PCB制板的觸變性對油墨性能有何影響

                        time : 2022-09-07 10:53       作者:凡億pcb

                        油墨使用的成敗,直接影響到PCB出貨的總體技術要求和品質指標。為此,PCB生產廠家都非常重視油墨的性能優劣。除油墨粘度廣為人知之外,作為油墨的觸變性往往被人們所忽略。而它對網印的效果卻起著非同小可的作用。為了更清晰地說明觸變性對網印效果的影響,我們還必須從最基本的油墨以及絲印的原理講起。然后再引入觸變性這個概念。
                         
                        在現代PCB的整個生產制程中,油墨已成為PCB制作工藝中不可缺少的輔助材料之一。它在PCB制程用材中占據著非常重要的地位。油墨使用的成敗,直接影響到PCB出貨的總體技術要求和品質指標。為此,PCB生產廠家都非常重視油墨的性能優劣。除油墨粘度廣為人知之外,作為油墨的觸變性往往被人們所忽略。而它對網印的效果卻起著非同小可的作用。
                        PCB制板
                        為了更清晰地說明觸變性對網印效果的影響,我們還必須從最基本的油墨以及絲印的原理講起。然后再引入觸變性這個概念。下面我們就PCB制板中觸變性對油墨性能的影響進行分析探索:
                         
                        一、絲網
                         
                        絲網是網印工藝中不可缺少的材料之一。缺少絲網便不可稱之為網印,絲網是網印工藝的靈魂。絲網幾乎都是絲織物(當然也有非絲織物的)。
                         
                        以材料區分一般為:尼龍、聚脂、不銹鋼
                        以編織方法可分為:平織、綾織
                        以絲的結構可分為:單股、多股
                        以網的粗細可分為:s(薄型)、t(中型)、hd(重型)
                        以網的目數可大致分為:低目數、中目數、高目數
                         
                        在PCB行業中,最為常用的是t型網。s及hd型網,除個別特殊需要情況之外,一般都不采用。這是由于PCB行業是一個高科技的專業性極強的行業,它不同于制作單純的手工及藝術性的技藝,一般手工及藝術性的技藝其要求的技術層次并不高,它只要能滿足或達到人的視覺效果就可以了。而對PCB,就不僅僅是看得整齊漂亮就行了,PCB要用在有電流導通及有信號傳輸上,它必須達到電性能要求精細的幾何尺寸,而這幾何尺寸是需要進行嚴格的度量的。因此,我們對幾個重要的與絲網有關的技術參數要了解。
                         
                        ①絲網的厚度:厚度是指絲網在無張力狀態下,靜置時厚度的測定值。此測定值是從測量數據中得出的統計平均值,用μm表示。厚度由構成絲網的絲的直徑決定,與絲網透墨量有關。
                         
                        ②絲網的開孔面積率:是網孔面積與絲網面積的比值,用百分比%來表示,這數值越大,則網孔的開度就越大。
                         
                        ③絲網的透墨量:這里指的是理論值,在實際網印生產中,透墨量會受絲網的材質、性能、規格油墨的粘度、顏料的細度、油墨的觸變性,刮板的硬度、印刷的壓力、印刷的速度、觸網距等的因素影響有關。
                         
                        二.油墨
                         
                        是指用于印制板的有色膠狀物質。常由合成樹脂、揮發性溶劑、油類和填充劑、干燥劑、顏料和稀釋劑等組成。常稱油墨。
                         
                        (一)油墨的組成:
                         
                        1.樹脂:樹脂是形成墨膜,決定油墨性能的重要組成成分。著名的PCB油墨品牌,都有自己的專利配方。平時我們所說的該品牌油墨性能如何優良。其實是樹脂在里面起作非常重要的作用,是它決定了油墨的操作性、光澤度、粘結性、硬度、耐水性、耐溶劑性、耐酸堿性、耐溫性等等。
                         
                        2.溶劑:
                           
                        溶劑的功能:
                         
                        ①溶解樹脂。使之成為良好的連結料;
                        ②溶解顏料和助劑;
                        ③調節油墨粘度;
                        ④調節油墨的干燥速度;
                        ⑤對承印物的溶解滲透,增強附著力。
                         
