1. 引言
工业控制、航空航天等高温工况(150℃~280℃)中,PCB丝印脱落是典型故障——某钢厂工业炉温控PCB因丝印脱落,导致维修人员无法识别元器件型号,设备停机8小时,损失超50万元;某航空电子PCB在200℃环境测试中,丝印30分钟内完全脱落。高温工况丝印需耐受极端温度、热冲击及化学腐蚀,符合**IPC-A-600G Class 3高温级条款** ,要求260℃回流焊后无脱落、无变色。捷配专注高温PCB工艺研发6年,累计交付30万+片高温工况丝印PCB,本文拆解丝印脱落根源、耐高温材料选型、工艺优化及验证方法,助力解决恶劣环境下丝印可靠性问题。
高温工况 PCB 丝印脱落的核心根源的是 “油墨耐温性与基材附着力不匹配”,结合IPC-TM-650 2.5.8.3 高温附着力标准 ,关键影响因素有三:一是油墨耐高温等级,普通丝印油墨耐温≤150℃,在 180℃以上环境中,树脂成分会分解,导致油墨与基材剥离,高温工况需选用耐温≥260℃的专用油墨,其树脂含量需≥60%(普通油墨仅 40%);二是基材表面处理,PCB 基材表面氧化层(厚度≥0.5μm)会降低油墨附着力,高温环境下氧化加速,脱落风险增加 3 倍,需通过微蚀处理将氧化层厚度控制在 0.1-0.2μm;三是固化工艺,高温油墨需高温固化(180℃~200℃),固化不充分会导致油墨内部残留溶剂,热环境下溶剂挥发产生气泡,引发脱落,按IPC-6012/2A 高温印制板规范 ,固化后油墨溶剂残留量需≤0.5%。
主流高温丝印油墨中,田村 PS-800(耐温 280℃,树脂含量 65%,附着力 5B)适配 150℃~220℃工况;杜邦 7000 系列(耐温 300℃,树脂含量 70%,耐化学性优)适配 220℃~280℃极端工况;基材优先选用生益 S1000-2(Tg=175℃)或罗杰斯 RO4350B(Tg=280℃),表面处理采用沉金(金层厚度 0.05μm),提升油墨附着力。捷配测试显示,田村 PS-800 油墨在 220℃环境中连续工作 1000 小时,丝印无脱落、无变色,完全符合工业控制要求。
- 耐高温油墨选型:按工况温度匹配 ——150℃~220℃工况选用田村 PS-800(粘度 14±1dPa?s,耐温 280℃),220℃~280℃工况选用杜邦 7000(粘度 16±1dPa?s,耐温 300℃),油墨需通过捷配 “高温老化测试”(280℃恒温箱中放置 100 小时,无开裂、无变色);
- 基材表面预处理:PCB 基材经微蚀处理(微蚀液:Na?S?O? 80g/L + H?SO? 50mL/L),处理时间 60±10 秒,微蚀后氧化层厚度用膜厚仪(JPE-Film-200)测试,需 0.1-0.2μm,按IPC-TM-650 2.3.11 标准 ;表面清洁采用等离子清洗(功率 100W,时间 60 秒),去除油污与杂质,提升油墨附着力;
- 丝印工艺优化:选用 420 目不锈钢网版(网孔尺寸 30μm),刮刀硬度 80°(聚氨酯材质),印刷压力 0.5kg/cm²,速度 30mm/s,确保油墨均匀覆盖,无针孔、气泡;PCB 与网版间隙 0.2mm,避免油墨溢墨;
- 高温固化工艺:采用 “分段固化”—— 升温段(室温→150℃,15min)+ 高温段(180℃,40min)+ 降温段(180℃→室温,20min),固化炉选用捷配高温固化炉(JPE-Cure-900),温度精度 ±2℃,固化后油墨溶剂残留量用气相色谱仪(JPE-GC-300)测试,需≤0.5%。
- 高温老化测试:每批次首件在 280℃恒温箱(JPE-Thermo-500)中放置 100 小时,丝印无脱落、无变色、无开裂,符合IPC-A-600G Class 3 高温级要求 ;
- 热冲击测试:-40℃~280℃热冲击循环 50 次(每次循环 30 分钟,升温 / 降温速率 10℃/min),测试后用 3M 610 胶带撕拉,油墨脱落面积≤5%,按IPC-TM-650 2.6.7 标准 ;
- 量产过程管控:每生产 300 片抽检 15 片,重点检查油墨附着力与厚度(油墨厚度 15-20μm),用附着力测试仪(JPE-Adh-300)测试,附着力≥4B;丝印车间环境温度 23℃±2℃,湿度≤50%,避免高湿度导致油墨吸潮。
高温工况 PCB 丝印脱落解决的核心是 “油墨耐温性升级 + 基材附着力强化 + 固化工艺优化”,需严格遵循 IPC-A-600G Class 3、IPC-6012/2A 等高温标准。捷配可提供 “高温丝印定制化服务”:根据工况温度匹配油墨与基材,预处理 + 丝印 + 固化全流程工艺管控,实验室可提供高温老化、热冲击等全项测试报告。