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丝网印刷各参数及其对印刷质量的影响,苏州阿特斯阳光电力科技有限公司工艺部潘励刚2007-10-08,1.网版概述,丝网印刷离不开丝网，丝网是网版图形的载体，是支撑感光胶膜控制印刷浆料量的重要工具，决定了印刷的精度和质量。丝网根据材质可分为尼龙丝网、聚酯丝网和不锈钢丝网。尼龙丝网和聚酯丝网：印刷图形重现性差，油墨厚度的均匀性较难控制，绷网时张力受到限制，适用于一般质量要求不高的网印产品。不锈钢丝网：具有线径均匀，网纱厚度一致，张力稳定的特征，印刷图形质量好，适应性广，尤其是在制作高精度高密度高质量的网印产品和作业方面得到广泛的应用。丝网根据目数可分为低网目数(低于200目)、中网目数(200-300目)和高网目数(高于300目)。,2.不锈钢丝网的几何和物理特性参数,2.1经线、纬线(m)2.2线径（m）、网孔宽度（m）2.3目数（孔数/英寸）2.4开孔率（%）2.5丝网厚度/纱厚（m）2.6丝线编织结构2.7屈服点2.8理论透墨高度（m）与理论透墨体积（）2.9丝网再现线条的最细宽度值（m）2.10张网角度2.11刮刀角度2.12丝网张力2.13网框尺寸,2.1经线、纬线,不锈钢丝网由经纬线编织而成。长度方向即平行于织边的纵线为经向。宽度方向即垂直于经向的横线称纬向。丝网当中仅有不锈钢丝网才具有精密的特征数据，主要是线径、网孔宽度、厚度、拉伸屈服点和表面光泽等。,2.2线径（d）、网孔宽度（W）,不锈钢丝网最基本最重要的特征参数就是线径(d)和网孔宽度(W)，如右图，其它的参数基本上由它们衍生出来。有些不锈钢丝网的规格型号就是由线径和网孔宽度组成如瑞士Bopp丝网型号为SD40/25的丝网它表示丝网线径为25m网孔宽度为40m。,2.2.1线径（d）,线径是指网丝的直径。不锈钢丝线的线径一般在20-100m范围，而通常聚酯或尼龙丝线的线径在30-130m之间。由于不锈钢丝的线径细，故能编织出精细且目数很高的丝网。衡量不锈钢丝质量的参数：线径误差、丝线圆整度误差。,2.2.2网孔宽度（W）,网孔宽度(W)是指丝网孔径的大小，计算公式如下：浆料的平均细度必须与丝网的开孔大小相适应，丝网的网孔宽度应是浆料平均细度的3-5倍。因为浆料中有10%-20%的颗粒大于平均细度。,网孔宽度误差计算：当网孔宽度误差值超过10%时，用肉眼就能够分辨出丝网宽度的不均匀度，即网孔的疏密程度，这会影响图形的印刷精度、分辨率等。,2.3目数（M）,目数(M)是丝网最重要的参数之一，是人们选用丝网的首选参数。常用目数单位为孔数/厘米或线数/厘米，英制单位为孔数/英寸或线数/英寸。瑞士、德国、意大利等西欧国家在计算目数时大多采用公制为单位，而日本则采用英制为单位。计算公式：,2.4开孔率（Ao）,开孔率(Ao)直接影响印刷时油墨的透过体积，其计算公式如下：,2.5丝网厚度/纱厚（D）,丝网厚度(D)是指丝线经纬向交叉的厚度，如右图，其计算的经验公式如下：丝网的线径和编织技术决定了丝网厚度，其与油墨透过体积也有一定的关系。膜厚：涂覆在丝网上的感光胶的厚度。,：,2.6丝线编织结构,不锈钢丝网的编织结构由丝线的机械性能和织造技术来决定。所谓编织结构就是指不锈钢织物经线与纬线相互交织的形式。不锈钢丝网织物的编织结构主要有二种：平纹结构、斜纹结构。,2.6.1平纹结构,经线与纬线每隔一根线交错一次，由二根经线与二根纬线组成一个单位组织循环的织物结构。其正反面的特征基本相同，断裂强度较大即一上一下的形式，其结构如右图：,2.6.2斜纹结构,一根经线与二根纬线或二根经线与二根纬线交错一次，由此编织组成的一个单位循环的织物结构。