特种印刷1214电子教案

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1、第十二章 集成电路印刷,集成电路(Integrated Circuit : IC) 指以半导体晶体材料为基础，采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上的微小电路或系统。 集成度： 指在一定尺寸的芯片上可以做出多少个晶体管。,2厚膜集成电路 适用于耗电小、大功率、高电压电路，成本低，适合大批量生产 制作：是将导体、电阻、电容等用特殊油墨印刷在陶瓷上，再通过烧结使其得到所要求的电气性能。 构成：基板，导体，电阻元件，电介体元件，电感元件，有源元件，内部接线，外装等8部分构成； 应用：电子工业，军事宇航领域，民用工业等。,厚膜IC的构成,基板：矾土陶瓷、镁橄榄石陶瓷

2、、锆质陶瓷、滑石质高绝缘陶瓷、莫来石陶瓷、堇青石陶瓷等 导体：Pd-Ag，Pt-Ag，Au，Ag 电阻元件：金属釉电阻（RuO2系，Ag-Pd系），树脂系碳素皮膜 电介体元件：陶瓷电容器，层合片型陶瓷电容器，圆片型钽固体电解电容器，薄膜及厚膜电容器 电感元件：薄膜及厚膜线圈，磁芯线圈 有源元件：各种半导体组件，箔片晶体三极管，IC箔片 内部接线：超声焊接、软熔钎焊、特殊软钎焊 外装：浸渍环氧树脂涂装及模具等,二、厚膜集成电路的制作 1工艺过程：主要由印刷和烧结工艺组成，制作工艺的前后顺序由各工序的烧结温度决定,导体印刷与烧结 电介体印刷与烧结 （导体油墨，8501000） (电介油墨，绝缘油墨

3、，850900 ) 电极印刷与烧结 电阻印刷与烧结 电阻、静电容量修正 (导体油墨，750800 ) (电阻油墨，700760 ) 保护涂层印刷与烧结有源元件管芯联接 (玻璃油墨，540 ) (硅晶体三极管、硅二极管，硅半导体IC，400420) 有源元件导线连接有源元件保护覆层 (金属导线或Al线300350 ) (硅树脂，200 ) 组装元件外引线的钎焊外涂装 (微型晶体三极管) (树脂),基本原则：将烧结温度高的工序放在前面，以避免因烧结温度过高而影响厚膜IC的电气性能。,2印刷 印刷方式：基板为硬性陶瓷材料，本身没有吸墨性，而要求墨层较厚，选用丝网印刷； 承印物陶瓷材料，印墨特殊油墨

4、制版：阳图原稿，直接感光制版法，不锈钢丝网，金属网框； 印刷工艺：平面丝网印刷机，要求印刷位置准确一致，印压合理，墨层厚度均匀。,3基板 要求耐高温，耐烧结，不与油墨发生反应，对玻璃粉的附着性良好，表面光滑，机械强度和尺寸稳定性良好。 主要材料氧化铝（纯度96%），厚度0.30-1.5，标准尺寸5050。 种类氧化铝陶瓷基板，镁橄榄石陶瓷基板，高频绝缘石陶瓷基板，锆石陶瓷基板，莫莱石陶瓷基板，堇青石陶瓷基板等,4油墨 作为电子元件的构成材料，应满足集成电路电气性能的要求。 导体油墨：由金属粉末、玻璃粉、连结料和添加剂构成；,（a）印刷：印刷后形成导电性油墨皮膜，金属粉末和玻璃粉均匀分散在连接料

5、树脂中,（b）烧结：连接料树脂开始燃烧，墨层体积减少，玻璃粉软化熔融后向基板表面扩展，和金属粉末粘结在一起,（c）冷却：玻璃粉紧紧填充排列，和金属粉末有序粘结在一起，形成金属粉末整齐排列的墨层，以实现油墨皮膜的导电性能,导电性油墨的印刷、烧结冷却过程 1-玻璃粉 2-树脂 3-金属粉末 4-基板,电阻油墨：主要由金属粉末构成电阻皮膜； 金属粉末（Ag、Au） 电阻油墨组成 铂（Pd、Pt、Ru） 硼硅酸盐系玻璃粉+树脂+溶剂 添加剂：金属氧化物粉末 电阻值大小由油墨成分、烧结条件等决定 电介油墨：钛酸钡与玻璃熔化后急速冷却制成玻璃粉末，并与树脂、溶剂混合，可作为电容器使用； 绝缘油墨：主要作为

