JP2007160767A - 印刷用メタルマスクおよびスクリーン印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができるスクリーン印刷方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係るスクリーン印刷方法は、粘着樹脂３が載置面の略全面に亘って取り付けられたステージ１の載置面１ａ上に粘着樹脂３により実装基材２を固定し、印刷用メタルマスク４を、その裏面が実装基材２に対向するように実装基材２上に配置し、印刷用メタルマスク４の表面上に印刷スキージ５を移動させながら押圧することにより、クリーム半田６を塗り広げて、実装基材２にクリーム半田６を印刷するものであり、特に、印刷用メタルマスク４の裏面は、凹凸面４ｂが形成された粗面である。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子部品実装工程で用いられる印刷用メタルマスクおよびこの印刷用メタルマスクを用いたスクリーン印刷方法に関する。

通常、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等の基板実装面には、複数の電子部品が表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて実装される。近年、ＦＰＣを始めとした実装基材においては、基板の小型化・高機能化に伴い、実装する部品及び基板配線が微小化・微細化しており、電子部品を高精度に実装する技術が求められている。

図６は、電子部品実装工程の一つであるクリーム半田印刷工程の従来構成を示したものである。図７は、図６のＡ−Ａ切断線における断面を示す図であり、印刷スキージ１５も示している。１１はステージ、１２はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やガラスエポキシ基板等の実装基材、１３はステージ１１と実装基材１２とを固定する粘着材としての粘着樹脂、１４は印刷用メタルマスク、１４ａは印刷用メタルマスク１４の開口部、１５は印刷スキージ、１６はクリーム半田である。なお、図示していないが、ステージ１１の反印刷面側には、ステージ１１を吸着・固定するテーブルが配置されている。

従来のクリーム半田印刷工程において、例えば実装基材１２は、粘着樹脂１３によってステージ１１に固定される。その後、実装基材１２の上に印刷用メタルマスク１４を位置決めする。その後、印刷用メタルマスク１４の上において、図７の矢印の方向に印刷スキージ１５を移動させて、クリーム半田１６を印刷用メタルマスク１４上で塗り広げ、印刷用メタルマスク１４の開口部１４ａから実装基材１２の上にクリーム半田１６を印刷するスクリーン印刷方法が採用されている。

なお、電子部品実装工程における実装基材へのクリーム半田印刷工程については、例えば特許文献１にも開示されている。
特開平３−３１６６５９号公報

実装基材１２へのクリーム半田印刷工程では、厚み百数十μｍ程の印刷用メタルマスク１４を位置決めし、クリーム半田を数十μｍの位置決め精度で印刷する。その際、図８に示されるように、印刷スキージ１５の移動時の押圧によって、実装基材１２の配置位置の外側周囲では、印刷用メタルマスク１４の裏面が粘着樹脂１３に貼り付いてしまっていた。このため、クリーム半田１６を実装基材１２上に印刷した後、ステージ１１は吸着・固定していたテーブルから離れ、印刷用メタルマスク１４に粘着し、印刷用メタルマスク１４から簡単に取り外すことができないという問題があった。

また、印刷用メタルマスク１４をステージ１１上の粘着樹脂１２から取り外すときに、印刷用メタルマスク１４がたわみ、印刷用メタルマスク１４の開口部１４ａの形状が歪んだりするため、印刷されたクリーム半田１６が印刷用メタルマスク１４に付着して浮き上がってしまう問題があった。この結果、クリーム半田１６の印刷量の不均一、印刷位置のずれ、印刷にじみ等が生じてしまっていた。印刷量が不均一な場合は、部品の脱落や半田過多が生じ、またクリーム半田１６の印刷位置がずれた場合や印刷にじみが生じた場合は、配線間のショート、半田ボール等の不具合等が生じるため、はんだ付け工程が安定して行われないという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる印刷用メタルマスクおよびクリーム半田印刷方法を提供することを目的とする。

本発明に係る印刷用メタルマスクは、粘着材が載置面の略全面に亘って取り付けられたステージの載置面上に粘着材により固定される実装基材に、裏面を対向させて配置され、ペースト状印刷材料を印刷するために用いられる板状の印刷用メタルマスクであって、裏面が粗面であることを特徴とするものである。
このように構成したことにより、印刷用メタルマスクおよび粘着材との間の接着面積が低減され、且つ、印刷用メタルマスクと粘着材の間に空気の流れ込みが生じ、この結果、印刷用メタルマスクと粘着材との間の粘着力を低減させることができ、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる。

また、実装基材のペースト状印刷材料の印刷領域に対応して形成された開口部を有し、裏面は、開口部の外周部を除き、粗面に形成されてもよい。これにより、開口部の外周部では、印刷用メタルマスクと実装基材とが密着され、ペースト状印刷材料が印刷用メタルマスクと実装基材との間に流れ込むのを抑止し、ペースト状印刷材料にじみが生じるのを低減することができる。

