專利名稱：向印刷電路板數(shù)字施加保護阻焊層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向印刷電路板施加保護阻焊層(soldermask)的裝置與方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)圖2中，描述了向PCB(印刷電路板)施加保護阻焊層的一種傳統(tǒng)方法的一個簡化的流程圖說明。使用任何傳統(tǒng)的方法，例如使用“幕簾涂布”和“絲網(wǎng)印制”方法，都可能影響步驟150。
已出版的PCT申請WO 02/01929 A2描述了用于印刷電路板制造的基于噴印的裝置與方法。
把本說明書中所提到的所有出版物以及其中所引用的出版物所公開的內(nèi)容并入此處，以作參考。

發(fā)明內(nèi)容
在高端印刷電路板上施加阻焊層的一種通用的現(xiàn)有技術(shù)方法是光刻法，這一方法包括下列步驟(a)預清潔和清洗電路板；(b)用液體光可成像阻焊層全涂覆面板；(c)不剝落(take free)干燥電路板的兩面；(d)通過一種光照圖(phototool)暴露于光化性光(通常在真空條件下)；(e)顯影；(f)噴流清洗；以及
(g)電路板的最后固化。
較佳的做法是，當根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例數(shù)字地施加阻焊層時，避免(b)～(f)的所有步驟，此處將對此加以描述。
本發(fā)明旨在提供用于向印刷電路板施加保護阻焊層的改進的裝置與方法。
較佳的做法是，令此處所說明和所描述的向印刷電路板數(shù)字施加保護阻焊層的方法完全排除傳統(tǒng)的光成像階段。
“焊壩”為涂覆在焊盤(pad)之間的空間的阻焊層，由于阻焊層的化學成分排斥焊料，所以防止了相鄰焊盤之間的電氣短路。
由于光照圖的有限的精度，在焊盤緊密地靠在一起，例如僅相隔大約75微米的情況下，不可能在焊盤之間留下焊壩。這可能導致短路。
另外，對于具有厚焊盤的電路來說，即使可能留下焊壩，相當窄和高的焊壩也是脆弱的，可能導致破損，對于防止短路來說，這是有害的。而且，在電子部件的組裝期間，碎屑可能粘在所施加的焊錫膏上，這妨礙了回流期間適當?shù)暮附印?br> 當把油墨施加于PCB時，通孔填充有未固化的油墨。如果縱橫比(PCB厚度/PCB孔徑)很高，則在顯影過程中不能適當?shù)厍鍧嵾@些孔，這妨礙了可焊接性。
如果在電測試期間希望過孔(via)填充，例如為了改進所施加的真空度，則可以增加過孔附近滴注的密度，以能夠至少部分地阻擋過孔，較佳的做法是完全阻擋過孔。通過增加滴噴射密度而不是通過傳統(tǒng)的LPISM(液體光可成像阻焊層)施加方法填充過孔的一個特別的優(yōu)點是，當使用LPISM施加方法時，由于LPISM的粘稠度高于根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例典型使用的噴墨油墨粘稠度，所以在焊料震動或回流期間，過孔中的截留空氣可能導致爆炸，從而容易產(chǎn)生不希望的焊球。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，使用一個噴墨機把墨滴施加在PCB上，從而生成緊密重疊的油墨點。由于采用了SMT(表面安裝技術(shù))和TH(通孔)，所以PCB上的焊盤相對于PCB的平面升高，每一個通過噴射機所噴射的墨滴(通常假設(shè)滴噴射密度在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi))擴散到任何附近升高的焊盤的邊緣，并且剛好停止在這一邊緣。
