JP2001179935A - 印刷装置およびそのマスク設計方法およびそのマスク製造方法 - Google Patents

印刷装置およびそのマスク設計方法およびそのマスク製造方法

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JP2001179935A JP37289599A JP37289599A JP2001179935A JP 2001179935 A JP2001179935 A JP 2001179935A JP 37289599 A JP37289599 A JP 37289599A JP 37289599 A JP37289599 A JP 37289599A JP 2001179935 A JP2001179935 A JP 2001179935A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ギャップ印刷で発生するマスクの撓みによる
印刷位置ズレを、マスク設計レベルで解消することがで
きる印刷装置のマスク設計方法を提供する。 【解決手段】 マスクの変形を位置ずれ演算部で計算す
ることにより、マスク開口部の位置ズレを予測し、予め
この位置ズレを考慮に入れたマスク設計を行う。すなわ
ち、マスクの長さをa、ギャップの強制変位をh、x方
向の変位をΔu、y方向の変位をΔvとし、Δu=
{(a/2+Δx1)−((a/2+u)2+h21/2
cosα1…({…}>0のとき)、又はΔu={(a
/2+Δx1)−((a/2+u)2+h21/2}cos
α2…({…}≦0のとき)、Δv=0.5Δy1cos
α3…(Δy1>0のとき)、Δv=0.5Δy1…(Δ
1≦0のとき)なる演算を行って、マスク開口部の変
位を求める。そしマスク設計時に前記変位を相殺する位
置に開口部をレイアウトする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプリント回
路基板、シリコンウェハ上のクリームはんだ印刷に用い
るスクリーン印刷機(表面実装技術)に係り、印刷装置
およびそのマスク設計方法およびそのマスク製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】通常、はんだ印刷に用いられるマスク
は、例えば縦横0.5m、厚さ0.1mm相当のステン
レス製の薄板が用いられる。マスクには微細な印刷パタ
ーンの開口部が数多く開けられている。これらの開口部
は、基板に搭載する電子部品の電極やICのピンが乗る
基板のランドパターンに対応している。
【0003】はんだ印刷時は、スキージ(はんだ転写器
具)から圧入されたはんだが、開口部を通して基板のラ
ンドパターン上に転写される。そしてはんだ印刷後に基
板に部品を搭載しリフロー炉を通して表面実装を完了す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】クリームはんだのスク
リーン印刷機には、印刷開始前にマスクがXYテーブル
上プリント基板にぴったりと接触しているコンタクト印
刷型と、マスクと基板間に僅かながら隙間を有するギャ
ップ印刷型がある。
【0005】前記ギャップ印刷は、図3に示すようにテ
ーブル1上に設けたプリント基板2に、開口部3を有
し、四辺が固定具4で固定されたマスク5を、ギャップ
6を隔てて対向配設し、スキージ7によりマスク5の開
口部3を掃引して実施される。
【0006】この場合、スキージ7でマスク5を押さえ
つけながらマスク5の開口部3全域に渡って掃引すると
きに、周囲の四辺が固定され、スキージ7の圧力を受け
るマスク5は、スキージ圧下点のまわりで撓む。これに
よって、マスク5上の開口部3がXY方向に変位し、は
んだを転写する所定のランド位置からずれるので、はん
だ印刷位置ズレの印刷不良を起こす。
【0007】従来、スクリーン印刷機のマスク設計は、
ギャップ印刷におけるマスク開口部の位置ズレを考慮せ
ずに行うことが多かった。しかし、エレクトロニクス製
品の小型軽量化の趨勢の中で、ファインピッチ高密度実
装が主流となり、これまで許容してきたマスク開口部の
位置ズレが、印刷位置ズレの不良の主因となるに至り、
設計上放置できない問題となってきた。
【0008】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、ギャップ印刷で発生するマスクの撓みによ
