碳膜印制板制造技术

网址：地址：深圳市南山区南海大道现代城B栋805室电话：[phone]传真：[phone]联系人：Email：[e-mail]第十四节碳膜印制板制造技术作者：福建闽威电路板实业有限公司朱民1．概述在印制电路板制作电路的方法，昀普通的有减成法及加成法两种。加成法都用无电解或电镀铜来生成电路，利用导电性油墨的方法是加成法的一种，以导电性油墨来制作导线，印刷于绝缘体上生成，用这种方法比较容易，有效地制成各种形状的印制电路。碳膜印制板的生产工艺是组合了减成法和加成法的印制板制造方法。目前碳膜印制板在应用的领域方面已有了突破性的进展，特别是在电功率较小的电子产品上得到了广泛的应用，而且作为印制路板上永久性的导电涂层，已被许多电子整机设计师们所采纳，并加以推广。2．碳膜印制板的生产工艺特点碳膜印制板，随着电子工业的飞速发展，常用电器、仪表工业趋向多功能化及微型化而逐步被采用。如：电视机、电话机、电子琴、游戏机、录像机等。其新的技术、新的功能不断开发被采用，电脑键盘、卡片式计算机器、微型收录机、电子测量器和SMT的电子领域也开始选用，而使其身誉提高，需求量扩大。碳膜印制板，采用简单的网印工艺，在单面印制板上复加一层或二层导电图形，而实现高密度的布线，印刷的导电图形除作互连导线外，还作为电阻、按键开关触点和电磁屏蔽层等，如图1所示，适应了电子产品的小型化、轻量化和多功能化的发展趋势。图1碳膜印制板的结构此工艺的特点，具有以往孔金属化印制板及单面印制板两方的优点，形成一种无互连孔的单面双层印制板；简化了孔金属化印制板的生产工艺，通过网印直接印刷就能实现，易掌握；重量轻，能实现薄型化，即使酚醛纸板也能够使用；零（部）件安装孔也可以冲裁加工；适应大批量生产，缩短了生产周期，生产成本，无三废污染。碳膜印制板，能使双面孔化板的生产周期缩短三分之二；整机体积缩小四分之一至三分之一；整机装配效率提高百分之三十；生产成本下降三分之一，而使得更多的双面孔化板或简单的多层印制线路板向着碳膜印制板生产方式转化。就碳膜印制板的技术规范而言，IEC1249-5-4中有关于导电涂层的一些技术说明；日本的日立、东芝、松下等著名公司，也有对碳膜印制板制定出一些技术规格；一些油墨制造商，如高氏、田村、埃奇森、朝日等也有导电印料的技术条件；但这些仅是一些简单说明和介绍；1998年我国电子行业颁布的SJ/T11171-98网址：地址：深圳市南山区南海大道现代城B栋805室电话：[phone]传真：[phone]联系人：Email：[e-mail]《无金属化单双面碳膜印制板规范》标准对碳膜板的技术条件和测试方法进行了较为全面的论述。3．碳膜印制板的技术要求碳膜印制板技术要求和试验项目试验项目单位处理条件标准值碳导体厚度和公差mm常态0.010~0.025碳导线的昀小宽度mm常态0.3+-0.15碳导线的昀小间距mm常态0.40+-0.15常态30Ω/232℃,5c,二次10%65℃,85%RH,500hr20%方阻Ω/65℃,85%RH,1000hr,50VDC20%施150g力100232℃,5s,二次10%65℃,85%RH,500hr20%接触电阻Ω/点65℃,85%RH,1000hr,50VDC15035℃,90%RH,24hr,100VDC1.0×101065℃,85%RH,500hr1.0×108表面绝缘电阻Ω65℃,85%RH,1000hr,50VDC1.0×10835℃,90%RH,24hr,100VDC1.0×10965℃,85%RH,500hr1.0×108层间电阻Ω65℃,85%RH,1000hr,50VDC1.0×108耐电压V常态，AC250V,1main无击穿试验项目单位处理条件标准值涂层硬度H常态3H粘拉三次无脱落涂层附着力232℃，5s,二次5倍放大镜耐热性（浮焊）260℃+5-0℃,5s无异常耐化学性三氯乙烷三氯甲烷三氯乙烯煮沸1分钟静置24小时后观察结果无异常阻燃性S常态94V-0贮存性Months室温3耐磨性次1.2±0.4N,50万次10%4．