CN101352954A - 用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法，该用于丝网印刷的掩模包括：掩模体，该掩模体由具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域和围绕该图案区域外部的外围区域构成；以及突起部，该突起部形成在掩模体背面的外围区域中。

Description

用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年7月27日提交的题为“用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法”的韩国专利申请第10-2007-0075740号的优先权，将其全部内容以引用方式结合于本申请中。
技术领域
本发明通常涉及一种用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法。更具体地说，本发明涉及一种用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法，该用于丝网印刷的掩模包括在其掩模体(mask body)背面的外围区域(周边区域，peripheral area)中的突起部(protrusion portion)，从而实现大大改善的板分离(plateseparation)的效果。
背景技术
在其中使用丝网掩模来印刷如焊膏(焊锡膏，solder paste)的印刷剂的情况下，获得均匀的印刷质量是非常重要的。影响印刷质量的因素包括如焊膏的印刷剂、丝网掩模、以及印刷机。在这些因素之中，能够改善印刷质量的丝网掩模的结构在下面进行描述。
在印刷过程(印刷工艺)中，使用金属或聚氨酯刮板(聚氨酯刮刀，urethane squeegee)将丝网掩模中的孔用印刷剂填满，之后，使丝网掩模与基板(印刷电路板(PCB)、半导体晶片等)分离。这被称为板分离，并且印刷质量根据用于板分离的条件变化很大。
例如，丝网印刷技术作为在电路基板如PCB或半导体晶片上形成焊锡凸块(焊锡球，solder bump)的方法是有用的。下面参照图5A至图5D简要地描述这样的丝网印刷技术。
丝网印刷技术包括：将对应于预定图案具有孔的丝网掩模502设置在其上待施加焊膏503的基板501上(图5A)，使用刮板504在丝网掩模502上印刷焊膏503以用焊膏填满丝网掩模502中的孔(图5B)，将丝网掩模502与基板501分离(图5C)，以及将施加在基板501上的焊膏503通过回流(重熔，reflow)进行熔化固化，由此形成微焊球504(图5D)。
丝网印刷技术被多样地使用，因为丝网印刷技术适合于大规模生产并且具有相对简单的工艺，但具有以下问题。
如图6A至图6E图解说明的，当丝网掩模603与位于印刷台601上的基板602分离时，从丝网掩模603的外围区域向丝网掩模603的中心部(central portion)进行丝网掩模603与基板602表面的分离。因此，设置在基板602的表面上的焊膏由于在基板602表面的中心部与外围区域之间的分离时间的差异而变形(deform)。以这种方式，对于板分离，因为用于板分离的时间和条件在基板的不同位置处变化，所以难以在基板上的不同位置处实现均匀的印刷质量。
即，设置在基板上的焊膏在基板的外围区域和中心部处经受不同数量的应力，因此，施加(填充)的焊膏通过丝网掩模变形，使得不能将所有的焊膏从丝网掩模转移到基板上。其中焊膏粘附至丝网掩模并因此不能转移的这种现象根据丝网掩模的位置和图案的形状而产生，不希望地引起最终产品的印刷变化。这个问题随着基板的尺寸增加、丝网掩模的图案部变薄、以及丝网掩模中孔之间的间隔减小而严重增加。
此外，如下可以引起印刷的焊膏的体积变化。当一旦印刷有膏的区域很大时，在膏的印刷与丝网掩模的分离之间的工艺过程中，基板和丝网掩模通过粘弹性的焊膏而处于彼此粘结的状态。在该状态下，为了分离丝网掩模，外部空气必须流入。其中印刷有焊膏的区域很大的情况难以实现外部空气的流入。因此，当用力分离丝网印刷时，丝网掩模和基板保持在恒定的真空状态。在这一点上，为了将掩模与基板分离，临界载荷或更大的力必须施加在丝网掩模和基板之间。在这种情况下，因为分离速度很高，所以在丝网掩模中的孔和膏之间产生高剪切应力，如图7所示，不希望地引起焊膏保留在丝网掩模的孔的壁表面上。
