JP2000114705A

JP2000114705A - 金属・プラスチックハイブリッドマスクの製造方法

Info

Publication number: JP2000114705A
Application number: JP28350799A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Shimoyama; 正下山; Yoshihiro Taniguchi; 義博谷口
Original assignee: Process Lab Micron Co Ltd
Current assignee: Process Lab Micron Co Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】クリームハンダの抜け性がよく、寸法精度、
連続印刷性、密着性の優れた金属・プラスチックハイブ
リッドマスクの製造方法を提供する。【解決手段】プラスチック基板に金属が積層されたプ
ラスチック基板からなる積層体全体を通してフットプリ
ント形状の開口部を有する金属・プラスチックハイブリ
ッドマスクの製造方法であって、金属が積層されたプラ
スチック基板の両面にフォトレジスト層を形成した後、
ＵＶリソグラフィー法によりレジストパターンを形成し
て、金属層を露出させ、次に露出した金属層をエッチン
グ除去した後、さらにプラスチックエッチャントでプラ
スチック層をエッチング除去して全層を通して開口部を
形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板に
ハンダを印刷するためのクリームハンダ印刷用マスクの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時プリント配線板は各種電子部品を高
密度に実装搭載されるようになっており、そのためプリ
ント配線板にハンダ印刷するためのクリームハンダ印刷
用マスクは印刷精度が高く、長時間の使用に耐えるもの
であることが要求されている。

【０００３】そのマスクの素材としては従来金属が使用
されており、金属の種類としては、ステンレス、ニッケ
ルなどの一枚板が主であった。近時、レーザー加工によ
るプラスチック単体からなるマスクも提案されている
が、素材に金属のような硬質性がないため、耐久面で量
産時の連続印刷性がなく、また、素材の性質が金属と極
端に異なるため従来の印刷技術、設備では対応できず量
産用の使用に至っていない。

【０００４】金属素材に対するマスクの製作方法として
は、エッチング法、メッキ法およびレーザー法がある。
これらの中、エッチング法は、主にステンレスを素材と
するマスクの加工に用いられ、その工程としてはステン
レス板の両面にフォトレジスト層を形成した後、ＵＶリ
ソグラフィー法により両面にレジストパターンを形成し
て、金属層を露出させ、次に露出した金属層をエッチン
グ除去して開口部を設け、次いでレジスト層を剥離して
マスクとしている。

【０００５】メッキ法は、別称アディティブ法、または
電鋳法とも呼ばれており、素材としては純ニッケルまた
はニッケル合金を使用する。その工程としては電極板の
上に必要なマスク厚（１００〜３００μｍ）のフォトレ
ジスト層を形成した後、ＵＶリソグラフィー法により電
極板上にマスクの開口部となる形にレジストパターンを
形成し、次にメッキで電極板上にニッケルを積層させて
いくと、電極板上には開口部となるレジストパターンの
周囲にメッキの板が形成される。予定した厚みになった
後電極板からニッケル板を剥がし、開口部に詰まってい
るレジストパターンを取り除いてマスクとするものであ
る。

【０００６】レーザー法は、主にステンレスを素材とす
る加工に用いられ、レーザーの種類としては炭酸ガスレ
ーザーやＹＡＧレーザーがあり、その工程としてはメタ
ルマスク用ガーバーデーターをＮＣ制御数値データーに
変換し、レーザービームによって加熱切断して開口部を
設けマスクとする方法である。

【０００７】マスクの品質を左右する要因はいくつかあ
り、それらの相関関係を総合的にみて品質とされてい
る。要因の主なものを挙げれば次の通りである。Ａ開口部の微細加工とハンダの抜け性との相関関係Ｂ耐刷性（印刷法の優位さである大量生産性）Ｃ開口部の寸法精度Ｄマスクと被印刷物との密着性

【０００８】これら要因の中、Ａについての微細加工と
しては、マスクの板厚と開口幅の関係がある。マスクの
厚みと開口幅は実装される部品の接合に必要なハンダ量
を過不足なく供給するための重要な条件である。この条
件には、加工上の制約と印刷上の制約があり、加工上の
制約としては、現状の作成方法では基本的に板厚と開口
幅は１：１であり、例えば板厚１５０μｍに対しては１
５０μｍの開口幅が限界値である。また、印刷上の制約
としては、ハンダが開口部を通過する抜け性の点から、
量産に使用される開口幅は板厚１５０μｍに対し開口幅
が１８０μｍ以下になると開口部のハンダ詰まり現象が
続発して連続印刷性が著しく阻害されてしまう。これら
のことから、現在使用されている金属マスクの仕様とし
て、ハンダ量を多く必要とする大きな部品に対する板厚
は薄くても１５０μｍが限界とされており、またマスク
の厚み１５０μｍに対しハンダ量の少ない小さい部品に
対する開口幅は狭くても１８０μｍが限界とされてい
る。マスクの連続印刷性、ハンダの抜け性が悪いと頻繁
にマスクの洗浄が必要となる。

