一種三維立體掩模板的混合製備工藝的製作方法

2023-11-07 08:43:57

專利名稱：一種三維立體掩模板的混合製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種掩模板的製作工藝，屬於材料製備及加工領域，具體涉及一種用於印刷電路上塗覆焊料時所用的三維立體金屬掩模板的製作工藝。
背景技術：
表面貼裝技術(Surface Mounting Technology,簡稱SMT)誕生於上世紀60年代。即使用一定的工具將無引腳的表面貼裝元器件準確地放置到經過印刷焊膏或經過點膠的PCB焊盤上，然後經過波峰或回流焊，使元器件與電路板建立良好的機械和電氣連接。PCB行業的發展不僅僅局限於平面模板，還包含一些有特定形狀要求的印刷板，以滿足PCB板上焊接較大的元件，且不影響整體的印刷效果的要求。用傳統的二維金屬掩模板組合無法達到不同量的材料轉移的要求，因此，製備表面厚度要求不均勻的掩模板已經成為新時代的一個嶄新課題，而製作具有與PCB上凹凸形狀相對應的金屬掩模板是未來PCB行業的發展趨勢。模板的使用不僅是SMT表面貼裝技術的第一步，也是最重要的一步。模板的主要功能是幫助錫膏的沉積。目的是將準確數量的材料轉移到PCB板上的精確位置。平面的模板難以將準確數量的材料轉移到PCB面上，通過實驗組合平面模板同樣也不能滿足其要求。因此必須製作與PCB板凸起部位相對應的掩模板，即具有三維立體結構的掩模板。通過連續電 鑄和雷射雕刻的混合工藝來得到印刷面具有凸形區域、PCB面具有凹形區域的三維立體金屬掩模板，其具體優勢如下:
(1)連續的電鑄層可以有效提高兩電鑄層之間的界面結合力，不會在使用過程中出現兩電鑄層分離剝落的現象；
(2)使用雷射雕刻技術可以有效提高PCB面凹形區域孔壁質量；
(3)使用電鑄工藝可以有效提高金屬掩模板開口質量和表面質量；
(4 )使用電鑄工藝可以有效提高金屬掩模板尺寸的均勻性。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種三維立體掩模板的混合製備工藝，可以有效改善具有凸起並印有複雜花紋的PCB版印刷精度，該發明製備得到的掩模板具有三維空間結構，其表面質量優異，COV小於10%。本發明涉及一種三維立體掩模板的混合製備工藝，具體的工藝流程如下:
A、電鑄第一電鑄層:芯模前處理一貼膜I —曝光I —單面顯影I —電鑄I —剝離；B、電鑄印刷面凸起:如處理一反面貼膜2—對位一曝光2 —單面顯影2 —電鑄2 —剝
離；
C、雷射切割PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口。根據以上工藝步驟製備得到的三維立體掩模板，其板面質量優異，COV不大於10%，表面為一級光亮。優選地，通過電鑄方法製備得到的第一電鑄層的厚度為20-120 μ m。具體地說，步驟A所述的電鑄第一電鑄層中的工藝步驟包括如下:
(O芯模前處理:選取1.8mm厚的304不鏽鋼板作為芯模材料，將芯模切割成為800mm*600mm的尺寸大小，後將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時間為l_2min，酸洗時間為l_2min,噴砂時間為2_5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力l_5psi ；
(2)貼膜1:將芯模表面進行貼膜；
(3)曝光1:使圖形開口區域以及對位孔區域以外的部分曝光，以便將未曝光區域通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜，曝光量為800-2000mJ，曝光時間1000-2000s ；
(4)單面顯影1:將除圖形開口區域及對位孔區域以外的顯影部分(未曝光區域)的幹膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時間為100-200S ；
(5)電鑄1:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到曝光區域； (8)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。具體的說，步驟A中第(5)步所述的電鑄工藝參數如下:
電流密度(A/m2)2.0-3.0
電鑄時間 I (min)100-300
溫度(V )50-60
pH4-4.5
活化時間I (min)3-5
電鑄溶液組成:
氨基磺酸鎳(g/L)50-80
