丝印埋电阻的开发及样板制作

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摘要：本文通过研究，发现不锈钢丝网在印刷埋入式电阻油墨方面具有比较稳定的特性，能够保证到电阻值在一个稳定受控的范围波动，这为解决信号质量问题提供了有力的帮助；另外，还在实践中摸索出了比较系统的丝印埋电阻设计和制作规范，对生产有很大的指导意义；该工艺具备批量生产的可行性,填补了国内空白。

Abstract: In this paper, through research and found that stainless steel screen mesh embedded resistancs in the printing ink, has a relatively stable characteristics of the resistance value to ensure stability in a range of controlled volatility, which to resolve the signal quality to provide a powerful help; In addition, also the practice of systematically explored the screen printing embedded-resistance design and production standards of production have great guiding significance; the process with the feasibility of mass production, filled the gap in China.

关键词：丝印、埋电阻、不锈钢网、精度控制、补偿

Key words: Screen printing embedded-resistance stainless steel screen mesh pricision control conpensation

一、前言

随着电子产业的飞速发展,电子产品中采用内部埋入元件PCB也在迅猛发展，根据Motorola的实验报告显示，如果在产品的设计上采用埋入式被动组件技术，可减少40％的电路板面积，并且可缩短布线长度提高产品的构装效率；进入21世纪以来，埋入式元件PCB的生产已经开始起步，世界厂商也就此做着各种技术储备,并抽调精干技术人员进行试验，也有专家预测该技术会成为一种未来技术，埋电阻工艺便是在这一背景下被应用于PCB的设计，丝印埋电阻与蚀刻埋电阻相比，其工艺复杂、精度控制能力较差，但价格低廉，可大幅度的降低埋电阻成本，被视为具有广泛的市场前景而倍受PCB厂家及下游客户重视，目前较知名的PCB企业已着手研究丝印埋电阻工艺，我司立足技术领先，在前期前瞻性研究的基础上，与客户合作对该工艺进行全面研究并进行样板制作。

图一：埋电阻示意图

二、 工艺流程

1. 产品设计信息

产品板共设计了11类共843个电阻，分别埋在20层板的第2和第19层，在图形上有纵横交错两种方式，不管是电阻尺寸的大小还是电阻的排布难度都很高；整体板厚2.4mm，板尺寸16〃×18〃，单元尺寸5〃×6〃，电阻层铜厚Hoz。

图二：产品设计信息

2. 工艺流程

子板层压：开料→内层干膜→内层冲孔→AOI→黑化→层压→锣板边

母板层压：

内层干膜→内层冲孔→沉银→丝印埋电阻油墨1（1000欧姆） →预烘→丝印埋电阻油墨2（50欧姆）→后烘→棕化→层压 →钻孔→沉铜/板电→外层图形→图电/蚀刻 →阻焊→成型→电测→OSP→FQC→F Audit→包装出货

3. 关键工具、材料

工具（网版）	网纱类型	聚酯丝网		不锈钢网
	目数（目）	200	225	200	325
	丝径（um）	48	40	30	28
	开口率	39%	33%	58%	41%
	过墨量(cm³/cm²)	28	25	35	26.4
材料	Asahi TU-50/1000-08埋电阻油墨					—

三、难点分析

1．原理分析

电阻的计算公式为：R=ρ×L /（W×H），对于规定厚度的方阻计算公式为：R=R◇ ×L /W ；其中R 代表电阻值，R◇代表方阻值，L代表电阻长度，W代表电阻宽度；方阻定义为：当电阻材料相同，电阻厚度相同时，单位面积的正方形区域，其阻值是相同的。由定义可知，方阻值除与材料性能有关外，还与电阻厚度有关；从上面的公式中可知，影响电阻值的因素有电阻长度L、电阻宽度W、电阻厚度T。

采用丝印方法来制作埋电阻，最大的制作难点为电阻的命中能力和稳定性。如果要得到重复稳定的电阻值，除对电阻的长、宽、厚进行严格的控制外，还必须考虑丝印机的机台平整度、网版平整度、对位精度、丝印参数、晒网质量等因素。这就是影响电阻的第4要素——丝印精度，下面就影响电阻四要素进行分析。

影响因素分类	电阻油墨长度L	电阻油墨厚度T	电阻油墨宽度W	丝印精度
主要因素	两铜PAD设定距离	丝印次数网纱目数油墨粘度间接菲林厚度	丝印次数网纱目数油墨粘度丝印网菲林补偿晒网角度	丝印对位精度丝印台平整度网版平整度刮刀平整度网版晒网质量
次要因素	线路菲林补偿量蚀刻参数	丝印压力丝印速度刮刀倾角网版离板距离	丝印压力丝印速度刮刀倾角网版离板距离间接菲林厚度	——

