CN111565519A - 一种印刷无感光蚀工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PCB加工制造的技术领域，尤其是涉及一种印刷无感光蚀工艺，其包括视觉定位、印刷、固化、视觉定位、光蚀、视觉定位、喷印和固化。本发明具有提高了产品精度，简化了工艺流程，提升了产品的制作效率，降低了产品制作成本，工艺制程更环保，品质更稳定，可实现自动化、智能化的效果。

Description

一种印刷无感光蚀工艺

技术领域

本发明涉及PCB加工制造的技术领域，亦可涉及液晶显示板（TFT）生产加工制造的技术领域，尤其是涉及一种PCB阻焊制程的印刷无感光蚀工艺。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board印制线路板)作为电子元器件的支撑体和电子元器件电气连接的载体，是电子工业的重要部件之一，广泛存在于含有集成电路等电子元件的电子设备当中。

印制阻焊层是PCB生产工艺中一项重要的制程。PCB线路制作完成后，需要在表面涂覆一层阻焊材料，最常用的阻焊油墨的颜色是绿色，所以也俗称为绿油。阻焊的作用在于防止PCB焊接时焊盘间的短路、为PCB提供永久性的电气绝缘保护和抗化学防护、减少非焊接区域的焊锡损耗以及美化PCB的外观。

在涂覆上阻焊绿油后，PCB上需要焊接元器件的焊盘部分必须外露（即露出铜皮），还有其它一些工艺上需要露铜不能被阻焊油墨覆盖的地方，习惯上称为“开窗”。目前阻焊层的“开窗”主要有传统工艺和DI工艺。

传统工艺主要包括前处理、塞孔、表面印刷、预固化、曝光、显影、后固化、印字符、字符固化等工序。传统工艺需要提前准备印刷及塞孔网板和阻焊图层菲林，用丝网印刷方式将阻焊绿油印刷到PCB板上，经预固化后再进行“开窗”工序。操作时需要人工将阻焊菲林和线路板上的定位标识点进行对位，再放入曝光机进行UV曝光。曝光后还需要进行化学药剂显影和清洗。传统工艺存在工作量大、对位困难、对位精度差、返洗率高、品质不稳定的缺点，尤其是对于曝光时对准度及显影线冲孔能力要求高，对员工技能依赖性高。而且采用网板印刷，需要提前准备网板，需要配置制网房，细小字符制作难度大，品质不稳定。传统阻焊制程工艺精度低，不能满足日益普及的高精度、高密度PCB板生产的要求。

DI工艺即直接成像(Direct Image)工艺，其主要流程为：前处理、塞孔、表面印刷、预固化、DI直接成像、显影、后固化、印字符、字符固化。这种工艺要提前准备印刷及塞孔网板或只需要准备塞孔网板，不需要使用菲林。它是使用激光直接成像机在PCB的感光阻焊涂层上成像，取代了传统的UV曝光机曝光菲林的过程，省去了菲林工艺的成本，自动化程度提高，也降低了对操作人员的依赖，精度有较大幅度的提高。但DI工艺只是优化了部分工序，后续还是需要化学显影等工序，未能对整个阻焊制程进行根本性的改造。此外，DI设备价格高昂，还需要使用专用的阻焊材料，成本也高。

无论是传统工艺还是DI工艺，都存在制程长、工序繁琐、成本高、生产管控难度大等缺点，而且其中多个工序还存在比较大的环保压力。因此需要一种在传统工艺或者DI工艺基础上缩短工艺流程，提升产品制作效率，降低产品制作成本，工艺制程更环保，品质更稳定，阻焊制程可实现自动化、智能化的全新工艺来克服上述缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种印刷无感光蚀工艺，其具有提高了产品精度，简化了工艺流程，提升了产品的制作效率，降低了产品制作成本，工艺制程更环保，品质更稳定，可实现自动化、智能化的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种印刷无感光蚀工艺，包括S1，阻焊初步成型；S2，阻焊精切无感光蚀成型；S3，字符喷印，

