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阻焊工艺问题与探究论文
1引言
阻焊剂或称阻焊油墨起源于60年代，俗称绿油、拒焊、湿膜等。
定义是在电路板的指定区域涂布耐热性覆盖材料，在焊接作业时该部分不被焊接。
其作用是防止导体等不应有的沾锡，防止导体之间因潮气、化学品等引起的短路，生产和装配中不良持取造成的断路、绝缘及抵抗各种恶劣环境，保证印制板功能等。
由于阻焊油墨又是印制板最外面的“衣服”，其外观也备受关注。
阻焊油墨的厚度和过孔是否盖油是客户比较关注的！
当前油墨最常见的颜色是绿色，目前有部分客户要求白色，红色，蓝色，黑色等，所以称呼阻焊层为绿油是不科学的，我们正确称之为阻焊油墨！
2阻焊流程：
工艺流程图：
2.1前处理（机械磨板）：
目的——除去板面上的氧化物、油脂和杂质，彻底清洁并粗化板面，使之与阻焊油墨有良好的结合力。
阻焊工序的磨板机主要是采用机械磨刷，辅助化学处理。
2.2开油
主要功能是使油墨混合。
油墨的混合可以用人工搅拌，机械搅拌和振荡。
公司阻焊工序目前正常使用的有一台机械搅拌开油机。
油墨混合后需放置一定时间，一般在15分钟以上，目的即是为了温度和粘度的稳定，也有利于搅拌中带入的空气逸出。
开油岗位的参数为：
搅拌时间15-20min；静置时间≥15min；油墨混合后使用寿命≤24小时。
2.3丝印
通过丝网涂覆油墨到板面上，目前，是亚洲地区普遍采用的涂覆方式，成本低、占地少，但自动化程度低，对操作员工技术要求高。
板磨进丝印房后，不同的板要走不同的流程：
一种板是要先用绿油塞孔，再丝印板面；另一种是直接丝印板面。
客户要求板面一些孔需要用油墨塞住，原因是多方面的，主要有：
1）防止波峰焊时锡从导通孔贯至另一面；2）SMT装配时，粘贴电子元件的胶水从导通孔流失；3）避免助焊剂残留孔中；4）装配线上吸真空保持负压以完成传送、检测。
现在PCB行业稍微高尖端的板一般需要塞孔。
做法上，我们用铝片塞孔和丝网塞孔，大多数板是铝片塞孔。
2.4预烘
目的在于蒸发油墨中的溶剂，使之在曝光时不粘底片。
该工艺是在板面丝印油墨后进行。
2.5对位
主要是完成图形区域曝光，使用菲林，通过人工准确对位来完成。
2.6曝光
该岗位主要是让需要留在板子上的油墨经紫外光照射后发生交联反应，在显影时不被褪去，未感光部分则被Na2CO3溶液洗掉而露出焊盘等需焊的区域。
2.7显影
目的是使油墨中未感光的部分溶解于显影液而被洗去，留下感光部分，起绝缘、保护的作用。
3阻焊常见的问题及处理方式：
3.1.在曝光岗位常见的一些问题及解决方法
3.1.1背光迹：
俗称“鬼影”，鬼影一般都出现在白料板子上，而且一般是在两面开窗不对称或单面开窗的位置上，因为白料不具备UV光阻隔功能，在PCB阻焊曝光时，未开窗面会有部分紫外光透过基材至开窗的PAD位边缘导致绿油开窗位底部绿油被曝光而不能完全显影干净，形成鬼影。
黄料板的鬼影通常是因为紫外光的折射或衍射而造成，一般在金手指位较为常见。
解决方法：
首先在生产某一款板时，在试板对位之前看清楚此款板是否会有可能产生“鬼影”，若有则在曝光时看清楚哪一面开窗，在开窗的另一面适当降
低曝光量（当开窗为单面而且开窗位背面为基材时，在曝光时基材面的曝光能量要比开窗面的低1－2格。
），避免开窗面产生“鬼影”。
3.1.2菲林印：
主因是真空度较大，预烘状态下的绿油尚未完全。
解决方法：
控制范围内加烘。
3.1.3曝光不良：
主要因抽真空不完全，板变形导致。
解决方法：
抽真空需完全。
