现有的导电碳油板制造工艺很难精确控制电阻值，现在已经被新的埋电阻技术所取代。但较低的制造成本使得导电碳油板仍有一定的市场发展空间。本文通过分析导电碳油板电阻值的变化趋势，提出阻焊制作和回流加工工艺流程的改进，以稳定电阻值的变化范围，提高电阻值制作的精度和成品良率。
随着PCB及其元器件贴装向短、薄方向发展，越来越多的厂商卷入元器件与PCB一体化制造的发展浪潮，其中导电碳油印制板是较早的一体化产品之一。在对PCB工作环境和电阻精度要求不高的情况下，导电碳油板的生产和应用非常广泛。但导电碳油的印刷技术已经被电阻精度更高的材料和技术所取代，逐渐淡出人们的视线的视线。即便如此，由于导电碳油板的制造工艺相对简单，加工成本低，如果能够优化导电碳油板的制造工艺，提高其电阻值的控制精度和成品的成品率，该产品仍然具有广阔的市场空间。
导电碳油板的制作与电阻值的关系
导电油固化后可以形成具有电阻值的导体，可以作为电阻或PCB板上的导线，形成具有固定电阻值的电路。导电油的印刷过程和文字印刷大致相同。首先制备带有图形屏蔽的钢网，然后进行碳油印刷，最后完成烘烤固化。
一般情况下，电阻R与导体的电阻率、截面积S和长度L有关，关系式为R=L/S.但为了便于计算和控制导电碳油的电阻值，通常用方块电阻、线端距离L和碳油印刷宽度W来表示R=L/W的电阻值(如图1所示)。
图1耐碳油设计示意图
方块电阻，即L和W相等时的电阻值，与电阻率和碳素油的印刷厚度有关。在碳油印刷均匀分布的情况下，可以认为同批碳油印刷的方块电阻是常数。因此，电阻设计通常通过制作首件产品来确定现有工艺条件下的方块电阻，然后根据电阻的需求最终确定碳油的设计尺寸L和W。
在正式制作之前，我们往往会制作首件来确定初步图形设计的最终电阻，从而反推出方块电阻，进而确定文档的设计。但实际上导电碳油的电阻在生产过程中会不断变化，最终的电阻并没有想象中的稳定可控。我们在制版过程中详细记录了每道工序后的电阻，总结出电阻的变化趋势如下图2所示。
图2生产过程中导电碳油板电阻值的变化趋势
从上图2可以看出，在导电碳油板的生产过程中，碳油固化后电阻值开始稳定，但仍不是最终值。制作阻焊后，电阻增加，回流焊后，电阻略有下降，成为产品的最终固化值。可以看出，导电碳油产品的电阻值在完整的生产过程后并不是一成不变的，尤其是电阻焊和回流焊对最终电阻值的影响很大，这也是常规加工方式下导电碳油产品电阻值不受控制的最重要原因，导致导电碳油PCB产品的电阻精度普遍较低。
从之前的导电碳油电阻值趋势图中，我们了解到
阻焊印刷中通常使用光敏油墨，加入稀释剂和硬化剂有利于更好的涂油、预烘、曝光、显影和后固化。但考虑到稀释剂的加入会增强阻焊油墨的流动性，阻焊油墨流动性的增强也使阻焊油墨更容易渗透到导电碳油中[1]。因为阻焊油墨是绝缘材料，掺杂绝缘材料的导电碳油电阻会增加。
虽然电阻增加似乎不可避免，但实际测量结果更差。阻力增加无规律，幅度有大有小，难以控制。下图3显示了传统阻焊剂制作后的电阻变化。
图3常规阻焊剂制造后的电阻变化
由于阻焊生产引起的电阻变化是阻焊油墨渗透到碳油层中引起的，为了控制阻焊印刷后导电碳油的电阻，我们做了以下尝试：
(1)阻焊印刷尽可能使用或不使用稀释剂，以降低阻焊油墨的渗透率。
(2)严格控制阻焊印刷完成后的静置时间，PCB印刷完成后3分钟内进行预烘，保证阻焊油墨及时干燥，防止油墨过度渗入碳油层[1]。
通过以上方式优化阻焊制造工艺，然后制作测试板，从几组对比测试结果可以看出，阻焊制造后的碳油电阻不再飙升，其升值控制在一定范围内，稳定性大大提高，如下图4所示。
图4阻焊剂制造工艺优化后的电阻变化
可见，控制阻焊对碳油电阻影响的关键在于阻焊油墨的流动性。通过控制稀释剂浓度和烘烤时间，可以很好的减少阻焊油墨对导电碳油的渗透，从而将电阻浮动控制在一个小的范围内。
二、再流焊对碳素油电阻的影响及控制对策
如前所述，导电炭素油电阻值变化的原因是炭素油没有完全固化，或者炭素油变质或掺杂了异物。回流焊后，导电碳油板的电阻呈下降趋势。显然，造成这种现象的原因可能是碳油没有完全固化。
由于完全固化的碳油电阻值通常比较稳定，回流焊后电阻值变化较大，说明碳油在烘烤固化过程中没有完全固化，所以我们尝试验证多组导电碳油固化条件的回流焊结果，如下图5所示。
(a)在180的温度下烘烤1小时
在180度下烘烤4小时。
(c)在180下烘烤两次，加热1小时。
图5固化条件下各组回流焊结果对比。
可以看出，导电碳油在默认温度下烘烤多次后，回流焊后电阻仍明显下降。图5呈现的另一个重要信息是，回流焊后，电阻值几乎稳定在某个值附近，浮动范围极小，这就是我们需要的最终固化电阻值。所以我们尝试在常规的碳油固化工艺后增加回流焊，以完成电阻的完全固化。
首先对常规碳油固化的PCB进行常规无铅回流焊，然后通过上述优化的阻焊工艺制作阻焊层。阻焊固化后，进行回流焊，测试结果如下图6所示。
回流焊固化碳油的电阻测试结果。
可以看出，回流焊后，被阻焊层覆盖的导电碳油再次回流焊，其电阻的变化已经很小，这也说明碳油电阻的控制程度再次得到了提高。
精确电阻导电碳油板的工艺控制
工艺流程优化后，导电碳油电阻值的控制程度大大提高，制版过程中电阻值的变化趋势
通过获得稳定可控的最终电阻值，可以准确推导出当前导电碳油的方阻，从而确定碳油的设计尺寸，为正式生产完善工程数据。下图8是导电碳油板从设计到正式生产的简要过程。
图8碳油板试验到正式生产的简要过程
下面的图9和图10显示了成功使用上述工艺的一些成品以及产品产量的提高。
图9导电碳油成品
图10工艺改进后10%电阻精度的产量改进
通过对导电碳油板电阻变化诱因的分析，提出了相应的控制对策，优化了工艺，使导电碳油板的电阻得到控制，电阻精度和成品率也得到提高。
虽然导电碳油印刷技术并不是目前埋电阻板的最佳制造方案，但适当的工艺优化可以提高现有导电碳油印刷技术的电阻精度和良率，使导电碳油印刷PCB仍能满足与当前新材料埋电阻产品相似的功能要求。