即一上二下的形式，其结构见右图：,2.6.3编织结构,当网孔宽度(W)与丝径(d)之比值，即W/d小于1.3时丝网结构通常为斜织结构，丝网的编织密度较密，这样可以避免丝线在弯折时变形或折断；当W/d的值大于1.3时，通常采用平织结构。产线使用的网版W/d值为1.8左右；当W/d的值太大5时，丝网结构不紧凑，丝网编织密度较疏松，容易造成织物上的纬线倾斜不与经线垂直的纬斜现象，还会造成丝线之间位置的相对移动以及形成不锈钢丝线的不均匀排布，从而产生交错厚薄段的云纹现象。,2.7屈服点（Fo）,屈服点(Fo)就是不锈钢丝线在拉伸时弹性变形范围内张力数值的临界点。拉伸张力一旦超过这个临界数值，不锈钢丝线就由弹性变形转为塑性变形，这时丝线就失去其固有的弹性拉伸，以后再也不能回复到原状。不锈钢丝网有很高的屈服点。,2.8理论透墨高度（t）与理论透墨体积（Vth）,当丝网厚度为D，开孔率为Ao时，理论透墨高度即为丝网厚度与开孔率之积：单位面积内的理论透墨体积（Vth）:,2.8理论透墨高度（t）与理论透墨体积（Vth）,实际上的透墨体积还要考虑到印刷的具体情况，如刮胶的硬度、角度和刀口尖度、印刷速度、压力、浆料的粘度和膜厚等。,2.9丝网再现线条的最细宽度值,在丝网印刷中，印刷精度与丝网有着密切联系，在选用网版时，必须使丝网目数和印刷精细线条相对应。丝网再现线条的最细宽度值通常与丝网直径、网孔宽度有直接关系。最细线条宽度值计算公式为：,2.10张网角度,张网角度是指丝网的经、纬线与网框边的夹角。张网有两种形式：正绷网、斜交绷网。正绷网即丝网经、纬线与网框边呈90度。斜交绷网是指丝网的经、纬线分别与网框四边呈一定的角度。采用斜交绷网利于提高印刷质量，对增加漏墨量也有一定效果。在印刷精度要求比较高和彩色印刷中，绷网角度的选择对印刷质量有直接的影响。一般常适用的绷网角度是20度一35度。我们使用的网版张网角度都为22.5度。,2.11刮刀角度,刮刀角度是指刮胶纵长方向与其运动方向在90角范围内任意变换的角度。刮刀角度决定了刮胶作用于浆料的角度，在这个角度下，刮胶将浆料沿着网版推动，并且使其透过网孔、填充开孔网眼。刮胶尖端和网版做直接的线接触。刮胶作用于浆料的真正角度与最初的设置角度可能会有显著的差别，这取决于印刷压力、刮胶硬度、刀口形状、网布张力等，真正的作用角度实际上是很难测量的。刮刀角度可调范围为45-75度，理想的作用角度在6070度之间。,2.12丝网张力,丝网印刷过程中，刮胶刃口与丝网、硅片呈线接触，一旦受压的力消失，丝网应立即离开硅片，否则，将印不出所需要的清晰图案。因此，丝网本身必须具有一定的弹性，而且必须大小合适，张力即是衡量网版弹性的参数。丝网张力是影响丝网印刷质量的重要因素之一，丝网各处的张力必须均匀一致，绷好的丝网要保证在使用期内的张力稳定。张力过大，需要更大的印刷压力，易造成破网；张力过小，印刷时回弹力小，易粘网，擦糊细小线条，影响印刷质量。,2.13网框尺寸,网框面积的大小，一般为印刷物面积的2倍。网框面积与印刷物面积的比例过小，印刷物的印刷精度会下降。因此，为了保证印刷质量，网框面积不能小于印刷物面积的1.8倍。,3.印刷参数与印刷质量的关系,3.1丝网印刷原理3.2正面栅线烧结前后高宽比较3.3印刷压力的影响3.4印刷速度的影响3.5丝网间隙的影响3.6刮胶硬度的影响3.7刮胶角度的影响3.8浆料黏度的影响3.9纱厚、膜厚的影响3.10印刷台面的影响,3.1丝网印刷原理,丝网印刷五大要：网版、刮胶、浆料、印刷台及承印物。基本原理：利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时在网版上加入浆料，刮胶对网版施加一定压力，同时朝网版另一端移动。浆料在移动中从网孔中挤压到承印物上，由于粘性作用而固着在一定范围之内。由于网版与承印物之间保持一定的间隙，网版通过自身的张力产生对刮胶的回弹力，使网版与承印物只呈移动式线接触，而其它部分与承印物为脱离状态，浆料与丝网发生断裂运动，保证了印刷尺寸精度。