9.4. Типовое технологическое оборудование для изготовления толстопленочных имс.

Установки для трафаретной печати состоят из рамки с сетчатым трафаре­том и системы крепления и совмещения подложек и трафарета. В промышлен­ности применяются полуавтоматы, в которых все операции кроме смены тра­фаретов проводятся автоматически.

Выбор метода нанесения пленок зависит от сложности схемы, требуемой точности и скорости, с которой выполняется операция.

В установке предусмотрено посадочное место для точного фиксирования подложки. Для предотвращения скольжения и прилипания подложки к трафа­рету она удерживается вакуумным присосом. После того как подложка уста­новлена и закреплена на соответствующей позиции, поверх нее накладывают трафарет. Если трафарет движущийся, то он останавливается на время нане­сения пасты. Для выполнения печати трафарет опускается на подставку и удер­живается на месте, не касаясь подложки. Если трафарет неподвижен, то для выполнения операции печати подставка подводится под трафарет.

Подложка устанавливается в соответствующее положение по отношению к трафарету и на верхнюю сторону трафарета перед ракелем наносится порция пасты; ракель равномерно передвигается вперед, производя некоторое давление вниз и продавливая трафарет, соприкасающийся с подложкой непосредственно под ракелем. В тех местах, где отверстия в сетке не заполнены эмульсией, паста продавливается сквозь трафарет на подложку. По мере прохождения ракеля трафарет под действием силы натяжения отделяется от подложки и возвра­щается в исходное положение, а соприкасающаяся с подложкой паста удержи­вается на последней силами адгезии.

Трафаретная печать может осуществляться различными способами и с до­статочной степенью механизации. Хорошее совмещение трафарета с рисунком и постоянство массы наносимой пасты достигаются применением прецизионного оборудования.

Масса пасты, проходящей через трафарет на подложку, зависит от диамет­ра проволоки, размера отверстия и толщины слоя эмульсии. Разрешающая спо­собность трафарета ограничивается минимально допустимыми размерами ячей­ки сетки. Наиболее мелкая сетка, применяемая для трафаретной печати толстых пленок, содержит 400 отверстий на 25,4 мм сетки (400 меш). В большинстве случаев используется сетка 200 меш. При этом средний размер ячейки (без учета диаметра проволоки) составляет 125 мкм. Таким образом, минимальный размер отпечатка (для данной сетки) около 125 мкм.

Размеры ячейки ограничивают геометрические размеры толстопленочных элементов. Для рисунка с широкими линиями (более 625 мкм) это влияние сказывается незначительно, однако при узких линиях оно становится существен­ным. Применение более мелких сеток дает хорошие результаты, но в этом слу­чае ограничивающим фактором процесса формирования рисунка становится масса наносимого материала. Эту трудность удается преодолеть путем приме­нения металлических масок, высокая разрешающая способность которых позво­ляет получать линии шириной 50 мкм при таком же значении расстояния между ними.

Сетка туго натягивается на жесткую рамку (обычно из литого алюминия). Однако по мере износа сетка деформируется и натяжение ослабевает, а следо­вательно, сетка утрачивает способность возвращаться от подложки в исходное положение. Вытягивание сетки в какой-то мере может быть скомпенсировано увеличением расстояния между ней и подложкой.

Рамка с трафаретом крепится в установке для трафаретной печати при по­мощи зажимов или винтов. К креплению предъявляются требования жесткости и параллельности. Трафарет устанавливается над подложкой в соответствую­щем положении, что достигается точными перемещениями фиксаторов вперед, назад и поворотами, предусмотренными конструкцией данной установки. Затем фиксаторы закрепляются, чем обеспечивается точность положения каждого отпе­чатка на подложке.

Ракели изготавливают из таких материалов, как неопрен или полиуретан. Растворители, входящие в состав паст, оказывают разрушительное воздействие на ракель, вызывая его износ, набухание, расслоение и пр. Рабочая кромка лез­вия ракеля заострена и во время его движения относительно трафарета оказы­вает давление на пасту вперед и вниз. Давление вниз является функцией «угла атаки». Наносимое количество пасты зависит от конструкции ракеля, степени его износа, эластичности материала, установочного угла и других факторов.

Рис. 20.9. Поперечный разрез печи и температурный профиль: 1, 11, 111—зоны нагрева, обжига и охлаж­дения соответственно: 1 – выход газов; 2 – муфель; 3 – нагреватели; 4 – труба; 5 – подложки; 6– конвейерная лента; 7– теп­лоизоляция печи; 9 – длина печи

Для вжигания толстых пленок служат печи для термической обра­ботки, из которых наиболее широко используются муфельные печи с ме­таллической конвейерной лентой. Под­ложки с нанесенной на них пастой загружаются на конвейерную ленту, продвигающую их через всю печь. В начале пути происходит нагревание детали, по мере которого удаляются летучие составляющие пасты и выгорает органическая связка. Эта часть процесса должна протекать с уме­ренной скоростью, так как при большой скорости выгорание сопровождается разрушением пленки: пузырением, отслаиванием композиции от подложки и т. п. При медленном выгорании в композиции может удерживаться углерод до вступ­ления детали в горячую зону, где плавится стекло и возникают побочные реак­ции. Присутствие углерода приводит к появлению пузырчатости стекла или вос­становлению некоторых оксидов в композиции. Для отвода продуктов выгора­ния печи оборудуются вытяжкой.

В зоне максимальной температуры (горячая зона) подложка с пастой в те­чение определенного времени подвергается воздействию температуры Протя­женность этой зоны обычно равна протяженности зоны предварительного разо­грева. В зоне охлаждения, не имеющей нагревательных элементов дета пи охлаждаются перед выгрузкой. На рис. 20.9 показан поперечный разрез печи и температурный профиль.

В печах муфельного типа обеспечиваются хорошая вентиляция и защита нагревательных элементов от воздействия продуктов, выделяющихся при вжигании пленок. Теплоизлучателем служит муфель, изготавливаемый обычно из кварца, реже из керамики.

Максимальная температура в печи должна быть не ниже температуры вжигания пзсты.

Наиболее сложной задачей в процессе термообработки является регулиро­вание температуры в печи. Высокая точность поддержания температуры важна для получения толстопленочных элементов ИМС высокого качества.