eng
Содержание
Содержание
Предисловие .....................................................................................................5
Введение ...........................................................................................................7
Глава 1. Печатная электроника для квази-3D ТЭУ ..............................................8
1.1.
Технологии фиксированной печати ........................................................11
1.1.1.
Трафаретная (screen) печать ...........................................................11
1.1.2.
Глубокая печать (ротогравюрная – gravure) ..................................13
1.1.3.
Высокая печать (флексография – flexographic) ............................15
1.1.4.
Горячее тиснение (твердо-трансферный перенос) .......................17
1.1.5.
Офсетная печать (offset) .................................................................18
1.1.6.
Нанопечатная литография (nanoimprint lithography) ....................22
1.1.7.
Общие выводы по технологиям фиксированной печати .............25
1.2.
Технологии нефиксированной печати ....................................................26
1.2.1.
Матричная печать ..........................................................................26
1.2.2.
Электрография (светодиодная ксерография
и лазерное копирование) ...............................................................27
1.2.3.
Ризография .....................................................................................29
1.2.4.
Струйная печать .............................................................................30
1.2.5.
Термография ...................................................................................32
1.2.6.
Общие выводы по технологиям нефиксированной
печати квази-3D-объектов .............................................................36
1.3.
Сравнение технологий формирования квазиобъемных
фигур на базе 2D-подложек ....................................................................36
Глава 2. 3D-технологии производства ТЭУ .......................................................42
2.1.
Технологии склеивания порошков..........................................................45
2.2.
Технология теплового воздействия на конструкционный
материал до процесса формирования слоя ............................................47
2.2.1.
Экструзия (выдавливание расплава) материала FDM
(Fused deposition modeling) / FFF (Fused Filament Fabrication) .....47
2.2.2.
Струйное распыление расплавленного материала
(DODJet и MJM) ............................................................................49
2.3.
Технология теплового воздействия на конструкционный материал
в процессе формирования слоя ...............................................................51
2.3.1.
Ламинирование листовых материалов LOM
(Laminated Object Manufacturing)...................................................51
2.3.2.
Ультразвуковая консолидация (наплавление)
(UAM – Ultrasonic Additive Manufacturing) ....................................53
2.3.3.
Селективное тепловое спекание SHS (Selective Heat Sintering) ...54
2.3.4.
Селективное лазерное спекание порошков СЛС
(SLS – Selective Laser Sintering)......................................................55
2.3.5.
Лазерное сплавление материалов
(LENS – Laser Engineered Net Shaping)............................................57
2.3.6.
Электронно-лучевое сплавление порошков
(EBM – Electron Beam Melting) .....................................................58
2.3.7.
Электронно-лучевое сплавление твердых веществ EBF3
(Electron Beam Free Form Fabrication) ...........................................59
2.4.
Технологии фотополимеризации ............................................................61
2.4.1.
Облучение УФ-лазером SLA (Stereo Lithography Аpparatus) ........61
2.4.2.
Облучение УФ-лампой (FTI (Film Transfer Imaging) или DLP) ...62
2.4.3.
Выращивание монолита из раствора CLIP
(Continuous Liquid Interface Production) ........................................64
2.4.4.
Облучение УФ-лампой через маску (послойное
уплотнение) SGC (Solid Ground Curing) .......................................66
2.4.5.
Струйное распыление фотопластика (PJP – Plastic Jet Printing)
с одновременной засветкой УФ-лампой
(Poly Jet – Photopolymer Jetting) ........................................................68
2.5.
Заключение главы 2 .................................................................................69
2.5.1.
Достоинства и недостатки аддитивных технологий .....................69
2.5.2.
Ближайшие перспективы внедрения 3D-принтеров ....................74
2.5.3.
Перспективные технологии изготовления
трехмерных электронных устройств (ТЭУ) ...................................77
Глава 3. 4D-технологии производства ТЭУ .......................................................78
3.1.
Сплавные 3D MID-технологии (V-3D MID) ..........................................79
3.2.
Жидкостные S-3D MID-технологии (LS-3D MID) ...............................83
3.2.1.
Двухшаговая заливка или «2S»-технология
(Two Step или Two Shot Molding) .....................................................83
3.2.2.
Лазерное структурирование
(LDS-технология – Laser Direct Structuring) .................................85
3.2.3.
Субтрактивное лазерное структурирование LSS
(Laser Subtractive Structuring) .........................................................89
3.2.4.
