CN105785708B - 用于气溶胶喷射打印的焊接掩模组合物 - Google Patents

用于气溶胶喷射打印的焊接掩模组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于气溶胶喷射打印的焊接掩模油墨，其包含金属氧化物和基于丙二醇的溶剂；所述焊接掩模油墨在25℃下于101/s的剪切速率下具有约50cps至约1,000cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约2.0。

Description

用于气溶胶喷射打印的焊接掩模组合物
技术领域
本文公开的实施例涉及焊接掩模如印刷电路板的制造中所采用的那些。特别地，本文公开的实施例涉及对气溶胶喷射打印机应用具有合适粘度的焊接掩模油墨。
背景技术
印刷电路板(PCB)或印刷线路板(PWB)(后文统称PCB)是计算机、通讯装置、消费电子产品、自动化制造和检测设备中电子部件彼此及与其它元件连接和交互的平台。PCB可自向其上层合或镀薄的铜层的基础基材(通常为绝缘材料)产生。然后使用化学刻蚀来移除铜的区域以产生导电路径或径迹。所述径迹允许附接到PCB的部件的电互连。
然后向铜导电路径上方施加称为焊接掩模的绝缘材料。在仅留下需要接触熔融焊料的导电垫不被覆盖的同时，焊接掩模将保护PCB上的导电路径使之免于在焊接步骤过程中被涂覆以焊料。简单PCB上的焊接掩模层可使用丝网印刷或旋转流延技术产生。然而，更稠密的PCB通常采用光刻技术来在铜层上形成图案化的焊接掩模。
用来制备焊接掩模的光刻技术可能涉及材料和能源密集的多步骤序列。例如，所述工艺常常涉及膜涂覆、光刻、湿法刻蚀和固化，如图1的流程图中所示。在这样的工艺中，焊接掩模常为环氧基材料，其被旋涂或以类似方式施加，然后进行消减刻蚀。所述工艺往往使最终的固化的焊接掩模的耐化学和物理性变差。由于光刻的第一步是非选择性的，故PCB中的通孔常常被部分或完全地填充以焊接掩模。移除焊接掩模以得到高纵横比通孔是非常困难且有时不可能完成的任务。最终，此类方法可能昂贵且浪费。
虽然用于沉积焊接掩模的数码方法是可取的，但例如在喷墨打印上的尝试已因非常低的粘度要求(低于约20cps)而遭遇限制。相比之下，市售焊接掩模光刻胶通常具有非常高的粘度(高于约10,000cps)，因此，喷墨打印焊接掩模系统难以投入实践。
作为替代的方案，已发展丝网印刷来沉积焊接掩模光刻胶。虽然其可克服通孔堵塞问题，但丝网印刷常产生分辨率低且对准性差的焊接掩模。另外，丝网印刷需要平整的表面。表面上具有浮雕结构的PCB不适合于在其上丝网印刷焊接掩模。类似地，焊接掩模通常不能丝网印刷于弯曲表面上或3D电子部件上。
发明内容
在一些方面，本文的实施例提供了用于气溶胶喷射打印的焊接掩模油墨，其包含金属氧化物和基于丙二醇的溶剂，其中所述焊接掩模油墨在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约1,000cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约2.0。
在一些方面，本文的实施例提供了焊接掩模油墨，其包含：i)树脂或UV可固化单体；ii)无机颜料；和iii)油墨的总重量的约20至约50％的基于丙二醇的醚或酯溶剂，其中所述焊接掩模油墨制剂在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约800cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约1.5。
