JP2001121673A - メタルマスク印刷版及び印刷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口寸法の小さい開口においても、クリーム
ハンダ等のペーストの抜け性がよく、連続印刷性に優れ
たメタルマスク印刷版及び印刷方法を提供する。 【解決手段】 被印刷板にクリームハンダ等のペースト
を印刷する印刷版であって、メタルマスク印刷版にメタ
ルマスク部を垂直方向に振動させる音波発信器を設けペ
ースト印刷時に、該メタルマスク部に振幅がメタルマス
ク部の厚みの１／４０〜１／２の範囲の音波を付与する
ようにしたメタルマスク印刷版。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度メタルマス
ク印刷版、さらに詳しくは、電子部品実装のためにプリ
ント配線基板にクリームハンダ印刷を高精度で印刷する
ことのできるメタルマスク印刷版及びそれを用いた印刷
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、プリント配線基板は、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
めプリント配線基板にクリームハンダを印刷するための
メタルマスク印刷版は、細かい開口パターンが混在して
いるにも拘わらず、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】メタルマスク印刷版は、図４に示すように
アルミ製等の金属支持枠９に張力をかけて張り付けたメ
ッシュ・スクリーン８を介して、クリームハンダ印刷用
の開口パターンを有するステンレスやニッケル等の金属
シートからなるメタルマスク部４を固定したものや、ア
ルミ製等の金属支持枠９にその金属シートからなるメタ
ルマスク部４を直接固定したフル・メタルマスク等があ
る。

【０００４】金属素材シートからなるメタルマスク部の
開口パターンの形成方法としては、エッチング法、メッ
キ法またはレーザ加工法等が使用され、開口部側壁の状
態や、形状を改良して、ペースト印刷性を改良する試み
がなされている。

【０００５】また、０６０３チップ等の微少なハンダ付
けランドが要求されるような高密度小型表面実装に対応
するために、微細なクリームハンダ印刷が要求されるよ
うになり、メタルマスク印刷版も微少な開口部を有する
ようになってきた。このような開口部では、印刷される
クリームハンダ面積に相当する開口面積と比較して開口
部の側壁面積が大きくなるために、印刷時に印刷版への
クリームハンダの付着や目詰まりの発生が生じやすく、
クリームハンダの印刷ヌケ性が悪化して、被印刷物がカ
スレ印刷等の不具合を生ずる。

【０００６】このような問題を解決する目的で、スクリ
ーン印刷機に超音波発信装置を取り付けて、ペーストに
印刷性を向上させる提案がなされている。例えば、スク
リーン印刷版に超音波微振動を与えるもの（特開平４−
３５９５０号公報）、スクリーン印刷版の開口部にペー
ストを充填し、超音波振動を与えながらスクリーン印刷
版を被印刷物より離す（特開平４−３４７６３６号公
報）、クリームハンダ印刷マスク版及び被印刷物のうち
少なくとも一方に超音波振動を付与する（特開平５−１
３１６０９号公報）等があげられる。しかしながら、ク
リームハンダのような粘性の高いペーストに超音波振動
を付与すると著しい発熱を伴い、クリームハンダの液体
成分等に変質が生ずるという問題がある。

【０００７】クリームハンダは、直径２０〜４５μｍの
ハンダ微粒子を約１０重量％のフラックスに分散させた
ものであり、顕著な構造粘性を示す。すなわち、剪断速
度が小さいときは高粘度であるが、印刷時のような剪断
速度が高いときには、流動して印刷版の開口部に充填さ
れる。しかしながら、一旦開口部に充填されてしまう
と、剪断応力がかからないので増粘し、プリント配線基
板の版離れで再び剪断応力がかかるが、開口面積の小さ
い開口部ではハンダ残りが生じやすく、特に連続印刷に
おいてカスレ印刷等の不具合発生の原因となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、メタ
ルマスク印刷版の開口部を通してクリームハンダ等の印
刷ペーストを印刷する際に、印刷ペーストがその印刷版
の開口部の側壁に付着し、特に開口寸法の小さい開口部
における印刷ペースト残りや目詰まり発生を最小限に抑
制し、連続印刷においてもカスレ印刷等の不具合発生の
少ないメタルマスク印刷版及び印刷方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被印刷板にク
リームハンダ等の印刷ペーストを印刷するメタルマスク
印刷版であって、メタルマスク印刷版にメタルマスク部
を垂直方向に振動させる音波発信器を設けペースト印刷
時に、メタルマスク部に振幅が該メタルマスク部の厚み
の１／４０〜１／２の範囲の音波を付与するようにした
ことを特徴とするメタルマスク印刷版にある。

