丝印钉床设计对阻焊厚度均匀性的影响

李民善 胡 源 袁继旺

（东莞生益电子有限公司研发中心，广东 东莞 523127）

1 背景

在PCB阻焊制作过程中，使用丝印钉床实现PCB连续双面印刷液态阻焊的工艺应用十分广泛（图1），但是由于PCB在厚度、图形分布、孔径和孔位分布等设计上往往存在较大的差异，导致丝印钉床的制作较为困难。一旦钉床上的铜钉布设不合理，极易导致PCB板面油厚不均，轻则造成产品阻焊外观色差，重则造成板面阻焊显影不良或断阻焊桥[1][2]，导致返工或报废。因此必须建立阻焊丝印过程中的钉床种钉方式、种钉密度等的详细指示，保证钉床质量。

图1 阻焊双面丝印示意图

2 原理分析

阻焊双面丝印在PCB一面印刷液态阻焊以后，翻面、利用丝印钉床支撑完成另外一面的液态阻焊印刷。这样可以实现PCB两面阻焊的连续印刷，减少了停留时间、烘烤时间，提高了生产效率。

制作丝印钉床需要在钉床底板对应于PCB单元外的板边或单元内孔的位置布设支撑钉，由于制作过程较复杂，有较高的技术含量，丝印钉床一般由熟练操作工人来制作。但即便是熟练操作工人，在遇到高复杂板（如板尺寸大、单元内孔分布不均等）或新型号板时，也往往出现少布钉、布钉密度太小、布钉位置偏差等失误。

因此，有必要分析不同布钉密度的丝印钉床对不同厚度PCB板面阻焊印刷效果的影响，从而制定合理的阻焊丝印钉床布钉规则，提高钉床制作效率，提升阻焊双面丝印品质。

3 试验设计

3.1 试验因子和水平设计

对三种布钉密度（间距5 cm、8 cm、10 cm）和PCB板厚（0.8 mm、1.5 mm、2.0 mm）条件进行交叉试验，每种交叉条件试板2 pcs，设计试验如表1所示。

表1 试验设计

3.2 钉床制作

以457 mm×610 mm的光铜板作为钉床底板，以阵列的方式均匀放置铜钉并以绿色透明胶带固定。铜钉间距分别为5 cm、8 cm和10 cm。在不同布钉间距的钉床里，最外侧铜钉到底板边缘的距离呈上下、左右对称，保证丝印时不会因为铜钉位置不对称而出现油厚差异，具体如图2所示。

以5 cm间距为例，铜板短方向长度为45.7 cm，每排可以放置9颗钉，保留上下间距2.8 cm；长方向每排可以放置11颗钉，总共需种钉99颗。表2为三种

种钉密度下铜钉数量、间距对比。

图2 钉床设计示意图

3.3 试板制作

使用尺寸为17"×23"的光铜板，板厚分别为0.8 mm、1.5 mm和2.0 mm，每种板厚准备6 pcs，铜厚统一为1 oz，需倒圆角。以最常用的某种绿色液态阻焊油墨为例，丝印参数如表3所示。

3.4 数据收集方法

使用湿膜厚度测试仪（机械滚轮式，图3）对左下角第一颗铜钉种钉位置起始的正方形阵列对角线铜钉位置，以及斜方向相邻2颗铜钉之间1/4、2/4、3/4斜间距位置的湿膜厚度，如图4所示。

图3 湿膜厚度测试仪

图4 湿膜厚度测试示意图

由于测试位置为铜钉阵列之对角线位置，铜钉间距不同，测试阵列和测试点也有一定差异，如间距为5 cm的钉床，需测试湿膜厚度的阵列如表4所示：

表2 三种种钉密度下铜钉数量、间距对比

表3 试验制作参数

在铜钉间距为5 cm时，测试阵列只能取8×8颗铜钉，同样可计算其他铜钉间距最大可测的阵列及测试点数如表5所示。

为取得相应的干油厚度数据，取使用5 cm钉床、各种板厚的板各1 pcs，在一个测湿膜厚度测量区间内（已测湿膜厚度位置），取切片读取干油厚度数据。并使用膜厚测量仪测量湿膜厚度测试位置的干油厚度。关键试验数据收集方法如表6所示。

