CN103203960A - 一种台阶模板的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种台阶模板的制作方法。具体的工艺流程如下：基板处理（裁剪）→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→双面曝光→双面显影→蚀刻（PCB面、印刷面具有凸起台阶（upstep）区域）→褪膜→前处理（除油、酸洗）→激光切割（平面开口和凸起台阶（upstep）区域的开口）。由此工艺制备可制备得到PCB面、印刷面具有凸起台阶（upstep）区域的金属网板。该金属网板图形区域的开口质量好，孔壁光滑，无毛刺、锯齿等不良现象；开口图形区域的位置精度高；厚度均匀性好，均匀性COV在10%以内。

Description

一种台阶模板的制作方法

 

技术领域

本发明涉及一种台阶模板的制作方法，属于材料制造和加工领域，具体涉及PCB制造领域中一种PCB面和印刷面均具有凸起台阶（up step）的印刷用掩模板的制作工艺。

 

背景技术

随着我国电子行业迅速的发展，模板印刷工艺在电子制造业也得到应用，SMT印刷就是典型。在电子产品制造过程中要把电子元件和PCB焊接起来，需要先把锡放在PCB上，而PCB上有成百上千的焊盘需要上锡，每个焊盘的位置都对应着电子元件，要把需要上锡的焊盘一次性精准的上好锡最好的方法就是印刷。在电子制造业里通常用的方法是制作一块有无数小孔的不锈钢片，每个孔都对应着一个需要上锡的焊盘，然后把不锈钢片贴在绷好的网纱上，网纱贴在印刷模板网框的底面上。

印刷模板是用来印刷锡膏的模具，目前一般采用钢网。而传统工艺通过激光切割技术制作的钢模开口精度不能达到要求，板面质量也不够高。而电铸镍掩模板则存在板面易形成针孔、糙点，且溶液不稳定，成本高，能耗大等缺陷。

化学蚀刻的模板是模板制作的主要类型。它们成本最低，周转最快。化学蚀刻的不锈钢模板的制作是通过在金属钢片上曝上感光膜、用销钉定位感光工具将图形曝光在金属钢片两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属钢片。蚀刻模板本身的缺陷和加工难度决定了蚀刻模板逐渐退出市场。而蚀刻工艺则主要应用于阶梯模板。 

对于开口的形成，其主要形式是电铸和激光切割，随着激光切割技术和设备的发展，再加上电抛技术，激光切割所形成的开口也很接近于电铸般孔壁光滑，再加上其周期短、良率高等特点，激光切割模板占世界模板的80%以上。

PCB行业的发展不仅仅局限于平面模板，现有PCB行业发展迅速，一些有特定要求的位置需要凹形部位，如埋入凸块连印制板。所制备的三维金属掩模板具有与基板完全相同的三维凹凸结构，以保护基板表面相应的凹凸部位，以及在使用所制备的三维金属掩模板转移时在基板表面凹凸区域边缘处，掩模开口能够与基板紧密接触、从而精确对位。同时制作具有与PCB板上凹凸形状相对应的金属掩模板是以后未来的发展趋势。焊盘上的锡膏是否平整、均匀、用量是否适当将直接影响电子元件SMT的效果，特别是有精密电子元件焊盘和热压手指时，对印刷模板要求更高。

如何开发出一种比普通钢网制作的印刷模板甚至是金属镍印刷模板，性能更加优异的新产品，且具有精确深宽比和开口质量好的凹凸部位至关重要。

 

发明内容

本发明旨在解决以上技术问题，发明一种台阶模板的制作方法。利用此制作工艺制作而成的金属模板，印刷面及PCB面具有凸起台阶（up step），且凸起台阶（up step）区域的图形开口与基板开口具有较高的对位精度。

一种台阶模板的制作方法。其具体工艺流程如下：

基板处理（裁剪）→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→双面曝光→双面显影→蚀刻（PCB面、印刷面具有凸起台阶区域（up step））→褪膜→前处理（除油、酸洗）→激光切割（平面区域开口和凸起台阶区域（up step）的开口）

具体的说，各步骤的具体工艺流程为：

（1）基板处理：选择不锈钢、纯金属镍、镍铁合金中的一种作为基板材料，并将基板裁剪成所需要的尺寸；

（2）前处理：将裁剪好的金属片进行除油、酸洗后，两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与金属片的结合力。

