TW201519723A - 用於印刷小縱橫比特徵結構之方法及設備 - Google Patents

Abstract

一種模版印刷小縱橫比特徵結構的方法包括使用模版印刷機橫跨模版進行模版印刷衝擊，該模版印刷機具有刮板葉片，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。另一種方法包括使用模版印刷機橫跨模版進行模版印刷衝擊，該模版印刷機具有多葉片刮板，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。一種模版印刷機包括其中形成有多個孔的模版；以及位於該模版上方的印刷頭，並且該印刷頭設以在該模版之該等孔內沉積黏性材料。該印刷頭包括支座、固定於該支座的第一對葉片、及固定於該支座的第二對葉片。

Description

用於印刷小縱橫比特徵結構之方法及設備

本發明係關於用於印刷小縱橫比特徵結構之方法及設備。

在表面黏著印刷電路板的製造中，可以使用模版印刷機來將焊膏印刷到電路板上。典型上，具有焊墊圖案或一些上面將沉積焊膏的其它導電表面的電路板被自動送入模版印刷機中；以及在將焊膏印刷到電路板上之前使用電路板上的一個或更多個小孔或標記(習知為「基準點」)來將電路板與模版印刷機的模版或網版適當地對齊。在一些系統中，光學對準系統被用來將電路板與模版對齊。

一旦電路板已被適當地與印刷機中的模版對齊，則使電路板上升到模版、將焊膏分配到模版上、以及使刮掃葉片(或刮板)橫越模版而迫使焊膏通過模版中的孔並到達板上。隨著刮板橫跨模版移動，焊膏傾向於在葉片前方滾動，從而理想地導致焊膏的混合和剪切，以便達到所需的黏度，而便於填充網版或模版中的孔。焊膏通常從標準卡匣分配到 模版上。

在一些模版印刷機中，當刮板被返回初始位置以在第二電路板上進行印刷時，在完整掃過模版之後殘留在刮板下的任何過多焊膏仍會殘留在模版上。在一些模版印刷機中，第二刮板在與第一刮板相反的方向上橫跨模版移動。第一刮板和第二刮板被用在交替的板上，以使焊膏的滾動連續通過模版的孔，而印刷在每個接續的電路板上。在利用兩個刮板的模版印刷機中，仍有在製造日結束或變換模版時過多的焊膏通常仍留在模版上而且必須被手動移除的問題。此外，在這些習知的印刷機中，保持理想的黏度是困難的，因為揮發性溶劑會從焊膏逸出，從而影響了焊膏的黏度。

在這些模版印刷機中，刮板的葉片通常相對於模版處於預定的角度，以在刮板橫跨模版移動時在焊膏上向下施加壓力而迫使焊膏通過模版中的孔。基於葉片掃過模版的速度並基於焊膏上所需的、來自葉片的向下壓力來選擇葉片的角度。理想的是當刮板掃過模版時在焊膏上保持一致的壓力。

多年來，較小的元件被黏著在電路板上，這要求將具有小縱橫比特徵結構的焊膏沉積物印刷在電路板上。表面黏著技術(「SMT」)工業一直致力於改良由模版印刷機印刷具有低面積比的小焊膏沉積物的能力。低面積比的沉積物(例如小於0.5)通常導致低的焊膏轉移量，從而在電路板組裝製程的過程中導致更高的缺陷率。

本揭示的一個態樣係針對一種模版印刷小縱橫比特 徵結構的方法。在一個實施例中，該方法包含以下步驟：使用模版印刷機橫跨模版進行模版印刷衝擊，該模版印刷機具有刮板葉片，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。

該方法之實施例可以包括在多葉片刮板之前葉片已通過目標孔且後葉片尚未到達該目標孔時升起該前葉片。該方法可以進一步包括使受陷的空氣從該模版下側排出。在某些實施例中，該小縱橫比開口可以各具有小於0.2mm的孔徑、小於0.4mm的間距、及小於0.5的面積比。將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣包括在該模版鄰接該至少一個小縱橫比開口的底部表面上提供凸出的凸塊。

