦镜5分别将各激光器的激光聚焦至预定的位置处。
在一种实施例中，本发明的制备方法包括以下步骤：
第一步，制作SMT模板的侧壁的疏水性；
首先将不锈钢钢板制作形成SMT模板，如图2所示，将连续光纤激光器1的焦点10聚焦在不锈钢钢板6的表面上对不锈钢钢板6实施切割，在不锈钢钢板6上形成侧壁(也即SMT模板的侧壁)；然后将皮秒光纤激光器3的焦点30聚焦在不锈钢钢板6的侧壁(也即SMT模板的侧壁)上，具体地，皮秒光纤激光器3的焦点30聚焦于不锈钢钢板6表面下方第三预设位置处内，第三预设位置是在不锈钢钢板表面下方的距离不锈钢钢板表面预设距离范围内，预设距离范围是不锈钢钢板的厚度的1/4～3/4，即聚焦在切割形成的侧壁中部位置，更优选的实施例中，皮秒光纤激光器3的焦点30聚焦于SMT模板侧壁的中间位置，例如制作SMT模板所用的不锈钢钢板一般在0.08～0.2mm之间，对应的皮秒光纤激光器3的焦点30可以聚焦于连续光纤激光器1的焦点10下方0.04～0.1mm处。在通过连续光纤激光器1对不锈钢钢板6进行切割时，在不锈钢钢板6上形成的侧壁容易存在毛刺、熔融的块状熔渣等异物残留以及激光切割的周期性纹路，造成侧壁粗糙度高、可能导致下锡不良、印刷质量差，而本发明中在使用连续光纤激光器1的同时还结合使用皮秒激光器3，由于皮秒激光属于超快激光，适合于微加工，因此可以将不锈钢钢板6切割形成的侧壁(也即SMT模板的侧壁)的表面的粗糙度较大的毛刺、熔渣等去除掉，增强SMT模板侧壁的疏水性。
在更优选的方案中，如图3所示，在使用皮秒光纤激光器3对不锈钢钢板6进行抛光处理之后，还使用准连续激光器2，并将准连续激光器2的焦点聚焦在不锈钢钢板的表面上方第二预设位置处，更具体的实施例中可以是不锈钢钢板6的表面上方距离不锈钢钢板6表面1～2mm处，准连续光纤激光器2可以对不锈钢钢板6的侧壁(也即SMT模板的侧壁)进行抛光，将由连续光纤激光器1的激光切割所产生的周期性纹路进行熔融，材料在熔融之后会流动，使形成的不锈钢钢板6的侧壁(也即SMT模板的侧壁)更加均匀，周期性纹路消失，侧壁粗糙度进一步降低，进一步增强SMT模板侧壁的疏水性。
如图2所示，由于三种激光是处于同一光路，在此过程中，连续光纤激光器1切割不锈钢钢板6时采用工业氧气或者压缩空气作为切割的辅助气体，该辅助气体同时还可以在准连续激光器2和皮秒光纤激光器3抛光侧壁时起到冷却及将碎屑吹走排除的作用。
通过上述步骤，将不锈钢钢板6切割形成SMT模板，且切割形成的SMT模板的侧壁表面具有疏水性。
第二步，SMT模板表面超疏水结构的制作；
如图4所示，将皮秒光纤激光器3的焦点30聚焦于SMT模板7的表面上，经过扫描制作形成微细结构，实现基本的超疏水特性，并将准连续光纤激光器2的焦点20聚焦于SMT模板7的表面上方第一预设位置处，更具体的实施例中可以是SMT模板7的表面上方距离SMT模板7表面1～2mm处，即离焦状态对于SMT模板的表面扫描，实现激光退火，以增加超疏水结构的硬度。
在具体的实施例中，微细结构可以分解为若干种基本结构，通过不同叠加来获得不同的预设效果，其中微细结构的基本结构可以是直线结构、非封闭曲线结构或封闭曲线结构，直线结构包括直线及通过直线叠加形成的矩形网格结构、三角形结构、六角形结构、多边形结构、十字型结构；非封闭曲线结构包括波浪线、任意非封闭曲线；封闭曲线结构包括椭圆及圆、任意封闭曲线。例如：图5是直线叠加组成的矩形网格结构，图6是圆阵列结构，图7是圆及直线组成的单元结构，图8是直线叠加组成的定向流动微结构，图9是直线叠加组成的矩形网格定向流动微结构。针对SMT模板的特殊应用，可以将SMT模板上的微细结构制作成如图7、8、9所示的结构，这几种疏水结构可以使水沿着SMT模板表面产生定向流动效果，如水滴在图7的中央会沿着直径向外流动，在图8、图9中水滴会沿着一个方向定向流动，其流动方向是从结构密集部分向结构稀疏部分流动。在一些实施例中，微细结构的深度为7～15μm，线宽度为10～20μm，微结构的每个重复单元尺寸为10～150μm。
在上述的步骤中，完成了SMT模板表面超疏水结构的制作，在通过采用准连续光纤激光器2在微细疏水结构制作之后对SMT模板进行退火，增加SMT模板表面的硬度，使得SMT模板表面的超疏水结构具有耐摩擦、耐腐蚀的特性，从而提高生产效率及印刷模板的使用寿命。
第三步，后处理，检测；
将激光处理后具有微细结构的SMT模板直接暴露在空气中静置2小时以上，SMT模板表面形成超疏水结构。检测得到，通过本发明的制备方法在SMT模板上形成超疏水结构后，锡膏与SMT模板的接触角大于150°，滚动角度小于10°。
