CN1046899C - 用于沉积和分配以点为基础的粘滞料的具有各种厚度涂层的模板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于沉积和分配以点为基础的粘滞料的具有各种厚度的涂层的模板(25，38)。为补救金属网或聚酯网的丝网印刷屏蔽和金属模板所遇到困难。本发明建议使用实心和物质的合成材料薄片(38)，较佳的是不含有纤维的聚酯。此实心聚酯薄片在所需位置上以机械方法或热加工方法钻孔。因为聚酯网是实心的，其容许张力高于金属纤维网和至少等于金属模板所容许的张力。

Description

用于沉积和分配以点为基础的粘滞料的具有各种厚度涂层的模板

本发明涉及用于沉积和分配以点为基础的粘滞料的具有各种厚度涂层的模板。

本发明属于电子部件在印刷电路表面的安装技术和微电子技术领域。

在电子技术制造领域，厚沉积层，尤其当该层是由软焊膏和膏浆构成的，通常是用注射器或印网印刷加工的。注射沉积是一种冒风险的方法且产量有限。这一现有工业应用的早期方法已不能满足目前对线路的精密度，运转周期，线条的清晰度和所形成的网格(电路)等方面的要求。

虽然，膏和浆可以通过液体分配器而沉积，但是较佳方法是使用穿过屏蔽板的丝网印刷，它利用一块通过化学切割，激光切割或电成型而制取的金属屏蔽板或模板。这三种制取方法对于尺寸大于300微米是可行的，但在实际上，仍需要处理更小的尺寸。

应用模板，使软膏或焊膏通过模板而沉积，使之形成所需接点，这是工业上最常用的方法。

目前已知的有三种模板类型：即丝网印刷的金属编织网，丝网印刷的聚酯编织网和金属模板。它们的技术质量按照各自的效率或含孔率，脱离接触区，所施加的张力而判断。

效率相当于模板孔的充填程度，在编织模板的情形下，它随着模板中出现的线的多少而变化。

脱离接触区是一由模板和刮板所倚靠的工作位置的支承面而形成的角度。此角度越大，对模板上粘滞料的拔除越佳。脱离接触区的取得意味着模板的显著张力和良好的弹性形变系数。

就脱离接触区而言，丝网印刷金属网弱于丝网印刷聚酯网，而优于金属模板。

就效率和张力而言，丝网印刷聚酯网弱于丝网印刷金属网而丝网印刷金属网又弱于金属模板。

模板的加工方法和装置还取决于沉积的质量，这将在后文中加以描述。

本发明为补救上述缺陷，通过使用由设有符合所需沉积的钻孔的、柔软可延伸的、实心和均质的合成材料薄片构成的模板而提供一厚层沉积装置。

这样的模板已投入使用。

专利GB2054462考虑到电化学腐蚀，使用这样的一种金属屏蔽模板，因而去除(腐蚀掉)金属，而不是使粘着料沉积。模板厚度和沉积的可变高度的概念在此专利中未曾述及。

专利US3981237使用将油墨印刷在织品上的一种模板，模板或屏蔽被安装在一旋转滚筒上。

本发明目的不同于上述专利，它侧重于粘滞料的沉积和定量。

本发明的特点主要涉及模板，它用于将以点为基础的粘滞料的具有各种厚度的涂层的沉积和分配在基片(印刷电路)上，所述模板由带有钻孔的、实心和均质的合成材料薄片构成。薄片的厚度根据在基片上所形成的最大沉积高度而确定，薄片根据所形成的不同沉积的高度具有不同钻孔直径，所述直径还通过薄片厚度而确定。所述构成贮槽的钻孔在刮板的每一次移动行程中被充填有一定量的粘滞料，其中，全部或部分粘滞料以均匀方式通过在模板和基片之间的狭窄触点的位置而沉积在基片上，此狭窄触点位置是刮板施加线性压力和面对钻孔的位置，从而可确定沉积粘滞料数量的剂量和控制沉积的高度，由刮板单一移动行程而获得的沉积粘滞料剂量和沉积高度是不同的。