また、裏面は、実装基材に対向する領域を除き、粗面に形成されてもよい。これにより、実装基材に印刷用メタルマスクの粗面が接触するのを防止でき、実装基材が印刷用メタルマスクの粗面により傷付くのを低減できる。また、粗面形成領域を必要最小限に抑えることができ、粗面に加工するための製造コストを低減することができる。

また、裏面に形成された上記粗面の表面粗さＲｍａｘは２０μｍ〜５０μｍである。これにより、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる。

本発明に係るスクリーン印刷方法は、粘着材が載置面の略全面に亘って取り付けられたステージの上記載置面上に上記粘着材により実装基材を固定し、板状の印刷用メタルマスクを、その裏面が実装基材に対向するように、実装基材上に配置し、印刷用メタルマスクの表面上に印刷スキージを移動させながら押圧することにより、ペースト状印刷材料を塗り広げて、実装基材にペースト状印刷材料を印刷するスクリーン印刷方法であって、印刷用メタルマスクの裏面が粗面であることを特徴とするものである。
このように構成したことにより、印刷用メタルマスクおよび粘着材との間の接着面積が低減され、且つ、印刷用メタルマスクと粘着材の間に空気の流れ込みが生じ、この結果、印刷用メタルマスクと粘着材との間の粘着力を低減させることができ、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる。

また、印刷用メタルマスクは、実装基材のペースト状印刷材料の印刷領域に対応して形成された開口部を有し、印刷用メタルマスクの裏面は、開口部の外周部を除き、粗面に形成されてもよい。これにより、開口部の外周部では、印刷用メタルマスクと実装基材とが密着され、ペースト状印刷材料が印刷用メタルマスクと実装基材との間に流れ込むのを抑止し、ペースト状印刷材料にじみが生じるのを低減することができる。

また、印刷用メタルマスクの裏面は、実装基材に対向する領域を除き、粗面に形成されてもよい。これにより、実装基材に印刷用メタルマスクの粗面が接触するのを防止でき、実装基材が印刷用メタルマスクの粗面により傷付くのを低減できる。また、粗面形成領域を必要最小限に抑えることができ、粗面に加工するための製造コストを低減することができる。

また、印刷用メタルマスクの裏面に形成された粗面の表面粗さＲｍａｘは２０μｍ〜５０μｍである。これにより、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる。

本発明により、印刷用メタルマスクをステージから容易に取り外すことができる。また、本発明により、ステージとして汎用性のあるものを使用することができ、大量に電子部品実装基板を製造する上で効率的な生産が可能となる。

本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるスクリーン印刷方法の構成を示したものである。図２は、図１のＸ−Ｘ切断線における断面図である。
１はクリーム半田印刷をその上で実行するステージ、２はクリーム半田を印刷する対象であるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の実装基材、３はステージ１と実装基材２とを固定する粘着材としての粘着樹脂、４は印刷用メタルマスク、５は印刷スキージである。
図１および図２に示されるように、ステージ１は、例えばプラスチック等からなる合板で形成されており、ステージ１の上面に設けられた載置面１ａは、実装基材２を載置できるだけの大きさと印刷するに必要な平面度を備え、印刷スキージ５の押圧に対して平面度を維持できるような厚み、強度を有している。また、図示していないが、ステージ１の下面側には金属等からなるテーブルが配設され、テーブルとステージ１とを真空吸着等で固定している。

実装基材２の例示として、例えば、樹脂等を使用するフレキシブル基板（ＦＰＣ）やガラスエポキシ基板等の他、セラミック基板、金属基板が挙げられる。また、形状は、矩形基板形状の他、異形のパッケージ形状となっているものでもよい。また、実装基材２の印刷面は平坦であることが好ましいが、実装部品が配設されているものであってもよい。なお、本実施形態においては、ステージ１の上に複数の実装基材２を配置し、これら複数の実装基材２を１回の印刷工程でクリーム半田印刷する例を説明するが、単数の実装基材２をステージ１上に配置し、クリーム半田印刷してもよい。

粘着樹脂３は、例えば耐熱性を有する両面粘着材にて形成される。図１および図２に示されるように、粘着樹脂３は、ステージ１の載置面１ａの略全面に亘って、取り付けられている。粘着樹脂３には、両面粘着材として、例えばＦＰＣの取り付け及び取り外しが可能となるように工夫されたＦＰＣ固定用粘着シートを用いればより好ましい。このＦＰＣ固定用粘着シートは、アルキル基の炭素数が４〜１４の（メタ）アクリル酸アルキルエステルを単量体主成分とし且つ分子内に官能基を含有しているアクリル系ポリマーと、アルミニウム系架橋剤とからなる粘着剤層が、基材の両面に形成されているものである。

