第七章丝网印刷工艺

第七章丝网印刷工艺丝网印刷工艺丝网印刷是一门古老的技术。丝网印刷的基本原理是：丝网模板的部分网孔能够透过油墨，漏印至铜箔表面；模版上其余部分的网孔被堵死，不能透过油墨，在铜箔表面形成空白，从而在铜箔表面形成电路等图像。印刷年画丝网印刷的特点：成本低、操作简便、生产效率高、印料种类多等；不足之处是网版的耐印力差，线路的还原性不好；广泛应用于印制电路和厚膜集成电路的制造。丝网印刷的主要内容：第一节丝网准备第二节感光制版第三节印料第四节丝网印刷工艺第一节丝网准备一、丝网的一般知识1、术语（1）丝网目数：丝网目数指的是每平方厘米丝网所具有的网孔数目。工程上常用每厘米或每英寸的开孔数表示，符号M。M=L/(D+O)L－计量丝网目数的单位长度，采用公制计量单位为１厘米，采用英制计量单位为１英寸。D－线径单位：微米O－开度单位：微米（2）丝网厚度：丝网厚度指丝网表面与丝网底面之间的距离，单位微米，符号T。一般网厚等于线径的两倍。（3）丝网开度：丝网开度表示的是网孔宽度。用网的经纬两线围成的网孔面积平方根来表示，单位微米，符号O。（4）丝网开口率：丝网开口率指的是单位面积的丝网内，网孔面积所占的百分率，符号OR。OR=O2/(D+O)2=O2/(L/M)2=(O×M/L)22、丝网种类（1）丝绢丝网属于多丝织品，最早用于丝网印刷。其特点是耐水性强，与感光胶膜的结合性好，耐磨性和耐化学药性差，成本较高。（2）尼龙丝网属单丝织品。由尼龙6或尼龙66化纤单丝组成，具有很高的强度及耐水，耐蚀，耐磨性，使用寿命长，表面光滑，透墨性及回弹性好，有适当的柔软性。（3）聚酯丝网有单丝和多丝两种，常用单丝。优点：耐高温，物理性能稳定，拉伸性小，弹性强，吸湿性低，几乎不受湿度影响。耐溶剂，耐药品性特别是耐酸性均强，使用寿命长，是目前比较好的丝网网材，价格便宜。缺点：通孔(透墨)率小于尼龙丝网，由于其疏水性，对感光材料粘着力较差。（4）不锈钢丝网优点：尺寸稳定性极好，丝径细，开度大，透墨性好，耐磨性强，耐热耐化学腐蚀性好，适用于热溶性印料印刷。缺点：回弹性差(几乎没有弹力)，受外力易折伤及松驰，伸长后不能复原，价格贵，成本高，适合于高精密度线路板的印刷。（5）镀镍聚酯丝网一种在单丝聚酯网上镀一层厚度2~5微米的金属镍而制成的网。它具有了聚酯网图和不锈钢网的优点，能制得高张力，低伸长的网版，克服了金属网因金属疲劳而松弛和聚酯网与模版结合力差等缺点。具有良好的版膜粘附性、回弹性，耐磨性和透墨性，导电性好，能抗静电效应，适合于高精度丝印。（6）防静电丝网一种以导电性石墨为线芯的特殊丝线为织物的丝网。用它制版不会产生原来由于刮板和丝网摩擦而在网版上产生静电的现象。这种网版印刷不会吸附灰尘，油墨也不会发生渗化，图形清晰。（7）压平丝网压平丝网是将丝网的一面压平而制得，其厚度为一般丝网的70％。由于表面平滑，厚度薄，其印刷效果好于目数相同的一般丝网。这种丝网表面平滑，油墨透过性好，与刮板摩擦小，耐印性高，特别适用于紫外线固化型油墨，能获得很薄的油墨层，节约了油墨，降低了成本。只是在绷网时需要注意，让压平面面向刮板一侧。（8）带色丝网丝网在用直接法制版时，很容易产生光晕。这种现象产生的原因，是曝光时丝网材料对光线的漫反射。为防止产生这种现象，我们采用带色丝网。（9）镍箔穿孔网镍箔穿孔网不是编织网，而是箔网，是由镍箔钻孔而成，也可以用电解法制成。整个网平整、厚薄均匀，极大地提高了丝印的稳定性和精密性，它是所有丝网中尺寸稳定最好的。3、丝网的选择（1）有一定的抗张强度，伸缩性要小，回弹性要好。（2）网孔大小均匀，以保证印刷时漏墨量均匀。（3）稳定性要好，受温湿度及拉力影响，缩小率及延伸性要小。（4）耐磨擦性要好，以保证较高的耐印力。（5）网线光洁，透墨性好。（6）对各种溶剂及化学品耐抗性好，物理性能不降低。