現(xiàn)有導(dǎo)電碳油制板工藝難以精確控制阻值，如今已被新的埋阻技術(shù)所取代，然而較低的制作成本使得導(dǎo)電碳油板仍存在一定的市場發(fā)展空間。本文通過對導(dǎo)電碳油板的阻值變動趨勢進(jìn)行分析，提出對阻焊制作和回流焊處理的工藝流程改進(jìn)，從而穩(wěn)定阻值的變化幅度，提升了產(chǎn)品的阻值制作精度和成品良率。

隨著PCB及其元器件貼裝朝短小輕薄的方向發(fā)展，越來越多廠商參與進(jìn)元器件與PCB一體化制作的開發(fā)浪潮中，其中導(dǎo)電碳油印制板便是比較早的一體化產(chǎn)品之一。在PCB工作環(huán)境和阻值精度要求不高的情況下，導(dǎo)電碳油板的生產(chǎn)和應(yīng)用十分廣泛。然而導(dǎo)電碳油印制技術(shù)已被有著更高阻值精度的材料和技術(shù)取代，日漸淡出人們的視線。即便如此，由于導(dǎo)電碳油板的制程工藝相對簡單，且加工成本較低，如果能對導(dǎo)電碳油板的制程工藝進(jìn)行優(yōu)化，使其阻值受控精度和成品良率提升，產(chǎn)品仍具有很廣的市場空間。

導(dǎo)電碳油板的制作與阻值關(guān)系

導(dǎo)電碳油在固化后可以形成有阻值的導(dǎo)體，具體應(yīng)用可作為PCB上的電阻或者導(dǎo)線，從而形成具有固定阻值的電路。導(dǎo)電碳油的印制過程大致與字符印刷相同，先備好有圖形遮蔽的鋼網(wǎng)，再進(jìn)行碳油印刷，最后完成烘烤固化。

通常阻值R與導(dǎo)體的電阻率ρ、截面積S和長度L有關(guān)，其關(guān)系表示為R=ρL/S。但是為了便于導(dǎo)電碳油的阻值計算與控制，業(yè)界通常用以方阻α、線路端點間距L和碳油印刷寬度W（如圖1所示）表示阻值為R=αL/W。

圖1碳油阻值設(shè)計示意圖

方阻α即L與W相等時的阻值，與電阻率ρ和碳油印刷厚度有關(guān)。在碳油印刷均勻分布的情況下，可以認(rèn)為同一批次碳油印刷的方阻α是不變的。因此阻值設(shè)計往往是通過制作產(chǎn)品首件確定現(xiàn)有制程條件下的方阻α后，再根據(jù)阻值的需要最終確定碳油設(shè)計尺寸L與W。

正式投產(chǎn)前，我們往往會做首件確定初步圖形設(shè)計的最終阻值，以此逆推方阻α，再確定文件的設(shè)計。但實際上生產(chǎn)過程中導(dǎo)電碳油的阻值會不斷發(fā)生變化，最終阻值并不如預(yù)期般穩(wěn)定可控。我們在制板過程中詳細(xì)記錄了每個工序后的阻值情況，總結(jié)出阻值的變化趨勢如下圖2所示。

圖2導(dǎo)電碳油板生產(chǎn)過程的阻值變化趨勢

由上圖2可知，在導(dǎo)電碳油板的生產(chǎn)過程中，阻值經(jīng)過碳油固化后開始穩(wěn)定，但仍不是最終值。經(jīng)過阻焊制作后，阻值上升，回流焊處理后阻值輕微下降，成為產(chǎn)品最終的固化值。可見導(dǎo)電碳油產(chǎn)品經(jīng)過完整生產(chǎn)流程后的阻值并非一成不變，特別是阻焊制作和回流焊對最終阻值的影響極大，這也是常規(guī)加工方式下導(dǎo)電碳油阻值不受控的最重要原因，從而導(dǎo)致了導(dǎo)電碳油PCB產(chǎn)品的阻值精度普遍不高。

從前面的導(dǎo)電碳油阻值變化趨勢圖來看，我們已經(jīng)得知阻焊制作和回流焊這兩個工序都對導(dǎo)電碳油阻值有很大的影響，接下來需要對這些影響因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)控制對策。

導(dǎo)電碳油阻值變化的誘因分析與控制對策

一、阻焊對碳油阻值的影響與控制對策

對于碳油阻值而言，其阻值改變的原因無外乎兩個，一個是碳油本身未完全固化，二是碳油變質(zhì)或被摻雜了其它成分，顯然阻焊制作對碳油的作用屬于后者。

阻焊印刷通常用感光油墨，并添加稀釋劑、硬化劑等，以便于更好下油、預(yù)烤、曝光、顯影和后固化。然而考慮到其中稀釋劑的添加會增強(qiáng)阻焊油墨的流動性，因此阻焊油墨流動性的增強(qiáng)也使得阻焊油墨更容易滲透進(jìn)導(dǎo)電碳油內(nèi)部[1]。由于阻焊油墨為絕緣材料，摻雜了絕緣材料的導(dǎo)電碳油阻值則會上升。

盡管阻值上升看起來似乎不可避免，但實際的測量結(jié)果卻更糟糕，阻值的上升并不呈規(guī)律性，幅度忽大忽小難以受控，如下圖3所示為常規(guī)阻焊制作后的阻值變化情況。

