PCB丝网印刷中如何控制油墨的黏度和触变性

发布时间： 2009-09-14

　　影响印制电路板(PCB)的因素很多，有材料、技术、环境、设备等，其中油墨的优劣和可印刷性是关键因素。而在不同配方的油墨中，油墨的两个主要参数(黏度和触变性)对电路板印刷质量的保证至关重要。下面就简单介绍PCB油墨中黏度和触变性的性能及怎样在印刷中合理地进行调控。
　　1、PCB油墨的黏度和触变性
　　PCB油墨一般都由合成树脂、挥发性溶剂、色料、助剂等组成。其中，树脂是决定油墨性能的重要组成成分。著名的PCB油墨品牌都有自己的专利配方。平时所说的不同品牌油墨性能如何优良其实就是油墨中树脂所起的重要作用，它决定了油墨的操作性、光泽度、粘结性、硬度、耐水性、耐溶剂性、耐酸碱性、耐温性等。溶剂具有溶解树脂，使之成为良好的连结料。此外，还可溶解颜料和助剂，调节油墨黏度，调节油墨的干燥速度，对承印物的溶解渗透，增强附着力等作用。油墨的溶剂并非单一品种或单一组分，因考虑到溶解力和干燥速度的问题，溶剂多数为混合性物，并因不同的油墨和不同的用途而不同。所以油墨生产商都会配有几种不同类型的溶剂，针对一种油墨只有一两种类型的溶剂可以配用。随意配用溶剂，会导致油墨的凝胶(结块)、剥落、颜色不均、耐化学性、抗热冲击性、附着力下降等不良现象。色料是油墨呈色的保证，它主要有有机颜料和无机颜料。有机颜料系指非矿物质类，其色彩绚丽，色谱齐全，但通常遮盖力不好。无机颜料是指矿物质类，颜料除作为色料外，同时对于油墨的耐光性、耐热性、耐熔剂性、耐化学品性等方面也起着一定的作用。油墨中添加助剂的目的是为了改善油墨的物理性能，增强油墨的可印刷性，提高印刷效果。助剂包括：消泡剂、分散剂、稀释剂、均匀剂、牢固剂、颜色分离阻止剂、沉淀阻止剂、增塑剂、偶联剂、紫外线吸收剂、催化剂、增稠剂等等。衡量PCB油墨品质是否优异，是看其配方是否科学性、先进性以及环保性的综合体现。只有合理科学的配方，才能保证油墨参数的可印刷性。在PCB油墨中，黏度和触变性是影响印刷质量的主要参数。
　　(1)黏度。所谓黏度就是液体的内摩擦力，表示在外力的作用下，使一层液体在另一层液体上滑动，内层液体所施加的摩擦力。稠的液体内层滑动遇到的机械阻力较大，反之，较稀的液体阻力较小。黏度有动力黏度(即流体流动的剪切应力除以流层方向的速度梯度)和相对黏度(即流体的动力黏度与同温度下的水的动力黏度之比)之分。有时它也指高分子溶液的动力黏度与同温度下的纯溶剂的动力黏度之比)和运动黏度(即动力黏度除以流体的密度)，过去常误将动力黏度、相对黏度和运动黏度统称为黏度，其实油墨参数中的黏度只指动力黏度，即流体流动的剪切应力除以流层方向的速度梯度。在PCB生产中，是指油墨受到外力推动产生的流动性，是流体分子间相互作用产生阻碍分子相对运动的量度，常以单位面积所受的剪切应力来表示。油墨的黏度是测定印刷油墨流变性的重要手段，也是油墨与印刷适应性的一个主要指标。油墨的许多流变性能与应用性能几乎都与黏度有关。油墨的黏度同印刷质量有关，黏度大，对油墨的转移和网点成形有利，但要控制适度，黏度过大或过小都不利于印刷。对黏度影响最显著的是温度，因此，要求印刷环境的温度变化不能太大，否则会影响到油墨的黏度和网印质量及效果。若是油墨在户外存放或在不同温度下存放时，在使用前就必须将其放在环境温度下适应几天或使油墨桶内达到合适的温度。这是因为使用冷油墨会引起网印故障。因此，要保持油墨的质量，最好存放在常温的工艺条件下。
