JP2011167997A

JP2011167997A - スクリーン印刷装置

Info

Publication number: JP2011167997A
Application number: JP2010035749A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okafuji; 英雄岡藤; Akihiko Sakamoto; 晃彦坂本
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】セラミックグリーンシートとの版離れ性を確保してファインな所定印刷パターンが形成できるスクリーン印刷装置を提供する。
【解決手段】固定ステージ１１上でセラミックグリーンシート１２に所定印刷パターン１６を形成するためのスクリーン印刷装置１０において、固定ステージ１１が吸引孔２０を設ける下台部１７と、この上にメッシュ部１８と、この上に多孔質部１９を有し、多孔質部１９上に、所定印刷パターン１６が形成される部位近傍に孔径φ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔２２を設けた板厚３０〜１００μｍの可撓性金属板２１と、この上にセラミックグリーンシート１２を載置し、吸引孔２０から吸引することで多孔質部１９上に可撓性金属板２１を吸着固定すると共に、微小貫通孔２２を介して可撓性金属板２１上にセラミックグリーンシート１２を吸着固定する吸着手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器等に使用される半導体素子や、水晶振動子等の電子部品素子を収納するためのセラミックパッケージを作製するのに使用されるセラミックグリーンシートの表面に導体ペーストを用いて所定の印刷パターンをスクリーン印刷するためのスクリーン印刷装置に関する。

近年、半導体素子、水晶振動子、圧電素子等の電子部品素子を搭載させ収納するためのセラミックパッケージは、これを搭載させた装置、例えば、携帯電話や、パソコン等の装置の小型化、高信頼性化等の要求に伴い、ますます軽薄短小化、高信頼性化等への対応が迫られている。これに対応するため、セラミックパッケージの形成には、従来からアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックを用いた複数枚のシート状のセラミックグリーンシートが用いられている。これらのセラミックグリーンシートには、上、下間に電気的な導通状態を形成するためのスルーホールや、ビア用の孔や、電子部品素子を囲繞して収納させるキャビティ部用の孔を設けている。次いで、これらのセラミックグリーンシートには、タングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる導電性ペーストを用いて、スルーホール用の孔の壁面に塗布したり、ビア用の孔を充填した後、この導電性ペーストと同様の導電性ペーストを用いて表面に所定印刷パターンを形成している。そして、これらが形成された複数枚のセラミックグリーンシートは、重ね合わされて温度と、圧力をかけて接合されて積層体に形成している。更に、このセラミックグリーンシート積層体は、通常、シート内に個片体の焼成前のセラミックパッケージが複数個配列する集合体からなっているので、積層体の表面に、押圧溝形成用スリット刃を押し当てて、個片体の外形形状になるように区画する断面視してＶ形状の押圧溝を形成している。この後は、積層体を還元雰囲気中で焼成して焼成体に形成し、導体部分にめっき被膜を形成したり、必要に応じて導体部分にシールリングをロー付けしたりした後、押圧溝で分割して個片体のセラミックパッケージとしている。

上記のスルーホール用の孔の壁面への導電性ペーストの塗布や、ビア用孔への導電性ペーストの充填や、表面への所定印刷パターンの形成には、従来より、スクリーン印刷装置が用いられている。これらの印刷の内の所定印刷パターンの形成におけるスクリーン印刷装置は、固定ステージ上にセラミックグリーンシートを載置し、固定ステージの下方から吸引してセラミックグリーンシートを固定ステージ上に直接固定している。固定ステージ上に直接固定したセラミックグリーンシートには、スクリーン版と、スキージと、導電性ペーストを用いて所定印刷パターンをスクリーン印刷している。また、このスクリーン印刷装置は、固定ステージが金属や、ベークライト、塩化ビニール等の硬質樹脂等の材料を用いて、通常、固定ステージを支える支持台本体の内部を空洞とする箱形とし、上面板に多数の貫通孔を設け、下方から吸引できる形式のものが一般的となっている。このようなスクリーン印刷装置で印刷されるセラミックグリーンシートでは、セラミックパッケージの軽薄短小化、高信頼性化等への対応から、微細な極めてファインなパターンを形成することが要求されている。このファインなパターンの形成を左右する要因には、スクリーン版上に載置した導電性ペーストをスキージでセラミックグリーンシート上に描き出して印刷し、所定パターンを形成した後のスクリーン版がセラミックグリーンシートから離れる時のセラミックグリーンシートとの版離れ性が重要な要因としてある。そして、この版離れ性を確保するための条件には、固定ステージ上面板に設けた貫通孔でセラミックグリーンシートを吸引して安定且つ強力な固定が必要となっている。