（7）分辨率能满足产品要求。（8）选用的丝网必须与油墨相匹配。（9）具有良好的经济效益。丝网的性能参数二、网框准备1、网框材料（1）木质网框材料可以是红松，柏木和硬质木材。它具有制作简单，重量轻，操作方便，价格低等优点。但是由于在感光制版过程中，吸水变形，已被金属网框所取代。（2）金属网框金属网框大都采用中空铝框，个别情况下用铸铝框和钢铁框。中空铝合金网框具有操做轻便、强度高、不易变形和生锈、耐溶剂性和耐水性强、美观等优点。中空铝框分普通铝管型、横向加强筋型和纵向加强筋型，铝管壁厚1.5~2毫米。（3）层压板网框网框采用10~12毫米厚的酚醛或环氧玻璃布板做成。加工简便，性能稳定，但较重，个别情况下才使用。2、网框种类根据绷网方式的不同，将网框分成固定式网框和自绷式网框两大类。（1）固定式网框该网框采用绷紧打入固定或粘合固定的方法把丝网固定到网框上。打入法是在网框上将丝网用水打湿，把丝网的经纬方向与框边依次平行地用嵌条打入固定。粘合法是借助绷网机将丝网拉到一定的张力后，用粘结剂粘住网框固定，待其干燥后取下备用。固定式网框示意图（2）自绷式网框它是将丝网自接绷到框架上，由于自绷网框集绷紧装置和框架为一体，可借助“螺丝调节”或“棍式框架”自张绷网。该网框具有“方便、灵活、网版寿命长”等优点，适用于多品种小批量印刷。3、网框选择主要考虑以下5个方面：丝网材料、种类和尺寸；均匀绷网的能力；丝网绷紧的能力；网框的重量；网框的挠性。三、绷网绷网是将丝网拉紧一定的张力固定在网框上。1、绷网前准备按照图像转移的尺寸选好相应的网框，把网框与丝网粘合的一面洗干净。新网框绷网前，应用细砂纸将绷网框面打毛，并用丁酮反复擦洗去油以备使用；旧网框用砂纸摩擦干净，去掉残留的胶及其它物质。在绷网前，预先将清洗后的网框中与丝网接触的面涂一遍胶，并晾干。2、绷网的方法（1）手工绷网一种简单的传统方法，常用于木质网框。通过人工用钉子、木条、胶粘剂等材料将丝网固定在木框上。手工绷网的张力一般能达到要求，但张力不均匀，操作比较麻烦、费时，绷网质量不能得到保证。（2）机动绷网机动绷网使用的是机械式绷网，根据机械类型，又分为杠杆式、丝杠式和齿轮齿条式。机动绷网的最大特点是不需要电力和气源，其绷网质量大大高于手工绷网，可接近气动绷网质量。（3）气动绷网气动绷网采用气动绷网机。气动绷网机以压缩空气为气源，驱动多个气缸活塞，同步推动网夹作纵横方向的相对收缩运动，对丝网产生均匀一致的拉力。根据绷网尺寸的大小，可分别配置12、14、16个网夹。气动绷网机第二节感光制版感光制版是利用感光胶的光化学变化，即感光胶受光照射部分交联硬化并与丝网牢固结合在一起形成版膜，未曝光部分经显影形成通孔，而制成模版。一、直接法1、定义直接法制模版是先把感光胶均匀地涂布在丝网上，经干燥后，直接盖上照相底版进行曝光、显影，得到所设计的电路图像模版。２、特点直接制版的工序少，失真小，操作简便，膜厚可调整，耐印力较高，生产周期较短，分辨率不太高，图像边缘容易出现锯齿状现象。３、工艺流程准备丝网→上感光胶→曝光→显影→检查二、间接法１、定义首先把照相底版与感光膜密合在一起，经曝光、显影形成图像，然后将图像转移到绷框的丝网上，最后再经干燥揭去片基制成版膜，这种制版方法称为间接法。２、特点间接法比直接法做的印版精度高，操作简便，曝光时间短，节省时间，耐印性差，费用高，版膜容易伸缩。３、工艺流程（以碳素纸膜为例）准备工作→敏化→转移至临时片基→曝光→显影→转网三、直间接法１、定义将感光膜片基粘合到网框的网上，经曝光、显影、干燥制成版膜，这种制版方法称为直间接法。２、特点操作简单，制版时间短，分辨率和耐印力都比较高，但费用较高，版膜容易发生伸缩。３、工艺流程（以LS感光膜为例）丝网准备→感光敏化→贴膜→干燥→曝光→显影→干燥→修版第三节印料一、抗蚀印料抗蚀印料是耐化学腐蚀的印料。