電子陶瓷精密絲網(wǎng)印刷工藝

摘 要：現(xiàn)代微電子封裝尤其是電子陶瓷封裝對(duì)印刷圖形分辨率以及印刷質(zhì)量的要求越來越高。印刷分辨率和印刷質(zhì)量與很多因素有關(guān)，本文從絲網(wǎng)、感光層厚度以及印刷工藝參數(shù)的選擇等幾方面探討了如何提高電子陶瓷絲網(wǎng)印刷的分辨率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：絲網(wǎng)印刷 分辨率 感光層厚度 離網(wǎng)間距 刮刀速率

中圖分類號(hào)：TS851文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（a）-0095-02

在電子陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，絲網(wǎng)印刷已經(jīng)成為一項(xiàng)不可或缺的工藝手段，如低溫共燒陶瓷（LTCC）、高溫共燒陶瓷（HTCC）、片式多層陶瓷電容器（MLCC）等，在生產(chǎn)過程中都大量采用了絲網(wǎng)印刷工藝。微電子產(chǎn)品小型化、輕量化的要求，促使電子封裝技術(shù)向高集成度、高封裝密度的方向發(fā)展，這就要求電路中導(dǎo)體線條和線間距越來越小、分辨率越來越高。

印刷線條和間距的分辨率以及印刷質(zhì)量和很多因素有關(guān)，如承印物特性、漿料性能、絲網(wǎng)質(zhì)量、感光層厚度以及印刷時(shí)的各種工藝參數(shù)等。本文通過對(duì)絲網(wǎng)、感光層、以及印刷工藝參數(shù)幾個(gè)方面的研究，分析它們對(duì)印刷質(zhì)量的影響。

1 研究及分析

1.1 絲網(wǎng)的選擇

通常尼龍絲網(wǎng)和聚酯絲網(wǎng)由于拉伸度較大，印刷圖形精度差，厚度均勻性較難控制等因素影響，故不適用于質(zhì)量要求較高的網(wǎng)印產(chǎn)品。而不銹鋼絲網(wǎng)具有線徑均勻、網(wǎng)紗厚度一致、拉伸度小、過墨性好的特征，因而印刷的圖形質(zhì)量較好，適應(yīng)性廣，適用于電子行業(yè)的導(dǎo)體印刷。絲網(wǎng)的目數(shù)、絲徑、開口尺寸等參數(shù)對(duì)絲網(wǎng)印刷的質(zhì)量有很大的影響，本文主要選用了表1中幾種不同規(guī)格的不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行印刷試驗(yàn)：（如表1）

制作一張分布不同線寬和線間距線條的測(cè)試圖形的菲林，四張絲網(wǎng)均使用同一張菲林曝光加工，使用相同的設(shè)備和工藝參數(shù)進(jìn)行印刷，對(duì)線條厚度和線寬進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，取20組數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，圖1和圖2分別是設(shè)計(jì)值為100μm的線條平均厚度和線寬的示意圖。（如圖1圖2）

一般情況下，不銹鋼絲網(wǎng)的平均厚度計(jì)算公式為：

T絲網(wǎng)=2×d×（1+5%）

印刷后濕膜理論厚度計(jì)算公式為：

T濕膜=2×d×（1+5%）×Ao+T

由此可計(jì)算出四張網(wǎng)版印刷濕膜的理論厚度分別為：

（2×36）×1.05×43%+10=42.5μm

（2×28）×1.05×41%+10=34.1μm

（2×19）×1.05×49%+10=29.5μm

（2×12）×1.05×58.5%+10=24.7μm

可以看出，高目數(shù)、小絲徑絲網(wǎng)的印刷層厚度相對(duì)較小，網(wǎng)絲彈起后留下的空間較小，漿料更容易流平，因此其線條的擴(kuò)散相對(duì)較小，印刷層表面也更為平滑。絲徑越粗、開度越低，印刷膜層的表面越不平滑且易出現(xiàn)網(wǎng)痕，印刷質(zhì)量降低。

1.2 感光層厚度的選擇

感光層的厚度及質(zhì)量也是影響印刷質(zhì)量的重要因素之一。如圖3所示，絲網(wǎng)是由經(jīng)緯絲交織而成，當(dāng)感光層太薄時(shí)，其底面會(huì)隨著不銹鋼絲網(wǎng)起伏，導(dǎo)致印刷時(shí)不能與承印表面緊密貼合，造成圖形邊緣滲墨，同時(shí)通過網(wǎng)孔的漿料量也較少，絲網(wǎng)彈起后網(wǎng)絲留下的空間很難被填充，從而留下凹痕，導(dǎo)致圖形表面不平、邊緣鋸齒和露瓷。當(dāng)感光層太厚時(shí)，通過網(wǎng)孔的漿料量多，容易引起間隙小的圖形間粘連；另外，大面積圖形頂部還將產(chǎn)生明顯的凹陷，如圖4所示，這是因?yàn)樵趫D形邊緣由于感光層的支撐使絲網(wǎng)離開承印面，留下的漿料層較厚，而在離邊緣較遠(yuǎn)的地方，由于刮刀壓力作用絲網(wǎng)會(huì)貼向承印面，留下的漿料層則會(huì)較薄。（如圖3圖4）

