專利名稱：一種三維立體掩模板的混合制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掩模板的制作工藝，屬于材料制備及加工領(lǐng)域，具體涉及一種用于印刷電路上涂覆焊料時(shí)所用的三維立體金屬掩模板的制作工藝。
背景技術(shù)：
表面貼裝技術(shù)(Surface Mounting Technology,簡(jiǎn)稱SMT)誕生于上世紀(jì)60年代。即使用一定的工具將無(wú)引腳的表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放置到經(jīng)過(guò)印刷焊膏或經(jīng)過(guò)點(diǎn)膠的PCB焊盤上，然后經(jīng)過(guò)波峰或回流焊，使元器件與電路板建立良好的機(jī)械和電氣連接。PCB行業(yè)的發(fā)展不僅僅局限于平面模板，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(tǒng)的二維金屬掩模板組合無(wú)法達(dá)到不同量的材料轉(zhuǎn)移的要求，因此，制備表面厚度要求不均勻的掩模板已經(jīng)成為新時(shí)代的一個(gè)嶄新課題，而制作具有與PCB上凹凸形狀相對(duì)應(yīng)的金屬掩模板是未來(lái)PCB行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。模板的使用不僅是SMT表面貼裝技術(shù)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(zhǔn)確數(shù)量的材料轉(zhuǎn)移到PCB板上的精確位置。平面的模板難以將準(zhǔn)確數(shù)量的材料轉(zhuǎn)移到PCB面上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)組合平面模板同樣也不能滿足其要求。因此必須制作與PCB板凸起部位相對(duì)應(yīng)的掩模板，即具有三維立體結(jié)構(gòu)的掩模板。通過(guò)連續(xù)電 鑄和激光雕刻的混合工藝來(lái)得到印刷面具有凸形區(qū)域、PCB面具有凹形區(qū)域的三維立體金屬掩模板，其具體優(yōu)勢(shì)如下:
(1)連續(xù)的電鑄層可以有效提高兩電鑄層之間的界面結(jié)合力，不會(huì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)兩電鑄層分離剝落的現(xiàn)象；
(2)使用激光雕刻技術(shù)可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量；
(3)使用電鑄工藝可以有效提高金屬掩模板開(kāi)口質(zhì)量和表面質(zhì)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種三維立體掩模板的混合制備工藝，可以有效改善具有凸起并印有復(fù)雜花紋的PCB版印刷精度，該發(fā)明制備得到的掩模板具有三維空間結(jié)構(gòu)，其表面質(zhì)量?jī)?yōu)異，COV小于10%。本發(fā)明涉及一種三維立體掩模板的混合制備工藝，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 —?jiǎng)冸x；B、電鑄印刷面凸起:如處理一反面貼膜2—對(duì)位一曝光2 —單面顯影2 —電鑄2 —?jiǎng)?br> 離；
C、激光切割PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口。根據(jù)以上工藝步驟制備得到的三維立體掩模板，其板面質(zhì)量?jī)?yōu)異，COV不大于10%，表面為一級(jí)光亮。優(yōu)選地，通過(guò)電鑄方法制備得到的第一電鑄層的厚度為20-120 μ m。具體地說(shuō)，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不銹鋼板作為芯模材料，將芯模切割成為800mm*600mm的尺寸大小，后將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時(shí)間為l_2min，酸洗時(shí)間為l_2min,噴砂時(shí)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(jìn)行貼膜；
(3)曝光1:使圖形開(kāi)口區(qū)域以及對(duì)位孔區(qū)域以外的部分曝光，以便將未曝光區(qū)域通過(guò)顯影去除，留下曝光的部分以作后續(xù)電鑄步驟的保護(hù)膜，曝光量為800-2000mJ，曝光時(shí)間1000-2000s ；
(4)單面顯影1:將除圖形開(kāi)口區(qū)域及對(duì)位孔區(qū)域以外的顯影部分(未曝光區(qū)域)的干膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時(shí)間為100-200S ；
(5)電鑄1:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到曝光區(qū)域； (8)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。具體的說(shuō)，步驟A中第(5)步所述的電鑄工藝參數(shù)如下:
