一种高精度焊料图形的印刷方法

技术领域

本发明涉及焊料图形印刷技术领域，具体为一种高精度焊料图形的印刷方法。

背景技术

PCB的生产过程较为复杂，涉及的工艺范围较广，丝网印刷便是电路板生产中的一个重要印刷方式，它是利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷的。而随着科技的发展，为了提高精度、准确度，需要在印刷前进行位置的对准。目前行业中的印刷定位方式共有两种方式，一是使用限位治具，在确定印刷范围后适应限位治具在固定范围内进行对位印刷，但治具定位方式较为繁琐且准备时间较长，浪费大量时间精力，且定位精度低；二是使用CCD对位进行印刷，CCD对位有着高精准性，速度快，对位速度小于1s，对位精密，对位精度小于5微米，且具有补偿功能，能够有效补偿机械误差，方便调试；但CCD对位系统价格昂贵，且对位所需的mark点需要精准无污染。因此，我们提出一种高精度焊料图形的印刷方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度焊料图形的印刷方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度焊料图形的印刷方法，包括以下工艺：

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形。

在上述技术方案中，采用丝网印刷技术对陶瓷基板进行焊料填充，在丝网印刷设备上的钢网上增加定位圆点，并在陶瓷基板上增加对位孔，与钢网上的圆点进行对应；通过印刷将焊料通过丝网丝印至陶瓷基板上，经过烤箱烘干后，CCD对位所需的对位点形成，可以进行使用。设置丝印机mark点对对位点进行对位，校准；在设备进行校准后，只需将陶瓷基板上的定位点放置在mark点标记位置区域内，便可以进行丝印。

进一步的，所述活性焊料包括以下重量组分：88～96份焊料合金颗粒、4～12份助焊剂。

进一步的，所述助焊剂包括以下重量组分：7～15份活性剂、35～50份成膜剂、8～9份触变剂、28～32份溶剂。

进一步的，所述活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2。

进一步的，所述成膜剂包括丙烯酸改性松香、改性松香，质量比为1:（3～4）。

进一步的，所述触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为（1.5～4.0）:1。

进一步的，所述溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2。

进一步的，所述改性松香酸由以下工艺制得：

取松香加热熔化，加入富马酸、乙酸混合，微波反应，微波工艺为：微波功率280～300W，反应时间25～30min，到产物A；

取产物A，加入氯化亚砜，室温搅拌反应30～60min；加入无水二氯甲烷溶解，调节体系温度至0℃，加入氨水，搅拌反应1～2h，得到产物B；

取产物B、无水甲苯混合，调节体系温度至0℃，加入草酰氯，恢复室温，搅拌反应50～60min，调节体系温度至50～57℃搅拌反应2.8～3.2h，升温回流反应4.8～5.3h，得到产物C；

（2）取季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、催化剂，加热至120～125℃，反应3h，40～50℃旋蒸45～60min，抽真空30～40min除去生成的甲醇；加入N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、对甲苯磺酸，继续反应，得到产物D；