优选地，前处理工艺参数如下：

除油时间	1～2min
		酸洗时间	1～2min
喷砂时间	2～3min
		压力（pis）	2～5

（3）贴膜：选择附着力高的干膜，防止严重侧腐蚀现象发生，避免由此产生的位置精度问题。选择好干膜后，进行双面贴膜；

（4）双面曝光：双面曝光，曝光区域为印刷面和PCB面的凸起台阶区域，曝光后的干膜作为后续蚀刻工艺的保护膜，避免基板被腐蚀液侵蚀。

（5）双面显影：未曝光干膜通过双面显影工艺清除，显影后进行显影检查，要求无掉膜、蹭膜、显影未尽等现象。

优选地，曝光显影的工艺参数如下：

基板尺寸（mm）	570*570
		曝光量（mj）	100～300
曝光时间（s）	300～600
		双面显影1时间（s）	120～180

（6）蚀刻：通过贴膜、曝光、显影后的基板送入卧式双面蚀刻机内，通过上下喷淋的方式将蚀刻液喷淋到基板的上下表面，在无曝光干膜的基板表面产生化学反应，刻蚀掉一层金属片，这样就在印刷面及PCB面上形成了凸起台阶区域，如图3、4中的4所示。

优选地，蚀刻工艺参数如下：

蚀刻液比重	1.30～1.50
		Fe3+浓度（g/L）	100～300
pH	1.4～1.8
		温度（℃）	50～60
压力（pis）	10～20
		蚀刻速度	8～20Hz

（7）褪膜：蚀刻完成后，将保护膜清洗褪除；

（8）前处理：将裁剪好的金属片进行除油、酸洗，其工艺参数与步骤（2）中的参数相同；

（9）激光切割：将金属网板清洗干净后上激光切割台，在凸起台阶区域及基板平面区域切割开口，激光切割具体步骤如下：

a.  将上述工序制作后的基板绷紧后放在切割基台上；

b．调整好切割参数，调整好激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在印刷面；

c．通过激光切割头发射出激光，在基板表面的开口区域进行切割。

优选地，激光切割的工艺参数如下：

切割速率（孔/小时）	10000～20000
		能量（mj）	400～1000
气体压力（MPa）	0.5～5
		电流（mA）	500～1000
激光频率（Hz）	6000～8000
		直线切割速度（cm.min-1）	100～200

本专利发明的兼容手动及半自动SMT网板测量设备，与以往SMT网板测量设备相比，有以下明显改善：

（1）能够制作PCB面、印刷面具有up step的金属模板；

（2）金属网板图形区域的开口质量好，孔壁光滑，无毛刺、锯齿等不良现象；

（3）金属网板的开口图形区域的位置精度高；

（4）金属网板厚度均匀性好，均匀性COV在10%以内。

 

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1.印刷面up区域的开口剖视图

1-PCB基板

2-模板

3a-焊接基台

3b-焊接基台

4-平面开口

5-印刷面up区域

6-印刷面up区域的开口

7-印刷面

8-PCB面图

图2. PCB面up区域的开口剖视图

1-PCB基板

2-模板

3a-焊接基台

3b-焊接基台

4-平面开口

5-PCB面up区域

6-PCB面up区域开口

7-模板印刷面

8-模板PCB面

图3. 模板印刷面up示意图

1-模板

2-模板平面开口

3-模板印刷面up区域

4-模板印刷面up区域开口

5-模板印刷面

图4. 模板PCB面up示意图

1-模板

2-模板平面开口

3-模板PCB面up区域

4-模板PCB面up区域开口

5-模板PCB面step 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本法名的具体的工艺流程以及本发明中工艺流程中的注意问题将在以下叙述中更加详尽。

一种台阶模板的制作方法。其具体工艺流程如下：

（1）选择不锈钢、纯金属镍、镍铁合金中的一种作为基板材料，并将基板裁剪成所需要的尺寸；

（2）将裁剪好的金属片酸洗、抛光后，进行两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力；

（3）同时，本发明必须选择附着力高的干膜，防止严重侧腐蚀现象发生，避免由此产生的位置精度问题；

（4）选择好干膜后，进行双面贴膜；

（5）双面贴膜后双面曝光，曝光区域为印刷面和PCB面的凸起台阶区域（图1、2中5），曝光后的干膜作为后续蚀刻工艺的保护膜，避免基板被腐蚀液侵蚀；

（6）未曝光干膜通过双面显影工艺清除，显影后进行显影检查（是否掉膜、蹭膜、显影未尽等现象），若无问题进入蚀刻up step的工序；

（7）通过贴膜、曝光、显影后的基板送入卧式双面蚀刻机内，通过上下喷淋的方式将蚀刻液喷淋到基板的上下表面，在无曝光干膜的基板表面产生化学反应，刻蚀掉一层钢片，这样就在印刷面及PCB面上形成了凸起台阶区域（图3、4中4）。

