Para comprender la causa fundamental de la brecha de precisión, primero es necesario ver las diferencias en los principios de funcionamiento de los dos procesos.
Lógica de alta precisión del método fotoquímico.
El método fotoquímico, que normalmente corresponde a la fotolitografía en la fabricación electrónica, tiene la lógica central de "imagen óptica + grabado/deposición química". Utiliza la sensibilidad del fotorresistente a longitudes de onda de luz específicas y proyecta patrones sobre la superficie del sustrato recubierto con fotorresistente a través de una máscara. El área expuesta sufre una reacción fotoquímica, que forma un patrón extremadamente fino resistente a la corrosión después del revelado.
¿Qué determina la precisión del método fotoquímico? Longitud de onda de la fuente de luz, resolución del sistema de lentes ópticas, precisión de la máscara y rendimiento del fotorresistente. En la fabricación de semiconductores, la litografía ultravioleta profunda (DUV) e incluso ultravioleta extrema (EUV) puede reducir el tamaño de la característica a unos pocos nanómetros. Los bordes del gráfico son casi verticales, el ancho de la línea es extremadamente uniforme y casi no hay deformación causada por el contacto físico. Ésta es la razón fundamental por la que el método fotoquímico puede grabar decenas de millones de transistores en obleas de silicio.
El cuello de botella de la precisión en la serigrafía
El principio de la serigrafía es completamente diferente. Comprime la tinta (o lodo) a través del área de apertura de la pantalla mediante la presión del raspador y la transfiere a la superficie del sustrato. El mecanismo de "expresión física a través de la malla" determina que ésta se enfrente a varios techos insuperables en precisión:
Limitaciones estructurales de la malla de pantalla.
La propia malla de alambre se compone de hilos de urdimbre y trama entrelazados. No importa cuán fina sea la malla o cuán alto sea el tamaño de la malla, los orificios de la malla siempre son aberturas discretas cuadradas o aproximadamente cuadradas. Al imprimir líneas finas, la tinta se transfiere a través de estas aberturas discretas y los bordes de las líneas inevitablemente exhiben un "efecto de dientes de sierra", como si se usaran bloques para crear líneas diagonales, que nunca son suaves a nivel microscópico. Esta es la razón fundamental por la que la precisión de la serigrafía no puede exceder el límite físico.
Flujo y difusión de tinta.
Después de extruir la tinta de la malla, fluirá y se difundirá hasta cierto punto en la superficie del sustrato (especialmente en materiales de alta energía superficial). Esta difusión capilar puede hacer que las líneas impresas sean ligeramente más anchas que las aberturas de la pantalla, lo que da como resultado bordes borrosos. La ley fotoquímica no tiene este problema: el patrón del fotoprotector está estrictamente definido por el área de exposición y los bordes quedan afilados después del revelado químico.
Presión del raspador y deformación de la distancia de la malla.
Durante la serigrafía, el raspador presiona la pantalla contra el sustrato, provocando una deformación elástica de la pantalla; Después del raspado, la pantalla rebota y se desprende. Durante este proceso, la cantidad de tinta transferida está influenciada por la presión, el ángulo, la velocidad y la distancia de malla (el espacio entre la pantalla y el sustrato) del raspador. Cualquier pequeña fluctuación en los parámetros puede provocar un espesor desigual de la capa de tinta, lo que a su vez afecta la consistencia del ancho de la línea. El método fotoquímico pertenece a la obtención de imágenes sin contacto (exposición de proyección) y no implica deformación por contacto físico.
La contradicción natural entre el espesor de la película y la precisión.
Una ventaja única de la serigrafía es la capacidad de imprimir capas gruesas de tinta (que van desde unos pocos micrómetros hasta cientos de micrómetros), lo cual es difícil de lograr con métodos fotoquímicos. Sin embargo, durante la impresión de película gruesa, la contracción y el flujo de tinta durante el proceso de secado/sinterización reducirán aún más la precisión de los bordes. La búsqueda de una alta precisión requiere sacrificar el espesor de la película, y la búsqueda de una película gruesa requiere aceptar una disminución en la precisión; esta es una compensación difícil en la tecnología de serigrafía.
En general, la precisión estable de la serigrafía industrial suele estar entre ± 20 μ m y ± 50 μ m (dependiendo del equipo y el nivel del proceso), mientras que el método fotoquímico puede alcanzar fácilmente ± 1 μ m o incluso más. Los dos son completamente diferentes en términos de dimensión de precisión.
