JP2010149301A - Screen printing method and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被印刷体へ印刷パターンを印刷するためのスクリーン印刷方法に関し、特に微細な印刷パターンを印刷するためのスクリーン印刷方法に関する。 The present invention relates to a screen printing method for printing a print pattern on a substrate, and more particularly to a screen printing method for printing a fine print pattern.
スクリーン印刷とは孔版印刷の一種であり、スクリーンにパターン開口部を設け、パターン開口部を通してインクなどのペーストを被印刷体に転写する印刷方法である。導電性のペーストをクリーン印刷するスクリーン印刷方法は、例えば、エレクトロニクス分野において、太陽電池の電極形成、チップインダクタ、チップコンデンサ及びチップ抵抗などのチップ部品の内部電極形成、コイル形成並びに抵抗体形成などに、多岐にわたって用いられている。また、絶縁性のペーストをスクリーン印刷するスクリーン印刷方法は、例えば、PDP及び電子ペーパーなどの隔壁形成にも用いられている。これらのペーストを印刷したパターンは、電子機器の高度化、高性能化に伴い、次第に精細になってきている。近年、必要とされる印刷パターン(印刷したペーストの形状)のライン幅は100μ以下と細くなり、膜厚はできるだけ厚い印刷形状、すなわち高アスペクト比の印刷形状が必要になってきている。 Screen printing is a type of stencil printing, and is a printing method in which a pattern opening is provided in a screen and a paste such as ink is transferred to a printing medium through the pattern opening. For example, in the electronics field, a screen printing method for clean printing of conductive paste is used for forming electrodes for solar cells, forming internal electrodes for chip components such as chip inductors, chip capacitors and chip resistors, forming coils, and forming resistors. , Used widely. Moreover, the screen printing method of screen-printing an insulating paste is also used for forming partition walls such as PDP and electronic paper. Patterns printed with these pastes are becoming increasingly finer as electronic devices become more sophisticated and more sophisticated. In recent years, the line width of a required printing pattern (the shape of a printed paste) has been reduced to 100 μm or less, and a printing shape having a film thickness as thick as possible, that is, a printing shape having a high aspect ratio has been required.
スクリーン印刷方法において、ペーストのパターン開口部の通過を容易にするために、スクリーンを加振して、ペーストの粘度を低下させるスクリーン印刷方法が提案されている。例えば、スクリーンを加振するスクリーン印刷方法のための装置として、特許文献1には、スクリーン上にペーストを供給しつつ被印刷媒体に印刷をなすスクリーン印刷装置であって、スクリーン枠内に組み込まれた振動素子を含み、前記振動素子の振動を前記スクリーン枠を介して前記スクリーンへ伝達するようにしたことを特徴とするスクリーン印刷装置が開示されている。 In the screen printing method, a screen printing method has been proposed in which the viscosity of the paste is reduced by vibrating the screen in order to facilitate the passage of the paste through the pattern opening. For example, as an apparatus for a screen printing method that vibrates a screen, Patent Document 1 discloses a screen printing apparatus that prints on a printing medium while supplying a paste on the screen, and is incorporated in a screen frame. There is disclosed a screen printing apparatus including a vibration element that transmits vibration of the vibration element to the screen through the screen frame.
また、特許文献2には、所定パターンの貫通孔が形成されたスクリーンを被印刷体に重ね合わせ、前記スクリーン上にペーストを供給し、前記ペーストをスキージを用いて前記貫通孔に充填し、前記貫通孔への前記ペーストの充填後、前記スクリーンに超音波振動を与えた後に又は超音波振動を与えながら前記被印刷体と前記スクリーンとを離し、前記貫通孔内のペーストを前記貫通孔の内面から離脱させ前記被印刷体に残すようにしたスクリーン印刷方法において、前記スキージを介して前記スクリーンに超音波振動を与えることを特徴とするスクリーン印刷方法が開示されている。
Further, in
また、特許文献3には、スクリーンを用いて印刷材を被印刷物に印刷するスクリーン印刷機において、前記スクリーンに振動を与える振動発生手段を設けたことを特徴とするスクリーン印刷機が開示されている。 Patent Document 3 discloses a screen printing machine that prints a printing material on a substrate using a screen, and is provided with a vibration generating means for applying vibration to the screen. .
また、特許文献4には、クリーム半田が塗布されるプリント基板と、そのプリント基板の所定面に密接されるスクリーンとを備え、そのクリーム半田がそのスクリーンを介してそのプリント基板に印刷されるクリーム半田の印刷装置であって、前記クリーム半田の印刷時、及び、そのクリーム半田の印刷終了時に駆動される振動ヘッドが前記スクリーンに当接されることで設けられることを特徴とするクリーム半田の印刷装置が開示されている。
また、特許文献5には、スクリーン上面に沿ってスキージを移動させることにより、被印刷板に印刷剤を印刷した後、スクリーンと被印刷板とを離間させるスクリーン印刷方法であって、少なくとも印刷の終了からスクリーンと被印刷板との離間開始までの間に、スクリーンと被印刷板との少なくとも一方を振動させることを特徴とするスクリーン印刷方法が開示されている。
電子機器の高度化等に伴い、スクリーン印刷方法による印刷パターンのライン幅の精細化している。ライン幅の精細化に伴い、スクリーン印刷の際にペーストがマスクのパターン開口部の壁にペーストが付着したまま残り、いわゆる版抜け性が悪くなって印刷パターンの膜厚が減少するという問題が生じることがある。この問題により、電気抵抗の値が高くなるばかりでなく、かすれ等の印刷不良による断線も発生することがある。また、高いアスペクト比を有する印刷パターンを印刷するためには、高粘度のペーストを用いることが有効であるが、高粘度のペーストを用いた場合には、特に版抜け性が悪くなるという問題がある。 With the advancement of electronic devices, etc., the line width of the print pattern by the screen printing method has been refined. As the line width becomes finer, the paste remains on the wall of the pattern opening of the mask during screen printing, and the problem arises that the so-called plate removal property is deteriorated and the film thickness of the printed pattern is reduced. Sometimes. Due to this problem, not only the electric resistance value becomes high, but also disconnection due to printing failure such as fading may occur. Moreover, in order to print a printing pattern having a high aspect ratio, it is effective to use a high-viscosity paste. is there.
以上の問題に鑑み、本発明は、高いアスペクト比を有する優れた印刷パターンを形成するためのスクリーン印刷方法を得ることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to obtain a screen printing method for forming an excellent printing pattern having a high aspect ratio.
本発明者らは、スクリーン印刷の際に、所定のタイミングで超音波振動をペーストへ印加することにより、高いアスペクト比を有する優れた印刷パターンを得るために有効であることを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have found that it is effective to obtain an excellent print pattern having a high aspect ratio by applying ultrasonic vibration to the paste at a predetermined timing during screen printing. completed.
本発明は、超音波振動をペーストの少なくとも一部に対して印加しながら、パターン開口部を有するスクリーン上をスクレーパーが移動することによって、スクリーンの上面及びパターン開口部の少なくとも一部にペーストを供給する工程と、スキージがスクリーン上を接触し加圧しながら移動することによって、スクリーンのパターン開口部を通して被印刷体にペーストを印刷する工程とを含む、スクリーン印刷方法である。 The present invention supplies paste to at least part of the upper surface of the screen and the pattern opening by moving the scraper over the screen having the pattern opening while applying ultrasonic vibration to at least part of the paste. And a step of printing a paste on a printing medium through a pattern opening of the screen by moving the squeegee while pressing and pressing on the screen.
本発明のスクリーン印刷方法の好ましい態様を以下に示す。本発明では、これらの態様を適宜組み合わせることができる。
(1)超音波振動を、ペーストを供給する工程でのスクレーパーの移動方向の前方に配置された共振体を介してペーストに印加する。
(2)超音波振動を、スクレーパーを介してペーストに印加する。
(3)超音波振動を、スキージを介してペーストに印加する。
(4)被印刷体にペーストを印刷する工程において、スキージが印刷方向に移動し、ペーストを供給する工程において、スクレーパーが印刷方向とは反対の方向に移動する。
(5)超音波振動の周波数が、10KHz〜3MHzである。
(6)超音波振動源が、ランジュバン型振動子である。
(7)ランジュバン型振動子が、チタン酸ジルコン酸鉛を含む振動子である。
(8)ペーストが、25℃において10rpmで測定したときに300〜1000Pa・sの粘度である。
(9)ペーストが、無機粒子85〜95重量%、バインダ1〜5重量%及び溶剤1〜7重量%を含む。
Preferred embodiments of the screen printing method of the present invention are shown below. In the present invention, these embodiments can be appropriately combined.
(1) The ultrasonic vibration is applied to the paste via a resonator disposed in front of the moving direction of the scraper in the step of supplying the paste.