因而，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供了一種根據(jù)一個阻焊層圖案把油墨施加于印刷電路板的方法，其中PCB具有確定了焊盤邊緣的升高的焊盤，該方法包括使用油墨灌注PCB，以致于油墨能夠前進到焊盤邊緣，并且停止在焊盤邊緣附近或停止在焊盤邊緣，而且不會攀升到升高的焊盤上。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，還提供了一種用于根據(jù)一個阻焊層圖案把油墨施加于PCB的方法，該方法包括使用一個噴墨機，根據(jù)阻焊層圖案，把墨滴滴到印刷電路板上，并且使用光化性光，例如在100毫秒內(nèi)凝固每一墨滴，以防止油墨擴散。
而且，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，阻焊層圖案包括一個導體，這一導體具有導體邊緣，而且其中使用步驟包括使用噴墨機把墨滴噴射到導體邊緣上。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，阻焊層圖案至少包括一對相鄰焊盤，其中，使用步驟包括使用噴墨機把墨滴噴射在相鄰焊盤對之間，從而生成一個焊壩。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，光化性光包括UV光。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該方法還包括提供至少具有一個孔的印刷電路板，而且其中灌注步驟包括灌注除了孔的緊鄰附近之外的印刷電路板。如果希望阻擋部分孔，則可以通過增加過孔附近的墨滴密度加以實現(xiàn)。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，每一個孔具有至少10∶1的縱橫比。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，印刷電路板至少具有一個孔，而且該方法還包括使用印刷電路板而不必清潔孔。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的一個特別的特征在于，在組裝過程期間，除了覆蓋和保護導體外，阻焊層還通過化學排斥焊料防止電氣短路，并防止了焊球粘在電路板上。
本發(fā)明的另一個特別的特征在于，不會明顯形成疵痕(straw)。當使用傳統(tǒng)的阻焊層施加方法時，特別是PCB具有高的焊盤和導體時，容易形成不希望的“疵痕”。這些疵痕是沿SMT焊盤或?qū)w的垂直于涂覆方向的線性邊緣的線性氣泡。疵痕的形成會帶來麻煩，因為陷入疵痕的空氣可能在高焊料溫度時爆炸，從而產(chǎn)生不希望的焊球。
如現(xiàn)有技術(shù)中所教授示的，阻焊層放置的光可成像清晰度，會產(chǎn)生高邊緣清晰度。然而，光刻工藝的當前技術(shù)狀態(tài)的限制之一是，很難獲得光照圖和PCB焊盤之間的好的套準精度。由于同一批中不同電路板之間的小的套準差異和PCB變形，以及由于使用了對可能包含在每一批中的數(shù)十塊電路板進行成像的一個單一的光照圖，所以會出現(xiàn)這一困難。
傳統(tǒng)上，通過在焊盤周圍留出不暴露的邊緣余量，獲得光照圖與PCB焊盤的套準精度，這導致了這些焊盤周圍溝渠的形成。這些現(xiàn)象促使PCB制造商決定對于細距部件，在相鄰焊盤之間應完全消除阻焊層分隔(“焊壩”)。這一決定是有問題的，因為在相繼的回流焊接過程期間，在消除相鄰焊盤之間的短路方面，焊壩是十分重要的。
當使用一個噴墨機時，人們希望獲得與傳統(tǒng)光刻PCB制造過程中所獲得的銳邊清晰度可比的銳邊清晰度。最小化墨滴體積是獲得銳邊清晰度的一條可行途徑，然而，最小化墨滴體積明顯地降低了印刷速度、降低了墨滴置位精度、以及吞吐能力。本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的一個特別的特征在于，通過對一構(gòu)型目標上的具有凸起特征的邊緣進行灌注，可以在不使用特別小的墨滴的情況下，確定銳邊。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例所提供的數(shù)字阻焊層施加的一個特別的優(yōu)點在于，針對每一電路板進行圖像定標的可能性，考慮了同一批中不同PCB尺寸之間的小的差別?？梢跃_地把噴墨墨滴放置在預先確定的點和區(qū)域位置，允許其流動一段確定的時間周期，直至達到最近的焊盤，然后，例如使用光化性光凝固墨滴，光化性光將固化液體阻焊層光敏部分。
