CN113225922A - 一种浆料真空塞孔装置及塞孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浆料真空塞孔装置及塞孔方法，所述真空塞孔装置包括真空系统、真空导气孔平台、以及位于所述真空导气孔平台上的透气多孔膜和通孔基板。本发明的塞孔装置可使浆料在大气环境下印刷，利用多孔膜做真空缓冲层，印刷浆料时，通孔基板放在透气多孔膜上，透气多孔膜底部是真空导气孔平台，在通孔中所印刷的浆料和底部真空腔形成负压，使浆料顺利塞入通孔，底部的真空同时可去除通孔中和浆料中的气泡，从而实现浆料均匀塞入通孔。

Description

一种浆料真空塞孔装置及塞孔方法

技术领域

本发明属于印刷电路的浆料印刷塞孔领域，具体涉及一种浆料真空塞孔装置及塞孔方法。

背景技术

印刷电路板(PCB)真空塞孔工艺近年来得到普遍的应用，一般是油墨或浆料、基板和印刷机都在真空室中，随着先进电子封装技术的发展，对PCB板、硅基通孔(TSV)和玻璃基通孔(TGV)的浆料塞孔技术的需求日益增加，通孔的孔径越来越小和厚径比越来越大，这对高可靠浆料塞孔技术的需求大大增加。

传统PCB塞孔时，一般在PCB板的下面有导气板，导气板上有导气孔，导气孔的位置和PCB板的孔相对应，在浆料塞入PCB的孔时，导气孔起到疏通PCB孔中所排出的作用，避免浆料或油墨在孔中塞少或产生气泡导致孔中空洞的问题。但这种塞孔方法需要导气孔和PCB板的孔位置相对应，操作较为繁琐，特别是孔径越来越小时，难度更大，并且还存在浆料掉落至导气孔中的问题。中国专利CN 204994018A揭示了利用垫纸的方法来取代导气板，使PCB中的所排出的空气通过PCB板和垫纸之间的间隙排出，同时也避免浆料落入导气孔以及在孔中浆料塞少的问题，但PCB板和垫纸之间的间隙大小较难精确控制，仍易出现印刷时孔中空气来不及排除的风险。

随着PCB通孔的孔径越来越小、孔的密度和厚径比越来越大，特别是当通孔基板的孔径小于100μm，密度又大时，导气板的孔径较大的导气孔和PCB的的小孔径孔无法一一对应，使PCB的孔接触导气板时孔底部的透气性变差，浆料塞孔时在孔中易出现空气，阻挡浆料塞满整孔。中国专利CN 205160946揭示一种导气板的设计方案，导气板包括基板、抽滤系统和多个导气活塞，其工艺复杂，该方法对50μm以下小孔径通孔的塞孔时，目前的机械加工的精度在金属上很难达到其导气板的设计要求，用该方法很难实现可靠的塞孔。

因此，仍旧需要一种新的浆料真空塞孔装置及塞孔方法，解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中存在的技术问题，提出一种基于透气多孔膜的浆料真空塞孔装置，利用透气多孔膜做真空缓冲层，避免使基板和浆料完全处于真空中，只使通孔基板底部通过透气多孔膜和真空相通，在真空所产生的吸力作用下，实现浆料均匀塞入通孔中。

本发明的另一目的在于提供利用这种浆料真空塞孔装置的塞孔方法。

为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种浆料真空塞孔装置，包括真空系统、真空导气孔平台、至少一层透气多孔膜和通孔基板，所述真空导气孔平台为顶面具有至少一个第一导气孔、底面具有至少一个第二导气孔的中空腔体，所述真空系统与所述真空导气孔平台的所述第二导气孔相连，所述透气多孔膜覆盖在所述真空导气孔平台的第一导气孔上，所述通孔基板平铺在所述透气多孔膜上。

在一个优选的实施方案中，所述真空导气孔平台的顶面具有多个导气孔，优选地，所述导气孔平台顶面的第一导气孔一般由较高密度的导气孔阵列组成，导气孔的形状没有任何限制，例如可以是圆孔，直径可以为2毫米、1毫米、0.5毫米、0.2毫米，导气孔的密度可根据实际需要和导气孔的直径而定，例如每平方厘米有至少4个以上的导气孔。