七水合氯化鎳(g/L)10-20
硼酸(g/L)30-50
光亮劑(ml/L)0.5-3
穩定劑(ml/L)1-5
潤溼劑(ml/L)0.5-3
具體的說，步驟B所述的電鑄印刷面凸起的工藝步驟如下:
(1)前處理:將步驟A製得的掩模板進行酸洗、噴砂，其中酸洗時間為l-2min，噴砂時間為2_5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力l_5psi ；
(2)反面貼膜2:在步驟A製備得到的電鑄層印刷面貼膜；
(3)對位:通過電鑄層對位孔進行CCD對位，確定坐標原點；
(4)曝光2:曝光區域為除三維立體區域(凸形區域)以外的其他區域，曝光量為1000-2000mJ，曝光時間為 1000_2500s ；
(5)單面顯影2:將未曝光部分的貼膜清洗除去，保留曝光部分的貼膜；顯影時間為100-600s ；
(6)電鑄2:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區域；
(7)剝離:將芯模剝離。具體的說，步驟B中第(6)步所述的電鑄工藝參數如下:
電流密度(A/m2)2.0-3.0
電鑄時間 2(min)500-1000
溫度(V )50-60
pH4-4.5
活化時間2 (min)5-10
電鑄溶液組成:
氨基磺酸鎳(g/L)50-80
七水合氯化鎳(g/L)10-20
硼酸(g/L)30-50
光亮劑(ml/L)0.5-3
穩定劑(ml/L)1-5
潤溼劑(ml/L)0.5-3
一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於，所述步驟C中雷射雕刻PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口，其具體的工藝步驟如下:
(1)將掩模板固定在一個提供張力的框架上，並將框架置於切割基臺上，使得待切割區域所在面朝上；
(2)通過CXD定位掩模板，以確定坐標原點；
(3)調整切割參數，調整雷射切割頭的縱向高度，使其雷射焦點落在所要切割的區域表面，以形成3-8°的錐角的切割邊；
(4)通過雷射切割頭髮射出雷射，進行切割；
優選的，所用雷射的參數如下:
切割速率(cm/min)100-200
氣壓(MPa)0-2
雷射能量(mj)400-900
電流(A)700-900
雷射頻率(Hz)6000-8000
在雷射加工過程中使用氧氣作為助燃氣體，以加快雷射的切割速率。在本發明的較佳實施例中，可以得到高質量的三維立體金屬掩模版，版面平滑均勻，COV小於10%，表面光亮為一級光亮，連續的電鑄層工藝可以有效提高兩電鑄層之間的界面結合力，不會在使用過程中出現兩電鑄層分離剝落的現象，同時，使用雷射雕刻技術可以有效提高PCB面凹形區域孔壁質量，簡化製備工藝，同時，提高產品質量的穩定性。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1為印刷不意圖:
I1-PCB板22-掩模板
33- PCB板凸起 區域
44-刮刀
55-轉移材料
66-掩模板三維立體區域
77-掩模板三維立體區域上的圖形開口
88-焊接銅臺
4-掩模板PCB面
5-掩模板印刷面
圖2為掩模板三維立體區域示意圖:
4-掩模板PCB面
5-掩模板印刷面
66-掩模板三維立體區域
II1-PCB面的凹形區域
圖3為步驟A中的電鑄第一電鑄層剖面圖:
1-芯模
2-第一電鑄層
3-電鑄層上的圖形開口區域
4-第一電鑄層的PCB面
5-第一電鑄層的印刷面
6-對位孔
圖4為步驟B中電鑄印刷面凸起區域剖面圖:
1-芯模
2-第一電鑄層
3-電鑄層上的圖形開口區域
4-第一電鑄層的PCB面
5-第一電鑄層的印刷面
6-對位孔
7-印刷面的凸起區域
8-PCB面幹膜曝光區域
9-PCB面幹膜
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。實施例1
本發明的一種實施例中，電鑄第一電鑄層中的優選工藝步驟如下:
(O芯模前處理:選取1.8mm厚的304不鏽鋼板作為芯模材料，將芯模切割成為800mm*600mm的尺寸大小，後將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時間為2min，酸洗時間為Imin,噴砂時間為3.5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力2psi ；
(2)貼膜1:將芯模表面進行貼膜；
