JP2001501882A - 逆スタンピング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 押し型から被印刷面へのパターンの印刷が、押し型を上向きにして液体印刷素材の浴中に浸漬し、同素材浴の液体レベルを下降させるか又は前記押し型を持ち上げて液状印刷素材で濡らされた型表面を露出させ、この濡れた型表面を被印刷面に接触させることにより実行される。

Description

【発明の詳細な説明】 逆スタンピング方法発明の背景 １．発明の技術分野 この発明は液体印刷素材の点、線又は幾何学図形を液体印刷素材の浴から平ら な又は弯曲した面に転写する方法に関する。 ２．先行技術の説明 商業的に使用される多様な印刷方法には、輪転グラビア、反転ローラコーテイ ング、分配方法又はインテンクションを用いた点又は線の転写、針又は彫刻した スタンプを液体インク又はプラスチックに浸漬することによる点又は線の転写等 がある。電子産業にて日常使用される印刷方法には、スクリーン印刷、謄写印刷 、タンポ印刷等がある。 電子産業においては、マーキングインク、構成的接着剤、型付着素材等を様々 な異なる基体に付着するために印刷工程が採用される。これらの物質は所望の粘 度を得るために担持溶剤を含有するペースト又は分配可能な液体の形態にて付与 される。担体溶剤が用いられるときに通常遭遇する問題は、溶剤が蒸発するとき の転写スタンプ又は印刷媒体の付着である。特に、この問題は銀粒子のような導 電素材が印刷素材に含まれるとき又は印刷素材が鉛又は亜鉛粒子を含有する半田 ペースト或いは酸化鉛を含有する半田又はフリットがガラス化合物であるとき顕 著である。発明の概要 この発明は、スタンプ即ち彫刻したプリントデザイン（電子産業においては「 型」又は「押し型」と称される）を印刷される素材の浴中に盛り上げた図形パタ ーン（ネガ）を上向きにして浸漬することにより溶剤蒸発の不利な影響をなくす ものである。上記の浴は液体状の印刷素材を制御された率での排出をもたらす粘 度にて含有している。上記の型が前記浴の中に浸されると、上記の盛り上げたネ ガを液体レベルから垂直に変位させて濡れたネガを露出させることにより印刷が 施される。濡れたネガを上向きにしたままの状態で、盛り上げたネガのパターン に応じて印刷素材を転写するため被印刷部分又は表面が濡れたネガに接触される 。濡れたネガの露出は浴の液体レベルを低下させる又は型自体を持ち上げるとき 液体レベルを固定して保持することによりもたらされる。高度に制御された方法 での型の動きは型を機械的ステージ又は装置に取り付けて機械化した方法で液体 から持ち上げることにより達成される。また、濡れた型面の露出は可動な型と可 動な液体レベルの組合せによって達成される。 本発明及びその最適な実施態様の特徴及び利点は下記の説明により明らかにな る。図面の簡単な説明 図１は本発明による逆スタンピング（型押し）方法に適用される装置の概略的 な構成図。 図２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅはそれぞれ印刷素材浴槽と被 印刷面の互いに直角に切断した二つの断面を示す縦断面図であって、これら五つ の図は本発明による工程の５段階を示している。本発明及びその最適な実施態様の詳細な説明 本発明により印刷される図形は、修飾的、機能的又は両者の組合せである図形 を含む鮮明に規定された境界線を有するいかなる形態であってもよい。本発明は 連続表面又は不連続表面に印刷される図形に適用し得るもので、前記図形は表面 の部分又は全表面を覆い得る。 図形が印刷される表面に接触されると同図形を生成する盛り上げたネガが形成 される。連続表面については、前記ネガは、上記の図形が前記表面の一端又はそ れ以上の端まで延在しない限り、殆んどの場合図形の逆になっており、その結果 前記ネガは図形の端を超えて延在し得る。このことは、不連続な表面についても 同じであって、この場合前記ネガは当該表面上にのみ印刷素材を付着させるとき 不連続な表面にある隙間を橋架し得る。