Трафаретний друк елементів

Принцип трафаретного друку заключається в продавлюванні пасти через відкриті ділянки трафаретної форми на підкладку. Ці ділянки відповідають рисунку топологічного шару мікросхеми.

Перенесення рисунку з трафаретної форми на підкладку можливе контактним (без технологічного зазору) і «безконтактним» (хоча тут є контакт) вздовж лінії (рис.3а,б)

Рис.3. Схема контактного (а) та «безконтактного» друку.

1. робочий ракель; 2- друкуючий елемент форми; 3- паста; 4- пробільний елемент форми; 5- відбиток на підкладці; 6- підкладка; 7 – технологічний зазор.

При контактному способі трафаретна форма виготовляється з берилієвої бронзи товщиною 0,05мм з нікелевим покриттям товщиною 10 – 13мкм.

Відкриті ділянки трафаретної форми з берилієвої бронзи мають сітчасту структуру, яка формується разом з контурами елементів методом фотолітографії. При цьому використовується два фотошаблона, які мають рисунок схеми і універсальний - растр. (рис.4.)

Рис.4. Друкарський елемент форми з берилієвої бронзи в збільшеному вигляді.

1- пробільні елементи; 2- друкарський елемент; 3- чарунки (комірки) растра.

При виготовленні форм для «безконтактного» друку друкарський елемент являє собою сітку (металеву, поліефірну) а пробільну – сітку з фоторезистом. (рис.5.)

Рис..5. Друкарський елемент форми для «безконтактного» друку.

1- пробільний елемент; 2-друкарський елемент ; 3 - нитки сітчастої тканини.

«Фольгові» трафаретні форми забезпечують відтворення ліній шириною біля 70мкм. Тиражестійкість їх складає біля 1000 циклів друку.

Трафаретні форми, виготовлені на основі ситової тканини, мають більш широке використання, завдяки простоті виготовлення форм. Але виділяюча здатність друкованого зображення має не менше, ніж 100 – 150мкм. Тиражестійкість при виготовлення форм непрямим способом

(з використанням плівкових фоторезисторів) – 500 – 2000 відбитків, при виготовленні форм прямим способом – 5 – 10 тисяч відбитків.

Важливою характеристикою форм на основі ситових тканин є щільність ситових тканин ( або кількість ниток на лінійній см). Чим більш висока щільність сита, тим вища якість друку. Для відтворення провідників і резисторів часто використовують сита з неіржавіючої сталі 0040

(з комірками ~ 40мкм), яка має щільність ~ 120 ниток/см. В процесі друкування з форм на основі сіток технологічний зазор виставляють в залежності від формату зображення. Чим менший формат, тим менший технологічний зазор між формою і підкладкою. Тому такий зазор може змінюватися від 0,4 до 1,5 мм.

Робоча пластина ракеля виготовляється з еластичних матеріалів: поліефіруретанів, гуми. Кут нахилу робочої кромки ракеля до площини підкладки рекомендується вибирати рівним ~ 45 . Швидкість робочого ходу ракеля може складати 100 – 120 мм/с.

Верстати для трафаретного друку можуть бути ручними, напівавтоматами та автоматами. Останні дозволяють друкувати з точністю до 0,0125мм при швидкості друку біля 1200 відбитків на год.

Напівавтоматичні та автоматичні верстати для трафаретного друку дозволяють регулювати кут нахилу робочого ракеля та його тиск на форму. Переміщення форми на друкарському столі, здійснюються з допомогою мікрометричного гвинта.

Регулювання режимів друкування (зазор, швидкість друкування, кут повороту та тиск ракеля) здійснюють шляхом одержання пробних відбитків та оцінки їх якості. При цьому проводять суміщення рисунка трафаретної форми з рисунком елементів на контрольних відбитках.

Сучасні машини, крім робочого ракеля, мають так званий, зрошувальний ракель, який повертає пасту в попереднє положення при зворотному, холостому ході робочого ракеля. Робочий і зрошувальний ракелі працюють синхронно. При одержанні відбитків робочий еластичний ракель опускається на форму, а зрошувальний ракель піднімається. Зрошувальний ракель, як правило, виготовляється з металу.

Друкування кожного наступного шару повинне, як правило, проводиться тільки після сушки і спікання попереднього. Таким чином процес формування товсто плівкових елементів складається з декількох послідовних циклів «друк – сушка – спікання». При визначеній послідовності шарів вибір конкретних марок паст визначається в основному двома факторами: максимальною температурою спікання, яка вказується в ТУ на дану пасту. При нанесенні шарів, кожен наступний шар повинен спікатися при більш низький температурі, ніж попередній. Можливість розмягчення і розтікання пасти погіршує геометричну точність і змінює електрофізичні властивості шару.

Окремі етапи різних циклів можна суміщувати. Наприклад, при використанні двох резистивних них паст з різними значеннями опору, для роз’єднаного формування низько- і високоомних резисторів можна застосовувати два послідовних цикли «друк – сушка», а потім одночасно спікати резистори обох груп.

При нанесенні діелектрика для конденсаторів можлива наскрізна пористість шару. В цьому випадку діелектрик наносять двічі з проміжною сушкою.

Як приклад, приведемо формування шарів в мікросхемі з однорівневою розводкою, що має резистори і конденсатори (температура спікання пасти для провідників ~ 800 , діелектриків ~700 , резистивної пасти ~ 650 ):

1. друкування, сушка, спікання провідників і нижніх обкладинок конденсаторів;

2. друкування і сушка діелектрика (один або два шари);

3. друкування і сушка верхніх обкладинок конденсаторів;

4. спільне (сумісне) спікання діелектрика і верхніх обкладинок конденсатора;

5. друкування, сушка і спікання резисторів.

Нанесений шар висушують з метою видалення летючого компонента органічного зв'язуючого пасти і, таким чином, підвищення в’язкості віддрукованих елементів.З метою уникнення бурхливого виділення розчинників (летючих компонентів) і порушення цілісності нанесеного шару необхідно поступово підвищувати температуру і застосовувати інфрачервоні джерела нагріву.

Для різних паст максимальна температура сушки лежить в границях від 120 до 400 , а час сушки від 20 до 80хв. У відповідності з цим для сушки можна використовувати або сушильні шафи (періодичної дії) або конвеєрні печі безперервної дії. В залежності від складу пасти і призначення шару час спікання складає 1 – 2 години.

Температурний цикл спікання можна умовно розділити на три етапи (по мірі підвищення температури):

1) розкладання та видалення нелетючих компонентів органічного зв'язуючого. На цьому стані (від 300 до 400 ) швидкість зростання температури повинна бути невисокою ~ 20 /хв. для поступового вигоряння органічних речовин;

2) розм’якшення, а потім розплавлення скляного зв'язуючого. На цьому етапі швидкість підвищення температури складає 50 – 60 /хв;

3) початок хімічної взаємодії скла з поверхневим шаром кераміки, що забезпечує – адгезію. Оксиди, які входять у скло утворює хімічний зв'язок з оксидом алюмінію. Фізична взаємодія полягає в заповненні склом мікро -тріщин на поверхні, включаючи мікропори.

Для завершення формування шар витримують при постійній температурі на протязі 10 – 20хв, після чого поволі охолоджують щоб уникнути утворення тріщин через різницю (температурних коефіцієнтів рзширення) шару і підкладки.

Температурний режим найпростіше реалізувати в печі конвеєрного типу безперервної дії, наприклад печі СК – 10/16. 6 – 5. При тривалості циклу 60хв.і розмірах підкладок 60 х 48мм продуктивність печі складає 200 підкладок на годину.