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阻焊油墨塞孔工艺的研究论文
阻焊油墨塞孔工艺的研究
摘要：
油墨塞孔是印制电路板生产中一种采用网版印刷加工方式的特殊的工序作业，本文介绍了两种普通和常用的工艺方法，对操作过程中注意的问题作了讨论，并且对塞孔完成后出现的问题进行了分析和提出了改善措施。
关键词：
印制电路板;阻焊塞孔;塞孔铝片;后固化
Oninkplugholeprocess
Abstract:
HolefillingwithinkisaspecialprocessinPCBproduction.Thisarticleintroducestwoordinaryprocesses.Discussedinthenoteintheoperation,andanalyzetheproblemsintheplugholeiscompletedandproposedimprovementmeasures.
Keywords:
PCB;soldermaskerplughole;plugholealuminumsheet;postcure
1引言
PCB板中导通孔（ViaHole）主要用于层与层之间的导通，过去对导通孔的阻焊制作没有特别要求，但随着电子产品向“轻薄、高精密”方向发展，PCB
的密度也越来越高，特别是SMT、BGA、QFP等封装技术的发展，客户在贴装元器件时提出了ViaHole阻焊塞孔的要求。
印制电路板的油墨塞孔工艺是随着表面安装技术（SMT）发展起来的一项采用网版印刷的特殊工艺，油墨塞孔的目的主要有以下几点：
（1）印制电路板的各种通孔中，除元器件插装孔、散热孔或测试孔外，其余导通孔没有必要裸露，油墨塞孔可以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；
（2）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地带难以清洗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；
（5）部分用户的特殊要求。
[1]
本文通过对两种塞孔工艺的研究，对塞孔过程中的注意事项进行了讨论，并对塞孔出现的问题进行了分析并提出了一些改善措施。
2塞孔原理
（1）油墨可流动；
（2）油墨能进孔；
（3）孔內可排气或孔內空气可移动；
（4）油墨必须封口；
（5）必须可选择性作业。
原理图示：
图2.1
图2.2
图2.3
3油墨塞孔工艺
塞孔工艺是表面安装用印制电路板制作要求的特殊工艺。
它采用网版印刷方法通过油墨堵塞双面及多层印制电路板的导通孔变为盲通孔，其制作技术是将阻焊油墨经过铝片印板模式印刷或者是用丝印网印板模式连印带塞（要塞的孔必须小于0.4mm），使油墨渗入孔中，完全堵塞导通孔。
阻焊塞孔所需的工具：
（1）刮刀之选择（厚度20mm硬度65平整无缺口长度多出板两边3cm以上）
（2）垫板
（3）塞孔网版之选择（铝片/丝网）
（4）印刷机之选择（用印刷机的塞孔模式或者专用塞孔机）
3.1连印带塞
连印带塞的方法是印制电路板在网印两面阻焊油墨的同时进行导通孔的油墨塞孔操作。
要塞的孔必须小于0.4mm。
此方法采用36T（43T）的丝印网板，安装在丝印机上，板厚大于0.8mm的板用钉床双面印刷，在印好板面的同时，将所有的导通孔塞住。
该工艺方法的特点是塞孔印刷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版，设备利用率高，生产效率相对来说较高，成本相对较低。
但是由于采用丝印进行塞孔，在过孔内存在大量空气，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珠。
目前，通过选择不同型号的油墨及粘度，调整丝印的压力等，基本上可以解决过孔空洞和不平整，已采用此工艺批量生产。
工艺流程简述如下：
制丝网版→阻焊油墨塞孔+油墨印刷→静置（15min）→烤板→静置（15min～24h）→曝光→显影冲板→后固化
（一）油墨准备
连印带塞的板的油墨跟印板油墨一致，随着这几年感光材料迅猛发展，市面感光墨种类越来越多。
调油墨时保证固化剂成分占25％，原油成分应占75％，树脂收缩变化小，有利于塞孔，显影的速度要适当,保证两面开窗的孔，孔内油墨显影干净并且不能显影过度。
开油时，粘度应控制在100～120PS，（温度为18～24℃、湿度50～65％RH）。
添加开油水时，油墨粘度必须控制在要求粘度值以内，使用供应商提供的专用固化剂。
（二）工具准备
钉床制作：
根据各种板的厚度和板上的图形打钉床，边上用印板垫板垫住四个边，与钉床钉共同支撑板面，使其受力均匀。