模板薄片的厚度根据所实现的最大沉积高度而确定，且根据放置在基片上的粘滞料配量和沉积高度而具有不同直径的钻孔，最小直径可达到低于模板薄片的厚度。

为补救金属网或聚酯网的丝网印刷屏蔽和金属模板所遇到的问题，本发明建议使用聚酯网或类似物，此聚酯网不再由纤维构成，而是其本身由一实心薄片构成。此聚酯实心薄片可在所需位置用机械方法钻孔。由于聚酯网是实心的，其可承受的张力高于金属丝网，至少等同于金属模板。

下述结合附图的描述旨在更佳地理解本发明优点、目的和特性，而绝无对其作任何限制的意图。

图1表示屏蔽结构和已知类型的模板。

图2表示各模板的剖面图和各自的质量。

图3表示进行厚层沉积过程的视图。

图4表示两个模板，其中之一按本发明实现，另一是已有技术的代表性模板。

图5按本发明示出必需在印刷电路板上容纳沉积的剖视图。

图6表示同时沉积的不同高度和直径各粘合点随着电子部件类型而变化的平面图和剖面图的例子。

图7表示在不明确的电子部件焊接过程中，按本发明出现在桥接危险的区域之间的自然阻挡层结构例子的平面视图。

图8表示运用本发明的实施例的连续线和实心表面。

图9示意地表示各图纸不同条件下的模板功能。

图1示出屏蔽构造和已知类型的模板。

在图1中人们可观察到由非氧化金属纤维3构成的网格2的网孔1和由聚酯纤维6构成的网格5的网孔4。

网孔1和4具有相同的表面，但是，由于纤维3的直径小于纤维6的直径，因此网格2的效率优于网格5，网格2和5的张力值是相同的。最终，网格5的脱离接触区(hors contact)比网格2的好。

图2表示各模板的截面图和各自的品质。

图2示出各穿过孔的丝网印刷屏蔽7,8,9,10,11和12的截面图。屏蔽7的孔侧为13和14，屏蔽8的孔侧为15和16，屏蔽9的孔侧为17和18，屏蔽10的孔侧为19和20，屏蔽11的孔侧为21和22，屏蔽12的孔侧为23和24，它们都具有不同的形状。

这些形状对应于不同丝网印刷的品质。

屏蔽被认为由相同材料构成的，正如图3所示，用于通过顶部加以充填和通过下部而沉积。

孔侧13和14由于在它们之间的下部比它们之间的顶部更逼近，因此，适应于良好的充填。

孔侧15和16由于它们之间的顶部比它们之间的下部更逼近，因此，适应于良好的脱膜。

孔侧17和8通常适宜于上述两种形状和两种品质之间的折衷，孔侧在它们之间以等距离靠近屏蔽9的两个表面。

孔侧19和20适宜于帮助脱模的折衷形式，这是由于在它们之间的顶面的最小距离比它们之间的屏蔽10的下面更接近。

上述四种形状适宜于实现化学切割。

孔侧21和22适应于典型的形状，它们相互平行且垂直于屏蔽11。

孔侧23和24适应于由激光切割获得的形状。它们的形状很接近于孔侧21和22的形状，但是，它们是凹凸不平的。

丝网印刷使用金属网或聚酯网作为支座。屏蔽借助于对紫外线能感光的薄膜而完成模板。聚酯网可具有一定的弹性，这样就允许脱离接触区可延伸到3到4毫米，不使图案变形、脱离接触区由于其减少了侧向接触面而有助于脱模。

此脱离接触区是极重要的，这在于它可在刮板通过期间拉开沉积材料而不闭塞网孔。网的张力越大，其扯下(拉开)和沉积越佳。

在聚酯网情形下，每单位长度的纤维数越多，张力可能越大。于是，较多数量的纤维会使效率降低(效率为自由表面和网孔总面积之间的比率)。

含孔率越低，胶浆和/或粘滞料将更加难以通过，因此，使用小尺寸的孔成为不可能。

金属网一般由非氧化钢的网孔制成，由于它的高强度可提供高于聚酯网的含孔率(最高为70％)。由此，可降低沉积的尺寸。另一方面，脱离接触区可能低于聚酯网，而同网扯下沉积材料的动作更为灵敏，这样就会使粘滞料被带进屏蔽中(注：强张力接近于破坏限值)。

当要求的沉积尺寸还要再小时，借助于金属模板则成为必不可少的手段。在此条件下，含孔率为100％。然而，金属模板的主要缺陷在于它实际上不容许任何脱离接触区。金属是不可延伸的，刚性的，其容许弯曲角度是很小的。

