從間接角度看絲網印刷

Steve Watkin

(DEK 設備產品部)

幾乎所有電子組裝業的人員在某種程度上都熟悉絲網印刷。有時，它又被稱為網板印刷。但是，最近絲網印刷采取了什么具有千年歷史的藝術形式？設備產品經理Steve Watkin 從工作面退后一步，來解釋現在絲網印刷工藝能達到的能力，并概述它的發展方向。

絲網印刷出現已經有一些年頭了。很自然，這樣說是不完全的，因為亞洲和印度早在公元前4世紀就出現了絲網印刷的人工制品，埃及在公元1世紀出現，而日本人肯定在公元960年就能熟練而廣泛地應用絲網印刷。電子組裝業以外的人會因為T恤衫上印制的口號、咖啡杯和Andy Warhol 風格的流行藝術海報而聽說過絲網印刷。但是，即使以我們行業為背景，絲網印刷也是成熟和公認的工藝。在某種方式上，它是一種可行技術。它本身并不“做”很多，但是為組裝工藝的其余部分提供它們所需的一切。

最典型的是在表面貼裝工藝中將焊膏印刷到電路板或其他基板上。今天，表面貼裝焊膏印刷使用網板——它本身就是一個完整的主題。但是在表面貼裝之前，絲網印刷是用于厚膜和薄膜混合制造工藝中。

那么，當你想到絲網印刷最新和最令人激動的應用又回到了厚膜技術的早期——太陽能電池的金屬化，那是有些古怪的。

但是再回到表面貼裝印刷領域，我們知道：技術在過去已經得到改進，以適應電路上更精細的線路和焊盤空間，并同產品小型化高密度裝配永不滿足的需求相配。正當元器件引腳密度日益開始引起人們的關注時，大規模器件的新互聯模式出現，例如球柵陣列、接著是微型球柵陣列，它減輕了一些壓力。畢竟，在芯片的周邊只能放這么多的引腳！焊膏材料在今天相對容易地印刷只有0.4 mm的間距。當一年多前無鉛加工到來時，我們目睹了它在市場產生的漣漪。我們總是預計它會對組裝中的波峰焊和回流焊部分產生很大的影響，而對貼片和絲網印刷的影響將是微乎其微的，但是對于后者而言并非如此。新的無鉛材料的配置類似于我們所熟悉的錫鉛焊膏的特點，然而，我們在印刷階段需要重新思考，以保持預計的工藝控制的高水準。無鉛焊膏一般不能在網板表面輕易的滾動、不會很可靠地填充到網板的開口中，并在網板被釋放時焊膏顯示出粘在側壁的傾向。

網板專家和焊膏材料專家對此進行補救。鎳質網板可以使焊膏更好地釋放，同時巧妙地改進了焊膏配置，使工藝和產量差不多恢復到無鉛應用之前的水平。

也許絲網印刷工藝的階段性改變在20世紀90年代發生，當時引進了密閉式印刷頭。當這些改變令人難以置信地改進了傳統網板印刷的工藝——諸如500%地加快印刷速度和將絲網上的焊膏壽命(事實上是在印刷頭內) 延長到如此長的時間以至于無需再測量——它們對絲網印刷可能達到的結果產生了更大的影響。

密閉式印刷頭導致一個新術語的產生——大規模成像。突然，絲網印刷機可以取代某些粘合劑或環氧樹脂應用的點膠系統。DEK的PumpPrinting?無可爭議地是絲網印刷技術的行業領頭羊，它已有40年的經驗，通過塑膠網板，在印刷頭的一次印刷后，就可以得到數千個不同大小和高度的膠點。

大規模成像還打開了晶圓背側涂層的半導體封裝市場，用精密焊膏點“突起”基板；并在硅晶圓上“置放焊球”，即極小的焊球被加工成精確的尺寸，當它在網板上移動時被從閉式印刷頭中釋放到精密的小孔中。想象一下：一個300 mm的晶圓在只需幾秒的單一化之前帶有成百個個別的芯片基板。也許唯一的局限是：半導體行業還沒有完全意識到這一工藝是多么的!

其他表面貼裝絲網印刷最近取得的工藝進步重點集中在用于增加生產能力的技術上。我們已經看到人們開始接受雙軌設備，尤其在大批量應用中。電子組裝工藝的印刷部分在如今極少是瓶頸問題，因此雙軌印刷典型由兩臺印刷機組成——一臺是通過的軌道——給下游的雙軌置放系統和熔爐進料。現在，制造商可以同時組裝兩倍的板或兩種板。

一半由生產能力需求推動、一半由基板種類推動，現在對柔性材料進行印刷的新興要求正繼續產生。它被稱為“卷帶式”，它正日益在多重柔性電路的電子組裝中大為流行，柔性電路接著在生產線的更下方被單一化。它的優勢是：基本上為連續的不間斷加工，能推動生產能力。它對加工非常長的電路板——例如用于飛機走廊和緊急出口照明的電路板——也是十分理想的。卷帶式在印刷導電或熱墨水等邊緣式應用方面也很流行，并在制造生物醫藥感應條方面也是如此，后者常常涉及到將化學品淀積到紙、卡紙或Mylar 基板上。

然而，精密絲網最新興的市場還是可替代能源領域。在光伏基板生產方面，金屬化工藝已經走完了完整的周期——利用了過去的幾十年中在厚膜生產上積累的專長。當然，盡管薄的硅太陽能電池基板比20世紀70和80年代的陶瓷厚膜片更加脆弱、對生產能力的需求要高得多，但是印刷工藝基本上還是同樣。絲網印刷在氫燃料電池生產方面同樣也提供明顯的中間電解和催化涂層質量優勢，它也是在離子膜上印刷復雜圖案的理想工藝。一般使用乳膠絲網，但是像DEK 等領頭羊現在已經開發出的精密金屬網板，可改進絲網印刷工藝。

絲網印刷，以其各種多變的形式成為靈活和高度可調的工藝。在行業中，它很明顯還有很長的壽命，正如它擁有漫長的歷史一樣。在全球，它每天都在電子組裝、半導體封裝和可替代能源工藝中廣泛應用，我們預計它將在未來的發展中依然是一種可行的技術。絲網印刷看上去好像在2000年前來自亞洲。具有諷刺意味的是，兩千年后，工業用絲網印刷機最集中的地方、生產電路板和光伏電池數量最多的地方也是在亞洲。又一個完整的周期！