従来のスクリーン印刷装置には、グリーンシートへの導電層パターン形成装置という発明の名称のもとに、第１の多孔質材よりなる固定基板と、両端がそれぞれ巻取リールと供給リールに固定されており、巻取リールの回転にともなって固定基板の表面上を移動する第２の多孔質材よりなるシート状体の上に載置されたグリーンシートに所定の導電層パターンを形成する印刷手段と、固定基板とシート状体を通してグリーンシートを吸引する吸引手段と、印刷手段と連動して、導電層パターンの形成後に巻取リールを所定の角度回転せしめる手段とよりなるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このスクリーン印刷装置によれば、所定パターンの孔位置に貫通孔を設けたそれぞれ専用の固定基板を準備することなく簡単な手段でビアホールに導電ペーストを充填し、連続印刷しても孔周辺が導電ペーストで汚れ、次に印刷するグリーンシートに転写されるというような問題を防止できるとしている。

また、従来のスクリーン印刷装置には、グリーンシート用厚膜印刷機という発明の名称のもとに、印刷スキージ、スクリーン及びグリーンシート固定ステージからなるグリーンシート用厚膜印刷機において、グリーンシート固定ステージのスルーホール形成エリアに多孔質体と接続する真空ポンプを備えるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このスクリーン印刷装置によれば、高アスペスト比のスルーホール（グリーンシート厚／スルーホール径）へのビア充てんを可能にし、すべてのパターンのビアフィルがステージの交換なしで行うことができるとしている。

更には、従来のスクリーン印刷装置には、キャリアテープの表面に形成されたセラミックグリーンシートを支持台に保持し、セラミックグリーンシートの上面にスクリーン・スキージを用いて導電性ペーストを印刷するスクリーン印刷装置において、支持台の表面を多孔質板で形成し、エアポンプで気室に負圧を作用させることで支持台にキャリアテープを吸引及び保持するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
このスクリーン印刷装置によれば、耐久性が高くメンテナンス頻度を低減できるスクリーン印刷装置を提供できるとしている。

特開平３−６４０９４号公報特開平６−３９９９８号公報特開２００１−３２８２３３号公報

しかしながら、前述したような従来のスクリーン印刷装置は、次のような問題がある。
（１）従来のスクリーン印刷装置は、固定ステージが金属、ベークライト、塩化ビニール等からなる板材に貫通孔を加工して作製されるので、それぞれの孔加工精度や、下方から吸引した時にそれぞれの貫通孔の位置によって、吸引力バラツキが発生する構造となっている。従って、このスクリーン印刷装置は、所定印刷パターンを形成した後のスクリーン版がセラミックグリーンシートから離れる時に、スクリーン版がセラミックグリーンシートを部分的に持ち上がるのを防止することができなく、ファインな印刷パターンを作成するための重要な要因であるセラミックグリーンシートとの版離れ性を確保することができなくなっている。また、この従来のスクリーン印刷装置では、特に、スルーホール用の孔や、キャビティ部用の孔等が形成されたセラミックグリーンシートの場合には、これらの孔と固定ステージの貫通孔とが当接状態となったときに、この貫通孔から空気が漏れて、近辺の貫通孔の吸引力が顕著に弱くなり、版離れ性を確保することができなくなっている。
（２）特開平３−６４０９４号公報や、特開平６−３９９９８号公報で開示されるスクリーン印刷装置は、固定ステージの上面が多孔質体となっていると共に、その上面に通気性のあるシート体を介してセラミックグリーンシートを載置し、多孔質体の下方から吸引しているので、通気性のあるシート体を介して吸引力が弱くなっている。従って、セラミックグリーンシートの表面に形成するような所定印刷パターンの場合には、所定印刷パターンを形成した後のスクリーン版がセラミックグリーンシートから離れる時に、スクリーン版がセラミックグリーンシートを部分的に持ち上がるのを防止することができなく、ファインな印刷パターンを作成するための重要な要因であるセラミックグリーンシートとの版離れ性を確保することができなくなっている。
（３）特開２００１−３２８２３３号公報で開示されるスクリーン印刷装置は、固定ステージの上面が多孔質体となっていると共に、その上面にセラミックグリーンシートが上面に形成されて一体となっているキャリアテープを載置し、多孔質体の下方から通気性のないキャリアテープを吸引しているので、空気の漏れがなく、キャリアテープに固着して一体となっているセラミックグリーンシートを強固に固定ステージ上に固定することができる。しかも、このスクリーン印刷装置は、セラミックグリーンシートの表面に形成するような所定印刷パターンの場合であっても、所定印刷パターンを形成した後のスクリーン版がセラミックグリーンシートから離れる時に、スクリーン版がセラミックグリーンシートを部分的に持ち上がるのを防止することができる。しかしながら、キャリアテープと一体となっているセラミックグリーンシートに所定印刷パターンを形成したセラミックグリーンシートは、キャリアテープから剥離する必要があるが、キャリアテープから剥離したセラミックグリーンシートは、キャリアテープの拘束から解放されて収縮があり、形成された所定印刷パターンの寸法が変化してしまうという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミックグリーンシートとの版離れ性を確保してファインな所定印刷パターンが形成できるスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るスクリーン印刷装置は、固定ステージ上でセラミックグリーンシートにスクリーン版と、スキージと、導体ペーストを用いて所定印刷パターンを形成するためのスクリーン印刷装置において、固定ステージが複数個の吸引孔を設ける金属剛性体からなる下台部と、下台部上に金属メッシュ体からなるメッシュ部と、メッシュ部上に上下方向で連通する無数の挿通孔を設ける金属通気体からなる多孔質部を有し、固定ステージの多孔質部上に、所定印刷パターンが形成される部位近傍に孔径φ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔を設けた板厚３０〜１００μｍの可撓性金属板と、可撓性金属板上にセラミックグリーンシートを載置し、吸引孔から吸引することで金属メッシュ体、及び挿通孔を介して多孔質部上に可撓性金属板を吸着固定すると共に、微小貫通孔を介して可撓性金属板上にセラミックグリーンシートを吸着固定する吸着手段を有する。