在一个具体的实施方式中，所述透气多孔膜为由纤维无规则交叉排列形成的多孔透气结构的柔性多孔膜，所述的纤维直径为10nm～90μm，优选10μm～50μm；所述的多孔透气结构的透气孔的孔径大小为30nm～50μm，优选50nm～10μm，更优选100nm～5μm；所述透气多孔膜的膜厚为30μm～500μm，优选50μm～250μm；更优选地，所述多孔膜为木质纤维多孔膜，也可以是其它合成纤维透气多孔膜。

在一个具体的实施方式中，所述透气多孔膜为在有机薄膜上形成的微米、亚微米或纳米通孔的有机多孔膜，所述通孔的直径为30nm～5μm；所述有机多孔膜的膜厚为10μm～500μm。

在一个具体的实施方式中，所述透气多孔膜为两层多孔膜，一层柔性多孔膜和一层有机多孔膜。根据需要，也可用两层以上的透气多孔膜，例如三层和四层透气多孔膜，通常最顶部的透气多孔膜可以是一次性的，一般每印刷一次最顶部的透气多孔膜要更换新的。

在一个优选的实施方案中，还包括印刷网板，所述印刷网板使用时放置在所述通孔基板上。

在一个具体的实施方式中，所述通孔基板选自印刷电路板、硅通孔基板、玻璃通孔基板或陶瓷通孔基板中的任一种。

在一个具体的实施方式中，所述塞孔浆料为导电浆料或绝缘浆料，优选为银浆或铜浆。

本发明的另一方面，前述的塞孔装置用于浆料印刷塞孔的方法，包括以下步骤：

1)首先把透气多孔膜置于真空导气孔平台上，然后把通孔基板放在透气多孔膜上；

2)打开真空系统抽真空，把透气多孔膜和通孔基板吸在真空导气孔平台上；

3)印刷浆料在通孔基板上，或使用印刷网板放在通孔基板表面，印刷浆料在印刷网板上；

4)浆料印刷在通孔中后，继续抽真空，排除通孔中浆料的气泡和缺陷；

5)停止真空，取出塞孔后的通孔基板。

在一个具体的实施方式中，所述步骤3)的浆料印刷可在大气环境中进行。

在一个具体的实施方式中，所述步骤4)抽真空到真空度为100Pa以下。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的浆料真空塞孔装置，利用透气多孔膜做真空缓冲层，避免了现有技术导气孔和PCB板孔对中的麻烦，也无需担心塞孔浆料气泡不能及时排出，同时也可避免浆料吸入真空导气管和真空腔内，相反本发明可以非常简单高效地实现浆料真空塞孔。

2)TSV和TGV基板由于比较容易破碎，本发明的浆料真空塞孔装置中，利用柔性多孔膜不但可做真空缓冲层，而且可避免浆料印刷时基板与刚性真空腔体平台及真空导孔的直接接触，有效防止了基板的受力碰碎。

3)本发明的浆料真空塞孔装置中，采用的柔性多孔膜可以是一次性的，可以根据通孔基板孔径大小的要求，使用成本十分低廉的孔径为微米级的多孔膜，也可是成本较高的亚微米和纳米孔膜，可以是木制纤维的多孔膜或人工合成纤维透气多孔膜，也可以是有机多孔薄膜。由于多孔膜中孔的大小是微米级、亚微米级、甚至是100nm，该方法可用于10μm大小通孔基板的塞孔，不用对导气孔的孔径大小提出特殊要求，也可保证通孔通过多孔膜和真空相连，确保印刷浆料或油墨时，通孔内的空气被真空吸出。

4)采用本发明的浆料真空塞孔装置的塞孔方法，避免使基板和浆料完全处于真空中，只使通孔基板底部通过透气多孔膜和真空相通，在真空所产生的吸力作用下，实现浆料均匀塞入通孔中，应用条件更为简单，成本更低，适用于批量推广。

附图说明

图1为本发明的一种浆料真空塞孔装置结构示意图。

图2为本发明的另一种浆料真空塞孔装置结构示意图。

图3为本发明的再一种浆料真空塞孔装置结构示意图。

图4为本发明的一种柔性透气多孔膜示意图。

图5为本发明的另一种柔性透气多孔膜示意图。

图6为本发明的浆料真空塞孔装置塞孔示意图。

其中，1为真空导气孔平台、2真空系统、3透气多孔膜、3a第一透气多孔膜、3b第二透气多孔膜、4通孔基板、5通孔、6腔体外壳、7支撑金属板、8第一导气孔、9内真空腔体、10下导气(抽气)孔、11印刷网板、12塞孔浆料。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。

