CN113473717A - 一种分区制作电路板阻焊图案的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分区制作电路板阻焊图案的方法，根据图形转移工艺的加工误差将待加工阻焊图形的板面按焊盘间距划分为焊盘密集区和焊盘非密集区，用传统的图形转移工艺加工非密集区，用激光光蚀去除工艺加工密集区，两种方法结合共同制作出全部板面上的阻焊图案。其中密集区是图形转移工艺的加工误差无法满足阻焊图案精度要求的区域，通常是电路板上精细间距集成电路封装元器件布设的区域，因为焊盘间距小，难以制作阻焊桥。使用这种方法可以在兼顾成本和效率的同时，提高PCB阻焊图案制作过程的工艺能力，使制作更精密电路板成为现实，并且环境友好。本发明适合各种电路板大批量生产，也适合电路板样品及小批量、多品种制作。
Description
技术领域
本发明属于电路板生产领域，尤其是涉及一种分区制作电路板阻焊图案的方法。
背景技术
印制电路板被称为电子产品母板，是一种基础性部件，用以实现元器件安装固定和相互间电气连接。印制电路板不通用，每种电子产品都需要根据各自产品的特点定制生产，是影响电子产品质量、成本的重要因素。整个电路板生产围绕导电图案、导电孔、阻焊图案和焊接区表面处理，以及层压、成型等制造过程进行。
阻焊图案制作历来属于电路板行业的关键工序之一，其制作复杂度，技术难度和良品率对每一个电路板厂都是重要考验。当前业界主流的制作的工艺，以图形转移和化学加工手段去间接地制造阻焊图案，包括阻焊涂覆、曝光、显影等工序。
这种制作过程使用菲林作为图形转移的工具，通过曝光机将图形转印到电路板的阻焊层上。这个过程由于菲林工具及曝光工艺的特点，无法消除光的折射衍射产生的影响，因而无法显示出高精度的阻焊图案。业界还采用DI曝光机作为传统曝光机的代替，可以曝光出高精度的阻焊图形，但是设备昂贵，且效率低下。阻焊图案无论是使用平行光曝光机或者DI机曝光后，都需要经过弱碱性的显影液对经过曝光后的阻焊图形的做显影处理，由于流体本身的物理性质限制以及显影设备的结构问题，造成其较大的加工误差。
电子行业为避免电路板在组装过程出现焊接问题，要求电路板的焊盘上无阻焊剂残留。因此业界在通过图形转移的方法制作阻焊图案的过程中，采用负公差制作比相应焊盘略大的阻焊图案，以此消除因加工误差造成阻焊剂残留在焊盘上的可能性。但这也直接造成阻焊图案精度不高，制约了电子行业的小型化，密集化的发展。聚焦激光光斑直接小，加工精度高，加工路径直接来自CAD数据，能控制加工深度，有只去除指定材料层，而不伤底层的功能，可以用于去除涂覆于焊接区表面上的阻焊剂层。当前，业界也在尝试使用单独使用激光直接烧蚀焊盘上的阻焊剂，制作高精度阻焊图形，但由生产效率较低，尚未得到大规模应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种分区制作电路板阻焊图案的方法，将阻焊图案分为焊盘密集区和焊盘非密集区，根据精密度不同进行阻焊图案制作，提高了制作精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种分区制作电路板阻焊图案的方法，该方法根据图形转移工艺的加工误差T定义阻焊图案的焊盘密集区和非密集区，其中，非密集区是指焊盘与周边的导线或者铜皮距离大于2T，或者相邻焊盘距离大于2T与阻焊桥之和，反之则为密集区(通常为IC、BGA位等)；先使用图形转移工艺方法对焊盘非密集区制作阻焊图案，然后再使用激光光蚀工艺对焊盘密集区进行阻焊剂去除，形成完整的阻焊图案。