S1包括以下步骤：

S1-1，视觉定位，利用若干组高精度的工业相机或数字智能相机，配合光学照明单元，抓取PCB板上若干个定位标识点的位置坐标，通过信号传输系统传输至主控系统，计算出PCB板上线路图形与原设计形状尺寸的差值，生成自动校正和图形涨缩数据以及角度偏移修正数据，对图像数据进行补偿修正，以保证后续印刷阻焊图层的对位精度；

S1-2，印刷，将阻焊油墨印刷到PCB板上，在印刷过程中，以阻焊层图像为基础，然后根据工艺需要进行如下修改：图像中低密度的焊盘和线路部分不需要印刷阻焊油墨，高密度的焊盘和线路部分则要印刷阻焊油墨；

S1-3，固化，使阻焊油墨干燥及硬化；

S2包括以下步骤：

S2-1，视觉定位；

S2-2，光蚀，在阻焊层图像的基础上，使用大功率脉冲激光器对PCB板上印刷有阻焊油墨的高密度的焊盘和线路部分进行蚀刻，去除阻焊油墨；

S3包括以下步骤：

S3-1，视觉定位；

S3-2，喷印，在PCB板上印刷文字和图案；

S3-3，固化，使字符油墨干燥及硬化。

通过采用上述技术方案，在S2中，阻焊层图像中低密度的焊盘和线路部分对应的区域不印刷阻焊油墨，这部分区域在后面的工序中不需要进行“开窗”处理，减轻了“开窗”的工作量，而由于焊盘和线路的密度较低，印刷设备足以保证这部分区域的印刷质量，可满足生产工艺要求；另一方面，阻焊层图像中高密度的焊盘和线路部分与周围的PCB板一同印刷有阻焊油墨，然后在S2中借助激光将覆盖在高密度的焊盘和线路上的阻焊油墨蚀刻掉，完成“开窗”，由于激光加工具有足够高的精度，传统工艺无法达到的高密度引脚阻焊桥的加工，在这里可以轻松完成；结合了印刷工艺快速、便捷的优势和激光加工高精度的优势，以不同特点的工艺分别加工PCB板上不同要求的部分，从而提高了产品精度，简化了工艺流程，提升了产品的制作效率，降低了产品制作成本，工艺制程更环保，品质更稳定，可实现自动化、智能化。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S1-2中，以印刷工艺的控制精度为分界线来区分焊盘和线路的高密度和低密度。

通过采用上述技术方案，以印刷工艺的控制精度为分界线来区分焊盘和线路的高密度和低密度，在保证“开窗”质量的情况下，尽可能地减少光蚀的工作量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S1-2中，采用无感光成分的阻焊油墨进行印刷。

通过采用上述技术方案，相比于传统工艺，省去了曝光操作，故阻焊油墨中不需要加入感光成分，降低成本。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S1-3中，使用高温烘烤的方式使阻焊油墨干燥硬化。

通过采用上述技术方案，高温烘烤PCB板时，阻焊油墨受热，阻焊油墨中的溶剂加速挥发，阻焊油墨得以快速干燥硬化。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S1-3中，使用紫外灯照射使阻焊油墨干燥硬化。

通过采用上述技术方案，在紫外灯的照射下，阻焊油墨能以极快的速度干燥硬化，且不会挥发出溶剂，较为环保。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S3-2中，PCB板先保持静止，喷头横向移动的同时喷出墨滴打印图像，然后使PCB板前进一步，喷头重复横向移动再打印一部分图像，直到图像打印完成。

通过采用上述技术方案，PCB板与喷头交替移动，只需设置单个喷头，即可完成字符喷印，能够有效地控制成本。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在S3-2中，用若干个喷墨头覆盖PCB板的宽度方向，PCB板向前移动的同时喷墨打印图像。

通过采用上述技术方案，多个喷墨头覆盖PCB板的宽度方向后，PCB板只需向前移动即可打印出完整的图像，喷印效率大大提高。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.提高了产品精度，简化了工艺流程，提升了产品的制作效率，降低了产品制作成本，工艺制程更环保，品质更稳定，可实现自动化、智能化；