電流密度(A/m2)2.0-3.0
電鑄時(shí)間 I (min)100-300
溫度(V )50-60
pH4-4.5
活化時(shí)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(wěn)定劑(ml/L)1-5
潤(rùn)濕劑(ml/L)0.5-3
具體的說(shuō)，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制得的掩模板進(jìn)行酸洗、噴砂，其中酸洗時(shí)間為l-2min，噴砂時(shí)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制備得到的電鑄層印刷面貼膜；
(3)對(duì)位:通過(guò)電鑄層對(duì)位孔進(jìn)行CCD對(duì)位，確定坐標(biāo)原點(diǎn)；
(4)曝光2:曝光區(qū)域?yàn)槌S立體區(qū)域(凸形區(qū)域)以外的其他區(qū)域，曝光量為1000-2000mJ，曝光時(shí)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(shí)間為100-600s ；
(6)電鑄2:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區(qū)域；
(7)剝離:將芯模剝離。具體的說(shuō)，步驟B中第(6)步所述的電鑄工藝參數(shù)如下:
電流密度(A/m2)2.0-3.0
電鑄時(shí)間 2(min)500-1000
溫度(V )50-60
pH4-4.5
活化時(shí)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(wěn)定劑(ml/L)1-5
潤(rùn)濕劑(ml/L)0.5-3
一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于，所述步驟C中激光雕刻PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口，其具體的工藝步驟如下:
(1)將掩模板固定在一個(gè)提供張力的框架上，并將框架置于切割基臺(tái)上，使得待切割區(qū)域所在面朝上；
(2)通過(guò)CXD定位掩模板，以確定坐標(biāo)原點(diǎn)；
(3)調(diào)整切割參數(shù)，調(diào)整激光切割頭的縱向高度，使其激光焦點(diǎn)落在所要切割的區(qū)域表面，以形成3-8°的錐角的切割邊；
(4)通過(guò)激光切割頭發(fā)射出激光，進(jìn)行切割；
優(yōu)選的，所用激光的參數(shù)如下:
切割速率(cm/min)100-200
氣壓(MPa)0-2
激光能量(mj)400-900
電流(A)700-900
激光頻率(Hz)6000-8000
在激光加工過(guò)程中使用氧氣作為助燃?xì)怏w，以加快激光的切割速率。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可以得到高質(zhì)量的三維立體金屬掩模版，版面平滑均勻，COV小于10%，表面光亮為一級(jí)光亮，連續(xù)的電鑄層工藝可以有效提高兩電鑄層之間的界面結(jié)合力，不會(huì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)兩電鑄層分離剝落的現(xiàn)象，同時(shí)，使用激光雕刻技術(shù)可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量，簡(jiǎn)化制備工藝，同時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)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(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)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(qū)域
44-刮刀
55-轉(zhuǎn)移材料
66-掩模板三維立體區(qū)域
77-掩模板三維立體區(qū)域上的圖形開(kāi)口
88-焊接銅臺(tái)
4-掩模板PCB面
5-掩模板印刷面
圖2為掩模板三維立體區(qū)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(qū)域
II1-PCB面的凹形區(qū)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(kāi)口區(qū)域
4-第一電鑄層的PCB面
5-第一電鑄層的印刷面
6-對(duì)位孔
圖4為步驟B中電鑄印刷面凸起區(qū)域剖面圖:
1-芯模
2-第一電鑄層
3-電鑄層上的圖形開(kāi)口區(qū)域
4-第一電鑄層的PCB面
5-第一電鑄層的印刷面
6-對(duì)位孔
7-印刷面的凸起區(qū)域
8-PCB面干膜曝光區(qū)域
9-PCB面干膜