表一：电阻影响因素分析

1）丝印长度L

油墨电阻长度为两个连接铜PAD之间的间距，在内层图形转移工序形成，因此需确定内层曝光线路菲林上电阻长度（两连接铜PAD的间距）的合适补偿量。对于半盎司铜箔，按公司目前标准单边补偿0.4mil

2）丝印厚度T

油墨电阻的宽度及厚度在丝印时形成，影响丝印的电阻宽度及厚度的因素主要为网版制作参数和丝印参数，如网纱目数，丝印次数，电阻线宽补偿，油墨粘度等。丝印厚度首先取决于丝网的开口率，在相同开口率的情况下，丝径越小其丝印精度越高，图三所示，丝径和开口是组成丝网的两元素，开口决定下油的多少，丝径决定毛边的大小、下油的均匀性；在开口一定的情况下，下油量和油墨粘度的关系最大，电阻油墨在若干次重复使用后，其溶剂会逐渐挥发，粘度会变大，因此须想办法把油墨粘度控制在一定的范围；

丝径

开口

下油

图三：丝网示意图

3）丝印宽度W

用丝印方法来丝印埋电阻，电阻边缘会成锯齿状，不规则的边缘会对阻值产生影响，丝印网纱除采用直拉网方式外，还需对晒网菲林进行预先补偿，不同宽度电阻的菲林补偿值：

电阻宽度	W＜20 mil		20mil≤W＜30 mil		30mil≤W＜40 mil		W≥40 mil
电阻排列方向	横向	竖向	横向	竖向	横向	竖向	横向	竖向
菲林补偿量mil	+1.5	+1.5	+1.2	+1.2	+0.6	+0.6	0	0

4）丝印精度

为确保丝印的精度，需在板四个角设计丝印定位和检查PAD，如下图所示，内环PAD直径为0.12inch，外环直径为0.128inch，单边大4mil，外环以外为印油墨区域，在丝印时，只要油墨没有上PAD，便可判定丝印精度在±4mil以内，符合要求

另外，装网版时用间隙规测量丝印台与网版的间距，保证网版与丝印台平行并且网距均为5mm（钢网为2mm）；并用间隙规测量刮刀水平，保证刮刀各位置到网版的距离相等，且丝印时下压高度控制在8-10mm；

2.网纱类型选择

丝网成本低、制作简单、耐印性能好，钢网丝径小、下油性能好、张力大、稳定性好，更适合制作对精度要求高的产品，为确定合适的网版，本研究选定了以下四种网纱进行对比试验。

网纱类型	聚酯丝网		不锈钢网
目数（目）	200	225	200	325
丝径（um）	48	40	30	28
开口率	39%	33%	58%	41%
过墨量(cm³/cm²)	28	25	35	26.4
材质性能	不锈钢网		聚脂丝网
抗张强度	极高		高
尺寸稳定性	极佳		中等
耐磨性能	极佳		中等
弹性及伸长率	差（伸长0.1％）		佳（伸2％）
纤维粗细	细		粗
耐印次数	20000次		40000次
价格	最高		中等

控制参数

网版制作		丝印参数
网纱	200、225目聚酯丝网	网版离板距离	4-6mm（聚酯丝网）
	200、325目不锈钢网		2-3mm（不锈钢网）
网张力	14-18N/cm（聚酯丝网）	刮刀硬度	75度
	20-30N/cm（不锈钢网）
毛细菲林	30um	丝印气压	5kg/cm²
上浆次数	2次/遍，共三遍	丝印速度	3m/min
拉网方式	直拉网	丝印刀倾角	5度
晒网方式	与网纱平行	丝印刀下压深度	8-10mm
胶刮	刀面平整完好	丝印次数	一刀
回油方式	自动回油	钢网处理	与板接触位置贴胶带
预烘参数	120℃×20min
后烘参数	120℃×20 min +150℃×20 min +170℃×60 min

不同网纱丝印电阻的效果，在成品过回流焊接后测量电阻数据，按均匀性和是否满足公差要求进行分析，最终确定哪种网纱更适合；电阻L/W采用了1：5、1：1、5：1三种，电阻长宽分别为：15mil/75mil、20mil/20mil、25mil/25mil、30mil/30mil、100mil/20mil、125mil/25mil、150mil/30mil、175mil/35mil、200mil/40mil；采用50欧姆的方阻来印，对每种网纱进行对比。

1）200目（77T）聚酯丝网

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