圖3常規(guī)阻焊制作后的阻值變化

既然阻焊制作使阻值變化的原因是阻焊油墨滲透入碳油層，那么為了使阻焊印刷后的導(dǎo)電碳油阻值受控，我們做了以下幾個嘗試：

(1) 盡可能少用稀釋劑或不使用稀釋劑進(jìn)行阻焊印刷，以降低阻焊油墨的滲透率。

(2) 對阻焊印刷完成后的靜置時間嚴(yán)格控制，在PCB印刷完成后3分鐘內(nèi)進(jìn)行預(yù)烤，確保阻焊油墨及時烘干，從而阻礙油墨過度滲透進(jìn)碳油層[1]。

通過以上方式的優(yōu)化阻焊制作工藝，再進(jìn)行試板制作，從多組對比試驗的結(jié)果來看，阻焊制作后碳油的阻值不再呈現(xiàn)大幅度飆升，其上升值控制在一定的范圍，且穩(wěn)定程度大大提升，如下圖4所示。

圖4 阻焊制作工藝優(yōu)化后的阻值變化

可見管控阻焊對碳油阻值影響的關(guān)鍵在于阻焊油墨的流動性，通過控制稀釋劑濃度和烘烤時間能很好地降低阻焊油墨對導(dǎo)電碳油的滲透，從而使阻值浮動控制在較小的范圍內(nèi)。

二、回流焊對碳油阻值的影響與控制對策

上文已述導(dǎo)電碳油阻值改變的原因往往是碳油未完全固化，或是碳油變質(zhì)或被摻雜異物。經(jīng)過回流焊處理后的導(dǎo)電碳油板，其阻值呈下降趨勢，顯然導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因有可能是碳油未完全固化。

由于完全固化后的碳油阻值通常比較穩(wěn)定，因此阻值在回流焊后大幅度變化，表明碳油烘烤固化過程中未能完全固化，于是我們嘗試驗證多組導(dǎo)電碳油固化條件的回流焊處理結(jié)果，如下圖5所示。

(a)180度到溫烘烤1小時

(b)180度到溫烘烤4小時

(c)兩次180度到溫烘烤1小時

圖5各組固化條件下回流焊處理的結(jié)果對比

可見導(dǎo)電碳油在默認(rèn)溫度下多次長時間烘烤，其阻值在回流焊處理后仍出現(xiàn)了明顯的下降。圖5呈現(xiàn)的另一個重要信息是回流焊處理后阻值都幾乎穩(wěn)定在某個值附近，且浮動范圍極小，該值正是我們所需要的最終固化阻值。于是我們嘗試在常規(guī)碳油固化工序后再添加回流焊處理，以期完成阻值的完全固化。

先對常規(guī)碳油固化后的PCB進(jìn)行常規(guī)無鉛回流焊處理，再采用上述優(yōu)化后的阻焊工藝制作阻焊層，阻焊固化后再做回流焊，其試驗結(jié)果如下圖6所示。

圖6采用回流焊處理固化碳油阻值的測試結(jié)果

可見經(jīng)過回流焊處理后，完成阻焊層覆蓋后的導(dǎo)電碳油再進(jìn)行回流焊處理，其阻值變化幅度已經(jīng)非常小，這也表明碳油阻值的受控程度再次得到提升。

精確阻值導(dǎo)電碳油板的過程控制

經(jīng)過工藝流程優(yōu)化，導(dǎo)電碳油的阻值受控程度大大提升，其制板過程的阻值變化趨勢已成下圖7所示。

圖7工藝流程優(yōu)化后的導(dǎo)電碳油板生產(chǎn)過程阻值變化趨勢

優(yōu)化后的流程，在碳油烘烤后加入回流焊處理，使碳油阻值完全固化，再嚴(yán)格控制阻焊油墨的流動性，使得阻焊后碳油阻值上升穩(wěn)定在某個可控的小范圍內(nèi)。后續(xù)即便裝配元器件通過回流焊等，碳油的阻值也不會再出現(xiàn)明顯的變化。

得到穩(wěn)定受控的最終阻值，便可以準(zhǔn)確逆推當(dāng)前導(dǎo)電碳油的方阻，從而確定碳油的設(shè)計尺寸，完善工程資料，以進(jìn)行正式投產(chǎn)，如下圖8所示為導(dǎo)電碳油板從設(shè)計到正式投產(chǎn)的簡要流程。

圖8導(dǎo)電碳油板試板至正式投產(chǎn)簡要流程

如下圖9和圖10所示是一些成功運用了上述制程的成品以及產(chǎn)品良率的提升情況。

圖9導(dǎo)電碳油成品

圖10制程改善后±10%阻值精度的良率提升情況

通過對導(dǎo)電碳油板阻值變動的誘因分析，我們提出相應(yīng)的控制對策并對工藝制程進(jìn)行優(yōu)化，使得導(dǎo)電碳油板的阻值得到了控制，其阻值精度和成品良率也得到了提升。

盡管導(dǎo)電碳油印制技術(shù)并非當(dāng)前最優(yōu)的埋阻板制作方案，但適當(dāng)?shù)牧鞒虄?yōu)化能提升現(xiàn)有導(dǎo)電碳油印制技術(shù)的阻值精度和良率，使得導(dǎo)電碳油印制PCB依然能夠滿足與當(dāng)前新材料埋阻產(chǎn)品相仿的功能需求。