本文的实施例还提供了一种方法，其包括在基材上成图案地气溶胶喷射打印焊接掩模油墨和固化所喷射的焊料，其中所述焊接掩模油墨包含：i)树脂或UV可固化单体；ii)无机颜料；和iii)约20重量％至约50重量％的基于丙二醇的醚或酯溶剂，其中所述焊接掩模油墨在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约800cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1至约1.5。
附图说明
下文将结合附图描述本发明的各种实施例，其中：
图1示出了常规的焊接掩模沉积工艺。
图2示出了根据本文的实施例的一种示例性焊接掩模的粘度(25℃下)和剪切稀化指数随溶剂添加变化的双重曲线。剪切稀化指数为在10l/s的低剪切下的粘度对在484l/s的高剪切下的粘度的比率。
图3示出了根据本文的实施例的一种示例性焊接掩模的耐刮擦性和粘附测试，该焊接掩模由丙二醇单甲醚乙酸酯和二丙二醇单甲醚乙酸酯的组合(PGMEA/DPGMEA)配制。无材料转移到胶带，表明了5B的优异粘附。铅笔硬度为6H，是对于焊接掩模的最高等级。
图4A示出了在不同的速度(5.0mm/s、10mm/s和20mm/s)下打印在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上的已固化的根据本文的实施例的示例性焊接掩模的图像。
图4B示出了来自图4A的在10mm/s下打印的线的光学图像；该线呈现出平滑的边缘。
具体实施方式
本文的实施例提供了适于气溶胶打印的焊接掩模油墨。所述焊接掩模油墨在25℃下于约10l/s的剪切速率下通常具有低于约1000cps的粘度和低于约2.0的剪切稀化指数。在实施例中，焊接掩模油墨可包含：i)树脂或UV可固化单体；ii)无机颜料；和iii)油墨的总重量的至少约20重量％并至多约50重量％的基于丙二醇的醚或酯溶剂，所述焊接掩模油墨在25℃下于约10l/s的剪切速率下具有低于约800cps的粘度，并且剪切稀化指数低于约1.5。这样的焊接掩模油墨在气溶胶喷射打印机中展示出良好的适印性，并且固化的打印掩模呈现出与市售焊接掩模可比的粘附、铅笔硬度、耐刮擦性和耐化学性。有利地，本文的焊接掩模油墨的气溶胶打印用途允许在不规则形状的表面上布局焊接掩模图案，这与常规的焊接掩模制剂形成鲜明的对比。
如本文所用，“剪切稀化指数”或“STI”为无量纲量度，其与在低和高速度下测得的流体粘度的比率成比例。在实施例中，STI定义为25℃下在10l/s的剪切速率下的粘度对在484l/s的剪切速率下的粘度的比率。因此，剪切稀化指数为速度相关粘度比率。本领域技术人员应认识，STI有时也被称为触变指数，但这不应理解为触变性。
不受理论束缚，但所公开的焊接掩模油墨的有益效果可能是经由允许通过气溶胶喷射递送的高固体含量及特定流变和剪切稀化行为实现的。特别地，基于丙二醇的溶剂的选择不仅降低粘度，而且减小焊接掩模油墨的剪切稀化指数，从而有效地降低较低浓度下的粘度。确实，单单将焊接掩模基础材料稀释至气溶胶可喷射粘度是不够的，而提供必需的粘度范围的替代溶剂可能导致具有针孔的非常薄的层的沉积，这是不适合用作焊接掩模的。因此，本文公开的特别的溶剂不仅提供所需的粘度，而且提供适当的剪切稀化特性以避免成问题的具有针孔的薄层。
