油墨基础理论介绍

PCB用油墨成分介紹Reporter:伍斌Date:2002/5/15PCB用油墨介紹內容

油墨的定義及分類組成成分及化學機理物理特性與品質

制程控制重點未來發展

小結油墨的定義及分類定義油墨

:狹義稱為液態感光防焊油墨（LiquidPhotoimagebleSolderMask）即所謂的濕膜，亦即俗稱的感光防焊綠漆；即在不需後續進行焊接的線路，基材上涂覆油墨，以防止焊接時出現線路搭橋的缺點，提供長時間的電氣環境及抗化學保護，同時醫科做到美化產品外觀的作用；由于技術的發展，目前廣義上的油墨已不單單指防焊油墨，亦包括使用作為孔內填塞的填塞物，線路蝕刻用的抗蝕和抗電鍍油墨，及字符油墨等；油墨的定義及分類分類1.按用途分類油墨的定義及分類2.按固化方式3.按涂覆方式Page5of15組成成分及化學機理（感光類）感光單體（樹脂）具有感光基之環氧樹脂或胺基甲酸乙酯樹脂，其官能團中含有羥基（OH）及羧基（COOH），此種樹脂為預聚合物，在自由基的作用下，易發生聚合反應，生產高聚合體，同時攜帶的羥基及羧基又易與強堿弱酸鹽（Na2CO3)發生中和反應生成易溶解與水的有機鹽

；在感光單體（樹脂）中起重要作用的官能團為環氧基﹕

此結構存在很高的鍵應力，故很容易被能提供質子能力的物質（還原劑）所開環而形成鍵結鏈的延長或是形成膠聯，卻不會有水或鹽的副產物生成﹕

這種重新排列的能夠促發聚合反應，所得的結果比許多其他類型的熱硬化型具有更低收縮率的能力，有利于產品外形的完善；光起始劑感光聚合過程中，“光起始劑”會首先吸收紫外光，形成“自由基”，由于自由基會與感光樹脂單體起反應，不斷地形成鏈結，于是“膠聯”反應開始，一旦油墨中自由基消耗完後，則油墨即將進行“終止”反應，其反應之抑制或終止，皆可能是因為聚合物與單體之比例的關係；

其化學成分多為苯酮，Benzoinether（胺息香膠醚），Acetophenone（苯乙酮），Lewis酸鹽等；結構例圖﹕組成成分及化學機理化學反應機理

油墨中的光起始劑接受紫外線光源的照射後分解成為高活性的自由基，進而攻擊油墨中的感光性樹脂單體，以自由基聯鎖聚合（亦稱膠聯反應），瞬間聚合使分子量增大成為不溶于弱鹼（1%Na2CO3）但于強鹼(5%的NaOH）中仍可溶的組成，從而能達到顯像及剝除的目的；1.起始反應

經紫外線照射後，光起始劑首先分解成游離期

IUV→

I*

游離基會使單體或預聚物的雙鍵活化

I*+M→M*

2.成長反應

生成的活性游離基與單體和聚物，進一步反應而成更大的

游離基

M*+M→M*

M2*+M→M3*…Mn*

Mn*+M→Mn+1*

3.終止反應

Mn*+Mm*→Mm+n

物理特性與品質粘度油墨的粘度是抵抗或阻止流動的一种量度，下面用一簡單模型圖來介紹粘度的概念﹕圖1簡單流動（牛頓流動）平行板模型的定量關系示意圖

在兩層薄板間有一層液体，上層薄板可以移動，下層薄板為固定板，其間距為x，一個大小為F的力作用于上層可移動的薄板，使其按切線方向移動，其速度相對于底部是v，在移動時，兩層薄板之間多層液体也發生移動，其頂部的速度最高，底部的速度最低，而中間層具有中等速度。定義速度梯度dυ／dx為剪切速率(D)，其單位是l／s。作用于頂部的力除以面積，即單位面積上所受的力(F／A)稱為剪切力(r)，其單位是Pa。粘度(η)是剪切力与剪切率的比值，η＝r/D，其單位是Pa·S。即剪切力一定時，粘度越大的液体，其切剪速率越小，也就是內部的速率遞降越小，總起來可獲得下面三個公式，但是這三個公式也是牛頓型流動的定量關系。也是流變學的三個要素：剪切力，剪切速率和粘度。（所謂流變學就是描述物体在外力作用下產生流動和變形規律的科學。）剪切率（速率）D=dv/dx=u/x（S-1）

剪切力（應力）r=F/A（N/m2=Pa）

粘度=η（剪切應力/剪切速率）=（F/A）/（V/X）=（PaS）

式中A=面積F=力V=速度（m/s）1.觸變性触變性是液体的一种物理特性，即在攪拌狀態下其粘度下降，待靜置后又很快恢复其原來粘度的特性。通過攪拌，触變性的作用持續很長時間，足以使其內部結构重新构成。

要得到高質量的网印效果，油墨的触變性是十分重要的。特別是在刮板過程中，油墨被攪動，從而使其液態化。這一作用加快油墨通過网孔的速度，促進原來网線分開的油墨均均地連成一体。一旦刮板停止運動，油墨回到靜止狀態，其粘度就又很快地恢复到原來的所要求的數据，從而使得印刷後得線路具有較為陡直的線條邊緣。圖1.觸變性較差圖2.觸變性較好2.流平性网印在基材上的油墨是否能到平整光滑的特性稱之謂流平性。當油墨网印在基材上時，將留下网格的痕跡，此痕跡可隨未干燥前的流動而減輕，當油墨的流平性差時，用肉眼仍能看到輕微网格的痕跡。圖1.油墨的流平應說明的是：油墨由不平流向平滑的推動力不是重力而是表面張力，圖中λ為兩网線間的距离，ao(波長)為振幅當2ao低于1μm時肉眼是看不出差異的。流平可用下面公式表示：

△t=1g（ao）/（at）λ4η/226γx3

式中γ為表面張力，ao表示起始的振幅，a1為t時的振幅，△t為流平到a1時所需的時間。從式中可看出，當油墨粘度低時，△t小，X值高時，△t小，△t值小表示流平好，因此流平性好希望粘度低制程控制重點一。前處理目的﹕除去板面的氧化物及油污，并粗化板面以增加油墨與銅表面的附著力。廠內前處理方式比較二。涂覆GoodGoodBadGoodFair滾涂GoodGoodFairAirbubblebtwcircuitsExcellentExcellentFairTHdevelopabilityGood