进一步，该方法包括如下步骤：
(1)阻焊剂全板涂敷并预固化，且焊盘非密集区利用菲林曝光显影出阻焊图案；或者焊盘非密集区采用预设掩蔽图案丝网漏印的方法制出阻焊图案；
(2)阻焊剂完全固化；
(3)焊盘密集区通过激光光蚀直接做出阻焊图案。
步骤(1)根据曝光显影工艺的加工误差T，将电路板上面焊盘非密集区的阻焊图案光绘到菲林上，作为图形转移的工具，菲林上的阻焊图案比相应焊盘单边大T，其目的是保证在后续显影过程可以完全去除焊盘上的阻焊剂。其加工误差在不同电路板生产厂家会略有不同，与所采用设备精度及工艺管理水平相关，业界通常可以控制在 0.1mm以内。焊盘密集区的阻焊图案不显示在菲林上面，即此区域内的阻焊剂会被曝光机的UV光固化并保留在电路板上。
步骤(2)完全固化可提高阻焊图案的硬度，耐热性及耐化学性，更好的保护线路图形。
步骤(3)应用激光光蚀加工，可以将焊接区焊盘表面的阻焊剂直接汽化去除，即可制得焊盘密集区的阻焊图案。
进一步，所述步骤(1)中阻焊剂为阻焊油墨，全板涂敷方法采用漏印、喷印、帘涂、静电喷涂、蒸镀、气相沉积、辊涂中的任一种。
具体的，可以采用液态光敏油墨(LPI)做阻焊剂，其涂覆方法，包括用漏印、喷印、帘涂、静电喷涂、蒸镀、气相沉积等将阻焊油墨依次或同时涂覆在工件表面上，并依次或同时将阻焊剂加工至预固化状态。
进一步，所述步骤(1)中阻焊剂为阻焊膜，全板涂覆方法采用贴膜机热压法，且不需要预固化。
具体的，采用光敏薄膜材料作为阻焊剂，利用压膜机将其均匀粘贴在电路板板面，不需要预固化。
进一步，还包括在步骤(1)制备阻焊图案后，步骤(2)完全固化前丝网漏印字符层。
如果电路板上需要印制字符和标记，应在完全固化之前使用丝印或者喷涂的方法制作。
进一步，所述步骤(3)激光光蚀也可在步骤(2)阻焊剂固化之前进行。
进一步，利用丝网制作非密集区的掩膜图案完全覆盖相应的焊盘。
如果需要，还可覆盖不允许阻焊剂流入的导通孔。
进一步，所述步骤(3)中所用聚焦激光光斑光功率密度须大于去除阻焊剂材料所需的最低功率密度，并且低于或接近于去除其下所覆盖的金属铜所需最低光功率密度；优选大于去除该阻焊剂材料所需最低光功率密度的1.2倍。
以激光光功率密度为判据的激光参数设置方案，能保证既去除了阻焊剂，又不伤焊接区铜，适合的阻焊剂材料厚度范围很大，达 0.5-500μm。
包括使用同一种波长、脉冲宽度的激光，以及不同波长、脉冲宽度的激光，在不同的光斑直径、焦深，以及不同光功率密度等参数下完成激光去除或切割加工。
所用激光加工设备能根据阻焊图案的结构，以单位面积上能量和功率为恒量，在线变换与材料相互作用的光斑直径；所用激光加工设备由数据获取与处理软件系统、设备操作软件系统，以及激光光源、光束整形及传输系统、激光聚焦系统、工件夹持及自动和手动上料与下料系统，工件定位及与光束间的运动与控制系统，视觉检测以及激光功率监测及补偿系统，清洁、恒温系统，激光及设备安全使用系统等组成。
激光设备的对位过程不仅可以利用生产板(panel)板边的光标点或定位孔，还可以利用拼板(set)板边的光标点或定位孔，进一步提高激光光蚀过程的精度，降低加工误差。
用激光制造阻焊图案的技术要点在于：图案尺寸准确、光滑，无毛刺；去除干净，阻焊剂无残留、无碳化；保持焊接区金属性能，不伤金属、无重熔、变色；不影响焊盘与基材的附着力，无过热，焊盘不起翘，附着力不降低。阻焊剂一般是高分子聚合物，物理上、化学上与金属差异大，用激光加工去除，找到符合技术要求的窗口比较容易，可以用一种波长激光完成，例如，纳秒UV脉冲激光，或皮秒、飞秒激光制出阻焊图案；也可以用两种波长激光结合完成。例如，选择大光斑CO2激光，高效去除高聚物制出图案；再用纳秒UV脉冲激光，或皮秒、飞秒激光再去除阻焊剂残余物，露出新鲜的铜箔表面，实现对焊接区的清洁及可焊性处理。