用本文的焊接掩模油墨气溶胶喷射打印具有若干其它优点：(1)其为数码工艺，这将显著简化/减少工艺步骤，从而降低制造成本；(2)焊接掩模光刻胶以数码形式施加到所需区域上，这将减少材料浪费和避免通孔堵塞；(3)气溶胶打印已经证实打印分辨率高(例如，约10微米)，这使得其适合于高密度焊接掩模制造；(4)与喷墨打印相比，气溶胶打印可应对高得多的油墨粘度(高达约1000cps)；和(5)气溶胶打印已经证实为向3D表面或具有3D形貌浮雕结构的表面上打印的合适方法。这些都是PCB制造和打印3D电子部件所需的性质。
在实施例中，焊接掩模油墨可与特别列举的溶剂结合采用金属氧化物基或其它无机颜料来提供不需使用表面活性剂的焊接掩模油墨。这对于实现固化掩模的良好性能特性特别有利，其中表面活性剂可能导致所得掩模的一些性能变差。在实施例中，包含金属氧化物如二氧化钛的白色焊接掩模基础材料可能特别适合于用于LED应用的PCB。
在实施例中，提供了用于气溶胶喷射打印的焊接掩模油墨，其包含金属氧化物和基于丙二醇的溶剂，其中所述焊接掩模油墨在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约1,000cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约2.0。
如本文所用，“焊接掩模油墨”指充分流动以通过气溶胶喷射打印来沉积并且用在焊接掩模图案的形成中的组合物。焊接掩模油墨可被施加到印刷电路板(PCB)的铜径迹以保护其以免氧化并防止在紧密间隔的焊盘之间形成焊桥。焊接掩模在高吞吐量PCB板生产中特别有用。焊接掩模油墨可基于具有适宜粘度和剪切稀化指数的环氧液体以经由气溶胶打印方法施加。焊接掩模油墨通常将采用热或UV可固化树脂。
如本文所用，“气溶胶喷射打印”指通常涉及焊接掩模油墨(其可任选被加热)的雾化从而产生直径大约一至两微米的小滴的工艺。雾化的小滴通常被夹带在气流中并递送到打印头。在打印头处，气体的环状流绕气溶胶流引入以使小滴聚焦到严格准直的光束中。合并的气流通过收缩喷嘴离开打印头，该收缩喷嘴将气溶胶流压缩成可能为约1微米至约10微米的小直径。射流离开打印头并沉积于基材上。所产生的图案可具有宽约5微米至约3000微米、层厚数十纳米至约25微米、包括约1微米至约20微米的特征。
如本文所用，“剪切稀化指数”指速度相关粘度比率。其可通过取在10l/s的低速度下测得的粘度对在484l/s的高速度下测得的粘度的比率获得。在理想牛顿流体中，剪切稀化指数接近于约1.0。
在实施例中，焊接掩模油墨包含树脂或UV可固化单体。这样的树脂或UV可固化单体可包括但不限于双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、基于环脂族或杂环的环氧树脂以及它们的组合，所述树脂可与酚、胺或酸酐交联。在实施例中，所述树脂或UV可固化单体可提供在焊接掩模基础材料中，如由Taiyo，America经销的市售焊接掩模糊剂等，包括产品系列PSR-400下的那些。
在实施例中，提供了焊接掩模油墨，其包含：i)树脂或UV可固化单体；ii)无机颜料；和iii)油墨的总重量的约20至约50％的基于丙二醇的醚或酯溶剂；其中所述焊接掩模油墨制剂在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约800cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约1.5。
