对现阶段PCB生产中阻焊塞孔的工艺与技术的研究与分析.docx

1、对现阶段PCB生产中阻焊塞孔的工艺与技术的研究与分析 1前言目前，全球电子电路产业正进入新一轮发展时期，中国的电子电路产业也正转型发展迈入强盛。随着电子信息产业“十二五”发展规划的制定以及第二十一届中国国际电子电路展览会的成功举办，势必将带动并推动我国电子电路产业持续、稳定发展。而在电子电路发展中，PCB的发展必然是其最重要的基础之一。这时对PCB的生产就提出了越来越高的要求。随着印制电路板装配要求的提高和进步，尤其是SMT、BGA技术的发展，特别是他们的引脚的个数和密度技术的发展，对元器件的安装要求就很高。为使SMT、BGA在安装时不会产生短路，安装好后在元器件的下面不会因为有孔而藏污纳垢，

2、就要求SMT、BGA旁边的过线孔堵上油墨。而随着社会的进步，科技的日新月异，PCB的线条越来越细，孔径越来越小，对于导通孔塞孔要求越来越高，如：阻焊塞孔只达到孔的1/3左右；双面加阻焊，要求塞孔且不透光；一块PCB中存在不同孔径的导通孔要求塞孔。总之，导通孔塞孔是阻焊的一个难关，受着各方面因素的影响和制约，保证塞孔质量，严格控制其工艺流程及参数，同时保证整个工序良好的运作状态，时时监控生产的变化及时进行调整，才能保证塞孔质量，使其进一步完善。 2现阶段的阻焊塞孔工艺状况客户对于表面贴装板，尤其是BGA及IC的贴装，对导通孔的要求是必须平整，凹凸正负1mil，导通孔边缘不能发红，在锡焊时不能上锡

3、。为了满足客户的要求，导通孔塞孔工艺可谓是五花八门，工艺流程特别长，工程控制比较难，时常在热风整平及绿油耐焊锡实验时掉油、固化后爆油等问题发生。根据生产的实际条件，对PCB的各种塞孔工艺进行归纳，在流程以及优缺点方面做一些比较和阐述，根据热风整平前后分类，可以分为两大类。2.1 热风整平后塞孔工艺此种工艺的流程为：板面阻焊热风整平HAL塞孔固化。采用的是非塞孔流程进行生产，热风整平后用铝片网版或者挡墨网来完成客户要求的所有的导通孔的塞孔，塞孔油墨可用感光性油墨或者热固性油墨，为保证湿膜的颜色一致，油墨的选用一般都是与板面油墨相同。此种工艺流程虽能保证热风整平后导通孔不掉油，但是容易造成塞孔油墨

4、污染板面、塞孔处凸起不平整。客户在贴装元器件时易造成虚焊（尤其是在BGA区域内），所以客户一般都不接受此种方法。2.2 热风整平前塞孔工艺1.用铝片塞孔、固化、磨板后进行图形转移此工艺流程是用数控钻床钻出须塞孔的铝片，制成网版，进行塞孔，并保证导通孔塞孔油墨的饱满，一般用的是感光性油墨，也可用热固性油墨，其特点必须是硬度大，树脂收缩变化率小，与孔壁结合力要好。工艺流程为：前处理塞孔磨板图形转移蚀刻板面阻焊用此方法可以保证导通孔塞孔平整，热风整平后不会有爆油现象、孔边掉油等质量问题产生，但此工艺要求一次性加厚铜，使孔壁铜厚度达到客户的标准，因此对整版镀铜的要求很高，而且对磨板机的性能也有很高的要

5、求，以确保铜面上的树脂彻底去掉，铜面干净，不被污染。而许多PCB 厂没有一次性加厚铜的工艺，以及设备的性能达不到要求，从而造成此工艺在PCB厂使用不多。 2.用铝片塞孔后直接丝印板面阻焊此工艺流程需用数控钻床，钻出须塞孔的铝片，制成网版，安装在丝印机上进行塞孔，完成塞孔后停放不得超过三十分钟，用36T 丝网直接丝印板面阻焊。工艺流程为：前处理塞孔丝印预烘曝光显影固化用此工艺能保证导通孔盖油好，塞孔平整，湿膜颜色一致，热风整平后能保证导通孔不上锡，孔内不藏锡珠，但容易造成固化后孔内油墨上焊盘，造成可焊性不良；热风整平后导通孔边缘起泡掉油，采用此工艺方法生产控制比较困难，须工艺工程人员采用特殊的流

