JP2005217323A - レジストマスク印刷装置、レジストマスク印刷方法、導体パターンの形成方法、並びに電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジストマスクを生産性良くかつ低コストに形成することができ、導体パターンの高精細化にも対応可能なレジストマスク印刷装置を提供する。
【解決手段】 本発明のレジストマスク印刷装置１は、少なくとも一面に導電層３２が形成された被印刷材３０上に、導電層３２のパターニング用のレジストマスク３３を直接印刷するものであり、円筒状スクリーン版１０と、スクリーン版１０を回動させる回動手段と、スクリーン版１０の内側にレジストインク５０を供給するインク供給手段と、レジストインク５０をスクリーン版１０の版孔に刷り込むスケージ２０と、スクリーン版１０に対向して、かつスクリーン版１０との間隙に被印刷材３０が通過するように配置された加圧ロール４０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板等の導体パターンを形成する際に用いて好適なレジストマスク印刷装置、該装置を用いたレジストマスク印刷方法、及び導体パターンの形成方法、並びに該導体パターンの形成方法にて形成された導体パターンを備えた電子部品に関するものである。

ＩＣカード、ＩＣタグ、ＩＣラベル、携帯用電子機器等に搭載されるプリント配線板等の電子部品を製造するにあたっては、配線等の導体パターンを精度良く形成することが重要である。導体パターンは、例えば、金属箔からなる導電層を形成し、その上に所望の導体パターンと同一パターンのレジストマスクを被着させた後、該マスクにより被着されていない導電層部分をエッチング除去することで形成することができる。
レジストマスクの形成方法としては、従来、（１）導電層上に感光層を成膜し、これをフォトマスクにて露光し、現像するフォトリソ法や、（２）フラットスクリーンを用いてレジストマスクを直接印刷するフラットスクリーン印刷法が知られている。
しかしながら、フォトリソ法は、高精細なパターンを形成できるものの、工程数が多く、しかも形成した感光層の多くを除去しなければならず、多大な時間やコストを要する。これに対して、フラットスクリーン印刷法は、フォトリソ法に比して、工数数が少なく短時間処理、低コスト化が可能であるが、大量印刷には不向きである。
かかる背景下、本発明者らは特許文献１にて、グラビア印刷法を利用したレジストマスク印刷技術を提案している。
特開２００３−２２４３４３号公報

本発明者らが提案した上記技術によれば、レジストマスクの大量印刷、生産コストの低減を図ることができる。しかしながら、電子機器の高性能化、小型軽量化に伴い、これに搭載されるプリント配線板等に対する高精細化の要求は年々厳しくなってきている。グラビア印刷法で印刷できるパターンの線幅およびピッチはいずれも３００μｍ程度が限界であり、高精細化には限界がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、レジストマスクを生産性良くかつ低コストに形成することができ、高精細化にも対応可能なレジストマスク印刷技術、該技術を利用した導体パターンの形成方法及び電子部品を提供することを目的とする。

本発明のレジストマスク印刷装置は、少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷するレジストマスク印刷装置において、円筒状スクリーン版と、前記スクリーン版を回動させる回動手段と、前記スクリーン版の内側にレジストインクを供給するインク供給手段と、レジストインクを前記スクリーン版の版孔に刷り込むスケージと、前記スクリーン版に対向して、かつ前記スクリーン版との間隙に前記被印刷材が通過するように配置された加圧ロールとを備えたことを特徴とする。

本発明のレジストマスク印刷方法は、少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、ロータリースクリーン印刷法にて、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷することを特徴とする。

本発明の導体パターンの形成方法は、少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、ロータリースクリーン印刷法にて、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷する工程と、前記導電層の前記レジストマスク被着部分をエッチング除去し、導体パターンを得る工程とを有することを特徴とする。

本発明の電子部品は、上記の本発明の導体パターンの形成方法により形成された導体パターンを備えたことを特徴とする。
本発明の電子部品において、パターニング前の前記導電層としては、金属箔が好ましい。

本発明によれば、レジストマスクを生産性良くかつ低コストに形成することができ、高精細化にも対応可能なレジストマスク印刷技術、該技術を利用した導体パターンの形成方法及び電子部品を提供することができる。