作用：印制电路中不需处理（腐蚀、电镀、焊接等）的部分预先进行丝印，形成耐腐蚀（或耐电镀、阻焊）膜层。1、耐腐蚀印料耐腐蚀印料是一种耐酸性的抗蚀印料。它分为热固型（或称自干型）和紫外光固化型。（1）热固型绝大多数高分子成膜物质都能经得起各种蚀刻溶液的腐蚀，对印制图形起到保护作用。热固型印料分为水溶性和溶剂型。①碱（水）溶性抗蚀印料此类印料粘度适宜，干燥速度很快，在稀碱水溶液中除去印料既快又好，适用于自动化生产。印料丝网印刷以后，放入100℃远红外烘箱内干燥3分钟左右，抗蚀性很好。印料去除方法：采用5％的稀碱水溶液喷淋或浸泡，均能使印料成块状脱落而很快去除干净。②溶剂型－厚漆类抗蚀印料此类印料价格低，抗蚀性好，透印力强和铜箔粘附力很牢，去除方便，有污染。印料去除方法：用汽油、丙酮等溶剂可以很方便去除。（2）紫外光固型一种较新型抗蚀印料。它在紫外光照射下，线型分子之间发生交联反应而固化。该印料固化时没有溶剂挥发，而且印料不经紫外光照射就不发生变化。印料去除方法：在温度80－85℃的氢氧化钠水溶液中浸泡40－60秒钟，印料自行脱落。2、耐电镀印料耐电镀印料是在印制电路板制造过程中耐电镀图形的抗蚀剂。３、阻焊印料阻焊印料是在成品印制板上印刷的印料。其作用是防止电路腐蚀，防止由于潮湿引起的电路绝缘性能下降，防止焊锡粘附在不需要的部分，防止铜对焊锡槽的污染。这种印料分热固型、紫外光固型和液态感光型。（1）热固型热固型阻焊印料分为单组份和双组份。①单组分热固型阻焊印料此类印料固化温度高，而且固化时间长，不利于自动化连续生产，同时会增大板材的翘曲，加之贮存期短，目前使用不多。②双组份热固型阻焊印料此类印料种类多，有多种颜色。它的贮存期长，但使用寿命短，仅几小时至一周内。（2）光固型阻焊印料光固型阻焊印料又称紫外固化油墨，是在一定波长范围的紫外光照射下，其丝印图像就能迅速发生交联反应而固化的印料。此类印料在使用中粘度不变，网版不会阻塞、干网，吸收紫外光后固化迅速，利于自动化生产。（3）液态感光阻焊印料液态感光阻焊印料的光泽饱满，色彩漂亮，附着力好，成膜致密性好，耐热性、电绝缘性和耐化学性能优良，特别适用于表面安装用印制板等高精密度印制板的可焊性处理，用途越来越广泛。二、字符印料为了装配和维修上的方便，印制板上往往要设计上各种文字、符号。对这些文字、符号采用丝网印刷最为方便。它们大多印在绿油(阻焊油墨)上面，也有单面板直接印在基材上。三、导电印料导电印料是将金、银、铜、碳等导电填料分散在连接料中，用于印制电路、插头、电镀底层、键盘触点、电阻等。１、金粉导电印料金粉导电印料化学性质稳定，导电性能优良，但价格非常昂贵，仅限用于厚膜集成电路制造。２、银浆导电印料大量用于薄膜开关的电路印刷。当承印物为聚酯材料时，可将银粉分散到聚酯树脂连结料中。当印料干燥不透时，电阻值会增加，最好采用远红外干燥机在120~130℃下烘干。3、铜浆导电印料铜比银价格低，但存在容易氧化的缺点。现在多使用经过防氧化处理的铜粉，使用这种印料丝印的电路不容易被氧化，但缺点是一经高温热冲击，就会失去防氧化效果。4、碳浆导电印料碳浆导电印料中使用的填料有石墨、炉法碳墨、乙炔黑和导电槽黑等。多用于薄膜开关电路、键盘触点和印制电阻等。四、印料性能1、粘性：为了得到图象复制的保真度，要求印料必须具有良好的粘性和合适的触变性。粘度是液体的内摩擦，表示在外力作用下，使一层液体在另一层液体上滑动，内层液体所施加的摩擦力。稠的液体内层滑动遇到的机械阻力较大，较稀的液体阻力较小。2、触变性触变性是液体的一种物理特性，即在搅动状态下其粘度下降，待静置后又很快恢复其原来粘度的特性。在刮板前进过程中，印料被搅动，处于流动状态，粘度下降，从而加快印料通过网孔的速度。一旦刮板停止运动，印料回到静止状态，其粘度又