以高分辨率印刷焊膏和其他粘性材料的系统与方法技术方案

在第一印刷单元处将材料(例如粘性材料，诸如焊膏)的点状部分印刷或以其他方式转印到中间基板上的系统和方法，其上印刷有材料的所述点状部分的所述中间基板被转印到第二印刷单元，并且材料的所述点状部分在所述第二印刷单元处从所述中间基板转印到最终基板。任选地，所述第一印刷单元包括涂覆系统，所述涂覆系统在施体基板上形成均匀的材料层，并且在所述第一印刷单元处，所述材料在各个点状部分中从所述施体基板转印到所述中间基板上。所述第一印刷单元和所述第二印刷单元中的每一个可以采用多种印刷或其他转印技术。所述系统还可以包括材料固化和成像单元，以帮助进行整个工艺。艺。艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以高分辨率印刷焊膏和其他粘性材料的系统与方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年2月3日提交的美国临时申请第62/969,233号和2020年3月3日提交的美国专利申请第16/807,489号的优先权。


[0003]本专利技术涉及用于印刷粘性材料(例如焊膏)的系统和方法，其中以中等印刷质量将粘性材料初始印刷到膜上，然后通过激光辅助沉积/激光分配系统以高分辨率和高速度从膜转印印刷的粘性材料到基板。

技术介绍

[0004]表面安装技术(SMT)是用于将电子组件安装到印刷电路板(PCB)表面的电子组件领域，与常规组件中通过PCB的孔插入组件相反。开发SMT是为了降低制造成本并有效利用PCB空间。由于表面安装技术的引入和自动化水平的不断提高，现在可以将高度复杂的电子电路构建为越来越小的具有良好重复性的组件。
[0005]表面安装焊接工艺涉及将电子组件或基板的电触点、少量焊膏和可润湿焊料的焊盘放置在彼此相邻的印刷电路板上。然后将材料加热直到焊料回流，从而在可润湿焊料的焊盘和电子组件的电触点之间形成电连接。焊料回流后，它将在电子组件和印刷电路板之间形成电气和机械连接。与其他组件互连方法相比，此工艺具有许多优点，因为组件可以同时互连，并且此工艺可重复、成本低并且易于适应大规模生产。
[0006]表面安装组件工艺中最重要的部分之一是将焊膏涂到印刷电路板上。此工艺的目的是将正确数量的焊料准确地沉积到每个要焊接的焊盘上。通常，这是通过膜版或箔丝网印刷焊膏来实现的，但是也可通过喷射印刷来实现。普遍认为，此工艺的这一部分(如果未正确控制)会造成大多数的组装缺陷。
[0007]焊膏本身是助焊剂成分和粉末状焊料金属合金的混合物，在电子行业中广泛使用。在室温下，焊膏具有足够的柔顺性，因此可以使其符合几乎任何形状。同时，它“具有粘性”，足以粘附到与之接触的任何表面上。这些质量使焊膏既可用于表面安装焊接，也可用于在诸如球形栅格阵列封装的电子组件上或在印刷电路板上形成焊块。
[0008]焊膏印刷是当前表面安装组装工艺中非常关键的阶段。当使用膜版或膜进行印刷时，有几种可能会对工艺产生负面影响的项目，从而导致最终产品的缺陷。例如，膜版本身应非常准确：膜版太厚将导致焊桥短路，而膜版太薄将导致施加的焊料不足。类似地，当膜版孔口尺寸太大时，可能会发生焊桥短路，但是当膜版孔口尺寸太小时，会施加不足的焊膏。通常认为最好使用尺寸略小于PCB焊盘尺寸的圆形膜版孔，以防止回流期间的桥接缺陷。但是，在膜版生产中可能会出现缺陷。
[0009]还应该优化用于丝网印刷的刮刀：刮刀角度会影响施加在焊膏上的垂直力。如果角度太小，焊膏将不会挤入膜版孔中。如果刮刀压力太小，则会使焊膏无法干净地涂在膜版上；如果刮刀压力太高，则会导致焊膏泄漏更多。
[0010]另一个关键点是，印刷速度越高，通过膜版孔表面施加焊膏的时间就越少，因此，较高的印刷速度可能会导致焊料用量不足。在当前的工艺中，印刷速度应控制在左右，因此，当前最大速度受限于印刷工艺。
[0011]由于焊膏是一种高粘度的触变材料，因此在工艺中使用喷射印刷受到了限制，因此，喷射是相当复杂的，因为大多数喷射头都是为低粘度材料设计的，并且极易堵塞。但是，从此领域的大量研究可以看出，喷射和分配是一种非常有前途的方法。参见例如：WO 2007/084888 A2、美国PGPUB 2011/0017841 A1、美国专利第9,808,822 B2号、和美国专利第8740040 B2号。尽管很有前途，但喷射粘性材料会在一定程度上产生不需要的碎屑，并在最终组件中形成缺陷。