Струйно-аэрозольная технология (Aerosol-Jet Deposition -
AJD или M3D – Maskless, Mesoscale, Material Deposition) ...........90
3.2.5.
Струйное распыление (металлизация) ..........................................93
3.2.6.
3D-фотолитография (3D-Photoimaging) .......................................94
3.3.
Газофазные (сухие) S-3D MID-технологии (DS-3D MID) ....................96
3.3.1.
Газоплазменное (газотермическое) напыление
(технология Flamecon) ...................................................................97
3.3.2.
Осаждение при помощи электродугового плазмотрона
(технология Plasmadust) .................................................................99
3.4.
Анализ перспективы развития 3D MID-технологий ................................. 102
3.5.
Перспективы развития 3D-технологий ТЭУ .............................................. 111
Литература ................................................................................................... 118
Приложение 1. Контрольные вопросы к главе 1 ............................................... 125
Приложение 2. Контрольные вопросы к главе 2 ............................................... 133
Приложение 3. Контрольные вопросы к главе 3 ............................................... 143
Предисловие
С развитием новых технологий конструирования и производства элек-
тронных устройств за счет создания и редактирования их трехмерных
компьютерных моделей и новых типов устройств и материалов для по-
слойного создания физического объекта все более реальным становит-
ся воспроизводимый выпуск полноценных трехмерных электронных
устройств (ТЭУ). В связи с этим представляется необходимым произве-
сти новую классификацию сложных объемных (3D) объектов и всех со-
временных технологий их изготовления по физическому принципу воз-
действия на конструкционный материал. Только выявив преимущества
и недостатки данных технологий и определив приоритетные направле-
ния их развития, можно будет определить перспективы развития совре-
менных физико-химических методов формирования ТЭУ.
В первой главе пособия выявлены основные принципы и возмож-
ности формирования ТЭУ на плоских (2D) и квазиобъемных (квази-3D)
подложках. Проанализированы основные характеристики методов пе-
чати: максимальная толщина слоя, наличие контакта, тип переноса
печатного изображения (фиксированное, нефиксированное), произво-
дительность и т.д. Показано, что использование современных техноло-
гий «плоской печати» не позволяет изготавливать объемные структуры
сложной формы в непрерывном технологическом цикле.
Во второй главе пособия проанализированы возможности совре-
менных аддитивных технологий для производства ТЭУ по их основным
характеристикам: диапазонам толщин наносимых материалов, макси-
мальному разрешению формирования структур и производительности
методов. Произведена классификация данных технологий по физиче-
скому принципу воздействия на конструкционный материал. Показано,
что общими недостатками всех аддитивных технологий являются сло-
истость получаемых структур, ведущая к худшим механическим свой-
ствам, достаточно низкое разрешение изготавливаемых объектов (до
1 мкм) и высокая стоимость сформированных изделий, что значительно
ограничивает возможность их массового (конвейерного) производства.
Использование традиционных аддитивных технологий, как и традици-
онных 2D-технологий печати, также не позволяет формировать много-
слойные сложные 3D-объекты с использованием в качестве функцио-
нальных элементов всех граней, ребер и толщин стенок.
В третьей главе пособия введено понятие 4D-технологии формиро-
вания ТЭУ различных поколений, позволяющей формировать «моно-
литные» детали, «выращивая» внутри свободного объема или на любой
поверхности функциональные многослойные структуры или конструк-
ции. То есть данные технологии должны обеспечивать размещение сло-
ев или линий коммутирующих и дискретных микроэлектронных эле-
ментов в любом месте «свободного» объема детали. Первым шагом при
разработке данного типа объектов стало создание квази-4D-объектов,
а группа технологий для их формирования получила название 3D MID-
технологий (Three Dimensional Molded Interconnected Devices). В главе
3 произведен сравнительный анализ возможностей различных 3MID-
технологий формирования ТЭУ. Показано, что основным недостатком
3D MID-технологий является невозможность изготовления полноцен-
ных 4D-деталей ТЭУ с использованием в качестве функциональных
элементов всех свободных граней, ребер и объема (или всей толщины
стенок). Приведены примеры внедрения 3D MID-технологий в произ-
водство изделий радиоэлектроники.
В заключении представлены этапы и перспективы развития (так на-
зываемая дорожная карта) современных физических методов формиро-
вания ТЭУ до 2026 г.