接下來，例如，為了確保導體邊緣的覆蓋、為了建立焊壩、為了添加一個標志、或者出于其它任何原因，較佳的做法是印刷阻焊層的一個附加層。在其達到介質(zhì)之后，盡可能快地凝固這一附加層，例如通過UV固化、通過暴露于IR輻射、與/或通過施加熱空氣。這一立即凝固防止了墨滴從導體流下，并允許在固化前允許擴散的第一固化層之上建造較高的焊壩被允許?？捎羞x擇地在一或多個通道施加后繼的油墨印刷，以確保對導體邊緣等有問題的地方提供充分厚的涂層。
通過本發(fā)明的灌注方法之一，而不是通過這一技術(shù)領(lǐng)域中人們所熟悉的光成像方法施加阻焊層的其它的優(yōu)點包括(a)增加了焊壩的機械強度，因為施加了厚的銅焊盤。在傳統(tǒng)的光成像工藝中，由于焊盤周圍的溝渠的形成，所形成的焊壩相當高而窄，易于機械破損。相比之下，通過根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的灌注所生成的焊壩，不高或不窄，因此增加了機械強度。
(b)通常，PCB的處理，例如PCB的無電鍍錫的處理，涉及不同的階段，每一階段發(fā)生于不同的化學溶劑中。如果溝渠出現(xiàn)在PCB中，由于這些化學藥品在難以清洗的溝渠中的積累，來自某一特定階段的化學藥品，例如無電鍍錫，易于污染下一個階段的溶液。
溝渠還易于截留焊球。PCB上焊球的存在是人們所不希望的，因為在電子板的壽命期內(nèi)，它們可能導致短路。
在組裝過程期間，助焊劑易于被截留在溝渠中。接下來，一旦把PCB安裝在電子設(shè)備中，所截留的助焊劑可能導致PCB上的電子部件的腐蝕。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的一個特別的優(yōu)點在于，基本上避免了溝渠的形成，因此基本上消除了以上所提到的問題。
(c)還緩解了當用一個厚的銅外層涂覆PCB時，即靠近高的焊盤和導體進行涂覆時，易于出現(xiàn)的另一個問題。當使用幕簾涂布或絲網(wǎng)印刷時，在導體和玻璃環(huán)氧樹脂處可能截留空氣。這一現(xiàn)象被稱為“疵痕效應”，當使用本發(fā)明的數(shù)字施加工藝時，通常不會發(fā)生這一現(xiàn)象。
(d)在涉及具有高的縱橫比的厚電路板的應用中，在通過幕簾涂布或絲網(wǎng)印刷施加液體可成像阻焊層(LPISM)的同時，液體阻焊層可能進入電鍍化(plated)孔。在傳統(tǒng)的顯影過程中，在已不剝落干燥阻焊層之后，難以完全消除掉阻焊層材料。如果液體阻焊層的跡線仍存在于孔中，則部件的通孔組裝可能會出現(xiàn)故障。當使用此處所說明和所描述的數(shù)字印刷方法時，通常油墨不會接近電鍍化孔。因此，可以在不清潔孔的情況下使用PCB。因為孔的清潔是不必要的。
此處所說明和所描述的本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例的一個特別的優(yōu)點在于，可以完全消除作為傳統(tǒng)的阻焊層施加方法的一部分的耗時的和昂貴的光照圖化步驟(現(xiàn)有技術(shù)圖2中的175)。


結(jié)合附圖，通過以下的詳細描述，將可理解和認識本發(fā)明。
