絲網(wǎng)印刷在電子領(lǐng)域的應(yīng)用

文 張紀(jì)娟 趙高杰

絲網(wǎng)印刷在電子領(lǐng)域的應(yīng)用

文 張紀(jì)娟 趙高杰

作為四大印刷方法之一，絲網(wǎng)印刷具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、制版簡(jiǎn)易以及承印物廣泛等特點(diǎn)。因具有眾多優(yōu)點(diǎn)，絲網(wǎng)印刷很早便被應(yīng)用于電路板、薄膜開關(guān)、超薄電池、智能標(biāo)簽、電子熒光顯示器等電子元件的印刷。本文針對(duì)絲網(wǎng)印刷在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用展開介紹，并對(duì)絲網(wǎng)印刷在電子領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

同印刷其他產(chǎn)品一樣，絲網(wǎng)印刷在對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行印刷時(shí)的印刷原理也是通過(guò)刮壓將漿料透過(guò)網(wǎng)版圖文部分的網(wǎng)孔從而轉(zhuǎn)移到電子元件的表面。由于操作過(guò)程簡(jiǎn)便且適用性強(qiáng)，絲網(wǎng)印刷往往適用于多種加工工藝，如實(shí)地印刷、形成圖形、透孔印刷、填孔印刷、填溝印刷、微小點(diǎn)印刷、層疊印刷、轉(zhuǎn)印印刷等，因此適合于各類電子元件的印刷。下面將對(duì)絲網(wǎng)印刷所適用的幾種加工工藝及其在各種電子元件中的應(yīng)用展開詳細(xì)介紹。

絲網(wǎng)印刷的適用工藝

絲網(wǎng)印刷中，在使用同一臺(tái)印刷設(shè)備時(shí)，可以通過(guò)改變網(wǎng)版尺寸、刮墨刀尺寸以及工作臺(tái)夾具和漿料等來(lái)進(jìn)行不同絲網(wǎng)印刷工藝方式的加工，下面將對(duì)絲網(wǎng)印刷的其中幾種適用工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

實(shí)地印刷

實(shí)地印刷需要墨層厚度均勻，因此要保證刮墨刀在進(jìn)行刮壓時(shí)所施加的壓力均等，使?jié){料能夠以均等厚度涂布至承印物表面。在印刷面積內(nèi)的印版厚度參差2%左右的范圍內(nèi)，刮墨刀的壓力恰當(dāng)?shù)氖┘拥交迳蠒r(shí)，印刷出來(lái)的墨層厚度的誤差約為3%-5%。根據(jù)版膜的不同，墨層的厚度可以在3μm-120μm變化。

填孔印刷

填孔印刷是指用絕緣漿料或?qū)щ姖{料對(duì)基板的孔進(jìn)行徹底的填充，此種印刷方式對(duì)于制作薄膜基板雙面電路使用的場(chǎng)合是必不可少的。除此之外還需注意，在印刷完成后需要對(duì)基板進(jìn)行熱處理并將印刷部位進(jìn)行研磨，這樣基板孔的上面才可以作為電路進(jìn)行有效的利用。

填溝印刷

填溝印刷可以說(shuō)是等離子顯示板所具有的有特色的印刷工藝。等離子顯示板的隔板間的寬度為250μm，溝深約為100μm，絲網(wǎng)印刷所起的作用是將熒光體以15μm的厚度均等的涂步在隔板和溝底的表面。具體操作是：在進(jìn)行印刷時(shí)，用預(yù)先斜磨好的刮墨刀以作用角度為20°進(jìn)行實(shí)際印刷，在填充力的作用下使熒光體漿料填滿等離子顯示板的溝部，干燥后熒光粉末便會(huì)以均勻的厚度涂布在溝的底部和側(cè)面。

轉(zhuǎn)印印刷

一般來(lái)說(shuō)，絲網(wǎng)印刷中刮墨刀與承印材料之間的理想角度在45°，此時(shí)印刷出來(lái)的產(chǎn)品效果較為理想。而用實(shí)地網(wǎng)版對(duì)承印物的凸起部位或者開孔的承印物的平坦部位進(jìn)行印刷時(shí)，則需要改變刮墨刀與承印材料之間的角度。此時(shí)，兩者之間的角度要調(diào)節(jié)為70°，這樣可以保證只是對(duì)網(wǎng)版和承印物所接觸到的部分進(jìn)行印刷。其印刷原理在于加大刮墨刀與承印物之間的角度時(shí)使得填充力變小，因而漿料無(wú)法填充到凹槽的部位從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)凸起部位的印刷。