刮胶刮过整个版面后抬起，同时网版也抬起，并通过回墨刀将浆料轻刮回初始位置，完成一个印刷行程。,3.2正面栅线烧结前后高宽比较,烧结后正面栅线浆料下榻，高度降低，宽度变大，如下图：,3.3印刷压力的影响,在印刷过程中刮胶要对丝网保持一定的压力，且这个力必须是适当的。印刷压力过大，易使网版、刮胶使用寿命降低，使丝网变形，导致印刷图形失真。印刷压力过小，易使浆料残留在网孔中，造成虚印和粘网。在适当的范围内加大印刷压力，透墨量会减小（浆料湿重减小），栅线高度下降，宽度上升。,3.4印刷速度的影响,印刷速度的设定必须兼顾产量和印刷质量。对印刷质量而言，印刷速度过快，浆料进入网孔的时间就短，对网孔的填充性变差，印刷出的栅线平整性受损，易产生葫芦状栅线。印刷速度上升，栅线线高上升，线宽下降。印刷速度变慢，下墨量增加，湿重上升。,3.5丝网间隙的影响,在其他条件一定的情况下，丝网间隙与湿重大致有如右图的关系：最初两者几乎呈比例上升，之后丝网间隙加大，湿重降低，最后突然变为零。丝网印刷时使用的是曲线的前半段（即呈比例上升段）。由此可知，丝网间隙加大，下墨量多，湿重增大。丝网间隙过大，易使印刷图形失真；过小，容易粘网。,3.6刮胶硬度的影响,刮胶材料一般为聚胺脂或氟化橡胶，硬度60-90A。刮胶硬度越大，印刷的图形越精确，原图的重现性越好。因此，正面栅线的印刷就需要选用硬度较高刮胶。刮胶硬度小，其他参数不变的情况下湿重就大，线高增加，线宽变大。,3.7刮胶角度的影响,刮胶角度的调节范围为45-75度。实际的刮胶角度与浆料有关，浆料黏度越高，流动性越差，需要刮胶对浆料向下的压力越大，刮胶角度接就越小。在印刷压力作用下，刮胶与丝网摩擦。开始一刷时近似直线，刮胶刃口对丝网的压力很大，随着印刷次数增加，刃口呈圆弧形，作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮胶刃口处与丝网的实际角度小于45度，易使印刷线条模糊，粘网。在可调范围内，减小刮胶角度，下墨量增加，湿重加大。刮胶刃口钝，下墨量多，线宽大。,3.8浆料黏度的影响,印刷时浆料黏度的变化（触变性）如右图所示：浆料的黏度与流动性呈反比，黏度越低，流动性越大，可在一定程度保证印刷的质量。浆料黏度过大，透墨性差，印刷时易产生桔皮、小孔。浆料黏度过小，印刷的图形易扩大（栅线膨胀），产生气泡、毛边。,3.9纱厚、膜厚的影响,一般情况下，丝网目数越低，线径越粗，印刷后的浆料层越高，因此丝网目数较高时，印刷后浆料层就低一些。对于同目数的丝网，纱厚越厚，透墨量越少。在一定范围内，感光胶膜越厚，下墨量越大，印刷的栅线越高。但膜厚增大，易造成感光胶脱落。,3.10印刷台面的影响,印刷台面的水平度：印刷时电池片被吸附于印刷台面，若台面不平，电池片在负压下易破裂。一般电池片水平度应小于0.02mm。印刷台面与网版的平行度：决定了印刷浆料的一致性。一般二者平行度应小于0.04mm。印刷台的重复定位精度：太阳能电池片印刷台的重复定位精度需达到0.01mm。,4.丝网印刷常见问题及排除方法,4.1正确的网版擦拭方法4.2虚印4.3堵网4.4漏浆4.5粘网4.6厚薄不均4.7碎片,4.8印刷偏移4.9毛刺，线条模糊4.10铝珠铝包4.11翘曲4.12缺印4.13印刷图形失真,4.1正确的网版擦拭方法,发现断线、虚印等异常现象，在网版底部来回擦拭擦网版时，注意用力均匀，不可局部受力，导致网版形变。先用酒精擦拭，再用干净抹布擦拭一遍（一定要将酒精擦干净，否则会导致漏浆）。观察印刷效果，不行的话重复以上动作或者在网版上下两面同时擦拭，严重的更换刮胶或网版。,4.2虚印、断线,产生原因1.堵网2.印刷参数设置不合理（印刷压力过小，丝网间隙过大）。3.刮胶安装不平。4.网版质量差（张力太小或不均匀，感光胶膜制作不良）。