6、电阻厚膜保护或配线的多层交叉绝缘； 有源油墨：硒、硫化镉、硒化镉、硫化锌等，主要形成半导体组件和晶体三极管等, 烧结工艺要求更严格,5烧结与修正 烧结：合理控制烧结温度和烧结时间，保证厚膜IC的电气性能。 工艺过程：预加热升温烧结冷却 预加热：50400，墨层有机连接料燃烧气化 升温： 400 800 ，金属氧化或还原反应，并使金属粒子熔化，使印刷图文得到要求的电气性能 烧结：800 恒温，使玻璃粉元素熔化，金属成分固着在基板上 冷却：快速冷却，避免继续反应,修正：电阻油墨进行烧结后对电阻的大小要进行修正，只能增大；电路设计时的电阻要稍小一些 方法喷射氧化铝粉末，使电阻表面平整化，提高电阻值。

7、 三、发展方向 1提高印刷网版的精度； 2研究高性能的专用特殊油墨； 3提高丝网印刷机的精度和效率； 4增进微型电路集成块的实用化。,丝印缺陷对厚膜电路的影响,习题,1.集成电路按其基本构成不同可分为几种类型? 2.什么是半导体IC和混合IC? 3.说明厚膜IC 的应用与构成 4.制作厚膜IC为何一般采用丝网印刷方式?如何合理选择丝网材料和线数?对丝网印刷机有哪些要求? 5.说明烧结工艺在厚膜IC制作中的重要性,第十三章 铭牌印刷（Nameplate Printing）,一、概述 1.定义：铭牌印刷是指以铭牌为主要产品的印刷。 2.材料：过去采用铜、铁等，现在大多采用铝制、塑料制，不干胶铭牌等

8、 3.铝制铭牌的制作方法： 铝制材料直接使用 耐酸铝铭牌（利用氧化铝对染料的特殊吸附作用进行）,二、铝制铭牌的加工方法 1.印刷方式： 普遍采用：照相感光、丝网印刷 大批量生产：平版胶印 异型表面：移印 2. 铝材选用：工业纯铝（硬状态、半硬状态、退火状态） 不翘曲、表面光洁无划伤砂眼、公差符合要求 3.表面处理 化学覆膜、阳极氧化、电镀、涂装 4.机械预处理 喷砂、抛光、雕刻,三、耐酸铝制铭牌的加工 1.选材：铝板（采用国标） 2.预处理：机械预处理、化学处理、电化学处理等,3.耐酸铝的加工：阳极氧化处理（电解） 铝材为阳极，铅板为阴极，电解液采用硫酸溶液（提高导电度，增加电子传递速度，起催

9、化剂作用），通过控制电压完成电解作用 阳极：2OH- H2O+O+2e 2Al+3O Al2O3 阴极：2H+2e H2 氧化处理结果：在铝板表面形成一定厚度的坚硬致密的氧化膜 处理条件：硫酸浓度（720mol%，起到增加电解液的导电度，增加水的解离度的作用），电流密度（0.8 2.0A/dm2），电解液温度（18 25），时间（1560分）,4.印刷 照相感光： 涂布感光乳剂照相软片密附曝光 显影染色（油溶性染料）除去保护膜封孔处理,铭牌制作工艺过程 1-感光剂 2-耐酸铝层 3-铝基材 4-照相软片密附 5-保护膜 6-染色后的耐酸铝 7-保护膜剥离后封孔处理,丝网印刷： 耐酸铝层直接染色

10、丝网印刷保护膜去除不印部分的染料蚀刻耐酸铝加工染色油墨去除,丝网印刷的立体铭牌制作工艺 1-铝材 2-耐酸铝膜 3-油墨 4-染色的耐酸铝 5-蚀刻 6-耐酸铝加工 7-染色 8-油墨去除,5.封孔 原因：耐酸铝层染色后还具有一定吸附能力 方法：沸水或加压水蒸气处理 Al2O3 Al2O3 H2O 目的：去除残余吸附能力，使表面失去活性 四、胶印制铭牌 1.分类：平压式、圆压式、轮转式 2.印版：多采用PS版 3.制作工艺 选材（根据国标）预处理（细化、碱腐蚀、研磨）涂布（乙烯系清漆）印刷（醇酸系油墨）上光（醇酸系树脂）覆膜,习题,1.什么是铭牌印刷？ 2.铝制铭牌有哪两种制作方法？ 3.简述