6、程及参数才能确保塞孔质量。 3.铝片塞孔、显影、预固化、磨板后进行板面阻焊此工艺也是要用到数控钻床，钻出要求塞孔的铝片，制成网版，安装在丝印机的网版夹子上进行塞孔，塞孔效果必须饱满，板前后两边突出为佳，在经过固化，磨板进行板面处理。其工艺流程为：前处理塞孔预烘显影预固化板面阻焊由于此工艺采用塞孔后固化能保证HAL后过孔不掉油、爆油，但HAL后，过孔藏锡珠和导通孔上锡难以完全解决，所以许多客户都不接收。 4.板面阻焊与塞孔同时完成此方法采用36T、43T的丝网，安装在丝印机上，采用垫板或者钉床，在完成板面的同时，将所有的导通孔塞住。其工艺流程为：钉床、网版准备，前处理丝印预烘曝光显影固化此工艺流

7、程时间短，设备的利用率高，能保证热风整平后过孔不掉油、导通孔不上锡，但是由于采用丝印进行塞孔，在过孔内存着大量的空气，在固化时，空气膨胀，冲破阻焊膜，造成空洞，不平整，热风整平会有少量导通孔藏锡。由于不同的工艺有不同的工艺要求，生产条件以及设备的需要，各有优缺点，各个公司会根据自己的实际情况，选择不同的工艺，就算是同一种类型的，在细节方面都有不一样的标准。 3 深入实践研究阻焊塞孔工艺随着印制电路板装配要求的提高和进步，越来越多的印制电路板提出了塞孔要求，那么油墨塞孔的目的是什么呢？油墨塞孔的目的主要有一下几点：1.印制电路板的各种通孔中，处元器件插装孔外，其余导通孔没有必要裸露，油墨塞孔可以

8、防止后续的元器件组装焊接时助焊剂或焊锡从焊接面通过导通孔贯穿到元件面，造成短路、不净等。2.为满足表面安装技术SMT组装的要求，为防止粘贴在IC集成电路等电子封装元器件的胶水从导通孔中流失。3.避免助焊剂残留在孔中以及流程作业和环境中化学品和潮气进入BGA元器件与印制电路板之间狭小的空隙中，难以清除而产生可靠性降低的隐患。4.有时为了实现自动化流水线作业，要在装配线上用真空保持负压吸附印制电路板而完成传输或检测，这些导通孔也要求塞满油墨以防止漏气而夹持不牢。由于在实习期间，我接触到的塞孔工艺只有两种，所以就从两个方面说起。3.1 工艺方法一该工艺就是在网印两面阻焊的同时进行导通孔的油墨塞孔，特

9、点也就是塞孔和阻焊油墨印刷一次完成，不需要增加工序流程，不需要另外制作塞孔模板，生产效率相对来说较高、成本较低。由于采用的网版与丝印的网版相同，且阻焊油墨层的厚度不能太厚，所以塞孔油墨的厚度也不会太厚，因此只有孔径在0.5mm以下且插件孔最小孔径与过孔孔径相差大于0.3mm以上时，才能用连塞带印。对于较厚的印制电路板容易产生塞孔孔内未被油墨塞满，从而在热风整平后不能保证油墨塞孔的全部导通孔不进锡珠，只能被一些要求不是很高的客户所接受。3.1.1 丝网版网版方面我接触的不是很多，在实习期间，用的都是36T/43T规格的网版。印刷的效果还是很不错的，在操作人员经验丰富的情况下，稳定性也很好。3.1

10、.2 塞孔印刷操作塞孔印刷方式采用的是非接触印刷方式，而塞孔油墨通常是选用液态感光阻焊油墨，但油墨的固体含量相对要高些，调节油墨适当的粘度以及选用合适的印刷工艺参数，如刮板硬度、刮板压力、刮印角度和刮印速度以及刀口的裁面形状等刮板刀口截面形状最好选用复合硬度外圆角。下油墨量应适中，兼顾塞孔和阻焊膜层的油墨量，印刷速度也不宜太快，最佳控制2.5-3m/min左右。印刷完成后静置10-15min再进行预烘、曝光、显影冲板工序。在定位方面，使用的是稍钉，通过对位孔卡住定位。稳定方便快捷。只有在打钉床时，比较耗费时间，没有一定的经验，根本做不好。 图 3.1 3.2 工艺方法二这种工艺是先用组焊油墨对

