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丝印埋电阻的开发及样板制作
摘 要:本文通过研究,发现不锈钢丝网在印刷埋入式电阻油墨方面具有比较稳定的特性,能够保证到电阻值在一个稳定受控的范围波动,这为解决信号质量问题提供了有力的帮助;另外,还在实践中摸索出了比较系统的丝印埋电阻设计和制作规范,对生产有很大的指导意义;该工艺具备批量生产的可行性,填补了国内空白。
Abstract: In this paper, through research and found that stainless steel screen mesh embedded resistancs in the printing ink, has a relatively stable characteristics of the resistance value to ensure stability in a range of controlled volatility, which to resolve the signal quality to provide a powerful help; In addition, also the practice of systematically explored the screen printing embedded-resistance design and production standards of production have great guiding significance; the process with the feasibility of mass production, filled the gap in China.
关键词:丝印、埋电阻、不锈钢网、精度控制、补偿
Key words: Screen printing embedded-resistance stainless steel screen mesh pricision control conpensation
一、 前言
随着电子产业的飞速发展,电子产品中采用内部埋入元件PCB也在迅猛发展,根据Motorola的实验报告显示,如果在产品的设计上采用埋入式被动组件技术,可减少40%的电路板面积,并且可缩短布线长度提高产品的构装效率;进入21世纪以来,埋入式元件PCB的生产已经开始起步,世界厂商也就此做着各种技术储备,并抽调精干技术人员进行试验,也有专家预测该技术会成为一种未来技术,埋电阻工艺便是在这一背景下被应用于PCB的设计,丝印埋电阻与蚀刻埋电阻相比,其工艺复杂、精度控制能力较差,但价格低廉,可大幅度的降低埋电阻成本,被视为具有广泛的市场前景而倍受PCB厂家及下游客户重视,目前较知名的PCB企业已着手研究丝印埋电阻工艺,我司立足技术领先,在前期前瞻性研究的基础上,与客户合作对该工艺进行全面研究并进行样板制作。
图一:埋电阻示意图
二、 工艺流程
1. 产品设计信息
产品板共设计了11类共843个电阻,分别埋在20层板的第2和第19层,在图形上有纵横交错两种方式,不管是电阻尺寸的大小还是电阻的排布难度都很高;整体板厚2.4mm,板尺寸16〃×18〃,单元尺寸5〃×6〃,电阻层铜厚Hoz。
图二:产品设计信息
2. 工艺流程
子板层压:开料→内层干膜→内层冲孔→AOI→黑化→层压→锣板边
母板层压:
内层干膜→内层冲孔→沉银→丝印埋电阻油墨1(1000欧姆) →预烘→丝印埋电阻油墨2(50欧姆)→后烘→棕化→层压 →钻孔→沉铜/板电→外层图形→图电/蚀刻 →阻焊→成型→电测→OSP→FQC→F Audit→包装出货
3. 关键工具、材料
工具
(网版)
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网纱类型
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聚酯丝网
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不锈钢网
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目数(目)
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200
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225
|
200
|
325
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||
丝径(um)
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48
|
40
|
30
|
28
|
||
开口率
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39%
|
33%
|
58%
|
41%
|
||
过墨量(cm3/cm2)
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28
|
25
|
35
|
26.4
|
||
材料
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Asahi TU-50/1000-08埋电阻油墨
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—
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三、难点分析
1.原理分析
电阻的计算公式为:R=ρ×L /(W×H),对于规定厚度的方阻计算公式为:R=R◇ ×L /W ;其中R 代表电阻值,R◇代表方阻值 ,L代表电阻长度,W代表电阻宽度;方阻定义为:当电阻材料相同,电阻厚度相同时,单位面积的正方形区域,其阻值是相同的。由定义可知,方阻值除与材料性能有关外,还与电阻厚度有关;从上面的公式中可知,影响电阻值的因素有电阻长度L、电阻宽度W、电阻厚度T。
采用丝印方法来制作埋电阻,最大的制作难点为电阻的命中能力和稳定性。如果要得到重复稳定的电阻值,除对电阻的长、宽、厚进行严格的控制外,还必须考虑丝印机的机台平整度、网版平整度、对位精度、丝印参数、晒网质量等因素。这就是影响电阻的第4要素——丝印精度,下面就影响电阻四要素进行分析。
影响因素 分类
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电阻油墨长度L
|
电阻油墨厚度T
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电阻油墨宽度W
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丝印精度
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主要因素
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两铜PAD设定距离
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丝印次数
网纱目数
油墨粘度
间接菲林厚度
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丝印次数
网纱目数
油墨粘度
丝印网菲林补偿
晒网角度
|
丝印对位精度
丝印台平整度
网版平整度
刮刀平整度
网版晒网质量
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次要因素
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线路菲林补偿量
蚀刻参数
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丝印压力
丝印速度
刮刀倾角
网版离板距离
|
丝印压力
丝印速度
刮刀倾角
网版离板距离
间接菲林厚度
|
——
|
表一:电阻影响因素分析
1) 丝印长度L
油墨电阻长度为两个连接铜PAD之间的间距,在内层图形转移工序形成,因此需确定内层曝光线路菲林上电阻长度(两连接铜PAD的间距)的合适补偿量。对于半盎司铜箔,按公司目前标准单边补偿0.4mil
2) 丝印厚度T
油墨电阻的宽度及厚度在丝印时形成,影响丝印的电阻宽度及厚度的因素主要为网版制作参数和丝印参数,如网纱目数,丝印次数,电阻线宽补偿,油墨粘度等。丝印厚度首先取决于丝网的开口率,在相同开口率的情况下,丝径越小其丝印精度越高,图三所示,丝径和开口是组成丝网的两元素,开口决定下油的多少,丝径决定毛边的大小、下油的均匀性;在开口一定的情况下,下油量和油墨粘度的关系最大,电阻油墨在若干次重复使用后,其溶剂会逐渐挥发,粘度会变大,因此须想办法把油墨粘度控制在一定的范围;
丝径 |
开口
|
下油
|
图三:丝网示意图
3) 丝印宽度W
用丝印方法来丝印埋电阻,电阻边缘会成锯齿状,不规则的边缘会对阻值产生影响,丝印网纱除采用直拉网方式外,还需对晒网菲林进行预先补偿,不同宽度电阻的菲林补偿值:
电阻宽度
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W<20 mil
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20mil≤W<30 mil
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30mil≤W<40 mil
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W≥40 mil