同时，对于变形之板抽真空后用棉捧赶压一下。
同时，对菲林阻光率进行检测是否有异常。
3.1.4侧显影：
曝光能量越低，侧蚀越严重。
阻焊开窗单边绿油被显影掉部分的底部宽度面积叫侧显影。
当侧显影过大时也就说明被显影掉的与基材或是铜皮相接触部分的绿油面积就越大，它形成的悬空度就越大，在后工序加工如：
喷锡、沉锡、沉金等侧显影部分受到高温、压力和一些对绿油攻击性较大的药水的攻击时就会形成掉油，如果是IC位部分有掉绿油桥，在客户装贴焊接元件时就会造成桥接短路。
曝光人员在调整了曝光级数前，一定要先做试板，确认未有侧蚀，断绿油桥等缺陷产生，方可正常大批量生产。
尤其是中途调动了曝光级数，曝光人员务必要提醒显影放板人员，以便在显影速度适当加快，显影压力适当进行减少。
3.2其他问题
3.2.1擦花
产生原因：
1.员工操作不当，一般出现在面积较大、较薄板；2.前工序操作擦花，补线不良等。
改善措施：
1.规范员工操作；2.收集报废板数据，推动前工序改善。
3.2.2绿油下杂物、薄油
产生原因：
1.网版不下油；2.撞板；3.员工操作（无尘服）。
改善措施：
1.装网前清洁网版，做板前索纸，生产过程中索纸；
2.猪笼架每隔一格放板，最外格不允许放板；3.衣服穿戴整齐，操作小心。
3.2.3绿油偏位上焊盘
产生原因：
1.对偏；2.菲林变形；3.菲林擦花。
改善措施：
1.规范员工操作；2.重做菲林；
3.清洁菲林，每30块板检查菲林等操作。
3.2.4聚油
产生原因：
1.铝片损坏漏油；2.丝印参数不当。
改善措施：
1.更换铝片；2.调整参数。
3.2.5跳印也称飞白：
主要是由于电镀电流过大，镀层厚，造成图形线条过高，在网印印制板时，由于刮板刀与网印框成一定角度网印，所以在线条两侧由于线条过高，就不下墨：
造成跳印，另一个原因是刮板刀有缺口，缺口处不下墨，造成跳印，解决的方法主要有控制电镀电流和检查刮板刀是否有缺口。
3.2.6表面不均匀：
在网印时没有注意及时印纸，清除网版的残余油墨，造成表面不均匀，解决方法是要及时印纸清除网版的残余油墨。
3.2.7孔里阻焊：
所造成的原因是在网印时没有及时印纸，造成网版堆积残余油墨过多，在刮刀压力下把残余油墨印入孔内，解决方法是及时印纸，还有丝网目数太低，也会造成孔里阻焊，要选用高网目的丝网制版，印料粘度太低，换用粘度大的印料，刮板网印角度大小，适当调大刮板网印角度，刮板刀口变圆，磨锐刮板刀口。
3.2.8氧化：
印制板阻焊层下铜箔线条上有发黑的迹象，造成的原因有擦板后水未烘干，印阻焊前印制板表面被液体溅过或是用手摸过，解决的方法是网印时目检印制板两面铜箔是否有氧化现象。
3.2.9气泡：
印制板线条间或单根线条侧面，在显影后有气泡产生。
主要原因：
两根或多根线条间起气泡主要是由于线条间距过窄且线条过高，网印时使阻焊料无法印到基材上，致使阻焊料与基材间有空气或潮气存在，在固化和曝光时气体受热产生膨胀引起单根线条主要是由于线条过高引起，在刮刀与线条接触时，线条过高，刮刀与线条间的角度增大，使阻焊料无法印到线条根部，使线条根部侧面与阻焊层间有气体存在，受热后产生气泡，解决的方法有：
网印时应目检网印料是否完全印到基材及线条侧壁，电镀时严格控制电流。
3.3菲林变形问题
菲林是指由银盐片绘制的黑白母片（黑菲林）与由重氮盐片经母片复制的工作片（黄菲林）。
菲林变形问题是一个非常令人头疼的问题。
很多菲林往往需要烤短，但在生产几十块后得又烤；甚至于一个拼板稍微大的板，工作片被工人剪成几大块，再七拼八凑的重拼一张；但碰到单拼板的，整张菲林没法剪......