(2) Ultrasonic vibration is applied to the paste through a scraper.
(3) Apply ultrasonic vibration to the paste through a squeegee.
(4) In the step of printing the paste on the substrate, the squeegee moves in the printing direction, and in the step of supplying the paste, the scraper moves in the direction opposite to the printing direction.
(5) The frequency of ultrasonic vibration is 10 KHz to 3 MHz.
(6) The ultrasonic vibration source is a Langevin type vibrator.
(7) The Langevin type vibrator is a vibrator containing lead zirconate titanate.
(8) The paste has a viscosity of 300 to 1000 Pa · s when measured at 25 ° C. and 10 rpm.
(9) The paste contains 85 to 95 wt% inorganic particles, 1 to 5 wt% binder, and 1 to 7 wt% solvent.
また、本発明は、スクリーン上を接触し加圧しながら移動することによって被印刷体にペーストを印刷するためのスキージと、スクリーン上を移動することによってスクリーンの上面及びパターン開口部にペーストを供給するスクレーパーと、超音波振動をペーストの少なくとも一部に対して印加するための超音波振動印加機構とを含むスクリーン印刷装置であって、超音波振動印加機構が超音波振動源を含み、超音波振動源がスクレーパーに接続する構造、スキージに接続する構造又はペーストを供給する際のスクレーパーの移動方向の前方に配置された共振体に接続する構造を有するスクリーン印刷装置である。 The present invention also provides a squeegee for printing a paste on a printing medium by moving while contacting and pressing on the screen, and supplying the paste to the upper surface of the screen and the pattern opening by moving on the screen. A screen printing apparatus including a scraper and an ultrasonic vibration applying mechanism for applying ultrasonic vibration to at least a part of the paste, the ultrasonic vibration applying mechanism including an ultrasonic vibration source, and ultrasonic vibration A screen printing apparatus having a structure in which a source is connected to a scraper, a structure to be connected to a squeegee, or a structure to be connected to a resonator disposed in the moving direction of the scraper when supplying paste.
また、本発明は、上述のスクリーン印刷方法に用いるスクリーン印刷装置である。 Moreover, this invention is a screen printing apparatus used for the above-mentioned screen printing method.
また、本発明は、上述のスクリーン印刷方法により形成された電極、電極端子、配線及び/又は隔壁を有する電子デバイス又は回路基板である。なお、電子デバイスは、太陽電池、チップインダクタ、電子ペーパー又はプラズマディスプレーパネルであり、回路基板が、プリント基板又はセラミック基板であることが好ましい。 Moreover, this invention is an electronic device or circuit board which has the electrode, electrode terminal, wiring, and / or partition which were formed by the above-mentioned screen printing method. The electronic device is a solar cell, a chip inductor, electronic paper, or a plasma display panel, and the circuit board is preferably a printed board or a ceramic board.
本発明のスクリーン印刷方法を用いるならば、高いアスペクト比を有する優れた印刷パターンを形成することができる。 If the screen printing method of the present invention is used, an excellent printing pattern having a high aspect ratio can be formed.
本発明のスクリーン印刷方法は、被印刷体にペーストを印刷する工程(印刷工程)の前に行われるスクリーンの上面及びパターン開口部の少なくとも一つにペーストを供給する工程(ペースト供給工程)において、スクレーパーによりスクリーン上にペーストを塗布する際に、超音波振動をペーストの少なくとも一部に対して印加することに特徴がある。 In the screen printing method of the present invention, in the step of supplying the paste to at least one of the upper surface of the screen and the pattern opening performed before the step of printing the paste on the printing body (printing step) (paste supply step), When the paste is applied on the screen by the scraper, the ultrasonic vibration is applied to at least a part of the paste.
本発明において、「高粘度のペースト」とは、別途の記載がない限り、25℃において10rpmで測定したときに粘度が300Pa・s以上のペーストをいう。また、本発明において、「チクソ性」とは、ペーストを攪拌した場合に、攪拌前より粘度が低下する性質をいう。 In the present invention, “a high-viscosity paste” refers to a paste having a viscosity of 300 Pa · s or more when measured at 10 rpm at 25 ° C. unless otherwise specified. In the present invention, “thixotropy” refers to the property that, when the paste is stirred, the viscosity is lower than before stirring.
以下、本発明のスクリーン印刷方法を詳しく説明する。 Hereinafter, the screen printing method of the present invention will be described in detail.
まず、本発明のスクリーン印刷方法に用いることができるスクリーン印刷装置について説明する。図1に、本発明のスクリーン印刷方法のペースト供給工程の一例を説明するための、スクリーン印刷装置の一部の断面模式図を示す。図1に示すように、本発明のスクリーン印刷方法に用いるスクリーン印刷装置は、スキージ10及びスクレーパー15を有する。スキージ10は、印刷工程の際に、スクリーン20に対して印圧しながらスクリーン20上を移動することにより、被印刷体30に印刷パターン32を印刷するための部品である。また、本発明のスクリーン印刷方法に用いるスクリーン印刷装置は、ペースト供給工程の際に、スクリーン20上にペースト31を塗布するためのスクレーパー15を有する。
First, a screen printing apparatus that can be used in the screen printing method of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a part of a screen printing apparatus for explaining an example of a paste supplying process of the screen printing method of the present invention. As shown in FIG. 1, the screen printing apparatus used in the screen printing method of the present invention includes a
本発明に用いるスクリーン印刷装置は、スキージ10及びスクレーパー15を保持するための保持部(図示せず)をさらに有する。保持部は、スクレーパー15やスキージ10などを保持するのみならず、スクリーン20の上面へのスクレーパー15やスキージ10などの接触及び圧力の印加をするための、所定の上下動を行うことができる構造を有する。本発明に用いるスクリーン印刷装置は、スキージ10及びスクレーパー15の両方を保持するための一つの保持部を有することができる。また、本発明に用いるスクリーン印刷装置は、スキージ10及びスクレーパー15が、それぞれ独立に移動できるように、スキージ10及びスクレーパー15に対して、それぞれ一つの保持部を有してもよい。なお、後述する共振体12を有する場合には、共振体12の保持部は、スクレーパー15と共通する保持部とすることができる。本発明に用いるスクリーン印刷装置は、いずれの場合もスキージ10及びスクレーパー15の上下動は、それぞれ独立に行うことができる機構を有する。また、共振体12は、独立に上下動を行うことができる機構を有することができるが、スクレーパー15の上下動と連動して上下する構造としてもよく、また、スクリーン20の上面から所定の距離となるように共振体12を固定しておく構造であることもできる。なお、本発明において、スクレーパー15やスキージ10などが、スクリーン20の上面に接している状態(又は僅かな間隙を有して近接している状態)を「下位置」、スクリーン20の上面から離れている状態を「上位置」という。
The screen printing apparatus used in the present invention further includes a holding portion (not shown) for holding the
本発明に用いるスクリーン印刷装置は、少なくともペースト供給工程の際に、超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して印加するための超音波振動印加機構をさらに有する。超音波振動印加機構は、超音波振動源11を含む。
The screen printing apparatus used in the present invention further includes an ultrasonic vibration applying mechanism for applying ultrasonic vibration to at least a part of the
本発明において、超音波振動源11で発生した超音波振動のペースト31への印加方法は特に限定されない。具体的には、超音波振動源11は、スクレーパー15及びスキージ10等の、スクリーン印刷装置の部品の少なくとも一つ及び/又は別途の部品である共振体12に、超音波振動を伝達するように接続され、これらの部品を介して超音波振動をペースト31に対して印加することができる。図1及び図2に、超音波振動源11がスクレーパー15に接続する例の断面模式図を示す。また、図3及び図4に、超音波振動源11がスキージ10に接続する例の断面模式図を示す。また、図5及び図6に、超音波振動源11が別途の部品である共振体12に接続する例の断面模式図を示す。
In the present invention, the method for applying the ultrasonic vibration generated by the
本発明は、本発明のスクリーン印刷方法に用いることのできるスクリーン印刷装置を含む。具体的には、本発明のスクリーン印刷装置は、スクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって被印刷体30にペースト31を印刷するためのスキージ10と、スクリーン20上を移動することによってスクリーン20の上面及びパターン開口部23にペースト31を供給するスクレーパー15と、超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して印加するための超音波振動印加機構とを含むスクリーン印刷装置である。本発明のスクリーン印刷装置は、超音波振動印加機構が超音波振動源11を含み、超音波振動源11がスクレーパー15に接続する構造、超音波振動源11がスキージ10に接続する構造又は超音波振動源11がペースト31を供給する際のスクレーパー15の移動方向の前方に配置された共振体12に接続する構造のうちの少なくとも一つの構造を有するスクリーン印刷装置であることが好ましい。特に、共振体12の形状は、スキージ10及びスクレーパー15と比べて設計に自由度があるので、超音波振動をペースト31に対して印加するための最適な形状にすることが容易である。そのため、本発明のスクリーン印刷装置は、超音波振動源11が共振体12に接続する構造を有することが好ましい。
The present invention includes a screen printing apparatus that can be used in the screen printing method of the present invention. Specifically, the screen printing apparatus of the present invention moves on the
スクリーン印刷装置の超音波振動源11がスクレーパー15に接続する構造を有する場合、超音波振動は、スクレーパー15を介してペースト31に印加することができる。この場合には、ペースト供給工程において、スクレーパー15がペースト31に接しているため、別途の部品(共振体12)を必要としない。また、スクレーパー15の形状は、スキージ10と比べて設計に自由度があるので、スクレーパー15の形状を超音波振動の伝達にとって好ましい形状にすることができる。
When the
次に、本発明のスクリーン印刷方法について説明する。本発明のスクリーン印刷方法は、ペースト供給工程及び印刷工程を含む。 Next, the screen printing method of the present invention will be described. The screen printing method of the present invention includes a paste supplying step and a printing step.
