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低溫共燒陶瓷工藝之絲網印刷

低溫共燒陶瓷工藝之:

絲網印刷

 

低溫共燒陶瓷工藝之絲網印刷

關于絲網印刷

絲網印刷是一種古老的印刷方法,在陶瓷貼花工業、紡織印染行業等都有應用。

隨著60年代電子時代的到來,絲網印刷被廣泛地應用于印刷線路板、厚膜集成電路、太陽能電池、電阻、電容、壓電元件、光敏元件、熱敏元件,液晶顯示元件等電子元器件的制造中。

絲網印刷與LTCC

低溫共燒陶瓷技術(LTCC)技術中,絲網印刷扮演了至關重要的角色:它是實現導體布線的普遍選擇,是實現高密度電子封裝和多層互連的關鍵步驟。

通過精確的絲網印刷,可以將導電漿料或介質材料精確地印刷在生瓷片上,形成所需的電路圖案和電子元件,如電阻,電容等。這一過程不僅要求高精度的圖案轉移,還需要確保印刷層與生瓷片之間有良好的粘附性兼容性,以保證在后續的共燒過程中不出現分層或開裂現象。

低溫共燒陶瓷工藝之絲網印刷

絲網印刷的原理

印刷前

印刷前,置于絲網上的漿料有較大的黏度,不會自行漏過絲網。當漿料還未受到刮板的推動壓力時,漿料在絲網上不動。

刮板經過

當刮板沿著絲網移動時,對漿料和絲網產生向下的壓力,漿料下落并受到一定方向推動力。此時,漿料被向前推進,受到刮板擠壓剪切力的作用,其黏度急速降低,流動性驟然增加,漿料展開并填入絲網孔中,接著通過網孔。由于刮板下壓使絲網與生瓷片相接觸,漿料開始浸潤生瓷片。此時,網孔中的漿料底面受到生瓷片粘附力的作用,側面受到絲網線粘附力的作用。

刮板離開

當刮板離開以后,由于漿料與生瓷片的粘附力比漿料與絲網的粘附力大很多,所以絲網憑借彈力作用離開生瓷片,網孔中的漿料小柱受到拉伸作用,在網孔側壁附近發生斷裂,沉積在生瓷片上。

與此同時,由于剪切力消失,漿料黏度迅速恢復,沉積在生瓷片上的漿料小柱連成膜后便立即停止流動。

絲網印刷效果

低溫共燒陶瓷工藝之絲網印刷

好的絲網印刷質量應滿足四個條件:

①位置準確:即印刷后導體的位置應符合設計的準確位置;

②墨量適中:即印刷后附著在生瓷片上的導體量適中,不外溢流滲,也沒有缺失孔洞;

③形狀正確:即印刷后的導體直角處平整齊整,圓角處流暢圓潤,厚度均勻;

④印刷穩定:即整個印刷面圖形穩定一致。

印刷直線導體的效果理論上應達到如上圖a所示效果,實際印刷時如果出現漿料流滲,印刷參數不良等會出現如上圖b所示效果。

真正應用中,印刷效果應如上圖c和d所示:其中c為剛印刷后濕膜狀態,d為印刷后干膜狀態。

絲網印刷的質量直接影響到LTCC產品的性能和可靠性。印刷過程中的任何一個小失誤,如膜厚不均、圖案錯位或漿料選擇不當,都可能導致最終產品的性能下降或完全失效。因此,絲網印刷技術的每一個環節都必須嚴格控制,以確保印刷質量。

提高絲網印刷質量

行業發展

隨著電子行業的快速發展,為了滿足更高密度、更高精度和更高性能的要求,絲網印刷技術也在不斷進步。

如何提高絲網印刷的質量

絲網

絲網的選擇是基礎,絲網特性會直接影響后續印刷的工藝和質量。

關于絲網選擇,有如下原則:

(1)?要印刷的圖形越精細,選取的絲網目數應越高;

(2)?線徑d的選擇與印刷圖形的最小線寬w一般應滿足:w≥3d;

(3)?絲網目數和線徑決定了絲網的開孔率和開孔尺寸,一般要求絲網開孔尺寸應大于漿料顆粒尺寸的3倍;

(4)?常見的絲網編織角度有22.5°和45°,一般情況下22.5°更優;

(5)?網紗厚度和感光乳劑厚度直接影響印刷膜厚,感光乳劑厚度Te應滿足:

Te=Tw-Tm×A0

其中Tw指印刷濕膜厚度,Tm表示絲網厚度,A0指絲網開孔率。

(6)?絲網張力需要保持一定的水平以確保印刷的精確性,除張力值外,張力的穩定性和一致性也直接影響印刷質量。

合適的漿料

合適的漿料是合格印刷的必要條件,漿料特性對絲網印刷的影響是多方面的,它直接關系到印刷質量和最終產品的功能性。

(1) 在漿料特性中,漿料的流變性質(包括粘度、流動特性、剪切屈服應力、拉伸屈服應力及斷裂應變、觸變性及粘彈性等),是影響絲網印刷性能的最重要因素。其中粘度直接影響漿料在絲網印刷過程中的流動性和漿料的轉移率,粘度過高可能導致透墨量不夠,粘度過低可能造成圖形邊緣不清晰;漿料的觸變性是指漿料在靜止和流動狀態下粘度的變化特性。具有良好觸變性的漿料在刮刀壓力作用下能夠良好流動,移除壓力后又能迅速恢復其粘度,有助于提高印刷的清晰度和質量;漿料的粘彈性影響漿料在絲網印刷過程中的回彈性和結構恢復能力,對印刷圖案的精細度和均勻性有重要影響。

(2)?漿料中金屬粉的粒徑大小不同,會直接影響到漿料的觸變特性,進而影響漿料的印刷特性。粒徑太小的金屬粉,振實密度相對較小,比表面積相對較大,相同的粘度就需要更多的溶劑,進而使觸變指數變大,漿料變粘,不利于印刷。反之,粒徑太大的金屬粉也不利于漿料的印刷。因此金屬粉的粒度要根據用途,選擇合適的粒徑范圍,一般選擇粒徑在1-2.5微米的。

漿料中金屬粉的形貌,也會影響漿料的印刷特性。一般印刷特性好的金屬粉以球形、類球形最好,絮狀、片狀次之。

(3)?在漿料特性中,漿料的穩定性直接影響其在儲存和使用過程中的性能,穩定性好的漿料能夠保證印刷過程的連續性和產品的一致性。

(4)?在漿料特性中,漿料的適應性也應著重關注。漿料應具有良好的結合適應性,與承印物能保持良好的接觸和附著,漿料應能適應不同的工作環境,包括溫度、濕度等,以保證在盡可能大的環境變化下都能保持其印刷性能

生瓷片質量

生瓷片是印刷漿料的直接載體,其質量直接影響著印刷質量的好壞,是保證印刷質量的重要依托

(1)?生瓷片的表面平整度直接影響印刷的精度和漿料的均勻性。不平整的表面可能導致漿料分布不均,影響印刷質量

(2)?生瓷片的物理和化學特性,如熱穩定性、收縮率和化學兼容性,對印刷過程中漿料的粘附和最終燒結后的性能有重要影響;

(3)?生瓷片的機械強度和韌性決定了其在印刷、搬運和后續加工過程中的耐用性,脆弱的生瓷片容易在印刷過程中損壞;

(4)?生瓷片的潔凈程度影響漿料與瓷片之間的粘接質量,以及印刷圖形的清晰度。灰塵或油污等雜質會降低印刷質量;

(5)?生瓷片的親水性或親溶劑性可能會影響漿料的流變特性和印刷性能,親水性過高可能導致漿料中溶劑的不均勻揮發。

印刷參數

印刷參數直接決定著印刷過程,是保證絲網印刷質量的有力手段。印刷參數需要與絲網、漿料和生瓷片的特性相適應,才能獲得良好的印刷質量。

(1)?一般刮刀的硬度越大,越適合精細線條的印刷;直角刮刀更適合精細線條印刷,斜角刮刀更適用于高透墨量的填孔和厚膜印刷;

(2)?離網間距指生瓷片與絲網版的間距。間距越大,網版的回彈越好,但同時間距增大,印刷的位置精度就越差,因此離網間距需控制在合適的范圍;

(3)?刮刀壓力指刮刀運動時的下壓力,刮刀壓力越大,對漿料的推擠越大,漿料的透過量越大;

(4)?印刷速度越小,印刷壓力在壓印線上的每個接觸點的作用時長越長,漿料透過越多;

(5)?印刷接觸角度越小,同樣的印刷壓力在垂直方向的分立越大,漿料的透過量越大。

原文始發于微信公眾號(矽瓷科技):低溫共燒陶瓷工藝之絲網印刷

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作者 gan, lanjie

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