Данный материал является блоком, который может использоваться
в курсах «Моделирование конструкций и технологических процессов
производства ЭС», «Научные и организационные проблемы констру-
ирования и технологии РЭС», «Проектирование и технология РЭС
специального назначения», «Нанотехнология и наноматериалы в про-
изводстве ЭС», «Средства отображения информации», «Физико-хими-
ческие основы нанотехнологии и технологии электронных средств» и
«Интегральные устройства радиоэлектроники и наноэлектроники».
Введение
До недавнего времени электронное устройство состояло из печатного
узла (печатной платы с установленными на ней чипами пассивных и
активных элементов) и корпуса. Основным элементом, определяющим
размер печатной платы, являются интегральные микросхемы (ИМС).
С развитием технологий микроэлектроники наблюдается постоянное
увеличение степени интеграции элементов самих микросхем, т.е. увели-
чение числа элементов ИМС на единицу площади поверхности за счет
уменьшения их размеров. Это приводит к постоянному уменьшению
размера самой печатной платы или к уменьшению количества печатных
плат за счет увеличения их функциональности. Соответственно умень-
шаются и габаритные размеры самого печатного узла.
Следующим этапом микроминиатюризации устройств является не-
обходимость использования корпуса печатного узла не только в каче-
стве пассивного конструкционного несущего элемента, но и в качестве
объемной печатной платы (трехмерных электронных устройств – ТЭУ).
Первые неудачные попытки создать ТЭУ (наносить токопроводящие
дорожки непосредственно на внутренние поверхности объемных пла-
стиковых корпусов) относятся еще к 80-м годам XX века.
И только с развитием новых принципов конструирования устройств
за счет создания их трехмерных компьютерных моделей, новых типов
устройств послойного создания физического объекта и новых матери-
алов стало возможно наладить воспроизводимый выпуск полноценных
ТЭУ.
ГЛАВА 1.
ПЕЧАТНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
ДЛЯ КВАЗИ-3D ТЭУ
В настоящее время в производстве ТЭУ различают несколько типов
сложных объемных объектов (см. таблицу 1.1):
– объемные фигуры (квази-3D объекты), создаваемые из отдельных
2D-модулей на базе жестких или гибких подложек [1–2];
– жесткие объемные (3D) фигуры [3–4, 92], создаваемые послойно при
помощи 3D-принтеров (или многофункциональных устройств) и ex-situ
технологий (дополнительных посттехнологий) обработки поверхности;
– жесткие объемные (3D) фигуры, получаемые традиционными
промышленными методами (литьем, штамповкой и т.д.) и ex-situ техно-
логий обработки поверхности (3DMID) [5].
Создание первых ТЭУ осуществлялось именно на базе нанесения
покрытий различного вида (проводящих резистивных, полупроводящих
или диэлектрических) на:
– жесткие подложки (стеклотекстолит, гетинакс и т.д.) [6];
– гибкие подложки (полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленнаф-
талат (PEN), полиимид (PI), полипропилен (PP), полилактид (PLA), бу-
магу, полиэтилен и т.д.) [7–8].
Это направление не потеряло своей актуальности и по настоящее
время. В большинстве случаев нанесение покрытий на гибкие и жесткие
подложки аналогично. Разница лишь в соединении гибкой и жесткой
платы в единый модуль (рис. 1.1) или в размещении гибкой печатной
платы внутри жесткого 3D-корпуса (рис. 1.2) [9].
С точки зрения типа переноса изображения все технологии
2D-печати (рис. 1.3) можно подразделить на:
• фиксированное печатное изображение переносится со специаль-
но изготовленной печатной формы (штампа, вала и т.д.) на подложку.
При этом максимальный размер изображения определяется, например,
длиной окружности цилиндра (трафаретная, глубокая и т.д.), а качество
изображения – современным уровнем технологии изготовления печат-
ного элемента на печатной форме (computer-to-press);
• нефиксированное (динамическое) изображение переносится на
подложку с редактируемого источника и не требует изготовления посто-
янной фиксированной печатной формы. Максимальное разрешение для
черно-белой или цветной печати измеряется в dpi (струйная, лазерная
абляция, матричная и т.д.) (computer-to-print);
• гибридная технология – сочетание фиксированной и нефиксиро-
ванной печати. Например, трафаретная печать для создания толстых по-
крытий и струйная для создания тонких покрытий с высокой точностью.