(3)曝光1:使圖形開 口區域以及對位孔區域以外的部分曝光，以便將未曝光區域通過顯影去除，留下曝光的部分以作後續電鑄步驟的保護膜，曝光量為1500mJ，曝光時間1200s ；
(4)單面顯影1:將除圖形開口區域及對位孔區域以外的顯影部分的幹膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時間為180s ；
(5)電鑄1:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到曝光區域；
(8)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。實施例2
根據實施例1中的(5)電鑄步驟，優選地，所用的電鑄工藝參數如下:
電流密度(A/m2)2.3
電鑄時間I (min)150
溫度(V)50±1
pH4-4.5
活化時間I (min)3
電鑄溶液組成:
氨基磺酸鎳(g/L)60
七水合氯化鎳(g/L)14
硼酸(g/L)35
光亮劑(ml/L)2.1
穩定劑(ml/L)3
潤溼劑(ml/L)2
實施例3
本發明的一種實施例中，電鑄印刷面凸起的一種優選工藝步驟如下:
(1)前處理:將步驟A製得的掩模板進行酸洗、噴砂，其中酸洗時間為2min，噴砂時間為5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力5psi ；
(2)反面貼膜2:在步驟A製備得到的電鑄層印刷面貼膜；
(3)對位:通過電鑄層對位孔進行CCD對位，確定坐標原點；
(4)曝光2:曝光區域為除三維立體區域(凸形區域)以外的其他區域，曝光量為2000mJ，曝光時間為2500s ；
(5)單面顯影2:將未曝光部分的貼膜清洗除去，保留曝光部分的貼膜，顯影時間為360s ；(6)電鑄2:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區域；
(7)剝離:將芯模剝離。實施例4
根據實施例3中的(6)電鑄步驟，優選地，所用的電鑄工藝參數如下:
電流密度(A/m2)2.3
電鑄時間2 (min)800
溫度(V)50±1
pH4-4.5
活化時間2 (min)8
電鑄溶液組成:
氨基磺酸鎳(g/L)60
七水合氯化鎳(g/L)14
硼酸(g/L)35
光亮劑(mL/L)2.1
穩定劑(mL/L) 3
潤溼劑(ml/L)2
實施例5
本發明的一種實施例中，優選地，雷射雕刻PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口，其具體的工藝步驟如下:
優選的，所用雷射的參數如下:
切割速率(cm/min)130
氣壓(MPa)1.8
雷射能量(mj)600
電流(A)850
雷射頻率(Hz)7700
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種三維立體掩模板的混合製備工藝:其特徵在於混合製備工藝的流程如下: A、電鑄第一電鑄層:芯模前處理一貼膜I—曝光I —單面顯影I —電鑄I —剝離； B、電鑄印刷面凸起:如處理一反面貼膜2—對位一曝光2 —單面顯影2 —電鑄2 —剝離； C、雷射切割PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口。
2.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於，所述步驟A和步驟B中的電鑄工藝的具體參數如下: 電流密度(A/m2)2.0-3.0 電鑄時間 I (min)100-300 電鑄時間 2 (min)500-1000 溫度(V )50-60 pH4-4.5 活化時間I (min)3-5 活化時間2 (min)5-10 電鑄溶液組成: 氨基磺酸鎳(g/L)50-80七水合氯化鎳(g/L) 10-20硼酸(g/L)30-50 光亮劑(ml/L)0.5-3 穩定劑(ml/L)1-5 潤溼劑(ml/L)0.5-3。
3.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於製備得到的三維立體掩模板的表面質量為COV不大於10%。