                        油墨的溶劑并不是單一品種和但一組份的。因考慮到溶解力和干燥速度的問題,溶劑多數為混合性物。不同的油墨,不同的用途,就有不同的溶劑。所以油墨生產商會配有幾種不同類型的溶劑。而針對一種油墨只允許有一至兩種類型的溶劑可以配用。一般來說,對于同一個油墨生產商,由于其研發采用的樹脂體系基本上是確定的,所以,同一個油墨生產商生產的油墨,其所提供的溶劑可以通用。舉例來說,英國coates生產的油墨,只要是英國coates所生產的溶劑,基本上都可以通用。但是,我們還是堅持一種油墨應配用相配套的專用稀釋劑。
                         
                        ⑴coates提供的稀釋劑系列產品
                        ⑵coates產品與之對應配套的稀釋劑
                         
                        隨意配用稀釋劑,會導致油墨的凝膠(結塊),剝落,顏色不均,耐化學性、抗熱沖擊性、附著力下降等不良毛病。那種不管什么油墨,都把"防白水""783"當成萬能溶劑往里加的做法,是不正確的。
                         
                        3.色料:主要是使用顏料。顏料按類別分,可分為有機顏料和無機顏料。有機顏料系指非礦物質類,其色彩絢麗,色譜齊全,但通常遮蓋力不好。無機顏料是指礦物質類。如:鈦白、鋅白、鐵藍、碳黑等,它們的遮蓋力好,耐光耐老化性強,PCB油墨多屬此類油墨。
                         
                        顏料除做為色料外,同時對于油墨的耐光性,耐熱性、耐熔劑性、耐化學品性等方面也起著一定的作用。
                         
                        4.助劑:油墨中添加助劑的目的是為了改善油墨的物理性能,增強油墨的印刷適性,提高印刷效果。助劑包括:消泡劑、分散劑、稀釋劑、均勻劑、牢固劑、顏色分離阻止劑、沉淀阻止劑、增塑劑、偶聯劑、紫外線吸收劑、催化劑、增稠劑等等。
                         
                        三.PCB油墨幾個重要的技術性能
                         
                        PCB油墨品質是否優異,原則上不可能脫離以上幾大組分的組合。油墨品質優異,是配方的科學性,先進性以及環保性的綜合體現。其體現在:
                         
                        (1)粘度:是動力粘度(dynamicviscosity)的簡稱。一般用viscosity表示,即流體流動的剪切應力除以流層方向的速度梯度,國際單位為帕/秒(pa。s)或毫帕/秒(mpa。s)。在PCB生產中是指油墨受到外力推動產生的流動性。
                         
                        (2)可塑性:指油墨受外力作用發生變形后,仍保持其變形前的性質。油墨的可塑性有利于提高印刷精度;
                         
                        (3)觸變性:(thixotropic)油墨在靜置時呈膠狀,而受到觸動時粘度發生變化的一種性質,又稱搖變性、抗流掛性;
                         
                        (4)流動性:(流平性)油墨在外力作用下,向四周展開的程度。流動度是粘度的倒數,流動度與油墨的塑性和觸變性有關。塑性和觸變性大的,流動性就大;流動性大的則印跡容易擴大。流動性小的,易出現結網,產生結墨現象,亦稱網紋;
                         
                        (5)粘彈性:指油墨在刮板刮印后,被剪切斷裂的油墨迅速回彈的性能。要求油墨變形速度快,油墨回彈迅速才能有利于印刷;
                         
                        (6)干燥性:要求油墨在網版上的干燥愈慢愈好,而希望油墨轉移到承印物上之后,則要求越快越好;
                         
                        (7)細度:顏料及固體料顆粒的大小,PCB油墨一般小于10μm,細度的大小應小于網孔開度的三分之一;
                         
                        (8)拉絲性:用墨鏟挑起油墨時,絲狀的油墨拉伸不斷裂的程度稱為拉絲性。墨絲長,在油墨面及印刷面出現很多細絲,使承印物及印版沾臟,甚至無法印刷;
                         
                        (9)油墨的透明度和遮蓋力:對于PCB油墨,根據用途和要求的不同,對油墨的透明度和遮蓋力也提出各種要求。一般來說,線路油墨、導電油墨和字符油墨,都要求有高的遮蓋力。而阻焊劑則比較靈活。
                         
                        (10)油墨的耐化學品性:PCB油墨根據使用目的的不同,相應要求對酸、堿、鹽和溶劑等要求都有嚴格的標準;
                         
                        (11)油墨的耐物理特性:PCB油墨必須符合耐外力劃傷、耐熱沖擊、抗機械剝離,以及達到各種嚴格的電氣性能要求;
                         