如图1所示，本发明的一种浆料真空塞孔装置，包括真空系统2、真空导气孔平台1、至少一层透气多孔膜3和通孔基板4，所述真空导气孔平台1为顶面具有至少一个第一导气孔8、底面具有至少一个第二导气(抽气)孔10的中空腔体，所述真空系统2与所述真空导气孔平台1的所述第二导气孔10相连，所述透气多孔膜3覆盖在所述真空导气孔平台1的第一导气孔8上，所述通孔基板4平铺在所述透气多孔膜3上，所述通孔基板4根据需求具有多个通孔5。所述真空导气孔平台1为由一腔体外壳6和内腔体9构成的中空结构，其上表面由金属支撑板7构成顶面，并具有多个第一导气孔8，底面具有至少一个第二导气(抽气)孔10，且第二导气孔10与真空系统2密封连接，当上表面的第一导气孔8被透气多孔膜3覆盖时，可通过真空系统2抽真空，从而使得所述真空导气孔平台内部形成真空或负压状态，如此一来，当在位于透气多孔膜3上面的通孔基板4上印刷塞孔浆料时，所需塞孔浆料由于重力和通孔5抽真空的负压作用缓慢往下流动、赶出通孔5中的空气并直至塞满整个通孔5。

而之所以简单高效地实现浆料塞孔，关键还在于透气多孔膜的作用，其由于具有多孔的结构使得空气可以通过多孔膜，而塞孔浆料不能通过，因此当透气多孔膜3贴敷在真空导气孔平台1的带有多个第一导气孔8的上表面时，就可以在真空系统2的作用下在真空导气孔平台1内形成真空，保证实现浆料塞孔。

具体地，本发明的浆料真空塞孔装置利用一种柔性透气多孔膜做真空缓冲层，所述透气多孔膜为由纤维无规则交叉排列形成的多孔透气结构的柔性多孔膜，如图4所示，所述的纤维直径为10nm～90μm，优选10μm～50μm；所述的多孔透气结构的透气孔的孔径大小为30nm～50μm，优选50nm～10μm，更优选100nm～5μm；所述多孔膜的膜厚通常为30μm～500μm，优选50μm～250μm；更优选地，所述多孔膜为木质纤维透气多孔膜，但不限于此，例如还可以是其他有机合成纤维透气多孔膜。

此外，所述透气多孔膜还可以为在有机薄膜上形成的微米、亚微米或纳米通孔的有机多孔膜，如图5所示，所述通孔的直径为30nm～5μm，例如为50nm、75nm、90nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm，但不限于此；所述有机多孔膜的膜厚为10μm～500μm，例如为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100、200、300μm、400μm、500μm，但不限于此。

其中，所述透气多孔膜可以是一层，也可以是两层或多层。例如上述两种多孔膜可以单独使用，也可以叠在一起使用。

作为本发明的浆料真空塞孔装置，所述真空系统可以是任何可以使真空导气孔平台腔体内部形成真空的装置系统，例如最常用的机械真空泵，但不限于此，还可以是其它能起到相同功能的设备。

作为本发明的浆料真空塞孔装置，用于通孔基板的浆料塞孔，其中，浆料包括导电浆料，例如银浆、铜浆等，但不限于导电浆料，也可是其它介质或绝缘浆料。例如Unimaterial Technologies公司生产的铜浆PE-H600，PE-H600铜浆由85％-88％铜粉、2％-5％玻璃粉、1％-5％有机载体、0.5％-5％分散剂、1％-5％溶剂、0.1％-3％功能添加剂等组成。

通孔基板包括印刷电路板(PCB)、硅通孔基板(TSV)、玻璃通孔(TGV)基板、陶瓷通孔基板等中的人一种，但不限于此。所述通孔基板上的通孔分布及大小可根据工艺需求定制和设计，没有任何的限制。例如玻璃TGV的孔径大小可从10微米到100微米变化，例如可为10微米、25微米、50微米、80微米，厚度可为100微米到500微米，但不限于此。本发明的浆料真空塞孔装置，所述的透气多孔膜作为真空缓冲层，通过第二导气孔与真空相连接。由于多孔膜真空缓冲层的存在，使得通孔基板的通孔无需与真空导气孔平台的第一导气孔正对，例如图3中部分通孔与金属支撑板7正对也不影响本发明的实施，本发明通过透气多孔膜中的多孔通道就能和真空相连，简单实现浆料塞孔。