（三）丝印板面
丝印是板面阻焊与塞孔同时完成的过程，在板面达到客户要求的同时，要保证导通孔塞孔的质量，所以对丝印的技术有很高的要求：
l、刮刀，选用75度（肖氏硬度）的刮胶，硬度太高，板面线条会发红；硬度太低，塞孔效果不好，所以回墨刀采用50～60的角度印板2、刮印压力，压力应控制在4～6KG／c㎡,刮印刀主要是塞孔，相对比回墨刀的压力要大一些，有利于塞孔。
3、刮刀的速度，刮刀的速度应控制在适当范围，保证塞孔质量。
刮印刀的速度要慢，控制回墨刀的速度和压力，以保证线条拐角处阻焊膜的厚度。
借助钉床进行丝印，能够缩短流程，提高设备的利用率。
在使用时应注意钉床划伤和钉床压痕。
（四）后固化
后固化是油墨溶剂挥发、分子间间隙缩小和树脂收缩的一个过程，固化使用热循环风箱。
为了防止过孔内油墨爆出，采取分三段固化，低温时间相对长一些，高温段150°烘烤60分钟即可。
[2]
3.2铝板塞孔
铝板塞孔是先用阻焊油墨对导通孔塞孔，再网印双面阻焊油墨，然后静置，过隧道烤炉，这是一种比较通用的传统的工艺操作方法。
该方法比连印带塞的方法仅增加一道塞孔印刷工序，但操作要求及过程控制相对来说较为严格，因而操作员需具有一定的经验和技能。
因为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。
工序流程简述如下：
铝板钻孔→铝板去毛刺及清洁→制铝片模版→磨板和油墨准备→塞孔印刷定位→油墨塞孔→两面阻焊油墨印刷→静置→预干燥→静置→曝光→显影冲板→后固化。
（1）铝板钻孔
应由工程部制作专门的钻孔程序，孔的种类包括要塞孔的过线孔和工艺对位要求的方向孔，对位用的孔最好是板外孔并且要保证三个以上。
为满足要求（过线孔焊盘油墨与板内的颜色一致）需将铝片上的孔钻的比印制板上的孔要大一些，大约0.1mm到0.15mm之间，这样也有利于调机对位。
（2）铝板去毛刺及清洁
钻好孔的铝板上有很多的毛刺，在印刷时毛刺会造成渗油，油墨会上BGA和SMT，在显影时容易显影不净，影响BGA和SMT的贴片，最终客户反映电气连接不行。
毛刺还容易使刮刀起切口，刮刀就不能做其它用途了，降低了刮刀的利用率。
去毛刺的方法是用砂纸打磨铝板。
（3）铝片模板制作
塞孔的铝片模板制作是通过四周丝网或具有弹性的其它薄膜物与网框相粘连成为一个整体铝质铝片模板。
采用印制电路板数控钻床钻孔用纯铝质盖板，选用稍大于需塞孔的导通孔直径的钻头，在铝箔上钻出要求塞孔的孔位，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，然后在印刷区域之外铝箔四边丝网的印刷面上涂粘合剂，并用牙刷轻刮丝网的印刷面，使粘合剂均匀流平，渗漏到铝箔和丝网之间，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。
（4）磨板和油墨准备
磨板的作用是使印制板的孔内及表面干燥、干净、粗糙，能使油墨很好的附着在板的表面。
油墨的准备和连印带塞的油墨有点不一样，油墨要用专用的塞孔油墨，不允许用一般的感光油墨。
为减少孔中油墨的气泡，配比的比例不同一般的丝印阻焊油墨，必须不能加开油水，这样能使塞孔油墨粘度达到要求。
（5）塞孔印刷定位
铝板塞孔定位首先是给垫板定位，在铝片上的定位孔下面粘上定位片，放下网版，就可以在台面定一个位置，定两个位置就可以确定垫板的位置。
确定了垫板的位置后，用同样的方法在垫板上确定板边3个定位孔的位置，固定好3个定位片，定位就完成了。
[5]
（6）塞孔印刷
使用半自动网版印刷机，最好使用专用塞孔网版印刷机，采用非接触印刷方式印刷。
塞孔印刷时是印制电路板的元件面朝上，焊接面朝下，利用塞孔网版印刷机刮刀压力、刮刀速度、刮印角度等印刷参数稳定和行程平稳的特点，可以得到油墨塞孔量精确且较为一致的加工效果。
油墨塞孔的刮刀在选用时和一般的印制电路油墨的不同，应采用较为偏软的肖氏硬度为60度的红色刮胶，厚度为20mm，刀口截面形状呈45°锐角，见下图，网印时是通过刀口的倾斜面向下挤压而达到落墨网印效果。
刀口形状呈45°锐角
图3.1
印刷压力要适宜，过小会使塞孔油墨不能有效到达过线孔中沉积并形成实心柱状体；而过大则会使刮刀变形，严重时会损坏模版。
由于采用锐角刮刀，尖角极容易被磨平，因而需经常更换或研磨刮刀。
塞孔印刷完成后不能放置时间过长，时间过长后塞孔处的油墨固化，在印板面油墨的时候会不平整，有可能有突起，影响外观。
两面印刷完成后，静置15min后烤板，进入下道曝光和显影冲板工序。
铝板塞孔的优点是对于小孔的塞孔效果较佳,能保证导通孔盖油好，塞孔平整；缺点是无法调整孔位，当铝板变形时易对偏。
[4]
4操作中的注意事项
4.1前处理