ペースト供給工程は、超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して印加しながら、パターン開口部23を有するスクリーン20上をスクレーパー15が移動することによって、スクリーン20の上面及びパターン開口部23の少なくとも一つにペースト31を供給する工程である。本発明のスクリーン印刷方法は、ペースト供給工程において、超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して印加することに特徴がある。ペースト31はチクソ性を有する。そのため、ペースト供給工程において、超音波振動の印加によってペースト31の粘度を一時的に低下させることができる。この結果、高粘度のペースト31を用いた場合でも、スクリーン20上にペースト31をより均一に塗布することができ、その次の印刷工程に先立ってペースト31をスクリーン20のパターン開口部23に充填することができる。すなわち、超音波振動のペースト31への印加により、パターン開口部23が微細なパターンである場合にも、チクソ性により粘度の低下したペースト31はパターン開口部23に容易に入り込むことができ、ペースト31によってパターン開口部23を充填することができる。
In the paste supplying step, the
超音波振動のペースト31への印加は、上述の超音波振動印加機構を用いて行うことができる。図1に示すペースト供給工程では、超音波振動源11がスクレーパー15に接続する超音波振動印加機構を用いる例を示す。図1に示すペースト供給工程では、スキージ10が上位置にあり、スクレーパー15が下位置にある。このとき、スクレーパー15とスクリーン20とは接している状態であることができ、又は僅かな間隙を有して近接している状態であることができる。
Application of ultrasonic vibration to the
図1に示すペースト供給工程では、スクレーパー15が符号51で示される方向にペースト31と接しながら移動する。このときに、スクリーン20の上面と、スクレーパー15の下端との間に隙間を設けた場合には、スクレーパー15により押されて運ばれるペースト31の一部がその隙間からスクリーン20上に残ることで、スクリーン20の上面及びパターン開口部の少なくとも一部にペースト31を供給することができる。また、スクレーパー15とスクリーン20とは接している状態である場合にも、スクリーン20の上面はメッシュになっていることから、スクリーン20の上面及びパターン開口部の少なくとも一部にペースト31を供給することができる。
In the paste supply step shown in FIG. 1, the
また、ペースト供給工程では、超音波振動源11で発生した超音波振動を、ペースト31の少なくとも一部に対して印加するために、ペースト31のチクソ性により、ペースト31の粘度が低下する。図1の例では、超音波振動源11がスクレーパー15に接続する構造となっているので、超音波振動源11で発生した超音波振動を、スクレーパー15を介してペースト31に印加することができる。そのため、印刷工程に先立って、スクリーン20上にペースト31をより均一に塗布することができ、ペースト31をスクリーン20のパターン開口部23に充填することができる。
Further, in the paste supplying step, since the ultrasonic vibration generated by the
本発明のスクリーン印刷方法は、ペースト供給工程の後に印刷工程を含む。印刷工程は、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、スクリーン20のパターン開口部23を通して被印刷体30にペースト31を印刷する工程である。印刷工程によって、被印刷体30の表面に印刷パターン32(印刷されたペースト)を形成することができる。
The screen printing method of the present invention includes a printing process after the paste supplying process. The printing process is a process in which the
図2に、印刷工程の一例を説明するための、スクリーン印刷装置の一部の断面模式図を示す。図2に示す印刷工程は、図1に示したペースト供給工程の後の印刷工程である。図2に示す印刷工程では、スキージ10が下位置にあり、スクレーパー15が上位置にある。印刷工程では、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら、図2の符号50の矢印方向に移動することによって、スクリーン20のパターン開口部23を通して被印刷体30にペースト31を印刷することができる。上述のように、ペースト供給工程において超音波振動をペースト31に印加したために、スクリーン20の上面のペースト31は均一であり、またペースト31によるパターン開口部23の充填は良好である。そのため、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、パターン開口部23内のペースト33は、被印刷体30の表面に付着し、パターン開口部23から容易に離脱することができ、被印刷体30に対してアスペクト比の高い優れた形状の印刷パターン32を形成することができる。なお、スキージ10によるスクリーン20の加圧の圧力は、ペースト粘度やスキージ速度などの印刷条件によって適宜選択されが、具体的には、少なくともスクリーン20の裏面が被印刷体30の表面に接触するような圧力であれば良い。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a part of the screen printing apparatus for explaining an example of the printing process. The printing process shown in FIG. 2 is a printing process after the paste supplying process shown in FIG. In the printing process shown in FIG. 2, the
図2に示す印刷工程では、スクレーパー15が上位置にあるので、超音波振動の印加をペースト31に対して行わない場合を示している。しかしながら、必要に応じて、印刷工程の際に、スクレーパー15を、スクリーン20には接しないがペースト31には接するような位置に配置し、超音波振動をペースト31に対して印加することもできる。同様に、後述する図4及び図6に示す印刷工程においても、必要に応じて、印刷工程の際に超音波振動をペースト31に対して印加することができる。
In the printing process shown in FIG. 2, since the
図3及び図4に超音波振動のペースト31への印加を、スキージ10を介して行う本発明のスクリーン印刷方法を説明するための断面模式図を示す。
3 and 4 are schematic cross-sectional views for explaining the screen printing method of the present invention in which application of ultrasonic vibration to the
図3に、この本発明のスクリーン印刷方法のペースト供給工程を示す。図3に示すペースト供給工程では、超音波振動源11がスキージ10に接続する超音波振動印加機構を用いる。図3に示すペースト供給工程では、スクレーパー15が下位置にある。また、スキージ10は上位置にあるが、ペースト供給工程の際に、スキージ10がペースト31中にあるような位置になるようにする。また、図3に示すペースト供給工程では、スクレーパー15が符号51で示される方向に移動する。ペースト供給工程の際に、超音波振動源11から超音波振動を発生させることにより、超音波振動を、スキージ10を介してペースト31に印加することができる。
FIG. 3 shows a paste supplying step of the screen printing method of the present invention. In the paste supplying step shown in FIG. 3, an ultrasonic vibration application mechanism in which the
図4に、印刷工程の一例を説明するための、スクリーン印刷装置の一部の断面模式図を示す。図4に示す印刷工程は、図3に示したペースト供給工程の後の印刷工程である。図4に示す印刷工程では、スキージ10が下位置にあり、スクレーパー15が上位置にある。印刷工程では、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、スクリーン20のパターン開口部23を通して被印刷体30にペースト31を印刷することができる。上述のように、ペースト供給工程において超音波振動をペースト31に印加したために、スクリーン20の上面のペースト31は均一であり、またペースト31によるパターン開口部23の充填は良好である。そのため、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、パターン開口部23内のペースト33は、被印刷体30の表面に付着し、パターン開口部23から容易に離脱することができ、被印刷体30に対してアスペクト比の高い優れた形状の印刷パターン32を形成することができる。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a part of the screen printing apparatus for explaining an example of the printing process. The printing process shown in FIG. 4 is a printing process after the paste supply process shown in FIG. In the printing process shown in FIG. 4, the
図5及び図6に超音波振動のペースト31への印加を共振体12を介して行う本発明のスクリーン印刷方法を説明するための断面模式図を示す。
5 and 6 are schematic sectional views for explaining the screen printing method of the present invention in which application of ultrasonic vibration to the
図5に、この本発明のスクリーン印刷方法のペースト供給工程を示す。図5に示すペースト供給工程では、超音波振動源11がさらなる部品である共振体12に接続する超音波振動印加機構を用いる。共振体12は、ペースト供給工程でのスクレーパー15の移動方向の前方に配置することができる。図5に示すペースト供給工程では、スクレーパー15が下位置にあり、スキージ10が上位置にある。また、ペースト供給工程の際に共振体12の少なくとも一部がペースト31中にあるような位置に、共振体12を配置する。また、図5に示すペースト供給工程では、スクレーパー15が符号51で示される方向に移動する。そのため、ペースト供給工程の際に、超音波振動源11から超音波振動を発生させることにより、超音波振動を、共振体12を介してペースト31に印加することができる。