したがって、上記のネガは印刷される図 形の正反対でなくてもよい。 本発明の実施において、上記のネガは印刷素材を塗布されて露出したとき上向 きになる。この実施形態において、上向き（facing upward）の用語は少なくと も垂直方向に上向く主要な成分（即ち、垂直方向の成分が水平方向の成分より大 きいこと）を有する方向を示すのに用いられる。このことは水平方向に向けられ る平らなネガ、１点又はそれ以上の点における接線が水平である弯曲したネガ及 び水平に対して比較的小さな角度を形成する平らなネガと弯曲したネガを含むこ とを意味する。好ましくは、水平でないときの角度は水 平に対して３０°である 印刷される表面が二つ又はそれ以上の不連続な面又は例えば二つの平行な前後 にずれた面（即ち、複合レベル配列）からなり、かつ形成される図形が異なる面 に延在する場合には、押し型上の前記盛り上げたネガは補足的な方法で形成した 複合平面となる。かくして、全図形が盛り上げたネガと被印刷面との単一の接触 により当該表面の全ての面に印刷される。例えば、二つ以上の垂直方向に変位し たレベルにて印刷される接着剤を必要とする電子機器においては、適宜に設計さ れた押し型を使用することによって様々なレベルが同時に印刷され得る。この印 刷は、スクリーン又はロール面のような供給面から液体を転写するよりも、印刷 素材の液体浴を使用して上記の押し型を浸漬することにより可能となる。 上記の液状印刷素材は、溶剤、懸濁液、乳濁液又は適宜な状態に露呈されると 固化する非加硫のポリマーのような完全に濃縮した素材であればよい。この場合 、溶剤、懸濁液及び乳濁液は図形に加えて溶媒又は連続相の形態にて液体担体を 形成する物質からなり、好ましくはその一つは空気に露呈するか又は印刷された 図形の機能的成分（顔料又は接着剤のような成分）を残すために加熱すると蒸発 する。上記の溶剤は、その使用時にインク、接着剤又はプレポリマーを付与する ときに用いられる従来の溶剤であればよい。 上記の機能的成分は単一物質又は混合物質であってもよく、一度付与されると 液体から固化する物質、懸濁された固体又はこの両者を含んでもよい。懸濁され た固体又はしばしば印刷素材の中に含まれていて熱、電流又はこの両者を伝達す る役目を果たす。上記の理由から、銀、鉛、亜鉛が上記の懸濁された固体の例と して挙げられる。 固体粒子を含む素材のように沈澱する傾向にある液体印刷素材については、上 記の浴はその組成を均一に保つため攪拌される。この場合、攪拌器又は再循環ル ープのような従来の攪拌手段が使用される。揮発性の溶剤を含む液体印刷素材に ついては、再循環ロープが溶剤のロスを最小又は無くして印刷素材の一定の粘度 と濃度を維持するのに役立つ。この場合、再循環ループは押し型が浸漬されてい る液槽と組版溶剤が必要に応じて加えられる印刷素材のリザーバの間にて印刷素 材を連続的に循環させ得る。さらに、印刷品質を一定に保つために、印刷素材の 温度が調節され適宜な温度監視システムによって制御される。一般に、最良の結 果は印刷素材の温度が目標即ち最適温度の３℃以内に制御されるときに得られる 。また、かかる温度制御は再循環ループによって容易にされる。 押し型の液槽内への浸漬と印刷のための押し型の露出が繰り返されるとき、下 記のいずれかの方法が用いられる。 １．押し型が一回転中に印刷素材に浸漬し同印刷素材から出現するように回転軸 上に取り付けられる。この場合、押し型の回転は印刷素材の浴を攪拌するのに役 立つ。 ２．固定位置にある押し型の下で、印刷素材浴の液面レベルが昇降される。 ３．上記（１）の方法又は他の方法を用いて、押し型が固定液面レベルの下で繰 り返し上下動される。 さらに、他の方法は当業者にとって自明である。 本発明の一実施例は下記のとおりである。 印刷素材の浴槽に浸漬された押し型が液漏れを防止する適宜な密封材を用いて 印刷素材の浴槽の底を貫通して設けたスライド、ラム又は回転軸上に取り付けら れる。これにより、上記押し型は浴液面 の上方に持ち上げられ、余剰の液体が型表面から排出される。次いで、印刷され る装置は湿った印刷素材を制御されたパターンにて所望の表面に転写するために 濡れた型表面に密着される。