（3）取产物D溶于氯仿，滴加产物C，室温反应24h，得到改性松香。

进一步的，所述松香、富马酸的摩尔比为（1.0～1.1）:1；质量比为10:（2.5～3.2）。

进一步的，所述产物A、氯化亚砜的摩尔为1:（1.0～1.2）。

进一步的，所述所述产物B、草酰氯的摩尔比为1:（1.0～1.1）。

进一步的，所述季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的摩尔比为1:4。

进一步的，催化剂为对甲苯磺酸，质量为N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的5%。

进一步的，所述产物C、产物D的摩尔比为（12.0～12.1）:1。

在上述技术方案中，选择树脂类助焊剂辅助焊料合金颗粒进行焊接，能够在提供优良助焊性能的同时，降低其对陶瓷基板的腐蚀强度，利于高精度焊料图形的实现；松香中共轭双烯的与富马酸中的烯烃发生狄尔斯-阿尔德反应（D-A加成），得到富马松香，即产物A；产物A中的部分羧酸通过氯化亚砜进行酰化，再利用氨水进行氨解，最后与草酰氯反应，将产物A中的部分羧酸转化为异氰酸基，得到产物C；利用N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、催化剂的分次加入，与季戊四醇反应，得到端羟基支化聚酯，即产物D；加入产物C，使其中的异氰酸基与端羟基支化聚酯中的羟基反应，得到端松香酸基支化聚酯，即改性松香；作为成膜剂，与丙烯酸改性松香配合使用，与常规松香及其改性物相比，引入了氮元素，能够提高与焊料合金颗粒、陶瓷基板间的粘附强度，降低对金属的腐蚀性；同时能够与活性剂协效，促进焊料合金颗粒活性的提高；因其支化结构，使得改性松香具有较低粘度，在溶剂中具有较强的溶解能力，与触变剂配合，提高所制活性焊料的铺展性能；松香改性后具有较好的热稳定性，有助于活性焊料铺展形貌的美观，减少，改善其铺展性能；本申请通过对成膜剂进行改性，提高其与助焊剂其他组分间的协效能力，改善其焊接性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的高精度焊料图形的印刷方法，通过在钢网上增加定位圆点，在陶瓷基板上增加与钢网上的圆点进行对应的对位孔，利用丝网印刷技术通过定位圆点对陶瓷基板进行焊料填充，烘干后，CCD对位所需的对位点形成，可以进行使用。设置丝印机mark点对对位点进行对位，校准；在设备进行校准后，只需将陶瓷基板上的定位点放置在mark点标记位置区域内，便可以进行丝印；能够有效得解决现有丝印定位困难的问题，实现高精度焊料图形的定位印刷，同时实现高效连续印刷，防止定位困难导致的精度损失；在使用CCD对位系统的方式下可以有效补偿，方便调试，满足目前高精度图形焊料的印刷需求。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形；

其中，活性焊料包括以下重量组分：88份焊料合金颗粒、4份助焊剂；助焊剂包括以下重量组分：7份活性剂、35份成膜剂、8份触变剂、28份溶剂；活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2；成膜剂包括丙烯酸改性松香、改性松香，质量比为1:3；触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为1.5:1；溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2；

改性松香酸由以下工艺制得：

（1）取松香加热熔化，加入富马酸、乙酸混合，微波反应，工艺为：微波功率280W，反应时间25min；加入乙醇进行结晶，24h后过滤，取滤渣真空干燥，得到产物A；

取产物A，加入氯化亚砜，室温搅拌反应30min；加入无水二氯甲烷溶解，调节体系温度至0℃，加入氨水，搅拌反应1h，得到产物B；

取产物B、无水甲苯混合，调节体系温度至0℃，加入草酰氯，恢复室温，搅拌反应50min，调节体系温度至50℃搅拌反应2.8h，升温回流反应4.8h，得到产物C；松香、富马酸的摩尔比为1:1；质量比为10:2.5；产物A、氯化亚砜的摩尔为1:1；产物B、草酰氯的摩尔比为1:1；

（2）取季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、催化剂，加热至120℃，反应3h，40℃旋蒸45min，抽真空30min除去生成的甲醇；加入N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、对甲苯磺酸，继续反应，得到产物D；季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的摩尔比为1:4；催化剂为对甲苯磺酸，质量为N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的5%；

（3）取产物D溶于氯仿，滴加产物C，室温反应24h；甲醇清洗，30℃旋蒸1h除去溶剂，得到改性松香；产物C、产物D的摩尔比为12:1。

实施例2

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形；

其中，活性焊料包括以下重量组分：92份焊料合金颗粒、8份助焊剂；助焊剂包括以下重量组分：11份活性剂、42份成膜剂、8份触变剂、30份溶剂；活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2；成膜剂包括丙烯酸改性松香、改性松香，质量比为1:3.5；触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为2.7:1；溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2；

