在电子陶瓷产品的生产过程中,丝网
印刷已经成为一项不可或缺的工艺手段,
如低温共烧陶瓷(LTCC)、高温共烧陶瓷
(HTCC)、片式多层陶瓷电容器(MLCC)等,
在生产过程中都大量采用了丝网印刷工
艺。微电子产品小型化、轻量化的要求,促
使电子封装技术向高集成度、高封装密度
的方向发展,这就要求电路中导体线条和
线间距越来越小、分辨率越来越高。
印刷线条和间距的分辨率以及印刷质
量和很多因素有关,如承印物特性、浆料性
能、丝网质量、感光层厚度以及印刷时的各
种工艺参数等。本文通过对丝网、感光层、
以及印刷工艺参数几个方面的研究,分析
它们对印刷质量的影响。
1研究及分析
1.1丝网的选择
通常尼龙丝网和聚酯丝网由于拉伸度
较大,印刷图形精度差,厚度均匀性较难控
制等因素影响,故不适用于质量要求较高
的网印产品。而不锈钢丝网具有线径均匀、
网纱厚度一致、拉伸度小、过墨性好的特
征,因而印刷的图形质量较好,适应性广,
适用于电子行业的导体印刷。丝网的目数、
丝径、开口尺寸等参数对丝网印刷的质量
有很大的影响,本文主要选用了表1中几种
不同规格的不锈钢丝网进行印刷试验:(如
表1)
制作一张分布不同线宽和线间距线条
的测试图形的菲林,四张丝网均使用同一
张菲林曝光加工,使用相同的设备和工艺
参数进行印刷,对线条厚度和线宽进行测
量统计,取20组数据计算平均值,图1和图2
分别是设计值为μm的线条平均厚度和
线宽的示意图。(如图1图2)
一般情况下,不锈钢丝网的平均厚度
计算公式为:
T丝网=2×d×(1+5%)
印刷后湿膜理论厚度计算公式为:
T湿膜=2×d×(1+5%)×Ao+T
由此可计算出四张网版印刷湿膜的理
论厚度分别为:
(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,高目数、小丝径丝网的印刷
层厚度相对较小,网丝弹起后留下的空间
较小,浆料更容易流平,因此其线条的扩散
相对较小,印刷层表面也更为平滑。丝径越
粗、开度越低,印刷膜层的表面越不平滑且
易出现网痕,印刷质量降低。
1.2感光层厚度的选择
感光层的厚度及质量也是影响印刷质
量的重要因素之一。如图3所示,丝网是由
经纬丝交织而成,当感光层太薄时,其底面
会随着不锈钢丝网起伏,导致印刷时不能
与承印表面紧密贴合,造成图形边缘渗墨,
同时通过网孔的浆料量也较少,丝网弹起
后网丝留下的空间很难被填充,从而留下
凹痕,导致图形表面不平、边缘锯齿和露
瓷。当感光层太厚时,通过网孔的浆料量
多,容易引起间隙小的图形间粘连;另外,
大面积图形顶部还将产生明显的凹陷,如
图4所示,这是因为在图形边缘由于感光层
的支撑使丝网离开承印面,留下的浆料层
较厚,而在离边缘较远的地方,由于刮刀压
力作用丝网会贴向承印面,留下的浆料层
则会较薄。(如图3图4)
加工感光层厚度分别为3、10、15μm的
丝网,进行印刷效果对比,发现感光层厚度
3μm的丝网印刷图形轮廓模糊,边缘呈锯
齿状,窄间距之间发生了粘连,如图5a;感
光层厚度为10μm时,图形边缘清晰,细线
条及线间距能保持连续,厚度一致性较好,
图形平滑,如图5b;感光层厚度在15μm时,
图形边缘较清晰,较宽的图形顶部有凹陷,
截面成马鞍型。(如图5)
1.3工艺参数的选择
1.3.1丝网离网间距
当刮刀在丝网上向前移动时,刮刀尖
端附近的感光层与承印物表面紧密贴合形
成一个密闭窗口,称之为感光层围护。浆料
受压通过丝网进入这个窗口时受到限制而
不会向四周扩散,从而形成预先设计的图
形。为了获得高清晰度的印刷图形,在印刷
过程中,当印刷刮刀的压力作用到浆料上
时,网版对应位置上的感光层应该紧贴承
印物表面以形成良好的围护。(如图6)
当离网间距过大时,形成的感光层围
护范围较小,易造成浆料的渗漏,而且会加
大丝网变形,影响图形的精度,印刷时还需
要更高的刮刀压力,造成刮刀变形,使印刷
图形边缘模糊变形,另外由于回弹力过大,
丝网剥离速度也较快,浆料不能充分转移,
易形成顶部纹路,空白,边缘缺损等问题。
减小离网间距可以增大刮刀前形成的感光
层围护的范围,防止浆料渗漏,从而获得较
高的印刷轮廓清晰度,但是当离网间距降
低到一定程度时,丝网在刮刀经过后不能
及时剥离,会造成针孔、图形表面纹路、图
形蹭脏连等缺陷。
表2是不同离网间距下的印刷质量对
比,其中宽度及厚度值均为相同位置上
m线条20次印刷的平均值,使用的丝网
为3号丝网。(如表2)
1.3.2刮刀速率
浆料具有触变性,在剪切力的作用下,
其粘度会减小,印刷速率越高,其粘度越
小,浆料的通过性越好。为了利用浆料的触
变性,印刷速率应尽可能的快。但是印刷速
率过快时,丝网的剥离速率远远低于刮刀
移动速率,又会造成图形表面纹路、窄间隙
粘连等印刷缺陷。另外,印刷的速率还需要
随着印刷面积的增大而减小,因为大面积
印刷时,大量的网丝埋入浆料,降低了丝网
的剥离速率。
表3是3号丝网在不同印刷速率下印刷
效果的对比,表中数值为相同位置上μm
线条20次印刷的平均值。(如表3）
对于不同的浆料和丝网,其印刷使用
的刮刀速率也应根据实际情况有所不同。
1.3.3刮刀前浆料的量
通过控制刮刀前浆料量,并且使之均
匀分布,可以保证只在形成感光层围护的
范围内有浆料存在,避免浆料由感光层底
部渗漏,从而获得更高的清晰度。这种方法
适合批量小、对印刷分辨率要求高的印刷。
（如表4)
可以看出,控制浆料质量可以获得更
加清晰的印刷图形,尤其对于细线条和间
隙,可以保持长距离的连续而没有粘连和
中断。
2结语
(1)高目数、小丝径的不锈钢丝网,配合
一定厚度的感光层,能够印刷出高分辨率
和清晰度的线条和间距。
(2)对于高目数、小丝径的丝网,控制感
光层厚度在8～12μm时,可以获得较好的
印刷质量。
(3)通过优化离网间距、刮刀速率等工
艺参数,可以提高印刷图形的质量和清晰
度。
(4)通过对浆料质量的控制,可以进一
步提高印刷图形的分辨率和清晰度。
2结语
(1)高目数、小丝径的不锈钢丝网,配合
一定厚度的感光层,能够印刷出高分辨率
和清晰度的线条和间距。
(2)对于高目数、小丝径的丝网,控制感
光层厚度在8～12μm时,可以获得较好的
印刷质量。
(3)通过优化离网间距、刮刀速率等工
艺参数,可以提高印刷图形的质量和清晰
度。
(4)通过对浆料质量的控制,可以进一
步提高印刷图形的分辨率和清晰度。
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