　　此外，不要混淆油墨黏度与油墨粘性这两个不同的参数。油墨的粘性是指墨层在剥离转移时的阻碍能力，是阻止流动中液体层分离的量度。粘性与油墨墨膜的分离比例有关，黏度是分子内部的阻抗，两者没有必然的联系。虽然大多数黏度大的油墨其粘性也大，但也有油墨的粘性并不随黏度的增大而增大，甚至还降低。
　　(2)触变性。它又称摇变性、抗流挂性，是液体的一种物理特性，是指油墨的黏度随剪切速度的增大而减小或随剪切速度的减小而增大的性质。它是表示油墨在静置时呈胶状，而受到触动(如搅拌)时黏度发生变化的一种性质。通过搅拌，油墨触变性的作用可持续很长时间，足以使其内部结构重新构成。要保证达到高质量的网印效果，油墨的触变性是十分重要的，特别是在刮板过程中，油墨被搅动，进而使其液态化。这一作用加快油墨通过网孔的速度，促进原来网线分开的油墨均匀地连成一体。一旦刮板停止运动，油墨回到静止状态，其黏度就又很快地恢复到原来的所要求的数据。因此，印刷中要求油墨要有一定的触变性，以使印刷后网点清晰，但触变性太大会影响油墨的传递转移，使小网点丢失。
　　触变性和黏度是两个不同的物理概念，可以这样来理解，触变性是油墨黏度发生变化的表征。黏度与时间没有关系，它是一个常数。当油墨在外力作用(搅拌)之下，黏度即发生变化，随着作用力的延续，黏度会继续变小，但不会无限制的下降，到了一定的极限而停止。触变性是一个在外力作用下，与时间有关的变量。在外力作用下，作用力持续时间越短，黏度下降越明显的，则称这种油墨的触变性大；相反，如果黏度下降就不明显，则称触变性小。
　　2、怎样保证油墨有最佳的黏度和触变性
　　油墨的黏度和触变性是PCB油墨性能的重要指标，与网印的实际操作过程密切相关。黏度的高低，关系到丝网印刷是否顺畅。所以在PCB油墨中，黏度都标注得非常清楚，指明在什么条件下，应使用多高的黏度，应使用什么类型的黏度测试仪等。在实际印刷过程中，如果油墨黏度偏高，会造成漏印困难，图形边缘锯齿严重，这时就要加入稀释剂调节黏度，使之达到要求，以保证印刷效果。但在很多场合下，为了获得理想的分辨率(解像力)，无论采用什么黏度，始终都无法实现。这主要是由于油墨除黏度这个重要的因素外，还有触变性这个重要因素在影响着印刷精度。决定油墨是否具备触变性的必要条件，首先是带有粘性的树脂，其次是填充有一定体积比例的填料及色料粒子。树脂、填料、色料、助剂等经过研磨加工之后，非常均匀的混合在一起，它们是一种混合物。在未接受外来热能或紫外线光能作用的状态下，它们以一种不规则的离子团存在。在常态下，它们由于互相吸引而有序的排列，表现出高黏度的状态，但并不发生化学反应。而一旦受到外来机械作用力，打乱了原有的排列，切断了互相的吸引链，成为无序的混乱状态，表现出黏度变低。这就是我们平时所看到的油墨由稠变稀的现象。不难发现，油墨中固体的含量、形状决定着油墨的触变性能。当然，对于原来黏度就非常低的液体，就谈不上什么触变性了。但为了使它变成具有触变性的油墨，在技术上可以采取添加一种助剂，从而使油墨的黏度发生变化，使其具有触变性。此助剂称之为触变剂。所以油墨的触变性是可控的。最初出现的冷触变性网印油墨具有较高的黏度，这使得印刷厂要降低油墨的黏度，但并不经常需要这样。如果需要可以采用以下办法：添加少量稀释剂到油墨里，并且不断搅拌它，直到稀释剂均匀地分散到油墨中。应该注意的是：触变性油墨经搅拌后，其黏度将会下降。因此需要小心，不能使油墨过稀。决不能在网版上将稀释剂添加到油墨中。在实际应用中，并非触变性越大越好，也不是越小越好，而是需适可而止。油墨由于具有触变性能，非常适用于采用网印的工艺。使得网印操作变得轻松自如，油墨网印时，在网上的油墨被刮板推动下，发生滚动和挤压，油墨的黏度变低，利于透墨。油墨网印到PCB基板后，由于黏度未能很快恢复，存在一个适当的流平空间，使油墨缓慢流动，而达到恢复平衡时，所网印的图形边缘就会得到满意的平直度。