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1
本發(fā)明的一種實(shí)施例中，電鑄第一電鑄層中的優(yōu)選工藝步驟如下:
(O芯模前處理:選取1.8mm厚的304不銹鋼板作為芯模材料，將芯模切割成為800mm*600mm的尺寸大小，后將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時(shí)間為2min，酸洗時(shí)間為Imin,噴砂時(shí)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(jìn)行貼膜；
(3)曝光1:使圖形開(kāi) 口區(qū)域以及對(duì)位孔區(qū)域以外的部分曝光，以便將未曝光區(qū)域通過(guò)顯影去除，留下曝光的部分以作后續(xù)電鑄步驟的保護(hù)膜，曝光量為1500mJ，曝光時(shí)間1200s ；
(4)單面顯影1:將除圖形開(kāi)口區(qū)域及對(duì)位孔區(qū)域以外的顯影部分的干膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時(shí)間為180s ；
(5)電鑄1:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到曝光區(qū)域；
(8)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。實(shí)施例2
根據(jù)實(shí)施例1中的(5)電鑄步驟，優(yōu)選地，所用的電鑄工藝參數(shù)如下:
電流密度(A/m2)2.3
電鑄時(shí)間I (min)150
溫度(V)50±1
pH4-4.5
活化時(shí)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(wěn)定劑(ml/L)3
潤(rùn)濕劑(ml/L)2
實(shí)施例3
本發(fā)明的一種實(shí)施例中，電鑄印刷面凸起的一種優(yōu)選工藝步驟如下:
(1)前處理:將步驟A制得的掩模板進(jìn)行酸洗、噴砂，其中酸洗時(shí)間為2min，噴砂時(shí)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制備得到的電鑄層印刷面貼膜；
(3)對(duì)位:通過(guò)電鑄層對(duì)位孔進(jìn)行CCD對(duì)位，確定坐標(biāo)原點(diǎn)；
(4)曝光2:曝光區(qū)域?yàn)槌S立體區(qū)域(凸形區(qū)域)以外的其他區(qū)域，曝光量為2000mJ，曝光時(shí)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(shí)間為360s ；(6)電鑄2:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區(qū)域；
(7)剝離:將芯模剝離。實(shí)施例4
根據(jù)實(shí)施例3中的(6)電鑄步驟，優(yōu)選地，所用的電鑄工藝參數(shù)如下:
電流密度(A/m2)2.3
電鑄時(shí)間2 (min)800
溫度(V)50±1
pH4-4.5
活化時(shí)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(wěn)定劑(mL/L) 3
潤(rùn)濕劑(ml/L)2
實(shí)施例5
本發(fā)明的一種實(shí)施例中，優(yōu)選地，激光雕刻PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口，其具體的工藝步驟如下:
優(yōu)選的，所用激光的參數(shù)如下:
切割速率(cm/min)130
氣壓(MPa)1.8
激光能量(mj)600
電流(A)850
激光頻率(Hz)7700
在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種三維立體掩模板的混合制備工藝:其特征在于混合制備工藝的流程如下: 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 —?jiǎng)冸x； B、電鑄印刷面凸起:如處理一反面貼膜2—對(duì)位一曝光2 —單面顯影2 —電鑄2 —?jiǎng)冸x； C、激光切割PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于，所述步驟A和步驟B中的電鑄工藝的具體參數(shù)如下: 電流密度(A/m2)2.0-3.0 電鑄時(shí)間 I (min)100-300 電鑄時(shí)間 2 (min)500-1000 溫度(V )50-60 pH4-4.5 活化時(shí)間I (min)3-5 活化時(shí)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(wěn)定劑(ml/L)1-5 潤(rùn)濕劑(ml/L)0.5-3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于制備得到的三維立體掩模板的表面質(zhì)量為COV不大于10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于步驟A所述的第一電鑄層的厚度為20-120 