このＦＰＣ固定用粘着シートは、特にＦＰＣに対する接着性や剥離性を保持しつつ、剥離後には接着剤成分がＦＰＣに残存せず、しかも、電子部品実装時のリフロー工程等の加熱工程を経ても密着性及び剥離性が優れている。粘着樹脂３を上記両面粘着材で形成した場合、ＦＰＣ等の実装基材２の裏面を上記両面粘着材の粘着力で確実に保持することができる。

図１および図２に示されるように、印刷用メタルマスク４は、実装基材２上にペースト状印刷材料としてのクリーム半田６を印刷するための版であり、例えばステンレス等の金属で板状に形成されている。印刷用メタルマスク１４の板厚は、例えば、百数十μｍである。また、印刷用メタルマスク４には、実装基材２のクリーム半田印刷領域に対応して形成されたパターンと略同形状の開口部４ａが複数形成されている。図２に示されるように、印刷用メタルマスク４は、印刷用メタルマスク４の裏面を実装基材２に対向して、実装基材２上に配置される。

図３は、印刷用メタルマスクの開口部周辺を拡大した図である。
図３に示されるように、印刷用メタルマスク４の裏面、すなわち、実装基材２に対向する面は、微細な凹凸により形成された凹凸面４ｂを有し、粗面に形成されている。具体的には、凹凸面４ｂの表面粗さＲｍａｘは２０μｍ〜５０μｍである。
図１および図２に示されるように、印刷スキージ５は、印刷用メタルマスク４の表面（実装基材２に対向する面と反対側の面）上を押圧することにより、クリーム半田６を塗り広げて、開口部４ａより押し出すための器具である。例えば先端部が樹脂材料によって板状に成型されたもので、複数の実装基材２の全面をカバーできる幅を有する。

ペースト状印刷材料としてのクリーム半田６は、主に錫の合金である半田材料を大きさ数１０μｍφの粒子状に成型したものと、金属表面を活性化させる溶剤である液状のフラックス等とを混合した半田材料であり、ペースト状態のため、スクリーン印刷によってクリーム半田６を実装基材２に配設することができる。なお、実装基材２に塗布した後、ステージ１を前記テーブルから離し、ステージ１を移動し、チップ部品等をクリーム半田の上に位置決めし、リフロー工程によって高温で融解され、実装基材２の端子金属とチップ部品の電極等とを接続する材料となるものである。

次に、本発明の実施の形態に係るスクリーン印刷方法について、図に基づいて説明する。図４は、電子部品実装工程を説明するためのフロー図である。
まず、ステージ１の載置面１ａ上に粘着樹脂３により実装基材２を位置決めしながら固定する(ステップ（ＳＴＥＰ：以下、ＳＴと称する）４０１)。次に、印刷用メタルマスク４を、位置決めしながら、その裏面が実装基材２に対向するように、実装基材２上に配置する（ＳＴ４０２）。

次に、印刷用メタルマスク４の表面上に印刷スキージ５を移動させながら押圧することにより、ペースト状印刷材料としてのクリーム半田６を塗り広げて、実装基材２のクリーム半田印刷領域内に、開口部４ａを通して、クリーム半田６を印刷する（ＳＴ４０３）。次に、印刷用メタルマスク４を、ステージ１の載置面１ａから取り外す（ＳＴ４０４）。このとき、印刷用メタルマスク４の裏面を粗面に形成したので、印刷用メタルマスク４および粘着樹脂３との間の接着面積が低減され、且つ、印刷用メタルマスク４と粘着樹脂３の間に空気の流れ込みが生じ、この結果、印刷用メタルマスク４と粘着樹脂３との間の粘着力を低減させることができ、印刷用メタルマスク４をステージ１から容易に取り外すことができる。

よって、印刷用メタルマスク４をステージ１上の粘着樹脂２から取り外すときに、印刷用メタルマスク４のたわみを低減でき、印刷用メタルマスク４の開口部４ａの形状が歪むのも低減できる。この結果、クリーム半田７の印刷量が不均一になったり、印刷位置がずれたり、印刷にじみが生じるという難点が解消できる。したがって、印刷量の不均一による部品の脱落や半田過多、また、クリーム半田７の位置ずれやにじみによる配線間のショート、半田ボール等の不具合がなくなり、はんだ付け工程が安定して行うことができる。

次に、ステージ１をテーブルから離し、ステージ１を電子部品搭載位置に移動し、実装基材２上に電子部品（不図示）を搭載する（ＳＴ４０５）。具体的には、実装基材２の半田印刷領域に、電子部品の接続端子（不図示）を配置する。
次に、実装基材２が搭載された状態で、ステージ１をリフロー炉（不図示）に送り、熱風または／および赤外線により実装基材２を加熱して、実装基材２上のクリーム半田６を溶解する（Ｓ４０６）。そして、実装基材２を空冷により冷却して、電子部品の実装基材２への実装が完了する（ＳＴ４０７）。最後に、実装基材２をステージ１の載置面１ａから取り外す（ＳＴ４０８）。