有利地，本文的焊接掩模油墨可无表面活性剂地配制。因此，在实施例中，焊接掩模不含表面活性剂。在一些实施例中，焊接掩模油墨可包含足够低而对固化的焊接掩模的物理性质几乎无影响的量的表面活性剂。当采用了表面活性剂时，其可为非离子表面活性剂。非离子表面活性剂的例子包括聚山梨醇酯如聚山梨醇酯20(聚氧乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯)、聚山梨醇酯40(聚氧乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯)、聚山梨醇酯60(聚氧乙烯(20)失水山梨醇单硬脂酸酯)、聚山梨醇酯80(聚氧乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯)；聚蓖麻油酸聚甘油酯、十八烷酸[2-[(2R，3S，4R)-3，4-二羟基-2-四氢呋喃基]-2-羟乙基]酯、十八烷酸[(2R，3S，4R)-2-[1，2-双(1-氧代十八烷氧基)乙基]-4-羟基-3-四氢呋喃基]酯；C8至C22长链醇如1-十八烷醇、鲸蜡硬脂醇、十六烷-1-醇和顺式-9-十八烷-1-醇；取代或未取代的辛基酚，其中取代基可包括聚乙氧基乙醇基团(例如，以形成辛基苯氧基聚乙氧基乙醇)或将与辛基酚形成非离子表面活性剂的任何其它取代基；聚乙二醇单异十六烷基醚；十二烷酸2，3-二羟基丙酯；葡糖苷如月桂基葡糖苷、辛基葡糖苷和癸基葡糖苷；脂肪酸酰胺如椰油酰胺二乙醇胺和椰油酰胺单乙醇胺；和具有亲水性聚环氧乙烷链和芳族烃亲脂性或亲水性基团的非离子表面活性剂，如Nonoxynol-9和Triton X-100。
在一个实施例中，非离子表面活性剂为聚亚烷基二醇。例如，非离子表面活性剂可为包含至少一个聚乙二醇嵌段和至少一个聚丙二醇嵌段的嵌段共聚物，如聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇或由侧面与聚氧乙烯(聚(氧化乙烯))的两个亲水性链相接的聚氧丙烯(聚(氧化丙烯))中心疏水性链组成的三嵌段共聚物。市售非离子表面活性剂的一个例子为可得自Aldrich的SYNPERONIC F108。
非离子表面活性剂可以任何合适的量采用，例如，相对于焊接掩模油墨组合物的总重量计，非离子表面活性剂的量可为约0.01重量％。在其它例子中，相对于油墨组合物的总重量计，非离子表面活性剂的量可在约0.05重量％至约5重量％、如约0.5重量％至约3重量％的范围内。
在实施例中，焊接掩模油墨采用的溶剂为基于丙二醇的醚和/或酯溶剂。在一些这样的实施例中，溶剂为丙二醇单甲醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚乙酸酯或它们的组合。当以组合使用时，溶剂可为丙二醇单甲醚乙酸酯与二丙二醇单甲醚乙酸酯的1∶1组合。在实施例中，溶剂包含约10重量％至约50重量％的焊接掩模油墨，包括约10重量％至约35重量％的焊接掩模油墨。在实施例中，比率可为约9∶1至约1∶9，包括约7∶3至约3∶7。