【００１０】さらに本発明は、上記発明においてメタル
マスク印刷版がメッシュ・スクリーンとメタルマスク部
からなるコンビネーション・メタルマスク版またはメッ
シュ・スクリーンと交換可能なメタルマスク部からなる
コンビネーション・メタルマスク版からなることを特徴
とするメタルマスク印刷版にある。

【００１１】また本発明は、被印刷板にクリームハンダ
等のペーストを印刷するにあたり、メタルマスク印刷版
にメタルマスク部を垂直方向に振動させる音波発信器を
設け、ペースト印刷時にメタルマスク部に振幅が該メタ
ルマスク部の厚みの１／４０〜１／２の範囲の音波を付
与することを特徴とする印刷方法にある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明を説明する。図１は、本発明のメタルマスク
印刷版を印刷機に設置して、被印刷板にクリームハンダ
印刷をする状態を示す断面図である。

【００１３】メタルマスク印刷版１には、メタルマスク
部４を垂直方向に振動させる音波発信器１０が、メタル
マスク部４の補強部材４１を介して設置された音波受信
部４２に設けられている。音波受信部４２はメタルマス
ク印刷版１の支持枠９に固定され、音波発信器１０は支
持具１０１により支持枠９に、例えば、ネジ１０２によ
り固定され音波発信部が構成される。図において符号２
はクリームハンダ、３はスキージ、５は開口部、７はク
リアランス、８はメッシュ・スクリーン、２０はプリン
ト配線基板、４３はクリアランス調整部、２０１はラン
ドを示している。

【００１４】図１において（ａ）は上記のように構成さ
れたメタルマスク印刷版１のメタルマスク部４の上にク
リームハンダ２を置き、プリント配線基板２０にクリー
ムハンダ２を印刷開始する前の状態を示す。詳しくは、
スクリーン印刷機に、音波発信器１０と受信部４２を有
するメタルマスク印刷版１及びプリント配線基板２０
を、クリアランス７が付与する音波振動の振幅より大き
い値、例えば、約２０μｍとなるように、プリント配線
基板２０の４隅でクリアランス調整部４３が、メタルマ
スク印刷版１と接触した状態に設置して、クリームハン
ダ印刷する状態を示す。

【００１５】次に、メタルマスク印刷版１のメタルマス
ク部４の上のクリームハンダ２を、スキージ３を走査し
てクリームハンダ印刷する。その際、メタルマスク印刷
版１の印刷面には、プリント配線基板２０と接触するク
リアランス調整部４３によりメタルマスク部４とプリン
ト配線板２０との間の微少距離が確保されており、音波
振動付与時にメタルマスク部４のクリアランス調整部４
３以外の部分がプリント配線基板２０と接触することが
ないようにしている。なお、クリアランス調整部４３の
サイズは、後述する実施例１に示すように小さくして、
付与する音波振動の減衰を少なくすると共にクリームハ
ンダ印刷が被印刷板と接触印刷になるようにする。

【００１６】図１（ｂ）は、そのスキージング後を示し
ており、メタルマスク部４の開口部５にクリームハンダ
２が充填されている状態を示す。この状態のときメタル
マスク部４の補強部材４１を介して設置されている音波
受信部４２に当接している音波発信器１０により、メタ
ルマスク印刷版１のメタルマスク部４の厚さの１／４０
〜１／２の範囲の振幅及び０．１〜１５ｋＨｚの範囲の
周波数でそのメタルマスク部４を上下垂直方向に数秒間
振動させる。音波振動をメタルマスク部４に与えた直後
にプリント配線基板２０を引き離すと、図１（ｃ）に示
すように、メタルマスク部４の開口部５にクリームハン
ダが残らず、プリント配線基板２０のランド２０１上に
印刷される。

【００１７】なお、図では音波振動付与時にメタルマス
ク部４が、プリント配線基板２０と接触しないようにク
リアランス調整部４３をメタルマスク部に糊付け等の手
段で固着しクリアランス７を設けた例を示しているが、
スクリーン印刷機の印刷テーブル（図示していない）の
高さが微調整できるものである場合は、それを利用して
プリント配線基板２０の高さを調整してメタルマスク部
４とのクリアランス７を調整してもよい。