る印刷位置ズレを、マスク設計レベルで解消することが
できる印刷装置およびそのマスク設計方法およびそのマ
スク製造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】(1)上記課題を解決す
るための本発明の印刷装置は、基板の印刷パターンに対
応する開口部を有したマスクを、所定のギャップを隔て
て基板に対向配設し、はんだ転写器具により前記マスク
開口部を掃引してギャップ印刷を行う印刷装置におい
て、前記ギャップ印刷時の、前記印刷パターンと、該印
刷パターンに対応する前記開口部との位置ずれを所定の
演算により求める位置ずれ演算部と、前記位置ずれ演算
部で求められた位置ずれを相殺する位置に開口部を設け
て成るマスクとを備えたことを特徴としている。
【0010】また、前記位置ずれ演算部は、前記はんだ
転写器具によってマスクが受ける応力によるマスク開口
部の変位を、応力解析の手法により求める演算を行うこ
とを特徴とし、また前記マスクは、コンピュータ援用設
計システムのコンピュータに、変形応力モデルの計算式
又は有限要素法のプログラムを組み込み、マスク設計の
パラメータを入力することにより、設計されていること
を特徴とし、また前記マスクは、コンピュータ援用生産
システムのコンピュータに、変形応力モデルの計算式又
は有限要素法のプログラムを組み込み、マスク設計のパ
ラメータをティーチング時に入力することにより、製作
されていることを特徴としている。 (2)また上記課題を解決するための本発明の印刷装置
のマスク設計方法は、所定のギャップを隔てて基板に対
向配設されるマスクであって、前記基板の印刷パターン
に対応して設けられた開口部が、ギャップ印刷時にはん
だ転写器具によって掃引される印刷装置のマスク設計方
法において、ギャップ印刷時に前記はんだ転写器具によ
ってマスクが受ける応力による前記開口部の変位を、応
力解析の手法により求める変位演算処理と、前記変位演
算処理で求められた変位を相殺する位置に開口部を設計
する設計処理とを備えたことを特徴としている。
【0011】また前記のマスク設計方法において、コン
ピュータ援用設計システムのコンピュータに、変形応力
モデルの計算式又は有限要素法のプログラムを組み込
み、マスク設計のパラメータを入力することにより設計
を行うことを特徴としている。 (3)また上記課題を解決するための本発明の印刷装置
のマスク製造方法は、所定のギャップを隔てて基板に対
向配設されるマスクであって、前記基板の印刷パターン
に対応して設けられた開口部が、ギャップ印刷時にはん
だ転写器具によって掃引される印刷装置のマスク製造方
法において、コンピュータ援用生産システムのコンピュ
ータに、変形応力モデルの計算式又は有限要素法のプロ
グラムを組み込み、マスク設計のパラメータをティーチ
ング時に入力し、ギャップ印刷時に前記はんだ転写器具
によってマスクが受ける応力による前記開口部の変位
を、応力解析の手法により求める変位演算処理と、前記
変位演算処理で求められた変位を相殺する位置に開口部
を製作する製作処理とを実行してマスクを製造すること
を特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
一実施形態例を説明する。
【0013】まずギャップ印刷で生じるマスクの撓み
は、応力解析で計算が可能である。従って本実施形態例
では、マスクの変形を位置ずれ演算部で計算することに
より、マスク開口部の位置ズレを予測し、予めこの位置
ズレを考慮に入れた設計を行うものである。
【0014】即ち、印刷時に生じる開口部の位置ズレの
変位ベクトル(方向と変位)は予め分かっているから、
その変位ベクトルを相殺できるような位置に開口部のレ
イアウト設計を行えば良い。位置ズレの相殺設計を行っ
たマスクの開口部は、印刷時に基板のランドと許容誤差
範囲内で一致させることができる。
【0015】図1にマスク変形後の幾何形状を示す。な
おマスク設計の条件は以下のとおりである。
【0016】印刷条件:応力解析は解析対象、すなわち
マスクの物理的特性、境界条件、変位/荷重条件を設定
して行う。
【0017】マスクの特性:サイズ(縦×横×厚)、弾
性係数、ポアソン係数 境界条件:4辺固定 変位条件:スキージ圧下強制変位=ギャップ量、スキー
ジ接触面(長さ×幅) 荷重条件:なし 応力解析モデル:変形応力の釣り合い方程式、薄膜の面
