專利名稱：一種三維立體金屬掩模板及其混合制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維立體金屬掩模板及其混合制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種PCB面具有凹形區(qū)域、對應(yīng)印刷面具有凸形區(qū)域的三維立體金屬掩模板的混合制備方法。
背景技術(shù)：
表面貼裝技術(shù)簡 稱SMT (Surface Mounted Technology的縮寫),是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。其特點為組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%飛0%，重量減輕609Γ80%。應(yīng)用此種技術(shù)制得的PSB板，可靠性高、抗振能力強、焊點缺陷率低、高頻特性好，同時減少了電磁和射頻干擾；無需對印制板鉆插裝孔，直接將表面組裝元器件貼焊到印制板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)。目前，表面貼裝技術(shù)的定位已從連接、組裝等一般性生產(chǎn)技術(shù)逐步演變?yōu)閷崿F(xiàn)高度多樣化電子信息設(shè)備的一個關(guān)鍵技術(shù)。更高密度、更小凸點、無鉛工藝等需要全新的表面貼裝技術(shù)，更能適應(yīng)消費電子產(chǎn)品市場快速變化的需求。模板的使用不僅是表面貼裝技術(shù)的第一步，也是最重要的一步。其作用是將焊膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤上，為元器件的焊接做準(zhǔn)備。平面的模板難以將準(zhǔn)確數(shù)量的焊膏轉(zhuǎn)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。因此必須制作與PCB板凸起部位相對應(yīng)的掩模板，即具有三維立體結(jié)構(gòu)的掩模板。通過連續(xù)電鑄和蝕刻的混合工藝來得到的印刷面具有凸形區(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)勢如下:
(1)連續(xù)電鑄工藝可以有效提高界面結(jié)合力，且滿足三維立體貼裝的要求；
(2)蝕刻技術(shù)可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量；
(3)電鑄工藝可以有效提高金屬掩模板開口質(zhì)量和表面質(zhì)量；
(4)該工藝為無鉛工藝，滿足環(huán)保要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種三維立體金屬掩模板及其混合制備方法，該種三維立體金屬掩模板的成分為純鎳金屬或者鎳鐵合金，該種掩模板為具有印刷面單面凸起、同時對應(yīng)PCB面單面凹陷的三維立體金屬掩模版。應(yīng)用連續(xù)電鑄技術(shù)可以保證兩電鑄層之間有良好的結(jié)合力，滿足三維立體貼裝的要求；且使用蝕刻技術(shù)形成的凹形區(qū)域孔壁光滑、無毛刺，可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量；使用連續(xù)電鑄方法制備得到的金屬掩模板開口質(zhì)量和表面質(zhì)量好；該種該工藝為無鉛工藝，滿足環(huán)保要求。三維立體金屬掩模板的混合制備方法具體的工藝流程如下:
A、電鑄第一電鑄層:芯模處理一前處理一貼膜la—曝光I—單面顯影I —電鑄I —貼膜Ib —曝光2 —剝尚；
B、電鑄印刷面凸起:如處理一印刷面貼膜2—對位一曝光3 —單面顯影2 —電鑄2 —剝離；
C、蝕刻PCB面凹形區(qū)域:前處理一印刷面貼膜3-單面顯影3—蝕刻一退膜。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)量優(yōu)異，COV不大于10%，表面為一級光亮。優(yōu)選地，通過電鑄方法制備得到的第一電鑄層的尺寸為20-120um。具體的說，步驟A所述的電鑄第一電鑄層的工藝步驟包括如下:
Cl)芯模處理:選取1.8mm厚的不銹鋼板作為芯模材料，將芯模切割成為800mm*600mm的尺寸大小；
(2)前處理:將芯模除油、酸洗、噴砂，以去除表面的油潰雜質(zhì)，并將表面打磨光滑；
(3)貼膜Ia:將芯模表面進行貼膜；
(4)曝光1:使圖形開口區(qū)域以及對位孔區(qū)域曝光，以便將未曝光區(qū)域通過顯影去除，留下曝光的部分以作后續(xù)電鑄步驟的保護膜；