碳膜印制板制造工艺4.1．生产技术准备：NC程序编制模具设计模具制作原图修审→→原图制作→→铝板试样、试小样（3）M1：1照相（1）夹具设计夹具制作→用户认定→修正拼版→试大样（4）→质量确认→制网版（5）网址：地址：深圳市南山区南海大道现代城B栋805室电话：[phone]传真：[phone]联系人：Email：[e-mail]4.2．制造工艺基板落料→冲（钻）定位孔→表面清洗→图形层印刷（6）→固化蚀刻（7）→去膜→表面清洗→镀镍→镀金→阻焊印刷（8）→固化（9）→绝缘隔离层印刷（a）→固化→绝缘隔离层印刷(b)→固化→反面标记印刷→固化→碳质导电层印刷（10）→固化→表面清洗→标记和保护膜印刷（11）→固化→冲孔落料（12）→电气检查→｛V槽切割（13）→印可剥胶→固化→表面处理（14）→成品检验（15）｝（防氧化处理）→包装入库注：（1）~(15)为质量控制点5．影响碳膜印制板生产质量的因素5.1图形设计影响碳膜印制板的制作是采用加成法工艺，其绝缘内层和导电涂层的制作是运用丝网印刷法，连接盘叠连接盘，达到上下层线路贯通联接作用。这样它的生产只需在单面印制板的生产工艺基础上附加二层印刷图形，使其共有六层印刷图形：（a）导电线路图形；(b)阻焊图形；(c)绝缘隔离层图形；(d)反面标记图形；(e)导电层图形；(f)正面标记及掩膜图形。给图形设计的一致性，带来一定的困难。5.1.1．导线的设计，首先必须遵守单面印制板线路设计的原则，同时还应注意的是：●切除碳膜连接的盘点以增加间隔；●间隔要参考线宽；●使用有效的间隔；●间隔优于直接导通；●使用昀短的实际电路路径；●导体经过接点时必须保持等距离；●导电涂层线路应尽量宽，尽量短等。5.1.2．绝缘隔离层的设计，一般采用以下两种方法：●条块状的隔离方法，进行双层导线间的隔离，有着节省材料，降低制作成本等特点，但容易忽略导电层四周的易联点，而构成短路。●全板面的绝缘隔离层，可弥补这一缺点。5.1.3．键位设计，一般的键位都是依据产品要求而设计的，但不规范，为了保证键位可靠，推荐如下规则：图2所示：图2按键的接点●键位中任意一条导线，间隙的一致。网址：地址：深圳市南山区南海大道现代城B栋805室电话：[phone]传真：[phone]联系人：Email：[e-mail]●键位与触点的有效接触面积50％；●键位下的导线尽可能避离。5.1.4定位孔的设计。碳膜印制板有着六层以上图形网印，在生产中，每层定位重叠，必然会造成定位图形模糊，使网印中无法把握对位，从而较难保证网印冲切的精度。采用边线及增加外框网印定位孔新方法分级进行印刷定位，区分以往的网印、冲孔定位一孔法，保证加工精度，也可采用后封网孔的办法，采用一孔法。5.2．网印材料的选择5.2.1绝缘隔离层的印料选择绝缘隔离层是对跨接线起着支撑和绝缘作用的印刷层，这层的品质好坏，将直接反映出产品质量，绝缘层印料的选择原则，具有较高的绝缘性；优良的三维空间网印性和密着性；油墨T1(Thixotropy,触变性)值在1.0~1.2较适宜，同时还应注意隔离层与导电涂层的结合力。一般选择酚醛体系的绝缘层印料。5.2.2碳质导电印料的选择碳质导电层有着较低的表面接触电阻，而呈现出良好的导电性能；较小的磨擦系数，而能承受更多的磨擦次数；较高的化学稳定性，不与酸碱反应；在光和温度作用下也不会发生变化，而提高了产品的贮存寿命；同时还具备良好的遮盖力和附着力，因此能替代金、银等贵金属镀层。