Mechanical modelling and life cycle optimisation of screen printing

• Autorzy: Horvath E. , Harsanyi G. , Henap G. , Torok A.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie mechaniczne i optymalizacja żywotności siatki w technologii druku sitowego obwodów mikroelektronicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The application of thick film pastes and adhesives is a screen printing method in the mass production of thick films and low temperature co-fired ceramic circuits. During this process, the paste is printed by a rubber squeegee onto the surface of the substrate through a stainless steel metal screen masked by photolithographic emulsion. We consider the off-contact screen printing method in this paper, because it is now the standard printing method in the microelectronics industry. In our research a Finite Element Model (FEM) was created in ANSYS Multiphysics software to investigate screen deformation and to reduce stress in the screen in order to extend its life cycle. An individual deformation measuring setup was designed to validate the FEM model of the screen. By modification of geometric parameters of the squeegee, the maximal and the average stress in the screen can be reduced. Furthermore, tension of the screen decreases in its life cycle, which results in worse printing quality. The compensation of this reducing tension and the modified shape of the squeegee are described in this paper. Using this approach, the life cycle of the screen could be extended by decreased mechanical stress and optimised off-contact.

PL

Upowszechnioną na skalę masową metodę nakładania warstw klejów i materiałów adhezyjnych w technologii grubowarstwowej oraz niskotemperaturowo współspiekanych obwodów drukowanych na płytkach ceramicznych jest druk sitowy. Za pomocą tej technologii, substancja klejąca nakładana jest na powierzchnię substratu gumowym raklem, przeciskającym klej przez siatkę wykonaną ze stali nierdzewnej pokrytej emulsją fotolitograficzną. W pracy omówiono bezstykową wersję sitodruku, ponieważ jest ona obecnie standardową techniką stosowaną w przemyśle mikroelektronicznym. W prezentowanej pracy wygenerowano w systemie ANSYS model elementów skończonych badanej siatki do określenia jej odkształceń i oceny możliwości ograniczenia poziomu naprężeń pod kątem zwiększenia żywotności. Opracowano i wytworzono indywidualną aparaturę pomiarową do weryfikacji stanu odkształcenia obliczonego modelem MES. W wyniku badań stwierdzono, że zaproponowana modyfikacja geometrii rakla pozwala obniżyć maksymalne i średnie naprężenia w siatce. Obserwowanym zjawiskiem jest także stopniowa utrata napięcia siatki w trakcie normalnej eksploatacji, co prowadzi do pogorszenia jakości sitodruku. Zmodyfikowany kształt rakla kompensuje ten efekt i wydłuża żywotność siatki poprzez obniżenie wartości naprężeń i zoptymalizowanie parametrów geometrycznych druku bezstykowego.

Słowa kluczowe

EN

screen printing; FEM; thick film; life cycle

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 4
• Strony: 1025--1036
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Horvath E.

autor

Harsanyi G.

autor

Henap G.

autor

Torok A.

• Budapest University of Technology and Economics, Department of Electronics Technology, Budapest, Hungary,

Bibliografia

• 1. Albareda-Sirvent M., Merkoc¸i A., Alegret S., 2000, Configurations used in the design of screen-printed enzymatic biosensors. A review, Sensors and Actuators B: Chemical, 69, 1/2, 153-163
• 2. Bacher R.J., 1986, High resolution thick film printing, Proceedings of the International Symposium on Microelectronics, 576-581
• 3. Bathe K.-J., 1996, Finite Element Procedures, Prentice Hall
• 4. Benson M.A., 1969, Thick-film screen printing, Solid State Technology, 53-58
• 5. Cox H.L., 1952, The elasticity and strength of paper and other fibrous materials, British Journal of Applied Physics, 3, 72-79
• 6. Hohl D., 1997, Controlling off-contact, Specialty Graphic Imaging Association Journal, 4, 5-11
• 7. Irgens F., 2008, Continuum Mechanics, Springer
• 8. Jeong J., Kim M., 1985, Slow viscous flow due to sliding of a semi-infinite plate over a plane, Journal of Physics Society, 54, 1789-1799
• 9. Kobs D.R., Voigt D.R., 1970, Parametric dependencies in thick film screening, Proc. ISHM, 18, 1-10
• 10. Krebs F.C., 2007, Large area plastic solar cell modules, Materials Science and Engineering: B, 138, 2, 106-111
• 11. Krenchel H., 1964, Fibre Reinforcement, Akademisk Forlag, Copenhagen, Denmark
• 12. Miller L.F., 1969, Paste transfer in the screening process, Solid State Technology, 46-52
• 13. Riedler J., 1983, Viscous flow in corner regions with a moving wall and leakage of fluid, Acta Mechanica, 48, 95-102
• 14. Riemer D.E., 1988a, Analytical model of the screen printing process: part 1, Solid State Technology, 8, 107-111
• 15. Riemer D.E., 1988b, Analytical model of the screen printing process: part 2, Solid State Technology, 9, 85-90
• 16. Riemer D.E., 1989, The theoretical fundamentals of the screen printing process, Hybrid Circuits, 18, 8-17
• 17. Scott Blair G.W., Hening J.C., Wagstaff A., 1939, The flow of cream through narrow glass tubes, Journal of Physical Chemistry, 43, 7, 853-864
• 18. Taylor G.I., 1962, On scraping viscous ?uid from a plane surface, Miszallangen Angewandten Mechanik, 313-315
• 19. Viricelle J.P., 2006, Compatibility of screen-printing technology with microhotplate for gas sensor and solid oxide micro fuel cell development, Sensors and Actuators B: Chemical, 118, 1/2, 263-268
• 20. White G.S., Breward C.J.W., Howell P.D., 2006, A model for the screen-printing of Newtonian fluids, Journal of Engineering Mathematics, 54, 49-70