11、丝网方法印制铭牌的工艺过程. 4.按印刷方式不同，胶印铭牌印刷分为几种？ 5.印刷后要对耐酸铝制铭牌进行封孔处理的目的是什么？ 6.说明胶印制铭牌的制作工艺.,第十四章 其他特种印刷,发泡印刷,贴花印刷,一、发泡印刷：（Foam printing) 定义：用微球发泡油墨通过丝网印刷到纸张或织物上，经加热获得突起图文或盲文读物的印刷方式。 特点：印迹呈现凹凸立体效果。 应用：商品装潢，书刊装帧，盲文读物等。 分类：根据油墨构成和发泡方式不同分为两种：微球发泡印刷和沟底发泡印刷（包括化学发泡和机械压花发泡）。,1微球发泡印刷 原理：将微球发泡油墨通过丝网转印到承印物上形成印迹，然后加热使墨层中的微

12、球膨胀，形成无数小气泡，从而使图文墨层凸起。 微球发泡油墨： 作用：高分子聚合物单体合成后制成的中空可塑性小球（直径5-80微米）内部充有低沸点溶剂，加热后，溶剂气化使微球体积膨胀直径增加到5-30倍，在承印物表面形成凸起的图文。 构成：色素（10%，色浆，决定油墨颜色），微球（20%，发泡源，强度及大小由微球发泡剂含量及在油墨中的均匀性决定），连结料（60%，丙烯酸酯类），稳定剂（5%，尿素，吸湿性好，加速膨胀、扩散）、助剂（5%）,2沟底发泡印刷 定义：采用丝网印刷将沟底发泡油墨印刷到基材上，使用化学发泡或机械压花方法以获得浮凸图文。 原理：发泡剂受热后汽化，使油墨层形成无数微小的气孔，以

13、构成凸起的图文。 油墨： 构成色素（2%，颜料） 树脂连结料（40%，聚氯乙烯树脂） 发泡剂（2%，发泡源，偶氮二甲基酰胺） 增塑剂（36%，苯二甲酸二辛酯） 稳定剂（2%，二盐基性亚磷酸铝） 填充剂（18%，碳酸钙）,发泡工艺 化学发泡印刷后的印品放在发泡机内加热，使发泡剂分解放出气体，完成发泡；加热温度决定发气量和发泡程度； 机械压花工艺加热发泡后，用沟底压花滚筒进行加热轧压，形成浮凸图文 3影响发泡印刷质量的因素 发泡剂的含量及均匀性，增塑剂的含量，加热温度，加热时间等。,二、贴花印刷（Decal Printing ） 间接转移印刷 定义：是用平版胶印将图案印在涂胶纸或塑料薄膜上，将其贴

14、在被装饰物的表面，通过转移而得到贴花图案。 应用：机电产品的商标、标志印刷，瓷器等装饰品的印刷。 1转印纸：（贴花纸）采用专业裱纸机复合而成； 2承印物：不规则曲面承印表面，各种成型物等； 3制版：印版图文为正向；,4印刷： 采用平版胶印，印前在转印纸施胶面上涂布调墨油。 印刷色序为先印透明性强的油墨，后印遮盖力强的油墨，最后加印白墨作为底色； 瓷器贴花印刷使用耐高温颜料特殊油墨，商标贴花印刷可使用普通胶印油墨或金属印刷油墨。 5转印： 商标贴花：承印物表面涂布调墨油贴润湿裱纸加压揭裱纸 瓷器贴花：承印物表面涂布明胶液贴裱纸压印干燥浸湿剥离清洗胶层 6后加工：商标贴花：涂漆上光干燥 瓷器贴花：烧结冷却,工艺过程：,制版,印刷,转印,后加工,上光,干燥,烧结,冷却,裱纸制作,商标贴花,瓷器贴花,习题,1.什么是发泡印刷?有何特点?如何分类? 2.微球发泡印刷基本原理如何?其油墨如何构成? 3.什么是沟底发泡印刷?其发泡形式有哪几种? 4.什么是贴花印刷? 5.贴花印刷工序中商标与瓷器的转印过程有何不同? 6.贴花印刷工序中商标与瓷器的后处理工艺有何不同？,The End,