次に、本発明の実施の形態に係る印刷用メタルマスクの変形例について、図に基づいて説明する。図５は、印刷用メタルマスクの変形例の開口部周辺を拡大した図である。図５は図３に対応するものである。
本発明の実施の形態に係る印刷用メタルマスク４では、その裏面全体に凹凸面４ｂを形成することにより、裏面を粗面としたのに対し、本発明に実施の形態に係る印刷用メタルマスクの変形例４０では、その裏面のうち、開口部４０ａの外周部Ｍ以外の領域全体に凹凸面４０ｂを形成し、裏面の特定領域を粗面とした点で相違する。そして、開口部４０ａの外周部Ｍは平滑面４０ｃに形成されている。このようにしたことにより、印刷用メタルマスク４０を実装基材２上に配置したとき、開口部４０ａの外周部Ｍでは、印刷用メタルマスク４０と実装基材２とが密着され、クリーム半田６が印刷用メタルマスク４０と実装基材２との間に流れ込むのを抑止し、半田にじみが生じるのを低減することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る印刷用メタルマスクの別の変形例について、図に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る印刷用メタルマスク４では、その裏面全体に凹凸面４ｂを形成することにより、裏面を粗面としたのに対し、本発明に実施の形態に係る印刷用メタルマスクの別の変形例では、その裏面のうち、実装基材２に対向する領域以外の領域全体に凹凸面を形成し、裏面の特定領域を粗面とした点で相違する。このようにしたことにより、実装基材２に印刷用メタルマスクの粗面が接触するのを防止でき、実装基材２が印刷用メタルマスクの粗面により傷付くのを低減できる。また、粗面形成領域を必要最小限に抑えることができ、粗面に加工するため製造コストを低減することができる。

以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。

本発明の実施形態にかかるスクリーン印刷方法の構成を示したものである。 図１のＸ−Ｘ切断線における断面図である。 印刷用メタルマスクの開口部周辺を拡大した図である。 電子部品実装工程を説明するためのフロー図である。 印刷用メタルマスクの変形例の開口部周辺を拡大した図である。 クリーム半田印刷工程の従来構成を示したものである。 図５のＡ−Ａ切断線における断面を示す図である。 従来のクリーム半田印刷工程において、印刷スキージの押圧により、印刷用メタルマスク裏面が粘着樹脂に貼り付く様子を示す図である。

符号の説明

１、１１ ステージ、 ２、１２ 実装基材、 ３、１３ 粘着樹脂、
４、１４ 印刷用メタルマスク、 ４ａ、１４ａ 開口部、 ４ｂ 凹凸面、
４ｃ 平滑面、 ５、１５ 印刷スキージ、
６、１６ クリーム半田

Claims (8)

1. 粘着材が載置面の略全面に亘って取り付けられたステージの上記載置面上に上記粘着材により固定される実装基材に、裏面を対向させて配置され、ペースト状印刷材料を印刷するために用いられる板状の印刷用メタルマスクであって、
   上記裏面が粗面であることを特徴とする印刷用メタルマスク。
2. 上記実装基材の上記ペースト状印刷材料の印刷領域に対応して形成された開口部を有し、
   上記裏面は、上記開口部の外周部を除き、粗面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の印刷用メタルマスク。
3. 上記裏面は、上記実装基材に対向する領域を除き、粗面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の印刷用メタルマスク。
4. 上記裏面に形成された上記粗面の表面粗さＲｍａｘは２０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の印刷用メタルマスク。
5. 粘着材が載置面の略全面に亘って取り付けられたステージの上記載置面上に上記粘着材により実装基材を固定し、
   板状の印刷用メタルマスクを、その裏面が上記実装基材に対向するように、上記実装基材上に配置し、
   上記印刷用メタルマスクの表面上に印刷スキージを移動させながら押圧することにより、ペースト状印刷材料を塗り広げて、上記実装基材に上記ペースト状印刷材料を印刷するスクリーン印刷方法であって、
   上記印刷用メタルマスクの裏面が粗面であることを特徴とするスクリーン印刷方法。
6. 上記印刷用メタルマスクは、上記実装基材の上記ペースト状印刷材料の印刷領域に対応して形成された開口部を有し、
   上記印刷用メタルマスクの裏面は、上記開口部の外周部を除き、粗面に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のスクリーン印刷方法。
7. 上記印刷用メタルマスクの裏面は、上記実装基材に対向する領域を除き、粗面に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のスクリーン印刷方法。
8. 上記印刷用メタルマスクの裏面に形成された上記粗面の表面粗さＲｍａｘは２０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。

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