4 试验结果分析

4.1 不同布钉间距油厚均匀性

分析使用不同布钉间距钉床印刷阻焊的厚度厚度，按如下公式计算阻焊厚度均匀性[3]：

分析结果如表7、图5所示。

小结：

（1）对于0.8 mm的薄板，使用铜钉间距5 cm的钉床，丝印油厚均匀性可达11%，明显优于铜钉间距8 cm和10 cm的钉床；

（2）对于1.5 mm、2.0 mm的板，使用铜钉间距5 cm的钉床与使用铜钉间距8 cm、10 cm的钉床丝印油厚均匀性的差别不明显；

（3）适当减小钉床的间距对薄板（如0.8 mm或更薄）的油厚均匀性改善效果很明显，改善厚度油厚均匀性可做到2.0 mm厚板的均匀性水平。

表7 不同布钉间距钉床丝印阻焊的厚度均匀性

图5 不同布钉密度钉床的丝印厚度均匀性

表4 间距为5cm的钉床测试阵列计算结果

表5 不同布钉密度下铜钉数量、间距对比

表6 关键试验数据收集方法

4.2 各测试点湿膜厚度变化趋势

分析各测试点油厚变化规律，探究减小布钉间距对改善阻焊厚度均匀性的作用，结果如下。

使用钉床密度分别为5 cm、8 cm、10 cm的测试板，湿膜厚度测试位置示意图如图4所示，各测试位置湿膜厚度变化如图6、图7、图8所示。

图6 钉床密度5cm丝印板的湿膜厚度变化

图7 钉床密度5cm丝印板的湿膜厚度变化

图8 钉床密度5cm丝印板的湿膜厚度变化

小结：（1）湿膜厚度随测试位置有规律的上下波动：在1、5、9、13、21、25、29等底部有铜钉支撑位置，湿膜厚度表现为该区间（左右共5个点）内的最小值；而在3、7、11（12）、15、19（20）、23、27等距离铜钉支撑点较远的位置，湿膜厚度表现为该区间（左右共5个点）内的最大值。

（2）在有铜钉支撑位置，丝印时板面没有明显下降，下油量较少，表现为湿膜厚度较小；在距离铜钉支撑较远的位置，丝印时板面出现明显下降，下油量较多，表现为湿膜厚度较大；距离铜钉支撑越远，丝印时板面下降越大，下油量越多，表现为湿膜厚度增大。

（3）薄板在丝印时变形较大，而厚板变形则较小，因此板厚1.5 mm、2.0 mm测试板表现为曲线较平坦，但湿膜厚度随测试位置上下波动的规律与0.8 mm薄板相似。

4.3 湿膜厚度与测量位置到支撑点距离的关系

考察离铜钉支撑点不同距离之测量位置湿膜厚度变化趋势。以0.8 mm薄板为例，计算在距离铜钉1.414*10*0/4=0cm、1.414*10*1/4=2.5 cm、1.414*10*2/4=5.0 cm位置湿膜厚度平均值变化趋势如图9～图11所示。

图9 布钉间距5cm

图11 布钉间距10cm

小结：

（1）在不同的布钉间距下，不同厚度试板油厚随测试点距铜钉距离增加均呈增大趋势；

（2）板厚越厚，油厚随测试点距铜钉距离增加而增大的幅度越小，说明厚板的刚性较大，布钉间距可稍大，且不易造成板面油厚不均。

4.4 板面干油厚度变化

取使用不同布钉间距的钉床丝印的各种板厚的板各1 pcs，在一个测湿膜厚度测量区间内（已测湿膜厚度位置），取切片读取干油厚度数据，分析湿膜厚度与干油厚度的关系，结果如表8、图12所示。

表8 各测量位置干、湿油厚度对比

图12 湿膜厚度与干油厚度比例

小结：不同钉床、板厚所测得的干油厚度和湿膜厚度变化趋势基本一致，说明在相同测试条件（测试方法、油墨粘度、板面状况）下，用湿膜厚度来简单替代干油厚度是合适的。但由于湿膜厚度测试结果受油墨黏度影响较大，需要注意在丝印后短时间内（如15 min内）测量湿膜厚度。

5 总结

本试验使用板厚0.8 mm、1.5 mm、2.0 mm的光铜板、铜钉间距5 cm、8 cm、10 cm的钉床，进行交叉试验并测试湿膜和干油厚度，得到如下结论：

（1）适当减小钉床的间距对薄板（如0.8 mm或更薄）的油厚均匀性改善效果很明显，改善厚度油厚均匀性可做到2.0 mm厚板的均匀性水平（均匀性9%～13%，即平均膜厚35 μm时膜厚极差6 μm ～ 9 μm）；

（2）其机理在于，距离铜钉支撑越远，丝印时板面受压、下降的幅度越大，导致该处下油量越多、湿膜厚度增大，因此适当减小钉床的间距对薄板（如0.8 mm或更薄）的油厚均匀性改善效果很明显；

（3）湿膜厚度与干油厚度比例稳定，说明使用湿膜厚度测试仪在线测量、监控油膜厚度的方法是可行的。

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[1]林其水. 电路板印刷中阻焊油墨的选用和常见故障的处理[J]. 印制电路信息,2009,12.

[2]史宏宇,刘昭亮,罗娜. 阻焊桥脱落风险评估及应对研究[J]. 印制电路信息,2013,11.

[3]林金堵. 改善PCB阻焊膜厚度均匀性[J]. 印制电路信息,2005,2.