PCB丝印的制造工艺:从油墨到固化的精度保障
PCB 丝印标签的制造工艺直接决定其质量 —— 油墨选择不当会导致高温脱落,丝印定位不准会遮挡焊盘,固化不彻底会影响耐磨性。其核心工艺包括 “油墨选型”“丝网制作”“丝印操作”“固化定型”“质量检测”,每个环节都有明确的参数标准与操作要求,需严格把控才能生产出符合要求的丝印标签。
一、油墨选型:匹配 PCB 的使用环境与工艺要求
丝印油墨是丝印标签的 “原材料”,需根据 PCB 的应用场景(如消费电子、工业、汽车)、阻焊层颜色与制造工艺选择,核心参数包括 “耐温性”“耐磨性”“附着力”“颜色”。
按耐温性分类选型:
普通耐温油墨(耐温 150-200℃):适用于消费电子 PCB(如智能插座、手机充电器),焊接温度≤220℃,工作温度 - 20~80℃。代表型号如太阳油墨(Taiyo)的 PC-1000 系列,200℃下烘烤 1 小时无变色、脱落,满足 SMT 焊接的短期高温需求;
中温耐温油墨(耐温 200-260℃):适用于工业 PCB(如传感器模块、PLC),焊接温度≤260℃,工作温度 - 40~125℃。代表型号如杜邦(DuPont)的 7000 系列,260℃下 10 秒无脱落,满足回流焊工艺要求;
高温耐温油墨(耐温 > 260℃):适用于汽车电子、航空航天 PCB(如发动机控制板),焊接温度≤300℃,工作温度 - 55~150℃。代表型号如富士(Fuji)的 HPC-5000 系列,300℃下 10 秒无变色,长期工作在 150℃环境下附着力无下降。
某汽车 PCB 厂商误用普通耐温油墨(耐温 200℃),焊接时(260℃)丝印标签大面积脱落;更换中温耐温油墨后,脱落问题彻底解决。
按附着力分类选型:
普通附着力油墨(附着力≥5N/cm):适用于光滑阻焊层(如绿色 FR-4 阻焊层),通过 IPC-TM-650 2.4.10 测试(胶带剥离无油墨残留),适合消费电子;
高附着力油墨(附着力≥8N/cm):适用于粗糙阻焊层(如无卤素阻焊层、沉金表面)或户外 PCB,需额外添加附着力促进剂,适合工业、汽车场景。
某户外 LED PCB 的丝印油墨附着力仅 4N/cm,6 个月后因雨水冲刷脱落;更换高附着力油墨(附着力 9N/cm)并涂覆保护剂后,2 年无脱落。
按颜色与透明度分类选型:
不透明油墨(主流):白色、黑色、黄色等,覆盖力强(1-2 层即可完全遮盖阻焊层),适用于多数 PCB;
透明油墨(特殊需求):仅用于需要显示阻焊层颜色的场景(如透明 PCB),覆盖力弱(需 3-4 层),附着力较低(≤4N/cm),使用较少。
油墨黏度与触变性:
黏度:丝网印刷的油墨黏度需控制在 10000-30000cP(25℃,用旋转黏度计测量),黏度过高会导致丝印线条断裂,过低会导致油墨扩散(字符模糊)。例如,白色丝印油墨的黏度在 20000cP 时,丝印字符边缘清晰;黏度降至 5000cP 时,字符出现毛边;
触变性:油墨需具备 “触变性”(搅拌时黏度降低,静置时黏度升高),确保丝印时油墨易流动,丝印后快速定型,避免流挂。
二、丝网制作:精准复刻丝印图案
丝网是丝印的 “模板”,需将设计好的丝印图案(文字、符号)制作在丝网上,核心工艺包括 “丝网选择”“感光胶涂覆”“曝光显影”。
丝网选择:
材质:尼龙丝网(成本低,弹性好,适合普通油墨,耐溶剂性一般)或聚酯丝网(耐溶剂性好,精度高,适合高附着力油墨、高温油墨);
目数:目数(每英寸的网孔数)决定丝印精度,普通丝印选 200-300 目(字符高度≥1.0mm),精细丝印(字符高度 0.8-1.0mm)选 300-400 目,目数越高,线条越细腻,但油墨透过量越少(需增加丝印次数)。例如,200 目丝网适合 1.5mm 高度的字符,400 目丝网适合 0.8mm 高度的字符;
张力:丝网张力需均匀(25-35N/cm),张力不均会导致丝印图案变形。新丝网需先拉伸(张力 30N/cm),静置 24 小时后再使用,避免后期收缩。
感光胶涂覆:
感光胶类型:水性感光胶(环保,适合尼龙丝网)或油性感光胶(耐溶剂性好,适合聚酯丝网、高温油墨);
涂覆厚度:湿膜厚度 10-20μm(用湿膜测厚仪测量),厚度过厚会导致字符边缘模糊,过薄会导致图案断裂;
涂覆方式:手工涂覆(小批量)或机器涂覆(大批量),需均匀涂覆 2-3 层,确保无气泡、无漏涂;
干燥:涂覆后在 60-80℃烘箱中干燥 30-60 分钟,确保感光胶完全干燥(含水量≤1%)。
曝光与显影:
曝光:将制作好的丝印菲林(包含设计图案,黑白分明)覆盖在丝网上,用紫外线曝光机(波长 365nm,能量 50-100mJ/cm²)曝光,曝光时间根据菲林厚度调整(通常 30-60 秒),确保感光胶充分固化;