（8）蚀刻完成后，将保护膜清洗褪除，清洗干净后上激光切割台，在凸起台阶区域及基板平面区域切割开口，激光切割具体步骤如下：

a.将上述工序制作后的基板绷紧后放在切割基台上；

b.调整好切割参数，调整好激光切割头的纵向高度，使其激光焦点落在印刷面；

c.通过激光切割头发射出激光，在基板表面的开口区域进行切割。

这样就制作出如图3、4所示的台阶模板，而该种印刷模板的印刷过程如图1、2所示，印刷面具有凸起台阶，其作用主要为在印刷过程中增加印刷材料的印刷量，用于大元件的焊接，图1中的6所示。而PCB面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板凹陷区域进行材料印刷，如2中的6所示。

根据以上步骤进行材料的加工，选择不锈钢、纯镍、镍铁合金中一种的作为基板材料，采用以下优选的工艺参数，可制备得到高质量、高尺寸精度的模板。

前处理工艺参数：

除油时间	2min
		酸洗时间	2min
喷砂时间	3min
		压力（pis）	4

曝光显影的工艺参数：

基板尺寸（mm）	570*570
		曝光量（mj）	200
曝光时间（s）	400
		双面显影1时间（s）	160

蚀刻工艺参数：

蚀刻液比重	1.40
		Fe3+浓度（g/L）	200
pH	1.6
		温度（℃）	55
压力（pis）	15
		蚀刻速度	15Hz

激光切割的工艺参数：

切割速率（孔/小时）	15000
		能量（mj）	600
气体压力（MPa）	3.5
		电流（mA）	800
激光频率（Hz）	7000
		直线切割速度（cm·min-1）	150

经以上工艺参数制备得到的网板， PCB面、印刷面具有up step的金属模板；金属网板图形区域的开口质量好，孔壁光滑，无毛刺、锯齿等不良现象；金属网板的开口图形区域的位置精度高；金属网板厚度均匀性好，均匀性COV在10%以内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种台阶模板的制作方法，

其工艺流程如下：

基板处理（裁剪）→前处理（除油、酸洗、喷砂）→贴膜→双面曝光→双面显影→蚀刻（PCB面、印刷面具有凸起台阶（up step）区域）→褪膜→前处理（除油、酸洗）→激光切割（平面区域开口和凸起台阶（up step）区域的开口）。

2.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，基板材料为不锈钢、纯镍、镍铁合金中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，制备得到的金属网板的PCB面和印刷面均具有凸起台阶（up step）区域。

4.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，制备得到的金属网板具有开口图形，且开口图形分布在凸起台阶（up step）区域和平面区域。

5.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，前处理工艺参数如下：

除油时间 1～2min 酸洗时间 1～2min 喷砂时间 2～3min 压力（pis） 2～5

。

6.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，曝光显影工艺参数如下：

基板尺寸（mm） 570*570 曝光量（mj） 100～300 曝光时间（s） 300～600 双面显影1时间（s） 120～180

。

7.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，蚀刻工艺参数如下：

蚀刻液比重 1.30～1.50 Fe³⁺浓度（g/L） 100～300 pH 1.4～1.8 温度（℃） 50～60 压力（pis） 10～20 蚀刻速度 8～20Hz

。

8.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，激光切割的工艺参数如下：

切割速率（孔/小时） 10000～20000 能量（mj） 400～1000 气体压力（MPa） 0.5～5 电流（mA） 500～1000 激光频率（Hz） 6000～8000 直线切割速度（cm.min^-1） 100～200

。

9.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，PCB面为印刷时，台阶模板与PCB基板接触的一面。

10.根据权利要求1所述的台阶模板的制作方法，其特征在于，印刷面为印刷时，台阶模板与刮刀接触的一面。

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