为了解决上述问题，已经进行了尝试以控制印刷机以便在板分离时重复预定的加速/减速模式。然而，该方法是不利的，因为必须设计用于施加加速/减速模式的复杂的装置并提供给印刷机。这样的附加的装置必须根据加速/减速模式准确地操作转移装置，因此其结构复杂并引起高成本。
发明内容
为了获得本发明，旨在解决相关技术中遇到的问题的集中和彻底的研究导致发现：可以在丝网掩模的外围区域中另外形成一个突起部，因此使得可以解决在基板和丝网掩模之间板分离时产生的低质量的问题。
因此，本发明提供了一种用于丝网印刷的掩模，并且还提供了一种使用该掩模的丝网印刷方法，该用于丝网印刷的掩模可以在均匀的用于板分离的条件下改善最终的印刷质量，而与基板的位置无关。
根据本发明，用于丝网印刷的掩模可以包括：(a)掩模体，包括具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域和围绕图案区域外部的外围区域；以及(b)突起部，形成在掩模体背面的外围区域中。
在用于丝网印刷的掩模中，突起部可以具有以多个带(strip)或(一个)格子(lattice)或(一个)立方体(cube)或(一个)柱子(pillar)形式的结构。
掩模体和突起部可以由相同的材料或不同的材料形成。
根据第一具体实施方式，突起部可以由聚合物或含填料的聚合物形成。
根据第二具体实施方式，突起部可以由单种金属(单一金属，single metal)或金属合金形成。优选地，单种金属或金属合金选自由Fe、Ni、Cr、Cu、Co、Zn、Pb、Sn、及其合金组成的组。
用于丝网印刷的掩模可以通过一系列连续的步骤(连续工艺)整体地形成。
此外，根据本发明，丝网印刷方法可以包括：(a)制备电路基板；(b)制备用于丝网印刷的掩模，该掩模包括：(i)掩模体，包括具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域和围绕图案区域外部的外围区域，以及(ii)突起部，形成在掩模体背面的外围区域中；(c)在电路基板上设置用于丝网印刷的掩模以便使用于丝网印刷的掩模的突起部与电路基板接触，并且使用刮板将印刷剂印刷在电路基板上；以及(d)将用于丝网印刷的掩模与电路基板分离。
附图说明
图1是图解说明了根据本发明的用于丝网印刷的掩模的俯视图；
图2是沿图解说明用于丝网印刷的掩模的图1的线A-A’截取的剖视图；
图3A至图3H是示意性地图解说明了制造根据本发明第一具体实施方式的用于丝网印刷的掩模的步骤的视图；
图4A至图4H是示意性地图解说明了制造根据本发明第二具体实施方式的用于丝网印刷的掩模的步骤的视图；
图5A至图5D是示意性地图解说明了根据传统技术形成焊锡凸块的步骤的视图；
图6A至图6E是示意性地图解说明了在丝网印刷过程中板分离时掩模变形的视图；以及
图7是图解说明了在丝网印刷过程中板分离时在掩模和焊膏之间产生剪切应力的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明给出详细描述。
在本发明中，提供了一种新的具有一种结构的丝网掩模，该结构提供了均匀的用于板分离的条件，而与基板的位置无关，而且并不由于板分离时的剪切应力而引起焊膏的变形。
图1是图解说明了根据本发明的用于丝网印刷的掩模的俯视图，而图2是沿图1的线A-A’截取的剖视图。
参照图1和图2，根据本发明的用于丝网印刷的掩模100包括：掩模体，由具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域104和围绕图案区域外部的外围区域103构成；以及突起部105，形成在掩模体背面的外围区域103中。
用于丝网印刷的掩模100通过如网(mesh)的保持部102牢固地保持至如金属框架的保持体101，因此便于印刷。
更具体地说，用于丝网印刷的掩模100的掩模体包括：不具有图案的外围区域103、以及具有图案的图案区域104。图案区域104具有周期性重复的预定图案。
用于丝网印刷的掩模的掩模体通常由单种金属或金属合金形成，或可替换地由聚合物或含增强填料如玻璃纤维的聚合物形成。本发明并不局限于此，相反，任何材料可以用于掩模体只要该材料在本领域是已知的。通常，用于丝网印刷的掩模的掩模体的外围区域和图案区域具有相同的厚度并由相同的材料形成。
在掩模体背面的外围区域103中，形成突起部105。突起部105可以由与用于掩模体，特别地，掩模体的图案区域104和/或外围区域103的材料相同或不同的材料形成。