5.印刷台面不平。6.硅片厚薄不均（有线痕）。7.浆料黏度过大。8.浆料粒度过大。,解决方法1.擦拭网版，严重的更换网版。2.设置合理的印刷参数。3.重新安装刮胶直至平整。4.更换网版。5.调节印刷台面。6.切换合格硅片。7.浆料搅拌足够时间。8.切换浆料。,4.3堵网,产生原因1.浆料在网版上停留时间过长。2.网版质量问题。3.浆料黏度过大。4.环境湿度过小。5.浆料粒度过大，6.网版选型不当。,解决方法1.作业过程不连续时及时清理网版。短时间停顿可用浆料盖住网版。2.更换网版。3.浆料搅拌适当时间，必要时可加入1-2滴松油醇。4.调节湿度。5.切换浆料6.选择合适的网版型号。,4.4漏浆,产生原因1.网版破损。2.印刷机未清理干净。,解决方法1.及时修补网版，不能修补的更换网版。2.保持印刷机台面，传送带，网带，定位夹具的洁净，经常清理。3.浆料漏在电池片边缘的，须打磨电池片侧面。,4.5粘网,产生原因1.印刷压力过小。2.丝网间隙过小。3.浆料黏度过大。4.刮胶角度过小或刮胶刃口磨损。5.印刷速度过快。6.网版张力不够。7.印刷台面真空吸力不够。,解决方法1.加大印刷压力。2.加大丝网间隙。3.浆料搅拌适当时间。4.重新安装或更换刮胶。5.降低印刷速度。6.更换网版。7.调大真空吸力。,4.6厚薄不均,产生原因1.刮胶安装不对。2.印刷台面平行度不够。3.硅片厚薄不均。4.印刷电机运行速度不一致。5.网版张力不一致。,解决方法1.重新安装刮胶。2.校正印刷台面平行度。3.切换合格硅片。4.检查维修电机。5.更换合格网版。,4.7碎片,产生原因1.印刷压力过大。2.定位夹具过紧。3.印刷台面有突出。4.硅片质量问题。5.硅片传递过程中造成隐裂。,解决方法1.降低印刷压力。2.调松定位夹具。3.清理台面。4.切换合格硅片。5.查找具体原因。,4.8印刷偏移,产生原因1.网版未对准。2.定位夹具精度不够。3.硅片尺寸不一。4.硅片重量差异过大。,解决方法1.重新对网版。2.调整定位夹具。3.切换合格硅片。4.切换合格硅片。,4.9毛刺，线条模糊,产生原因1.浆料黏度过大。2.印刷压力过大。3.刮胶不平。4.丝网间隙过小。5.网版张力不够。6.印刷时硅片移动,解决方法1.调整浆料黏度。2.降低印刷压力。3.重装刮胶。4.加大丝网间隙。5.更换合格网版。6.加大真空吸力。,4.10铝珠铝包,铝珠一般由于背场湿重过高引起，降低湿重即可解决。铝包通常有五个因素决定：背场湿重，硅片重量，硅片表面状况，浆料，烧结。现场生产时主要通过调节背场湿重来控制铝包。一般加大背场湿重会减少铝包。,4.11翘曲,产生原因1.铝背场湿重过大。2.硅片太薄。3.浆料原因。,解决方法1.降低湿重。2.切换合格硅片。3.试用新浆料。,4.12缺印,产生原因1.浆料未及时添加。2.丝网间隙过大。3.印刷压力过小。4.硅片表面有异物。5.硅片厚薄不均。,解决方法1.及时添加浆料。2.降低丝网间隙。3.加大印刷压力。4.清除异物。5.切换合格硅片。,4.14正电极混有铝浆,烧结,原理：银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干,有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。烧结工艺是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构，形成较好的欧姆接触。烧结炉：1-3温区为烘干区，4-9温区为烧结区,较好的烧结效果,较差的烧结效果,测试,1.标准测试条件光源辐照度：1000W/m2；测试温度：2520C；AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。,2.太阳电池等效电路,3.测试