本发明的另一实施方案，如图2所示，本发明的一种浆料真空塞孔装置，还包括印刷网板11，即所述真空导气孔平台1为顶面具有至少一个第一导气孔8、底面具有至少一个第二导气孔10的中空腔体，所述真空系统2与所述真空导气孔平台1的所述第二导气孔10相连，所述透气多孔膜3覆盖在所述真空导气孔平台1的第一导气孔8上，所述通孔基板4平铺在所述透气多孔膜3上，所述印刷网板11放在所述通孔基板4上。本发明的浆料真空塞孔装置可以使用印刷网板，也可以不使用印刷网板。使用印刷网板的好处在于当完成浆料塞孔后，揭去印刷网板即可，可以非常方便地去除多余的塞孔浆料。在实际应用中，本领域技术人员也可根据工艺需要选择是否使用印刷网板。所述印刷网板通常需要与通孔基板的版型配套，即印刷网板的通孔大小和排列位置等需要与通孔基板对应，以保证通孔基板的通孔中都能印刷到浆料，这是本领域技术人员所熟知的，在此不予赘述。

本发明的再一实施方案，如图3所示，本发明的一种浆料真空塞孔装置，所述透气多孔膜3为两层多孔膜，即第一多孔膜3a和第二多孔膜3b，透气多孔膜3的上面是通孔基板4，塞孔时往通孔基板4表面印刷浆料12，在下方不断抽真空的作用下，完成浆料塞孔。通常将孔更小的第一多孔膜3a放在孔更大的第二多孔膜3b上面，有利于更高效地抽真空以及真空度的控制，避免真空度突变，有利于彻底赶出通孔中的空气，避免造成空气掺杂在塞孔浆料中。具体地，可根据实际需要选择对应的多孔膜，例如第一多孔膜3a为一种柔性微米或亚微米以下大小通孔的有机多孔膜，如图5所示。第二多孔膜3b为一种柔性透气多孔膜，如图4所示。

另一方面，利用本发明的浆料真空塞孔装置的塞孔方法，其浆料印刷塞孔的工艺流程是：

1)首先把透气多孔膜3置于真空导气孔平台1上，如图6所示，然后把通孔基板4放在透气多孔膜3上；

2)打开真空泵，开始抽真空，把透气多孔膜3和通孔基板4吸在真空导气孔平台1上；

3)印刷浆料12在通孔基板4上，可使用印刷网板，也可不使用网板，直接印刷浆料12在通孔基板4上；

4)浆料印刷在通孔中后，可继续抽真空，排除通孔中浆料的气泡和缺陷；

5)停止真空，取出塞孔后的通孔基板。

特别地，利用本发明的塞孔装置进行浆料塞孔，由于采用透气多孔膜作为真空缓冲层，位于其上面的在通孔基本表面印刷浆料的步骤可以在大气环境中进行，避免了现有技术在真空中这样苛刻的环境中操作的问题，工艺更加简单易行。

其中，所述步骤4)继续抽真空抽到真空度一般小于100Pa以下，抽真空的时间通常至少为0.1分钟，具体所需真空度和抽真空时间可根据浆料的粘度大小以及多孔膜的孔径大小结合实际确定。

下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。

实施例1

本发明塞孔装置用于铜浆(PE-H600,Unimaterial Technologies生产)的玻璃TGV的塞孔，浆料的粘度约150Pa.s，选用木质纤维透气多孔膜作为真空缓冲层，多孔膜厚度为100微米。玻璃TGV的厚度为400微米，孔径为80微米。

首先把多孔膜置于真空导气孔平台上，然后把通孔基板放在透气多孔膜上，打开真空泵，开始抽真空，把多孔膜和通孔基板吸在真空导气孔平台上。接下来印刷浆料在玻璃TGV的孔中，可使用印刷网板，只印刷浆料在孔中，也可直接用刮刀来印刷浆料。浆料印刷进孔中后，继续抽真空，至少1分钟直至100Pa以下，排除通孔中浆料的气泡和缺陷，最后停真空，完成铜浆的TGV塞孔。

塞孔后的TGV，可用刮刀去除掉TGV表面(包括正面和背面的)铜浆残留，由于玻璃表面平整，一般可较干净清除掉残留浆料(若用印刷网板印刷，正面TGV几乎没有清残留浆料，可不用清除残留浆料这步工艺)。