本揭示的另一個態樣係針對一種包含以下步驟的方法：使用模版印刷機橫跨模版進行模版印刷衝擊，該模版印刷機具有多葉片刮板，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。

本揭示的又另一個態樣係針對一種在電子基材上印刷黏性材料的模版印刷機。在一個實施例中，該模版印刷機包含其中形成有多個孔的模版，以及位於該模版上方的印刷頭，並且該印刷頭設以在該模版之該等孔內沉積黏性材料。該印刷頭包括支座、固定於該支座的第一對葉片、及固定於該支座的第二對葉片。在一個實施例中，該葉片具有角度，以迫使焊膏通過該模版之該等孔。

10‧‧‧模版印刷機

12‧‧‧框架

14‧‧‧控制器

16‧‧‧顯示器

18‧‧‧模版

20‧‧‧印刷頭

22‧‧‧印刷頭支架

24‧‧‧軌道

26‧‧‧軌道

28‧‧‧支撐組件

30‧‧‧成像系統

32‧‧‧成像支架

50‧‧‧多葉片刮板

52‧‧‧前葉片

54‧‧‧焊膏

56‧‧‧模版

58‧‧‧孔

60‧‧‧後葉片

62‧‧‧焊膏

70‧‧‧模版

72‧‧‧縫隙

74‧‧‧孔

76‧‧‧焊膏

78‧‧‧凸塊

80‧‧‧多葉片刮板組件

84‧‧‧葉片

86‧‧‧葉片

88‧‧‧葉片

90‧‧‧葉片

附圖並無意圖依比例繪製。在圖式中，各個圖中圖 示的每個相同或幾乎相同的元件係由同樣的符號表示。為了清楚起見，並非每個元件皆可被標示在每個圖式中。在圖式中：第1圖為本揭示之實施例的模版印刷機之前視立體圖；第2圖為使用單葉片刮板的模版印刷操作之示意圖；第3圖為使用多葉片(兩個葉片)刮板的模版印刷操作之示意圖；第4圖為使用具有縫隙的模版的模版印刷操作之示意圖，該縫隙用於排氣；以及第5圖為本揭示之實施例的多葉片刮板之示意圖。

為了說明的目的，以下參照用於將焊膏印刷到電路板上的模版印刷機來描述本揭示的實施例。此設備和相關方法也可被用於需要將其它黏性或印刷材料(例如膠水、黏著劑、及密封劑)分配於各種基材上的其他應用。例如，該設備可被用於印刷環氧樹脂，以用作晶片級封裝的底部填料。本揭示的實施例之加壓印刷頭可被用於模版印刷機。在某些實施例中，模版印刷機可以包括由麻薩諸塞州富蘭克林的Speedline科技公司(Speedline Technologies,Inc.of Franklin,Massachusetts)提供的Accela®或Momentum®系列模版印刷機平臺。

本揭示係針對用於增加通過小孔的焊膏轉移量的方 法。例如，在一個實施例中，藉由採用多葉片刮板與在模版印刷機內的模版下側排氣，孔可以各具有小於0.2mm的直徑、小於0.4mm的間距(間距被定義為一個特徵結構的中心到相鄰特徵結構的中心)、以及小於0.5的面積比(孔徑大小的總面積除以孔的壁面積)。在特定的實施例中，孔可以各具有小於0.15mm的直徑、小於0.3mm的間距、以及小於0.375的縱橫面積比。該多葉片刮板增加了進入孔的焊膏量，並且不會對印刷時間產生負面影響。模版下側排氣可藉由釋放陷在孔中的空氣來便利多葉片刮板印刷，陷在孔中的空氣會防止焊膏進入孔中。具有模版下側排氣的多葉片刮板使焊膏能夠延伸超出目前的面積比限制，從而允許進一步小型化印刷電路板組件。本文所述的方法解決了當使用模版印刷機進行印刷操作時焊膏轉移量低的問題。