调查显示：
菲林的胀缩系数有两个最关键的的因素：
温度和湿度，在阻焊无尘房也是有专门的温湿度测量仪并且每个小时都会做记录，那菲林的变形是因为什么呢？
（1）黄菲林制作过程是黑菲林（母片）在充分吸湿后再复制黄菲林，然后黄菲林在复制后再在这个基础上吸湿拉长，这个累加的数据将会比钻孔的孔位长8mil以上；
（2）菲林设计的预设比例：
不论是黑菲林还是黄菲林在制作过程中都要接触到湿气，所以在制作后都会因为吸湿而拉长。
如果我们将这个拉长的数据补偿到光绘数据内，使工作片的长度在钻孔长度的附近波动，则不会是所有的片永远偏长，如果在经验统计后并在光绘时设定补偿数据，很可能会做出比较精确地菲林。
（3）菲林的补偿方式：
目前线路板厂存在多种菲林补偿方式，其中最常用的为在CAM/CAD上操作方便的中心补偿及左下角补偿，还有一种补偿为先逐套单元补偿，再进行整板拼图，这种方法一般用在手机主板生产上，因手机板单元面积小，结构存在大铜面，单元内收缩系数很小，对于单元面积较大的盲孔板，这种把单元内的板材作不收缩的方法无法满足精度的要求。
（4）菲林在使用过程中存在老化与变形问题，阻焊菲林使用一般是200-300次/片为宜。
菲林在制作过程中的温度、传送辊之间的挤压与拉伸，曝光机内紫外光、温度影响而老化及对位时不断拉长、抽真空时对菲林的拉长，这些外来因素影响也不小，但关键是从工艺方面将温湿度对菲林的影响控制在最小的范围内，这样才能生产顺畅。
目前已有无收缩的玻璃菲林（清溢公司）引进，但价格上，送货时间及线路板所用ORC曝光机的构造等原因未能迅速推广！
在生产精细线路时，菲林变形会导致无法对位甚至是多次出菲林仍不满意。
4曝光尺、IC、BGA解读
因为我的主要岗位是曝光，所以在曝光岗位经常要注意一些曝光能量的问题：
有开窗面的在另一面要降低能量，精板能量一般要偏低，有IC、BGA的能量要适当加高一些等等，下面就曝光尺、IC、BGA做简单介绍。
4.1曝光尺
利用覆铜板废弃边材，印上相应颜色的油墨，把曝光尺放在上面，根据经验用曝光机对曝光尺进行曝光，进而显影。
因曝光尺各段遮光度不同，所以在曝光尺印有相应油墨的边材上会有被强光曝死与没有被曝死而被显影露出铜面的分界线，也即是我们操作说明书的格数标准，不同的油墨会有不同的格数标准，不同的板面也有不同的标准，如：
有IC为防止断桥，要适当加高能量；有BGA因焊点太小，把焊点周围的油墨曝死要增加更高能量；有开窗面在开窗的另一面适当降低曝光量，避免开窗面产生“鬼影”，所以我们要根据实际情况来进行能量校正。
曝光尺图片：
4.2IC
集成电路（integratedcircuit，港台称之为积体电路）是一种微型电子
器件或部件。
采用一定的工艺，把一个
电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。
它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。
用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。
它在电路中用字母“IC”（也有用文字符号“N”等）表示。
4.3BGA
IC器件随着集成度的增加、表面安装技术进步的发展历程：
DIP（引线插入型）；SOP（小型封装），具有两个侧面，间距1.27mm；QFP（引脚扁平封装），具有四个侧面，间距0.3mm以下，但需要制作引线架，遇到安装技术难题；TCP（带载封装），具有四个侧面，间距实现30um，利用金手指引线代替引线架，0.1mm以下间距的后续安装困难程度迅速增加；BGA（球栅阵列），实现了多端子但间距较大，有利于后续安装，在80年代后期由Motorola公司开发；追求小型化，有了CSP（芯片级封装）；又发展到MCP（多芯片封装），在原来一维封装板上二维安装几个芯片，几年前又出现了三维构造…..随着IC集成度化的提高，安装技术已经由插装技术走到表面安装技术，到现在已经迈进芯片级封装，而BGA技术既是表面安装技术的代表，又是表面安装技术走向芯片级封装的一个里程碑！