11、导通孔塞孔，再网印两面阻焊油墨，然后固化，曝光、显影。这是一种比较通用的传统的工艺操作方法。相对工艺方法一来说，该工艺只增加了一道塞孔印刷工序，但操作要求及过程控制相对来说就较为严格了。因而操作员工需具有一定的经验和技能。应用该工艺塞孔表面较为平整，油墨膜层较为饱满，塞孔合格率较高且塞孔质量稳定。3.2.1 漏印模版制作塞孔的漏印模版采用柔性漏版，通过四周丝网或具有弹性的其他薄膜物质与网框相粘连成为一个整体金属漏版。也就是采用印制电路板数控钻床钻孔用纯铝质盖板，选用稍大于所需塞孔的导通孔直径的钻头，在铝箔上钻出要求塞孔的空位；把钻好孔的铝箔平放在玻璃平台上，上面放置绷好丝网的网框，然后再印刷区

12、域之外铝箔四边丝网的印刷面上涂粘合剂，并用小块聚氨酯刮板清刮丝网的印刷面，使粘合剂均匀流平，渗透到铝箔和丝网之间，待到粘合剂全部干燥后再用刀片割去漏印区域的丝网，对网框四周不需进行印刷的部位进行保护即可。3.2.2 塞孔丝印这里使用的是半自动网版印刷机。塞孔印刷时，一般是印制电路板的元件面朝上，焊接面朝下，利用网版印刷机刮板压力大，刮板速度、刮印的角度等印刷参数稳定和行程稳定的特点，可以得到油墨塞孔量精确且较为一致的加工效果。印刷定位，是在铝箔板上提前打好了稍钉的孔。在操作定位时，使稍钉穿过铝箔板并粘在上面，并且在稍钉的底座上向下放一截胶带，打开丝印机，关掉印刷功能，放下网版，揭去固定稍钉的胶

13、带，而这时向下的那一截胶带是稍钉固定在丝印机的印板台上，此时稍钉就可以用作定位板的位置进行塞孔了。 图 3.2 塞孔定位图示在刮刀方面选用的是与丝印时一样的，区别在于角度、压力的不同。印刷压力要适宜，过小会使塞孔油墨不能有效到达贯通孔中沉积并形成实心柱状体；而过大则会使刮板变形，严重时会损坏模板。塞孔印刷完成后静置2-5min随后印刷印制电路板原件面与焊接面的阻焊油墨，两面印刷完成后干燥固化，最后进入曝光、显影。 4 塞孔操作中要注意的要点4.1 漏印模版工艺参数的选择塞孔印刷的质量问题是由多种工艺操作因素共同决定的。如：漏印模版、油墨的粘度、刮板硬度、刮板压力、刮印角度和速度、刀口截面形状以

14、及印刷方式等。其中漏印模版的影响是最关键的，和表面安装技术中焊膏印刷一样，漏印模版的厚度选择是很重要的。当印制电路板厚时，要达到孔内灌满油墨的效果所需的漏墨量就大，当然要求漏印模版的厚度也就越厚，但是越是厚的模版其漏印性能就越差，反之模版越薄其漏印性能就越好。所以选择模版厚度应在塞满油墨的前提下，模版厚度越薄越好，也就是在塞孔印刷时刮板来回一次就可以把孔内注满油墨，不必多次来回刮印，如果采用多次印刷不仅效率低下而且会产生质量问题，因为在多次印刷过程中，孔内必定会夹带进较多的空气，在后固化或热风整平时，很可能有“爆孔”和油墨起泡的问题发生。这是塞孔中最不愿意发生的。漏印模版中漏印的开孔大小要适宜