制备好的铜浆塞孔TGV基板，可在保护气氛烧结，塞在孔中的铜浆成为导电铜柱。塞孔好的TGV，可在两面印刷连接铜浆，通过TGV的孔形成双面铜电路，然后同时烧结，制备TGV的双面铜电路。

实施例2

本塞孔装置可用于银浆的玻璃TGV的塞孔，银浆由80％-90％银粉，3％-10％有机粘合剂，0.3％-1％分散剂，1％-5％溶剂，0.1-2％功能添加剂等组成，浆料的粘度在100Pa.s左右。玻璃TGV孔径为25微米，TGV玻璃厚度250微米。选用一层木质纤维多孔膜和一层有机多孔膜的叠层作为复合真空缓冲层，其中木质纤维多孔膜厚度为100微米左右，孔大小为0.5到2微米左右，有机多孔膜的厚度约为250微米左右，孔大小为400纳米。

首先把双层复合多孔膜置于真空导气孔平台上，然后把通孔基板放在多孔膜上，打开真空泵，开始抽真空，把多孔膜和通孔基板吸在真空导气孔平台上。接下来印刷浆料在玻璃TGV的孔中，使用印刷网板，只印刷浆料在孔中。浆料印刷进孔中后，继续抽真空，至少1分钟直至100Pa以下，排除通孔中浆料的气泡和缺陷，最后停真空，完成银浆的TGV塞孔。

制备好的银浆塞孔TGV基板，可在空气中低温固化，塞在孔中的银浆成为导电银柱。塞孔好的TGV，可在两面印刷连接导电浆料，通过TGV的孔形成双面电路，来制备TGV的双面电路。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种浆料真空塞孔装置，其特征在于，包括真空系统、真空导气孔平台、至少一层透气多孔膜和通孔基板，所述真空导气孔平台为顶面具有至少一个第一导气孔、底面具有至少一个第二导气孔的中空腔体，所述真空系统与所述真空导气孔平台的所述第二导气孔相连，所述透气多孔膜覆盖在所述真空导气孔平台的第一导气孔上，所述通孔基板平铺在所述透气多孔膜上。

2.根据权利要求1所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，所述透气多孔膜为由纤维无规则交叉排列形成的多孔透气结构的柔性多孔膜，所述的纤维直径为10nm～90μm，优选10μm～50μm；所述的多孔透气结构的透气孔的孔径大小为30nm～50μm，优选50nm～10μm，更优选100nm～5μm；所述透气多孔膜的膜厚为30μm～500μm，优选50μm～250μm；更优选地，所述多孔膜为木质纤维多孔膜。

3.根据权利要求1所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，所述多孔膜为在有机薄膜上形成的微米、亚微米或纳米通孔的有机多孔膜，所述通孔的直径为30nm～5μm；所述有机多孔膜的膜厚为10μm～500μm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，所述透气多孔膜为两层多孔膜，一层柔性多孔膜和一层有机多孔膜。

5.根据权利要求4所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，还包括印刷网板，所述印刷网板使用时放置在所述通孔基板上。

6.根据权利要求4所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，所述通孔基板选自印刷电路板、硅通孔基板、玻璃通孔基板或陶瓷通孔基板中的任一种。

7.根据权利要求4所述的浆料真空塞孔装置，其特征在于，所述塞孔浆料为导电浆料或绝缘浆料，优选为银浆或铜浆。

8.权利要求1～7任一项所述的塞孔装置用于浆料印刷塞孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先把透气多孔膜置于真空导气孔平台上，然后把通孔基板放在透气多孔膜上；

2)打开真空系统抽真空，把透气多孔膜和通孔基板吸在真空导气孔平台上；

3)印刷浆料在通孔基板上，或使用印刷网板放在通孔基板表面，印刷浆料在印刷网板上；

4)浆料印刷在通孔中后，继续抽真空，排除通孔中浆料的气泡和缺陷；

5)停止真空，取出塞孔后的通孔基板。

9.根据权利要求8所述的塞孔装置用于浆料印刷塞孔的方法，其特征在于，所述步骤3)的浆料印刷可在大气环境中进行。

10.根据权利要求8所述的塞孔装置用于浆料印刷塞孔的方法，其特征在于，所述步骤4)的抽真空抽到真空度为100Pa以下。

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