【０００９】被印刷物であるプリント配線板には、大小
様々の部品が混載されているのでこれらに対する印刷条
件を満足させるために、さらに対策として、マスクの一
部分の厚みをエッチングで薄くするハーフ加工という方
法が採られている。この方法は同一マスク内で部品に合
わせて板厚を変えてハンダ量を調整する手法であるが、
マスク作成工程の増加となり、印刷特性も複雑となって
いる。

【００１０】ハンダの抜け性にはさらに開口部断面形状
がある。エッチング加工による金属断面のザラつきは、
メッキ法により大幅に改良され、また、レーザー法でも
化学的後処理を施すことによりザラつきは減少してい
る。しかし、マスクの素材とハンダは金属という点で同
性でありハンダの抜け性（滑り性）に悪い作用が生じて
いる。ハンダと異質の素材を用いてマスクを作成し、開
口断面のハンダの滑り性を向上させる必要がある。

【００１１】上記Ｂの耐刷性は、ビッカース硬度や降伏
強さ（耐力）との相関関係で表示されている。マスクに
使用されているステンレスやメッキの硬度は、ビッカー
ス硬度４００〜６００程度の金属素材が使用されてい
る。

【００１２】Ｃの開口部の寸法精度は、エッチング法は
マスクの厚みの金属を１回のエッチングにより除去して
開口部を作成するために誤差が大きく±２０μｍが一般
的公差となっており、メッキ法は開口部をＵＶリソグラ
フィー法によりレジストパターンで作成するため±１０
μｍが一般的公差となっている。また、レーザー法も加
熱切断のため±１０μｍが一般的公差となっている。し
かし、今後の部品微細化に対応するためにはさらに寸法
精度を向上させる必要がある。

【００１３】さらに、Ｄのマスクと被印刷物との密着性
は、マスクに耐刷性の維持のためビッカース硬度４００
〜６００と硬い金属素材を使用しており、また、被印刷
物の表面には印刷された絶縁層と剥き出しの銅の導通部
とで微妙な凹凸が生じ、追従性の無い固い金属面がその
凹凸面に接触しているため、マスクと被印刷物との間に
間隙を生じている状態となっている。これが原因となっ
て、印刷時、マスクの印刷面側にハンダが少しづつ回る
現象が生じ、一定量以上ハンダが裏回りすると、印刷機
を止めてマスクを洗浄する必要が生じ、連続印刷性を著
しく阻害している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はマスク
における上述の問題点を解決し微細加工、寸法精度、耐
連続印刷性（耐刷性）、密着性に優れ、ハンダの抜け性
の良い金属・プラスチックハイブリッドマスクの製造方
法を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラスチック
基板に金属が積層され、積層体全体を通してフットプリ
ント状の開口部を有し、金属層が０．２％耐力７００〜
１２００Ｎ／ｍｍ² 、ビッカース硬度４００〜１０００
の金属からなることを特徴とする金属・プラスチックハ
イブリッドマスクを得ようというものである。

【００１６】そして、本発明は、両面に金属が積層され
たプラスチック基板の両面に、レジスト層を形成した
後、ＵＶリソグラフィー法により両面にレジストパター
ンを形成して金属層を露出させ、次に露出した金属層を
エッチング除去し開口部を形成した後、さらにプラスチ
ックエッチャントで上記開口部に露出しているプラスチ
ック基板をエッチング除去し、全層を通してフットプリ
ント状の開口部を形成した後、片面の金属層を剥離する
ことを特徴とする金属・プラスチックハイブリッドマス
クの製造方法にある。