Технология нанесения рисунка в трафаретной печати состоит в продав-
ливании пасты через трафарет с использованием ракеля. В настоящее
время существуют две технологии трафаретной печати – плоскопечат-
ная (flat screen printing) и ротационная (rotary screen printing) [10]. Они
отличаются между собой формой и расположением трафарета (рис. 1.4
и 1.5).
В плоскопечатных установках (рис. 1.4) материал покрытия (4)
продавливается ракелем (5) на подложку (6), закрепленную на основании (3), через ячейки трафарета (1), располагаемого между ракелем
и подложкой. Производительность этих установок невысока в связи
с предварительным приготовлением (раскроем) плоских заготовок и периодической подачей их в камеру осаждения.
Для повышения производительности используется полая ротацион-
ная установка печати (рис. 1.5), в которой трафарет (1) (печатная форма)
представляет собой полый цилиндр с ячейками (2), внутри которого по-
мещается ракель (2), переносящий краску на подложку (4), продавливая
ее через ячейки вращающегося печатного цилиндра. Трафаретная кра-
ска закачивается непрерывно в трафаретную форму насосом.
Для получения качественного отпечатка с четким краем рисунка за-
данной толщины для использования данного метода при формировании
элементов ТЭУ необходимо осуществить контроль следующих техноло-
гических параметров:
• вязкости паст. Пасты должны обладать тиксотропностью (способ-
ностью под действием механического давления увеличивать текучесть
(уменьшать вязкость)) и затем после прекращения давления снова за-
густевать. Чем больше вязкость, тем толще пленка;
• параметры ракеля:
– угол встречи (атаки) с поверхностью подложки (выбирается от
4° до 60° – чем меньше угол встречи, тем больше давление и толщина
пленки);
– твердость материала ракеля (величина его прогиба). Большой
прогиб уменьшает угол атаки, увеличивая расход пасты;
– давление ракеля на трафарет (повышение давления увеличива-
ет толщину слоя пасты);
– скорость перемещения ракеля (чем выше скорость перемеще-
ния, тем меньше толщина наносимой пленки);
• параметры трафарета:
– размеры ячеек (для получения толстых пленок однородной толщины необходимо применять крупную сетку, а для точного воспроизве-
дения – более мелкую сетку или регулировать натяжение одной сетки);
– зазор между трафаретом и подложкой. Увеличение зазора при-
водит к увеличению толщины слоя;
• режимы термообработки:
– сушка. При этом удаляются летучие компоненты. Так как сразу
наносится слой значительной толщины, то требуется определенное вре-
мя сушки;
– обжиг. При этом происходит, например, удаление органиче-
ской связки и спекание. При производстве толстопленочных электрон-
ных схем сначала вжигается рисунок проводников при температуре
850 °С, далее диэлектриков при Т = 750 °С, а затем и резисторов при
Т = 700 °С;
– охлаждение (скорость падения температуры и ее конечное зна-
чение);
• скорость перемещения подложки.
К преимуществам метода можно отнести:
• получение за один проход самых толстых пленок из всех известных
промышленных методов нанесения;
• широкий диапазон толщин наносимых покрытий;
• края линий более четкие, чем у линий, формируемых струйной пе-
чатью [10].
К недостаткам метода относятся:
• низкая скорость формирования пленки;
• достаточно низкое разрешение до 50 мкм;
• высокая стоимость ротационных трафаретов.
1.1.2. Глубокая печать (ротогравюрная – gravure)
Глубокая печать – способ печати с использованием формовного ци-
линдра, на котором печатающие элементы (1) утоплены по отношению
к пробельным (2) (рис. 1.6).
В печатных машинах для глубокой печати (рис. 1.7) наносимое ве-
щество подается на формовный цилиндр (3) и попадает в печатные
углубления, которые определяют объем, форму и местоположение отпе-
чатков наносимого материала. При вращении формовного цилиндра пе-
чатные углубления заполняются наносимым материалом, а его излишки
удаляются ракелем (5). При прокатывании подложки (2) через ролики
печатного прижимного (1) и формовного цилиндров на нем формиру-
ются отпечатки (4), различные по толщине и площади.
К преимуществам метода можно отнести:
• высокую производительность;
• возможность нанесения отпечатков различной толщины на одно
основание;
• простоту технологического процесса;
• экономию наносимого материала по сравнению с трафаретной пе-
чатью.
