厚模电路丝印机的见解

 厚膜网版印刷和设备的进步之浅见

                                              韩仁志

    随着人们对生活水平的日益提高，对美好生活向往的追求不断提升，对一些高精尖的技术和产品提出了更高的要求，而高精尖的产品更需要高精尖的工艺、设备来配套制造。网版印刷技术在高精尖制造的一些领域里就起到了特殊作用。

一、厚膜印刷与高精尖领域

    在航空航天、军工、新能源领域、家用电器等方面的厚膜网版印刷，可以节省空间，简化结构，做到轻、小、精，从而节省了成本，提升产品的性能。比如，厚膜网印被广泛应用于速热热水器的，可以减少能源的浪费，做到即开即热；应用于新能源汽车领域中的电池，可以做到更小的体积，更优的导电性和储电；应用于GPS定位系统，以更小的体积获得更优的信号；还有电子烟中的发热管等等。至于航空航天领域的应用，涉及保密不作表述。

    由于厚膜印刷的浆料，多采用银、金、钯、镍、铬等元素，从而达到良好的导电性，而厚膜印刷的涂布膜厚的要求一般在0.01～0.05 mm之间不等，但对于膜厚的均匀性、一致性却是有更高的要求，一般会在0.015 mm的限值。传统的工艺技术是人工把网版贴紧产品表面，用胶刮把浆料均匀地涂布在产品表面；但这种方式对一些平面产品还能勉强使用，对于现代化电子产品对网印技术的日益提高的要求，以及对于圆柱面、锥面以及一些异形面肯定是行不通的。

    针对这种情况就要求有一种稳定优异的厚膜网印机器来进行，本文只对平面、圆面、锥面网印厚膜作逐个分析，有些异形面要做移印等，后叙再论。

一、厚膜印刷的决定因素

    膜层厚度会影响到结合力、可焊性、电阻率等，是电子产品、电子元件生产工艺的一个不可或缺的指标。影响膜层厚度的因素很多：丝网版张力、胶刮运行的平稳性、浆料的适印性、承印物材质、印刷机的稳定性等，这些都是要一个长期测试过程，并且稳定后再不能改变。

    刮刀角度、压力运行的平稳性、网距、印刷速度，这些直接牵涉到印刷机，由此可以看到印刷设备的重要性。

    1.厚膜印刷网印机的要求

    网版印刷机由印头结构、网版、工作台三部分组成，而厚膜网银的膜厚0.015 mm的均匀性硬性指标，就要求网印机的印头、网版、工作台这三部分的平行性，各方面的指标一定要在一个类似绝对平行的数值范围内，才有可能做出符合标准的产品。传统的丝印机很难做到以上数据，并且稳定性差，也就是烘干后的膜厚极限差值一直飘忽不定，不能稳定地量产，从而导致产品价格上升。

    笔者走访了很多家企业，综合分析、研究得出，印头刮刀与平台平行度 0.02 mm，网框底部与平台平行度0.02 mm，网版张力一定要在一个可控的范围内，误差不得大于1 um，就属于可以做出符合产品印刷膜厚要求的机器。达到以上的数据，则产品烘干膜厚极差值≤0.015 mm就可以得到一个稳定的控制。

    而想达到以上数据的设备则需要印刷导轨的精密性，导轨安装板的变形程度都是要考虑进去。印头的导轨采用更精密的进口导轨，导轨的安装板采用铸造，并且经过时效处理，以求长期稳定的平行效果；而且网版的安装基准面则需要和印刷基板尽可能采用一个部件，这样才能得到平行的一致性。

    刮刀的压力力度，以及下压的深度是一个至关重要的因素，此处建议采用伺服电机＋电动缸来完成，一是可以对下压的力度得到控制，二是对下压的深度得到一个准确的数值，使刮刀始终紧密地贴合于承印物表面。回墨刀从节省成本的角度上考虑可以使用气缸，但要用电气比例阀来控制，从而得到一个恒定的气压，以便更精准地控制回墨刀的力度和深度。

    产品运行平台与印头的平行、承印物的运行，运动动力建议采用高性能的直线电机，一是与网版和印头的平行性得到保障，二是运行的平稳性，直线电机可以很轻快地动行，从而避免了产品的抖动，减少因抖动而造成的位置偏差，承印物的平行性则可以在平台安装水平调节螺丝来完成(见图1)。

    整机的运动部件的运行均要求平稳，不得有过大的抖动，在此建议采用直线电机来做运行，气动件采用电气比例阀来控制，并且各机械部件的调节要安装可视百分表，以便得到数据化的技术参数。