显影:用显影液(水性感光胶用清水,油性感光胶用专用显影液)冲洗未曝光的感光胶,露出网孔(形成丝印图案),显影时间 1-2 分钟,避免过度显影(导致图案损坏)或显影不足(残留感光胶堵塞网孔);
检查与修复:显影后检查丝网图案,若有断线或漏孔,用补边胶修复;合格后在 80℃烘箱中干燥 30 分钟,完成丝网制作。
三、丝印操作:确保图案 “定位精准、清晰均匀”
丝印操作是将油墨通过丝网转移到 PCB 表面的核心环节,需控制 “定位”“刮墨”“油墨量”,核心步骤包括:
PCB 定位:
定位方式:采用 “基准点定位”,通过 CCD 相机识别 PCB 上的基准点(与丝网上的基准点对齐),定位精度 ±0.05mm;小批量手工丝印用定位治具(如夹具固定 PCB),定位精度 ±0.1mm;
清洁:丝印前用压缩空气(压力 0.3MPa)吹扫 PCB 表面,去除灰尘、油污,避免影响油墨附着力;若 PCB 表面有氧化,用异丙醇擦拭清洁。
刮墨操作:
刮刀选择:橡胶刮刀(硬度 60-80 Shore A,硬度低适合粗糙表面,硬度高适合光滑表面),刮刀角度 30-45°(角度越小,油墨量越多;角度越大,油墨量越少);
刮墨速度:50-100mm/s,速度过快会导致油墨量不足(字符过细),速度过慢会导致油墨扩散(字符模糊);
刮墨压力:10-20N/cm²,压力过小会导致油墨透过量不足(字符不清晰),压力过大会导致丝网变形(图案偏移);
丝印次数:普通油墨 1 次即可(厚度 10-15μm),精细字符或透明油墨需 2 次(厚度 20-25μm),第 2 次丝印需在第 1 次干燥后进行(避免油墨混合)。
油墨控制:
油墨搅拌:丝印前需搅拌油墨(2-3 分钟),确保颜色均匀、无沉淀;若黏度过高,加入专用稀释剂(添加量≤5%),调整至目标黏度;
油墨回收:丝印过程中,多余的油墨需及时回收(避免干结),回收的油墨可重新搅拌后使用(仅限同批次);
避免污染:不同颜色的油墨需用不同的丝网与刮刀,避免颜色混杂(如白色油墨混入黑色)。
四、固化定型:提升丝印标签的 “耐温性与耐磨性”
固化是让丝印油墨从液态变为固态的过程,需控制 “温度”“时间”,确保油墨完全交联,核心工艺包括:
预固化(可选):
适用场景:丝印后油墨流动性强(如低黏度油墨)或字符精细(≤1.0mm),需先预固化固定形状;
参数:温度 60-80℃,时间 15-30 分钟,确保油墨表面干燥,无流挂。
主固化:
温度与时间:根据油墨类型调整,普通耐温油墨(150-200℃):120-150℃,30-60 分钟;中温耐温油墨(200-260℃):150-180℃,60-90 分钟;高温耐温油墨(>260℃):180-200℃,90-120 分钟;
固化方式:烘箱固化(小批量)或隧道炉固化(大批量,温度均匀性 ±5℃),确保 PCB 各区域温度一致,避免局部过热导致油墨变色;
冷却:固化后自然冷却至室温(25℃),避免快速冷却(如风扇直吹)导致油墨开裂。
后固化(特殊需求):
适用场景:汽车、航空航天 PCB,需长期耐高温(>150℃),主固化后需额外后固化;
参数:温度 200-220℃,时间 2-4 小时,进一步提升油墨的交联度与耐温性。
五、质量检测:确保丝印标签符合标准
丝印标签需通过 “外观检测”“性能测试”,合格后方可进入下一环节,检测项目包括:
外观检测:
清晰性:字符无模糊、无断线、无毛边,用 20 倍放大镜观察,笔画连续;
位置:无偏移(偏移量≤0.1mm),无遮挡焊盘、过孔;
颜色:颜色均匀,无色差(与标准色卡对比,ΔE≤1.5);
缺陷:无气泡、无针孔、无脱落,气泡直径≤0.2mm(单个),针孔数量≤1 个 /dm²。
性能测试:
附着力测试:按 IPC-TM-650 2.4.10,用 3M 610 胶带粘贴丝印表面,快速剥离(180°),无油墨残留;
耐磨性测试:按 ASTM D2267,用橡皮擦(500g 压力)擦拭 10 次(普通 PCB)或 50 次(工业 PCB),无明显磨损;
耐温性测试:按 IPC-TM-650 2.6.7,在目标温度下放置 1 小时,冷却后无变色、脱落;
耐湿性测试:按 IPC-TM-650 2.6.3.3,在 40℃、93% RH 下放置 1000 小时,无模糊、脱落。
PCB 丝印标签的制造工艺需 “精细化”,从油墨选型到质量检测,每一步都需匹配 PCB 的应用场景与标准要求。只有严格控制工艺参数,才能生产出 “清晰、耐磨、耐温” 的丝印标签,确保其在 PCB 全生命周期中发挥作用。
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