2.使用紫外灯照射使阻焊油墨干燥硬化，阻焊油墨能以极快的速度干燥硬化，且不会挥发出溶剂，较为环保；

3.通过设置多个喷墨头覆盖PCB板的宽度方向后，喷印效率大大提高。

附图说明

图1是实施例1的整体流程图；

图2是实施例2的整体流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参照图1，为本发明公开的一种印刷无感光蚀工艺，包括阻焊初步成型、阻焊精切无感光蚀成型和字符喷印等主要制程。阻焊初步成型包括视觉定位、印刷和固化等工序，阻焊精切无感光蚀成型包括视觉定位和光蚀等工序，字符喷印包括视觉定位、喷印和固化等工序。

在实际应用中，各个制程可以结合起来，成为前后连接的全自动智能生产线。此时，PCB板在阻焊初步成型制程前端上料，借助传送装置或者机械手臂在相邻两个制程之间转移，在字符喷印制程后端下料。

主控系统通过信号传输系统对各模块部分进行直接控制，信号传输系统的作用在于将已设计好的图纸通过光信号传输到激光加工系统和喷印加工系统中进行加工。

本发明采用阻焊初步成型与阻焊精切无感光蚀成型相结合的加工方式，来达到高密度高精度线路板阻焊开窗加工的工艺要求，结合了印刷工艺快速、便捷的优势和激光加工高精度的优势，以不同特点的工艺分别加工PCB板上不同要求的部分，从而实现对PCB板的高精度批量制造加工。

具体步骤如下：

S1，阻焊初步成型，在PCB板上印刷阻焊材料，步骤如下：

S1-1，视觉定位。

利用若干组高精度的工业相机或数字智能相机，配合光学照明单元，抓取PCB板上若干个定位标识点(也称为MARK点)的位置坐标，通过信号传输系统传输至主控系统，计算出板上线路图形与原设计形状尺寸的差值，生成自动校正和图形涨缩数据以及角度偏移修正数据，对图像数据进行补偿修正，以保证后续印刷阻焊图层的对位精度。

此外，定位标识点坐标也是后续印刷的触发指针，主控系统据其控制印刷图像的位置精度。

本视觉定位系统选用500万像素以上的CCD,抓取坐标的定位精度可达±0.005mm。

S1-2，印刷，将阻焊油墨印刷到PCB板上。

印刷所采用的工艺包括但不限于可用于阻焊剂印刷的的丝网印刷工艺或喷墨印刷工艺。印刷所采用的阻焊油墨为无感光成分的油墨材料。

在印刷过程中，以阻焊层图像为基础，然后根据工艺需要进行如下修改：图像中低密度的焊盘和线路部分不需要印刷阻焊油墨，高密度的焊盘和线路部分（包括高精度的阻焊桥）则要印刷阻焊油墨。

上述阻焊层图像来源于PCB的DXF或GERBER或0BD++等格式的文档。

上述低密度与高密度以印刷工艺的控制精度为分界线。

整体图形根据前视觉定位获取的数据进行位置及形状尺寸的校正，校正后印刷图层与线路的对位精度可达±0.01mm。

S1-3，固化，使阻焊油墨干燥及硬化。

印刷后的固化工序为即时、连续的固化流程：相关的固化模块安装在印刷模块之后，PCB板在流水线上印刷时，已完成的部分直接输送到固化工序区间，即开始固化，退出固化区间后流程完成。

上述固化模块可以是热固化，也可以是UV固化，还可以是二者的组合。其中，热固化是指使用高温烘烤的方式使阻焊油墨干燥硬化，UV固化则是指使用紫外灯（即UV灯）照射使阻焊油墨干燥硬化。