(5)單面顯影1:將除圖形開口區(qū)域及對位孔區(qū)域以外的干膜清洗掉，保留曝光部分貼
膜；
(6)電鑄1:采用電鑄的方法將鎳金屬電鑄到無干膜區(qū)域；
(7)貼膜Ib:在電鑄層的表面即PCB面貼膜，以備曝光即將蝕刻的三維立體區(qū)域(凹形區(qū)域)以外的區(qū)域；
(8)曝光2:將三維立體區(qū)域(凹形區(qū)域)以外的區(qū)域曝光；
(9)剝離:將電鑄層從芯模上剝離。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制得的掩模板進行酸洗、噴砂，
(2)反面貼膜2:在步驟A制備得到的電鑄層印刷面貼膜；
(3)對位:通過電鑄層對位孔進行CCD對位，確定曝光坐標(biāo)；
(4)曝光3:曝光區(qū)域為除三維立體區(qū)域(凸形區(qū)域)以外的其他區(qū)域，以作后續(xù)電鑄步驟的保護膜；
(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；
(6)電鑄2:采用電鑄的方法將金屬電鑄到無干膜區(qū)域(凸起區(qū)域)；
(7)剝離:將掩模板從芯模上剝離。具體地說，步驟C所述的蝕刻PCB面凹形區(qū)域工藝步驟如下:
(1)前處理:清洗三維掩模板的印刷面；
(2)印刷面貼膜3:三維掩模板的印刷面貼膜，為了保護印刷面凸起區(qū)域不在后續(xù)的蝕刻過程中被腐蝕；
(3)單面顯影3:將PCB面未曝光區(qū)域(凹陷區(qū)域)的貼膜清洗除去，保留曝光部分的貼
膜； (4)蝕刻:蝕刻區(qū)域即為A中PCB面貼膜后的未曝光區(qū)域(無干膜區(qū)域)，形成PCB面凹形區(qū)域；
(5)退膜。優(yōu)選地，步驟A和步驟B中所述的顯影工藝參數(shù)如下:
芯模尺寸(mm)800*600*1.8
曝光 I 量(mj)500-1500
曝光時間I (s)800-1800
顯影I時間(s)80-170
曝光 2 量(mj)150-800
曝光時間2 (s)100-500
顯影2時間(s)200-700
曝光 3 量(mj)1000-2000
曝光時間 3 (s)1000-2500
顯影3時間(s)100-200
優(yōu)選地，步驟A和步驟B中所述的電鑄工藝參數(shù)如下:
電流密度(A/m2) 2.0-3.0
電鑄時間 I (min)100-300
電鑄時間 2 (min)500-1000
溫度(V )40-55
pH3.5-5.0
活化時間l(min)2-5
活化時間2 (min)5-10
優(yōu)選地，步驟A和步驟B中所述的電鑄液的組成如下:
氨基磺酸鎳(g/L)50-80
七水合氯化鎳(g/L) 10-20
氯化亞鐵(g/L)30-50 (電鑄鎳鐵合金時加入)
硼酸(g/L)30-50
光亮劑(ml/L)0.5-3
穩(wěn)定劑(ml/L)1-5
潤濕劑(ml/L)0.5-3
優(yōu)選地，步驟C中所述的PCB面蝕刻工藝參數(shù)如下:
蝕刻液溫度(°C)25-55
蝕刻液噴射壓力(psi) 15-35 蝕刻時間(min)15-30
本發(fā)明中通過連續(xù)電鑄和蝕刻的混合制備方法得到的印刷面具有凸形區(qū)域、PCB面具有凹形區(qū)域的三維立體金屬掩模板，具有明顯的優(yōu)勢。如:連續(xù)電鑄工藝可以有效提高界面結(jié)合力，且滿足三維立體貼裝的要求；蝕刻技術(shù)可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量；電鑄工藝可以有效提高金屬掩模板開口質(zhì)量和表面質(zhì)量；該工藝為無鉛工藝，滿足環(huán)保要求。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)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(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)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印刷示意圖11-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
4-掩模板PCB面
5-掩模板印刷面 圖2掩模板俯視圖
2-第一電鑄層
3-圖形開口區(qū)域
6-對位孔
66-掩模板三維立體區(qū)域 圖3掩模板三維立體區(qū)域剖面圖