「レジストマスク印刷装置、印刷方法」
図１に基づいて、本発明に係る一実施形態のレジストマスク印刷装置の構造について説明する。図１において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は拡大断面図である。

本実施形態のレジストマスク印刷装置１は、絶縁性基材３１の少なくとも一面に導電層３２が形成された被印刷材３０に、導電層３２のパターニング用のレジストマスク３３を直接印刷する装置である。被印刷材３０の基材３１や導電層３２は特に限定されないが、基材３１としては樹脂フィルム等、導電層３２としてはアルミニウム箔等の金属箔等が好適に用いられる。

レジストマスク印刷装置１は、円筒状スクリーン版１０と、その内側に設けられたスケージ２０と、スクリーン版１０に対向して、かつスクリーン版１０との間隙に被印刷材３０が通過するように配置された加圧ロール４０とから概略構成されている。
レジストマスク印刷装置１にはさらに、スクリーン版１０を図示反時計回り方向に回動させる回動手段（図示略）と、スクリーン版１０の内側にレジストインク５０を供給するインク供給手段（図示略）とが備えられている。

本実施形態では、スケージ２０の手前（スクリーン版１０の回動方向と反対側）にレジストインク５０を供給しつつ、スクリーン版１０を回動させることで、スクリーン版１０に対して相対摺動するスケージ２０によってレジストインク５０がスクリーン版１０の版孔に刷り込まれ、これを通過したレジストインク５０が、スクリーン版１０と加圧ロール４０との間を通過する被印刷材３０上に転写される。そして、被印刷材３０には、スクリーン版１０と同一パターンのレジストマスク３３が直接印刷される。
すなわち、本実施形態は、レジストマスク印刷にロータリースクリーン印刷法を適用したものである。従来、ロータリースクリーン印刷法は、繊維布帛の柄印刷等に採用されており、レジストマスク印刷に該法を採用するという発想が新規なものである。

スクリーン版１０は、円筒状のスクリーン紗１１の外面に所望パターンのステンシル１２が形成されたものである。
スクリーン紗１１としては、ステンレススチールやポリエステル等のメッシュ織物や、ニッケル等の金属からなり、内面から外面に向けて貫通する多数の微細孔を有するメッシュ板等が用いられる。
後者のメッシュ板としては、図３（（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図）に示す如く、例えば、中央部に微細孔１３を有する断面視略六角形状の多数の中空体１４が隙間なく配列したものが市販されている（ＳＴＯＲＫ社製 商品名「ＲＯＴＡＭＥＳＨ」等）。図３（ｂ）に示すように、このメッシュ板では、微細孔１３が内面（図示左奥側）から外面（図示右手前側）に向けて拡径されている。かかる構成のものでは、スケージ２０に当接する内面側は開孔率が小さく平滑性が高く、スケージ２０の摩耗が抑えられる一方、被印刷材３０側である外面側は開孔率が大きく、レジストインクが流下しやすくなっている。
スクリーン紗１１の仕様は特に限定されないが、例えば、ＳＴＯＲＫ社製「ＲＯＴＡＭＥＳＨ」商品番号ＲＭ３０５ １３％では、内径８０μｍ、厚み８０μｍ、空隙率１３％、平均孔径３０μｍ、孔ピッチ８３μｍとなっている。

ステンシル１２は、例えば、スクリーン紗１１の外面に感光乳剤を塗布した後、所定パターンが印刷されたフィルム状のフォトマスクを巻き付け、露光及び現像することで、形成される。ステンシル１２を形成するにあたっては、感光乳剤の塗布後、現像後等に必要に応じて乾燥を行う。感光乳剤としては、一般のスクリーン印刷で使用されるものを用いることができ、光架橋剤としてジアゾ樹脂を配合したジアゾ系や、感光性樹脂を配合したフォトポリマー系、これらを併用したジアゾ・フォトポリマー系（フォトハイブリッド系、あるいはデュアルキュア系とも言う。）等が用いられる。
ステンシル１２の厚みは特に限定されないが、例えば４〜７μｍ程度が好ましい。ステンシル１２の厚みが厚すぎると、レジストインクが厚盛りになり、高精細化が困難となり、薄すぎるとステンシルを形成する際の感光乳剤の密着性が悪くなる傾向にある。