FIG. 5 shows a paste supplying step of the screen printing method of the present invention. In the paste supplying step shown in FIG. 5, an ultrasonic vibration applying mechanism in which the
図6に、印刷工程の一例を説明するための、スクリーン印刷装置の一部の断面模式図を示す。図6に示す印刷工程は、図5に示したペースト供給工程の後の印刷工程である。図6に示す印刷工程では、スキージ10が下位置にあり、スクレーパー15が上位置にある。印刷工程では、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、スクリーン20のパターン開口部23を通して被印刷体30にペースト31を印刷することができる。上述のように、ペースト供給工程において超音波振動をペースト31に印加したために、スクリーン20の上面のペースト31は均一であり、またペースト31によるパターン開口部23の充填は良好である。そのため、スキージ10がスクリーン20上を接触し加圧しながら移動することによって、パターン開口部23内のペースト33は、被印刷体30の表面に付着し、パターン開口部23から容易に離脱することができ、被印刷体30に対してアスペクト比の高い優れた形状の印刷パターン32を形成することができる。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a part of the screen printing apparatus for explaining an example of the printing process. The printing process shown in FIG. 6 is a printing process after the paste supply process shown in FIG. In the printing process shown in FIG. 6, the
図5及び図6に示す例では、共振体12がスクレーパー15と同期して上下する例を示している。しかしながら、共振体12の保持部は、必ずしも上下動を行うことができる機構を有する必要はない。すなわち、共振体12の保持部は、ペースト供給工程の際に共振体12の少なくとも一部がペースト31中にあるように、スクリーン20の上面から所定の距離で共振体12を固定しておく構造を有することができる。また、共振体12の保持部は、共振体12がスクレーパー15とは独立に上下動をする構造を有し、印刷工程において共振体12がスクリーン20に接触し、超音波振動をスクリーン20に印加することのできる構造であることもできる。
In the example shown in FIGS. 5 and 6, the
図1〜図6では、印刷工程においてスキージ10が印刷方向に移動し、ペースト供給工程において、スクレーパー15が印刷方向とは反対の方向に移動する例を示す。しかしながら、スキージ10及びスクレーパー15の移動方向は、ペースト供給工程において、超音波振動のペースト31への印加を行うという本発明の特徴を満足するのであれば、どのような方向への移動であってもよい。また、スキージ10及びスクレーパー15の移動方向は、同一であることもできるし、別々であることもできる。また、スキージ10及びスクレーパー15は同時に移動する必要は必ずしもなく、別々のタイミングで移動してもよい。共振体12についても同様である。
1 to 6 show an example in which the
本発明のスクリーン印刷方法において、スクリーン20は、公知のものを用いることができる。一般に、スクリーン20は、金属等のメッシュの上に乳剤(エマルジョン)が付着した構造であり、印刷パターン32の形状に相当する部分のエマルジョンが除去され、パターン開口部23となる。このパターン開口部23をペースト31が通過することにより、被印刷体30に所定の印刷パターン32を印刷することができる。本発明のスクリーン印刷方法において、スクリーン印刷する際に、スクリーン20のエマルジョンと、被印刷体30とが対向するようにスクリーン20を配置する。
In the screen printing method of the present invention, a known
本発明のスクリーン印刷方法において、スキージ10は公知のものを用いることができる。スキージ10の材料としては、ウレタンゴム及びシリコーンゴムなどのゴム組成物や金属材料などを用いることができる。スキージ10がスクリーン20と接する角度(スキージ角度)は、スクリーン印刷の性能に影響するため、最適なスキージ角度を選択することが好ましい。
In the screen printing method of the present invention, a known
また、スキージ10がスクリーン20上を移動する速度(スキージ速度)もスクリーン印刷の性能に影響する。オフコンタクト方式のスクリーン印刷方法では、ペースト31の印刷とほぼ同時に版離れ(スクリーン20が被印刷体30から離れること)をすることができるので、スキージ速度100〜300mm/秒程度という速い速度での印刷を行うことが可能である。
The speed at which the
本発明のスクリーン印刷方法に用いる超音波振動源11は、公知のものを用いることができる。本発明のスクリーン印刷方法では、超音波振動源11の取り付け位置が限られることから、比較的コンパクトであるランジュバン型振動子を用いることが好ましい。ランジュバン型振動子とは、チタン酸バリウムやPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などの圧電セラミックスに共振周波数の交流電圧を加えることにより超音波振動を発生する素子であり、複数の素子を積層した積層型のものが多く用いられている。安定して高いエネルギーの超音波振動を発生するために、本発明のスクリーン印刷方法に用いる超音波振動源11に用いられるランジュバン型振動子は、圧電セラミックスとしてチタン酸ジルコン酸鉛を含む振動子であることが好ましい。
As the
また、本発明のスクリーン印刷方法に用いる超音波振動源11は、発生する超音波振動の周波数が、10KHz〜3MHzであることが好ましく、15KHz〜100MHzであることがより好ましい。超音波振動の周波数がこのような範囲であると、ペースト31の粘度変化が効果的に生じるためである。
Further, the
また、本発明のスクリーン印刷方法においては、超音波振動源11で発生した超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して印加する際に、超音波振動源11において発生した超音波振動を、超音波振動と共振する共振体12に伝達し、共振体12において共振した超音波振動をペースト31の少なくとも一部に対して伝達することによってなされることが好ましい。共振体12を用いることにより、スクリーン20上及びスクリーン20のパターン開口部23のペースト31に対して、超音波振動源11で発生した超音波振動を、より効果的に印加することができる。その結果、より効果的にペースト31の粘度を低下させることができる。
Further, in the screen printing method of the present invention, when applying the ultrasonic vibration generated by the
共振体12は、ホーンともいわれ、適切な共振周波数の共振体12により、超音波振動源11において発生した超音波振動の振幅を大きくすることができる。図7に、共振体12の斜視模式図を示す。共振体12に超音波振動源11が接続するために、共振体12には、少なくとも一つの超音波振動源接続孔14を有する。共振体12に複数の超音波振動源11を接続することにより、十分な超音波振動を供給することができる。図8に、共振体12に超音波振動源11を接続した断面模式図を示す。
The
また、本発明のスクリーン印刷方法においては、超音波振動を、スクレーパー15を介してペースト31に印加する場合には、スクレーパー15として共振体12を用いることが好ましい。
In the screen printing method of the present invention, it is preferable to use the
また、本発明のスクリーン印刷方法においては、超音波振動を、スキージ10を介してペースト31に印加する場合には、スキージ10が共振体12に取り付けられた構造のものを用いることが好ましい。この場合、図9に断面模式図を示すように、スキージ10としては、超音波振動源11を接続した共振体12にスキージ10を取り付けた構造のものを用いることができる。また、スキージ10は、図10に断面模式図を示すように、印刷工程の際に、スクリーン20に接触する角のみにスキージ10を取り付けた構造のものを用いることもできる。
In the screen printing method of the present invention, when ultrasonic vibration is applied to the
本発明のスクリーン印刷方法によると、被印刷体30に印刷したペースト32の形状(印刷形状)として、アスペクト比0.3以上のものを得ることができる。アスペクト比とは、印刷形状の高さをライン幅で除した値のことである。
According to the screen printing method of the present invention, the shape (printing shape) of the
本発明のスクリーン印刷方法においては、ペースト31が、25℃において10rpmで測定したときに300〜1000Pa・sの粘度であることが好ましい。ペースト31の粘度がこのような範囲であると、本発明の印刷方法を用いた場合には、良好な版抜け性と、高アスペクト比の印刷形状とを、共に得ることができる。
In the screen printing method of the present invention, the
次に、本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましいペースト31について説明する。
Next, the
また、本発明のスクリーン印刷方法においては、ペースト31は、無機粒子85〜95重量%、バインダ1〜5重量%及び溶剤1〜7重量%を含むことが好ましい。ペースト31がこのような組成であると、本発明の印刷方法を用いた場合には、良好な版抜け性と、高アスペクト比の印刷形状とを、共に得ることを確実にできる。以下、具体的なペースト31の組成について、太陽電池の表面電極形成用ペーストを例にして説明する。なお、図11に、太陽電池の電極付近の構造の断面模式図を例示する。図11に示す例では、太陽電池は、表面電極1、反射防止膜2、n型拡散層3及びp型シリコン4を有する基板6並びに裏面電極5を有する構造である。
In the screen printing method of the present invention, the
太陽電池の表面電極形成用ペーストには、無機粒子として、導電性粒子及びガラスフリットを含むことができる。 The paste for forming a surface electrode of a solar cell can contain conductive particles and glass frit as inorganic particles.