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4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(qū)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5電鑄印刷面凸起(步驟B)剖面圖
1-芯模
2-第一電鑄層
3-電鑄層上的圖形開口區(qū)域
4-第一電鑄層的PCB面
5-第一電鑄層的印刷面
6-對位孔 7-印刷面的凸起區(qū)域
8-PCB面干膜為未曝光區(qū)域
9-PCB面干膜
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)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(biāo)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，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明揭示一種三維立體掩模板的混合制備工藝。實施例1
本發(fā)明的一種實施例中，電鑄第一電鑄層中的一種優(yōu)選工藝參數(shù)如下:
曝光和顯影工藝參數(shù):
芯模尺寸(mm)800*600*1.8
曝光I量(mj)1000
曝光時間I (s)1500
顯影I時間(s)150
曝光2量(mj)200
曝光時間2 (s)600
電鑄工藝參數(shù):
電流密度(A/m2) 2.3 電鑄時間I (min)150
溫度(V)45±1
pH4.0
活化時間I (min)3
電鑄液的組成:
氨基磺酸鎳(g/L)55
七水合氯化鎳(g/L) 15
氯化亞鐵(g/L)30 (電鑄鎳鐵合金時加入)
硼酸(g/L)35
光亮劑(ml/L)2.0
穩(wěn)定劑(ml/L)3
潤濕劑(ml/L)0.5-3
實施例2
本發(fā)明的一種實施例中，電鑄印刷面凸起的一種優(yōu)選工藝參數(shù)如下:
曝光和顯影工藝參數(shù):
顯影2時間(s)300
曝光3量(mj)2000
曝光時間3 (s)2500
顯影3時間(s)120電鑄工藝參數(shù):
電流密度(A/m2)2.5
電鑄時間2 (min)900
溫度(V)45±1
pH4.0
活化時間2 (min)7
電鑄液的組成:
氨基磺酸鎳(g/L)55
七水合氯化鎳(g/L) 15
氯化亞鐵(g/L)30 (電鑄鎳鐵合金時加入)
硼酸(g/L)35
光亮劑(ml/L)2.0
穩(wěn)定劑(ml/L)3
潤濕劑(ml/L)0.5-3
實施例3
本發(fā)明的一種實施例中，電鑄印刷面凸起的一種優(yōu)選工藝參數(shù)如下:顯影工藝參數(shù):
顯影2時間(s)300
曝光3量(mj)1500
曝光時間3 (s)2000
顯影3時間(s)120
電鑄工藝參數(shù):
電流密度(A/m2)2.5
電鑄時間I (min)280
電鑄時間2 (min)950
溫度(V)45±1
pH4.0
活化時間2 (min)7
電鑄液的組成:
氨基磺酸鎳(g/L) 60七水合氯化鎳(g/L) 12硼酸(g/L)45
光亮劑(ml/L)2.5
穩(wěn)定劑(ml/L)3
潤濕劑(ml/L)0.5-3
實施例4
本發(fā)明的一種實施例中，蝕刻PCB面凹形區(qū)域的一種優(yōu)選工藝參數(shù)如下:蝕刻液溫度(°C)40
蝕刻液噴射壓力(psi) 35 蝕刻時間(min)20
在本說明書的描述中，參考術(shù)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(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、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(jié)合。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，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這些實施例進行多種變化、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
