Per comprendere la causa principale del divario di precisione, è necessario prima vedere le differenze nei principi di funzionamento dei due processi.
Logica di alta precisione del metodo fotochimico
Il metodo fotochimico, che di solito corrisponde alla fotolitografia nella produzione elettronica, ha la logica fondamentale di "imaging ottico+incisione/deposizione chimica". Utilizza la sensibilità del fotoresist a specifiche lunghezze d'onda della luce e proietta motivi sulla superficie del substrato rivestito con fotoresist attraverso una maschera. L'area esposta subisce una reazione fotochimica, che dopo lo sviluppo forma un modello estremamente fine resistente alla corrosione.
Cosa determina l’accuratezza del metodo fotochimico? Lunghezza d'onda della sorgente luminosa, risoluzione del sistema di lenti ottiche, precisione della maschera e prestazioni del fotoresist. Nella produzione di semiconduttori, la litografia ultravioletta profonda (DUV) e persino ultravioletta estrema (EUV) può ridurre le dimensioni delle caratteristiche a pochi nanometri. I bordi della grafica sono quasi verticali, la larghezza della linea è estremamente uniforme e non vi è quasi alcuna deformazione causata dal contatto fisico. Questo è il motivo fondamentale per cui il metodo fotochimico può incidere decine di milioni di transistor su wafer di silicio.
Il collo di bottiglia della precisione della serigrafia
Il principio della serigrafia è completamente diverso. Comprime l'inchiostro (o l'impasto liquido) attraverso l'area di apertura del telaio mediante la pressione del raschietto e lo trasferisce sulla superficie del substrato. Il meccanismo di "spremitura fisica attraverso la rete" determina che essa affronti con precisione diversi limiti insormontabili:
Limitazioni strutturali della mesh dello schermo
La rete metallica stessa è composta da fili di ordito e di trama intrecciati. Non importa quanto sia fine la maglia o quanto sia alta la sua dimensione, i fori della maglia sono sempre aperture quadrate o approssimativamente quadrate. Quando si stampano linee sottili, l'inchiostro viene trasferito attraverso queste aperture discrete e i bordi delle linee mostrano inevitabilmente un "effetto dente di sega" - proprio come quando si utilizzano blocchi per creare linee diagonali, che non sono mai lisce a livello microscopico. Questo è il motivo fondamentale per cui la precisione della serigrafia non può superare il limite fisico.
Flusso e diffusione dell'inchiostro
Dopo che l'inchiostro è stato estruso dalla rete, scorrerà e si diffonderà in una certa misura sulla superficie del substrato (specialmente su materiali ad alta energia superficiale). Questa diffusione capillare può far sì che le linee stampate siano leggermente più larghe delle aperture sullo schermo, con conseguente sfocatura dei bordi. La legge fotochimica non presenta questo problema: la struttura del fotoresist è strettamente definita dall'area di esposizione e i bordi risultano netti dopo lo sviluppo chimico.
Pressione del raschiatore e deformazione della distanza della rete
Durante la stampa serigrafica, il raschiatore preme il telaio contro il supporto provocando una deformazione elastica del telaio; Dopo aver raschiato, lo schermo rimbalza e si stacca. Durante questo processo, la quantità di inchiostro trasferita è influenzata dalla pressione, dall'angolo, dalla velocità e dalla distanza della rete (lo spazio tra il retino e il substrato) del raschiatore. Qualsiasi piccola fluttuazione nei parametri può portare a uno spessore dello strato di inchiostro non uniforme, che a sua volta influisce sulla coerenza della larghezza della linea. Il metodo fotochimico appartiene all'imaging senza contatto (esposizione tramite proiezione) e non comporta deformazione fisica del contatto.
La naturale contraddizione tra spessore del film e precisione
Un vantaggio unico della serigrafia è la capacità di stampare strati di inchiostro spessi (da pochi micrometri a centinaia di micrometri), difficile da ottenere con metodi fotochimici. Tuttavia, durante la stampa su film spesso, il ritiro e il flusso dell'inchiostro durante il processo di asciugatura/sinterizzazione ridurranno ulteriormente la precisione dei bordi. La ricerca di un'elevata precisione richiede il sacrificio dello spessore della pellicola, mentre la ricerca di una pellicola spessa richiede l'accettazione di una diminuzione della precisione: questo è un compromesso difficile nella tecnologia di stampa serigrafica.
Nel complesso, la precisione stabile della serigrafia industriale è solitamente compresa tra ± 20 μm e ± 50 μm (a seconda dell'attrezzatura e del livello del processo), mentre il metodo fotochimico può facilmente raggiungere ± 1 μm o anche superiore. I due sono completamente diversi in termini di dimensione di precisione.