К недостаткам метода относят:
• необходимость удаления наносимого вещества с пробельных эле-
ментов формы;
• большие размеры традиционного оборудования. Но в послед-
нее время появились относительно небольшие установки компании
Daetwyler R&D (США) (например модели AccuPress MicroGravure) для
глубокой печати микроэлементов печатной электроники, которые про-
изводят на этой установке гибкие дисплеи на органических светодиодах;
• образование неровностей на краях сформированных элементов;
• высокую стоимость формовного цилиндра;
• для получения высокоточных элементов необходимо использова-
ние специальных подложек.
С развитием новых технологий конструирования и производства элек-
тронных устройств за счет создания и редактирования их трехмерных
компьютерных моделей и новых типов устройств и материалов для по-
слойного создания физического объекта все более реальным становит-
ся воспроизводимый выпуск полноценных трехмерных электронных
устройств (ТЭУ). В связи с этим представляется необходимым произве-
сти новую классификацию сложных объемных (3D) объектов и всех со-
временных технологий их изготовления по физическому принципу воз-
действия на конструкционный материал. Только выявив преимущества
и недостатки данных технологий и определив приоритетные направле-
ния их развития, можно будет определить перспективы развития совре-
менных физико-химических методов формирования ТЭУ.
В первой главе пособия выявлены основные принципы и возмож-
ности формирования ТЭУ на плоских (2D) и квазиобъемных (квази-3D)
подложках. Проанализированы основные характеристики методов пе-
чати: максимальная толщина слоя, наличие контакта, тип переноса
печатного изображения (фиксированное, нефиксированное), произво-
дительность и т.д. Показано, что использование современных техноло-
гий «плоской печати» не позволяет изготавливать объемные структуры
сложной формы в непрерывном технологическом цикле.
Во второй главе пособия проанализированы возможности совре-
менных аддитивных технологий для производства ТЭУ по их основным
характеристикам: диапазонам толщин наносимых материалов, макси-
мальному разрешению формирования структур и производительности
методов. Произведена классификация данных технологий по физиче-
скому принципу воздействия на конструкционный материал. Показано,
что общими недостатками всех аддитивных технологий являются сло-
истость получаемых структур, ведущая к худшим механическим свой-
ствам, достаточно низкое разрешение изготавливаемых объектов (до
1 мкм) и высокая стоимость сформированных изделий, что значительно
ограничивает возможность их массового (конвейерного) производства.
Использование традиционных аддитивных технологий, как и традици-
онных 2D-технологий печати, также не позволяет формировать много-
слойные сложные 3D-объекты с использованием в качестве функцио-
нальных элементов всех граней, ребер и толщин стенок.
В третьей главе пособия введено понятие 4D-технологии формиро-
вания ТЭУ различных поколений, позволяющей формировать «моно-
литные» детали, «выращивая» внутри свободного объема или на любой
поверхности функциональные многослойные структуры или конструк-
ции. То есть данные технологии должны обеспечивать размещение сло-
ев или линий коммутирующих и дискретных микроэлектронных эле-
ментов в любом месте «свободного» объема детали. Первым шагом при
разработке данного типа объектов стало создание квази-4D-объектов,
а группа технологий для их формирования получила название 3D MID-
технологий (Three Dimensional Molded Interconnected Devices). В главе
3 произведен сравнительный анализ возможностей различных 3MID-
технологий формирования ТЭУ. Показано, что основным недостатком
3D MID-технологий является невозможность изготовления полноцен-
ных 4D-деталей ТЭУ с использованием в качестве функциональных
элементов всех свободных граней, ребер и объема (или всей толщины
стенок). Приведены примеры внедрения 3D MID-технологий в произ-
водство изделий радиоэлектроники.
В заключении представлены этапы и перспективы развития (так на-
зываемая дорожная карта) современных физических методов формиро-
вания ТЭУ до 2026 г.
Данный материал является блоком, который может использоваться
в курсах «Моделирование конструкций и технологических процессов
производства ЭС», «Научные и организационные проблемы констру-
ирования и технологии РЭС», «Проектирование и технология РЭС
специального назначения», «Нанотехнология и наноматериалы в про-
изводстве ЭС», «Средства отображения информации», «Физико-хими-
ческие основы нанотехнологии и технологии электронных средств» и
«Интегральные устройства радиоэлектроники и наноэлектроники».
Введение
До недавнего времени электронное устройство состояло из печатного
узла (печатной платы с установленными на ней чипами пассивных и
активных элементов) и корпуса. Основным элементом, определяющим
размер печатной платы, являются интегральные микросхемы (ИМС).