此分类方法并不局限于此，还可应用于其他需要分两次或多次制作阻焊图案的情况。如电路板的焊盘需要两种表面处理的情况(沉金和喷锡)，则可先将一部分焊盘上的阻焊剂去除，进行第一种表面处理(如沉金)，再将剩余焊盘上的阻焊剂去除，最后进行第二种表面处理(如喷锡)。
如果电路板双面都有IC位或者BGA位等焊盘密集区的话，由于曝光工艺可同时制备双面的阻焊图案，需要制作过程翻板，重复步骤 (3)激光光蚀即可。
相对于现有技术，本发明所述的分区制作电路板阻焊图案的方法具有以下优势：
本发明所述的分区制作电路板阻焊图案的方法与现有技术相比，本发明将阻焊图案分为焊盘密集区和焊盘非密集区，先使用曝光显影工艺制作出焊盘非密集区的阻焊图案，然后再使用先进的激光光蚀工艺制作出焊盘密集区的阻焊图案。兼顾生产成本，成产效率和工艺能力；同时阻焊图案分两次制作，工艺灵活，方便适配电路板需要做两种表面处理的情况。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种分区制作电路板阻焊图案的方法，该方法根据图形转移工艺的加工误差T定义阻焊图案的焊盘密集区和非密集区，其中，非密集区是指焊盘与周边的导线或者铜皮距离大于2T，或者相邻焊盘距离大于2T与阻焊桥之和，反之则为密集区(通常为IC、 BGA位等)；先使用图形转移工艺方法对焊盘非密集区制作阻焊图案，然后再使用激光光蚀工艺对焊盘密集区进行阻焊剂去除，形成完整的阻焊图案。
该方法包括如下步骤：
(1)阻焊剂全板涂敷并预固化，且焊盘非密集区利用菲林曝光显影出阻焊图案；或者焊盘非密集区采用预设掩蔽图案丝网漏印的方法制出阻焊图案；
(2)阻焊剂完全固化；
(3)焊盘密集区通过激光光蚀直接做出阻焊图案。
实施例1
一种分区制作电路板阻焊图案的方法，其步骤为：
(1)分区：根据曝光显影工艺的加工误差T(通常为100μm) 定义阻焊图案的焊盘密集区和非密集区；
非密集区是指焊盘与周边的导线或者铜皮距离大于2T，或者相邻焊盘距离大于2T与阻焊桥(阻焊桥宽通常要求75μm)之和，反之则为密集区；
将非密集区内的阻焊图形通过光绘机转印到菲林上面，作为曝光工序的制作工具。
(2)阻焊剂涂敷：
通过丝网漏印工艺对待加工的电路板进行涂覆，采用43T网纱将感光油墨均匀涂敷电路板两面后，静置20min；
(3)阻焊剂预固化：
将阻焊剂涂敷后的电路板在烤箱中70℃烘烤25min，目的是将液态阻焊剂的溶剂蒸发掉，板面阻焊剂初步硬化准备曝光。
(4)焊盘非密集区曝光：
将菲林贴在板面或者是曝光机上，焊盘非密集区内焊盘上的阻焊剂由于菲林上遮光图案的阻挡，没有被固化，其余位置由于被紫外光照射固化，附着于板面；
(5)阻焊层显影：
没有被紫外光固化的阻焊剂被弱碱性显影液冲刷掉，形成焊盘非密集区内的阻焊图案；
(6)阻焊层完全固化：
将显影后的电路板放置在150℃烤箱中烘烤60min，使阻焊剂完全固化；
(7)焊盘密集区内激光光蚀去除阻焊剂：
将阻焊剂固化完全后的电路板放置在激光设备上，激光设备依据预先输入的图案数据生成加工路径，仅对焊盘密集区内焊盘上的阻焊剂进行光蚀，形成完整的阻焊图案。
实施例2采用预设掩蔽图案丝网漏印的方法制出阻焊图案一种分区制作电路板阻焊图案的方法，其步骤为：