在实施例中，焊接掩模油墨可包含为无机颜料的金属氧化物。在实施例中，金属氧化物为钛的氧化物。在实施例中，焊接掩模油墨可包含任何无机颜料，包括任何金属基无机颜料。铝颜料可包括但不限于：群青(PB29)，一种天然存在的复杂颜料：含硫硅酸钠(Na8- 10Al6Si6O24S2-4)；群青紫(PV15)，一种含硫的钠和铝的硅酸盐。铜颜料可包括但不限于舍勒绿(Scheele′s Green)：亚砷酸铜CuHAsO3、Cu(C2H3O2)2·3Cu(AsO2)2，巴黎绿：乙酰亚砷酸铜(II)，埃及蓝：一种硅酸铜钙合成颜料(CaCuSi4O10)，汉蓝：BaCuSi4O10，汉紫：BaCuSi2O6。钴颜料可包括但不限于Aureolin(也称钴黄)(PY40)：钴亚硝酸钾(Na3Co(NO2)6，钴蓝(PB28)和钴天蓝(PB35)：锡酸钴(II)，钴紫：(PV14)正磷酸钴。锰颜料可包括但不限于锰紫：NH4MnP2O7(PV16)焦磷酸锰铵。铁颜料可包括但不限于铁黑(PBkll)(C.I.编号77499)：Fe3O4，赭石黄(PY43)：一种天然存在的水合氧化铁粘土(Fe2O3·H2O)，普鲁士蓝(PB27)：一种亚铁氰化铁合成颜料(Fe7(CN)18)。威尼斯红、氧化铁红(PR102)、红赭石(PR102)：无水Fe2O3，烧赭石(PBr7)：一种通过加热生赭石产生的颜料，粘土颜料(天然形成的铁氧化物)，生褐(PBr7)：一种由氧化铁、氧化锰和氧化铝组成的天然粘土颜料：Fe2O3+MnO2+nH2O+Si+AlO3。在煅烧(加热)时，其被称为烧赭土。生赭石(PBr7)：一种来自褐铁矿粘土的天然存在的黄棕色颜料。镉颜料可包括但不限于镉橙(PO20)：镉红和镉黄之间的一种中间体：硫硒化镉，镉黄(PY37)：硫化镉(CdS)，镉红(PR108)：硒化镉(CdSe)，镉绿：一种包含镉黄(CdS)和铬绿(Cr2O3)的混合物的浅绿色颜料。铬颜料可包括但不限于铬橙：一种由铬酸铅(II)和氧化铅(II)组成的天然存在的颜料混合物：(PbCrO4+PbO)，铬黄(PY34)：天然的铬酸铅(II)颜料(PbCrO4)，铬绿(PG17)：氧化铬(Cr2O3)，铬绿(PG18)：一种深绿色的水合氧化铬(III)颜料(Cr2O3)。砷颜料可包括但不限于天然雌黄单斜硫化砷(As2S3)。铅颜料可包括但不限于纯铅白(PW1)：碱性碳酸铅((PbCO3)2·Pb(OH)2)，红铅：四氧化铅Pb3O4，那不勒斯黄(PY41)。钛颜料可包括但不限于钛白(PW6)：氧化钛(TiO2)，钛黑，钛黄(PY53)。锡颜料可包括但不限于假金：硫化锡(SnS2)。汞颜料可包括但不限于朱砂(PR106)、硫化汞(HgS)。锑颜料可包括但不限于锑白：三氧化二锑(Sb2O3)。钡颜料可包括但不限于硫酸钡(PW5)。锌颜料可包括但不限于锌白(PW4)：氧化锌(ZnO)。
在实施例中，无机颜料选自金属氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属硼酸盐、石青、钴黄、钴蓝、铬黄、钴天蓝、铬酸钙、灰蓝色钴绿、埃及蓝、汉紫、汉蓝、锌钡白、锰紫、普鲁士蓝、群青、威尼斯铅白、铜绿、朱砂和铬绿。
在一个特别的实施例中，无机颜料可为金属氧化物。在一些这样的实施例中，金属氧化物可为钛的氧化物，如二氧化钛。这样的钛基颜料通常被用在白色焊接掩模基础材料中。在实施例中，白色焊接掩模基础材料出乎意料地比绿色焊接掩模基础材料表现更好，但也可使用绿色焊接掩模基础材料。在实施例中，金属氧化物为钛的氧化物、三氧化锑、氧化铬、二氧化锰或氧化铅或它们的组合。
特别地，金属氧化物基颜料在固化的焊接掩模中呈现出出乎意料地好的性能。不受理论束缚，但这可能是由于金属与基于丙二醇的溶剂之间的相互作用。这样的颜料与溶剂的组合看起来至少部分地造就所观察到的剪切稀化指数。因此，如下文在实例中所证实，基于二氧化钛的白色颜料提供低剪切稀化指数。对典型的绿色焊接基础材料未观察到相同的性能增强水平，即使当颜料的糊剂样载体相同时。因此，载体自身看起来不是所产生的剪切稀化指数的决定性因素。