4.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於步驟A所述的第一電鑄層的厚度為20-120 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於:所述步驟A電鑄第一電鑄層的製備工藝路線如下: (O芯模前處理:選擇304、306或430不鏽鋼板為芯模材料，並將其切割成尺寸為800mm*600mm*1.8mm的平板，後將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時間為l_2min，酸洗時間為l-2min,噴砂時間為2_5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力l_5psi ； (2)芯模表面貼膜I; (3)曝光1:曝光量為800-2000mJ，曝光時間1000_2000s ； (4)單面顯影1:將除圖形開口區域及對位孔區域以外的未曝光幹膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時間為100-200S ； (5)電鑄1:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區域(無幹膜區域)； (6)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。
6.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於:所述步驟B電鑄印刷面凸起的工藝路線如下: (I)前處理:將製得得掩模板進行酸洗、噴砂，其中酸洗時間為l_2min，噴砂時間為2-5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力l_5psi ； (2)反面貼膜2:在製備得到的電鑄層印刷面貼膜； (3)對位:通過電鑄層對位孔進行CCD對位，確定坐標原點； (4)曝光2:曝光區域為除三維立體區域(凸形區域)以外的其他區域，曝光量為1000-2000mJ，曝光時間為 1000_2500s ； (5)單面顯影2:將未曝光部分(凸起區域)的貼膜清洗除去，保留曝光部分的貼膜；顯影時間為100-600s ；(6)電鑄2:採用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區域(無幹膜區域)，形成凸起區域； (7)剝離:將芯模剝離。
7.根據權利要求6所述的電鑄印刷面凸起的工藝，其特徵在於所述的對位孔為通孔，且至少2個通孔。
8.根據權利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合製備工藝，其特徵在於，所述步驟C雷射切割PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口，其具體的工藝路線如下: (1)將掩模板固定在一個提供張力的框架上，並將框架置於切割基臺上，使得待切割區域所在面朝上； (2)通過CXD定位掩模板，以確定坐標原點； (3)調整切割參數，調整雷射切割頭的縱向高度，使其雷射焦點落在所要切割的區域表面，以形成3-8°的錐角的 切割邊； (4)通過雷射切割頭髮射出雷射，進行切割。
9.根據權利要求8所述的雷射雕刻PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口，其特徵在於，所用雷射的參數如下: 切割速率(cm.mirT1)100-200 氣壓(MPa)0-2 雷射能量(mj)400-900 電流(A)700-900 雷射頻率(Hz)6000-8000 ο
10.根據權利要求8所述的雷射雕刻PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口，其特徵在於，在雷射加工過程中使用氧氣作為助燃氣體，以加快雷射的切割速率。
全文摘要
本發明公開了一種三維立體掩模板的混合製備工藝，工藝步驟包括電鑄第一電鑄層芯模前處理→貼膜1a→曝光1→單面顯影1→電鑄1→貼膜1b→曝光2→剝離；電鑄印刷面凸起前處理→反面貼膜2→對位→曝光3→單面顯影2→電鑄2→剝離；雷射切割PCB面凹形區域及三維立體結構上的圖形開口。應用此種混合工藝製備得到的三維立體掩模板，不僅可以有效使凸形區域部分在掩模板上精確定位，而且通過優選的電鑄工藝參數，還可以保證掩模板的表面質量以及鑄層厚度的均勻性，同時，採用雷射切割工藝對掩模板凹下的三維部分及此部分的圖形開口進行切割加工，可以大大提高板面的加工速率，降低加工成本。
文檔編號H05K3/34GK103203970SQ201210010758
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者魏志凌, 高小平, 潘世珎, 王峰 申請人:崑山允升吉光電科技有限公司