【００１８】図２は、メタルマスク部４とメッシュ・ス
クリーン８とからなるコンビネーション・メタルマスク
印刷版１に音波発信器１０及び音波受信部４２を設置し
た態様を示す。図２において（ａ）は平面図、（ｂ）は
図２（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示している。音波受信部４
２の一端４２１は、支持枠９に固定されており、一方他
端４２２は、メタルマスク部４の補強部材４１に嵌合固
定されている。そして補強部材４１は、メタルマスク部
４の外辺にピン固定すると同時に接着固定されている。
この図ではメタルマスク部４の相対する外辺にも補強部
材４１が描かれているが、これは必ずしも必要ではな
い。なお、メタルマスク部４は、通常のコンビネーショ
ン・メタルマスク版と同様にメッシュ・スクリーン８を
介して支持枠９に接着固定されている。

【００１９】メッシュ・スクリーン８としては、金属製
及びポリエステル製、ナイロン製メッシュ・スクリーン
が一般に使用可能であるが、本発明の印刷特性を発揮さ
せるためには、ポリエステル製やナイロン製メッシュの
ほうがメタルマスクと比較して音波の伝達速度が遅いの
で優れている。さらに、ポリエステル製メッシュ・スク
リーンの代わりに、音波の伝達速度が遅いゴムやポリウ
レタンなどのエラストマーからなるシートを使用しても
よい。

【００２０】本発明の印刷版を用いてプリント配線板等
にクリームハンダ印刷時、すなわち、クリームハンダを
スキージングした直後音波発信器１０によりメタルマス
ク部４の垂直方向に付与する音波振動の周波数は、０．
１〜１５ｋＨｚの範囲が好ましく、例えば、ニッケル製
メタルマスクを使用した場合、音波の縦速度は約６×１
０４ｍ／秒で、音波振動を受けたメタルマスク部４がほ
ぼ同位相で振動することになり、メタルマスク部４は、
クリアランス調整部４３に相当する面積がプリント配線
基板２０と接触する部分だけからなっているので、それ
らのサイズを小さくすれば、メタルマスク部４内での音
波の減衰を少なくすることができる。なお、スクリーン
印刷機の印刷テーブルを微調整してクリアランス７を設
定すれば、音波の減衰が無視できる。従って、メタルマ
スク部４の補強部材４１は、アルミニウム、ステンレ
ス、ニッケル等の金属材料であれば、その形状は特に制
限を受けず、音波受信部４２との嵌合性やメタルマスク
部４を物理的に補強できる形状であればよい。ただし、
補強部材４１の取付け位置は、印刷時にスキージ３と接
触しないように、メタルマスク部４の外辺に固定する。

【００２１】また、図２では１個の音波発信器１０を有
するコンビネーション・メタルマスク印刷版１が示され
ているが、印刷版のコーナー部等のスキージングに支障
のない位置に位相を調整した複数の音波発信器を設置し
てもよい。

【００２２】図３は、交換可能なメタルマスク部４とメ
ッシュ・スクリーン８とからなるコンビネーション・メ
タルマスク印刷版１を示している。図３において（ａ）
は平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ断面を示してい
る。音波受信部４２の一端４２１は、支持枠９に固定さ
れており、他端４２２は、スキージ３と接触しないメタ
ルマスク部４の四辺の補強部材４１に嵌合固定されてい
る。図３における補強部材４１は、メタルマスク部４を
メッシュ・スクリーン８に交換装着するためのメタルマ
スク部４の装着枠６を示すが、この装着枠６はメッシュ
・スクリーン８に固定されており、メタルマスク部の補
強部材を兼ねているので説明の都合上補強部材４１と表
記する。なお、装着枠６は、本出願人の出願にかかる特
願平１１−２１５９４号「マスク部交換可能な印刷版用
コンビネーション・マスク版及びその製造方法」発明に
おけるマスク部装着枠が補強部材機能を兼ねていること
が記載されており、本発明においても上記特許願の明細
書に記載されている発明を使用することができる。

【００２３】音波受信部４２及び支持具１０１は、アル
ミニウム、ステンレス、ニッケル等の金属材料で構成さ
れるが、特に音波受信部４２は、メタルマスク部４及び
補強部材４１と同程度の音波の縦速度を有する材料であ
ることが好ましい。そして補強部材４１とメタルマスク
部４との嵌合部における部品の遊びを極力少なくして、
音波の減衰がないようにする。

【００２４】本発明において、メタルマスク部に付与す
る音波振動は、振幅が大きいとメタルマスク部４の開口
部５に充填されたハンダペースト形状が変形してしまう
ので音波の振幅はメタルマスク部４の厚さの１／２以
下、好ましくは１／４とする。一方、音波振動の振幅が
小さい場合は、メタルマスク部４の開口部５に充填され
たハンダペースト２の開口部５の側壁に接した面で受け
る剪断速度が小さくなり、ハンダペーストの粘度低下が
生じなくなるために、付与する音波の振幅は、メタルマ
スク部４の厚さの１／４０以上にする必要がある。