15、，当漏印模版开孔偏小时下墨量较少，塞孔印刷时刮板来回一次孔内可能会产生为塞满油墨的现象；但漏印孔也不宜开的太大，这是因为BGA区域导通孔之间的间距受到限制，如果太大反而会造成孔口油墨粘在一起塞不进孔。当印制板上只有一种孔需要塞时，一般就是0.4mm的孔，则孔径选择就比较方便了，考虑到相关的影响因素，模版上漏印孔的开孔大小比导通孔的孔径加大0.1-0.2mm左右；但当印制板上有多种大小孔径的导通孔需要塞孔时，因为考虑相关联的因素较多，印刷的塞墨量精确度难于控制，情况则会变得复杂起来，要统筹兼顾。需要通过试验挑选出不同孔径的导通孔都塞满的情况。最后得到最佳参数选择。通常认为孔大会比较小的孔的塞孔操

16、作难度大，其实不然，对于0.8mm之下的导通孔，较小的孔反而比较大的孔更难于塞满。这是因为漏印模版塞孔的开孔接近或略大于所塞孔的尺寸，可以得到不同孔径应获得的恰好相对应的油墨量，但由于油墨塞孔的阻力是由油墨的表面张力所形成的阻碍油墨进入孔内的合力和孔壁粗糙的摩擦力对油墨塞入的阻力之和。当孔小时，油墨塞孔的阻力主要是由油墨表面的张力所决定的，孔越小油墨的表面曲率越大。同时由于粗糙孔壁对油墨的阻碍作用会更加增大其表面曲率，所以形成阻碍油墨进入孔内的合力就越大，油墨就更难以塞入孔内。 图 4.1 油墨进孔图示4.2 真空吸风为了使油墨能顺利地塞进孔内，也可采用真空吸风的方法来达到塞孔目的。也就是在网

17、印台版下面安装一个真空吸风装置，抽取孔内的空气，使油墨在真空的作用下，更加容易塞满。在实际使用中又产生了吸力不均的现象，所以在真空吸风装置与板之间有安装有吸风量缓冲板，使西风风力分布均匀。真空吸风是控制油墨塞孔的辅助装置，当吸风量真空度过大时，易造成油墨塞入时穿透而漏出且成膜不均匀的现象；当吸风真空度过小时，对灌入孔内的油墨塞孔没有多大的作用；当吸风真空度不均匀时，则会造成整个板面导通孔塞入油墨渗透不匀。因此要使用设计合理的吸风量缓冲板，适宜，均匀的风量要通过实验加以调整和摸索，这也是保证油墨塞孔质量的一个控制因素。 图 4.2 真空吸风图示4.3 油墨粘度塞孔油墨粘度的控制也是非常重要的，当

18、油墨粘度偏低而刮板速度慢时，会造成塞孔油墨渗盘，易使孔口糊成一片，当粘度偏低而刮板速度快时，易造成塞孔油墨拉尖，塞入孔内的油墨不均匀且量不足；当粘度偏高而刮板速度慢时，易造成塞孔油墨鼓状突起，需要进行整平，修面；当油墨粘度偏高而刮板速度快时，易造成塞孔油墨量少塞孔不饱满，因此要调整好适宜的油墨粘度，并根据油墨粘度来确定印刷速度。4.4 排气垫板在塞孔作业时，如果印制电路板直接放在网印机平台上，由于导通孔被封闭，孔内的空气将不能顺利地被排光，这样会阻碍油墨顺利地进入从而影响到塞孔效果。一般是用排气垫板来解决这个问题。排气垫板采用2.5-3mm厚的酚醛纸基板或有机玻璃。选用比塞孔的导通孔孔径大0.

19、2mm的钻头钻通所有导通孔孔位，塞孔作业用定位稍钉和印制板一起定位。这样在漏印时使孔内空气有所释放，便于塞孔油墨渗漏流通。同时还可以解决在薄板塞孔时塞孔油墨透过导通孔溢出粘糊到网印平台上。既会带出孔内的油墨造成塞孔不饱满又会污染印制电路方面的板面和平台，使印刷不能正常进行的问题。4.5 “爆孔”问题在阻焊油墨塞孔操作中，最不情愿看到的就是“爆油”了，由于塞孔饱满度不够，多次刮印中间夹杂有空气，孔口一圈油墨较薄曝光后形成的硬化膜层脆而薄，在后固化时孔内未固化的油墨受热冲击溶剂挥发或混入油墨中的空气遇热迅速膨胀将孔口覆盖的预固化干燥的膜层顶破使油墨从孔内溢出。解决方法就是尽可能不要进行多次印刷，在

