RU2763278C1

RU2763278C1 - Method for determining the resolution of the screen printing process

Info

Publication number: RU2763278C1
Application number: RU2021109356A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валерьевич Ермолаев; Павел Валерьевич Ермолаев
Priority date: 2021-04-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2021-12-28

Abstract

FIELD: printing; textile industries; electronics.

SUBSTANCE: invention relates to the technique of measuring the resolution of a screen printing plate and the screen printing process as a whole and can be used in the field of printing, textile and electronic industries. The method for measuring the resolution is implemented using a test film assembly made in the form of a glass photographic plate, on the surface of which a schematic drawing with linear elements of a given width and the distance between them is applied. This test film assembly is placed on the surface of the photosensitive stencil material and exposed to it with subsequent development. An image is obtained through the stencil, a graphical model of the blank elements of the stencil and the image is built in the coordinate system a-d, where a is the width of the reproduced element, d is the distance between neighboring elements. The obtained curves are analyzed, intersection points are found and the resolution limit of the screen printing process is calculated at the current technological parameters and materials used. The claimed method makes it possible to determine the influence of specific factors of screen printing on the reproduction accuracy of discrete elements through a screen printing plate.

EFFECT: definition of a favorable range of values is carried out, which guarantees high-quality reproduction of elements of the appropriate width and distance between them, as well as determining those cases when using screen printing with the current parameters and materials is not feasible.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения разрешающей способности трафаретной печатной формы и процесса трафаретной печати в целом, и может быть использовано в области полиграфии, текстильной и электронной промышленности.The invention relates to a technique for measuring the resolution of a screen printing form and the screen printing process as a whole, and can be used in the field of printing, textile and electronic industries.

Известен способ определения разрешающей способности светочувствительных материалов [1 - Боброва Ю.С., Цветков Ю.Б. Контактная фотолитография и травление тонкопленочных структур // Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Процессы и оборудование микротехнологии». - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2018. - С. 19-20], где используется тестовый фотошаблон в виде решетки с участками чередующихся прозрачных и непрозрачных полос, ширина и расстояние между которыми непрерывно уменьшаются. В качестве меры разрешающей способности принимается число линий, дискретно воспроизводимых на одном миллиметре светочувствительного слоя фоторезиста. Недостатком указанного способа является отсутствие криволинейных участков, иммитирующих, например, линии проводящих элементов топологии, присутствующие в любой коммутационной разводке печатных плат или корпусов микросхем, что не позволяет оценить точность оттиска криволинейных элементов при трафаретной печати.A known method for determining the resolution of photosensitive materials [1 - Bobrova Yu.S., Tsvetkov Yu.B. Contact photolithography and etching of thin-film structures // Guidelines for the implementation of laboratory work on the discipline "Processes and equipment of microtechnology". - M.: MSTU named after N.E. Bauman, 2018. - S. 19-20], where a test photomask is used in the form of a lattice with sections of alternating transparent and opaque stripes, the width and distance between which are continuously decreasing. As a measure of resolution, the number of lines discretely reproduced on one millimeter of the photosensitive photoresist layer is taken. The disadvantage of this method is the absence of curvilinear sections imitating, for example, lines of conductive topology elements present in any switching wiring of printed circuit boards or microcircuit packages, which does not allow evaluating the accuracy of the imprint of curvilinear elements during screen printing.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения разрешающей способности фоторезиста [1 - Щеглов С.А. Технология трафаретной печати // Методические указания к лабораторным работам по курсу «Специальные виды печати». - М.: ГОУ ВПО «ОМГТУ», 2011. - С. 13-14], который заключается в экспонировании трафарета, поверх которого размещается тестовая фотоформа с содержанием радиально расположенных элементов штриховой миры, проявлении трафаретной печатной формы и последующей оценке степени проявления центральных участков штриховой миры с соответствующими числовыми значениями. Недостатком известного способа является отсутствие возможности отследить на практике, как меняется качество воспроизводимых элементов одинаковой ширины на более длительных и повторяющихся участках неизменной геометрии.The closest technical solution, selected as a prototype, is a method for determining the resolution of the photoresist [1 - Shcheglov S.A. Screen printing technology // Guidelines for laboratory work on the course "Special types of printing". - M .: GOU VPO "OMGTU", 2011. - S. 13-14], which consists in exposing a stencil, on top of which a test photoform is placed with the content of radially arranged elements of a dashed world, the development of a screen printing form and the subsequent assessment of the degree of manifestation of the central sections dashed worlds with corresponding numerical values. The disadvantage of the known method is the inability to track in practice how the quality of reproduced elements of the same width changes over longer and repetitive sections of the same geometry.