在实施例中，提供了方法，其包括在基材上成图案地气溶胶喷射打印焊接掩模油墨和固化所喷射的焊料，所述焊接掩模油墨包含：i)树脂或UV可固化单体；ii)无机颜料；和iii)油墨的总重量的约20至约50％的基于丙二醇的醚或酯溶剂；其中所述焊接掩模油墨在25℃下于10l/s的剪切速率下具有约50cps至约800cps的粘度，并且剪切稀化指数为约1.0至约1.5。在实施例中，固化步骤为热或UV固化步骤。
在一些实施例中，本文的焊接掩模油墨在固化时可呈现出膜完整性，如通过IPC-SM-840C中所规定的工业标准及其修正条款所测量。固化的焊接掩模的一些非限制性示例性性质包括铅笔硬度、尺寸稳定性、粘附、耐化学性、易燃性、可焊性。
铅笔硬度：
此测试设计以评价焊接掩模表面的硬度及其耐磨性。此测试在三个根据制造商的指定应用和固化要求涂覆了焊接掩模并固化的IPC-B-25A板上进行。将板置于稳固的水平面上。选择最硬的铅笔(Eagle Turquoise牌，6H至4B)并以45度角保持牢牢地抵靠焊接掩模。然后使用均匀向下和向前的压力将铅笔推离操作者1/4英寸的行程。如果焊接掩模被切割或挖凿，则使用次硬的铅笔直至找到将不切入掩模中的铅笔。然后记录未切割或挖凿焊接掩模的铅笔硬度。在实施例中，本文的固化的焊接掩模呈现出4-5B的耐刮擦性和5-6H的铅笔硬度。
本文公开的实施例还部分地提供了印刷电路板，其包括设置于绝缘基材上的导电图案和设置于至少一部分导电图案上的固化的焊接掩模，其中所述固化的焊接掩模由上文描述的焊接掩模油墨形成。
印刷电路板可通过常规技术制造并可包括玻璃作为其上设置铜层合片材的绝缘基材。在一些实施例中，绝缘基材可包含刚性或柔性结构。在一些实施例中，绝缘基材为选自玻璃或塑料树脂中之一。
在实施例中，导电图案可直接形成在绝缘基材上。在其它实施例中，可在铜层合片材上设置焊接掩模并在焊接掩模之上形成导电图案。在实施例中，可在绝缘基材的一侧或两侧上设置导电图案并且在任一情况下均可在绝缘基材的一侧或两侧上设置焊接掩模。
在一些实施例中，印刷电路板的导电图案可自身由导电油墨提供。在这样的实施例中，导电油墨可直接设置于绝缘基材上，从而避免从铜层合片材刻蚀导电的铜基图案的需要。在采用导电油墨时，可在喷墨打印机的帮助下将导电油墨设置于基材上并随后可在导电油墨上打印焊接掩模。导电油墨通常包含分散在载体流体中的导电颗粒，例如，银纳米颗粒和美国专利申请号2011/0305821中公开的其它有机稳定的金属纳米颗粒。
预期用于挑战性环境的PCB可还包括保形涂层，其通过在已焊接部件后浸涂或喷涂来施加。在一些实施例中，这样的涂层可尤其是防止腐蚀和泄漏电流或由于凝结而短路。在一些实施例中，保形涂层包含蜡、有机硅橡胶、聚氯酯、丙烯酸类树脂和环氧树脂中的至少之一。PCB可还配置以保护性抗静电剂。
本文公开的实施例还部分地提供了打印焊接掩模的方法，其包括向气溶胶喷射打印装置中引入焊接掩模油墨、使得熔化的焊接掩模油墨的小滴喷射到印刷电路板上以在印刷电路板上形成图案化的焊接掩模；并固化所述图案化的焊接掩模。
在一些这样的实施例中，固化步骤可由焊接掩模油墨中存在的一种或多种光引发剂催化。因此，在焊接掩模油墨的打印后，可通过暴露于光如UV光来使图案化的掩模固化。在一些实施例中，光固化可在包含UV、IR、近-IR和可见光的大的光谱范围上进行。在实施例中，使用热固化代替UV固化。
在实施例中，打印方法可包括在打印焊接掩模之前用导电油墨打印导电图案。在一些实施例中，打印焊接掩模可与导电图案的打印基本同时地进行。这可例如使用具有多个贮存器的串联打印头实现，所述串联打印头可在向同一基材上打印绝缘体和导体之间交替。