20、1-2次刮印就将孔内填满油墨避免夹带较多的空气混入，同时干燥固化应适当延长固化的低温干燥时间，从而使油墨溶剂缓慢挥发或空气逐步排出，避免急剧膨胀。4.6 油墨的选择采用热固化型的液态感光阻焊油墨塞孔时，由于其含有溶剂，固体含量相对较低。故在干燥固化后孔口呈凹陷状；而采用光固型油墨则因不含溶剂就不会出现此缺陷。所以最好采用光固型油墨，如要用热固化型的则要控制好稀释剂的用量。 5 改进与设想科技要进步，时代要发展，工艺技术须不断完善，材料要不断改进，操作水平要提高。但这些都不是一朝一夕的事，不是一蹴而就的事，希望的一些想法能有一点用处。目前在阻焊部门，很多东西一般都是凭的经验积累，才能够更快的做好

21、，更有效率。每一个老员工的离去都是巨大的损失，从新培养新人，就又是一笔资源的耗费。所以减少这方面的损失是很有必要的。 5.1 压力控制压力控制主要是由气压、刮刀的高低、刮刀的角度三方面来控制的。气压需要参数的，已很好。主要在刮刀的高低和角度方面有一点点小小的想法。尺度，我们可以加入一些尺度，即在刮刀的高低控制旋钮上加上刻度尺来控制高低、在丝印塞孔机的刮刀刀座上加一个半球形的刻度尺来控制角度。在具体的运作中，我们可以在做样板时找出最佳数据进行记录随着单走，这样在后面做批量板时，就把样板的数据跟单发过来，丝印塞孔员工就可以直接根据数据上手，若首检不理想，找出问题做未调即可。当然在丝印塞孔机的选择上

22、，必须是型号一样的。5.2 钉床在工作期间，经常会看到同事们打钉床，往往会耗费十五分钟以上的时间甚至超过半小时，因为有的板上的PS分布不规则、不对称，没有一定经验的积累很难一次性成功。为了节省时间，提高效率。我们是不是可以制作一个工具，来减少时间的耗费？我们能不能制作一个就像铝板似的但作用是固定床钉位置的板，上面也打孔，只不过孔的位置只有定位孔和所需要放置床钉的位置打孔，但是床钉孔的大小要和钉针的直径一样。这样我们就可以在印板时直接把钉子从下插入这样的一个板中，用定位孔定位，上面就可以放板印板，节省目前打钉床耗费的时间。 图 4.3 钉床设想图示5.3 空间利用印完双面阻焊的板，需要静置十五分

23、钟，才能放进烤炉。静置的时候，我们可以准备一个十五分钟静置区。因为有的时候由于烤炉的进板速度是一定的，而经常会发生员工印板速度快，印好的板堆积在烤炉前，在放板时，很容易就把刚拿过来的，并没有达到静置时间的板放进烤炉。当然这样做，有时候是没问题的，但出现问题毕竟不是大家愿意看到的事，所以我想设置一个十五分钟放置区很有必要。 6 结论从研究中得出结果，（1）生产工艺的改进不仅要往工艺先进性方面发展，也要横向发展，以减少经验对生产效率的影响为方向。（2）通过对很多问题，进行分析解决得出重要的是能发现问题，找到原因，针对起因才能进行改进。（3）工艺的提高，在于点滴，量的积累，产生质变。 致谢最后终于成

24、功在学校老师以及企业技术人员的帮助下完成我的毕业论文写作。在这里由衷的感谢学校的老师们，尤其是我们物理与电子工程系王主任、胡书记以及所有的代课老师们；感谢成都电子科技大学的何为教授以及给我们代课的老师们；感谢中国印制电路行业协会王龙基秘书长的大力帮助；最后要特别感谢博敏电子股份有限公司给我们实践学习的机会，并给予的大力帮助。 参考文献1 罗小明，陈宝. 阻焊塞孔工艺改善J. 印制电路信息. 2010 (2):45-482 林金堵. 现代印制电路基础M. 中国印制电路行业协会, 2005.23 张怀武. 现代印制电路工艺与原理M. 北京: 北京机械工业出版社, 2009.11 4 金鸿, 陈森. 印制电路技术M. 北京: 化学工业出版社，2006.5 祝大同.印制电路板技术发展趋势.J.印制电路信息，20003.12