外変形モデルを仮定 応力解析の計算方法:近似計算法、有限要素法 応力解析の結果:マスク面の開口部の変位(Δu,Δ
v)。
【0018】次にマスク最適設計を行うためのマスク変
形解析の一例を示す。まず印刷機のマスク、スキージ、
ギャップのパラメータを例えば以下のように設定する。
【0019】マスクサイズ:長さa=565.0mm、
幅b=465.0mm、厚みt=0.1mm マスク物性値:弾性係数Ε=210.0GPa、ポアソ
ン係数γ=0.3 スキージ:長さc=220.0mm ギャップ:強制変位h=2.0mm。
【0020】計算を簡単化するため、マスクの応力変形
に注目して方程式を立て、変位の簡易計算式を求めた。
マスク上の点(u,v)=(u,c/2)の変位(Δ
u,Δv)は次のように求められる。
【0021】 Δu={(a/2+Δx1)−((a/2+u)2+h21/2}cosα1 …({…}>0のとき) Δu={(a/2+Δx1)−((a/2+u)2+h21/2}cosα2 …({…}≦0のとき) Δv=0.5Δy1cosα3 …(Δy1>0のとき) Δv=0.5Δy1 …(Δy1≦0のとき) ここに、 α1=tan-1(h/(a/2+u)) α2=tan-1(h/(a/2−u)) α3=tan-1(h/(b/2−c/2)) Δx1,Δy1:変形による応力釣り合い式より求められ
る すなわち、 Δx1=∫(σx1−γσy1)dx1/Ε Δy1=∫(σx1−γσy1)dy1/Ε。
【0022】上式によって、スキージで圧下したときの
マスク開口部の変位が求められるので、マスク設計時に
変位を相殺するような位置に開口部をレイアウトすれ
ば、開口部の位置ズレの解消が可能となる。変位の計算
式、変形応力モデルの仮定のしかたによって、簡単化、
或いは逆に精密化ができる。また有限要素法を用いれ
ば、更に精度の高い計算を行うことが可能となる。
【0023】すなわち本発明の実施形態例では、図2の
ように構成されたシステムによってマスク開口部の位置
ズレを演算したり、位置ズレを相殺したマスクの設計、
製作を行うものである。
【0024】図2において、コンピュータ援用設計(C
AD)システムを用いてマスクを設計するときに、予め
コンピュータに前記のような計算式を組み込んでおけ
ば、マスク設計のパラメータをティーチング時に入力
し、変位演算処理および設計処理を行うだけで、位置ズ
レを相殺するマスクの設計ができる。
【0025】また図2において、コンピュータ援用生産
(CAM)システムでマスクを製作するときに、予めC
AMのコンピュータに前記のような計算式を組み込んで
おけば、マスク設計のパラメータをティーチング時に入
力し、変位演算処理および製作処理を行うだけで、位置
ズレを相殺するマスクを製作することができる。
【0026】尚図2においてCAEは、解析のシミュレ
ーション等を行うコンピュータ援用エンジニアリングを
示している。
【0027】また前記パラメータの数値は前記に限定さ
れるものではない。
【0028】
【発明の効果】(1)以上のように請求項1〜7に係る
本発明によれば、ギャップ印刷で発生するマスク撓みに
よる印刷位置ズレを、マスク設計レベルで解消すること
ができる。特に、印刷位置ズレの起こり易い高密度ファ
インピッチ基板に効果を発揮する。 (2)また請求項5、6に係る本発明によれば、極めて
簡単な処理を行うだけで前記位置ズレを相殺したマスク
を設計することができる。 (3)また請求項7に係る本発明によれば、極めて簡単
な処理を行うだけで前記位置ズレを相殺したマスクを製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るギャップ印刷に用いられるマスク
の変形後の幾何形状を示す説明図。
【図2】本発明の一実施形態例を示すシステム構成図。
【図3】ギャップ印刷時の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
1…テーブル 2…プリント基板 3…開口部 4…固定具 5…マスク 6…ギャップ 7…スキージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C035 AA06 FB22 FC10 FD01 FE01 FF00 2H084 AA00 AA40 AE00 AE06 AE10 BB13 CC10 5E319 BB05 CD29 GG09 5E343 AA02 BB54 BB72 DD03 FF12 GG08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の印刷パターンに対応する開口部を