太陽電池の表面電極形成用ペーストに含まれる導電性粒子は、その金属の種類、粒径、粒子形状及び粒子表面状態(表面処理の有無)を適正なものとする必要がある。銀を主要な材料とする太陽電池の表面電極を形成するために、導電性ペーストに含まれる導電性粒子は、銀を主要な材料とする粒子、具体的には銀を50重量%以上含む粒子であることが好ましい。また、導電性ペーストには、表面電極の性能が損なわれない範囲で、銀粒子以外の他の金属粒子を含むことができる。ただし、銀は電気抵抗が低く、太陽電池電極材料として優れているため、導電性粒子は銀からなることが好ましい。 The conductive particles contained in the paste for forming a surface electrode of a solar cell need to have an appropriate metal type, particle size, particle shape, and particle surface state (presence or absence of surface treatment). In order to form a surface electrode of a solar cell whose main material is silver, the conductive particles contained in the conductive paste are particles whose main material is silver, specifically, particles containing 50% by weight or more of silver. It is preferable that In addition, the conductive paste can contain other metal particles other than silver particles as long as the performance of the surface electrode is not impaired. However, since silver has a low electric resistance and is excellent as a solar cell electrode material, the conductive particles are preferably made of silver.
導電性粒子の粒子形状及び粒径は、所定のものにすることが好ましい。すなわち、本発明の太陽電池の電極では、導電性粒子の形状は鱗片状あるいは球状、さらにはこれらの混合体を用いることができる。また粒径は数μm以下の微粒子を用いることができる。 It is preferable that the conductive particles have a predetermined particle shape and particle size. That is, in the electrode of the solar cell of the present invention, the conductive particles can be scale-like or spherical, and a mixture thereof can be used. Further, fine particles having a particle size of several μm or less can be used.
具体的には、導電性粒子として、鱗片状の銀粒子であって、長粒径5〜10μ及び短粒径2〜5μmのものを用いることができる。長粒径とは、粒子の形状を平面に投影した投影図のうち、最大面積となるような投影図において、任意の2点を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さをいう。また、短粒径とは、粒子の上記投影図の輪郭の任意の2点を結びかつ長粒径を示す直線に直交する直線のうち、最も長い直線の長さをいう。例えば、粒子の形状が、楕円形の薄い平板の場合、最大面積となるような投影図は楕円形となるので、長粒径とは楕円の長軸の長さ(長径)を意味し、短粒径とは楕円の短軸の長さ(短径)を意味することとなる。 Specifically, as the conductive particles, scaly silver particles having a long particle size of 5 to 10 μm and a short particle size of 2 to 5 μm can be used. The long particle size refers to the length of the longest straight line among the straight lines connecting any two points in the projected view having the maximum area among the projected views in which the shape of the particle is projected onto a plane. Further, the short particle diameter means the length of the longest straight line among straight lines connecting arbitrary two points of the contours of the projections of the particles and orthogonal to a straight line indicating the long particle diameter. For example, when the shape of the particle is an elliptical thin flat plate, the projection with the maximum area is an ellipse, so the long particle size means the length of the major axis of the ellipse (major axis), The particle diameter means the length of the minor axis of the ellipse (minor axis).
また、導電性粒子は、平均粒径0.1μmの球状の銀粒子を、鱗片状の銀粒子と混合して用いることができる。なお、平均粒径は、全粒子の積算値50%の粒子寸法(D50)の値として求める。本明細書において、銀粒子以外の粒子においても、「平均粒径」は同様である。
The conductive particles can be used by mixing spherical silver particles having an average particle diameter of 0.1 μm with scale-like silver particles. In addition, an average particle diameter is calculated | required as a value of the particle size (D50) of the
太陽電池の表面電極形成用ペーストの無機粒子として、さらにガラスフリットを含むことができる。所定の太陽電池特性を得るためには、ガラスフリットの組成、軟化温度、粒径及び粒子形状を適正なものとする必要がある。 As inorganic particles of the paste for forming the surface electrode of the solar cell, glass frit can be further contained. In order to obtain predetermined solar cell characteristics, it is necessary to make the composition, softening temperature, particle size, and particle shape of the glass frit appropriate.
導電性ペーストに含まれるガラスフリットは、電極を構成するガラスフリットに対応した組成のものを用いることができる。すなわち、導電性ペーストに含まれるガラスフリットは、PbO−SiO2−B2O3系、Bi2O3−PbO−SiO2−B2O3系及びZnO−SiO2−B2O3系から選ばれた少なくとも1種であることができる。また、ガラスフリットは、Pbフリー系ガラスフリット(例えばBi2O3−B2O3−SiO2−CeO2−LiO2−NaO2系及びSiO2−B2O3−Li2O系等)であることができる。また、ガラスフリットは、酸化亜鉛及び酸化ホウ素を含み、さらにSiO2、CeO2、LiO2及びNaO2等から選択したものを含むものを用いることができる。 As the glass frit contained in the conductive paste, one having a composition corresponding to the glass frit constituting the electrode can be used. That is, the glass frit contained in the conductive paste is composed of PbO—SiO 2 —B 2 O 3 system, Bi 2 O 3 —PbO—SiO 2 —B 2 O 3 system, and ZnO—SiO 2 —B 2 O 3 system. It can be at least one selected. The glass frit is a Pb-free glass frit (for example, Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 —CeO 2 —LiO 2 —NaO 2 or SiO 2 —B 2 O 3 —Li 2 O). Can be. As the glass frit, a glass frit containing zinc oxide and boron oxide and further containing one selected from SiO 2 , CeO 2 , LiO 2 and NaO 2 can be used.
ガラスフリット粒子の粒子形状及び粒径は、導電性粒子の場合と同様、所定のものにすることが必要である。ただし、一般に、導電性粒子の添加量は、ガラスフリット粒子の添加量と比較してはるかに多いため、良好な性能の太陽電池を得るためには、導電性粒子の寸法及び形状等を所定のものとすることが重要である。ガラスフリット粒子は、具体的には、粒子形状としては、例えば、無定形のものを用いることができる。粒径は、作業性の点等から、0.01〜50μmであることが好ましく、0.05〜20μmであることがさらに好ましく、0.1〜5μmであることが特に好ましい The particle shape and particle size of the glass frit particles need to be predetermined as in the case of the conductive particles. However, in general, the amount of conductive particles added is much larger than the amount of glass frit particles added. Therefore, in order to obtain a solar cell with good performance, the size and shape of the conductive particles are set to a predetermined value. It is important to be. Specifically, for the glass frit particles, for example, an amorphous particle shape can be used. The particle diameter is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.05 to 20 μm, and particularly preferably 0.1 to 5 μm from the viewpoint of workability.
太陽電池の表面電極形成用ペーストには、バインダとして有機バインダを含むことができる。有機バインダとしては、セルロース系樹脂(例えばエチルセルロース及びニトロセルロース等)及び(メタ)アクリル系樹脂(例えばポリメチルアクリレート及びポリメチルメタクリレート等)から選択したものを用いることができる。有機バインダの添加量は、導電性粒子100重量部に対し、通常0.5〜30重量部であり、好ましくは1〜7重量部である。 The paste for forming a surface electrode of a solar cell can contain an organic binder as a binder. As the organic binder, those selected from cellulose resins (for example, ethyl cellulose and nitrocellulose) and (meth) acrylic resins (for example, polymethyl acrylate and polymethyl methacrylate) can be used. The addition amount of the organic binder is usually 0.5 to 30 parts by weight, preferably 1 to 7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive particles.
太陽電池の表面電極形成用ペーストに含まれる溶剤としては、アルコール類(例えばターピネオール、α−ターピネオール、β−ターピネオール等)、エステル類(例えばヒドロキシ基含有エステル類、2,2,4―トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチラート及びブチルカルビトールアセテート等)から選択したものを使用することができる。溶剤の添加量は、導電性粒子100重量部に対し、通常0.5〜30重量部であり、好ましくは1〜25重量部である。 Examples of the solvent contained in the paste for forming the surface electrode of the solar cell include alcohols (for example, terpineol, α-terpineol, β-terpineol, etc.), esters (for example, hydroxy group-containing esters, 2,2,4-trimethyl-1). , 3-pentanediol monoisobutyrate and butyl carbitol acetate, etc.) can be used. The addition amount of the solvent is usually 0.5 to 30 parts by weight, preferably 1 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive particles.