阻焊塞孔前处理需要确实完成孔内及表面的干燥、干净、粗糙的功能，不可有残水残酸，且作业板与2个小时内印刷完毕。
磨板机磨进来的板放置时间超过2个小时，要重新过磨板机，方可塞孔印板。
金板清洗机洗进来的板放置超过4个小时以上，要重新过金板清洗机，方可塞孔印板。
4.2铝片模板工艺参数选择
塞孔印刷的质量如孔内油墨填充量的多少，是否平整、饱满、无溢出是由诸多的工艺操作因素来决定的，如：
铝片模板、油墨的粘度、刮刀硬度、刮刀压力、刮印角度和速度、刀口截面形状以及印刷方式。
但铝片模板的影响是很关键的，铝片模板的高度选择是很重要的。
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，当然要求铝片模板距离印制板的高度要高点，选择铝片模板高度应在塞满油墨的前提下，铝片模板尽可能的低，防止塞孔塞偏。
也就是在塞孔印刷时回墨刀一次就可以把孔内注满油墨，不必多次来回刮印。
如果采用多次印刷才能把孔内注满油墨，不仅效率低而且会产生质量问题，因为多次印刷孔内必定会较多地夹带进空气，在后固化或热风整平时随时会有“爆孔”和油墨起泡的问题发生，这是塞孔中最不愿意发生的事。
定位调机时一定要调好，特别是塞BGA的板，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糊在一起塞不进孔内。
当印制板只有一种孔径的导通孔需要塞孔，铝片上的孔开孔大小比导通孔的孔径加大0.1～0.2mm左右；但当印制板有多种孔径的导通孔需要塞孔作业时，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恰好塞满的情况，得到几种孔径导通孔需塞孔的开孔大小的最佳数据选择。
通常认为孔大时需要塞进的油墨多会比较小孔的塞孔操作难度大，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进油墨，这是因为铝片塞孔的开孔接近或略大于所塞孔的孔径大小时，可以得到不同孔径应获得的恰好相对应的漏墨量，但是由于油墨塞孔的阻力是由油墨的表面张力所形成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，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。
4.3塞孔油墨粘度控制
塞孔油墨粘度的控制也是非常重要的，当油墨粘度偏低而刮刀速度慢时，会造成塞孔油墨渗盘，易使孔口糊成一片；当粘度偏低而刮刀速度快时，易造成塞孔油墨拉尖，塞入孔内的油墨量不均匀且量不足；当油墨粘度偏高而刮刀速度慢时，易造成塞孔油墨鼓状突出，需要进行整平、修面；当油墨粘度偏高而刮刀速度快时，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垫板选择
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进入而影响塞孔效果，一般是用排气垫板来解决这个问题。
排气垫板采用2.5～3mm厚的木桨板，选用比塞孔的导通孔孔径大0.2mm的钻头钻通所有导通孔孔位，塞孔作业用定位销和印制板一起定位，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，又会污染印制电路反面的板面和平台，使印刷不能正常进行的问题。
4.5后固化
后固化时，低温固化时间需充分，以便阻焊油墨中的挥发物能充分挥发，避免高温固化时因挥发物受热膨胀，导致阻焊油墨流出；高温时间也应适当延长，使孔边阻焊油墨彻底固化，避免孔边阻焊油墨起泡或剥离。
[3]
5塞孔出现的问题分析及改善措施
5.1过孔塞孔饱满度差，孔口出现露铜
孔口发黄
图5.1
塞孔不饱满切片图
图5.2
（1）原因分析。
塞孔油墨量不足，导致过孔有些部位没有阻焊油墨，后固化后过孔的部分表面露铜。
在网印塞孔时，需塞孔的导通孔，一般会有下面几种情形，①导通孔孔径相同或相近；②导通孔孔径相差比较大。
导通孔越小，塞孔时阻焊油墨受到的阻力就越大，孔不易塞饱满；塞孔铝片版上漏印的孔越小，下油量也越小，也就有可能无法将孔塞满；反之，如果导通孔较大，铝片版上的漏印孔大，则有利于将孔塞饱满。
③刮刀压力过小，没有使油墨塞孔饱满，导致后固化高温时，孔里油墨受热流回孔中，造成孔口露铜。
（2）改善措施。
对于连印带塞出现的塞孔发黄和塞孔不饱满，调整刮刀压力和刮刀平衡度。
对于铝片塞孔出现的大塞孔发黄和塞孔不饱满，我发现铝片孔径的大小和塞孔油墨饱满关系不大，主要原因是回墨刀压力过小或者孔没有对准，为了解决上述问题，我们需对钻孔铝片孔径大小进行改进，对塞孔网印操作进行规范。
塞孔时我们要调节好回墨刀的压力和平衡，并且在塞孔过程中，一定要塞孔对位对好，不能有偏位，保证塞孔的饱满度，要防止印刷过程中压力改变影响塞孔饱满度。