改性松香酸由以下工艺制得：

（1）取松香加热熔化，加入富马酸、乙酸混合，微波反应，工艺为：微波功率290W，反应时间27min；加入乙醇进行结晶，24h后过滤，取滤渣真空干燥，得到产物A；

取产物A，加入氯化亚砜，室温搅拌反应45min；加入无水二氯甲烷溶解，调节体系温度至0℃，加入氨水，搅拌反应1.5h，得到产物B；

取产物B、无水甲苯混合，调节体系温度至0℃，加入草酰氯，恢复室温，搅拌反应55min，调节体系温度至55℃搅拌反应3h，升温回流反应5h，得到产物C；松香、富马酸的摩尔比为1.05:1；质量比为10:2.5；产物A、氯化亚砜的摩尔为1:1.1；产物B、草酰氯的摩尔比为1:1.0；

（2）取季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、催化剂，加热至122℃，反应3h，45℃旋蒸52min，抽真空35min除去生成的甲醇；加入N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、对甲苯磺酸，继续反应，得到产物D；季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的摩尔比为1:4；催化剂为对甲苯磺酸，质量为N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的5%；

（3）取产物D溶于氯仿，滴加产物C，室温反应24h；甲醇清洗，35℃旋蒸1h除去溶剂，得到改性松香；产物C、产物D的摩尔比为12:1。

实施例3

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形；

其中，活性焊料包括以下重量组分：96份焊料合金颗粒、12份助焊剂；助焊剂包括以下重量组分：15份活性剂、50份成膜剂、9份触变剂、32份溶剂；活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2；成膜剂包括丙烯酸改性松香、改性松香，质量比为1:4；触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为4:1；溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2；

改性松香酸由以下工艺制得：

（1）取松香加热熔化，加入富马酸、乙酸混合，微波反应，工艺为：微波功率300W，反应时间30min；加入乙醇进行结晶，24h后过滤，取滤渣真空干燥，得到产物A；

取产物A，加入氯化亚砜，室温搅拌反应60min；加入无水二氯甲烷溶解，调节体系温度至0℃，加入氨水，搅拌反应2h，得到产物B；

取产物B、无水甲苯混合，调节体系温度至0℃，加入草酰氯，恢复室温，搅拌反应60min，调节体系温度至57℃搅拌反应3.2h，升温回流反应5.3h，得到产物C；松香、富马酸的摩尔比为1.1:1；质量比为10:3.2；产物A、氯化亚砜的摩尔为1:1.2；产物B、草酰氯的摩尔比为1:1.1；

（2）取季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、催化剂，加热至125℃，反应3h，50℃旋蒸60min，抽真空40min除去生成的甲醇；加入N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、对甲苯磺酸，继续反应，得到产物D；季戊四醇、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的摩尔比为1:4；催化剂为对甲苯磺酸，质量为N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的5%；

（3）取产物D溶于氯仿，滴加产物C，室温反应24h；甲醇清洗，40℃旋蒸1h除去溶剂，得到改性松香；产物C、产物D的摩尔比为12.1:1。

对比例1

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形；

其中，活性焊料包括以下重量组分：96份焊料合金颗粒、12份助焊剂；助焊剂包括以下重量组分：15份活性剂、50份成膜剂、9份触变剂、32份溶剂；活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2；成膜剂包括丙烯酸改性松香、白冰松香，质量比为1:3；触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为4:1；溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2。

对比例2

（1）在丝网印刷的钢网上增加定位圆点；

（2）在陶瓷基板上开设与钢网上的圆点进行对应的对位孔；

（3）进行丝网印刷，焊料通过定位圆点印刷至陶瓷基板上，烘干，形成对位点；

（4）将对位点与定位圆点对位，取活性焊料进行丝网印刷，形成高精度焊料图形；

其中，活性焊料包括以下重量组分：96份焊料合金颗粒、12份助焊剂；助焊剂包括以下重量组分：15份活性剂、50份成膜剂、9份触变剂、32份溶剂；活性剂包括甲基丁二酸、己二酸、水杨酸、丁二酸，质量比为5:3:5:2；成膜剂包括丙烯酸改性松香、富马松香，质量比为1:3；触变剂为氢化蓖麻油、亚乙基双硬脂酸酰胺，质量比为4:1；溶剂为乙二醇乙醚、四氢糠醇、二乙二醇单乙醚，质量比为1:2:2。