    2.厚膜网版印刷流程

    1)制版和印刷

    根据产品涂布要求出底片并制做网版，此处网版建议采用广东恒锦智能装备有限公司开发的铸铝网框，经过时效处理，磨床加工，水平度高，不易变形。

    印刷流程为承印物投料---网印---低温烘干---根据工艺重复网印和低温烘干---高温烧结。

    此流程网印、烘干的循环，建议采用一字流水线式，或者环型线、U形线的结构，一是提高工作效率，二是减少空间的占用，三是能源的节省，避免使用一些人工搬运工作，以达到生产和自动化和智能化。

    如果量产稳定的话可以采用机械自动化，比如机器人来完成传递和搬运动作。因为印刷流程中要高温烧结，温度冷却需要一定的时间，也会占用更多的空间，利用机械自动化，就不用担心高温烫伤的问题，让散温的过程交给机械来完成，大大节省空间和提高效率，更能体现生产质量的稳定性和产能的稳定性。

    2)膜厚的检测

    膜厚的检测分为湿膜检测和干膜检测，湿膜检测一般采用破坏性测试，即用酒精擦除一部分湿膜，然后用千分表测出膜厚面的高度和擦除后的高度，从而得出湿膜的厚度，这种方法简单、易用，成本低。

    干膜测试一般采用激光膜厚仪来完成。

二、厚膜网印机的现状

    针对上述对印刷技术和设备的高标准要求，市场上几乎没有专业的网印机来做这种厚膜印刷，而传统的网印机的重点在于位置的精准度和印刷的效率，不会在印刷膜厚上投入更多。

    1.新型厚膜网印机

    广东恒锦智能装备有限公司把思维从传统的网印机中解放出来，用全新的思路来重新定义厚膜网印机，打造一款适合平面、圆面的通用型网印机，来适应厚膜印刷的要求，并且可以自动组合成全自动、半自动设备，实现行业的自动化、智能化、模块化。

    广东恒锦智能装备有限公司的厚膜网印机，特点优势如下。

    1)网框整体升降采用四柱式电缸伺服升降，可以满足网版和印头在不同高度作出不同的动作，而下限位的0对0的限位，确保每一次的网版和承印物之间的距离是牢固稳定的。

    2)左上料工位可以接受片状的承印物单片来料方式和多片放一个托盘的来料方式，带有对位卡位，确保来料的定位点的固定。机械手抓取承印物的运行采用最先进的直线电机，轻、柔、快、准地把承印物放置于承印平台并进行定位；而下料机械手和上料机器手采用相同的模式，从承印平台上取下承印物，并传递出去，实现上料和下料的自动化和模块化。

    3)前后运行的承印平台，可以对承印物的网印情况，进行平台弹出，抽检承印物。

    4)对于承印物的定位，恒锦智能装备自制研发了一种超强的真空定位系统，能源只是一条12 mm的进气管，而功率却可以达到5.5KW的真空泵，具有抽气快，吸力大，能耗小，燥声低，体积小，安装方便的特点，属于行业内首创。

    2.解决方案多元化

    整体机械由上料模块、印头模块、网版模块、承印平台模块、下料模块、机架等模块化组合而成，整机密封，上置FFU空气净化系统，为环保做贡献。单一机台可对接任何上料机、下料机，实现多元化的要求。

    恒锦智能装备可以根据实际承印物（如片状、椭圆形、圆柱形等）而设计自动上料系统，因每家产品不同，此处不做表述。

三、厚膜印刷的展望

    厚膜印刷经过前些年的试制，己日趋成熟，面对日益剧烈的市场竞争，厚膜印刷现在己经达到了一个爆发的临界点，急需要一些实力雄厚强劲的有技术、有生产能力设备工厂、生产工厂出现。

    比如以电子烟为例，中国正在大量的制造雾化型的电子烟出口，和一些实体店的内销，价格却是越来越低，也越来越不被人们认可，究其原因是雾化型的电子烟与真烟的口感对比，只能达到真烟的60%左右。相比国外的万宝路电子烟，采用厚膜印刷技术，使加热温度瞬间达到300 ℃左右，与真烟口感对比达到90%左右，而其售价却高达千元，其中利润可窥见一斑。中国国内也在大力投入去研发这种类型的电子烟，急需要有研发能力的设备商和有生产能力的制造商来配合。

    再如加热浴室镜、速热热水器等的厚膜印刷应用等等，研发生产阶段仍属商业机密在此不便叙述太多。笔者写此文章，目的就是想和同道中人共同研究，讨论厚膜印刷工艺，以求为社会的进步、技术的革新贡献一份力量。文中有不对、不妥之处敬请指正，期待能有更专业的工艺技术、网印浆料等来为厚膜印刷的发展助力。