現在參照圖式，更具體係參照第1圖，通常以10指示本揭示之實施例的模版印刷機。如圖所示，模版印刷機10包括支撐模版印刷機的元件的框架12。該模版印刷機的部分元件可以包括控制器14、顯示器16、模版18、及通常以20指示的印刷頭組件或印刷頭，該印刷頭組件或印刷頭設以以下文中更詳細描述的方式施加焊膏。

如第1圖所圖示及下文中描述的，模版和印刷頭可以被適當地耦接或以其它方式連接到框架12。在一個實施例中，印刷頭20可被安裝在印刷頭支架22上，印刷頭支架22可以被安裝在框架12上。印刷頭支架22使印刷頭20能夠在控制器14的控制下在y軸方向上移動，並在印刷頭與模版18 接合時在印刷頭上施加壓力。如以下進一步詳細描述的，印刷頭20可以被放在模版18上方並且可以在z軸方向上被降低而接觸並密封地接合該模版。

模版印刷機10還可以包括具有軌道24、26的輸送系統，用於傳送印刷電路板(本文中有時稱為「印刷線路板」、「基材」或「電子基材」)到模版印刷機中的印刷位置。在本文中有時也可以將軌道24、26稱為「牽引進料機構」，該「牽引進料機構」設以進料、負載或以其它方式遞送電路板到模版印刷機的工作區域(該工作區域在本文中可以被稱為「印刷巢」)，並從該印刷巢卸載電路板。

模版印刷機10具有支撐組件28用以支撐電路板，支撐組件28升起並固定電路板，使得電路板在印刷操作的過程中是穩定的。在某些實施例中，基材支撐組件28可以進一步包括特定的基材支撐系統，例如固相支座、複數個銷或撓性工具，當電路板在印刷位置時，該基材支撐系統位於電路板下方。該基材支撐系統可被部分用於支撐電路板的內部區域，以防止電路板在印刷操作的過程中彎曲或翹曲。

在一個實施例中，如以下更詳細描述的，印刷頭20可設以接收來自諸如分配器來源的焊膏，該分配器例如焊膏卡匣，在印刷操作的過程中該焊膏卡匣提供焊膏到印刷頭。也可以採用其它供應焊膏的方法來取代卡匣。例如，焊膏可以被手動沉積在葉片之間或來自外部來源。此外，在某些實施例中，控制器14可設以使用具有適當操作系統的個人電腦，該操作系統例如微軟DOS或Windows XP操作系統，並 具有特定應用的軟體來控制模版印刷機10的操作。控制器14可以使用主控制器網路化，該主控制器係用以控制製造電路板的生產線。

在一個架構中，模版印刷機10的操作如下。使用輸送軌道24、26將電路板裝入模版印刷機10中。支撐組件28升起電路板並將電路板固定於印刷位置。然後印刷頭20在z軸方向下降，直到印刷頭的葉片以所需的壓力接觸模版18。然後印刷頭支架22使印刷頭20在y軸方向上移動橫跨模版18。印刷頭20使焊膏通過模版18中的孔並沉積在電路板上。一旦印刷頭已經完全橫越模版18、橫跨該等孔，則將印刷頭升離模版，並將電路板降低回到輸送軌道24、26上。從模版印刷機10釋放並傳送電路板，使得第二電路板可以被載入該模版印刷機中。為了印刷該第二電路板，在z軸方向上降低印刷頭來與模版接觸，並在與用於第一電路板的方向相反的方向上移動印刷頭橫跨模版18。