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电阻排列方向
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横向
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竖向
|
横向
|
竖向
|
横向
|
竖向
|
横向
|
竖向
|
菲林补偿量mil
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+1.5
|
+1.5
|
+1.2
|
+1.2
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+0.6
|
+0.6
|
0
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0
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4) 丝印精度
为确保丝印的精度,需在板四个角设计丝印定位和检查PAD,如下图所示,内环PAD直径为0.12inch,外环直径为0.128inch,单边大4mil,外环以外为印油墨区域,在丝印时,只要油墨没有上PAD,便可判定丝印精度在±4mil以内,符合要求 |
另外,装网版时用间隙规测量丝印台与网版的间距,保证网版与丝印台平行并且网距均为5mm(钢网为2mm);并用间隙规测量刮刀水平,保证刮刀各位置到网版的距离相等,且丝印时下压高度控制在8-10mm;
2.网纱类型选择
丝网成本低、制作简单、耐印性能好,钢网丝径小、下油性能好、张力大、稳定性好,更适合制作对精度要求高的产品,为确定合适的网版,本研究选定了以下四种网纱进行对比试验。
网纱类型
|
聚酯丝网
|
不锈钢网
|
||
目数(目)
|
200
|
225
|
200
|
325
|
丝径(um)
|
48
|
40
|
30
|
28
|
开口率
|
39%
|
33%
|
58%
|
41%
|
过墨量(cm3/cm2)
|
28
|
25
|
35
|
26.4
|
材质性能
|
不锈钢网
|
聚脂丝网
|
||
抗张强度
|
极高
|
高
|
||
尺寸稳定性
|
极佳
|
中等
|
||
耐磨性能
|
极佳
|
中等
|
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弹性及伸长率
|
差(伸长0.1%)
|
佳(伸2%)
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纤维粗细
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细
|
粗
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耐印次数
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20000次
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40000次
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价格
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最高
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中等
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控制参数
网版制作
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丝印参数
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网纱
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200、225目聚酯丝网
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网版离板距离
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4-6mm(聚酯丝网)
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200、325目不锈钢网
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2-3mm(不锈钢网)
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网张力
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14-18N/cm(聚酯丝网)
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刮刀硬度
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75度
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20-30N/cm(不锈钢网)
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毛细菲林
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30um
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丝印气压
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5kg/cm2
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上浆次数
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2次/遍,共三遍
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丝印速度
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3m/min
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拉网方式
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直拉网
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丝印刀倾角
|
5度
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晒网方式
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与网纱平行
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丝印刀下压深度
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8-10mm
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胶刮
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刀面平整完好
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丝印次数
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一刀
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回油方式
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自动回油
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钢网处理
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与板接触位置贴胶带
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预烘参数
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120℃×20min
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后烘参数
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120℃×20 min +150℃×20 min +170℃×60 min
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不同网纱丝印电阻的效果,在成品过回流焊接后测量电阻数据,按均匀性和是否满足公差要求进行分析,最终确定哪种网纱更适合;电阻L/W采用了1:5、1:1、5:1三种,电阻长宽分别为:15mil/75mil、20mil/20mil、25mil/25mil、30mil/30mil、100mil/20mil、125mil/25mil、150mil/30mil、175mil/35mil、200mil/40mil;采用50欧姆的方阻来印,对每种网纱进行对比。
1)200目(77T)聚酯丝网