С развитием технологий микроэлектроники наблюдается постоянное
увеличение степени интеграции элементов самих микросхем, т.е. увели-
чение числа элементов ИМС на единицу площади поверхности за счет
уменьшения их размеров. Это приводит к постоянному уменьшению
размера самой печатной платы или к уменьшению количества печатных
плат за счет увеличения их функциональности. Соответственно умень-
шаются и габаритные размеры самого печатного узла.
Следующим этапом микроминиатюризации устройств является не-
обходимость использования корпуса печатного узла не только в каче-
стве пассивного конструкционного несущего элемента, но и в качестве
объемной печатной платы (трехмерных электронных устройств – ТЭУ).
Первые неудачные попытки создать ТЭУ (наносить токопроводящие
дорожки непосредственно на внутренние поверхности объемных пла-
стиковых корпусов) относятся еще к 80-м годам XX века.
И только с развитием новых принципов конструирования устройств
за счет создания их трехмерных компьютерных моделей, новых типов
устройств послойного создания физического объекта и новых матери-
алов стало возможно наладить воспроизводимый выпуск полноценных
ТЭУ.
ГЛАВА 1.
ПЕЧАТНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
ДЛЯ КВАЗИ-3D ТЭУ
В настоящее время в производстве ТЭУ различают несколько типов
сложных объемных объектов (см. таблицу 1.1):
– объемные фигуры (квази-3D объекты), создаваемые из отдельных
2D-модулей на базе жестких или гибких подложек [1–2];
– жесткие объемные (3D) фигуры [3–4, 92], создаваемые послойно при
помощи 3D-принтеров (или многофункциональных устройств) и ex-situ
технологий (дополнительных посттехнологий) обработки поверхности;
– жесткие объемные (3D) фигуры, получаемые традиционными
промышленными методами (литьем, штамповкой и т.д.) и ex-situ техно-
логий обработки поверхности (3DMID) [5].
Создание первых ТЭУ осуществлялось именно на базе нанесения
покрытий различного вида (проводящих резистивных, полупроводящих
или диэлектрических) на:
– жесткие подложки (стеклотекстолит, гетинакс и т.д.) [6];
– гибкие подложки (полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленнаф-
талат (PEN), полиимид (PI), полипропилен (PP), полилактид (PLA), бу-
магу, полиэтилен и т.д.) [7–8].
Это направление не потеряло своей актуальности и по настоящее
время. В большинстве случаев нанесение покрытий на гибкие и жесткие
подложки аналогично. Разница лишь в соединении гибкой и жесткой
платы в единый модуль (рис. 1.1) или в размещении гибкой печатной
платы внутри жесткого 3D-корпуса (рис. 1.2) [9].
С точки зрения типа переноса изображения все технологии
2D-печати (рис. 1.3) можно подразделить на:
• фиксированное печатное изображение переносится со специаль-
но изготовленной печатной формы (штампа, вала и т.д.) на подложку.
При этом максимальный размер изображения определяется, например,
длиной окружности цилиндра (трафаретная, глубокая и т.д.), а качество
изображения – современным уровнем технологии изготовления печат-
ного элемента на печатной форме (computer-to-press);
• нефиксированное (динамическое) изображение переносится на
подложку с редактируемого источника и не требует изготовления посто-
янной фиксированной печатной формы. Максимальное разрешение для
черно-белой или цветной печати измеряется в dpi (струйная, лазерная
абляция, матричная и т.д.) (computer-to-print);
• гибридная технология – сочетание фиксированной и нефиксиро-
ванной печати. Например, трафаретная печать для создания толстых по-
крытий и струйная для создания тонких покрытий с высокой точностью.
- 1.1. Технологии фиксированной печати
1.1.1. Трафаретная (screen) печать
Технология нанесения рисунка в трафаретной печати состоит в продав-
ливании пасты через трафарет с использованием ракеля. В настоящее
время существуют две технологии трафаретной печати – плоскопечат-
ная (flat screen printing) и ротационная (rotary screen printing) [10]. Они
отличаются между собой формой и расположением трафарета (рис. 1.4
и 1.5).
В плоскопечатных установках (рис. 1.4) материал покрытия (4)
продавливается ракелем (5) на подложку (6), закрепленную на основании (3), через ячейки трафарета (1), располагаемого между ракелем
и подложкой. Производительность этих установок невысока в связи
с предварительным приготовлением (раскроем) плоских заготовок и периодической подачей их в камеру осаждения.
