概述PCB油墨的触变和流平

1、概述PCB油墨的触变和流平北京市力拓达科技公司李春甫邵磊摘要：本文概述了有关PCB油墨触变及流平的理论，介绍了PCB所用国产油墨的发展，同时向读者阐述触变和流平在PCB油墨中的应用。关键词：触变性流平性粘度剪切力抗蚀油墨在PCB的生产中是用来完成加工线路图型的材料。阻焊油墨是永久留在板面上的油墨，它不仅有抗热冲击、防腐、抗蚀、具有良好的电性能，还是一种表面装饰。而标记油墨又起着标记，说明及画龙点精的作用。我国几十年的印制板发展史也是印制板油墨的发展史，最早用于单面板线路油墨都是自己配制，以厚漆、填料、松香、溶剂为主的自干或烘干型油墨。七十年代中期又出现了以沥清为主体的油墨，线条的边缘有所改善，

2、到八十年代初才有专业厂生产线路油墨。关于阻焊油墨是首先由广州化工研究所试制的热固阻焊油墨，当时行销大江南北。随着PCB技术的飞速发展和改革开放的深入，我国油墨市场已经是繁花似锦，进口油墨有美国、日本、西德、英国，而国产以台湾居多。另外北京、广东、杭州、无锡也有生产。无论是进口油墨还是国产油墨都必须进行试用，逐步找出其粘度的变化，必要时进行性能的测试，利用其触变及流平性能调整自己的操作规程才能很好地用于生产。简单讲，油墨的粘度是抵抗或阻止流动的一种量度，下面用一简单模型图来介绍粘度的概念。图1简单流动(牛顿流动)平行板模型的定量关系示意图在两层薄板间有一层液体，上层薄板可以移动，下层薄板为固定板

3、，其间距为x,个大小为F的力作用于上层可移动的薄板，使其按切线方向移动，其速度相对于底部是v,在移动时，两层薄板之间多层液体也发生移动，其顶部的速度最高，底部的速度最低，而中间层具有中等速度。定义速度梯度du/dx为剪切速率(D),其单位是l/s。作用于顶部的力除以面积，即单位面积上所受的力（F/A）称为剪切力（r）,其单位是Pa。粘度（n）是剪切力与剪切率的比值,n=r/D,其单位是PaS。即剪切力一定时，粘度越大的液体，其切剪速率越小，也就是内部的速率递降越小,总起来可获得下面三个公式,但是这三个公式也是牛顿型流动的定量关系。也是流变学的三个要素：剪切力，剪切速率和粘度，所谓流变学就是描述

4、物体在外力作用下产生流动和变形规律的科学。剪切率（速率）D=dv/dx=u/x（S-1）剪切力（应力）r=F/A（N/m2=Pa）粘度=n（剪切应力/剪切速率）=（F/A）/（V/X）=（PaS）式中A=面积卩=力V=速度（m/s）在电路板的图型网印中最让操作者头疼的就是线条的精细控制和线条边缘的陡直程度了。老实讲在七十年代的自制油墨是无法解决线条的变粗、变细和边缘不陡直的毛病。（当然这同当时制网版图形有关，也同当时网版的制造水平有关），为此油墨专家们根据上述的有关理论。首先是在油墨中加入流变剂，使其具有独特的稳定结构，能保护已经分散的颜料颗粒，形成有触变性的油墨，有助于流挂的控制和保持良好的

5、流平性，防止染料的沉降。我们在图形网印时，不论是直接蚀刻图形或是抗电镀图形都需要一个有理论值的线条宽度或线间距，这就需选择具有较好触变型的油墨。其粘度特点是：当剪切速率增加时，粘度逐步下降；一理剪切力释去粘度立即回复。使用油墨前根据需要进行稀释和搅拌，如果是手工搅拌开始较为费力，随着时间的增加，逐渐觉得省力，这是因为在搅拌时，油墨的原始结构已经遭到破坏，（随着搅拌时间的增加，油墨原始结构破坏程度随之增加）搅拌后再静止一段时间，在静止的过程中遭破坏的结构随静止时间的增加而逐步回复到原始值，也就是说在这时候进行网印较为合适。（一般静止20分钟以上为宜）有良好触变性的油墨网印时的汽泡也应在5”10”

6、内消失。这是因为在任何剪切速率下其粘度低于未经剪切的原始材料的粘度值，结构破坏也是暂时的。当油墨网印在板面的过程中，油墨的运动远远（剪切动力）达不到搅拌时的强度，而结构破坏也远不及搅拌时的强度，故油墨网印在板上时粘度也远不及搅拌时下降的多，因此所印图形的宽度尽管需静止但变化不会大，下图是两种触变结果的对比。所以应注意：剪切速率增加和回复时粘度曲线所复盖的区域是个衡量，是触变性能的尺度。当我们使用光成像抗电镀油墨时，不同品牌亦有不同的结果，也会发生同样情况。请看F面两图比较:图2图3图4-1图4-2图4-1所以在油墨中添加一个有触变效应的涂料助剂，形成一个理想的触变结构是非常必要的。这也是PCB

7、油墨中所要求的一个重要指标，但应指出的是这种触变性能的增加并非无止境而是按生产实践恰到好处。前几年有的品牌油墨就有类似现象，光注重了油墨的触变，使粘度增加，网印时刮印费力、堵孔、而膜面粗糙，影响了线条的精度和后工序的正常进行。网印在基材上的油墨是否达到平态光滑的特性称之为流平性。当油墨网印在基材上时，将留下网格的痕迹，此痕迹可随未干燥前的流动而减轻，当油墨的流平性差时，用肉眼仍能看到轻微网格的痕迹，如图5所示：图5油墨的流平应说明的是：油墨由不平流向平滑的推动力不是重力而是表面张力，图中入为两网线间的距离，ao(波长)为振幅，当2ao低于lum时肉眼是看不出差别的。流平可用下面公式表示:t=1

8、g(ao)/(at)入4n/226Yx3式中丫为表面张力，ao表示起始的振幅，为t时的振幅，At为流平到ai时所需的时间。从式中可看出，当油墨粘度低时，At小，X值高时，At小，At值小表示流平好，因此流平性好希望粘度低。图6油墨的流挂示意但是At太小时，我们所印的板，除部分单面板外大都用扦架的方式去烘烤干燥，这时就有可能出现流挂的现象，请看图6，我们称重力引起油墨的流动现象称为流挂。对于油墨的流挂，是指经网印扦架(竖起)后，油墨有不同程度的下流倾向，然而粘度是抗拒流动的量度，它是防止流挂的因素，经力学家分析，流挂的速度公式如下：v=pgx2/2n式中p为油墨密度，n为粘度，g为重力加速度常数

9、，x为涂层厚度，因此粘度大，流挂速度小；涂层薄时流挂速度也小，油墨的流平和流挂是两个相矛盾的现象，良好的油墨流平性要求在足够长的时间内将粘度保持至最低点，有充分的时间使油墨流平，形成平整的涂膜，这样就往往出现流挂。反之要求不完全出现流挂。油墨的粘度要求特别高，它将导致很少或完全没有流动性。为此需要一个优良的流变助剂，其流平和流挂取得适当的平衡，即在网印条件下油墨粘度暂时低，并在粘度的滞后回复期间保持在低粘度下，显示了良好的流平性；一旦流平后粘度又逐步回复，这样就防止了流挂现象的产生。综上所述，在制做多层版内层，单面板、标牌、栅网、框架等产品时，我们需要油墨的流平性，这种流平性是指所使用油墨有流平和流挂的平衡，其要求是网印后能很快流平，而当板竖起时又不能出现流挂。而在做孔化双面板