1.一種三維立體金屬掩模版，其特征在于，該種掩模板為具有印刷面單面凸起、同時對應(yīng)PCB面單面凹陷的三維立體金屬掩模版。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體金屬掩模版，其特征在于，該金屬掩模板的成分為純鎳金屬或者鎳鐵合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維立體金屬掩模版，其特征在于，所述的三維立體金屬掩模版的混合制備方法，由以下3個工藝步驟制備而成: A、電鑄第一電鑄層:芯模處理一前處理一貼膜la—曝光I—單面顯影I —電鑄I —貼膜Ib —曝光2 —剝尚； B、電鑄印刷面凸起:如處理一印刷面貼膜2—對位一曝光3 —單面顯影2 —電鑄2 —剝離； C、蝕刻PCB面凹形區(qū)域:前處理一印刷面貼膜3—單面顯影3 —蝕刻一退膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法，其特征在于，所述步驟A和步驟B中的前處理包括酸洗、噴砂。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的制備方法，其特征在于，所述步驟A中的電鑄層具有圖形開口區(qū)域及對位孔，對位孔為通孔，且至少兩個對位孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法,其特征在于，所述步驟B中對位是通過A中制作的通孔對位孔進行CCD對位，確定曝光坐標(biāo)，且曝光3的曝光區(qū)域為除凸形區(qū)域以外的其他區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法,其特征在于，在進行步驟A和步驟B的電鑄工藝之前具有活化工藝，來提高兩鍍層之間的結(jié)合力，防止鍍層脫落。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法，其特征在于，所述步驟C中的蝕刻區(qū)域即為步驟A中PCB面貼膜Ia后的曝光Ib區(qū)域，形成PCB面凹形區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法，其特征在于，曝光顯影的參數(shù)范圍如下: 芯模尺寸(mm)800*600*1.8 曝光 I 能量(mj)500-1500 曝光時間I (s)800-1800 顯影I時間(s)80-170 曝光2能量(mj)150-800 曝光時間2 (s)100-500 顯影2時間(s)200-700 曝光 3 能量(mj )1000-2000 曝光時間 3 (s)1000-2500 顯影3時間(s)100-200。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的混合制備方法,其特征在于，電鑄的參數(shù)范圍如下: 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 )40-55 pH3.5-5.0 活化時間l(min)2-5 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 氯化亞鐵(g/L) 30-50 (電鑄鎳鐵合金時加入) 硼酸(g/L)30-50 光亮劑(ml/L) 0.5-3 穩(wěn)定劑(ml/L)1-5 潤濕劑(ml/L) 0.5-3。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維立體金屬掩模版的制備方法，其特征在于，步驟C中所述的蝕刻工藝參數(shù)范圍如下: 蝕刻液溫度(°C)25-55 蝕刻液噴射壓力(psi) 15-35 蝕刻時間(min)15-30。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維立體金屬掩模板及其混合制備方法。該種掩模板為具有印刷面單面凸起、同時對應(yīng)PCB面單面凹陷的三維立體金屬掩模版。該種掩模板由純鎳、鎳鐵合金中的一種組成。三維立體金屬掩膜板的制備工藝步驟包括A、電鑄第一電鑄層芯模處理→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；B、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；C、蝕刻PCB面凹形區(qū)域前處理→印刷面貼膜3→單面顯影3→蝕刻→退膜。應(yīng)用此種混合工藝制備得到的三維立體金屬掩模板，不僅可以有效提高界面結(jié)合力，滿足三維立體貼裝的要求；所刻蝕成的凹形區(qū)域孔壁光滑、無毛刺，可以有效提高PCB面凹形區(qū)域孔壁質(zhì)量；而且均勻性高，COV在10%以內(nèi)，可以有效提高金屬掩模板開口質(zhì)量和表面質(zhì)量。該工藝為無鉛工藝，滿足環(huán)保要求。
文檔編號G03F7/00GK103203972SQ201210010770
公開日2013年7月17日 申請日期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 申請人:昆山允升吉光電科技有限公司