下面的实例给出以示意本发明的实施例。这些实例仅意在示意而非意在限制本发明的范围。另外，份数和百分数是基于重量的，另有指出除外。如本文所用，“室温”指约20℃至约25℃的温度。
实例1
本实例描述的是适于气溶胶喷射打印应用的焊接掩模油墨的制备和测试。
市售的白色焊接掩模光刻胶(Taiyo PSR-4000 LEW1)自Taiyo America Inc.购买。此焊接掩模糊剂是UV可固化的，但也可使用可热固化的材料。
对照实例A
首先表征市售的基础焊接掩模糊剂。其在25℃下于10l/s的低剪切速率下显示出35,018cps的粘度并于484l/s的高剪切速率下显示出7490cps的粘度。为低剪切下的粘度对高剪切下的粘度的比率的剪切稀化指数经计算为4.68。此粘度对于气溶胶喷射打印来说太高。根据本文的实施例，通过使用本文公开的所列溶剂改变此市售焊接掩模以获得在25℃下于10l/s的低剪切速率下低于1,000cps的目标粘度。由于该市售糊剂具有高的剪切稀化指数，故需要找出可不仅降低初始焊接掩模制品的粘度而且减小剪切稀化指数的溶剂以便该溶剂有效地降低低剪切速率下的粘度至1,000cps以下。
将该市售焊接掩模糊剂涂覆成薄膜。在用推荐的条件UV固化后，测得耐刮擦性为4-5B，并且铅笔硬度为6H，是对于焊接掩模的最高等级。在将市售糊剂配制成用于气溶胶喷射打印的组合物时，最终的油墨理想地对最终固化性质如耐刮擦性、铅笔硬度等无副作用。此外，油墨应便于打印用气溶胶的形成，例如，理想地呈现出较高的沸点和低的蒸气压。
对照实例B
按照通常用来配制绿色焊接掩模的设计，首先用醇溶剂丁基卡必醇与少量非离子表面活性剂(Synperonic F 108)的组合稀释上面采用的白色焊接掩模糊剂。在加入25重量％的丁基卡必醇后，在484和10l/s的剪切速率下的粘度分别急剧下降至436和555cps。首先将该组合物涂覆在铜基材上以测试粘附和硬度。UV固化后，观察到3-4B的耐刮擦性和2-3H的铅笔硬度，这比对照实例1显著更差。
工作实例1
因为溶剂可基本完全蒸发，故推测对照实例B中非离子表面活性剂SynperonicF108的加入导致了最终固化的焊接掩模铅笔硬度的变差。在寻找气溶胶相容焊接掩模油墨的过程中，探索了仅有溶剂的制剂。出乎意料地发现基于丙二醇的醚和酯溶剂在气溶胶喷射相容焊接掩模油墨中提供了优异的性能。图2示出了新的白色焊接掩模油墨的粘度(25℃下)和剪切稀化指数随丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)和二丙二醇单甲醚乙酸酯(DPGMEA)溶剂混合物(PGMEA和DPGMEA在1∶1的比率下)的量的变化。该溶剂混合物非常有效地降低了粘度。在25重量％的溶剂下，在484和10l/s的剪切速率下的粘度分别急剧降至179和214cps，显著低于对照实例B。更重要的是，剪切稀化指数从市售焊接掩模的4.68急剧减小到1.1-1.2。这帮助快速降低低剪切速率下的粘度。
添加溶剂后，首先将此低粘度制剂涂覆在覆铜FR-4基材上以测试成膜性。图3示出了使用具有30重量％的PGMEA/DPGMEA的制剂的涂膜。观察到在铜表面上具有优异润湿性质的平滑膜。在UV固化后，观察到5B的耐刮擦性和6H的铅笔硬度，其结果与未经稀释市售糊剂(对照实例A)的那些相似。结果表明PGMEA/DPGMEA的溶剂混合物的使用对最终固化的焊接掩模的性质没有不利影响。下表1汇总了不同制剂之间的差异，包括不同制剂的白色焊接掩模油墨固化涂层的耐刮擦性和铅笔硬度。