                        (12)油墨的使用安全和環保性:PCB油墨要求具備低毒、無臭、安全和環保型。
                         
                        以上我們歸納了十二個PCB油墨的基本性能,而其中在網印的實際操作過程中,與操作者密切相關的是粘度問題。粘度的高低,對絲印的順當與否,關系極大。所以在PCB油墨技術文件和qc報告中,粘度都標注得清清楚楚,指明在什么條件下,用什么類型的粘度測試儀器等。在實際印刷過程中,如果油墨粘度偏高,會造成漏印困難,圖形邊緣鋸齒嚴重,為了改善印刷效果,就會加入稀釋劑,使粘度達到要求。但不難發現,在很多場合下,為了想獲得理想的分辨率(解像力),不管你采用什么粘度,都始終無法實現。為什么呢?經深入研究之后,才發現,油墨粘度是個重要的因數,但并非唯一的。還有另一個相當的重要因數:觸變性。是它,也在影響著印刷精度。
                         
                        四.觸變性
                         
                        粘度與觸變性是兩個不同的物理概念,可以這樣來理解,觸變性是油墨粘度發生變化的表征。
                         
                        油墨在一定的恒溫下,假設油墨內的溶劑沒有很快揮發,這時油墨的黏度是不會改變的,粘度與時間沒有關系,粘度不是一個變量,而是一個常數。
                         
                        當油墨被外力作用(攪拌)之下,粘度即發生變化,隨著作用力的延續,粘度會繼續變小,但不會無限制的下降,到了一定的極限而停止。而當外力作用消失之后,經過一定時間的靜置,油墨又能自動逐漸恢復到初始的狀態。我們將這種在外力作用下,油墨粘度隨著時間的延長而下降,但當外力消失之后,又能恢復到原來粘度的可逆物理特性稱之為觸變性。觸變性是一個在外力作用下,與時間有關的變量。
                         
                        在外力作用下,作用力持續時間越短,粘度下降得明顯的,我們就稱這種油墨的觸變性大;相反,如果黏度下降不明顯,就稱觸變性小。
                         
                        五.油墨觸變性的反應機理和控制
                         
                         
                        觸變性到底是怎么一回事呢?為何油墨在外力的作用下,黏度會變小,而外力消失,靜置一定時間后,又能恢復原來的粘度?
                        決定油墨是否具備觸變性的必要條件,首先是帶有粘性的樹脂,其次是填充有一定體積比例的填料及色料粒子。樹脂、填料、色料、助劑等經過研磨加工之后,非常均勻的混合在一起,它們是一種混合物。在未接受外來熱能或紫外線光能作用的狀態下,它們以一種不規則的離子團存在。在常態下,它們由于互相吸引而有序的排列,表現出高粘度的狀態,但并不發生化學反應。而一旦受到外來的機械作用力,打亂了原來有序的排列,切斷了互相的吸引鏈,成為無序的混亂狀態,表現出粘度變低。這就是我們平時所看到的油墨由稠變稀的現象。我們可以用下面一個閉合循環的可逆過程圖來形象地表達觸變性的全過程。
                         
                        不難發現,油墨中固體的含量多少,固體的形狀大小,都將決定著油墨的觸變性能。當然,對于本來粘度就非常低的液體,就談不上什么觸變性了。但為了使它變成具有觸變性的油墨,在技術上可以采取添加一種助劑,從而使油墨的粘度發生變化提升,使其具有觸變性。此助劑稱之為觸變劑(thixotropicagent)。所以油墨的觸變性是可控的。
                         
                        六.觸變性的實際應用
                         
                        在實際應用中,并非觸變性越大越好,也不是越小越好。而是適可而止。油墨由于具有觸變性能,非常適用于采用網印的工藝。使得絲印操作變得輕松自如,油墨網印時,在網上的油墨被膠刮推動下,發生滾動和擠壓,油墨的粘度變低,利于透墨。油墨網印到PCB基板后,由于粘度未能很快回復,存在一個適當的流平空間,使油墨緩慢流動,而達到回復平衡時,所網印的圖形邊緣就會得到滿意的平直度。
                         
                        希望能通過本文對油墨觸變性的討論,加深我們對網印工藝在實際運用過程中,常常會碰到,但又不能很準確提出解決方案的時候,觸變性就成為我們值得研究課題。
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