实际上，假想的脱离接触区是通过将金属模板悬挂在聚酯线制成筛网上而获得的。使用金属，则接触区很大的。按照本发明使用柔软可延伸的合成材料薄片，容许弯曲角可以很大，从而可获得较小宽度的接触面。

对于小孔而言，经常出现的主要问题在于沉积在孔的侧表面上的粘滞料的吸附力高于在支座上的粘滞料的吸附力。此时，不能形成沉积而粘滞料则被引导到模板上。

图3表示厚沉积层进行过程中的视图。

图3示出的模板25，含有纤维26和材料27和靠在模板上的刮板28，刮板将焊膏29或膏浆或其它粘性材料推动到孔30,31和32中，当模板25离开印刷电路33时，从孔中流出来的焊膏以点34的形状沉积在印刷电路33上。

模板25的操作按照技术人员熟悉的方法进行。它包括确保模板强度的纤维26和确保模板密封性的材料27。刮板28为已知类型，它具有适宜于阻止焊膏在其和模板之间通过的硬度。焊膏29是一含有不同导电材料成分的粘性膏。焊膏在孔30,31和32中溢出。在图3中，孔31比孔30小得多。孔30是空的，而孔32正在进行填充。

模板25在刮板28通过之前和之后向上张开以脱离印刷电路33。刮板同时倚靠于模板25上的焊膏29和印刷电路33上的模板25。

当刮板25从图3的右侧向左侧移动时，则焊膏进入孔30、32，继之进入孔31中。当模板离开印刷电路33时，焊膏从这些孔中溢出。因而使焊膏29在印刷电路上形成点34。

人们从图3不难理解为什么形成在模板25中的孔30,31和32的侧面形状与图2所示的各种品质相对应。

人们也能理解模板25的质量取决于最终插进材料27中的纤维26、模板25的弹性性能和厚度以及加工孔的方法。

按照本发明，模板或丝网印刷屏蔽25由可延伸柔软的合成材料，诸如聚酯或塑料或衍生物或类似物做成的实心薄板构成，薄板较好地通过机械切割加工圆孔。

按照本发明，用于加工模板的材料适宜于承受由塑性变形所造成的局部变形，例如能允许过渡厚度余量。

本发明作为加工模板的装置和方法，同时也涉及到模板25。

为解决聚酯网丝网印刷屏蔽或金属网和金属模板所遭遇到的困难，本发明建议使用聚酯或其衍生物的实心薄片的丝网印刷屏蔽。此聚酯实心薄片在所需位置用机械方法或热加工方法钻孔。由于聚酯网是实心的，允许的张力高于金属纤维网及至少等于金属模板的张力。

图4示出含有孔35的模板42，孔35的侧面36和37在电子工业方面是一传统的折衷形状，和按照本发明含有一孔39的模板38，孔的侧面40和41是用机械方法加工的。

模板42是金属的。它含有一孔35，一其侧面36和37具有如图2所示的在电子工业中常用折衷形状。模板42承受的脱离接触区很差，由于受到母材的限制，倾斜角度十分有限，同时还具有高摩擦系数。

符合本发明的模板38是通过机械切割加工实心聚酯薄板而制成的。它具有孔39，其侧面40和41是通过钻孔而实现的，从而具有如图2所示的几乎是完美的形状。

模板38接受高脱离接触区，它具有很高的倾斜角和低摩擦系数。切割形状的精密点是很高的。

图5表示按本发明实现的模板。

图5表示按本发明借助于刮板28通过模板25而在基片(印刷电路)33的表面上形成沉积。

接受粘滞料或胶和/或浆沉积的印刷电路具有凸起或可变厚度的凹凸不平的表面。这些凸起由于痕迹和接受范围而出现。

使传递的粘滞料沉积在基片上所遵循规则是在模板和基片之间的精确位置上具有接触，在此位置，刮板面对孔施加一线性压力。如果面对孔没有接触，粘滞料将通过孔而被引导，且将以具有涂沫和毛刺的随机方式而被容纳在孔中。