この工程は押し型をもう一度印刷素材の液中に浸漬 し再び浴槽液面の上方に持ち上げ適正な排出時間を許容することによって繰り返 される。かくして、被印刷面が濡れた型表面に付着する。 従来構造の型に加えて、上記押し型は被印刷面に印刷素材の点（ドット）を転 写する所定配列の針であってもよい。印刷された点（ドット）が共に流されるよ うに上記の針が密接して配置される場合には、線、円形、四方形及びその他の形 状のような幾何学図形が形成される。 押し型は金属、セラミックのような硬質材料、硬質成形プラスチック又はゴム 、軟質プラスチックのような柔らかい材料によって製作される。被印刷表面は、 ガラス、金属、プラスチック、積層基材又は印刷素材を付着でき同印刷素材を拡 散、流出等によって広がらないように所定のパターンに保持し得る表面であれば よい。 本発明の最適な実施態様においては、印刷浴の粘度が最適な結果のために選択 された目標粘度の１０％以下から１０％以上の範囲に維持される。上記工程が繰 り返し実行される頻度は型面が印刷浴から分離されたとき余剰の液が型から排出 されるのに要する時間の程度によって決定される。この場合、印刷浴の粘度が上 記の排出時間を左右する。排出が早過ぎると、被印刷面に転写される印刷素材の 量が不足して、付着される印刷素材の層が薄くなり過ぎる。排出が遅れ過ぎると 、工程の効率が低下する。これらのことを考慮して、選択された印刷素材の目標 粘度は殆どの場合における最良結果のために、５，０００〜５０，０００センチ ポイズ（ｃｐｓ）の範囲に ある。５，０００ｃｐｓ以下の場合には、排出が早過ぎて不充分な印刷素材が残 存し、５０，０００ｃｐｓ以上の場合には、排出に５秒以上かかり、この５秒の 時間は効率的な工程には長過ぎる。上述したように、温度制御は粘度を調整し制 御するのに寄与する。印刷浴の粘度が５，０００〜５０，０００ｃｐｓの範囲に あれば、非溶剤（solvent-free）の印刷浴も使用され得る。また、印刷厚さの制 御は凹凸、隆起又は浮彫りのある表面をもつ押し型を使用して達成される。 ０．０００３〜０．００７インチの印刷厚味は上記工程による単一印刷におい て形成される。 図１の概略構成図において、被印刷面１１は押し型１３が浸漬される液状印刷 素材の浴槽１２の上に位置決めされる。押し型の上面は上向きの盛り上ったネガ １４として示されている。液状印刷素材は浴槽１２とリザーバ１５の間を循環ポ ンプ１６により循環され、交換溶剤が必要に応じて加えられ蒸発により失われた 溶剤と取り替えられる。盛り上ったネガ１４と被印刷面１１の接触は、押し型１ ４を持ち上げるか又は押し型１４を固定保持した状態にて浴槽１２と被印刷面１ １の両者を下降させることによりもたらされる。 下記の実施例は例示の目的で示されている。 実施例１ この実施例は本発明のリード・オン・チップ（lead-on-chip（ＬＯＣ））工程 への適用を示している。この工程はメモリーチップを付着する目的で銅製（Ｋｏ ｖａｒ）のリードフレームに接着剤を印刷する工程である。この工程は各リード 上にての接着剤の均一な付着を必要とする。なお、リードの幅は０．００５イン チ（０，０１ ２ｃｍ）から０．０１５インチ（０．０３８１ｃｍ）まで変化する。 押し型を上下に自動的に駆動し（押し型を交互に液状印刷素材の浴槽に浸漬し 同浴槽の上方に持ち上げ）リードスクリュー又はスライドとＰＬＣ（プログラム 可能な論理コントローラ）電子制御システムを使用して上記押し型の上方にて適 正な位置まで正確に動かす機械が組立てられた。この機械の作動段階が図２ａ、 ２ｂ、２Ｃ、２ｄ及び２ｅに示されている。各図は二つの縦断面を示しており、 第２断面は第１断面に対して９０°の角度で切断して示されている。各図は液状 接着剤２２の浴を収容している浴槽２１と、浴槽内にて上下動可能に位置決めさ れた押し型２３と、浴槽の上方にて位置決めされた一連の不連続なリードを収容 しているリードフレーム２４を示している。この図により、押し型上の盛り上っ たネガ（押し型の最上面）がリードを超えて延在していることが理解される。 