PCB喷墨打印字符掉落缺陷探讨

刘国红

（昆山市华兴线路板有限公司，江苏 昆山 215341）

0 前言

PCB（印制电路板）行业在不断发展过程中，新设备及新工艺推陈出新，传统的网印文字工艺在一些生产以多样品及小批量的企业中，由网版丝印字符工艺转变为喷墨打印工艺技术所取代。喷墨打印字符工艺，以其高清晰度，无需制作网版，生产简便、会流转快速等优势取得发展，但是生产过程中经常发生一些掉墨现象，引起比例较高的报废。本文就电路板在打印文字工序过程中，出现文字缺失的情况进行跟进分析，通过现场跟进试验找出UV固化打印字符墨水掉墨缺陷的原因，针对产生不良的原因找到改善措施。

1 UV固化打印字符掉落缺陷

图1 字符掉墨不良现象

掉墨不良现象案例（如图1）。图1（a）及1（b）中油墨脱落倾向一个方向，且在脱落区域能看到残留UV墨膜的划痕。因此根据喷印文字的流程来分析，在喷完焊接面时，UV固化不完全，台面上有板边小铜碎残留。在喷印元件面时，放板定位过程中板面和铜碎杂物磨擦，蹭到了文字油墨，导致文字油墨擦动，致使变形缺失或者脱落。图1（c）（d）是在终检时发现呈墨膜掉落缺失，是典型的和阻焊层附着力不够，墨膜脱落导致字符残缺不良。通过人、机、料、法、环（4M1E）方面分析，列出因果图，对打印字符掉墨的影响找到其主要因素，从而解决掉墨问题。

2 打印字符掉墨的主要影响因素

2.1 阻焊面污染对字符掉墨的影响

2.1.1 阻焊面污染原因

字符直接喷墨打印在阻焊面上脱落，因此阻焊层表面的清洁程度直接决定其字符间的结合力。对其清洁好坏的判定标准，目前大部分还是目视判定是否有明显的痕迹残留，通过现场跟进找到污染源。

PCB生产流程中通常是阻焊工序后即转入字符印刷工序，阻焊工序包括：前处理→印刷→预烤→底片曝光→显影→转印刷字符工序。喷墨打印字符工序包括：A面文字喷墨+UV固化→B面文字喷墨+UV固化→后烤固化→转下工序。从流程上分析，喷墨打印是在阻焊显影后直接转文字工序，阻焊工序没有后烤固化，那么污染板面主要在阻焊工序的预烤、曝光、显影，相关状况（见表1）。

2.1.2 阻焊面污染验证和改善

（1）经过表1的试验，发现PCB防焊工序污染与预烤的烤箱有很大关系。后现场查看3号和5号直立式烤箱，排气管道由于靠拐角，平行拐弯，易导致油污堆积，油渍烟雾无法及时排出倒流，污染阻焊面。阻焊面被污染导致后面喷印文字附着力差而掉墨，其特点是污染区域块状脱落，而无污染的阻焊面附着良好，无任何异常。经清理排气通风管道，大保养后再次烘烤确认，喷印字符附着良好。

（2）以上文后再增加2号显影线生产对比层板，在隧道炉烘烤试验，发现单面掉字符，集中在板面横向两端。现场跟进确认，显影后吸水棉老化干燥，不能吸水，上面残留显影油墨的粘性物质不断污染板面。不良体呈现点状，不良区域表现在短边平行的直线上。立即更换吸水棉，验证无掉墨异常。目前评价阻焊面清洁的标准以表面张力达因笔来衡量，感光树脂油墨的表面张力在28 mN/m～36mN/m（28 dyn/cm～36 dyn/cm）范围，在表面张力不合格的情况下，清洗一次会有一定改善。

（3）为了降低生产成本，提高定单价格优势，阻焊工序引进一个新型号底片保护膜，阻焊生产试验无异常。喷墨打印文字出现批量掉墨现象，集中体现整板性，尤其是底片印痕的地方特别明显，排查很长时间，最终变更底片保护膜。采用没有保护膜的底片对比生产，得到改善，后面立即换回原来品牌。最终分析新品牌底片保护膜上含有硅油成分，在曝光时粘在阻焊表面，阻碍了喷墨油墨和阻焊面间的反应。