加工感光層厚度分別為3、10、15μm的絲網(wǎng)，進(jìn)行印刷效果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)感光層厚度3μm的絲網(wǎng)印刷圖形輪廓模糊，邊緣呈鋸齒狀，窄間距之間發(fā)生了粘連，如圖5a；感光層厚度為10μm時(shí)，圖形邊緣清晰，細(xì)線條及線間距能保持連續(xù)，厚度一致性較好，圖形平滑，如圖5b；感光層厚度在15μm時(shí)，圖形邊緣較清晰，較寬的圖形頂部有凹陷，截面成馬鞍型。（如圖5）

1.3 工藝參數(shù)的選擇

1.3.1 絲網(wǎng)離網(wǎng)間距

當(dāng)刮刀在絲網(wǎng)上向前移動(dòng)時(shí)，刮刀尖端附近的感光層與承印物表面緊密貼合形成一個(gè)密閉窗口，稱之為感光層圍護(hù)。漿料受壓通過絲網(wǎng)進(jìn)入這個(gè)窗口時(shí)受到限制而不會(huì)向四周擴(kuò)散，從而形成預(yù)先設(shè)計(jì)的圖形。為了獲得高清晰度的印刷圖形，在印刷過程中，當(dāng)印刷刮刀的壓力作用到漿料上時(shí)，網(wǎng)版對(duì)應(yīng)位置上的感光層應(yīng)該緊貼承印物表面以形成良好的圍護(hù)。（如圖6）

當(dāng)離網(wǎng)間距過大時(shí)，形成的感光層圍護(hù)范圍較小，易造成漿料的滲漏，而且會(huì)加大絲網(wǎng)變形，影響圖形的精度，印刷時(shí)還需要更高的刮刀壓力，造成刮刀變形，使印刷圖形邊緣模糊變形，另外由于回彈力過大，絲網(wǎng)剝離速度也較快，漿料不能充分轉(zhuǎn)移，易形成頂部紋路，空白，邊緣缺損等問題。減小離網(wǎng)間距可以增大刮刀前形成的感光層圍護(hù)的范圍，防止?jié){料滲漏，從而獲得較高的印刷輪廓清晰度，但是當(dāng)離網(wǎng)間距降低到一定程度時(shí)，絲網(wǎng)在刮刀經(jīng)過后不能及時(shí)剝離，會(huì)造成針孔、圖形表面紋路、圖形蹭臟連等缺陷。

表2是不同離網(wǎng)間距下的印刷質(zhì)量對(duì)比，其中寬度及厚度值均為相同位置上100m線條20次印刷的平均值，使用的絲網(wǎng)為3號(hào)絲網(wǎng)。（如表2）

1.3.2 刮刀速率

漿料具有觸變性，在剪切力的作用下，其粘度會(huì)減小，印刷速率越高，其粘度越小，漿料的通過性越好。為了利用漿料的觸變性，印刷速率應(yīng)盡可能的快。但是印刷速率過快時(shí)，絲網(wǎng)的剝離速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于刮刀移動(dòng)速率，又會(huì)造成圖形表面紋路、窄間隙粘連等印刷缺陷。另外，印刷的速率還需要隨著印刷面積的增大而減小，因?yàn)榇竺娣e印刷時(shí)，大量的網(wǎng)絲埋入漿料，降低了絲網(wǎng)的剝離速率。

表3是3號(hào)絲網(wǎng)在不同印刷速率下印刷效果的對(duì)比，表中數(shù)值為相同位置上100μm線條20次印刷的平均值。（如表3）

對(duì)于不同的漿料和絲網(wǎng)，其印刷使用的刮刀速率也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況有所不同。

1.3.3 刮刀前漿料的量

通過控制刮刀前漿料量，并且使之均勻分布，可以保證只在形成感光層圍護(hù)的范圍內(nèi)有漿料存在，避免漿料由感光層底部滲漏，從而獲得更高的清晰度。這種方法適合批量小、對(duì)印刷分辨率要求高的印刷。（如表4）

可以看出，控制漿料質(zhì)量可以獲得更加清晰的印刷圖形，尤其對(duì)于細(xì)線條和間隙，可以保持長(zhǎng)距離的連續(xù)而沒有粘連和中斷。

2 結(jié)語

（1）高目數(shù)、小絲徑的不銹鋼絲網(wǎng)，配合一定厚度的感光層，能夠印刷出高分辨率和清晰度的線條和間距。

（2）對(duì)于高目數(shù)、小絲徑的絲網(wǎng)，控制感光層厚度在8～12μm時(shí)，可以獲得較好的印刷質(zhì)量。

（3）通過優(yōu)化離網(wǎng)間距、刮刀速率等工藝參數(shù)，可以提高印刷圖形的質(zhì)量和清晰度。

（4）通過對(duì)漿料質(zhì)量的控制，可以進(jìn)一步提高印刷圖形的分辨率和清晰度。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭德海，鄭軍明，沈青.絲網(wǎng)印刷工藝[M].北京：印刷工業(yè)出版社，1994.

[2]L F Miller.Screen ability and rheology technology，1974，10：54-56.

[3] 葉洪勛.不銹鋼絲網(wǎng)的特性及其應(yīng)用[J]，絲網(wǎng)印刷，2000，3.