技术实现思路

[0012]本专利技术人已经认识到，期望喷射印刷焊膏材料(或任何其他粘性材料)，但是以在最终组件中不引起缺陷的方式进行。为此，专利技术人已经开发了将喷射工艺和施加工艺分开的系统和方法，从而解决了喷射故障，同时避免了由丝网印刷工艺引起的问题。在本专利技术的一个实施方式中，焊膏印刷系统包括对中间基板的初始印刷和对最终基板的第二高精度低至无碎片的印刷。系统可以包括一个或多个成像装置，用于监视和控制各种工艺。最终产品以及中间材料也可能包括固化设置。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，印刷系统包括涂覆系统，涂覆系统在基板上形成印刷材料的均匀层。在存在的情况下，涂覆系统可包括印刷材料的注射器和将材料从注射器驱动到施体或载体基板上的空气或机械泵。然后，将施体基板移向并穿过辊或刀之间的明确间隙，以形成厚度由间隙限定的印刷材料的均匀层。或者，涂覆系统可包括丝网印刷模块，其中将印刷材料涂覆在具有明确限定的孔的丝网或膜版上，并使用刀片或刮刀将印刷材料以软或硬接合的方式转印到基板上。在本专利技术的其他实施方式中，涂覆系统可包括将材料印刷到基板上的分配器或喷墨头、凹版印刷或微凹版印刷系统、狭缝模头系统、或由高度均匀的印刷材料层涂覆基板的辊涂系统。可以将涂覆系统容纳在具有受控环境(冷或热)的密闭室内，以防止溶剂从印刷材料中蒸发或防止材料氧化，从而延长材料的适用期。而且，涂覆系统可以包含多于一种材料，从而创造了以受控的顺序将多种材料印刷到中间基板上的可能性，并且使得可以在最终的基板上印刷多于一种材料。在涂覆系统内，施体基板可以以受控方式双向或以其他方式平移，例如在打开涂覆辊之间的间隙的同时，有可能用印刷材料重新涂覆施体基板的相同区域而不会污染辊，减少或消除了初始印刷工艺中消耗的基板数量，从而避免了浪费。
[0014]在本专利技术的各种实施方式中，印刷材料可以是焊膏或用于印刷电子设备的其他金属膏、金属膏或陶瓷膏、高粘性材料、蜡材料、聚合物材料或聚合物和单体材料的混合物、敏感的低粘度材料、可通过紫外线或加热固化的材料、或可干燥的材料。
[0015]第一和/或第二印刷工艺中的一个或两个都可以使用基于激光的系统，系统包含高频激光以使材料能够从一个基板喷射到另一基板。任何一种都可以使用激光辅助沉积/激光分配系统，系统从其位于其中的重力场的主轴旋转0
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90度或90
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180度，从而在不降低印刷质量的情况下简化了机械结构。
[0016]在某些情况下，第一印刷工艺可能会使用能够将材料直接喷射到中间基板的喷墨
头系统、能够将材料直接印刷到中间基板的分配器头系统、或者胶印机模块、凹版印刷模块、或另一个能够将材料直接印刷到中间基板的印刷机模块。或者，第一印刷工艺可以使用丝网印刷模块，其中将材料涂覆在具有明确限定的孔的膜的丝网或膜版上，并且采用刀片或刮刀以软或硬接合的方式将材料转印至基板上，而在基板上创建点阵列。在本专利技术的一些实施方式中，在于印刷单元中印刷到中间基板之后，可通过UV光进一步固化印刷的中间基板或通过加热器干燥印刷的中间基板，并将中间基板返回到印刷单元以进行第二(或附加)层印刷。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，第一印刷单元包括间隙控制单元，间隙控制单元被配置为维持施体基板和中间基板之间的非常明确限定的间隙。