优选地，突起部105由聚合物或含填料如玻璃纤维或陶瓷填料的聚合物形成，或者可替换地由单种金属或金属合金形成。单种金属或金属合金并没有特别限制，而是可以使用选自Fe、Ni、Cr、Cu、Co、Zn、Pb、以及Sn中的任何一种或其两种或多种的合金。
突起部105可以以多个带或一个格子或一个立方体或一个柱子的形式设置于定位在图案区域104之间的外围区域103中以及设置于围绕整个图案区域104定位的外围区域103中。
优选地，用于丝网印刷的掩模可以通过一系列连续的步骤整体地形成。以这种方式，在其中掩模整体地形成的情况下，突起部保持至掩模体，因此不需要附加的夹具。而且，设计自由度很高。
在下面将详细地描述制造用于丝网印刷的掩模的方法，但本发明并不限于此，并且可以使用本领域中已知的任何方法。
参照图3A至图3H，描述了制造根据本发明第一具体实施方式的掩模的方法。
在用于通过电铸(电成型，electroforming)制备金属掩模的基板(base plate)301上，施加第一感光材料302(图3A)，通常曝光/显影(图3B)，蚀刻(图3C)，然后剥离(图3D)，由此形成对应于突起部的槽(沟槽，trench)303。在图中，在基板的相对的外侧(outer side)仅形成两个用于突起部的槽303，但如果有必要的话则可以在其中心部的不同位置处形成用于突起部的另外的槽，本领域普通技术人员对此很显而易见并易于理解。
随后，施加第二感光材料304，然后通过通常的曝光和显影形成图案，由此将除了对应于孔的第二感光材料部分以外的第二感光材料304的部分除去(图3E)。感光材料包括，例如液态光致抗蚀剂或如干膜的光致抗蚀剂，并且可以使用任何材料，只要该材料在本领域中是已知的。
接着，将其上施加有第二感光材料304的基板301通过通常的金属电镀进行填镀(fill plating)，由此形成电镀层305(图3F)，之后，剥离第二感光材料304(图3G)。将由此制造的掩模与基板301分离，从而同时形成用于丝网印刷的掩模的突起部、图案区域以及外围区域(图3H)。
下面将参照图4A至图4H描述制造根据本发明第二具体实施方式的掩模的方法。
在用于通过电铸制备金属掩模的基板401上，施加第一感光材料402(图4A)，然后通过通常的曝光和显影形成图案，由此将除了对应于孔的第一感光材料部分以外的第一感光材料402的部分除去(图4B)。
随后，将其上施加有第一感光材料402的基板401通过通常的金属电镀进行填镀，由此形成电镀层403(图4C)，之后，剥离第一感光材料402，由此同时形成用于丝网印刷的掩模的外围区域和图案区域(图4D)。
接着，施加第二感光材料404，然后通过通常的曝光和显影形成图案，由此将对应于突起部的第二感光材料404的部分除去，从而形成槽405(图4E)。通过通常的金属电镀，在用于突起部的槽中形成电镀层406(图4F)。与第一具体实施方式不同，在第二具体实施方式中，突起部可以由与用于图案区域/外围区域的材料不同的材料形成。
接着，除去第二感光材料404(图4G)，并且将由此制造的掩模与基板401分离(图4H)。
将用于丝网印刷的掩模设置在其上待施加有印刷剂的电路基板如PCB或半导体晶片上，以便使掩模的突起部与电路基板接触，之后使用刮板来印刷印刷剂，然后，分离掩模，从而实现丝网印刷。
例如，在其中焊球形成在通过形成在基板的最外层中的阻焊剂开口部(solder resist open portion)露出的焊盘上的情况下，可以如下来实施丝网印刷，但本发明并不限于此。
特别地，在其上焊盘在其最外层中露出的基板上，设置用于丝网印刷的掩模以便使具有对应于焊盘的孔的用于丝网印刷的掩模的突起部与基板接触，之后，使用刮板将用作印刷剂的焊膏印刷在掩模上，由此用焊膏填满掩模中的孔。随后，将用于丝网印刷的掩模与基板分离，之后，将施加在基板上的焊膏通过通常的回流进行熔化固化，由此形成微焊球。
如上所述，根据本发明的用于丝网印刷的掩模具有形成在其图案区域的外围(即，在外围区域)中的突起部。从而，当用于丝网印刷的掩模与基板分开时，可以在基板的所有位置处形成均匀的用于板分离的条件。而且，可以将由于板分离时产生的应力引起的印刷剂的变形减至最小，由此改善印刷质量。当对大尺寸的基板如PCB进行丝网印刷时，根据本发明的用于丝网印刷的掩模的应用可以改善板分离由此增加印刷均匀性。而且，根据本发明的用于丝网印刷的掩模可以在不需要任何设备变化的情况下应用于任何印刷机。