さらに、太陽電池の表面電極形成用ペーストには、添加剤として、可塑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、安定剤及び密着促進剤などから選択したものを必要に応じて配合することができる。これらのうち、可塑剤としては、フタル酸エステル類、グリコール酸エステル類、リン酸エステル類、セバチン酸エステル類、アジピン酸エステル類及びクエン酸エステル類などから選択して用いることができる。 Furthermore, the paste for forming the surface electrode of the solar cell may be blended with additives selected from plasticizers, antifoaming agents, dispersants, leveling agents, stabilizers, adhesion promoters, and the like as necessary. it can. Among these, as the plasticizer, phthalic acid esters, glycolic acid esters, phosphoric acid esters, sebacic acid esters, adipic acid esters, and citrate esters can be used.
次に、本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストについて述べる。 Next, a surface electrode forming paste for a solar cell that is preferably used in the screen printing method of the present invention will be described.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストに含まれる導電性粒子としては、平均粒径0.1μmの球状の銀粒子を用いることができる。 As the conductive particles contained in the paste for forming a surface electrode of a solar cell that is preferably used in the screen printing method of the present invention, spherical silver particles having an average particle diameter of 0.1 μm can be used.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストに含まれるバインダとしては、エチルセルロースを用いることができる。また、溶剤としてはブチルカルビトールアセテートを用いることができる。 As a binder contained in the paste for forming a surface electrode of a solar cell which is preferably used in the screen printing method of the present invention, ethyl cellulose can be used. Moreover, butyl carbitol acetate can be used as a solvent.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストに含まれるガラスフリットは、PbO−SiO2−B2O3系ガラスを用いることができる。ガラスフリットの粒子形状は無定形のものを用いることができる。また、平均粒径は、0.1〜5μmのものを用いることができる。 PbO—SiO 2 —B 2 O 3 -based glass can be used as the glass frit contained in the paste for forming a surface electrode of a solar cell that is preferably used in the screen printing method of the present invention. The glass frit may have an amorphous particle shape. Moreover, an average particle diameter of 0.1-5 micrometers can be used.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストの組成は、導電性粒子やガラスフリットからなる無機粒子85〜95重量%、バインダ1〜3重量%及び溶剤1〜7重量%の割合であることが好ましい。また、好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストの粘度範囲は、25℃において10rpmで測定したときに300〜1000Pa・sであることが好ましい。 The composition of the paste for forming a surface electrode of a solar cell that is preferably used in the screen printing method of the present invention is 85 to 95% by weight of inorganic particles made of conductive particles or glass frit, 1 to 3% by weight of a binder, and 1 to 7 of a solvent. It is preferable that it is the ratio of weight%. Moreover, it is preferable that the viscosity range of the paste for surface electrode formation of a preferable solar cell is 300 to 1000 Pa · s when measured at 25 rpm and 10 rpm.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストは、上記の材料をプラネタリーミキサー及び3本ロールによって攪拌及び分散し、ペースト化することができる。このようにして得られるペーストは、一般的なペーストの粘度(上述と同条件で300Pa・s以下)より高いが、本発明の高アスペクト比の印刷パターンを形成するためには適している。 The paste for forming a surface electrode of a solar cell preferably used in the screen printing method of the present invention can be made into a paste by stirring and dispersing the above materials with a planetary mixer and three rolls. The paste thus obtained is higher than the viscosity of a general paste (300 Pa · s or less under the same conditions as described above), but is suitable for forming a high aspect ratio print pattern of the present invention.
本発明のスクリーン印刷方法に用いることが好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストは、E型粘度計において3度コーンを使用し、温度25℃、回転数10rpmで測定した粘度が300〜500Pa・sであり、好ましい太陽電池の表面電極形成用ペーストは、1rpm/10rpmのチクソ指数(TI値)が2.0〜10.0程度のものを用いることができる。ここで、チクソ指数(TI値)は、チクソ性の大きさを示す指数である。チクソ指数(TI値)は、異なった回転数で測定した粘度の比である。粘度の測定は、ブルックフィールド粘度計(E型粘度計)を用い、3度コーンを用い25℃で測定を行う。本明細書において、例えば、チクソ指数(TI値)は、0.5rpm/2.5rpm、1rpm/10rpm、5rpm/50rpmなどの選択した二つの回転数で測定した粘度の比として求めることができる。なお、上記の「0.5rpm/2.5rpm」とは、回転数0.5rpmでの粘度測定値を、回転数2.5rpmでの粘度測定値で除した値(チクソ指数)を意味する。 The paste for forming a surface electrode of a solar cell that is preferably used in the screen printing method of the present invention has a viscosity of 300 to 500 Pa · s measured at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 10 rpm using a 3 ° cone in an E-type viscometer. As a preferable paste for forming a surface electrode of a solar cell, a paste having a thixo index (TI value) of about 1 to 1/10 rpm can be used. Here, the thixo index (TI value) is an index indicating the thixotropy. The thixo index (TI value) is the ratio of viscosities measured at different rotational speeds. The viscosity is measured at 25 ° C. using a Brookfield viscometer (E type viscometer) and using a 3 ° cone. In the present specification, for example, the thixo index (TI value) can be obtained as a ratio of viscosity measured at two selected rotational speeds such as 0.5 rpm / 2.5 rpm, 1 rpm / 10 rpm, 5 rpm / 50 rpm, and the like. The above-mentioned “0.5 rpm / 2.5 rpm” means a value (thixo index) obtained by dividing the viscosity measurement value at a rotation speed of 0.5 rpm by the viscosity measurement value at a rotation speed of 2.5 rpm.
本発明のスクリーン印刷方法により、電子デバイス又は回路基板上に、電極、電極端子、配線及び/又は隔壁を、アスペクト比の高い形状で形成することができる。すなわち、電子デバイス又は回路基板上の電極、電極端子、配線及び/又は隔壁などは、本発明のスクリーン印刷方法により形成されたものであることが好ましい。 By the screen printing method of the present invention, an electrode, an electrode terminal, a wiring, and / or a partition can be formed on an electronic device or a circuit board in a shape with a high aspect ratio. That is, the electrodes, electrode terminals, wirings, and / or partitions on the electronic device or circuit board are preferably formed by the screen printing method of the present invention.
また、本発明のスクリーン印刷方法により電極等が形成される電子デバイスは、太陽電池、チップインダクタ、電子ペーパー又はプラズマディスプレーパネルであることが好ましい。また、本発明のスクリーン印刷方法により電極等が形成される回路基板は、プリント基板又はセラミック基板である電子デバイス又は回路基板であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the electronic device in which an electrode etc. are formed by the screen printing method of this invention is a solar cell, a chip inductor, electronic paper, or a plasma display panel. The circuit board on which electrodes and the like are formed by the screen printing method of the present invention is preferably an electronic device or a circuit board that is a printed board or a ceramic board.
太陽電池の変換効率向上のために、太陽電池の表面電極は、微細でアスペクト比の高い形状のものが必要である。そのため、本発明のスクリーン印刷方法は、太陽電池の表面電極形成のために好ましく用いることができる。 In order to improve the conversion efficiency of the solar cell, the surface electrode of the solar cell must have a fine shape with a high aspect ratio. Therefore, the screen printing method of the present invention can be preferably used for forming a surface electrode of a solar cell.
<実施例1>
振動子付きのホーン(共振体)を、スクリーン印刷装置のスクレーパーの位置より前方に取り付け、本発明のスクリーン印刷方法でスクリーン印刷をした。
<Example 1>
A horn (resonator) with a vibrator was attached in front of the scraper position of the screen printing apparatus, and screen printing was performed by the screen printing method of the present invention.
アルミニウムブロックを、図7の形状に切削加工し、高さ(H)50mm、幅(L)50mm、上部の厚み(D1)10mm、ホーン先端部厚み(D2)6mmのホーン(共振体)を作製した。ホーンの上部の厚み10mmの部分に、50KHzで振動するランジュバン型振動子を1個取り付けた。この振動子付きホーンを、図5及び6に示すように、スクレーパーの位置より前方に、スクリーンに近接するように設置した。スクレーパーは、ペースト供給工程において、スクリーンに接触させるようにした。 The aluminum block is cut into the shape shown in FIG. 7 to produce a horn (resonator) having a height (H) of 50 mm, a width (L) of 50 mm, an upper thickness (D1) of 10 mm, and a horn tip thickness (D2) of 6 mm. did. One Langevin type vibrator that vibrates at 50 KHz was attached to a 10 mm thick portion at the top of the horn. As shown in FIGS. 5 and 6, the vibrator-equipped horn was installed in front of the scraper so as to be close to the screen. The scraper was brought into contact with the screen in the paste supplying step.