BGA封装技术是采用将圆型或者柱状焊点隐藏在封装体下面，其特点是引线间距大、引线长度短。
BGA封装（BallGridArrayPackage）的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。
5阻焊后续想法
5.1阻焊最常见的两种成品返工情况
5.1.1补“IC”桥
阻焊桥是指IC焊盘间隙中的油墨线。
阻焊断桥,是指显影时油墨受Na2CO3药水的攻击,出现阻焊桥脱落的现象。
原因是:
曝光能量偏低或是显影压力过大、速度太慢、显影液浓度过高！
当前的补救措施是：
工程部出返工菲林，阻焊再印一层阻焊油墨，在返工菲林（套印）对位后曝光显影，仅在IC桥的油墨被保留下来，完成补“IC”桥。
5.1.2BGA过孔发黄
首先阻焊塞孔是为了保护过孔的使用寿命，因为BGA位所需塞的孔一般孔径都比较小，在0.2——0.35mm之间，在后制程加工时孔内的一些药水不易被烘干或蒸发掉，容易留有残物，如果在阻焊不塞孔或是塞不饱满，在后工序加工如：
喷锡、沉金就会有残留异物或锡珠，在客户装贴元件高温焊接时一受热，孔内的异物或是锡珠就会流出沾附在元件上，造成元件性能上的致使缺陷，如：
开、短路。
BGA位在阻焊塞孔A：
一定要塞得饱满；B：
不许有发红或是假性露铜的现象；C：
不许有塞得过于饱满突起高于旁边需焊接的焊盘（会影响元件装贴的效果）。
当前的补救措施是：
跟补阻焊桥相似，阻焊印油墨，返工菲林，曝光显影。
仅保留过孔部分油墨，完成补救！
5.2后续想法
随着IC高集成化，PCB安装技术的进步，PCB工业将走向激光和纳米时代。
同时，电路板阻焊工艺也会遇到越来越大的挑战，单纯靠人工或机器对菲林曝光来选择需要留下和被显影掉的部分（菲林制作工艺导致菲林肯定会跟原来的文件有差别），势必满足不了PCB小型化趋势，芯片级封装的要求。
5.2.1物理方法思考
雕刻机是利用在既定软件上输入文件信息，然后雕刻机工作即完成钻孔和线路的形成，属于直接成形；而字符印刷是靠特定的网，需要的部分下字符油墨直接完成字符印刷；那么阻焊可不可以采取相应的方法直接在需要的部分通过专用的丝网涂布来完成？
首先，在原理上可以，但仅限于适用线路较粗、线距比较宽等非精细线路。
随着线路板向着小型化、高密度、高性能的环境下，这种技术面临着诸多困难。
1精细线路对阻焊油墨是一种考验：
粘度、固化条件等，因为液体涂覆在线路板表面，会因为表面张力向四周扩散，很难精确定位。
2对丝网也有很大挑战:
在太精细的情况下，要求制作很细的网版，而太细的网会有渗透油墨困难。
3对技术员的技术要求会更苛刻，精细线路的一点偏差会造成整体涂布的偏移，而且是要求不许有误差！
4化学方法始终是要比纯物理方法更精细，而现有的靠菲林挡光，相当于是靠光来选择需要和不需要的部分，是精细的，但菲林会遇到很大问题！
要直接在线路板上形成所需要的阻焊图形，靠物理方法已经不能适应当下的发展。
5.2.2化学工艺思考
1.帘幕涂布流程及设备：
光致阻焊机常见的工艺步骤流程图：
油墨准备——预清洗——预热——涂布——闪蒸烘干——反面涂布—
—曝光——防止时间——显影——热固化——UV后固化
机理：
电路板离开预热机后，在传输带上被齿型链夹住并“中置”，使之位于涂布线的正中；然后以高速穿过油墨幕帘，完成涂布，高速的目的是保证板子的导体和基板上涂覆一层油墨。
而小孔中不会塞满油墨；最后以慢速送入闪蒸烘箱。
工艺特点：
（1）“飞翔式”工艺，用齿形链夹住和传输板子，仅与板边接触；且随时适用任何规格尺寸的电路板，不需任何调整等待时间；
（2）油墨幕帘由两个“边缘限制刀口”按照板子的宽度调节，保证板边3至8毫米无油墨。
一方面可以节省油墨的用量，另一方面由于后道工序同样仅接触板边，可以对机台的污染降低到最少；
（3）全部由传感器感应板子的位置并按程序完成动作；闪蒸箱的供气和抽气以及预热机的抽气在热交换机内进行热量交换，大大节省能源。