絲網(wǎng)印刷在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用

印刷線路板（PCB）

PCB帶有電阻器、電容和晶體管等驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)部件，是電視機(jī)、電話或計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的重要組成部件。目前，最普遍的PCB生產(chǎn)技術(shù)是網(wǎng)版印刷和照相平印，實(shí)際進(jìn)行印刷時(shí)主要根據(jù)數(shù)量和成本進(jìn)行兩項(xiàng)技術(shù)的選用。由于照相平印的成本較高，因此在印刷數(shù)量有限的電子元件時(shí)，宜使用照相平印進(jìn)行印制，網(wǎng)版印刷則適用于數(shù)量較大的電子元件的印刷。除此之外，線條和間隙太細(xì)的圖文印刷適合選用照相平印。

通常印刷線路板的雙面覆蓋有銅層，厚度約為30μm-60μm，即為雙面電路板。雙面電路板中，電板上的鉆孔連接兩面電路，鉆孔中的導(dǎo)電性銀墨實(shí)現(xiàn)兩面之間的接觸。絲網(wǎng)印刷所起的作用便是將導(dǎo)電性銀墨印刷到鉆孔中，此種絲網(wǎng)印刷方式又稱為透孔網(wǎng)印。

太陽(yáng)能電池

由于太陽(yáng)能具有可再生、無(wú)污染性，因此具有較好的能源發(fā)展?jié)摿?，目前已有眾多公司投入到太?yáng)能電池的生產(chǎn)和研發(fā)。硅太陽(yáng)能電池是能夠吸收太陽(yáng)光輻射并將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體電子器件，廣泛應(yīng)用于發(fā)電及照明系統(tǒng)。硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)過(guò)程中極為關(guān)鍵的步驟之一是在硅片的兩面制造精細(xì)電路，此精細(xì)電路的作用是將光產(chǎn)生的電子導(dǎo)出電池，通常由絲網(wǎng)印刷來(lái)完成精細(xì)電路的制作。其制作的基本方法是在一定的壓力作用下使金屬漿料透過(guò)絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上以形成電路或電極，在整個(gè)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)過(guò)程中，需要通過(guò)多次印刷來(lái)完成生產(chǎn)。而晶體硅太陽(yáng)能電池中所用到的絲網(wǎng)印刷則具有處理超薄硅片的能力，用于沉淀金屬線以及其他的應(yīng)用。目前太陽(yáng)能電池的印刷中所用到的絲網(wǎng)印刷設(shè)備不論是在精度還是自動(dòng)化方面都有較大的進(jìn)步，甚至具備了在微米級(jí)尺寸上進(jìn)行多次印刷的能力，使得絲網(wǎng)印刷在太陽(yáng)能電池中有了更全面的應(yīng)用。

超薄電池

如今，手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼照相機(jī)等的電子設(shè)備本身都裝有電池，未連接充電器的情況下也可以使用較長(zhǎng)時(shí)間?？萍嫉目焖侔l(fā)展使得電子設(shè)備變得越來(lái)越薄，這就要求電池也要同時(shí)變得薄一些。目前，專用的超薄電池具有尺寸小、柔軟性好、幾乎薄如紙的特點(diǎn)，此類電池已經(jīng)開始應(yīng)用于能量智能卡、醫(yī)療設(shè)備和電子游戲。超薄電池的制作中，絲網(wǎng)印刷所起的作用是將電池的陰陽(yáng)極含有的化學(xué)物質(zhì)印刷到底材上。

薄膜開關(guān)

薄膜開關(guān)具有防灰性、耐水性、密封性等特點(diǎn)，體積小、重量輕，同時(shí)其外觀新穎、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)且體積小、重量輕，因此在電子產(chǎn)品中具有較為廣泛的應(yīng)用。不同于一般的線路印刷，薄膜開關(guān)在進(jìn)行印刷時(shí)，對(duì)質(zhì)量的要求較高，開關(guān)線路在印刷時(shí)必須保證線路具有足夠的厚度易降低線路的電阻值。由于絲網(wǎng)印刷在進(jìn)行印刷時(shí)其在承印物上的印刷墨層厚度可達(dá)30μm-100μm，并且印刷出的墨層不易斷裂，因此適合于薄膜開關(guān)的印刷。