ペースト供給工程における超音波振動印加の効果を確認するために、振動周波数50KHz及び振幅20μm程度の超音波振動を、ホーンを介してペーストに振動を印加しながらスクリーンの上面及びパターン開口部の少なくとも一部にスクレーパーでペーストを供給した。その後、鏡面研磨したp型シリコン基板上に、太陽電池用ペースト(ナミックス社製)を印刷した。また、比較のために、超音波振動をまったく印加せずにペーストを供給し、印刷した。 In order to confirm the effect of applying ultrasonic vibration in the paste supplying step, ultrasonic vibration having a vibration frequency of 50 KHz and an amplitude of about 20 μm is applied to at least one of the upper surface of the screen and the pattern opening while applying vibration to the paste through a horn. The paste was supplied to the part with a scraper. Thereafter, a paste for solar cell (manufactured by NAMICS) was printed on a mirror-polished p-type silicon substrate. For comparison, the paste was supplied and printed without applying any ultrasonic vibration.
用いたスクリーンのパターン開口部の形状は、長さ50mmで幅120μm、100μm、80μm、50μm及び30μmの5種類とした。ペーストを基板に印刷後、150℃で1分乾燥した後、印刷形状のアスペクト比を測定した。
The shape of the pattern opening of the screen used was 5 types of
スクリーン印刷は、下記の印刷条件により行った。
スクリーンの乳剤の厚さ: 20〜30μm
(幅120μm、100μm及び80μmのパターン開口部の形状の場合、スクリーンの乳剤厚を30μmとした。また、幅50μm及び30μmのパターン開口部の形状の場合、スクリーンの乳剤厚を20μmとした。)
スクリーンメッシュ: 325メッシュ
スクリーンメッシュの線径: φ23μm
印刷速度: 100mm/秒
スキージ角度: 70度
基板とスクリーンとの間隔: 1.5mm
ペースト粘度: 400Pa・s(回転数10rpmで測定)、170Pa・s(回転数50rpmで測定)
Screen printing was performed under the following printing conditions.
Screen emulsion thickness: 20-30 μm
(The screen emulsion thickness was 30 μm in the case of 120 μm, 100 μm and 80 μm wide pattern openings. The screen emulsion thickness was 20 μm in the case of 50 μm and 30 μm wide pattern openings.)
Screen mesh: 325 mesh Screen mesh wire diameter: φ23μm
Printing speed: 100 mm / sec Squeegee angle: 70 degrees Distance between substrate and screen: 1.5 mm
Paste viscosity: 400 Pa · s (measured at 10 rpm), 170 Pa · s (measured at 50 rpm)
上記の条件によりスクリーン印刷した結果、基板上の印刷パターンの印刷形状を表1に示す。 Table 1 shows the print shape of the printed pattern on the substrate as a result of screen printing under the above conditions.
この結果から、超音波振動を与えながらペーストを供給し、パターン開口部に充填した方が、若干の印刷幅の拡大は見られるものの、版抜け性とレベリング性が改善される効果によって、高アスペクト比で表面凹凸の少ない細線を得ることができることが確認された。 From this result, it can be seen that when the paste is supplied while applying ultrasonic vibration and the pattern opening is filled, the printing width is slightly increased, but the effect of improving the plate slippage and leveling is improved. It was confirmed that a fine line with less surface irregularities can be obtained by the ratio.
<実施例2>
次に、太陽電池の表面電極を形成するために、本発明のスクリーン印刷方法を用いた実施例を示す。図11に、試作した太陽電池の構造の断面模式図を示す。この断面模式図は、電極付近の構造を示す。
<Example 2>
Next, in order to form the surface electrode of a solar cell, the Example using the screen printing method of this invention is shown. FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view of the structure of a prototype solar cell. This schematic cross-sectional view shows the structure near the electrode.
なお、表面電極形成のためのスクリーン印刷の際の超音波振動の印加は、実施例1と同様に行った。超音波振動の印加条件は、実施例1と同じである。 The application of ultrasonic vibration during screen printing for forming the surface electrode was performed in the same manner as in Example 1. The application conditions of ultrasonic vibration are the same as in the first embodiment.
太陽電池用基板は、一辺156mmの正方形で、厚さ220μmのp型多結晶基板を用いた。アルカリエッチングにより、この基板の片側(表面)にテクスチャ構造(凹凸構造)を設け、リンを拡散源とするためにPOCl3を表面に塗布し、1000℃で30分間、リンを熱拡散させ、n型拡散層を形成した。その後、プラズマCVD法によって、反射防止膜である70nm程度の窒化珪素(SiN)膜を表面に形成した。 As the solar cell substrate, a p-type polycrystalline substrate having a square of 156 mm on a side and a thickness of 220 μm was used. A texture structure (uneven structure) is provided on one side (surface) of the substrate by alkali etching, POCl 3 is applied to the surface in order to use phosphorus as a diffusion source, and phosphorus is thermally diffused at 1000 ° C. for 30 minutes. A mold diffusion layer was formed. Thereafter, a silicon nitride (SiN) film having a thickness of about 70 nm as an antireflection film was formed on the surface by plasma CVD.
次に、上述の実施例1と同様に、図5に示すように、超音波振動を、スクレーパーより前方に設置したホーンを介してペーストに印加しながらスクリーンの上面及びパターン開口部の少なくとも一部にペーストを供給した後、図6に示すように、太陽電池用ペーストを、超音波振動を印加せずに太陽電池の表面電極パターンを基板の反射防止膜上に印刷した。なお、表面電極用スクリーンのフィンガー幅(パターン開口部の幅)は、80μmのものを用いた。スキージは、幅190mmのものを用いた。スクレーパー前方に用いるホーン(共振体)は、幅(L)が190mmである以外は実施例1で用いたホーンと同じ寸法のものを用いた。表面電極形成用のペーストは、ナミックス社製、太陽電池用銀ペースト(粘度400Pa・s)を用いた。 Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 5, at least a part of the upper surface of the screen and the pattern opening are applied while applying ultrasonic vibrations to the paste through a horn installed in front of the scraper. Then, as shown in FIG. 6, the solar cell surface electrode pattern was printed on the antireflection film of the substrate without applying ultrasonic vibration. The surface electrode screen had a finger width (pattern opening width) of 80 μm. A squeegee having a width of 190 mm was used. The horn (resonator) used in front of the scraper was the same size as the horn used in Example 1 except that the width (L) was 190 mm. As a paste for forming the surface electrode, a silver paste for solar cells (viscosity: 400 Pa · s) manufactured by NAMICS was used.
表面電極パターンの印刷後、遠赤外固定炉を用いて、150℃の温度で1分間、乾燥した。次に、裏面電極としてナミックス社製アルミニウムペーストを基板の裏面全体に印刷し、150℃の温度で1分間乾燥した。なお、裏面電極パターンは、超音波振動を印加せずに従来のスクリーン印刷方法を用いて印刷した。これは、裏面電極パターンには微細なパターンを設ける必要がないためである。 After printing the surface electrode pattern, it was dried at a temperature of 150 ° C. for 1 minute using a far infrared fixed furnace. Next, an aluminum paste manufactured by Namics Co., Ltd. was printed on the entire back surface of the substrate as a back electrode, and dried at a temperature of 150 ° C. for 1 minute. The back electrode pattern was printed using a conventional screen printing method without applying ultrasonic vibration. This is because it is not necessary to provide a fine pattern on the back electrode pattern.
次に、基板を、ハロゲンランプを熱源とする近赤外炉を用いて800℃で約1分間焼成することにより、表面電極及び裏面電極を同時焼成し、両電極を形成した。 Next, the substrate was baked at 800 ° C. for about 1 minute using a near-infrared furnace using a halogen lamp as a heat source, so that the front electrode and the back electrode were simultaneously baked to form both electrodes.
比較例2として、太陽電池の表面電極パターンを基板の反射防止膜上に印刷する際に、通常の太陽電池電極形成で用いられているペースト粘度180Pa・sのものを用いたこと、及びペースト供給工程の際に超音波振動を印加しなかったこと以外は上記の実施例2と同様に太陽電池を製作した。 As Comparative Example 2, when the surface electrode pattern of the solar cell was printed on the antireflection film of the substrate, the paste having a paste viscosity of 180 Pa · s used in normal solar cell electrode formation was used, and the paste was supplied A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 2 except that no ultrasonic vibration was applied during the process.
太陽電池特性は、100mW/cm2のソーラーシミュレータ光(AM1.5)を照射して測定した。実施例及び比較例共に、それぞれ太陽電池10セルを作製した。太陽電池特性は、太陽電池の電流−電圧特性の測定から求めることのできる曲線因子(FF、[Fill Factor])と変換効率の平均値によって比較した。その結果を、表2に示す。 The solar cell characteristics were measured by irradiating with 100 mW / cm 2 of solar simulator light (AM1.5). In each of the examples and comparative examples, 10 solar cells were produced. The solar cell characteristics were compared by means of a curve factor (FF, [Fill Factor]) that can be obtained from measurement of current-voltage characteristics of the solar cell and an average value of conversion efficiency. The results are shown in Table 2.
