淺析PCB制板中觸變性對油墨性能的影響

核心摘要：油墨使用的成敗，直接影響到pcb出貨的總體技術(shù)要求和品質(zhì)指標(biāo)。為此，pcb生產(chǎn)廠家都非常重視油墨的性能優(yōu)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(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)代pcb的整個生產(chǎn)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(jù)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(shù)要求和品質(zhì)指標(biāo)。為此，pcb生產(chǎn)廠家都非常重視油墨的性能優(yōu)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)

絲網(wǎng)是網(wǎng)印工藝中不可缺少的材料之一。缺少絲網(wǎng)便不可稱之為網(wǎng)印，絲網(wǎng)是網(wǎng)印工藝的靈魂。絲網(wǎng)幾乎都是絲織物(當(dāng)然也有非絲織物的)。

以材料區(qū)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(jié)構(gòu)可分為：單股、多股

以網(wǎng)的粗細(xì)可分為：s(薄型)、t(中型)、hd(重型)

以網(wǎng)的目數(shù)可大致分為：低目數(shù)、中目數(shù)、高目數(shù)

在pcb行業(yè)中，最為常用的是t型網(wǎng)。s及hd型網(wǎng)，除個別特殊需要情況之外，一般都不采用。這是由于pcb行業(yè)是一個高科技的專業(yè)性極強的行業(yè)，它不同于制作單純的手工及藝術(shù)性的技藝，一般手工及藝術(shù)性的技藝其要求的技術(shù)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(dǎo)通及有信號傳輸上，它必須達到電性能要求精細(xì)的幾何尺寸,而這幾何尺寸是需要進行嚴(yán)格的度量的。因此，我們對幾個重要的與絲網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)參數(shù)要了解。

①絲網(wǎng)的厚度：

厚度是指絲網(wǎng)在無張力狀態(tài)下，靜置時厚度的測定值。此測定值是從測量數(shù)據(jù)中得出的統(tǒng)計平均值，用μm表示。厚度由構(gòu)成絲網(wǎng)的絲的直徑?jīng)Q定，與絲網(wǎng)透墨量有關(guān)。

②絲網(wǎng)的開孔面積率：

是網(wǎng)孔面積與絲網(wǎng)面積的比值，用百分比%來表示，這數(shù)值越大，則網(wǎng)孔的開度就越大。

③絲網(wǎng)的透墨量：

這里指的是理論值，在實際網(wǎng)印生產(chǎn)中，透墨量會受絲網(wǎng)的材質(zhì)、性能、規(guī)格油墨的粘度、顏料的細(xì)度、油墨的觸變性，刮板的硬度、印刷的壓力、印刷的速度、觸網(wǎng)距等的因素影響有關(guān)。

油墨透墨量=絲網(wǎng)厚度ftx絲網(wǎng)開孔面積率x10000。

=ft。w2/(w+d)2。10000(單位：cm3/m2)

以上三項技術(shù)指標(biāo)與下文所討論的內(nèi)容有著非常密切的關(guān)系。

二.油墨

是指用于印制板的有色膠狀物質(zhì)。常由合成樹脂、揮發(fā)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。

㈠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(yōu)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(jié)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(jié)料;

②溶解顏料和助劑;

③調(diào)節(jié)油墨粘度;

④調(diào)節(jié)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)商，由于其研發(fā)采用的樹脂體系基本上是確定的，所以，同一個油墨生產(chǎn)商生產(chǎn)的油墨，其所提供的溶劑可以通用。舉例來說，英國coates生產(chǎn)的油墨，只要是英國coates所生產(chǎn)的溶劑，基本上都可以通用。但是，我們還是堅持一種油墨應(yīng)配用相配套的專用稀釋劑。

⑴coates提供的稀釋劑系列產(chǎn)品

⑵coates產(chǎn)品與之對應(yīng)配套的稀釋劑

隨意配用稀釋劑，會導(dǎo)致油墨的凝膠(結(jié)塊)，剝落，顏色不均，耐化學(xué)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(dāng)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(zhì)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(zhì)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(xué)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(lián)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(shù)性能

pcb油墨品質(zhì)是否優(yōu)異，原則上不可能脫離以上幾大組分的組合。油墨品質(zhì)優(yōu)異，是配方的科學(xué)性，先進性以及環(huán)保性的綜合體現(xiàn)。其體現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)中是指油墨受到外力推動產(chǎn)生的流動性。

