電子陶瓷精密絲網印刷工藝

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

關鍵詞：絲網印刷 分辨率 感光層厚度 離網間距 刮刀速率

中圖分類號：TS851文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0095-02

在電子陶瓷產品的生產過程中，絲網印刷已經成為一項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，在生產過程中都大量采用了絲網印刷工藝。微電子產品小型化、輕量化的要求，促使電子封裝技術向高集成度、高封裝密度的方向發展，這就要求電路中導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量和很多因素有關，如承印物特性、漿料性能、絲網質量、感光層厚度以及印刷時的各種工藝參數等。本文通過對絲網、感光層、以及印刷工藝參數幾個方面的研究，分析它們對印刷質量的影響。

1 研究及分析

1.1 絲網的選擇

通常尼龍絲網和聚酯絲網由于拉伸度較大，印刷圖形精度差，厚度均勻性較難控制等因素影響，故不適用于質量要求較高的網印產品。而不銹鋼絲網具有線徑均勻、網紗厚度一致、拉伸度小、過墨性好的特征，因而印刷的圖形質量較好，適應性廣，適用于電子行業的導體印刷。絲網的目數、絲徑、開口尺寸等參數對絲網印刷的質量有很大的影響，本文主要選用了表1中幾種不同規格的不銹鋼絲網進行印刷試驗：（如表1）

制作一張分布不同線寬和線間距線條的測試圖形的菲林，四張絲網均使用同一張菲林曝光加工，使用相同的設備和工藝參數進行印刷，對線條厚度和線寬進行測量統計，取20組數據計算平均值，圖1和圖2分別是設計值為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，不銹鋼絲網的平均厚度計算公式為：

T絲網=2×d×（1+5%）

印刷后濕膜理論厚度計算公式為：

T濕膜=2×d×（1+5%）×Ao+T

由此可計算出四張網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、小絲徑絲網的印刷層厚度相對較小，網絲彈起后留下的空間較小，漿料更容易流平，因此其線條的擴散相對較小，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網痕，印刷質量降低。

1.2 感光層厚度的選擇

感光層的厚度及質量也是影響印刷質量的重要因素之一。如圖3所示，絲網是由經緯絲交織而成，當感光層太薄時，其底面會隨著不銹鋼絲網起伏，導致印刷時不能與承印表面緊密貼合，造成圖形邊緣滲墨，同時通過網孔的漿料量也較少，絲網彈起后網絲留下的空間很難被填充，從而留下凹痕，導致圖形表面不平、邊緣鋸齒和露瓷。當感光層太厚時，通過網孔的漿料量多，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生明顯的凹陷，如圖4所示，這是因為在圖形邊緣由于感光層的支撐使絲網離開承印面，留下的漿料層較厚，而在離邊緣較遠的地方，由于刮刀壓力作用絲網會貼向承印面，留下的漿料層則會較薄。（如圖3圖4）

加工感光層厚度分別為3、10、15μm的絲網，進行印刷效果對比，發現感光層厚度3μm的絲網印刷圖形輪廓模糊，邊緣呈鋸齒狀，窄間距之間發生了粘連，如圖5a；感光層厚度為10μm時，圖形邊緣清晰，細線條及線間距能保持連續，厚度一致性較好，圖形平滑，如圖5b；感光層厚度在15μm時，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 工藝參數的選擇

1.3.1 絲網離網間距

當刮刀在絲網上向前移動時，刮刀尖端附近的感光層與承印物表面緊密貼合形成一個密閉窗口，稱之為感光層圍護。漿料受壓通過絲網進入這個窗口時受到限制而不會向四周擴散，從而形成預先設計的圖形。為了獲得高清晰度的印刷圖形，在印刷過程中，當印刷刮刀的壓力作用到漿料上時，網版對應位置上的感光層應該緊貼承印物表面以形成良好的圍護。（如圖6）

當離網間距過大時，形成的感光層圍護范圍較小，易造成漿料的滲漏，而且會加大絲網變形，影響圖形的精度，印刷時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，絲網剝離速度也較快，漿料不能充分轉移，易形成頂部紋路，空白，邊緣缺損等問題。減小離網間距可以增大刮刀前形成的感光層圍護的范圍，防止漿料滲漏，從而獲得較高的印刷輪廓清晰度，但是當離網間距降低到一定程度時，絲網在刮刀經過后不能及時剝離，會造成針孔、圖形表面紋路、圖形蹭臟連等缺陷。

表2是不同離網間距下的印刷質量對比，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，使用的絲網為3號絲網。（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，印刷速率應盡可能的快。但是印刷速率過快時，絲網的剝離速率遠遠低于刮刀移動速率，又會造成圖形表面紋路、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，因為大面積印刷時，大量的網絲埋入漿料，降低了絲網的剝離速率。

表3是3號絲網在不同印刷速率下印刷效果的對比，表中數值為相同位置上100μm線條20次印刷的平均值。（如表3）

對于不同的漿料和絲網，其印刷使用的刮刀速率也應根據實際情況有所不同。

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的范圍內有漿料存在，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、對印刷分辨率要求高的印刷。（如表4）

可以看出，控制漿料質量可以獲得更加清晰的印刷圖形，尤其對于細線條和間隙，可以保持長距離的連續而沒有粘連和中斷。

2 結語

（1）高目數、小絲徑的不銹鋼絲網，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）對于高目數、小絲徑的絲網，控制感光層厚度在8～12μm時，可以獲得較好的印刷質量。

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

（4）通過對漿料質量的控制，可以進一步提高印刷圖形的分辨率和清晰度。

參考文獻

[1] 鄭德海，鄭軍明，沈青.絲網印刷工藝[M].北京：印刷工業出版社，1994.

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

[3] 葉洪勛.不銹鋼絲網的特性及其應用[J]，絲網印刷，2000，3.