生物傳感器

絲網(wǎng)印刷在生物傳感器的成功應(yīng)用使得生物傳感器在食品發(fā)酵行業(yè)如酒精或者乳酸抗壞血酸的測(cè)定極為方便。作為傳感器的一個(gè)分支，生物傳感器涉及領(lǐng)域廣泛，如材料、化學(xué)、生物、電子、信息等。其工作原理是將生化信息轉(zhuǎn)換為電信息，然后通過(guò)電壓、電流、電導(dǎo)、電位等方式進(jìn)行信號(hào)的傳遞。生物傳感器中，絲網(wǎng)印刷主要用于制作傳感器內(nèi)的元件，并且所制作的電極可以進(jìn)行形狀和大小的改變，易于微型化和集成化。

另外，血糖監(jiān)測(cè)器也是生物傳感器中的一個(gè)重要應(yīng)用。血糖監(jiān)測(cè)器工作原理是通過(guò)使用一種固定酶測(cè)量血液中葡萄糖濃度的裝置。此類探測(cè)器內(nèi)部含有一個(gè)絲網(wǎng)印刷印制的導(dǎo)電銀微電路，厚度約為15μm，由于此電路中化學(xué)物質(zhì)的量會(huì)對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生影響，因此對(duì)其要求非常高。絲網(wǎng)印刷是準(zhǔn)確、均勻的印制導(dǎo)電銀墨層和化學(xué)物質(zhì)圖層較為合適的印刷方法。檢測(cè)器對(duì)電路導(dǎo)電性的要求以及化學(xué)物質(zhì)的量的要求使得卷材輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印機(jī)或卷材平臺(tái)網(wǎng)印機(jī)更適合于此類檢測(cè)器的印制。

柔性印刷電路板

電路板的印刷方法最初是用于軍事應(yīng)用，后來(lái)也開始用于汽車以及空間有限的消耗性電子裝置上，如汽車內(nèi)的安全氣囊以及電子產(chǎn)品中的計(jì)算機(jī)。柔性電路板的絲網(wǎng)印刷目前可以以較低的成本在小面積的板上裝填更多的功能。其印制方法并不繁瑣，具體是在一個(gè)連續(xù)移動(dòng)的卷材上采用絲網(wǎng)印刷進(jìn)行電路圖的印制，腐蝕后敷銅版。

RFID標(biāo)簽

RFID標(biāo)簽是無(wú)線電射頻識(shí)別的英文簡(jiǎn)稱，是一種非接觸式信息采集與處理的高新技術(shù)，采用無(wú)線電波進(jìn)行識(shí)別，隨著時(shí)代的發(fā)展有望取代目前普遍使用的條形碼，在產(chǎn)品包裝、商品防偽、交通運(yùn)輸、超市管理等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。RFID技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子商務(wù)的結(jié)合使得新型網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)得以產(chǎn)生。

RFID標(biāo)簽的制造技術(shù)有金屬銅箔電鍍法、金屬銅箔腐蝕法、導(dǎo)電油墨絲網(wǎng)印刷法。目前制作RFID標(biāo)簽使用較為普遍的方法是金屬鋁箔腐蝕法，但是此方法存在精度低、污染嚴(yán)重、制造速度慢等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開始研究將絲網(wǎng)印刷應(yīng)用于RFID標(biāo)簽的印刷，即將導(dǎo)電油墨直接印刷在PET、PP以及紙張等基材上，不僅無(wú)污染，還能實(shí)現(xiàn)高精度、大規(guī)模等的生產(chǎn)。因此，采用絲網(wǎng)印刷方式將導(dǎo)電油墨用于RFID標(biāo)簽的制作將有一個(gè)較為廣闊的發(fā)展市場(chǎng)。

總結(jié)

科技發(fā)展的腳步不曾停歇，電子產(chǎn)品也將得到不斷的開發(fā)與利用。將絲網(wǎng)印刷運(yùn)用到電子產(chǎn)品的印刷使得絲網(wǎng)印刷具有了新活力。絲網(wǎng)印刷在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用不僅能夠推動(dòng)絲網(wǎng)印刷行業(yè)的發(fā)展，還能夠有效的為絲網(wǎng)印刷行業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，成為絲網(wǎng)印刷行業(yè)拓寬市場(chǎng)的有效途徑。

（作者單位：曲阜師范大學(xué)工學(xué)院）