図２ａは上記機械の作動の第１段階を示しており、この段階にては押し型２３ が液状接着剤の浴２２内に完全に浸漬されリードフレーム２４が押し型２３の上 方にて同押し型２３と整列した位置にて固定されている。 図２ｂは第２段階を示しており。この段階にては押し型２３が浴２２の上方に 中間位置まで持ち上げられている。この段階にて、接着剤層の厚さと形状は液体 の特性、特に液体の粘度と表面張力の関数であり、また押し型の素材、押し型の サイズ、押し型の表面粗さ、押し型の表面輪郭及びその他のパラメータの関数で ある。 図２ｃは第３段階を示しており、この段階にては押し型が完全に持ち上げられ 接着剤層２５が各リード２４の下側に接触する。この状態にて、液状接着剤がそ の表面張力により押し型２３と各リード２４間保持する。リード間の隙間におけ る液状接着剤の滞 留は温度制御、溶剤制御又はこの両者による液状接着剤の粘度の調整により回避 される。 図２ｄは第４段階を示しており、この段階にては押し型２３が後退され前記浴 ２２中への再浸漬に向けて動いている。押し型２３が後退されているとき、まだ 液状の接着剤２４が接着力が切断される点まで伸びて各リード２４の下側に接着 剤の小さいなしずく（薄い層２６）として残在し型表面上に薄い残澤２７として 残る。的確に採寸したリード、押し型モジュールの注意深い設計、温度と粘度の 制御は作業者又は上記の機械による各リード上における接着剤の正確で制御可能 かつ再生可能な付着を可能にする。この種の制御によれば、リード間の隙間にお ける接着剤の橋架が回避され得る。 図２ｅは第５段階と最終段階を示しており、この段階にては押し型が完全に後 退され、押し型上に残った接着剤が浴中の接着剤に再結合される。この残在接着 剤の組成変化は浴からの短い露出時間（１０秒以下）では最少である。 上記の工程は熱可塑性接着剤を１６のパッケージ位置を有するＴＳＯＰ（薄く て小さな外形パッケージ）リードフレームに付与するために適用された。上記接 着剤はAlpha Metals，Inc．（米国ニュージャージー州ジャージー市）によって 供給される熱可塑性接着剤ＳＴＡＹ ＳＴＩＣＫ ３０１）であった。この接着 剤は通常溶剤中の３６重量％の溶液として供給される。この使用に先立って、上 記接着剤は付加溶剤によって２５重量％に希釈され、その温度は粘度と表面張力 を調整するため５０℃に調節された。また、リザーバハウジングの動きと押し型 機構の上下動によって攪拌がもたらされた。上記作動段階の時間は、２秒間保持 された第３段階（図２ｃ）以外では、各段階毎に１秒であった。上記の素材と条 件によって、上記 接着剤は３2ミクロンの平均厚さで各リード上に付着され、各リードからリード までの厚さ範囲は２５ミクロン〜３７ミクロンであった。 実施例２ この実施例は実施例１にて記述した工程を無機物を充填したエポキシ系接着剤 に適用した例を示している。このエポキシ系接着剤の組成が表Ｉに示されている 。これらの実施例にて使用されたエポキシ系プレポリマーは、一般に溶剤（１部 ）中にてＥＰＯＮ ５８００８（２部）とＥＰＯＮ １００１Ｆ（１部）のよう なビスフェノールＡエポキシ樹脂をトルエンジアミン（２０％のエポキシ化学量 論）のようなジ（第１アミン）鎖の増量剤と混合し、この混合物を攪拌しながら ６５℃まで加熱してビスフェノールＡニトリルゴムの共重合物を約８０％の原エ ポキシ機能残部と共に形成することにより形成される。 上記接着剤混合物の温度を３５℃に調節し実施例１にて述べた同一条件を適用 することにより、３０ミクロンの平均厚さと２５〜３６ミクロンの範囲をもって 接着剤の付着が達成された。 実施例３ この実施例はガラス上への印刷に適用した実施例１の工程を示している。幾何 学図形の印刷は通常ＣＣＤｓ（charge-coupled devices）用のビジョン検出器及 びその他のディジタル画像システムに使用される。この場合、ガラスは機械的又 は環境的な破損を回避するために電気チップ検出器のカバーとして使用される。 この実施例において、押し型上の盛り上げたネガはＣＣＤチップの形状を収容す る一組の線と角度であり、実施例１における上記装置が使用された。