丝网印刷的基本方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,83丝网印刷的基本方法,丝网印刷主要有非接触印刷和接触印刷。,非接触印刷的丝网与基本平时不接触，只有在印刷过程中，当刮板压着丝网掠过基片表面时，丝网与基片才有局部短暂的接触。,接触印刷法在整个印刷过程中丝网与基片始终保持接触，其印刷过程如图所示。当刮板紧贴丝网刮过基片时，浆料被压入掩模形成的空腔中，然后由设备使基片与丝网脱开，浆料即转印到基片上。,以上两种印刷方法各有特点。非接触印刷法设备简单，死网边印边自动脱离基片，浆料转印彻底，无粘网现象，对基片厚度公差及翘曲度要求不严，适应性好。接触印刷法的优点是刮板不会使丝网及掩模产生变形，丝网可做得较小，由于掩模和丝网在印刷中受力小，所以使用寿命长，可采用全金属掩模，使印刷图案高度清晰、尺寸精确，有很好的重复性。,84丝网印刷的原理如何？,以非接触印刷法为例说明厚膜元件的丝网印刷原理。带有掩模的丝网和待印的基片固定在印刷机上，在末印刷时，两者之间保持一定的距离。印刷时，将适量的浆料倒在丝网上。由于浆料具有一定的黏度，因此它不会自行漏过丝网。印刷刮板沿丝网移动时，把浆料压入网孔中，同时刮板对浆料产生剪切作用，而浆料因具有触变性，在刮板切应力作用下，黏度迅速降低。,刮板压下丝网与基片相接触的瞬间，网孔中的浆料也与基片相接触，当刮板刚一掠过之后，丝网即依靠弹力迅速复位而基片脱离接触。此时网孔中的浆料一方面受到向下的基片粘附力和重力作用，另一方面又受到丝网粘附力的作用。但由于此时浆料的黏度很抵，丝网对其作用力比向下的力小得多。因此，在丝网弹回的过程中，网孔中的浆料就被转印到基片上。此后，由于作用于浆料的切应力已消除，因此浆料黏度迅速增大，从而保证了浆料在基片上不致过流。其极低的流动性仅能使浆料上的丝网印痕流平、消失，而不会影响印刷图案的清晰度。,85厚膜集成电路的丝印工艺对陶瓷板和浆料有哪些要求？,使用90%-96%的氧化铝陶瓷基板。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。,对于浆料，有导体浆料、电阻浆料和绝缘浆料3种，浆料一般由贵金属和低熔点玻璃组成。制作厚膜是应注意浆料的材质、黏度和膨胀系数等。,印刷厚膜电路所使用的浆料，其成分有金、银、铂、铝等。将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，剩下几乎是纯粹的、由于玻璃质的作用而密合在基板上的贵金属。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。,用银做导电材料其电阻是很低的，因此有时也使用银或银/钯/银的混合物做导电材料。为了在基板上形成电阻膜，所用的电阻材料主要是银、金、钯、铑等金属粉末。小型电容器的导电体、电极等是由重叠印刷法制造出来的。电极材料以铂-金、钯-金、银等为主体组成。,86厚膜浆料的基本机构如何？,由胶体化学可知，某些物质以高度分散的形式分布于均匀的连续介质中，此体系即称为分散体系，它包括胶体、悬浮体、溶液、烟雾等。其中胶体是分散相粒子直径为1-100nm的分散体系；而悬浮体则是分散相粒子直径为0.1-10m的分散体系。厚膜浆料是固体微粒均匀分散在有机载体中组成的分散体系，其固体微粒的直径范围很宽，是胶体粒度范围到悬浮体粒径范围的多级分散体系，因此厚膜浆料实际上是胶体与悬浮体的混合体。通常作为悬浮体来研究。厚膜浆料的固体微粒含量很高，它们由简单分子或原子团组成。包围在固体微粒周围的是被称为有机载体的液体介质。,厚膜浆料中固体微粒依靠它与液体介质的相互吸引力，克服自身重力而悬浮于液体介质中。固体微粒与液体介质的接触面上会产生具有相反电荷的双电层，这种双电层构成了固、液两相互相吸附的动力。而这种相互吸附的固、液质点又构成了一种核团。若干个相互吸附的核团与剩余的液体介质就构成了悬浮状态，这就是厚膜浆料的基本结构。,87厚膜元件烧结的基本工艺如何对印刷膜进行干燥？,在烧结之前，应使印好的湿膜干燥。干燥之前，应先将湿膜置于室温下，水平静置5-15min，依靠浆料本身的流动性使湿膜表面平整、丝网印痕消失。静置时间应掌握合适，时间过短，膜表面不足以流平，时间过长图案会变模糊。,经过室温静置的湿膜，即可进行干燥。干燥的目的是使浆料中易挥发的有机溶剂蒸发掉，以防止它们在烧结过程中急剧气化而形成膜层中的气泡和空隙。但干燥过程中，高分子粘合剂不会挥发掉，它使干燥后的印刷膜牢固地粘附于基片上，而不流动变形。干燥条件应随浆料种类而定，一般温度为100-200；时间为5-15min。干燥既可用干燥箱单独进行，也可与烧结一起在隧道炉中进行。,对湿膜的干燥，要求既充分又均匀，特别要防止表面层先干燥硬化，致使内层溶剂被封闭住挥发不出来。也要避免因过分干燥而导致膜层收缩、发皱，甚至从基片上脱落。为使干燥均匀，内外一致，最好采用红外线干燥设备。红外线能量可穿透到膜层内部进行加热，达到内外均匀加热。