仍參照第1圖，為了在印刷之前將模版18與電路板對齊及在印刷之後檢查電路板的目的，可以設置成像系統30。在一個實施例中，成像系統30可以被配置在模版18和上面支撐電路板的支撐組件28之間。成像系統30被耦接到成像支架32，以移動該成像系統。在一個實施例中，成像支架32可以被耦接到框架12，並包括在框架12的側軌道之間延伸的樑，以提供成像系統30在電路板上方、在y軸方向上的來回移動。成像支架32可以進一步包括卡匣裝置，該卡匣裝置容納成像系統30，並設以沿著光束的長度在x軸方向上 移動。用以移動成像系統30的成像支架32之建構是焊膏印刷的技術領域中眾所周知的。配置使得成像系統30可以位於模版18下方及電路板上方的任何位置，以分別擷取電路板或模版的預定區域的圖像。在其它的實施例中，當定位成像系統於印刷位置之外時，該成像系統可以位於模版和電路板上方或下方。

進行本文所述的方法包括兩個態樣：1)採用具有多葉片刮板的印刷頭及2)提供模版下側排氣。進行本發明的這兩個態樣，以實現增加的焊膏轉移量。第2圖圖示通常以50指示的多葉片刮板，多葉片刮板50具有前葉片52，前葉片52移動一個珠粒的焊膏54橫跨模版56的頂部表面。在一個實施例中，多葉片刮板50包括四個葉片，在一個方向上移動印刷頭時能夠分配焊膏的一組兩個葉片及在相反的方向上移動印刷頭時能夠分配焊膏的第二組兩個葉片。在另一個實施例中，多葉片刮板50包括六個葉片，具有一組三個葉片及另一組三個葉片。如圖示，前葉片52橫跨模版56，並以習知的方式移動一個珠粒的焊膏54。前葉片52具有角度，以迫使焊膏進入模版中形成的孔58。

第3圖圖示在印刷製程過程中多葉片刮板50的兩個葉片(前葉片52和後葉片60)。如圖示，後葉片60移動另一個珠粒的焊膏62，焊膏62具有對應量的焊膏，以增加模版56的孔58內的轉移量。後葉片60的功用是在印刷製程的過程中完全(或幾乎完全)填充孔58。使用具有六個葉片的刮板，可以進一步設置構成後葉片的第三葉片，以增加在模版 印刷製程的過程中進入模版56之孔58的焊膏轉移量。

第4圖圖示在孔74周圍具有縫隙72用於下側排氣的模版70。模版下側排氣使陷入模版孔74內(特別是在低面積比及/或窄孔中)的空氣能夠排出。這使得在使用附加的葉片(例如第二、第三...)將焊膏76移過該等孔時，焊膏能夠更佳地填充孔74。在某些實施例中，下側排氣可以與加壓的印刷頭一起使用。

為了實現模版下側排氣，可以採用兩種方法中的一種方法。第一種方法涉及在前葉片已通過目標孔且後葉片尚未到達目標孔時升起多葉片刮板的前葉片。由多葉片刮板施加在模版上的向下壓力釋放將允許受陷的空氣從模版下側排出。然後繼續印刷將產生如上表所示的改良焊膏填充比。此解決方案雖然簡單又有效，但具有兩個缺點：印刷製程時間增加；以及隨意地排空模版上所有的孔，這在某些應用中會是不理想的。

第二種方法涉及提供下側凸出的凸塊78，凸塊78被定位在模版70上的目標孔(例如孔74)附近。如圖所示，凸塊78從模版70下側、從孔周圍的區域向下凸出。此解決方案具有以下的優點：在印刷製程中無時間損失；允許針對性地對需要排氣的孔排氣；以及對於1至N個刮板葉片的設計皆可良好地發揮功能。

第三種方法是在模版的下側上具有鋸齒狀或粗糙化的表面。在另一個實施例中，可以在模版的底部表面中形成通道，以在孔的周圍產生空間。也可以採用其它在孔的周圍 產生空間的方法。