S2，阻焊精切无感光蚀成型，使用激光加工的方法去除PCB板上部分的印刷油墨，步骤如下：

S2-1，视觉定位。

利用若干组高精度的工业相机或数字智能相机，配合光学照明单元，抓取PCB板上若干个定位标识点(也称为MARK点)的位置坐标，通过信号传输系统传输至主控系统，计算出板上线路图形与原设计形状尺寸的差值，生成自动校正和图形涨缩数据以及角度偏移修正数据，对图像数据进行补偿修正，主控系统以校正后的数据控制激光刻蚀的对位精度。

本视觉定位系统选用500万像素以上的CCD,抓取坐标的定位精度可达±0.005mm。

S2-2，光蚀，使用大功率脉冲激光器对PCB的部分焊盘和线路上的阻焊油墨进行去除加工。

光蚀过程中，在阻焊层图像的基础上，根据工艺需要，以S2中印刷有阻焊油墨的高密度的焊盘和线路部分（包括高精度的阻焊桥）为对象进行蚀刻。

上述阻焊层图像来源于PCB的DXF或GERBER或0BD++等格式的文档。

主控系统根据视觉定位系统获取的数据校正图形的偏移及形状尺寸，控制激光蚀刻加工的位置精度，经校正后激光加工图层与线路的对位精度可达±0.01mm。

经过激光蚀刻加工后，焊盘表面无油墨残留，且激光不损伤焊盘铜表面材质和PCB基材。

S3，字符喷印，在PCB板上印刷文字和图案，步骤如下：

S3-1，视觉定位。

利用若干组高精度的工业相机或数字智能相机，配合光学照明单元，抓取PCB板上若干个定位标识点(也称为MARK点)的位置坐标，通过信号传输系统传输至主控系统，计算出板上线路图形与原设计形状尺寸的差值，生成自动校正和图形涨缩数据以及角度偏移修正数据，主控系统以校正后的数据控制字符喷印的对位精度。

本视觉定位系统选用500万像素以上的CCD,抓取坐标的定位精度可达±0.005mm。

S3-2，喷印。

喷印模块包含一组喷头，且喷印模块的工作模式分为两种。

其一，先使PCB板暂时保持静止，令喷头横向移动的同时喷出墨滴打印图像。然后使PCB板前进一步后保持静止，喷头重复横向移动再打印一部分图像。直到图像打印完成。

其二，用若干个喷墨头覆盖PCB板的宽度方向，PCB板向前移动的同时喷墨打印图像，一次性完成喷印加工。

喷印的数据来源是PCB的DXF或GERBER或OBD++等格式的文档中的丝印层。

主控系统根据视觉定位系统获取的数据校正图形的偏移及形状尺寸，控制喷印加工的位置精度，经校正后喷印对位精度可达±0.01mm。

S3-3，固化，使字符油墨干燥及硬化。

喷印后的固化工序为即时、连续的固化流程：相关的固化模块安装在喷印模块之后，PCB板上已完成喷印的部分即进入固化工序区间，开始固化，退出固化区间后流程完成。

上述固化模块可以是热固化，也可以是UV固化，还可以是二者的组合。其中，热固化是指使用高温烘烤的方式使油墨干燥硬化，UV固化则是指使用紫外灯（即UV灯）照射使油墨干燥硬化。

传统的字符印刷采用丝网印刷工艺，印刷步骤包括制作菲林、制作丝网、丝网印刷和固化等。本发明利用喷墨印刷工艺将图案直接印刷在PCB板上，省掉了制作菲林、制作丝网等工序以及相关成本，具有速度快、精度高、易实现可变数据印刷等优点。

本实施例的实施原理为：

阻焊初步成型制程所采用的印刷工艺包括但不限于丝网印刷工艺或喷墨印刷工艺，根据所采用的印刷工艺（此处以喷墨印刷为例），对PCB板进行相应的前处理后，通过机械手臂或人工将PCB板放到输送装置上。将沿输送方向设为Y轴，垂直输送平面方向设为X轴，垂直XY平面的方向设为Z轴。PCB板在输送装置上按照Y轴方向进行移动，移动至吸盘平台一上进行固定，吸盘平台一带动PCB板向Y轴方向继续移动至龙门架一。龙门架一下安装有视觉定位装置，视觉定位装置获取PCB板上的定位标识点，计算出定位标识点的坐标，传输到主控系统对图像数据进行位置及形状尺寸的校正。PCB板继续被送入喷印模块，信号传输系统接收信号并根据校正后的位置数据控制喷头进行喷墨，喷印模块后设有固化模块将PCB板上的油墨干燥固化。