干燥温度为140-200，传送带运行速度为10-100mm/min。有的设备还具有温度为100左右的预热区。,88厚膜元件烧结的基本工艺烧结过程如何？,烧结工艺因元件种类不同而相差较大，但基本过程是相同的。以工艺要求最严的钯-银电阻为例，它的烧结分预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。,预烧结阶段：目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉。此阶段也是烧结的升温阶段，当温度达到350时，有机物被全部分解燃烧掉。其中分解出的碳与氧反应生成CO或CO2逸散掉。,烧结阶段：包括温度从350-775的升温烧结阶段和峰值温度下的保温烧结阶段。在此阶段中，烧结体内完成了各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性。,此阶段基本反应有如下几方面：,(1) Ag的反应：Ag在150形成AgO，300以上时，AgO又开始还原为Ag和O2；500以上，脱氧的Ag即与Pd进行合金化反应。,(2) Pd的反应：Pd于300开始氧化，并随着温度升高而加剧。另一方面，PdO在600以上时又开始还原反应，也是随温度升高而加剧。在600以上的烧结过程中，Pd的氧化和PdO的还原两种过程同时存在，750左右，两种反应达到了平衡。温度再升高，则PdO还原速度将超过Pd的氧化速度。当温度达800时，PdO急剧分解，放出大量氧气。,(3) Pd-Ag合金化反应：PdO与Ag在500以上开始合金化反应，550以上反应明显化，以后随温度升高而加剧。在500-800的烧结过程中，PdAg固溶体的生成量随温度升高，按指数曲线上升，在800生成速度达到最大；而PdO的生成量在500-760范围内近乎与温度成正比。所以在750-775烧成的电阻膜能获得PdO和PdAg合金含量的最佳比例，电阻具有最佳性能，因此将此温度定为峰值烧结温度。电阻膜在此温度下进行8-10min的保温烧结，以使烧结反应充分。,玻璃料的反应：玻璃在,400,左右开始软化，,700,完全熔化。熔融玻璃对促进固体颗粒烧结、形成膜结构起重要作用。,降温冷却：降温过程中，玻璃冷却硬化，在,550,左右凝固，使电阻膜结构固定并牢固地粘附于基片上。,89烧结的动力学原理是什么？,烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低的位置的过程。厚膜浆料中的固体颗粒系统是高速分散的粉末系统，具有很高的表面自由能。因为系统总是力求达到最低的表面自由能状态，所以在厚膜烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，这就是厚膜烧结的动力,固体颗粒具有很大的比表面积，具有极不规则的复杂表面状态以及在颗粒的制造、细化处理等加工过程中，受到的机械、化学、热作用所造成的严重结晶缺陷等，系统具有很高自由能。烧结时，颗粒由接触到结合，自由表面的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因 。,90如何配制厚膜浆料？,配制厚膜浆料时，将规定成分和比例的固体粉末高度分散于有机载体中，形成均匀的悬浮体。在浆料配制前，应对固体粉末进行细化处理以获得极细的固定微粒，并使颗粒表面得到活化。经细化处理后的固体微粒按配方称量好后，还要放入玛瑙研钵中再进行研磨，以达到进一步的细化和混匀。有机载体的制备是先将有机溶剂和增稠剂混合，然后在水浴加热锅中加热搅拌，直到增稠剂全部溶解到溶剂中，此时即可将预先配好的表面活性剂、触变剂、流延性控制剂一起加入，再不断搅拌，直到形成均一的有机载体为止。,浆料配制时，将预先准备好的固相成分和有机载体混合，借助于球磨机或三辊研磨机进行充分的混匀，使固体微粒均匀分散于载体中，制成厚膜浆料。为检查浆料烧成后的性能，还要对浆料取样试烧、测试样品，若不符合要求，要对有关成分及配制工艺进行修改、调整，直到符合规定指标。,91厚膜浆料的储存。,浆料储存：配好的浆料如不很快使用，则应存放在能防止蒸发的密闭容器中。为防止固体成分沉淀，储存容器可放在转速为3-10转/h的转筒中。浆料应储存在温度为10-30、相对湿度为30%-90%的环境条件下。把浆料储存在冷藏设备中可延长储存期。,92对厚膜丝印机有什么要求？,集成电路的丝网印刷中图象是微型的，要求印刷精度高，所以印刷机、印版、承印物（基板）、浆料等都需要高精度的，印刷场所也一定要保持恒温，并清除尘埃。刮板材料一般为聚胺酯橡胶或氟化橡胶，硬度为邵矢A7-80。另外，选择刮板的形状及硬度时，应考虑电路板上所印图案的种类。一般情况下，刮板刃部为90或60；刮印角为70，印刷一般采用机器进行，手工刮印成品率太低。印刷厚膜集成电路的丝印机，应具备下列条件；刮板压力可作调节；印刷速度可作调节；基板位置可作调整。,印刷厚膜集成电路的丝印机有半自动和全自动两类，半自动丝印机只有基板供给是用手工完成的，其他工序自动完成。,