Для повышения производительности используется полая ротацион-
ная установка печати (рис. 1.5), в которой трафарет (1) (печатная форма)
представляет собой полый цилиндр с ячейками (2), внутри которого по-
мещается ракель (2), переносящий краску на подложку (4), продавливая
ее через ячейки вращающегося печатного цилиндра. Трафаретная кра-
ска закачивается непрерывно в трафаретную форму насосом.
Для получения качественного отпечатка с четким краем рисунка за-
данной толщины для использования данного метода при формировании
элементов ТЭУ необходимо осуществить контроль следующих техноло-
гических параметров:
• вязкости паст. Пасты должны обладать тиксотропностью (способ-
ностью под действием механического давления увеличивать текучесть
(уменьшать вязкость)) и затем после прекращения давления снова за-
густевать. Чем больше вязкость, тем толще пленка;
• параметры ракеля:
– угол встречи (атаки) с поверхностью подложки (выбирается от
4° до 60° – чем меньше угол встречи, тем больше давление и толщина
пленки);
– твердость материала ракеля (величина его прогиба). Большой
прогиб уменьшает угол атаки, увеличивая расход пасты;
– давление ракеля на трафарет (повышение давления увеличива-
ет толщину слоя пасты);
– скорость перемещения ракеля (чем выше скорость перемеще-
ния, тем меньше толщина наносимой пленки);
• параметры трафарета:
– размеры ячеек (для получения толстых пленок однородной толщины необходимо применять крупную сетку, а для точного воспроизве-
дения – более мелкую сетку или регулировать натяжение одной сетки);
– зазор между трафаретом и подложкой. Увеличение зазора при-
водит к увеличению толщины слоя;
• режимы термообработки:
– сушка. При этом удаляются летучие компоненты. Так как сразу
наносится слой значительной толщины, то требуется определенное вре-
мя сушки;
– обжиг. При этом происходит, например, удаление органиче-
ской связки и спекание. При производстве толстопленочных электрон-
ных схем сначала вжигается рисунок проводников при температуре
850 °С, далее диэлектриков при Т = 750 °С, а затем и резисторов при
Т = 700 °С;
– охлаждение (скорость падения температуры и ее конечное зна-
чение);
• скорость перемещения подложки.
К преимуществам метода можно отнести:
• получение за один проход самых толстых пленок из всех известных
промышленных методов нанесения;
• широкий диапазон толщин наносимых покрытий;
• края линий более четкие, чем у линий, формируемых струйной пе-
чатью [10].
К недостаткам метода относятся:
• низкая скорость формирования пленки;
• достаточно низкое разрешение до 50 мкм;
• высокая стоимость ротационных трафаретов.
1.1.2. Глубокая печать (ротогравюрная – gravure)
Глубокая печать – способ печати с использованием формовного ци-
линдра, на котором печатающие элементы (1) утоплены по отношению
к пробельным (2) (рис. 1.6).
В печатных машинах для глубокой печати (рис. 1.7) наносимое ве-
щество подается на формовный цилиндр (3) и попадает в печатные
углубления, которые определяют объем, форму и местоположение отпе-
чатков наносимого материала. При вращении формовного цилиндра пе-
чатные углубления заполняются наносимым материалом, а его излишки
удаляются ракелем (5). При прокатывании подложки (2) через ролики
печатного прижимного (1) и формовного цилиндров на нем формиру-
ются отпечатки (4), различные по толщине и площади.
К преимуществам метода можно отнести:
• высокую производительность;
• возможность нанесения отпечатков различной толщины на одно
основание;
• простоту технологического процесса;
• экономию наносимого материала по сравнению с трафаретной пе-
чатью.
К недостаткам метода относят:
• необходимость удаления наносимого вещества с пробельных эле-
ментов формы;
• большие размеры традиционного оборудования. Но в послед-
нее время появились относительно небольшие установки компании
Daetwyler R&D (США) (например модели AccuPress MicroGravure) для
глубокой печати микроэлементов печатной электроники, которые про-
изводят на этой установке гибкие дисплеи на органических светодиодах;
• образование неровностей на краях сформированных элементов;
• высокую стоимость формовного цилиндра;
• для получения высокоточных элементов необходимо использова-
ние специальных подложек.