　　目前，触变性丝网印刷油墨的生产已达到一定水准。触变性丝网印刷油墨对提高商业陶瓷装饰制品的印刷速度和丝网印刷精度，减少废品率都有很大的作用。触变性是油墨中要引起重视的一个因素，例如，在EL(Electroluminescent)片的触变性P'TF油墨网印中，EL片要完全包装，要预喷涂铟锡氧化物(ITO)的聚酯膜。将触变性PTF油墨作为底料，使EL片的所有涂层材料分别与其混合，所有的粉末和颜料颗粒在触变性油墨底料中都保持悬浮状态(即使是最难溶的组分，如胶囊状的磷发光材料和预喷涂的IT0也不会产生沉淀)。由于EL片的整体结构内使用相同的触变性油墨树脂做底料，使其成为一个层叠层式的整体结构，各层之间有很好的粘着力并且在各类承印材料上的附着力都很好。在市场竞争中，油墨制造商通过开发触变性网印油墨(这种油墨既是热塑性的，又可进行冷印)，以保证自己在技术上的领先地位。所开发的触变性网印油墨既可用于陶瓷面砖、餐具、玻璃，也可用于搪瓷制品的印刷。归纳起来，触变性油墨具有以下优点：
　　(1)减少废品。任何印刷过程中都有可能由于机械或操作人员的原因而出现停机的情况。使用传统的油墨，重新开机往往会造成印品蹭脏或其它缺陷。由于触变性网印油墨具有良好的流变性能，因此使用这种油墨有助于解决上述问题。当刮板刮过油墨，油墨的流动性便增大，从而使油墨均匀地沉积到印品上。印刷完毕，油墨的流动性下降，从而防止了油墨在网版上溢流。应该注意的是，刮墨后触变性丝网印刷油墨有足够的流动性来满足连续高速印刷的要求。同时，触变性网印油墨也适用于印刷速度较慢的半自动丝网印刷机。
　　(2)提高印刷精度。颗粒度细的颜料与触变性连结料配成油墨，可用于更高目数的网版。尽管颜料的透过量降低了，但却可以直接在面砖以及盘碟上进行彩色阶调丝网印刷。用触变性网印油墨可印刷出较厚的墨膜。采用任何传统的连结料配成的油墨，在通过较粗的网版时，由于油墨堆积过厚，从而使图像的清晰度下降。但使用触变性油墨，网版就不会被油墨填满，从而图像也不会因变糊而失真。触变性油墨既可印刷色块，又可以印刷精细加网印件。这种触变性网印油墨直接在承印物上进行丝网印刷可以产生模拟喷墨印刷的效果。当印刷高精度的多套色图像时，采用触变性网印油墨直接印刷到器物上后，墨层可保持一定的厚度而不会影响图像的细微层次。
　　印刷电路板时要求油墨具有适当的触变性，油墨由于具有触变性能，非常适用于采用网印的工艺。但在使用中要注意控制油墨触变性的适性，过大或过小都会对印刷产生不良的影响。控制油墨的触变性可通过工艺技术措施进行。如在印刷时可根据印机的特点和气温的高低情况，调整好适度的油墨流动性。当印刷速度低，气温低的情况下，由于触变性小，其流动性也小，不利于均匀地传墨和着墨，这时可将油墨适当调稀一点，以适应印刷工艺的要求。为了防止油墨过多的触变给印刷带来的不良影响，要控制好印刷工艺条件，使油墨的触变性控制在印刷适性范围内。例如，尽量在恒温恒湿的环境下进行印刷，给生产车间安装空调设备。如果条件有限的话，当气候干燥、风大的情况下，可将车问的门窗关闭，以防止油墨变稠、变黏；此外，在油墨本身触变性过大的情况下，要尽量将印刷速度控制在最低的范围内，以减少因机器摩擦系数大，使油墨温度升高，从而使油墨变稀。此外，PCB油墨在使用前必须充分仔细地对油墨进行手工或机械搅拌均匀。如果油墨中进入空气，使用时要静置一段时间。如果需要进行稀释，首先要充分进行混合，然后再检测其黏度。用后必须立即把墨桶封好，同时不要将网版上油墨放回到油墨桶内与未用过的油墨混在一起。