【００１７】また本発明は、片面に金属層が積層された
プラスチック基板の両面に第１のフォトレジスト層を形
成し、プラスチック基板面はＵＶリソグラフィー法によ
りレジストパターンを形成してプラスチック基板を露出
させると共に、金属層面は全面露光しレジストで保護し
た後、レジストパターン形状に露出したプラスチック基
板をプラスチックエッチャントで除去し開口部を形成し
て金属層を露出させた後、両面のレジスト層を剥離し、
次いで金属面を第２のフォトレジストからなるレジスト
層で保護した後、金属エッチャントで上記開口部に露出
している金属層をエッチング除去し、次に金属面のレジ
スト層を剥離し全層を通じてフットプリント状の開口部
を形成することを特徴とする金属・プラスチックハイブ
リッドマスクの製造方法にある。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明において、プラスチック基
板に積層する金属層は、プラスチック基板に１種の金属
箔を接着した積層体は勿論のこと、金属層とプラスチッ
クとの接着性を向上するためにプラスチック基板に蒸着
法や無電解メッキ法で厚さ１μｍ以下の導体薄膜層を形
成した後電鋳法等で所定の厚さの金属層を形成した積層
体も包含するものとする。

【００１９】以下、本発明を図面を参照しながら説明す
る。図１は、本発明の製造方法によって得られる金属・
プラスチックハイブリッドマスクの拡大断面を表してお
り、プラスチック基板１は印刷面側に、金属層２はスキ
ージ面側にある。プラスチック基板１の片面に金属２の
例としてニッケルが積層され、金属２及びプラスチック
基板１を通して開口部５が形成されている。開口部５の
形状はフットプリント形状をなしており、開口部５の大
きさは直径または１辺が０．１〜２．０ｍｍ程度であ
る。

【００２０】本発明において、基板１を構成するプラス
チックとしては、エッチング可能なプラスチック材料が
用いられるが、マスクとして使用時の寸法安定性の面か
らポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。プラ
スチック基板としては、銅などの金属を積層したポリイ
ミドシートや、ポリエステルシートが市場で容易に入手
でき好都合である。金属を積層したポリイミド樹脂シー
ト、ポリエステル樹脂シートに、エッチングにより開口
部を形成するためのエッチャントとしてはヒドラジン系
のものが好ましく用いられる。

【００２１】本発明において、マスクのスキージ面側と
なる金属層を形成する金属としては、印刷時ハンダを載
せて繰り返しスキージを走らせるので、印刷時の印刷圧
等の外部応力に対応する寸法安定性の面や、耐刷性強化
のために、硬質で平滑な金属である必要がある。これに
は降伏強さ０．２％耐力７００〜１２００Ｎ／ｍｍ
²で、ビッカース硬度４００〜１０００の値を示す金属
が好ましい。その金属としては硬質ニッケル、ニッケル
・タングステン合金、硬質ステンレス等の金属が挙げら
れる。

【００２２】本発明のマスクの大きさには特に限定はな
いが、マスク全体の厚さは、プラスチック基板が１００
〜２５０μｍ、金属の厚みが５〜４０μｍ程度である。

【００２３】

【実施例】次に、実施例により本発明の金属・プラスチ
ックハイブリッドマスクの製造方法を詳細に説明する。

【００２４】［実施例１］図２は、本発明の金属・プラ
スチックハイブリッドマスクの製造方法を説明する拡大
断面図である。厚さ１２５μｍのポリイミド樹脂シート
（（株）東レ・デュポン製、商品名「カプトン」）１の
両面に０．０１μｍ厚のニッケルを蒸着した後、電鋳法
により厚さ３０μｍ、０．２％耐力９５０Ｎ／ｍｍ² 、
ビッカース硬度５５０の硬質ニッケル箔２を形成した。
該積層シートの両面に厚さ１０μｍになるようにアクリ
ル系フォトレジスト（東京応化（株）製、ＰＭＥＲＮ
−Ｄ４０Ｐ（商品名））を塗布、乾燥してフォトレジス
ト層を形成し、次いで、ＵＶリソグラフィー法によりマ
スクパターンに対応する開口部５を有するレジスト層４
を形成した（図２（ａ））。

【００２５】次に、積層シートを搬送式エッチングマシ
ーンを使用して、上下両面に温度４０℃の塩化第二鉄エ
ッチング液をスプレー圧２．５ｋｇ／ｃｍ² でスプレー
して露出している硬質ニッケル箔２をエッチング除去
し、ポリイミド樹脂基板１まで開口部を及ばせた（図２
（ｂ））。次いで、両面のニッケル箔２上のレジスト層
４を５％アルカリ水溶液で剥離した（図２（ｃ））。