虽然为了说明的目的已经披露了关于用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法的本发明优选的具体实施方式，但本领域普通技术人员应当理解，在本发明的技术精神的范围内，各种更改、增加以及替换是可能的。
如上文所述，本发明提供了一种用于丝网印刷的掩模以及使用该掩模的丝网印刷方法。根据本发明，用于丝网印刷的掩模具有形成在其掩模体背面的外围区域中的突起部，从而改善丝网印刷时的印刷均匀性，并防止由于板分离时的剪切应力引起的阻焊剂(阻焊膜，solder resist)的变形，而且，该用于丝网印刷的掩模可以在不需要任何设备变化的情况下应用于任何印刷机。
简单的更改、增加以及替换都落入如所附的权利要求书中限定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于丝网印刷的掩模，包括：
(a)掩模体，包括具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域和围绕所述图案区域外部的外围区域；以及
(b)突起部，形成在所述掩模体背面的所述外围区域中。
2.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述突起部具有以多个带或格子或立方体或柱子形式的结构。
3.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述掩模体和所述突起部包含相同的材料。
4.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述掩模体和所述突起部包含不同的材料。
5.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述突起部包含聚合物或含填料的聚合物。
6.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述突起部包含单种金属或金属合金。
7.根据权利要求6所述的用于丝网印刷的掩模，其中，所述单种金属或所述金属合金选自由Fe、Ni、Cr、Cu、Co、Zn、Pb、Sn、及其合金组成的组。
8.根据权利要求1所述的用于丝网印刷的掩模，所述用于丝网印刷的掩模通过一系列连续的步骤整体地形成。
9.一种丝网印刷方法，包括：
(a)制备电路基板；
(b)制备用于丝网印刷的掩模，所述用于丝网印刷的掩模包括：(i)掩模体，包括具有用于丝网印刷的孔的多个图案区域和围绕所述图案区域外部的外围区域，以及(ii)突起部，形成在所述掩模体背面的所述外围区域中；
(c)在所述电路基板上设置所述用于丝网印刷的掩模以便使所述用于丝网印刷的掩模的所述突起部与所述电路基板接触，并且使用刮板将印刷剂印刷在所述电路基板上；以及
(d)将所述用于丝网印刷的掩模与所述电路基板分离。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述突起部具有以多个带或格子或立方体或柱子形式的结构。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述掩模体和所述突起部包含相同的材料。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述掩模体和所述突起部包含不同的材料。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述突起部包含聚合物或含填料的聚合物。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述突起部包含单种金属或金属合金。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述单种金属或所述金属合金选自由Fe、Ni、Cr、Cu、Co、Zn、Pb、Sn、及其合金组成的组。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述用于丝网印刷的掩模通过一系列连续的步骤整体地形成。
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