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于:所述步驟A電鑄第一電鑄層的制備工藝路線如下: (O芯模前處理:選擇304、306或430不銹鋼板為芯模材料，并將其切割成尺寸為800mm*600mm*1.8mm的平板，后將芯模除油、酸洗、噴砂，其中除油時(shí)間為l_2min，酸洗時(shí)間為l-2min,噴砂時(shí)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(shí)間1000_2000s ； (4)單面顯影1:將除圖形開(kāi)口區(qū)域及對(duì)位孔區(qū)域以外的未曝光干膜清洗掉，保留曝光部分貼膜，顯影時(shí)間為100-200S ； (5)電鑄1:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區(qū)域(無(wú)干膜區(qū)域)； (6)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于:所述步驟B電鑄印刷面凸起的工藝路線如下: (I)前處理:將制得得掩模板進(jìn)行酸洗、噴砂，其中酸洗時(shí)間為l_2min，噴砂時(shí)間為2-5min,噴砂粒徑1-10 μ m,噴砂壓力l_5psi ； (2)反面貼膜2:在制備得到的電鑄層印刷面貼膜； (3)對(duì)位:通過(guò)電鑄層對(duì)位孔進(jìn)行CCD對(duì)位，確定坐標(biāo)原點(diǎn)； (4)曝光2:曝光區(qū)域?yàn)槌S立體區(qū)域(凸形區(qū)域)以外的其他區(qū)域，曝光量為1000-2000mJ，曝光時(shí)間為 1000_2500s ； (5)單面顯影2:將未曝光部分(凸起區(qū)域)的貼膜清洗除去，保留曝光部分的貼膜；顯影時(shí)間為100-600s ；(6)電鑄2:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到顯影區(qū)域(無(wú)干膜區(qū)域)，形成凸起區(qū)域； (7)剝離:將芯模剝離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鑄印刷面凸起的工藝，其特征在于所述的對(duì)位孔為通孔，且至少2個(gè)通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體掩模板的混合制備工藝，其特征在于，所述步驟C激光切割PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口，其具體的工藝路線如下: (1)將掩模板固定在一個(gè)提供張力的框架上，并將框架置于切割基臺(tái)上，使得待切割區(qū)域所在面朝上； (2)通過(guò)CXD定位掩模板，以確定坐標(biāo)原點(diǎn)； (3)調(diào)整切割參數(shù)，調(diào)整激光切割頭的縱向高度，使其激光焦點(diǎn)落在所要切割的區(qū)域表面，以形成3-8°的錐角的 切割邊； (4)通過(guò)激光切割頭發(fā)射出激光，進(jìn)行切割。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光雕刻PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口，其特征在于，所用激光的參數(shù)如下: 切割速率(cm.mirT1)100-200 氣壓(MPa)0-2 激光能量(mj)400-900 電流(A)700-900 激光頻率(Hz)6000-8000 ο
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光雕刻PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口，其特征在于，在激光加工過(guò)程中使用氧氣作為助燃?xì)怏w，以加快激光的切割速率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三維立體掩模板的混合制備工藝，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(duì)位→曝光3→單面顯影2→電鑄2→剝離；激光切割PCB面凹形區(qū)域及三維立體結(jié)構(gòu)上的圖形開(kāi)口。應(yīng)用此種混合工藝制備得到的三維立體掩模板，不僅可以有效使凸形區(qū)域部分在掩模板上精確定位，而且通過(guò)優(yōu)選的電鑄工藝參數(shù)，還可以保證掩模板的表面質(zhì)量以及鑄層厚度的均勻性，同時(shí)，采用激光切割工藝對(duì)掩模板凹下的三維部分及此部分的圖形開(kāi)口進(jìn)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(hào)H05K3/34GK103203970SQ201210010758
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者魏志凌, 高小平, 潘世珎, 王峰 申請(qǐng)人:昆山允升吉光電科技有限公司