9.3. Изготовление трафаретов.

Трафареты, применяемые в толстопленочной технологии, можно подразделить на три подгруппы:

• с имульсионными покрытиями элементных участков,

• с металлическим покрытием.

• сплошные металлические маски для контактной печати.

Трафареты первых двух групп изготавливают из шелковой, нейлоновой или

металлической сетки. Сетки из нержавеющей стали нашли наибольшее распространение благодаря их значительной прочности и нечувствительности к окружающей среде, но они сравнительно дороги.

Для изготовления трафаретов первой группы существует несколько способов нанесения эмульсионного покрытия, которые можно разделить на прямые и косвенные в зависимости от того, осуществляется процесс фотопечати на трафарете, покрытом фотоэмульсией, или на временной подложке, с которой фотоэмульсия после получения нужного рисунка переносится на трафарет. При этом методе фотоэмульсию на основе желатина или поливинилового спирта наносят непосредственно на натянутую сетку, как правило, методом окунания с последующей сушкой. Каждое покрытие просушивают в течении 0,5 ч. под вентилятором. Затем рисунок схемы экспонируют на сетку соответствующего фотошаблона. Для получения тонких линий и элементов ИМС этот метод не пригоден.

Разработан другой метод использования сетки с уже нанесенным эмульсионным слоем. При этом применяют материал с предварительно повышенной чувствительностью, представляющий собой фотополимерный слой (ФС), нанесенный на сетку. Процесс изготовления трафарета включает следующие операции: натяжение и закрепление материала на раме, экспонирование через фотошаблон под источником УФ-излучения, проявление изображения в этиловом спирте, термообработку при t=60 - 70 C в течении 20-30 мин.

Материал ФС имеет разрешающую способность до 40 лин/нм и тиражеустойчивость до 40 000 операций.

При косвенном методе получают рисунок трафаретов на фоторезистивном слое, нанесенном на промежуточную подложку, с которой он переносится на сетку. Наибольшее распространение для изготовления трафаретов данной группы нашел заимствованный из полиграфии технологический процесс с использованием пигментной бумаги. При этом "очувствленную" пигментную бумагу приклеивают к специально подготовленному фотошаблону, затем ее экспонируют, проявляют и сушат. Полученное изображение переносят с фотошаблона на сетку и упрочняют с помощью различных клеев м компаундов. Толщина трафаретов первой группы в основном определяется толщиной

сетки.

Трафареты второй группы изготавливаются аналогично трафаретам первой группы, только в этом случае межэлементное расстояние на сетке покрыто металлом, например медью, а рисунок трафарета получают либо электро-осаждением меди, либо вытравливанием в медной фольге, нанесенной на стальную сетку.

Разрешающая способность трафаретной печати при использовании сетчатых трафаретов не превышает 100 мкм.

9.4.Процесс сушки и вжигания.

После нанесения пасты на керамическую подложку необходимо некоторое время для ее "усадки". При нанесении пасты через сетчатую маску по краям наносимых фигур часто остаются следы сетки. Если дать такому напечатанному рисунку выстояться, то из-за растекания рисунок станет более

однородным по толщине и периферийные "узоры" пропадут. Время усадки определяют экспериментально. Оно зависит от типа пасты и изменяется и изменяется в интервале от 5 до 15 мин. После этой процедуры пленки сушат

в печах при температуре 100 - 1500 С под действием инфракрасных ламп.

Все эти методы дают хорошие результаты. Процесс сушки проводят для удаления летучих компонентов паст. Время сушки зависит от типа пасты и

составляет 5 - 15 минут.

Особый интерес представляет метод инфракрасной сушки. Длина волн инфра-красного излучателя должна быть больше 3 мкм. В этом случае излучение проникает в пленку и равномерно сушит ее. При других методах сушки сначала образуется корка, которая может препятствовать испарению летучих органических веществ и приводит к вспучиванию пленки, в результате чего после вжигания появляются раковины. При правильном проведении процесса сушки пленка оказывается довольно пористой, что благоприятствует испарению органических веществ и не приводит к ее разрушению. После сушки приступают к нанесению следующих слоев пасты и ее обработке.

Электрические или механические свойства обожженных пленок не изменяются. После сушки пленок приступают к их вжиганию, которое проводят в небольших сушильных шкафах или конвеерных печах с непрерывной загрузкой. Последний способ дает лучшие результаты. При этом температура в печи достигает 1100 С. Для предохранения пленки от загрязнений материалом нагревателя или внутреннего жаропрочного кирпича подложки с высушенными пленками помещают в муфель.

Наилучшим материалом для изготовления муфелей является плавленый

кварц, хорошо пропускающий тепло и не обладающий термической инерционностью. Для сохранения чистоты пленки муфель продувается сухим воздухом.

Продувку осуществляют за счет небольшого наклона печи или подачи воздуха в муфель под давлением. При применении первого способа необходимо, чтобы в потоке воздуха не было примеси хлора, очень сильно влияющего на палладиевосеребряные резисторы. Температура в печи измеряется термопарами, расположенными по ее длине, и регулируется кремниевым терморегулятором постоянного тока. Для вжигания резисторов разброс температуры в печи не должен превышать +2 С. Для проводящих злементов, которые менее чувствительны к условиям вжигания, допуск на постоянство температуры может быть несколько большим. Для создания в печи неизменных температурных условий в нее предварительно помещают контрольные подложки, при помощи которых создают нужный температурный режим. Лишь после этого в печь закладывают схемы. Число зон в печи зависит от вжигаемых материалов. Для вжигания проводников достаточно иметь две регулируемые зоны, а для вжигания резисторов или диэлектриков - не менее четырех.

Особое внимание следует обращать на выбор материала конвеерной ленты. Для этой цели используют инконель, корозионностойкую сталь и нихром.

Механизм подачи конвеерной ленты должен быть хорошо отрегулирован и удобен в обслуживании. При этом температурный режим в печи поддерживают неизменным.

Температурный "профиль" лучше всего контролировать по поперечному сечению ленты тремя термопарами, расположенными в разных участках печи, и записывать его с помощью самописца. Важным фактором является не только форма температурного "профиля", но и его изменение по поперечному сечению печи. Следует отметить, что какого-либо температурного

режима не существует. Если необходимо вжигать несколько толстопленочных

слоев, то последовательность нанесения следует выбирать так, чтобы

каждое последующее вжигание происходило при более низкой температуре,

чем предыдущее. Это уменьшает взаимодействия слоев и позволяет избежать

закорачивания.

Для каждого материала нужен свой режим вжигания. Перед расплавлением стекол необходимо полностью испарить всю органическую часть. Для того, чтобы исключить растрескивание пленок, выдерживают соответствующий режим охлаждения. При выборе скорости потока воздуха необходимо учитывать, что слишком низкая его скорость недостаточно быстро выведет органическую часть из печи, а высокая скорость приведет к его турбулентности, а это в свою очередь ухудшает стабильность температурного режима в печи. Желательно, чтобы в последней стадией любого процесса вжигания было вжигание резисторов. Кривые температуры термообработки в конвеерной печи при вжигании паст рассматривались в курсе лекций Физико-химические основы технологии ЭС.

С увеличением скорости передвижения образцов при условии постоянства температуры вжигания в печи, сопротивления слоев уменьшается. Обычно эта скорость находится в пределах 12-18 мм/мин. Газовый поток в печи мало влияет на параметры слоев. Для контроля технологических параметров толстопленочного производства применяют стандартные методы и приборы.