多個填充動作再加上多葉片刮板的葉片之間的模版下側排氣將導致更高的焊膏轉移量，如下所示：

如所示，多葉片刮板的設計明顯增加了焊料的轉移量。此增加促使用於低面積比特徵結構的製程從不可行製程(Cpk<1)成為可行製程(Cpk>1)。

第5圖圖示本揭示之示例性實施例中通常以80指示的多葉片刮板組件。如圖示，該刮板組件包括支座82和四個葉片84、86、88、90，每一個葉片被固定於該支座。如圖示，第一組葉片，例如葉片84、86在一個方向上形成角度，以在第一方向上移動該刮板組件時迫使焊膏進入孔中。第二組葉片，例如葉片88、90在相反方向上形成角度，以在第二、相反方向上移動該刮板組件時迫使焊膏進入孔中。

具有下側排氣的多葉片刮板架構還提供了以下的益處：無產量(週期時間)損失，且在一個印刷操作中具有多個印刷動作；添加刮板葉片是相對低成本的、增加轉移量的解決方案；可擴充的設計允許葉片數量擴大；以及簡單的設計方法允許翻新改良的可能性。

實施例並不將應用限制於以下的描述中闡述的或圖式中圖示的構造細節及元件配置。同時，本文中使用的措辭和術語是用於描述的目的，而且不應被視為限制。本文中「包 括」、「包含」或「具有」、「含有」、「涉及」及上述用語之變體的使用意圖涵括該等用語後面所列的項目及該等項目之等效物以及另外的項目。

擁有了如此描述的至少一個實施例之幾種態樣，應當理解的是，各種變更、修改及改良將是本技術領域中具有通常知識者可輕易思及的。這樣的變更、修改及改良意圖作為本揭示的一部分，而且意圖在本發明的範圍內。因此，前面的描述和圖式僅藉由舉例的方式。

50‧‧‧多葉片刮板

52‧‧‧前葉片

54‧‧‧焊膏

56‧‧‧模版

58‧‧‧孔

Claims (16)

1. 一種模版印刷小縱橫比特徵結構的方法，該方法包含以下步驟：使用一模版印刷機橫跨一模版進行一模版印刷衝擊，該模版印刷機具有一刮板葉片，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。
2. 如請求項1所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.2mm的孔徑。
3. 如請求項2所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.4mm的間距。
4. 如請求項3所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.5的面積比。
5. 如請求項1所述之方法，其中將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣包括在該模版鄰接該至少一個小縱橫比開口的一底部表面上提供凸出的凸塊。
6. 如請求項1所述之方法，進一步包含在多葉片刮板之一前葉片已通過一目標孔且一後葉片尚未到達該目標孔時升起該前葉片。
7. 如請求項6所述之方法，進一步包含使受陷的空氣從該模版下側排出。
8. 一種模版印刷小縱橫比特徵結構的方法，該方法包含以下步驟：使用一模版印刷機橫跨一模版進行一模版印刷衝擊，該模版印刷機具有一多葉片刮板，該模版具有至少一個小縱橫比開口；以及將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣。
9. 如請求項8所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.2mm的孔徑。
10. 如請求項9所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.4mm的間距。
11. 如請求項10所述之方法，其中該小縱橫比開口各具有一小於0.5的面積比。
12. 如請求項8所述之方法，其中將該至少一個小縱橫比開口下方的區域排氣包括在該模版鄰接該至少一個小縱橫比開口的一底部表面上提供凸出的凸塊。
13. 如請求項8所述之方法，進一步包含在該多葉片刮板之一前葉片已通過一目標孔且一後葉片尚未到達該目標孔時升起該前葉片。
14. 如請求項13所述之方法，進一步包含使受陷的空氣從該模版下側排出。
15. 一種在一電子基材上印刷黏性材料的模版印刷機，該模版印刷機包含：一模版，該模版中形成有多個孔；以及一印刷頭，位於該模版上方，並設以在該模版之該等孔內沉積黏性材料，該印刷頭包括一支座、一固定於該支座的第一對葉片、及一固定於該支座的第二對葉片。
16. 如請求項15所述之模版印刷機，其中該葉片具有角度，以迫使焊膏通過該模版之該等孔。