通过机械手臂或人工将PCB板转移到吸盘平台二上(此时吸盘平台一退回去执行下一张PCB板的喷印)，吸盘平台二带动PCB沿Y轴方向移动至龙门架二。龙门架二下安装有视觉定位装置，视觉定位装置获取PCB板上的定位标识点，计算出定位标识点的坐标，传输到主控系统对图像数据进行位置及形状尺寸的校正。PCB板继续沿Y轴输送到光蚀模块，图像数据通过信号传输系统控制激光刻蚀模块，对PCB板进行刻蚀加工。

通过机械手臂或人工将PCB板转移到吸盘平台三上(此时吸盘平台二退回去执行下一张PCB板的光蚀)，吸盘平台三带动PCB沿Y轴方向移动至龙门架三。龙门架三下安装有视觉定位装置，视觉定位装置获取PCB板上的定位标识点，计算出定位标识点的坐标，传输到主控系统对字符丝印图像数据进行位置及形状尺寸的校正。PCB板继续送入字符喷印模块，信号传输系统接收信号并根据校正后的位置数据控制喷头进行字符喷印，喷印模块后设有固化模块将PCB板上的油墨干燥固化。

最终完成对PCB板的加工。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于，参照图2，各个制程可以分开，成为独立的设备后组合工作。此时，每个制程前端均有PCB板上料，每个制程后端则有PCB板下料。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种印刷无感光蚀工艺，包括S1，阻焊初步成型；S2，阻焊精切无感光蚀成型；S3，字符喷印，其特征在于：

S1包括以下步骤：

S1-1，视觉定位，利用若干组高精度的工业相机或数字智能相机，配合光学照明单元，抓取PCB板上若干个定位标识点的位置坐标，通过信号传输系统传输至主控系统，计算出PCB板上线路图形与原设计形状尺寸的差值，生成自动校正和图形涨缩数据以及角度偏移修正数据，对图像数据进行补偿修正，以保证后续印刷阻焊图层的对位精度；

S1-2，印刷，将阻焊油墨印刷到PCB板上，在印刷过程中，以阻焊层图像为基础，然后根据工艺需要进行如下修改：图像中低密度的焊盘和线路部分不需要印刷阻焊油墨，高密度的焊盘和线路部分则要印刷阻焊油墨；

S1-3，固化，使阻焊油墨干燥及硬化；

S2包括以下步骤：

S2-1，视觉定位；

S2-2，光蚀，在阻焊层图像的基础上，使用大功率脉冲激光器对PCB板上印刷有阻焊油墨的高密度的焊盘和线路部分进行蚀刻，去除阻焊油墨；

S3包括以下步骤：

S3-1，视觉定位；

S3-2，喷印，在PCB板上印刷文字和图案；

S3-3，固化，使字符油墨干燥及硬化。

2.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S1-2中，以印刷工艺的控制精度为分界线来区分焊盘和线路的高密度和低密度。

3.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S1-2中，采用无感光成分的阻焊油墨进行印刷。

4.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S1-3中，使用高温烘烤的方式使阻焊油墨干燥硬化。

5.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S1-3中，使用紫外灯照射使阻焊油墨干燥硬化。

6.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S3-2中，PCB板先保持静止，喷头横向移动的同时喷出墨滴打印图像，然后使PCB板前进一步，喷头重复横向移动再打印一部分图像，直到图像打印完成。

7.根据权利要求1所述的一种印刷无感光蚀工艺，其特征在于：在S3-2中，用若干个喷墨头覆盖PCB板的宽度方向，PCB板向前移动的同时喷墨打印图像。

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