表1
样品 溶剂添加 耐刮擦性 铅笔硬度
对照实例A 无 4-5B 6H
对照实例B 丁基卡必醇 3-4B 2-3H
工作实例1 PGMEA/DPGMEA 5B 6H
工作实例2
用装配了气动雾化器的气溶胶打印机在约50℃下打印工作实例1中的制剂。雾化气体设定为1,000至1,300标准立方厘米每分钟(SCCM)，排气为900至1,200SCCM，鞘气为200至600SCCM。在这样的打印条件下经由经虚拟冲击器改良的雾生成探头生成气溶胶。然后使用氮气流聚焦雾汽。将油墨打印在PET和覆铜FR-4(用于PCB的典型基材)基材上。图4示出了在5.0mm/s至20mm/s的不同速度下打印的焊接掩模线。观察到具有界限清楚的线边缘的均匀的线。该打印线如上面观察到的那样显示出优异的粘附、耐刮擦性和耐化学性。
应指出，气溶胶可喷射焊接掩模油墨可自环氧树脂、颜料和溶剂及完全任选的表面活性剂、粘附促进剂和/或其它添加剂直接配制。因此，本文的工作实例不限于使用市售的焊接掩模作为起始基础材料，但它们形成非常方便的起点。

Claims (10)

1.一种焊接掩模油墨，所述焊接掩模油墨包含：
i)树脂或UV可固化单体；
ii)无机颜料；和
iii)所述油墨的总重量的20至50％的溶剂；
其中所述溶剂为丙二醇单甲醚乙酸酯和二丙二醇单甲醚乙酸酯的以重量计1:1组合溶剂；
其中所述焊接掩模油墨制剂在25℃下于10l/s的剪切速率下具有50cps至800cps的粘度，并且剪切稀化指数为1.0至1.5。
2.根据权利要求1所述的焊接掩模油墨，其中所述无机颜料选自金属氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属硼酸盐、石青、钴黄、钴蓝、铬黄、钴天蓝、铬酸钙、灰蓝色钴绿、埃及蓝、汉紫、汉蓝、锌钡白、锰紫、普鲁士蓝、群青、威尼斯铅白、铜绿、朱砂和铬绿。
3.根据权利要求1所述的焊接掩模油墨，其中所述以重量计1:1组合溶剂构成20重量％至35重量％的焊接掩模油墨。
4.根据权利要求1所述的焊接掩模油墨，其中所述无机颜料为金属氧化物。
5.根据权利要求4所述的焊接掩模油墨，其中所述金属氧化物为钛的氧化物、三氧化锑、氧化铬、二氧化锰或氧化铅。
6.根据权利要求1所述的焊接掩模油墨，其中所述树脂或UV可固化单体选自双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、基于环脂族或杂环的环氧树脂以及它们的组合，所述树脂能够与酚、胺或酸酐交联。
7.一种打印焊接掩模的方法，所述方法包括：
在基材上成图案地气溶胶喷射打印焊接掩模油墨，所述焊接掩模油墨包含：
i)树脂或UV可固化单体；
ii)无机颜料；和
iii)20重量％至50重量％的基于丙二醇的醚或酯溶剂；
其中所述焊接掩模油墨在25℃下于10l/s的剪切速率下具有50cps至800cps的粘度，并且剪切稀化指数为1至1.5；
和
固化所喷射的焊接掩模油墨。
8.根据权利要求7所述的方法，其中固化步骤为热或UV固化步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述无机颜料包含二氧化钛。
10.根据权利要求7所述的方法，其具有的耐刮擦性为4-5B并且铅笔硬度为5-6H。
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