（4）自动速度调节，慢速从预热机输送到传送带上，中置后加速穿过油墨幕帘，涂布后恢复慢速，并由推杆送入闪蒸烘箱；
（5）控制箱：
如果机器出现故障，显示屏不仅会显示故障的出处，还能提供该故障的几种可能原因及相应的解决方法。
整条线按程序进行，如果其中某一段发生故障，该段以及之前各段的工序会自动全部停止，防止卡板等；而后面的各段会继续工作，保证板子在完成整个工序后离开生产线。
油墨涂布：
（1）粘度自动调节，自动添加溶剂至设定粘度；
（2）恒温机自动保持油墨温度；
（3）可精度设定的涂布头开口；
（4）可自由调节泵速，通过不同的湿重得到不同的油墨涂覆厚度。
据统计：
帘幕式涂布在原料节省、涂覆均匀度、节能、以及操作简单方面都优于丝网印刷和静电涂布。
但因投资成本未能广泛应用！
2.激光光绘机是用激光对菲林进行扫描产生图形的，其原理正如电视机显像管中电子枪扫描屏幕上的荧光物质一样。
首先，将印制电路板的图面映像到一个大存储阵列中，然后使激光束按照存储阵列中相应单元的值被打开或关闭（调制），从而得到所需要的工艺菲林。
5.2.3总结
在现行阻焊工艺条件下，感光油墨在一定光强下被固化曝死而不被显影掉，是靠菲林选择被曝光和不被曝光的部分。
需要人工或机器对位并须经曝光。
如采用光绘机原理，调整合适的能量，在机械磨板、帘幕式涂布之后进入光绘机，光绘机按设定程序，载入相应文件，直接将所需要部分的油墨（用激光精确定位技术）感光固化，进而显影，将会大大提高自动化并满足精细线路的要求（精细线路在对菲林、丝网印刷都会遇到技术难题）。
生产线预想：
由于投入成本高，一般用来生产高精度、利润比较可观的线路板。
当前所要实现的自动化基本要求是：
在一端放板而在另一端接板，即完成了所要的工序。
那么自动化程度的投资与研发是比较重要的课题！
在磨板完成后，即让所要阻焊涂覆的板进入帘幕式涂布机（“飞翔式”工艺，用齿形链夹住和传输板子，仅与板边接触；且随时适用任何规格尺寸的电路板，不需任何调整等待时间），经过帘幕式涂布进而预烘干，进入设定程序的光绘机（可以严格定位，确保光绘在既定的区域而不会有任何偏移），进而显影收板进入下工序！
当然，企业生存之本是靠利润，成本过高企业是不会选择。
而帘幕式涂布、精确定位、能量精确控制的光绘机需要很大的成本，但在耗能以及后续人力物力的投入比较少，在长期预算下能有优势。
它在目前可以省去的是：
1设备方面：
丝印机、隧道式烤炉、立式烤炉、光绘机（出菲林用的）、曝光机；以及维护这些设备或设备工作时需要的基本材料投资。
2在人力物力方面，阻焊部门每班需要的人数大概在四十人左右，而假如预想投产，需要十个人足已；3在电路板小型化、高要求的今天，当下的阻焊设备终究会被淘汰（IC集成度高速增长，引脚宽度已向纳米级发展，现有的阻焊设备很难达到要求）。
在印制电路将走向激光和纳米时代的今天，自动化的进步会越来越凸显，并最终成为电路板行业的一个技术指标！
致谢
本论文是在王主任的悉心指导下完成的，从论文的选题和相关文献资料的查找，直到论文撰写的这一整个过程，王主任以其广博的知识、丰富的经验和清晰的思路，自始自终给我以耐心的指导，使我能够顺利的完成论文写作，他严谨的治学态度和精益求精的工作方式给我留下深刻的印象，令我受益匪浅。
故借此论文完成之际，对王主任表示深深的感谢。
与此同时，在这里我还要感谢在车间给我解决一些疑惑的张师傅、组长，以及学校所有老师对我的谆谆教诲，使我在大学期间能够掌握充足和扎实的专业知识去完成本论文的写作。
并且还要深深感谢在此论文写作的整个过程中给予我及时帮助的同学们。
参考文献
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[2]袁斌，菲林变形问题探讨，杭州方正速能科技有限公司
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