表1 阻焊面污染层板

2.2 阻焊预烤条件对喷印掉墨的影响

（1）喷墨油墨成分和阻焊油墨是一样的，只是里面的分子结构更小，易于其流动。阻焊预烤主要是通过蒸发油墨中的溶剂，使表面油墨硬化，在曝光时不粘底片，此过程是一个溶剂受热蒸发，使油墨由液态状转变固态的一个物理过程。

（2）喷墨油墨属于双固化油墨，UV固化是用于预固化的过程，第二步的热固化才对油墨最后的性能起到决定作用。阻焊油墨及字符喷印油墨的反应，主要分UV光聚合反应和热聚合反应，阻焊预烤条件75℃±3℃、15 min。预烤使油墨里面的有机溶剂完全挥发，在曝光显影操作过程中不粘底片，此阶段应避免热聚合反应。喷墨打印字符流程是放阻焊后烤之前，按此工艺阻焊面和喷墨打印字符都经过UV光聚合，阻焊油墨和喷墨油墨最终会在后烤共同进行热聚合反应。

（3）由上述阻焊工艺流程过程中的反应，以及喷墨打印中字符的反应可以得知：在喷印字符后，字符油墨和阻焊油墨共同进行热聚合反应，未经过热固的油墨在高温中聚合分子聚集一起，形成致密的结合体。在预烤过程中，过高的温度和超过工艺要求的烘烤时间，导致阻焊表面层油墨已经局部产生热固聚合，就缺失了共同热聚合的这种反应，最终导致喷墨字符结合力不够。因此对于预固化需要严格控制温度和时间，尤其是烤炉温度的均匀性需要监控。鉴于这种原因，目前喷墨打印字符也只适合应用于喷墨字符在阻焊面上，对于特殊铜面上喷印字符，如不做特殊铜面处理，无论后面何种表面处理都会导致掉墨。目前常规做法是在文字前做铜面超粗化处理，再喷墨印刷字符可以得到解决，鉴于喷印字符的结合原理，对于铜面上印文字的保守做法，只能采用热固油墨网印，结合力才能保证不掉字符。

2.3 UV固化的能量对喷印掉墨的影响

一般新设备对UV能量有一个固定值设定，在使用一段时间后，UV灯出现寿命衰减的现象，会导致字符掉墨现象。一般喷印字符油墨要求的UV能量大于200 mJ/cm，灯光工作一定时间后需要监控其能量的稳定性，测试验证把能量调整低于200 mJ/cm后，预固不良，在搬运过程中已碰掉，部分严重残缺。

3 讨论和总结

（1）在实际生产过程中，遇到的字符不良现象大同小异，但产生的原因却变化万千，对于新兴的喷墨打印工艺，还有很多不确定因素，影响其结合力导致掉墨不良。生产过程中曾遇到一款料号，阻焊采用铝片塞孔工艺，排查了上述原因，还是有掉墨现象，集中在BGA（球栅阵列）塞孔区域。最后发现由于塞孔孔口高于孔内，在喷墨打印字符过程中，出现不在一个平面，导致喷头在凹下的孔区域，没有能接触到低洼的区域贴近喷墨，在还没有喷到凹陷位置，UV就提前固化，致使结合力不够。后期改善塞孔，立即得到改善。在生产中会遇到很多不同的品质问题，不能局限于本工序，尤其是相关联的前后工序，针对缺陷的共性，找出产生问题的关键点，解决起来能做到立竿见影的效果。还有设备方面涉及到的喷头异常等各种异常，有待去验证和改善。

（2）采用喷印字符工艺产生掉墨品质不良，从现象上来分两种情况，一种是字符和阻焊面的结合力差导致掉墨，主要原因还是从阻焊清洗不干净，板面水迹、显影残留及消泡剂等没清洗干净。这从阻焊面污染，预烤时间过长，温度过高，导致热固化完成等方面去做跟进改善；还有一种是外力摩擦、刮蹭导致字符油墨的脱落，主要改善方向在于后工序规范化作业，在后工序加工过程中垫胶片等改善，预防外力导致的掉墨不良品质异常。对于铜皮上印字符，不能采用喷墨打印字符的工艺，只能使用传统的网印热固油墨，才能保证字符不掉墨。