在本发明的另外一些实施例中，聚焦镜5还可以是多点聚焦镜，从而可以实现在制作SMT模板的侧壁疏水性时，可以同时使用两种或三种激光器对不锈钢钢板进行处理；在制作SMT模板表面超疏水结构时，可以同时使用皮秒光纤激光器和准连续光纤激光器对SMT模板进行处理，从而进一步地提高生产效率。或者在另外一些实施例中，还可以将连续光纤激光器1、准连续光纤激光器2(脉冲宽度为毫秒级)和皮秒光纤激光器3临近放置，不通过合束镜整合到同一个光路，而直接分别聚焦于不锈钢钢板或SMT模板的相应位置处以同时分别进行相应的处理，也可以进一步地提高生产效率。
本发明通过采用三种光纤激光器进行结合，制作超疏水SMT模板，不仅在SMT模板的表面制作形成耐摩擦、耐腐蚀的超疏水结构，而且SMT模板的侧壁也同样具有良好的疏水性，提高下锡率，增加印刷次数，制备方法制备过程简单，效率高速度快，无化学污染；激光处理具有较大的灵活性，可以获得任意形状的结构，且不会引起不锈钢钢板的形变，对SMT模板平整性无影响；另外，激光处理后表面疏水性能一致均匀，且微细结构强度高耐摩擦耐腐蚀抗破坏性强，经试验及生产证明，可以大幅提高SMT模板下锡率，具有很好的应用价值。并且本发明的制备方法可以在SMT模板设备上集成实现，无需开发额外设备，成本低、效率高、质量好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种SMT模板表面超疏水结构的制备方法，其特征在于，包括：将皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上以在所述SMT模板的表面形成微细结构，并将准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上方第一预设位置处对所述SMT模板进行处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述SMT模板的表面形成微细结构之前还包括：将连续光纤激光器的焦点聚焦于不锈钢钢板的表面上将所述不锈钢钢板切割形成所述SMT模板，并将所述皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的由切割形成的侧壁上以对所述SMT模板的侧壁进行处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述SMT模板的表面形成微细结构之前还包括：将所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板的表面上方第二预设位置处以对所述不锈钢钢板进行处理。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述皮秒光纤激光器、所述准连续光纤激光器和所述连续光纤激光器的波长均为1030～1090nm；优选地，所述连续光纤激光器、所述皮秒光纤激光器和所述准连续光纤激光器发射的激光通过合束镜合并到同一光路中。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述准连续光纤激光器的脉冲宽度为毫秒级。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述SMT模板的表面上方距离所述SMT模板表面1～2mm处。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述皮秒光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板表面下方第三预设位置处内，所述第三预设位置是在所述不锈钢钢板表面下方的距离所述不锈钢钢板表面预设距离范围内，所述预设距离范围是所述不锈钢钢板的厚度的1/4～3/4。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述准连续光纤激光器的焦点聚焦于所述不锈钢钢板的的表面上方距离所述不锈钢钢板表面1～2mm处。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括将激光处理后的所述SMT模板暴露在空气中静置2小时以上。
10.根据权利要求1至9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述微细结构的基本结构为直线结构、非封闭曲线结构或封闭曲线结构，其中所述直线结构包括直线及通过直线叠加形成的矩形网格结构、三角形结构、六角形结构、多边形结构、十字型结构；所述非封闭曲线结构包括波浪线、任意非封闭曲线；所述封闭曲线结构包括椭圆及圆、任意封闭曲线；优选地，所述微细结构的深度为7～15μm，线宽度为10～20μm，每个重复单元的尺寸为10～150μm。
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