碳质导电印料，选择碳墨为主要成份，碳墨粒子的形状是近似球形的胶体粒子，石墨化的碳墨含碳量高，电阻率较低，导电率高，而且其粒子的表面积很大，产生的吸附作用就强；由于其微小的颗粒，使其分散度增加，因而电阻减小，导电率提高，表面积增大，耐磨性增强。5.3生产工艺的控制5.3.1网印工艺方法的控制：必须控制阻焊层、绝缘层和导电层的网印速度，放慢印刷节奏使得涂层均匀而致密，还应注意网印方向与导线走线，为了区分二层绝缘层网印应选择180O方向的对换网印，而使得隔离层平坦而致密。以下是几种网印阻焊层和隔离层的网印顺序，可以按具体生产情况加以选择：●隔离层→隔离层→固化→阻焊层→固化；●阻焊层→固化→阻焊层→固化→隔离层→固化；●阻焊层→固化→隔离层→固化→隔离层→固化。刮板选择：聚胺酯橡胶，肖氏硬度65~700；网版：则采用直接间接法的制版新技术，弥补直接法对版膜的厚度不匀，间接法的使用寿命不足的弱点。丝网的网目应控制在150~250目之间，膜厚宜控制在25~50μm。5.3.3．固化条件对方阻的影响。一般固化温度高，方阻值愈低；固化时间愈长，方阻值也愈低，优选的工艺条件，在不影响基材等其它性能和使用要求的前提下，选择合适的工艺温度和时间，但必须考虑固化的抽风装置，这对碳膜方阻起着重大的作用。5.3.4．冲切工艺的影响。碳膜印制板制造工艺，不宜选择单面线路板制成冲切后，再进行网印导电，这样带来的后果：(a)板面污染严重，影响导电层的附着力；(b)板面易氧化，增大导电层的接触电阻；(c)生产周转线路长，绝缘层易划伤，短路增加；（d）不利于流水线生产。改进的方法，宜从工艺、模具、夹具上着手，改变导电层网印与冲切的顺序，模具的上模需开盲位，将碳膜层压合部位避开，保证产品的质量。5.3.5．表面处理工艺的影响。导电层的线路和触点，是沟通上下内层线路的连线，同时键位与导电橡胶的接触，是沟通外线路的连接，为了保证键位表面的清洁，防止焊剂或其它杂物污染键位。在生产中，一般采用胶带加以保护。由于胶带受热再冷却，胶粘剂转移严重，使得信号发射产生错位和续发，影响使用；可采用无胶粘薄膜，作为键位的保护，才能妥善解决这类质量问题；也可选择化学处理结合机械抛洗，再网印助焊剂方法，但机械抛洗易擦伤导电层，化学的清洗方法无法洗净导电层孔隙中的物质，使导电层阻值增大，结合力下降；较好的方法可采用网印可剥性印料，或粘贴胶粘剂不转移的胶带进行键位和线路网址：地址：深圳市南山区南海大道现代城B栋805室电话：[phone]传真：[phone]联系人：Email：[e-mail]的保护，然后再进行表面处理；也有进行水溶性防氧化剂直接浸涂。作为碳膜印制板本身固有特点，限制了其焊接方式，阻值不能无限制的低，从而也决定了其只能作为导电辅助层。由于制造成本的低廉及制作周期短，促使了许多电子设计师去开辟这一领域和市场。碳浆贯孔印制板的生产，单面多层碳膜板的生产，已逐渐形成了规模。6.常见故障及纠正方法序号故障产生原因纠正方法1碳膜方阻偏高1、网版膜厚太薄2、网目数太大3、碳浆粘度太低4、固化时间太短5、固化抽风不完全6、固化温度低7、网印速度太快1、增大网膜厚度2、降低选择的网目数3、调整碳浆粘度4、延长固化时间5、增大抽风量6、提高固化温度7、降低网印速度2碳膜图形渗展1、网印碳浆粘度低2、网印时网距太低3、刮板压力太大4、刮板硬度不够1、调整碳浆粘度2、提高网印的网距3、降低刮板压力4、调换刮板硬度3碳膜附着力差1、印碳膜之前板面未处理清洁2、固化不完全3、碳浆过期4、电检时受到冲击5、冲切时受到冲击1、加强板面的清洁处理2、调整固化时间和温度3、更换碳浆4、调整电检时压力5、模具是否在上模开槽4碳膜层针孔1、刮板钝2