Тестовые фотоформы с наличием штриховых линейных и радиальных элементов применяются для определения точного времени засветки светочувствительного материала и определения его разрешающей способности, но разрешающую способность самого процесса трафаретной печати оценить не способны. Сложность определения разрешающей способности самого метода трафаретной печати обусловлена наличием большого количества факторов, влияющих на возможность воспроизведения элементов трафаретной печати заданной ширины. К наиболее важным относятся разрешающая способность самого фоточувствительного материала, скорость движения ракеля, вязкость и кроющая способность жидкого материала, с помощью которого формируется рисунок, материал и угол заточки ракельного полотна, и многие др.Test photoforms with the presence of dashed linear and radial elements are used to determine the exact exposure time of a photosensitive material and determine its resolution, but they cannot evaluate the resolution of the screen printing process itself. The complexity of determining the resolution of the screen printing method itself is due to the presence of a large number of factors that affect the ability to reproduce screen printing elements of a given width. The most important are the resolution of the photosensitive material itself, the speed of the squeegee, the viscosity and hiding power of the liquid material with which the pattern is formed, the material and sharpening angle of the squeegee blade, and many others.

Целью настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего определять разрешающую способность процесса трафаретной печати.The aim of the present invention is to provide a method for determining the resolution of a screen printing process.

Поставленная цель достигается тем, что способ определения разрешающей способности процесса трафаретной печати включает изготовление трафарета с использованием тестовой фотоформы с наличием сложного схематического рисунка, содержащего многочисленные изгибы и длительные прямые участки неизменной геометрии, последующее нанесение рисунка через трафарет на запечатываемую поверхность, сравнительный анализ ширины и расстояния между соседними элементами запечатываемого изображения и графической модели пробельных элементов трафарета при вариации любых параметров трафаретной печати и реологических свойств материала, с помощью которого формируется трафаретное изображение.This goal is achieved in that the method for determining the resolution of the screen printing process includes the manufacture of a stencil using a test photoform with a complex schematic pattern containing numerous bends and long straight sections of unchanged geometry, subsequent drawing a pattern through the stencil on the surface to be printed, a comparative analysis of the width and distance between adjacent elements of the printed image and the graphic model of the blank elements of the stencil when varying any screen printing parameters and the rheological properties of the material with which the stencil image is formed.

На фиг. 1 схематически изображена тестовая фотоформа, осуществляющая предлагаемый способ.In FIG. 1 schematically shows a test photoform that implements the proposed method.

Тестовая фотоформа, реализующая предлагаемый способ, содержит светопроницаемый носитель. В качестве светопроницаемого носителя использована стеклянная фотопластина из кварцевого оптического стекла. На ее поверхность нанесен схематический рисунок на основе галогенида серебра. Как показано на Фиг. 2, топологический рисунок тестовой фотоформы состоит из 11 участков, каждый из которых представляет три последовательно размещенные линии с одинаковой шириной 1 и расстоянием между ними 2, которые варьируются от 50 до 150 мкм включительно, с шагом 10 мкм между участками. Ширина линий 1 и расстояние между ними 2 внутри каждого участка остаются постоянными. Линии тестовой фотоформы содержат как прямые 3, так и извилистые области 4, меняющие направление под углом 45°.The test photoform implementing the proposed method contains a translucent carrier. A glass photoplate made of quartz optical glass was used as a translucent carrier. A schematic pattern based on silver halide is applied to its surface. As shown in FIG. 2, the topological pattern of the test photoform consists of 11 sections, each of which represents three sequentially placed lines with the same width 1 and distance 2 between them, which vary from 50 to 150 μm inclusive, with a step of 10 μm between the sections. The width of the lines 1 and the distance between them 2 within each section remain constant. The lines of the test photoform contain both straight lines 3 and winding areas 4 changing direction at an angle of 45°.

Изготовление трафарета проводят с использованием тестовой фотоформы, представленной на Фиг. 1. На трафаретную сетку наносят слой фоторезиста необходимой толщины, затем на поверхности фоторезиста размещают тестовую фотоформу и экспонируют трафаретную заготовку. После проявления фоторезиста, измеряют ширину открытых элементов трафарета и расстояние между ними на каждом из 11 участков. Измерение данных параметров выполняют в количестве 10 раз и для каждого участка высчитывают среднее значение. По средним значениям строят графическую модель пробельных элементов трафарета в системе координат а-d, где а - ширина пробельного элемента трафарета, d - расстояние между соседними пробельными элементами трафарета.The manufacture of the stencil is carried out using the test photoform shown in FIG. 1. A layer of photoresist of the required thickness is applied to the stencil grid, then a test photoform is placed on the surface of the photoresist and the stencil blank is exposed. After developing the photoresist, measure the width of the exposed elements of the stencil and the distance between them in each of the 11 areas. These parameters are measured 10 times and the average value is calculated for each section. According to the average values, a graphical model of the blank elements of the stencil is built in the coordinate system a-d, where a is the width of the blank element of the stencil, d is the distance between adjacent blank elements of the stencil.