本実施形態において、印刷できるレジストマスク３３の線幅及びピッチは、スクリーン紗１１の孔ピッチやスクリーン版１０の厚み（スクリーン紗とステンシルの合計厚）と相関があり、印刷する最低線幅及び最低ピッチが、スクリーン紗１１の孔ピッチの１．５倍以上、かつスクリーン版１０の厚みの１．５倍以上であれば、連続印刷を安定的に実施することができる。
具体的には、スクリーン紗１１として先に例示した「ＲＯＴＡＭＥＳＨ」ＲＭ３０５ １３％を用い、５μｍ厚のステンシルを設けた場合、良好に印刷できる最低線幅及び最低ピッチは１２８μｍとなる。同シリーズのＲＭ４０５ １７％を用い、同厚のステンシルを設けた場合、良好に印刷できる最低線幅及び最低ピッチは１００μｍ程度となる。
このように、本実施形態によれば、スクリーン紗１１の孔ピッチやスクリーン版１０の厚みを調整することで、最低線幅及び最低ピッチが１００〜１５０μｍ程度の高精細なレジストマスク３３を良好に印刷することができる。かかる最低線幅及び最低ピッチは特許文献１に記載の技術（グラビア印刷法）では為し得ない高度なものである。

スケージ２０は、スクリーン版１０の内側に供給されたレジストインク５０をスクリーン版１０の版孔に刷り込むブレード２１と、これを保持するホルダ２２とから概略構成されている。ブレード２１は、先端がスクリーン版１０内面に当接し、後端側がホルダ２２に固定されている。ブレード２１はポリウレタン等の比較的柔軟な材質からなり、それ自身の位置はあまり変わらないが、スクリーン版１０の回動に伴って撓みながらスクリーン版１０に対して相対摺動する。

通常のロータリースクリーン印刷法では、ブレードは、ホルダに固定され先端がスクリーン版内面に当接するメインブレード単独のみからなるが、本発明者は、高精細な印刷が要求される本実施形態では、メインブレード２１ａに合わせて、これを補強するサポートブレード２１ｂを１枚又は２枚設けることが好ましいことを見出している。サポートブレード２１ｂは、例えばメインブレード２１ａとホルダ２２とが直接接していない部分に設けられる。図面では、メインブレード２１ａの両面に１枚ずつ計２枚のサポートブレード２１ｂを設けた場合について図示してあるが、サポートブレード２１ｂの数やこれを設置する側については適宜設計できる。
本実施形態では、サポートブレード２１ｂを１枚又は２枚設けることで、スケージ２０の過剰な撓みを抑えつつ、スケージ圧を適度に高くすることができ、高精細な印刷が可能となる。

メインブレード２１ａのリップ長Ｌ（ホルダ２２に直接接しない部分の長さ）は特に限定されないが、２４〜２６ｍｍが好ましい。リップ長Ｌが２６ｍｍ超では、ブレード２１が撓みすぎて、インクの切れが悪くなり、印刷されるインク量が多くなり、シャープな印刷ができない、離間すべきパターンが繋がるなど、高精細な印刷を行うことが困難となる恐れがある。リップ長Ｌが２４ｍｍ未満では、逆にインクが掻き取られすぎて、印刷されるインク量が少なくなり、印刷されるパターンの端部形状が不良（いわゆるレベリング不良）となる恐れがある。
メインブレード２１ａのチップ長Ｃ（サポートブレード２１ｂと直接接しない先端部長さ）は特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度が好ましい。
ブレード２１の厚みは特に限定されないが、例えば、メインブレード２１ａは１．８ｍｍ程度、サポートブレード２１ｂは０．２ｍｍ程度が好ましい。

