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丝网印刷电子陶瓷产品生产中的自动化技术

现代微电子封装尤其是电子陶瓷封装对基板的印刷图形分辨率以及印刷质量的要求越来越高,再加上电子器件的小型化、轻量化、功率化、陶瓷的金属化要求,促使电子封装技术向高集成度、高封装密度的方向发展,并要求电路中导体线条和线间距越来越小、分辨率越来越高。

在上述背景下,丝网印刷在电子陶瓷产品的生产过程中已成为一项极为重要的工艺手段,例如厚膜陶瓷(TFC)、低温共烧陶瓷(LTCC)、高温共烧陶瓷(HTCC)、片式多层瓷介电容器(MLCC)等,在生产过程中都大量采用了丝网印刷工艺。

1.什么是丝网印刷技术?

丝网印刷是一种很传统的印刷方法,在我国电子工业、陶瓷贴花工业、纺织印染行业都有很广泛的应用。该技术的基本原理是丝网印版的部分网孔能够透过浆料,其余部分网孔被堵死,不能透过浆料,在基片上形成空白。

在电子领域中被应用于印刷线路板、厚膜集成电路、太阳能电池、电阻、电容、压电元件、光敏元件、热敏元件、液晶显示元件等制造中,并在实践中与各种新型材料和高精度自动化新设备进行适配,提高了现如今丝网印刷技术的工艺制造水平。

2.丝网印刷工艺的特点

(1)可以适用于不同形状、不同面积、不同材料的印刷,例如,可以用于平面,也可用于形状特殊的凹凸体,在玻璃、陶瓷、塑料等材料上均适用。

(2)丝网印刷版面柔软,富有弹性,所以不仅能在柔软的薄面体上进行印刷,也可在易碎的脆性物体上进行。

(3)印刷层的厚度容易调节,立体感强。

(4)适用于各种不同的浆料印刷。

(5)丝网印刷设备成本低,容易形成规模化生产。

3.丝网印刷技术在集成电路中的应用

集成电路大体可分为两大类:半导体集成电路和混合集成电路,而后者又可分为薄膜混合集成电路和厚膜集成电路。其中薄膜集成电路是应用真空喷射法的薄膜技术制造,厚膜集成电路则是应用丝网印刷厚膜技术制造。

图.陶瓷厚膜电路丝印机via亿宝莱印刷设备

集成电路的丝网印刷图像是微型的,要求印刷精度高,所以印刷机、印版、承印物(基板)、油墨等都需要高精度,印刷场所也一定要保持恒温,并清除尘埃。

4.厚膜集成电路中的丝网印刷工艺材料

(1)丝网印刷制版

丝网印刷制版是基础,在制版中使用的材料很多,工序很多,主要包括以下几项:

①丝网:

主要材料之一,常用的尼龙丝网和聚酯丝网由于拉伸度较大,印刷图形精度差,厚度均匀性较难控制等因素影响,故不适用于质量较高的网印产品。而不锈钢网具有线径均匀、网纱厚度一致、拉伸度小、过墨性好的特征,因而印刷的图形质量较高,适应性广,适用于电子行业的导体印刷。

丝网的目数、丝径、开口尺寸等参数对丝网印刷的质量有很大的影响。

②绷网:

一般网框选择铝框,绷网工序直接影响制版的质量,绷网的质量要点是控制好张力。

绷网时丝网要有一定的张力,张力需要均匀。绷网张力太大,容易使丝网变形或撕破。绷网张力太小,丝网松软,印刷模糊,膜的厚度薄。在绷网过程中,应随时使用张力计测量丝网的张力,达到标准张力时应停止给力,使张力传递得均匀。

③感光胶:

丝印制版对感光胶材料的主要要求是制版性能好,易于涂布,有确定的感光光谱范围(紫外线),显影性能好,分辨率高。感光胶的主要成分是成膜剂、感光剂和助剂。

④刮板材料:

刮板材料一般为聚氨酯橡胶或氟化橡胶,硬度为邵氏A70°~A80°。另外,选择刮板的形状及硬度时,应考虑电路板上要印什么图案这个因素。一般情况下,刮板刃部为90°或60°,刮板角为70°~75°。

(2)陶瓷板:

目前,研究应用最成熟的陶瓷基片材料是氧化铝陶瓷基板,是一种以氧化铝(Al2O3)为主体的材料,有较好的传导性、机械强度和耐高温性。市面上也有氮化铝、氧化铍、碳化硅、氮化硼等材质的陶瓷基板。

制作厚膜时应注意陶瓷板的材质、尺寸、粗糙度、翘曲以及表面的缺陷与污染等,并在净化间进行超声波清洗。

(3)浆料:

有导体浆料、电阻浆料和绝缘浆料三种,浆料一般由贵金属和低熔点玻璃组成。制作浆料时要注意浆料的材质、粘度和膨胀系数等。印刷厚膜电路所使用的浆料,其成分有金、银、铂、钯等。

上述金属粉末分散在有机树脂粘合剂中调成糊状,然后通过丝网印版印在陶瓷基板上。经高温烧制,有机树脂粘合剂被燃烧掉,剩下的几乎都是纯粹的贵金属,由于玻璃质的作用而密合在基板上。这层膜可作为厚膜线路、厚膜电阻、厚膜电容及半导体集成电路用的底层金属片。

5.丝网印后加工

一般印刷电路板,首先进行导体印刷,再反复印刷电阻2~3次,有时根据情况适当交叉进行玻璃涂层的印刷,在印刷后还要进行下述加工或处理:

(1)摊平过程:印刷后将印制品放置5~7分钟至网纹消失为止;

(2)干燥处理:用℃左右的温度进行干燥;

(3)烧制:用约~℃的温度进行烧制。这一道工序非常重要,所以要随时调整炉温,保持适合浆料烧结的温度;

(4)调整:调整电阻值,一般采用向电路板喷砂或用激光调整电阻体的方法进行调整;

(5)包封:对制成的内接元件起到保护作用。




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