【００２６】再び、搬送式エッチングマシーンを使用し
て、上下両面にスプレー圧２．５ｋｇ／ｃｍ² で、エタ
ノール、水酸化カリウム及びヒドラジンの混合液からな
る温度７０℃のポリイミドエッチング液をスプレーして
露出しているポリイミド樹脂基板１をエッチング除去し
て層全体を通して開口部５を作成した。（図２
（ｄ））。

【００２７】次に、片面の硬質ニッケル箔２を塩化第二
鉄エッチング液で除去し（図２（ｅ））、プラスチック
基板に少なくとも１種の金属が積層され、積層体全体を
通してフットプリント状の開口部を有している金属・プ
ラスチックハイブリッドマスク７を得た。得られた金属
・プラスチックハイブリッドマスクのスキージ面側を形
成する金属（硬質ニッケル）は０．２％耐力９５０Ｎ／
ｍｍ² 、ビッカース硬度５５０であった。

【００２８】［実施例２］厚さ１２５μｍのポリイミド
樹脂シート１の片面に０．０１μｍの厚さにニッケルを
蒸着した後、電鋳法により厚さ３０μｍ、０．２％耐力
９５０Ｎ／ｍｍ²、ビッカース硬度５５０の硬質ニッケ
ル箔を積層した。該片面金属積層シートの両面に厚さ２
０μｍになるようにゴム系ＵＶネガ型フォトレジスト
（東京応化（株）製、ＯＭＲ８３（商品名））を塗布、
乾燥して第１のフォトレジスト層を形成し、次いで、ポ
リイミド樹脂側にＵＶリソグラフィー法によりマスクパ
ターンに対応する開口部を有するレジスト層を形成する
と共に金属積層面側は全面露光して金属面を保護するレ
ジスト層を形成した。

【００２９】次に、積層シートを搬送式エッチングマシ
ーンを使用してポリイミド樹脂側に温度７０℃のエタノ
ール、水酸化カリウム及びヒドラジンからなるポリイミ
ドエッチング液をスプレー圧２．５ｋｇ／ｃｍ² でスプ
レーして露出しているポリイミド樹脂基板に開口部を形
成し、金属層を露出させた後、レジスト用剥離液（東京
応化（株）製、ＯＭＲ８３用剥離液）を使用して両面の
レジスト層を剥離した。

【００３０】次に、金属層面に第２のフォトレジスト層
として膜厚５０μｍのドライフィルムフォトレジスト
（日本合成化学（株）製、３７１Ｙ−５０（商品名））
を積層し、フォトレジスト面にＵＶ光を全面露光するこ
とにより金属面を保護した。該積層シートを搬送式エッ
チングマシーンを使用してプラスチック基板両面に温度
４０℃の塩化第２鉄エッチング液をスプレー圧２．５ｋ
ｇ／ｃｍ² でスプレーして露出している硬質ニッケル箔
をエッチング除去して開口部を作成した後５％水酸化ナ
トリウム水溶液を使用してレジスト層を剥離し層全体を
通してフットプリント状の開口部を有する図２（ｅ）に
示すものと同様の金属・プラスチックハイブリッドマス
クを得た。

【００３１】上記各例において開口部を形成するための
プラスチックの除去をエッチング法によって行ったが、
レーザー加工去で行ってもよいし、両面に積層した金属
層とともにパンチング加工法によって行ってもよい。

【００３２】［比較例］実施例１及び実施例２で作成さ
れた図２（ｅ）に相当する片面銅張りポリイミドマス
ク、及び図３に示した従来のニッケルを用いた金属マス
ク６を比較例として使用した。なお、金属（ニッケル）
マスクの厚さは１５０μｍ、０．２％耐力は５６０Ｎ／
ｍｍ² 、ビッカース硬度は４２０であった。

【００３３】以上の各例で得られた、金属・プラスチッ
クハイブリッドマスク７をハンダ印刷するために、図２
に示すように、アルミパイプまたは鋳物製支持枠９に張
ったスリーン８に該マスクを張りつけハンダ印刷に供し
た。

【００３４】［使用例］上記各実施例で得られた金属・
プラスチックハイブリッドマスクで、１つのパターンに
開口部１３０μｍのフットプリント形状の開口部が４辺
に各４０個あり、そのパターンが２×６＝１２個あるマ
スクを使用してプリント配線板にハンダ印刷した。印刷
条件としては、スキージ圧２．２ｋｇ、スキージスピー
ド１５ｍｍ／秒、クリームハンダはタムラ製作所製を使
用した。この結果、２００刷りを経過してもハンダ詰ま
り、ハンダの裏回りは発生せず、スキージ面にもまった
く変化（キズ等の発生）がなかった。