粘度單位的換算關(guān)系：

1pa。s=10p=1000mpa。s=1000cp=10dpa.s

②可塑性：指油墨受外力作用發(fā)生變形后，仍保持其變形前的性質(zhì)。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(fā)生變化的一種性質(zhì)，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(shù)，流動度與油墨的塑性和觸變性有關(guān)。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(xiàn)結(jié)網(wǎng)，產(chǎn)生結(jié)墨現(xiàn)象，亦稱網(wǎng)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(wǎng)版上的干燥愈慢愈好，而希望油墨轉(zhuǎn)移到承印物上之后，則要求越快越好;

⑦細(xì)度：顏料及固體料顆粒的大小，pcb油墨一般小于10μm，細(xì)度的大小應(yīng)小于網(wǎng)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(xiàn)很多細(xì)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(jù)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(dǎo)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(xué)品性：pcb油墨根據(jù)使用目的的不同，相應(yīng)要求對酸、堿、鹽和溶劑等要求都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn);

⑾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(yán)格的電氣性能要求;

⑿油墨的使用安全和環(huán)保性：pcb油墨要求具備低毒、無臭、安全和環(huán)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(wǎng)印的實際操作過程中，與操作者密切相關(guān)的是粘度問題。粘度的高低，對絲印的順當(dāng)與否，關(guān)系極大。所以在pcb油墨技術(shù)文件和qc報告中，粘度都標(biāo)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(yán)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)。為什么呢?經(jīng)深入研究之后，才發(fā)現(xiàn)，油墨粘度是個重要的因數(shù)，但并非唯一的。還有另一個相當(dāng)?shù)闹匾驍?shù)－－－－－－－－觸變性。是它，也在影響著印刷精度。

四.觸變性：(thixotropic)

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(fā)生變化的表征。

油墨在一定的恒溫下，假設(shè)油墨內(nèi)的溶劑沒有很快揮發(fā)，這時油墨的黏度是不會改變的，粘度與時間沒有關(guān)系，粘度不是一個變量，而是一個常數(shù)。

當(dāng)油墨被外力作用(攪拌)之下，粘度即發(fā)生變化，隨著作用力的延續(xù)，粘度會繼續(xù)變小，但不會無限制的下降，到了一定的極限而停止。而當(dāng)外力作用消失之后，經(jīng)過一定時間的靜置，油墨又能自動逐漸恢復(fù)到初始的狀態(tài)。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(dāng)外力消失之后，又能恢復(fù)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(guān)的變量。

在外力作用下，作用力持續(xù)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(yīng)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(fù)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(jīng)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(tài)下，它們以一種不規(guī)則的離子團存在。在常態(tài)下，它們由于互相吸引而有序的排列，表現(xiàn)出高粘度的狀態(tài)，但并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。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(tài)，表現(xiàn)出粘度變低。這就是我們平時所看到的油墨由稠變稀的現(xiàn)象。我們可以用下面一個閉合循環(huán)的可逆過程圖來形象地表達觸變性的全過程。

不難發(fā)現(xiàn)，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(dāng)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(shù)上可以采取添加一種助劑，從而使油墨的粘度發(fā)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(yīng)用

在實際應(yīng)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(wǎng)印的工藝。使得絲印操作變得輕松自如，油墨網(wǎng)印時，在網(wǎng)上的油墨被膠刮推動下，發(fā)生滾動和擠壓，油墨的粘度變低，利于透墨。油墨網(wǎng)印到pcb基板后，由于粘度未能很快回復(fù)，存在一個適當(dāng)?shù)牧髌娇臻g，使油墨緩慢流動，而達到回復(fù)平衡時，所網(wǎng)印的圖形邊緣就會得到滿意的平直度。

七.結(jié)束語

希望能通過本文對油墨觸變性的討論，加深我們對網(wǎng)印工藝在實際運用過程中，常常會碰到，但又不能很準(zhǔn)確提出解決方案的時候，觸變性就成為我們值得研究課題。