在使用按本发明的薄片模板的情况下(图5)，与低值容许弯曲半径相结合的模板的柔软性和可延伸性准则，将使模板的变形能使其与包括最低点在内的基片进入接触。

可事先考虑到各种加工方法：但是，看来钻圆形孔是最适用于本发明的聚酯薄片模板。

如果将切割参数予以适当地配合，清晰和明显的刃口有可能达到0.1毫米的钻孔直径。

由钻头进行机械加工的主要优点在于，就同一钻孔直径而言，可使用同一钻头进行加工，而不管所涉及的加工直径的孔或开口的数量。钻头是一种直径和轮廓不变的刀具，具有恒定的计算钻削速度，它用于加工一厚度和性质不变的材料。对所有相同的孔径而言，就形成不变的孔径和相同的表面状态，孔是光滑的和具有在0.001微米(每一次激光切削为0.1微米)数量级的表面粗糙度。

按本发明应用于薄片模板的上述参数的恒定性，以及事实上加工成相同直径的孔是绝对地相同的，从而可严格地实现类似沉积。

钻孔表面状态的修改可获得不同的结果，特别是对粘滞料的配量以及与钻孔直径有关的加工点高度(沉积高度)。

在图9中，为方便理解起见，所示模板25一方面作用在基片(印刷电路)33上，另一方面在模板升起过程中，示出粘滞料的剥离和形成粘合点(沉积)的动作。

图6表示用于将不同电子部件固定在印刷电路上的各不同高度粘合点沉积例子的平面图和剖面图。

图7表示在不明确的焊接过程中，通过存在桥接危险区域之间的粘合点而构成有形阻挡层的一个例子。

图8表示由连续线的点和实心表面构成的例子。

被悬挂在相同直径的孔侧壁上的剩余材料彼此是绝对相同的。

聚酯实心薄片不含有任何间充化合物，无任何特殊形状。薄片厚度是不变和均质的。

此外，所使用的聚酯是透明的，因此，模板和印刷电路的各自位置的测定是较佳的。

沉积的高度随着孔径，粘滞料的粘性，模板的密度和厚度以及对抗流动(粗糙度)的力而变化。在聚酯情形下，粗糙度是恒定的，其它参数是不变的，结果是稳定的，也就是说，对于同一孔径，总是可获得相同的沉积高度。使用金属模板，粗糙度是可变的，沉积是不稳定的。粘性相对于沉积高度而言是最具有影响的因素，粘性越低，沉积高度越接近于模板的厚度，而不论孔径有多大。

对于高粘度的粘滞料(例如：粘合沉积)，沉积的高度随着模板的直径和厚度而变化。对于极小的直径(200-400微米)，沉积高度低于模板厚度。孔可用作贮槽，在每一次刮板移动行程中，以与已沉积在印刷电路上的粘滞料量相当的数量重新充填到孔中。在孔侧面上的胶浆(即粘滞料)的粘附力带动模板上的一部分胶浆，仅仅在基片上留下另一部分胶浆。

由模板再带动的一部分胶浆由于孔粗糙度的稳定性而受控制且可重复使用。对于给定的相同厚度和相同的钻孔直径或尺寸(800-1200微米)而言，再带动的部分胶浆是非常粘稠的，因此在(与模板)分离时，经常会引起一有步骤的圆顶的形成，其高度可达到模板厚度的1.8倍。对于超过2000微米的孔径和相同厚度的模板，沉积高度和模板厚度是等同的。如果要求最高的厚度沉积，应选择最厚的模板和得知最小孔径后而挑选适合的钻孔直径，沉积厚度则不论模板厚度如何将是相同的。

本发明的性能可容许共同地进行最高和最低的并排(无任何形状的限制)粘合接点。最高和最低的粘合接点比率为1-20是可能的。并排粘合微型电子线路和大方块是可能的。

有关金属模板的显著优点在于按本发明实现的模板，尽管其张力是等值的，在沉积过程中，仍具有可获得脱离接触区的弹性作用，从而确保其与基片的紧密接触。含孔率为100％，沉积尺寸仍可能成为最低的。

就软焊膏而言，沉积的形状较佳的是圆形的，甚至在接收区域的沉积形状如同方形或矩形的可变形状。圆形由于其具有最小周边的最大面积，因而其沉积是良好的，在支座上的粘附力相对于模板的最小驱动力而言是最大的。