圖1A～1B共同形成了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例構(gòu)造和操作的、用于向印刷電路板數(shù)字施加保護阻焊層的方法的一個簡化的流程圖；圖2是用于向印刷電路板施加保護阻焊層的一個現(xiàn)有技術(shù)方法的一個簡化的流程圖；圖3是用于向印刷電路板數(shù)字施加保護阻焊層的裝置的一個簡化的示意圖，包括在印刷頭橋接器(bridge)的兩側(cè)上進行光化性光照射，以使目標能夠迅速固化，一旦印刷完畢，可以從兩個方向中的任何一個方向退出印刷頭橋接器；以及圖4A～4B是沿圖3的IV-IV所截的一個簡化的示意圖，描述了沿一個第一方向，例如在PCB的第一線性部分已覆蓋了阻焊層之后，以及沿第二方向在PCB的第二線性部分已覆蓋了阻焊層之后，在圖3的裝置的UV固化燈之下穿過的PCB電路板。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1A～1B。圖1A～1B共同形成了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例構(gòu)造和操作的、用于向印刷電路板數(shù)字施加保護阻焊層的方法的一個簡化的流程圖。
較佳的做法是，使用一個類似于所公開的PCT申請PCT/IL01/00596(WO 02/01929)中所說明和所描述的數(shù)字阻焊劑滴放置系統(tǒng)的數(shù)字阻焊劑滴放置系統(tǒng)，實現(xiàn)圖1A～1B的方法。
在步驟50中，把數(shù)字阻焊劑滴，此處也將其稱為“墨滴”，放置除禁止區(qū)域之外的電路板的整個區(qū)域上。這些墨滴灌注印刷電路板的裸露部分。已從這些裸露部分蝕刻掉了銅層，此處也將這些裸露部分稱為印刷電路板的“層壓區(qū)域”。在灌注過程中，焊盤停止了液體阻焊層的流動。這一步驟使阻焊層靠近焊盤。
步驟40、50以及60為第一遍，用于覆蓋整個PCB區(qū)域。步驟70和80為第二遍，專門用于覆蓋由于導體相對PCB平面的增高的高度的在第一遍期間易于被進行不適當?shù)母采w的導體。
在步驟70中，再次把阻焊層施加于電路板，此次，在向電路板施加阻焊層之后，阻焊層立即全部或部分地凝固。這兩種情況均允許把焊壩建造在焊盤之間，并防止了油墨從導體流下來，特別是從其邊緣流下來。例如，阻焊層的立即“凝固”可能通過UV固化、暴露于IR輻射、合/或施加熱空氣來進行。
在步驟70中，油墨被迅速“凝固”。通常，在50～200毫秒之后，PCB上的印刷區(qū)域在光化性光之下穿過，并至少部分地得以固化，以確保印刷的墨滴不會移動。光化性光的適當?shù)妮椛涠葹?0～300mj/cm2，較佳的做法是令其為100～200mj/cm2。如圖3～4B中所示，為了確保把墨滴放置在電路板上與其固化之間的這段時間最短，通常設(shè)置兩個光化性光源300和310在支撐印刷頭330的橋接器320的每一側(cè)上各設(shè)置一個，從而PCB能夠沿如箭頭340和350所指示的兩個方向中的任何一個方向移動通過橋接器320，并且可以沿這兩個方向中的兩個方向，從橋接器320的緊鄰PCB的出口點的位置，使用一個UV燈300或310。
在圖1A～1B中，通常在所希望的地方施加油墨2～6遍，如圖中所示，通常施加油墨2～3遍(步驟50、70以及80)。遍數(shù)取決于墨滴的體積、印刷頻率以及面板速度，在現(xiàn)有技術(shù)的印刷機，例如在PrintarLGP-809的狀態(tài)下，所有這些參數(shù)都是可控的。例如，如果墨滴體積為75pl，像素大小(相鄰施加的墨滴中心之間的距離)為33微米，則所涂覆的厚度通常超過70微米，這遠遠超過傳統(tǒng)上所要求的25微米的干燥涂層。
在LGP-809上，最高印刷頻率為每秒20,000滴。然而，通常，可以針對步驟50、70和80中的每一步驟對印刷頻率進行選擇，從而可以提供了一個所希望的厚度的涂層，而且恰到好處。例如，如果所希望的涂覆厚度為20～40微米，則可以使用大約每秒5000滴的印刷頻率。