例如，如在US PGPUB 2005/0109734 A1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括第一印刷单元和第二印刷单元，所述第一印刷单元被配置为在中间基板上印刷材料的各个点状部分，所述第二印刷单元被配置为接收其上印刷有材料的所述点状部分的所述中间基板，并将材料的所述点状部分从所述中间基板转印到最终基板。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一印刷单元包括配置成在施体基板上形成所述材料的均匀层的涂覆系统，并且所述第一印刷单元还配置成将所述点状部分中的所述材料从所述施体基板转印到所述中间基板上。3.如权利要求2所述的系统，其中所述涂覆系统包括：(a)所述材料的注射器以及被布置为将所述材料驱动到所述施体基板上的空气泵或机械泵，并且所述涂覆系统还被配置为将其上存在所述材料的所述施体基板一起运输朝向并穿过辊或刀之间的明确限定的间隙，以在所述施体基板上形成均匀的材料层，所述均匀的材料层具有由所述明确限定的间隙限定的厚度；(b)丝网印刷模块，所述丝网印刷模块被配置为用所述材料涂覆具有明确限定的孔的膜的丝网或膜版，并且所述涂覆系统进一步被配置为用刀片或刮板将所述材料从所述膜的丝网或膜版转印至所述中间基板；(c)被配置为将所述材料印刷到所述施体基板上的分配器或喷墨头；被配置为用所述均匀的材料层涂覆所述施体基板的凹版印刷或微凹版印刷系统；被配置为用所述材料的所述均匀层涂覆所述施体基板的狭缝模头系统；以及被配置为用所述材料的所述均匀层涂覆所述施体基板的辊涂系统。4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述涂覆系统被封闭在受控环境中。5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述涂覆系统被配置为在多种印刷规程中将多于一种材料施加到所述施体基板上。6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述材料包括：焊膏或用于印刷电子设备的其他金属膏、金属膏、陶瓷膏、高粘性材料、蜡材料、聚合物材料或聚合物和单体材料的混合物、敏感的低粘度材料、可通过紫外线或加热固化的材料、或可干燥的材料。7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一印刷单元和/或所述第二印刷单元中的一个或两个包括基于激光的系统，所述基于激光的系统包括被配置为将材料的所述点状部分从一个基板喷射到另一基板的高频激光。8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一印刷单元和/或所述第二印刷单元中的一个或两个是激光辅助沉积/激光分配系统，所述激光辅助沉积/激光分配系统从其位于其中的重力场的主轴旋转了0
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90度或90
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180度。9.如权利要求2所述的系统，其中所述第一印刷单元包括以下之一：喷墨头系统，所述喷墨头系统被配置为将材料的所述点状部分直接喷射至所述中间基板；分配器头系统，所述分配器头系统配置成将材料的所述点状部分直接印刷到所述中间基板上；胶版印刷机模块；凹版印刷模块；或配置为将材料的所述点状部分直接印刷到所述中间基板的另一印刷模块。10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第一印刷单元配置为维持所述施体基板和所述中间基板之间的明确限定的间隙。11.如前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：IO技术集团公司，
类型：发明
国别省市：