Через трафарет получают изображение на запечатываемой поверхности и повторяют процедуру построения графической модели уже для полученного изображения, измеряя последовательно ширину элементов трафаретного рисунка а и расстояния между ними d.Through the stencil, an image is obtained on the printed surface and the procedure for constructing a graphic model is repeated for the already obtained image, measuring successively the width of the elements of the stencil pattern a and the distance between them d.

Далее проводят сравнительный анализ построенных кривых, как показано на Фиг. 3. Точка их пересечения служит пределом разрешающей способности процесса трафаретной печати. При этом часть кривой полученного изображения, лежащей ниже графической модели пробельных элементов трафарета, является благоприятной областью значений и гарантирует качественное воспроизведение элементов соответствующей ширины и расстоянием между ними. Область значений, располагающихся выше графической модели пробельных элементов трафарета, считают нереализуемой методом трафаретной печати с текущими параметрами и материалами.Next, a comparative analysis of the constructed curves is carried out, as shown in Fig. 3. The point of their intersection is the limit of the resolution of the screen printing process. In this case, the part of the curve of the obtained image, which lies below the graphic model of the blank elements of the stencil, is a favorable range of values and guarantees high-quality reproduction of elements of the appropriate width and distance between them. The range of values located above the graphical model of the blank elements of the stencil is considered unrealizable by the screen printing method with the current parameters and materials.

Предлагаемый способ позволяет не только определить, но и скорректировать текущее значение разрешающей способности путем изменения параметров трафаретной печати или используемых материалов, оценки отклика новой графической модели изображения на заданные изменения, сравнения новой графической модели с предыдущей, и последующей оценки целесообразности вводимого изменения. Таким образом определяют наиболее значимый фактор, влияющий на величину разрешающей способности процесса трафаретной печати, а также оценивают характер его воздействия.The proposed method allows not only to determine, but also to correct the current resolution value by changing the screen printing parameters or the materials used, evaluating the response of the new graphic image model to the specified changes, comparing the new graphic model with the previous one, and then evaluating the feasibility of the introduced change. Thus, the most significant factor affecting the resolution of the screen printing process is determined, and the nature of its impact is also assessed.

Предлагаемый способ позволяет работать как с сухими пленочными фоторезистами, так и с жидкими фотоэмульсиями, общей толщиной от 5 до 50 мкм включительно.The proposed method allows you to work with both dry film photoresists and liquid emulsions, with a total thickness of 5 to 50 microns inclusive.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что в заявленном способе оценка разрешающей способности светочувствительного материала проводится по воспроизводимым в слое фоторезиста элементам одинаковой ширины и неизменным расстоянием между ними, а в прототипе - по элементам, непрерывно изменяющимся по ширине. Заявленный способ позволяет определить разницу в разрешении криволинейных и прямолинейных участков, воспроизводимых в слое фоторезиста, а прототип - только прямолинейных участков. Кроме того, заявленный способ в отличие от прототипа, позволяет определить влияние конкретных факторов трафаретной печати на точность воспроизведения дискретных элементов через трафаретную печатную форму, что затрудняет использовать прототип для корректировки параметров трафаретной печати с целью улучшения качества изображения на запечатываемой поверхности.A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that in the claimed method, the resolution of the photosensitive material is evaluated by elements of the same width and constant distance between them reproduced in the photoresist layer, and in the prototype - by elements that continuously change in width. The claimed method allows to determine the difference in resolution of curved and straight sections reproduced in the photoresist layer, and the prototype - only straight sections. In addition, the claimed method, unlike the prototype, allows you to determine the impact of specific screen printing factors on the fidelity of discrete elements through the screen printing plate, which makes it difficult to use the prototype to adjust the screen printing parameters in order to improve the image quality on the printed surface.

Результатом сопоставительного анализа является установление факта соответствия заявляемого способа определения разрешающей способности процесса трафаретной печати критерию "новизна".The result of the comparative analysis is the establishment of the fact that the proposed method for determining the resolution of the screen printing process meets the criterion of "novelty".

Сравнение заявленного способа определения разрешающей способности светочувствительного материала не только с прототипом, но и с другими способами определения разрешающей способности фоторезистов позволило выявить признаки, отличающие заявленный способ от прототипа и других способов, что в свою очередь позволило сделать вывод о соответствии заявленного способа критерию "изобретательский уровень".Comparison of the claimed method for determining the resolution of a photosensitive material not only with the prototype, but also with other methods for determining the resolution of photoresists made it possible to identify features that distinguish the claimed method from the prototype and other methods, which in turn led to the conclusion that the claimed method meets the criterion of "inventive step ".

Claims

The method for measuring the resolution of the screen printing process includes making a stencil using a test photoform and obtaining a printed image, characterized in that the resolution is measured based on the results of a comparative analysis of the width and distance between adjacent elements of the printed image and a graphical model of blank elements of the stencil.