為了灌注PCB，每平方厘米必須噴射大約30,000墨滴。這一參數(shù)恰好在任何OEM(原設(shè)備制造商)，例如Spectra、Xaar或Epson印刷頭的能力范圍內(nèi)。
用于執(zhí)行圖4的方法的一種合適的噴墨設(shè)備是LGP-809，LGP-809是商業(yè)可得的噴墨設(shè)備，可以從以色列雷霍沃特的Printar公司購得。圖3的裝置可類似于LGP-809，或類似于以上所參照的共有未決的PCT申請中所描述的裝置，所不同的是，可以在印刷頭橋接器的任一側(cè)設(shè)置兩個UV燈。
圖1A～1B的步驟30、40以及45，可以由Printar LGP-809印刷機的RIP功能加以執(zhí)行。較佳的做法是，在步驟40中，執(zhí)行二值化(binarization)，以致于可以把焊盤、孔以及每一焊盤和每一個孔周圍的一個適當寬度的邊緣余量，例如50～100微米，全部確定為“禁止區(qū)域”，即不施加阻焊層的區(qū)域。在步驟45中，通常不必以一個將加以覆蓋的邊緣余量來圍繞各導體和/或焊壩，因為在施加油墨之后較佳的做法是令墨滴立即“凝固”。
LGP-809具有25～80微米的墨滴定位精度，并且可以具有20～200微微升的墨滴體積。例如，由LGP-809噴墨設(shè)備所噴射的一個75微微升的墨滴可以在介質(zhì)上生成一個其直徑為80～120微米的點，這一直徑取決于介質(zhì)和所噴射油墨之間的交互作用。
例如，可以在除焊盤區(qū)域之外的整個涂覆的PCB表面上分布墨滴，這些墨滴的中心互相間隔大約33微米。在每一焊盤區(qū)域的周圍，墨滴的中心距焊盤的邊緣大約60～80微米?？梢灾貜瓦@一過程，以實現(xiàn)一個跨越涂覆的PCB的整個區(qū)域或在其的某些指定區(qū)域中的所希望的厚度。例如，如果焊盤厚度為35微米，則在焊盤的附近重復這一過程1～4次。如果焊盤厚度為140微米，則在該焊盤的附近重復這一過程4～16次。
例如，可以在除焊盤區(qū)域之外的整個涂覆的PCB表面上分布墨滴，這些墨滴的中心互相間隔大約33微米。在每一焊盤區(qū)域的周圍，墨滴的中心距焊盤的邊緣大約60～80微米。可以重復這一過程，以實現(xiàn)一個跨越涂覆的PCB的整個區(qū)域或在其某些指定區(qū)域中的所希望的厚度。例如，如果焊盤厚度為35微米，則在焊盤的附近重復這一過程1～4次。如果焊盤厚度為140微米，則在該焊盤的附近重復這一過程2～8次。
為了適當?shù)馗采w導體，較佳的做法是，通過使用具有一種有利于原地固化從而禁止從導體流下來的UV成分的油墨，使從導體向下流的油墨流動最小化。例如一種合適的可購得的油墨是Avecia的SolderMask Z3727/6/1。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的特別的特征在于，每一個通過噴射機所噴射的墨滴(假設(shè)滴噴射密度在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi))通常擴散到任何附近升高的焊盤的邊緣，并且剛好停止在這一邊緣。一個用于沿Y軸的滴噴射密度DPIY的適當?shù)闹礵，可以通過手工或通過適當?shù)能浖M行計算，例如，如下DPIY＝25.4×25.4×T/(DPIX×Vd)，其中，25.4為一個英寸-毫米的轉(zhuǎn)換因子。T是以mm為單位的PCB上的所希望的油墨厚度，DPIX是沿X軸的滴噴射密度，這一滴噴射密度通常是打印機固定的本機參數(shù)，Vd為微微升為單位的每一所噴射墨滴的體積，其可以在工作條件下通過試驗加以確定。以每英寸若干滴的形式給出DPIX和DPIY的值，即使希望一個相當?shù)偷膰娚涿芏龋ㄟ^以相當高的分辨率，例如750dpi，操作打印機，但對打印機的控制進行調(diào)整，以實際上低于每英寸750滴，例如每英寸375滴的密度噴射，也可以獲得很高的印刷分辨率。