【００２５】メタルマスク部４に所定の音波を付与した
後の印刷物は、印刷版より版離れ速度０．１ｍｍ〜５．
０ｍｍ／秒の範囲の速度で引き離す。

【００２６】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００２７】［実施例１］厚さ１５０μｍでクリームハ
ンダ２を印刷する３０００穴の開口パターンが形成され
ており、それらのうちで最小の開口幅を有する開口部５
は、幅１５０μｍ×長さ２５００μｍであるメタルマス
ク部４を、支持枠９に固定したメッシュ・スクリーン８
に固着したコンビネーション・メタルマスク印刷版１を
図２に示すように作成した。

【００２８】図に示すように支持枠９の一端には音波発
信器１０が、音波受信部４２、支持具１０１により設け
られ、さらに音波受信部４２はメタルマスク部４の補強
部材４１に嵌合固定され音波発信装置より発せられた音
波がメタルマスク部４に伝達されるようになっている。
メタルマスク印刷版１の印刷面にはプリント配線基板２
０と接触するクリアランス調整部４３として、アルミ蒸
着した片面接着テープ（日栄化工製）を１ｃｍ×１ｃｍ
のサイズ（厚さ２０μｍ）に切断し、これをメタルマス
ク部４のプリント配線基板２０の４隅と接触する部分に
貼付けた。

【００２９】プリント配線基板２０を上記のようにクリ
アランス７を設けて接触設置した後、（株）タムラ製作
所製のソルダーペーストＲＭＡ−０１０−ＦＲ（商品
名）からなるクリームハンダ２をメタルマスク印刷版１
のメタルマスク部４に供給し、スキージ３を２０ｍｍ／
秒で走査してクリームハンダ印刷を行った。スキージン
グ後、直ちに前記音波発信器１０として高速バイブレー
ターにより振幅１０μｍ（マスク部厚みの１／１５）、
周波数１ｋＨｚで約３秒間、メタルマスク部４を上下方
向に振動させて、プリント配線基板２０を印刷版１より
版離れ速度０．３ｍｍ／秒で引き離した。プリント配線
基板２０の各ランド２０１上には、クリームハンダ２が
くっきりと印刷されており、パターン欠けや印刷カスレ
は見られなかった。メタルマスク印刷版１を取り外し
て、目視検査を行ったところクリームハンダ残りはほと
んど見られなかった。

【００３０】［実施例２］スクリーン印刷機に、実施例
１と同様にクリアランス調整部４３を設けたマスク部交
換可能なコンビネーション・メタルマスク印刷版１を取
り付けた。このコンビネーション・メタルマスク印刷版
１のメッシュ・スクリーンとしては、厚さ０．５ｍｍの
ポリウレタンシートを使用した。このメタルマスク印刷
版１とプリント配線基板２０を接触設置した後、クリー
ムハンダ２を該印刷版１のメタルマスク部４に供給し、
スキージ３を走査してクリームハンダ印刷を行った。ス
キージング後、直ちに実施例１と同様にして振幅１０μ
ｍ（マスク部厚みの１／１５）、周波数５ｋＨｚで約２
秒間、メタルマスク部４を上下方向に振動させて、プリ
ント配線基板２０をコンビネーション・メタルマスク印
刷版１より版離れ速度０．３ｍｍ／秒で引き離した。

【００３１】プリント配線基板２０の各ランド２０１上
には、クリームハンダがくっきりと印刷されており、パ
ターン欠けや印刷カスレは見られなかった。コンビネー
ション・メタルマスク印刷版１を取り外して、目視検査
を行ったところクリームハンダ残りはほとんど見られな
かった。５０枚の連続印刷を行ったが、カスレ印刷等の
不具合は見られなかった。

【００３２】［実施例３］スクリーン印刷機に、クリア
ランス調整部４３を設けないマスク部交換可能なコンビ
ネーション・メタルマスク印刷版１とプリント配線基板
２０を接触設置した後、クリームハンダ２を該印刷版１
上のメタルマスク部４に供給し、スキージ３を走査して
クリームハンダ印刷を行った。本例で用いたメタルマス
ク部４は、クリアランス調整部４３を有しないのでスキ
ージング後、直ちに実施例１と同様にして音波発信器１
０により振幅１０μｍ（マスク部厚みの１／１５）、周
波数５ｋＨｚでメタルマスク部４を上下方向に振動させ
ながら、プリント配線基板２０をコンビネーション・メ
タルマスク印刷版１より版離れ速度０．１ｍｍ／秒で引
き離した。