ホルダ２２は、スクリーン版１０の軸方向に対して垂直方向に可動し、所望の位置で固定できるものであり、この位置を調整することで、スケージ２０の位置を調整することができる。
本実施形態では、スケージ２０の位置やリップ長Ｌ、スケージ圧等を調整し、図１（ｂ）に示す如く、スケージ２０先端が、スクリーン版１０の中心軸Ａと加圧ロール４０の中心軸Ｂ、及びこれらの接点を繋ぐラインＸ上に位置するように調整することが好ましい。
図２（ａ）に示す如く、スケージ２０先端がラインＸより被印刷材３０の下流側に位置していると、被印刷材３０とレジストインク５０の接触時間が長くなって、インクの塗布量が増し、精細さが低下する（シャープな印刷ができなくなる）傾向にある。逆に、同図（ｂ）に示す如く、スケージ２０先端がラインＸより被印刷材３０の上流側に位置していると、被印刷材３０とレジストインク５０の接触時間が短くなりすぎて、インクの塗布量が少なくなり、レベリング不良を招く恐れがある。

スケージ圧（スケージ２０先端のスクリーン版１０に対する圧）は特に限定されないが、スクリーン版１０と加圧ロール４０との間隙や被印刷材３０の厚み、ブレード２１の厚み、サポートブレード２１ｂの枚数等によって調整され、高すぎると、スケージ２０の撓み、すなわちスケージ角θ（ラインＸとブレードのなす角、図１（ｂ）参照）が小さくなってインクの転写量が多くなり、精細な印刷が困難となる傾向にある。逆に低すぎると、スケージ２０の撓み、すなわちスケージ角θが大きくなってインクの転写量が少なくなり、レベリング不良を招く傾向がある。

印刷速度は、導電層３２の材質や用いるインク等に応じて設計され、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔からなる導電層３２上にレジストマスク３３を印刷する場合、１０〜２０ｍ／ｍｉｎが好ましい。この範囲であれば良好にインクを定着させることができる。

用いるレジストインク５０としては、形成されるレジストマスク３３が導電層３２のエッチング液、具体的には塩酸液等の酸性液に対して耐性を有するものが用いられる。また、レジストマスク３３を剥離する必要がある場合には、形成されるレジストマスク３３が水酸化ナトリウム液等のアルカリ性液によって容易に剥離する必要がある。
例えば、プリント配線板において、導電層をパターニングしてコンデンサ等を形成する裏面側（コンデンサ側）は、レジストマスクが残っていても支障はないのに対し、導電層をパターニングして回路を形成し、その上にＩＣを搭載する表面側は、レジストマスクを剥離する必要がある。

レジストマスク３３を剥離する場合、例えば、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂と溶剤とを含み、加熱乾燥で固化するレジストインクが好ましく用いられる。レジストマスクを剥離しなくても良い場合、同様のレジストインクを用いることもできるし、例えば、光重合性モノマー及び／又は光重合性プレポリマーと光重合開始剤と溶剤とを含む光硬化性レジストインクを用いることもできる。光硬化性レジストインクは、アルカリ性液で剥離しないため、レジストマスクを剥離しない側の使用に限定されるが、短時間で硬化できるので、これを用いることで、装置の省スペース化やレジストマスク印刷工程の短縮化を図ることができる。

本実施形態において、用いるレジストインク５０の粘度は特に限定されないが、印刷環境温度（例えば、平均温度２５℃、平均湿度５２％）で、東洋インキ製造（株）社製「ビスコテスターＶＴ−０４Ｆ（１号ローター）」にて測定される粘度が２０〜２５ポイズとなるように、調整することが好ましい。

印刷するレジストマスク３３の厚みは特に限定されないが、固化（硬化）後に、例えば３〜８μｍとなるように調整することが好ましい。

本実施形態の印刷装置１には、用いるレジストインク５０の種類に応じて、印刷したレジストマスク３３を固化（硬化）する手段が設けられる（図示略）。すなわち、加熱乾燥で固化するレジストインクを用いる場合には、印刷を終えた被印刷材３０を加熱乾燥する熱風乾燥機等の乾燥手段が設けられ、光硬化性インクを用いる場合には、印刷を終えた被印刷材３０に紫外線等の光線を照射する光照射手段が設けられる。
なお、両面にレジストマスクを形成する場合には、１台の印刷装置１を用い、片面についてレジストマスクの印刷及び固化を行った後、表裏反転させて、再度同装置にてレジストマスクの印刷及び固化を行っても良いし、２台の印刷装置１を用い、片面ずつ順次レジストマスクの印刷及び固化を行っても良い。