使用された 接着剤の処方は次のとおりであった。 上記処方の適用は２５℃にて実施され、その他実施例１に述べた同一条件が付 与された。これにより、２６ミクロンの平均厚さと２０〜３４ミクロンの範囲を もつ接着剤の付着が達成された。 実施例４ この実施例は「フリップチップ(flip chips）」に適用した実施例１の工程を 示しており、チップとベース間の電気的接触が溶接作動の前にベースに固着され たロウ付けボールによって施されている。この適用に用いた工程はソルバーを充 填したエポキシ又はロウ付けペースト等の導電組成物をリードフレーム又はチッ プ自体の適当な箇所に直接付与することに適用され得る。 押し型（stamping die）は０．０１インチ（０．０２５４ｃｍ）径の円筒状の ワイヤを用いてその端部に短い切片を配置し平らなドットアレイを形成する露出 端を設けて製作された。印刷素材は下記のような導電性系統的表示の処方であっ た。 上記印刷素材が適用された表面はガラス顕微鏡スライドであった。ドットから ドットへの付着の安定性と均一性は０．０１０インチ（０．０２５ｃｍ）から０ ．０１４インチ（０．０３６ｃｍ）の範囲であった。また、各ドットの高さは２ ０〜２５ミクロンの範囲であった。このことは接着ワイヤを要しないで型の電気 接続用パッドとリードフレーム表面の間に電気的結合を形成するのに充分過ぎる ことを意味する。 型とリードフレーム間の接触点の数は２又は３から３０又はそれ以上に変化し 、また、ここに述べた工程は約６秒のサイクル時間にて全ての必要なドットを単 一ステップにおいて付与し得る。これは 毎秒４ヶ又は５ヶのドットの性能を持つ針分配装置の送り出しよりも少なくとも １０倍以上早いものである。ドットのサイズは適宜なスタンプサイズと工程条件 によって約０．００５インチ（０．０１３ｃｍ）又はそれ以下の全ての径に制御 され得る。 上記事項は主として例示の目的で提示されている。ここに述べた方法及びパッ ケージの素材、寸法、形状、組立手順、硬化条件及びその他パラメータは本発明 の趣旨と範囲をいつ脱しないで当業者にとって自明のことである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．図形の盛り上げたネガを備えた型を５，０００〜５０，０００ｃｐｓの範囲 内にある粘度を有する液状印刷素材の浴槽中に前記ネガを上向きにして浸漬し、 前記ネガを上向きに維持しながら前記図形の盛り上げたネガと前記浴槽を相対的 に垂直方向に変位させて液状印刷素材で濡れた前記ネガを露出させ、 被印刷面を液状印刷素材で濡らされ上向きに露出した前記ネガに接触させて同 ネガから印刷素材を被印刷面に転写させることにより被印刷面に図形を印刷する 方法。 ２．請求項１による方法において、前記液状印刷素材の浴が目標温度の３℃以内 に温度制御されること。 ３．請求項１による方法において、前記液状印刷素材が前記浴槽とリザーバ間に て連続的に循環されること。 ４．請求項１による方法において、前記液状印刷素材が揮発性溶剤中の溶質の溶 液であって前記浴槽と蒸発によって消失した溶質が取り替えられるリザーバの間 にて連続的に循環されること。 ５．請求項１による方法において、前記液状印刷素材が懸濁した固体を含有し同 固体を懸濁液中に維持するため連続的に攪拌されること。 ６．請求項１による方法において、前記液状印刷素材が非硬化性の接着剤である こと。 ７．請求項１による方法において、前記盛り上げたネガが実質的に平らであり水 平であること。 ８．請求項１による方法において、前記盛り上げたネガが実質的に平らであり水 平に対して３０°以下の角度を形成していること。 ９．請求項１による方法において、前記盛り上げたネガが複数の平面を規定し、 前記被印刷面が前記ネガの平面に対応する複数の平面を規定していることにより 、前記液状印刷素材が被印刷面の全ての平面に同時に転写されること。 １０．請求項１による方法において、前記被印刷面がガラスの表面であること。 １１．請求項１による方法において、前記被印刷面が金属リードフレームの表面 であること。