4. Трафареты.

Толстопленочные пасты печатаются по трафаретам, на которые нанесены нужные рисунки. Пасты продавливаются сквозь прорези трафарета на подложку. Трафареты для печати бывают различных типов : из нержавеющей стали с прямым нанесением эмульсии, из нержавеющей стали с обратным нанесением эмульсии, с прямым и обратными металлическими шаблонами. Наиболее широко используются трафареты из нержавеющей стали с прямым нанесением эмульсии, и поэтому в дальнейшем будем подразумевать именно этот тип трафарета. Для трафаретов с прямым нанесением, или покрытием, эмульсия наносится на сторону трафарета, обращенную к подложке, и рисунок переносится на трафарет с помощью фотоэкспонирования. Метод, использующий обратное нанесение эмульсии, дает улучшенное нанесение рисунка, но при этом срок службы трафарета короче. В этом процессе рисунок наносится на эмульсию, нанесенную на майларовую пленку. Затем пленка приклеивается к трафарету. На следующем этапе пленку отслаивают от трафарета, а эмульсия на нем остается.

Обратный металлический шаблон представляет собой тонкую металлическую пластинку с протравленным на ней рисунком, прикрепленную к сетке из нержавеющей стали со стороны, обращенной к подложке. Прямой металлический шаблон– металлическая пластинка на которой требуемый рисунок на половину протравлен со стороны подложки, а ряды отверстий протравлены с противоположной стороны. Металлические шаблоны дают хорошую точность нанесения линий и имеет большой срок службы, однако они требуют значительного времени на изготовление и значительных материальных затрат.

Трафареты из нержавеющей стальной прямоугольной сетки используются для бесконтактной печати. Это означает, что первоначально трафарет отстоит от подложки на расстояние от 0,5 до 1,0 мм. Ракель должен прогибать трафарет, чтобы обеспечить контакт с подложкой. Металлические шаблоны используются при контактном методе печати, когда вначале шаблон находится на расстоянии 25–50 мкм от подложки и отделение шаблона от подложки сопровождается движением всего устройства, на котором закреплен трафарет. В дальнейшем изложении будем предполагать, что трафарет представляет собой проволочную нержавеющую сетку для бесконтактной печати.

Основными свойствами трафарета, которые надо принимать во внимание, являются натяжение трафарета, размер отверстий, согласование рисунка с сеткой (для точной печати), толщина и однородность эмульсии. Натяжение трафарета и однородность эмульсии меняются по мере использования трафарета. В том случае, когда натяжение трафарета становится настолько малым, что его невозможно скомпенсировать настройкой печатающего устройства, трафарет должен быть забракован. Некоторые поставщики трафаретов изготавливают сетки с регулируемы натяжением, что можен несколько увеличить срок службы трафарета. Слишком малое натяжение возникает при нерегулярной печати с регулярно затененными промежутками. Неравномерно натянутая сетка вызывает плохое нанесение рисунка.

Толщина эмульсии существенно влияет на толщину пленки. Излишняя толщина эмульсии вызывает плохую прорисовку линий и дает пониженное удельное поверхностное сопротивление. Толщина эмульсии для печати проводящих, диэлектрических и резистивных паст должна быть около 25 мкм. Для твердых и жидких припоев требуется более толстая пленка эмульсии – от 0,1 до 0,25 мм. Согласование рисунка с отверстиями сетки значительно влияет на тонкую печать (от 50 до 75 мкм), но это не ведет к серьезным последствиям в тех случаях, где используемая ширина линий от 0,25 до 0,4 мм.

Размер отверстий сетки– очень важный фактор, поскольку для различных типов паст требуется отверстия разного размера. Для проводящих паст требуется от 200 до 325 отверстий на 1 кв. Дюйм (31–50 отверстий на 1 мм² ), при этом точность отверстий такая же, как при точной печати. Для резистивных паст нужно 165–200 отверстий на 1 кв. Дюйм (25–31 отверстие на 1 см²), для диэлектрических паст– около 200 отверстий на 1 кв. Дюйм (около 31 отверстия на см²), для твердого и жидкого припоя– 80 отверстий на 1 кв.дюйм (13 отверстий на 1 см²). Ниже (Таблица 2) приведены размеры отверстий, приблизительный диаметр проволоки и число отверстий на единицу площади для наиболее часто встречающихся сеток.

Таблица 2. Количество отверстий сетки на квадратный дюйм¹⁾ в зависимости от диаметра проволоки и размера отверстий.

Число отверсий	Диаметр проволоки, мм	Сторона отверстия, мм
80 (13)	0,094	0,118
165 (26)	0,051	0,107
200 (31)	0,053	0,074
325 (50)	0,028	0,051

¹⁾ В скобках указано (приближенно) число отверстий на 1 см².

Многие изготовители поставляют рамки, рамки с сетками, рамки с сетками и эмульсией или, если им послать схему (рисунки требуемых шаблонов),– трафареты, готовые печати, а также химикалии для повышения чувствительности эмульсии.

Соответствующий прямой шаблон выравнивается, если необходимо, с использованием микроскопа так, чтобы эмульсия была обращена к подложке, и закрепляется в этом положении. Эмульсию активизируют специальной смесью химикалий, нанесенных со стороны ракеля и высушенных, а затем эмульсия экспонируется в течение нескольких минут со стороны подложки интенсивным ультрафиолетовым излучением, полученным от ксеноновой или дуговой ламп. Установлено, что 200–ваттная лампа накаливания достаточна для лабораторной работы. Шаблон удаляется и трафарет несколько минут вымачивается в горячей воде, для закрепления экспонированной эмульсии и размягчения неэкспонированной. Затем на трафарет пускают струю теплой воды и воздуха, чтобы очисть окна трафарета. Трафарет нужно тщательно проверить на оптическом сравнивающем устройстве (компараторе) для выявления неправильных окон и закупоренных отверстий. Нежелательные окна в фоторезисте могут быть затянуты в растворе активатора.

Получение трафаретов с нужным рисунком на нем необходимо начинать с планирования и конструирования шаблона. Окончательный макет– это рисунок, который должен быть нанесен на трафарет, но увеличенный в 5–20 раз по сравнению с рисунком трафарета.

После того как функциональная схема спроектирована, ее следует перечертить, для того чтобы она как можно лучше соответствовала эскизу топологии. Это означает, что резисторы следует расположить или в направлении оси y (направление печати), или в перпендикулярном ей направлении. Выводы, если это возможно, желательно расположить с одной стороны. Следует избегать лишних пересечений проводников, поскольку это требует печати дополнительной изоляции и увеличение количества печатаемых проводников.

Шаблоны обычно вычерчиваются или вырезаются из рубалита в 10–20 раз крупнее оригинала. В отдельных случаях размеры могут быть другими.

Резисторы следует располагать параллельно или перпендикулярно направлению печати. Ширина проводника не должна быть меньше 0,5 мм. Проводники должны отстоять от края подложки не менее чем на 0,5 мм, за исключением тех случаев, когда они используются как внешние контакты [4].