塞孔饱满切片图
图5.3
5.2塞孔处不平整，BGA封装处过孔孔边油墨凹凸不平
BGA封装处油墨高于表贴
图5.4
（1）原因分析。
阻焊塞孔板在显影后没有发现导通孔孔边不平整的问题，该问题发生在阻焊油墨后固化之后。
进一步的分析研究表明，之所以出现塞孔孔边阻焊不平整，其根本原因是塞孔阻焊油墨内挥发性物质在高温固化时发生膨胀，将孔内油墨推离，使之流到边形成堆积。
为了便于印刷，有可能是制造商在生产阻焊油墨时，在其中添加了溶剂（该物质是一种极易挥发的物质），因此在油墨高温固化前，必须使孔内阻焊油墨内的溶剂尽可能挥发干净。
通常的办法就是通过低温烘烤将溶剂挥发掉。
我们现有的后固化参数，有低温固化段，但低温段时间过短，阻焊油墨内的溶剂还没有完全挥发，就进入了高温固化，导致孔内阻焊油墨内的溶剂气化发生膨胀，膨胀的气体将孔内油墨推离，使之流到孔边形成堆积。
（2）改善措施。
制作专用的塞孔油墨时尽量少放或者不放挥发性的物质。
修改后固化参数，适当延长低温固化时间，在高温固化前尽可能减少导通孔内阻焊油墨的挥发性物质。
塞孔孔边平整效果图
图5.5
5.3热风整平后塞孔处孔口阻焊起泡、剥离
导通孔孔边阻焊剥离
图5.6
（1）原因分析。
不考虑阻焊油墨本身的因素，一般会有四种情形会导致阻焊油墨起泡、剥离。
①铜面前处理不良，铜面与阻焊油墨结合力不佳；②阻焊油墨固化不足，导致阻焊油墨耐热性降低。
③有可能是对位时菲林上有油墨，导致孔边区域不能曝死，以至于后固化后油墨剥离。
曝光能量不够，导致不能曝死需要曝死的孔边区域。
（2）改善措施。
对于第一种原因，前处理时调整好板进的速度，等到热风吹干的温度达到要求的温度再放板。
对于第二种原因，考虑到塞孔工艺的特性，修改后固化高温段的参数，使孔边阻焊油墨彻底固化。
对于第三种原因，对于一套菲林，对完25块拿去复检，对完550到600块板作废。
对于第四种原因，定时做曝光尺，保证曝光能量充足。
[4]
5.4“爆孔”形成孔内冒油
（1）原因分析。
由于塞孔饱满度不够，多次刮印中间夹带有空气，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。
（2）改善措施。
尽可能不要进行多次印刷。
在1～2次刮印就将孔内填满油墨避免夹带较多的空气混入，同时干燥固化时，应从低温到中温最后到高温并适当延长固化的低温干燥时间，从而使油墨内溶剂缓慢挥发或空气逐步排出，避免急剧膨胀。
[6]
6结论
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中存在不同的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，受着各方面因素的制约与影响，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。
不同的厂有不同的生产条件及设备，所以存在不同的塞孔工艺，选用适当的塞孔工艺，去达到客户的要求，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
致谢
本论文是在王金来主任和王跃峰老师的悉心指导下完成的，从论文的选题和相关文献资料的查找，直到论文撰写的这一整个过程，两位老师以其广博的知识、丰富的经验和清晰的思路，自始自终给我以耐心的指导，使我能够顺利的完成论文写作，他们严谨的治学态度和精益求精的工作方式给我留下深刻的印象，令我受益匪浅。
故借此论文完成之际，对两位老师表示深深的感谢。
也非常感谢博敏公司给我们这个实习机会，让我能更好的把理论和实践结合起来，感谢和我一起工作的博敏一厂阻焊部门的同事对我的帮助。
与此同时，在这里我还要感谢学校对我的栽培，以及所有老师对我的谆谆教诲，使我在大学期间能够掌握充足和扎实的专业知识去完成本论文的写作。
并且还要深深感谢在此论文写作的整个过程中给予我及时帮助的同学们。
参考文献
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科学出版社，2002.4.
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[3]罗小明，陈宝.阻焊塞孔工艺改善.印制电路信息，2010.2.
[4]Pluggingholeintroduce.超声制板公司技术开发部.2011.5.25.
[5]孙翔.铝制漏印模板油墨塞孔工艺探讨.印制电路信息.2002.1.51~53
[6]刘兴文.谈谈油墨塞孔工艺.印制电路信息.
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