應該認識到，如果希望的話，能夠以ROM(只讀存儲器)的形式，實現(xiàn)本發(fā)明的軟件部分。通常，如果希望的話，可以使用傳統(tǒng)的技術(shù)，以硬件的形式實現(xiàn)軟件部分。
應該認識到，為了清楚起見，以獨立實施例的形式所描述的本發(fā)明的各種特征，也可以在一個單一實施例中以組合的形式加以提供。反過來，為了簡潔起見，以單一實施例形式所描述的本發(fā)明的各種特征，也可以分離地或按適當子組合的形式加以提供。
這一技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員將會意識到，本發(fā)明不局限于以上所具體說明與描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍僅由以下的權(quán)利要求加以確定。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)一個阻焊層圖案把油墨施加于印刷電路板的方法，其中印刷電路板具有確定了焊盤邊緣的升高的焊盤，該方法包括使用油墨灌注印刷電路板，以使油墨前進到焊盤邊緣，并且停止在焊盤邊緣附近或停止在焊盤邊緣，而不會攀升到升高的焊盤上。
2.一種用于根據(jù)一個阻焊層圖案把油墨施加于印刷電路板的方法，該方法包括使用一個噴墨機，根據(jù)該阻焊層圖案，把墨滴噴射到印刷電路板上；以及在100毫秒內(nèi)凝固每一墨滴，以防止油墨擴散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，阻焊層圖案包括一個導體，這一導體具有導體邊緣，而且其中所述使用步驟包括使用該噴墨機把墨滴噴射到所述導體邊緣上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述阻焊層圖案至少包括一對相鄰焊盤，而且其中，所述使用步驟包括使用噴墨機把墨滴噴射在所述相鄰焊盤對之間， 從而生成一個焊壩。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述凝固步驟包括至少下列步驟之一通過光化性光、IR輻射、暴露于熱空氣來進行固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括提供至少具有一個孔的印刷電路板，而且其中，所述灌注步驟包括灌注除了孔的緊鄰部位以外的印刷電路板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，每一個孔具有至少10∶1的縱橫比。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述使用光化性光進行固化的步驟包括使用UV光進行固化。
9.PCB(印刷電路板)印刷裝置包括一個橋接器，確定有通過其的一個移動軸，并支撐至少一個印刷頭；一個相對移動提供裝置，提供了被印刷目標沿所述移動軸在兩個相反方向上的的相對移動；一對光化性光源，位于所述橋接器的兩側(cè)，與所述橋接器相鄰，從而允許在所述至少一個印刷頭對一目標進行刻印之后，立即對從所述兩個方向中的任一個方向退出的該目標進行光化性光照射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的印刷裝置，其中，所述光化性光源對包括一對UV燈。
全文摘要
一種根據(jù)一個阻焊層圖案把油墨施加于印刷電路板的方法和裝置，其中印刷電路板具有確定了焊盤邊緣的升高的焊盤。該方法包括使用油墨灌注印刷電路板，以致于油墨能夠前進到焊盤邊緣，并且停止在焊盤邊緣附近或停止在焊盤邊緣，而且不會攀升到升高的焊盤上。
文檔編號H05K3/00GK1640212SQ03805340
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者羅恩·祖海爾, 雅各布·莫澤勒, 拉恩·威爾克 申請人:普林塔有限公司