从间接角度看丝网印刷

Steve Watkin

(DEK 设备产品部)

几乎所有电子组装业的人员在某种程度上都熟悉丝网印刷。有时，它又被称为网板印刷。但是，最近丝网印刷采取了什么具有千年历史的艺术形式？设备产品经理Steve Watkin 从工作面退后一步，来解释现在丝网印刷工艺能达到的能力，并概述它的发展方向。

丝网印刷出现已经有一些年头了。很自然，这样说是不完全的，因为亚洲和印度早在公元前4世纪就出现了丝网印刷的人工制品，埃及在公元1世纪出现，而日本人肯定在公元960年就能熟练而广泛地应用丝网印刷。电子组装业以外的人会因为T恤衫上印制的口号、咖啡杯和Andy Warhol 风格的流行艺术海报而听说过丝网印刷。但是，即使以我们行业为背景，丝网印刷也是成熟和公认的工艺。在某种方式上，它是一种可行技术。它本身并不“做”很多，但是为组装工艺的其余部分提供它们所需的一切。

最典型的是在表面贴装工艺中将焊膏印刷到电路板或其他基板上。今天，表面贴装焊膏印刷使用网板——它本身就是一个完整的主题。但是在表面贴装之前，丝网印刷是用于厚膜和薄膜混合制造工艺中。

那么，当你想到丝网印刷最新和最令人激动的应用又回到了厚膜技术的早期——太阳能电池的金属化，那是有些古怪的。

但是再回到表面贴装印刷领域，我们知道：技术在过去已经得到改进，以适应电路上更精细的线路和焊盘空间，并同产品小型化高密度装配永不满足的需求相配。正当元器件引脚密度日益开始引起人们的关注时，大规模器件的新互联模式出现，例如球栅阵列、接着是微型球栅阵列，它减轻了一些压力。毕竟，在芯片的周边只能放这么多的引脚！焊膏材料在今天相对容易地印刷只有0.4 mm的间距。当一年多前无铅加工到来时，我们目睹了它在市场产生的涟漪。我们总是预计它会对组装中的波峰焊和回流焊部分产生很大的影响，而对贴片和丝网印刷的影响将是微乎其微的，但是对于后者而言并非如此。新的无铅材料的配置类似于我们所熟悉的锡铅焊膏的特点，然而，我们在印刷阶段需要重新思考，以保持预计的工艺控制的高水准。无铅焊膏一般不能在网板表面轻易的滚动、不会很可靠地填充到网板的开口中，并在网板被释放时焊膏显示出粘在侧壁的倾向。

网板专家和焊膏材料专家对此进行补救。镍质网板可以使焊膏更好地释放，同时巧妙地改进了焊膏配置，使工艺和产量差不多恢复到无铅应用之前的水平。

也许丝网印刷工艺的阶段性改变在20世纪90年代发生，当时引进了密闭式印刷头。当这些改变令人难以置信地改进了传统网板印刷的工艺——诸如500%地加快印刷速度和将丝网上的焊膏寿命(事实上是在印刷头内) 延长到如此长的时间以至于无需再测量——它们对丝网印刷可能达到的结果产生了更大的影响。

密闭式印刷头导致一个新术语的产生——大规模成像。突然，丝网印刷机可以取代某些粘合剂或环氧树脂应用的点胶系统。DEK的PumpPrinting?无可争议地是丝网印刷技术的行业领头羊，它已有40年的经验，通过塑胶网板，在印刷头的一次印刷后，就可以得到数千个不同大小和高度的胶点。

大规模成像还打开了晶圆背侧涂层的半导体封装市场，用精密焊膏点“突起”基板；并在硅晶圆上“置放焊球”，即极小的焊球被加工成精确的尺寸，当它在网板上移动时被从闭式印刷头中释放到精密的小孔中。想象一下：一个300 mm的晶圆在只需几秒的单一化之前带有成百个个别的芯片基板。也许唯一的局限是：半导体行业还没有完全意识到这一工艺是多么的!

其他表面贴装丝网印刷最近取得的工艺进步重点集中在用于增加生产能力的技术上。我们已经看到人们开始接受双轨设备，尤其在大批量应用中。电子组装工艺的印刷部分在如今极少是瓶颈问题，因此双轨印刷典型由两台印刷机组成——一台是通过的轨道——给下游的双轨置放系统和熔炉进料。现在，制造商可以同时组装两倍的板或两种板。

一半由生产能力需求推动、一半由基板种类推动，现在对柔性材料进行印刷的新兴要求正继续产生。它被称为“卷带式”，它正日益在多重柔性电路的电子组装中大为流行，柔性电路接着在生产线的更下方被单一化。它的优势是：基本上为连续的不间断加工，能推动生产能力。它对加工非常长的电路板——例如用于飞机走廊和紧急出口照明的电路板——也是十分理想的。卷带式在印刷导电或热墨水等边缘式应用方面也很流行，并在制造生物医药感应条方面也是如此，后者常常涉及到将化学品淀积到纸、卡纸或Mylar 基板上。

然而，精密丝网最新兴的市场还是可替代能源领域。在光伏基板生产方面，金属化工艺已经走完了完整的周期——利用了过去的几十年中在厚膜生产上积累的专长。当然，尽管薄的硅太阳能电池基板比20世纪70和80年代的陶瓷厚膜片更加脆弱、对生产能力的需求要高得多，但是印刷工艺基本上还是同样。丝网印刷在氢燃料电池生产方面同样也提供明显的中间电解和催化涂层质量优势，它也是在离子膜上印刷复杂图案的理想工艺。一般使用乳胶丝网，但是像DEK 等领头羊现在已经开发出的精密金属网板，可改进丝网印刷工艺。

丝网印刷，以其各种多变的形式成为灵活和高度可调的工艺。在行业中，它很明显还有很长的寿命，正如它拥有漫长的历史一样。在全球，它每天都在电子组装、半导体封装和可替代能源工艺中广泛应用，我们预计它将在未来的发展中依然是一种可行的技术。丝网印刷看上去好像在2000年前来自亚洲。具有讽刺意味的是，两千年后，工业用丝网印刷机最集中的地方、生产电路板和光伏电池数量最多的地方也是在亚洲。又一个完整的周期！