    有したマスクを、所定のギャップを隔てて基板に対向配
    設し、はんだ転写器具により前記マスク開口部を掃引し
    てギャップ印刷を行う印刷装置において、 前記ギャップ印刷時の、前記印刷パターンと、該印刷パ
    ターンに対応する前記開口部との位置ずれを所定の演算
    により求める位置ずれ演算部と、 前記位置ずれ演算部で求められた位置ずれを相殺する位
    置に開口部を設けて成るマスクとを備えたことを特徴と
    する印刷装置。
  2. 【請求項2】 前記位置ずれ演算部は、前記はんだ転写
    器具によってマスクが受ける応力によるマスク開口部の
    変位を、応力解析の手法により求める演算を行うことを
    特徴とする請求項1に記載の印刷装置。
  3. 【請求項3】 前記マスクは、コンピュータ援用設計シ
    ステムのコンピュータに、変形応力モデルの計算式又は
    有限要素法のプログラムを組み込み、マスク設計のパラ
    メータを入力することにより、設計されていることを特
    徴とする請求項1又は2に記載の印刷装置。
  4. 【請求項4】 前記マスクは、コンピュータ援用生産シ
    ステムのコンピュータに、変形応力モデルの計算式又は
    有限要素法のプログラムを組み込み、マスク設計のパラ
    メータをティーチング時に入力することにより、製作さ
    れていることを特徴とする請求項1又は2に記載の印刷
    装置。
  5. 【請求項5】 所定のギャップを隔てて基板に対向配設
    されるマスクであって、前記基板の印刷パターンに対応
    して設けられた開口部が、ギャップ印刷時にはんだ転写
    器具によって掃引される印刷装置のマスク設計方法にお
    いて、 ギャップ印刷時に前記はんだ転写器具によってマスクが
    受ける応力による前記開口部の変位を、応力解析の手法
    により求める変位演算処理と、 前記変位演算処理で求められた変位を相殺する位置に開
    口部を設計する設計処理とを備えたことを特徴とする印
    刷装置のマスク設計方法。
  6. 【請求項6】 コンピュータ援用設計システムのコンピ
    ュータに、変形応力モデルの計算式又は有限要素法のプ
    ログラムを組み込み、マスク設計のパラメータを入力す
    ることにより設計を行うことを特徴とする請求項5に記
    載の印刷装置のマスク設計方法。
  7. 【請求項7】 所定のギャップを隔てて基板に対向配設
    されるマスクであって、前記基板の印刷パターンに対応
    して設けられた開口部が、ギャップ印刷時にはんだ転写
    器具によって掃引される印刷装置のマスク製造方法にお
    いて、 コンピュータ援用生産システムのコンピュータに、変形
    応力モデルの計算式又は有限要素法のプログラムを組み
    込み、マスク設計のパラメータをティーチング時に入力
    し、 ギャップ印刷時に前記はんだ転写器具によってマスクが
    受ける応力による前記開口部の変位を、応力解析の手法
    により求める変位演算処理と、 前記変位演算処理で求められた変位を相殺する位置に開
    口部を製作する製作処理とを実行してマスクを製造する
    ことを特徴とする印刷装置のマスク製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008254419A (ja) * 2007-03-12 2008-10-23 Ngk Insulators Ltd スクリーン印刷体の製造方法
WO2008152866A1 (ja) * 2007-06-13 2008-12-18 Murata Manufacturing Co., Ltd. スクリーン印刷方法およびそれに用いるスクリーン印刷版
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CN112078262A (zh) * 2020-08-27 2020-12-15 金邦达有限公司 丝网印刷品的制作方法及智能卡制作方法

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