表2に示す結果から、本発明のスクリーン印刷方法を用いた場合には、通常の印刷条件の場合と比較し、フィンガーの断線やレベリング性の悪さから起こる膜厚の不均一性を減少させることができるため、曲線因子(FF)の低下を抑えることができ、高い変換効率が実現できることが明らかとなった。 From the results shown in Table 2, when the screen printing method of the present invention is used, non-uniformity in film thickness caused by finger disconnection or poor leveling is reduced as compared with the case of normal printing conditions. As a result, it was clarified that a decrease in fill factor (FF) can be suppressed and high conversion efficiency can be realized.
<実施例3>
一辺150mmの正方形で厚み200μmのフェライトシートの上に線幅60μmのライン及びライン間のスペース60μmの4角形状のコイル状のパターン(4ターン、外形約1.5mm角)をスクリーン印刷した。印刷には、チップインダクタ用銀ペースト(ナミックス社製、粘度300Pa・s)を用い、このコイル状のパターンを印刷した。スクリーン印刷後、乾燥は150℃で1分間行った。
<Example 3>
On a ferrite sheet having a side of 150 mm and a thickness of 200 μm, a rectangular coil-shaped pattern (4 turns, outer shape of about 1.5 mm square) having a line width of 60 μm and a space of 60 μm between lines was screen-printed. The coil-shaped pattern was printed using silver paste for chip inductors (manufactured by NAMICS, viscosity of 300 Pa · s). After screen printing, drying was performed at 150 ° C. for 1 minute.
なお、スクリーン印刷の際の超音波振動の印加は、実施例1と同様、図5に示すように、超音波振動を、スクレーパーより前方に設置したホーンを介してペーストに印加しながらスクリーンの上面及びパターン開口部の少なくとも一部にペーストを供給した後、図6に示すように、超音波振動を印加せずにスクリーン印刷した(実施例3)。超音波振動の印加条件は、実施例1と同様である。また、比較のため、ペースト供給工程の際に超音波振動を印加しなかったこと以外は上記の実施例3と同様にコイル状のパターンを印刷した(比較例3)。 Note that the application of ultrasonic vibration during screen printing is similar to the first embodiment, as shown in FIG. 5, while applying ultrasonic vibration to the paste via a horn placed in front of the scraper. After supplying the paste to at least a part of the pattern opening, screen printing was performed without applying ultrasonic vibration as shown in FIG. 6 (Example 3). The application conditions of ultrasonic vibration are the same as in the first embodiment. For comparison, a coiled pattern was printed in the same manner as in Example 3 except that no ultrasonic vibration was applied during the paste supplying step (Comparative Example 3).
スクリーン印刷回数は、1、5、10、15、25及び30回とし、印刷回数ごとに乾燥後の印刷パターンの印刷形状を観察した。 The screen printing frequency was 1, 5, 10, 15, 25, and 30 times, and the printed shape of the printed pattern after drying was observed for each printing frequency.
結果を表3に示す。表3中の「×」及び「○」は、印刷方向(スキージの移動方向)に対して直角の方向(スキージと平行の方向)のラインが導通した場合を「×」、導通しなかった場合を「○」と判定した。本発明の実施例では、スクリーン印刷回数が15回を越しても、なお良好なコイルパターンをスクリーン印刷することができた。また、本発明の方法では超音波振動印加の効果によって、印刷したコイル表面の平滑性も改善することができた。 The results are shown in Table 3. “X” and “◯” in Table 3 indicate “x” when the line in the direction perpendicular to the printing direction (moving direction of the squeegee) is conducted, and when not conducting. Was determined to be “◯”. In the example of the present invention, even when the number of screen printings exceeded 15, the coil pattern could still be screen printed. Further, the smoothness of the printed coil surface could be improved by the effect of applying ultrasonic vibration in the method of the present invention.
以上の結果から、本発明のスクリーン印刷方法によって、微細なコイル形状を安定して得ることが可能であることが確認された。 From the above results, it was confirmed that a fine coil shape can be stably obtained by the screen printing method of the present invention.
<実施例4>
銅張りプリント基板上に、メタルマスク(SUS304、厚み50μm、開口0.1×0.1mm 100個)を用いて、クリームはんだをスクリーン印刷し、版抜け性の比較を行った。
<Example 4>
Using a metal mask (SUS304,
クリームはんだに含まれるはんだ粉にはPb:Sn=37:63の共晶はんだ粉を用いた。はんだ粉の平均粒径は、版抜け性があえてよくない、やや大きめの30μmを用いた。スクリーン印刷後に印刷パターンを乾燥した。印刷パターンの形状を、光学顕微鏡によって観察した。評価は、印刷パターン100個あたりの版抜け不良数を比較することにより行った。 A eutectic solder powder of Pb: Sn = 37: 63 was used as the solder powder contained in the cream solder. As the average particle size of the solder powder, a slightly larger 30 μm was used, which is not good for detaching the plate. The printed pattern was dried after screen printing. The shape of the printed pattern was observed with an optical microscope. The evaluation was performed by comparing the number of plate missing defects per 100 printing patterns.
なお、スクリーン印刷の際の超音波振動の印加は実施例1と同様、図5に示すように、超音波振動を、ホーンを介してペーストに印加しながらメタルマスクの上面及びパターン開口部の少なくとも一部にスクレーパーでペーストを供給した。その後、超音波振動を印加せずにスクリーン印刷した(実施例4)。超音波振動の印加条件は、実施例1と同様である。また、比較のため、ペースト供給工程の際に超音波振動を印加しなかったこと以外は上記の実施例4と同様に印刷パターンを印刷した(比較例4)。 Note that the application of ultrasonic vibration during screen printing is the same as in Example 1, as shown in FIG. 5, while applying ultrasonic vibration to the paste through a horn, at least the upper surface of the metal mask and the pattern opening. Part of the paste was supplied with a scraper. Thereafter, screen printing was performed without applying ultrasonic vibration (Example 4). The application conditions of ultrasonic vibration are the same as in the first embodiment. For comparison, a printing pattern was printed in the same manner as in Example 4 except that no ultrasonic vibration was applied during the paste supplying process (Comparative Example 4).
表4に、実施例4の結果を示す。この結果から、本発明のスクリーン印刷方法によって、版抜け性が向上し、微細な印刷パターンの印刷が可能となることがわかった。 Table 4 shows the results of Example 4. From this result, it has been found that the screen printing method of the present invention improves the plate slippage and enables printing of a fine print pattern.
1 表面電極
2 反射防止膜
3 n型拡散層
4 p型シリコン
5 裏面電極
6 基板
10 スキージ
11 超音波振動源
12 共振体(ホーン)
14 超音波振動源接続孔
15 スクレーパー
20 スクリーン
23 パターン開口部
30 被印刷体
31 ペースト
32 印刷パターン(印刷されたペースト)
33 パターン開口部内のペースト
40 印刷台
50 印刷工程でのスキージの移動方向
51 ペースト供給工程でのスクレーパーの移動方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
14 Ultrasonic vibration
33 Paste in pattern opening 40 Printing stand 50 Moving direction of squeegee in
Claims (14)
スキージがスクリーン上を接触し加圧しながら移動することによって、スクリーンのパターン開口部を通して被印刷体にペーストを印刷する工程とを含む、スクリーン印刷方法。 Supplying the paste to at least a part of the upper surface of the screen and the pattern opening by moving the scraper on the screen having the pattern opening while applying ultrasonic vibration to at least a part of the paste;
And a step of printing a paste on a printing medium through a pattern opening of the screen by moving the squeegee on the screen while pressing and pressing the screen.
超音波振動印加機構が超音波振動源を含み、超音波振動源がスクレーパーに接続する構造、超音波振動源がスキージに接続する構造又は超音波振動源がペーストを供給する際のスクレーパーの移動方向の前方に配置された共振体に接続する構造のうちの少なくとも一つの構造を有するスクリーン印刷装置。 A squeegee for printing the paste on the printing material by moving while contacting and pressing on the screen, a scraper for supplying the paste to the upper surface of the screen and the pattern opening by moving on the screen, and ultrasonic vibration A screen printing apparatus including an ultrasonic vibration applying mechanism for applying at least a part of the paste,
The structure in which the ultrasonic vibration application mechanism includes an ultrasonic vibration source, the ultrasonic vibration source is connected to the scraper, the structure in which the ultrasonic vibration source is connected to the squeegee, or the moving direction of the scraper when the ultrasonic vibration source supplies the paste The screen printing apparatus which has at least 1 structure of the structure connected to the resonator arrange | positioned ahead of.
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