【００３３】プリント配線基板２０の各ランド２０１上
には、クリームハンダがくっきりと印刷されており、パ
ターン欠けや印刷カスレは見られなかった。印刷版１を
取り外して、目視検査を行ったところクリームハンダ残
りはほとんど見られなかった。５０枚の連続印刷におい
ても、カスレ印刷等の不具合は見られなかった。

【００３４】［比較例］スクリーン印刷機にマスク部交
換可能なコンビネーション・メタルマスク印刷版１とプ
リント配線基板２０を接触設置した後、クリームハンダ
２をその印刷板１上のメタルマスク部４に供給し、スキ
ージ３を走査してクリームハンダ印刷を行い、プリント
配線基板２０を印刷版１より版離れ速度０．３ｍｍ／秒
で引き離した。プリント配線基板２０の各ランド２０１
上のクリームハンダ印刷は、特に細かい印刷パターン部
の一部で、パターン欠けや印刷カスレが見られた。

【００３５】

【発明の効果】本発明の改良されたメタルマスク印刷版
は、クリームハンダのような高粘度のペースト印刷に際
して、メタルマスク部に音波振動を付与することにより
大きな剪断力がかかる開口部壁面付近のペーストの粘度
を低下させ、開口部へのペースト残りが少なくなり、微
細な印刷パターンにおいてもパターン欠けやカスレを減
少させることができる。また、本発明によればメタルマ
スク印刷版において音波振動の付与は、数秒以内である
ので、クリームハンダ等のペーストに何らの変質を与え
ることもなく、さらに、連続印刷操作に組み込むことが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルマスク印刷版を印刷機に設置し
て、クリームハンダ印刷をする状態を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のコンビネーション・メタルマスク印刷
版を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＸ−
Ｘ切断面を示す。

【図３】本発明のマスク部交換可能なコンビネーション
・メタルマスク印刷版を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）
は図３（ａ）のＹ−Ｙ切断面を示す。

【図４】従来のコンビネーション・メタルマスク印刷版
の平面図である。

【符号の説明】

１ メタルマスク印刷版 ２ クリームハンダ ３ スキージ ４ メタルマスク部 ４１ 補強部材 ４２ 音波受信部 ４２１ 支持枠との嵌合部 ４２２ 補強部材との嵌合部 ４３ クリアランス調整部 ５ 開口部 ６ マスク部装着枠 ７ クリアランス ８ メッシュ・スクリーン ９ 支持枠 １０ 音波発信器 １０１ 支持具 １０２ 固定ネジ ２０ プリント配線基板 ２０１ ランド

フロントページの続き (72)発明者 橋本 哲 埼玉県川越市芳野台１−103−52 株式会 社プロセス・ラボ・ミクロン内 (72)発明者 吉原 敏雄 埼玉県川越市芳野台１−103−52 株式会 社プロセス・ラボ・ミクロン内 Ｆターム(参考） 2C035 AA06 FC07 FC10 FD01 FF00 FF02 FF22 FF24 FF25 FF26 2H113 AA01 AA02 BA10 CA17 DA04 DA46 DA57 DA62 2H114 AB05 AB11 AB15 AB17 DA04 DA46 DA56 DA60 EA04 5E319 BB05 CD25 CD29

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被印刷板にクリームハンダ等のペースト
   を印刷する印刷版であって、メタルマスク印刷版にメタ
   ルマスク部を垂直方向に振動させる音波発信器を設けペ
   ースト印刷時に、メタルマスク部に振幅が該メタルマス
   ク部の厚みの１／４０〜１／２の範囲の音波を付与する
   ようにしたことを特徴とするメタルマスク印刷版。
2. 【請求項２】 メタルマスク印刷版がメッシュ・スクリ
   ーンとメタルマスク部からなるコンビネーション・メタ
   ルマスク版またはメッシュ・スクリーンと交換可能なメ
   タルマスク部からなるコンビネーション・メタルマスク
   版であることを特徴とする請求項１記載のメタルマスク
   印刷版。
3. 【請求項３】 被印刷板にクリームハンダ等のペースト
   を印刷するにあたり、メタルマスク印刷版にメタルマス
   ク部を垂直方向に振動させる音波発信器を設け、印刷時
   にメタルマスク部に振幅が該メタルマスク部の厚みの１
   ／４０〜１／２の範囲の音波を付与することを特徴とす
   る印刷方法。