【００３５】また、比較例に挙げた片面銅張りポリイミ
ドマスクについて、上記と同じ条件で印刷したところス
キージ面側の銅２がクリームハンダとの相性が良く、ス
キージ面及び銅断面へのクリームハンダの付着が認めら
れ、１０刷り程度でマスク洗浄が必要となった。また、
従来のニッケルマスク６について同じ条件で印刷したと
ころ、２０刷り程度でクリームハンダの裏回りが発生し
たため、この時点でマスク洗浄が必要となった。

【００３６】これは、被印刷物のプリント配線板が銅な
どの金属層により導通回路が形成され、その上に絶縁性
の樹脂が印刷されているため、表面に微妙な凹凸が無数
に生じており、硬質な金属マスクではその凹凸に追従性
を持ち得ないためマスクの印刷面側にクリームハンダが
回り込みやすくなっているためである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
により得られる金属・プラスチックハイブリッドマスク
は、マスクの印刷面がプラスチックで構成されているた
め被印刷物との密着性が著しく向上しており、２００刷
りを経過してもマスクの洗浄の必要がなく、連続印刷性
に優れている。また、マスクの印刷面にプラスチックを
用いたことにより、従来のハンダの抜け性を阻害してい
た開口部のハンダと金属断面の接触を必要最小限度にと
どめ、他の部分をハンダの滑り易いプラスチックにした
ことによってハンダの抜け性を向上させた。

【００３８】また、金属・プラスチックハイブリッドマ
スクはスキージ面側に０．２％耐力７００〜１２００Ｎ
／ｍｍ² 、ビッカース硬度４００〜１０００の硬質金属
を用いているため耐久性に富む。

【００３９】本発明は、開口部の微細加工の可能範囲を
拡大するためにエッチング容易な第１の金属で微細なエ
ッチングを行い開口部を設け、その開口部を損なうこと
なく利用してエッチング可能なプラスチックをエッチン
グしてマスク全体を貫通して開口部を設けている。この
２段階加工により板厚と開口幅のアスペクト比が大幅に
改善できる。

【００４０】さらに本発明は、金属マスクを基準として
構築されてきた従来のハンダ印刷の技術、生産設備を変
更することなく、より高密度の実装と量産時の連続印刷
性が著しく向上したマスクを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法によって得られる金属・プラ
スチックハイブリッドマスクの部分拡大断面図である。

【図２】本発明の金属・プラスチックハイブリッドマス
クの製造工程を示す説明図である。

【図３】本発明の金属・プラスチックハイブリッマスク
を枠に固定して、クリームハンダ印刷に使用する状態を
示す平面図である。

【図４】従来の金属製マスクの拡大断面図である。

【符号の説明】

１プラスチック層２金属層４レジスト層５開口部６金属マスク７マスク８スクリーン９マスク支持枠

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に金属が積層されたプラスチック基
板の両面に、フォトレジスト層を形成した後、ＵＶリソ
グラフィー法により両面にレジストパターンを形成して
金属層を露出させ、次に露出した金属層をエッチング除
去し開口部を形成した後、さらにプラスチックエッチャ
ントで上記開口部に露出しているプラスチック基板をエ
ッチング除去し、全層を通してフットプリント状の開口
部を形成した後、片面の金属層を剥離することを特徴と
する金属・プラスチックハイブリッドマスクの製造方
法。
【請求項２】片面に金属が積層されたプラスチック基
板の両面に第１のフォトレジスト層を形成し、プラスチ
ック基板面をＵＶリソグラフィー法によりレジストパタ
ーンを形成してプラスチック基板を露出させると共に金
属層面を全面露光してレジストで保護した後、レジスト
パターン形状に露出しているプラスチック基板をプラス
チックエッチャントで除去し開口部を形成して金属層を
露出させた後両面のレジスト層を剥離し、次いで金属層
面を第２のフォトレジストからなるレジスト層で保護し
た後、金属エッチャントで上記開口部に露出している金
属層をエッチング除去し、次に金属層面のレジスト層を
剥離し全層を通じてフットプリント状の開口部を形成す
ることを特徴とする金属・プラスチックハイブリッドマ
スクの製造方法。
【請求項３】金属が０．２％耐力７００〜１２００Ｎ
／ｍｍ²、ビッカース硬度４００〜１０００の金属で
ある請求項１または請求項２記載の金属・プラスチック
ハイブリッドマスクの製造方法。