胶浆或软焊膏的微小沉积点通过本发明目标的装置达到约100微米的直径极限和约50微米的高度极限。

补充实心穿孔薄片的聚酯模板品质的其它优点包括：

-成本至少除以3；

-用于制造运转装置的费用比金属模板少；

-聚酯在酸和溶剂中不起变化；

-使用寿命超过金属模板。

模板可按要求承受永久塑料变形，如属需要可避免印刷电路的某些区域的变形。

Claims (17)

1．一种用于将以点为基础或呈点状的粘滞料的具有各种厚度的涂层沉积和分配在基片上的模板(25,38)，所述模板由带有钻孔的、实心和均质的合成材料薄片构成，其特征在于：

-薄片的厚度根据在基片上实现的最大沉积高度而定，

-薄片根据所实现的不同沉积高度具有不同直径的钻孔，所述直径还通过薄片厚度而定，构成贮槽的所述钻孔在每一次刮板移动行程中被充填有大量粘滞料，其中，全部或部分粘滞料以均匀的方式通过在模板和基片之间的狭窄接触位置而沉积在基片上，此位置即刮板施加一线性压力和面对钻孔的位置，这样就容许分配定量的的粘滞料和控制沉积高度，且通过刮板的一次移动行程所获得的沉积的粘滞料数量和沉积高度是不同的。

2．按权利要求1所述的模板，其特征在于模板钻孔的最小直径可达到低于模板薄片厚度的尺寸。

3．按权利要求1所述的模板，其特征在于各钻孔不论其模板尺寸如何，在薄片的所有厚度上具有不变的直径。

4．按权利要求1或3所述的模板，其特征在于对任何一个形成不同直径的钻孔而言，相同直径的钻孔是完全相同的，这样可实现完全类似的沉积。

5．按权利要求3所述的模板，其特征在于钻孔壁是相当光滑的且具有约0.001微米的表面粗糙度。

6．按权利要求1所述的模板，其特征在于各钻孔侧面是彼此平行的。

7．一种将以点为基础或呈点状的粘滞料的具有各种厚度的涂层沉积和分配在基片上的方法，包括将模板平面放置在基片上，和通过刮板的移动作用使刮板以与所述模板和基片垂直的、与所述基片相对的方向将一线性压力施加在模板平面上，以将粘滞料穿过模板钻孔而沉积在基片上，此线性压力足以使模板变形，并使模板和基片在线性压力的施加点接触，模板的钻孔对应于基片上所形成的沉积，其特征在于模板由一实心和均质的合成材料薄片构成，薄片具有高弯曲角和传送钻孔，各孔的侧面彼此平行并垂直于模板，模板具有足够的张力以便在模板和基片之间的刮板相对侧建立一脱离接触区，其中，沉积在各点的粘滞料数量和沉积点的高度根据模板薄片厚度和相应的传送钻孔直径而定，使得来自钻孔的各沉积具有相同直径，相同表面粗糙度和相同高度。

8．按权利要求7所述的方法，其特征在于模板配有至少两个不同直径的钻孔以便在基片上实现不同高度的沉积。

9．按权利要求7所述的方法，其特征在于粘滞料是膏浆或软焊膏。

10．按权利要求7所述的方法，其特征在于钻孔是圆形的。

11．按权利要求7所述的方法，其特征在于模板薄片是聚酯材料。

12．按权利要求7所述的方法，其特征在于模板钻孔是较光滑的且具有约0.001微米的表面粗糙度。

13．按权利要求7所述的方法，其特征在于模板钻孔是由钻头加工的。

14．按权利要求7所述的方法，其特征在于钻孔是用激光加工成的。

15．按权利要求7所述的方法，其特征在于模板薄片的厚度是如此选择的，以便使200-400微米的钻孔直径完可成低于模板厚度的沉积高度，超过2000微米的钻孔直径可完成差不多等于模板薄片厚度的沉积高度。

16．一种丝网印刷模板的制造方法，从配有钻孔的、实心和均质的合成材料薄片开始，其特征在于薄片的厚度根据在基片上完成的最大沉积高度而定，不同直径钻孔的形成根据所实现的不同沉积的高度而定，所述直径也取决于薄片厚度。

17．按权利要求16所述的制造方法，其特征在于使用一机械刀具以完成合成材料薄片的切割。

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