(1)分区：根据掩蔽图案丝网漏印工艺的加工误差T(加工误差T通常为150μm)定义阻焊图案的焊盘密集区和非密集区；
非密集区是指焊盘与周边的导线或者铜皮距离大于2T，或者相邻焊盘距离大于2T与阻焊桥(阻焊桥宽通常要求75μm)之和，反之则为密集区；
将非密集区内的阻焊图形通过菲林制作预设掩蔽图案的丝网，作为图像转移的制作工具，密集区内无掩蔽图案。
(2)阻焊剂涂敷：
通过丝网漏印工艺对待加工的电路板进行涂覆，采用43T网纱将感光油墨均匀涂敷电路板两面后，静置20min。此步骤非密集区内的阻焊图案制作完成；
(3)阻焊层完全固化：
将显影后的电路板放置在150℃烤箱中烘烤60min，使阻焊剂完全固化；
(4)焊盘密集区内激光光蚀去除阻焊剂：
将阻焊剂固化完全后的电路板放置在激光设备上，激光设备依据预先输入的图案数据生成加工路径，仅对焊盘密集区内焊盘上的阻焊剂进行光蚀，形成完整的阻焊图案。
该方法将电路板分成密集区和非密集区，并分别通过激光光蚀和图形转移的方法一次制成高精密度和低精密度的阻焊图案，提高了制作精度，也提高了工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：该方法根据图形转移工艺的加工误差T定义阻焊图案的焊盘密集区和非密集区，其中，非密集区是指焊盘与周边的导线或者铜皮距离大于2T，或者相邻焊盘距离大于2T与阻焊桥之和，反之则为密集区；先使用图形转移工艺方法对焊盘非密集区制作阻焊图案，然后再使用激光光蚀去除工艺对焊盘密集区进行阻焊剂去除，形成完整的阻焊图案。
2.根据权利要求1所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)阻焊剂全板涂覆并预固化，且焊盘非密集区利用菲林曝光显影出阻焊图案；或者焊盘非密集区采用预设掩蔽图案丝网漏印的方法制出阻焊图案；
(2)阻焊剂完全固化；
(3)焊盘密集区通过激光光蚀直接做出阻焊图案。
3.根据权利要求2所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：所述步骤(1)中阻焊剂为阻焊油墨，全板涂敷方法采用漏印、喷印、帘涂、静电喷涂、蒸镀、气相沉积、辊涂中的任一种。
4.根据权利要求2所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：所述步骤(1)中阻焊剂为阻焊膜，全板涂覆方法采用贴膜机热压法，且不需要预固化。
5.根据权利要求2所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：还包括在步骤(1)制备阻焊图案后，步骤(2)完全固化前丝网漏印字符层。
6.根据权利要求2所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：所述步骤(3)激光光蚀也可在步骤(2)阻焊剂固化之前进行。
7.根据权利要求2所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：利用丝网制作非密集区的掩膜图案完全覆盖相应的焊盘。
8.根据权利要求1所述的分区制作电路板阻焊图案的方法，其特征在于：所述步骤(3)中所用聚焦激光光斑光功率密度须大于去除阻焊剂材料所需的最低功率密度，并且低于或接近于去除其下所覆盖的金属铜所需最低光功率密度；优选大于去除该阻焊剂材料所需最低光功率密度的1.2倍。
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