本実施形態の印刷装置１及びこれを用いた印刷方法によれば、被印刷材３０を連続的に供給し印刷することができるので、レジストマスク３３を大量に生産性良くかつ低コストに形成することができる。さらに、１枚毎に印刷を行うフラットスクリーン印刷法では、被印刷材の周囲に印刷できない額縁が必ず存在するが、ロータリースクリーン印刷法を採用した本実施形態では、被印刷材３０を連続的に供給して印刷を行うので、額縁なく印刷を行うことができ、被印刷材の基材コスト等を大幅に削減できる。
また、本実施形態によれば、上記したように、グラビア印刷法では為し得ない高精細なレジストマスク３３を形成することができる。

「導体パターンの形成方法、電子部品」
上記のようにしてレジストマスクを形成した後、導電層のレジストマスク被着部分を塩酸液等のエッチング液を用いてエッチング除去し、付着したエッチング液の水洗及び乾燥を行い、さらに必要に応じて残ったレジストマスクを水酸化ナトリウム液等のアルカリ性液で剥離し、水洗及び乾燥することで、導電層をパターニングし、所望の導体パターンを形成することができる。
これを被印刷材の片面あるいは両面について実施し、必要に応じてＩＣを搭載するなどして、プリント配線板等の電子部品が得られる。
本発明において、導電層としては、電気的導通性に優れた導体パターンが得られることから、アルミニウム箔等の金属箔が好適に用いられる。

本発明の導体パターンの形成方法、及び該方法にて形成された導体パターンを備えた電子部品では、レジストマスク印刷時に、ロータリースクリーン印刷法を採用しているので、生産性に優れ、低コスト化、高精細化を図ることができる。
なお、導電性ペーストをロータリースクリーン印刷法にて印刷し、直接導体パターンを印刷することも考えられるが、導電性ペーストは樹脂バインダ等の非導電性物質を含むため、得られる導体パターンは抵抗値が相対的に高く、電気的導通の信頼性が劣るものとなる。換言すれば、導電層として金属箔を用いて得られる本発明の電子部品は、高精細でかつ電気的導通の信頼性にも優れた導体パターンを備えたものとなるので、極めて高性能なものとなる。しかも、低コストで提供できるので、その工業的価値は極めて大きい。

本発明の技術は、ＩＣカード、ＩＣタグ、ＩＣラベル、携帯用電子機器等に搭載されるプリント配線板等の電子部品に好ましく適用することができる。本発明は特に、使い捨て型ＩＣタグ等の低コストでかつ大量供給が要求され、しかも高性能が要求される用途に好ましく適用することができる。

本発明に係る一実施形態のレジストマスク印刷装置の構造を示す図である。 スケージの好適な位置を説明するための図である。 スクリーン紗の一例を示す図である。

符号の説明

１ レジストマスク印刷装置
１０ 円筒状スクリーン版
２０ スケージ
３０ 被印刷材
４０ 加圧ロール
５０ レジストインク

Claims (5)

1. 少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷するレジストマスク印刷装置において、
   円筒状スクリーン版と、
   前記スクリーン版を回動させる回動手段と、
   前記スクリーン版の内側にレジストインクを供給するインク供給手段と、
   レジストインクを前記スクリーン版の版孔に刷り込むスケージと、
   前記スクリーン版に対向して、かつ前記スクリーン版との間隙に前記被印刷材が通過するように配置された加圧ロールとを備えたことを特徴とするレジストマスク印刷装置。
2. 少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、ロータリースクリーン印刷法にて、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷することを特徴とするレジストマスク印刷方法。
3. 少なくとも一面に導電層が形成された被印刷材上に、ロータリースクリーン印刷法にて、前記導電層のパターニング用のレジストマスクを直接印刷する工程と、
   前記導電層の前記レジストマスク被着部分をエッチング除去し、所定の導体パターンを得る工程とを有することを特徴とする導体パターンの形成方法。
4. 請求項３に記載の導体パターンの形成方法により形成された導体パターンを備えたことを特徴とする電子部品。
5. 前記導電層が金属箔であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品。

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