对比例3

与实施例1相比，

改性松香酸由以下工艺制得：

（1）取松香加热熔化，加入富马酸、乙酸混合，微波反应，工艺为：微波功率280W，反应时间25min；加入乙醇进行结晶，24h后过滤，取滤渣真空干燥，得到产物A；

取产物A，加入氯化亚砜，室温搅拌反应30min；加入无水二氯甲烷溶解，调节体系温度至0℃，加入氨水，搅拌反应1h，得到产物B；

取产物B、无水甲苯混合，调节体系温度至0℃，加入草酰氯，恢复室温，搅拌反应50min，调节体系温度至50℃搅拌反应2.8h，升温回流反应4.8h，得到产物C；松香、富马酸的摩尔比为1:1；质量比为10:2.5；产物A、氯化亚砜的摩尔为1:1；产物B、草酰氯的摩尔比为1:1；

（2）取N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯溶于氯仿，滴加产物C，室温反应24h；甲醇清洗，30℃旋蒸1h除去溶剂，得到改性松香；产物C、N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯的摩尔比为2:1；

其他步骤工艺与实施例1相同。

实验

取实施例1-3、对比例1-3中得到的高精度焊料图形，制得试样，分别对其性能进行检测并记录检测结果：

上述实施例1-3、对比例1-3所使用的焊料合金颗粒为Sn-Bi合金；

铺展率：取不锈钢模板将活性焊料印刷在覆铜陶瓷基板上，模板尺寸：厚0.25mm、开孔Ф6.5mm，回流焊接，焊料熔化，在基板上润湿铺展形成球冠，计算活性焊料的铺展率E=（d-h）/d×100%，d=K×

焊后残留率：取表面打磨并擦拭后的单面覆铜陶瓷基板，基板尺寸为15mm×15mm×1mm，分别用不锈钢模板将活性焊料印刷在基板中心，模板尺寸：厚0.25mm、开孔Ф6.5mm；分别称量基板的质量及焊前和焊后焊点和基板的总质量；计算焊后残留残余率η=(m1-m2)/α(m1-m0)；其中m1为印刷后的基板质量（活性焊料+基板），单位g；m2为焊后基板与焊点的总质量，单位g；α为助焊剂的质量分数；m0为基板的质量，单位g。

根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：

实施例1-3中得到的高精度焊料图形与对比例1-3得到的高精度焊料图形形成对比，检测结果可知，

相较于对比例1-3，实施例1-3中得到的高精度焊料图形，其铺展率数据明显较高，焊后残留率数据明显较低，可知本申请中的活性焊料实现了对焊料图形铺展率、焊后残留率的改善，提高了焊接性能，利于焊料图形高精度的控制与实现；

与实施例1相比，对比例1中将改性松香替换为白冰松香，对比例2中将改性松香替换为富马松香，对比例3中的改性松香由N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯、产物C反应得到，其铺展率、焊后残留率数据均有所劣化，且观察其腐蚀情况，对比例1-2中的焊点腐蚀相对较高；原因在于：相较于改性松香，白冰松香、富马松香的活性更高，对金属的腐蚀性较高，易造成较深的腐蚀，影响焊点形貌，且与实施例1中改性松香相比，对比例1-3中对应的物质粘度较小，分子结构更为简单，与金属间的粘结较弱，热稳定性较差，从而使得所制活性焊料与覆铜陶瓷基板间的焊接性能降低。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程方法物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程方法物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。