上記のスクリーン印刷装置は、固定ステージが複数個の吸引孔を設ける金属剛性体からなる下台部と、下台部上に金属メッシュ体からなるメッシュ部と、メッシュ部上に上下方向で連通する無数の挿通孔を設ける金属通気体からなる多孔質部を有し、固定ステージの多孔質部上に、所定印刷パターンが形成される部位近傍に孔径φ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔を設けた板厚３０〜１００μｍの可撓性金属板と、可撓性金属板上にセラミックグリーンシートを載置し、吸引孔から吸引することで金属メッシュ体、及び挿通孔を介して多孔質部上に可撓性金属板を吸着固定すると共に、微小貫通孔を介して可撓性金属板上にセラミックグリーンシートを吸着固定する吸着手段を有するので、金属通気体の無数の挿通孔で全面的に吸引して板厚３０〜１００μｍ程度の薄い可撓性金属板を固定ステージ上に強固に吸着固定できると共に、可撓性金属板の所定印刷パターンが形成される部位近傍に設ける孔径φ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔によってセラミックグリーンシートを可撓性金属板上に強固に吸着固定でき、所定印刷パターンを形成した後のスクリーン版がセラミックグリーンシートから離れる時に、スクリーン版がセラミックグリーンシートを部分的に持ち上がるのを防止してセラミックグリーンシートとの版離れ性を確保することができ、セラミックグリーンシートにファインな所定印刷パターンを形成することができる。また、上記のスクリーン印刷装置では、所定印刷パターンを形成する前のセラミックグリーンシートのキャリアテープを剥がして、キャリアテープの拘束から解放された状態の収縮が安定しているセラミックグリーンシートに、スクリーン印刷するので、所定印刷パターンの印刷後の寸法変化の発生を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷装置の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同スクリーン印刷装置に用いられる可撓性金属板の平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷装置１０は、固定ステージ１１上にセラミックグリーンシート１２を載置すると共に、固定ステージ１１の下方から真空ポンプ等で吸引しながらアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるセラミックグリーンシート１２を固定するようになっている。そして、スクリーン印刷装置１０では、ステンレス網に所定印刷パターンが得られるように感光性樹脂膜で開口部が所定のパターンとなるようにして形成したスクリーン版１３を準備している。また、スクリーン印刷装置１０では、弾性のあるゴムや、プラスチック等からなるスキージ１４を準備している。更に、スクリーン印刷装置１０では、高融点金属であるタングステンや、モリブデン等を樹脂や、溶剤で混ぜ合わせた導体ペースト１５を準備している。そして、スクリーン印刷装置１０では、スクリーン版１３上の載置させた導体ペースト１５をスキージ１４でスクリーン版１３上を摺動させることで、スクリーン版１３の感光性樹脂膜の開口部から導体ペースト１５を押し出してセラミックグリーンシート１２の表面に所定印刷パターン１６をスクリーン印刷するようになっている。

上記のスクリーン印刷装置１０は、固定ステージ１１が下台部１７と、この上にメッシュ部１８と、更にこの上に多孔質部１９を重ねて、ネジ等でネジ締めしてなる一体化された構造を有している。この固定ステージ１１の下台部１７は、φ２０ｍｍ程度の複数個、例えば、対角線の中心から等距離の位置の対角線上にそれぞれ１個の合計４個の吸引孔２０を設ける鉄やステンレス等からなる厚み１０ｍｍ程度の金属剛性体からなっている。そして、下台部１７は、この上方に設けるメッシュ部１８や、多孔質部１９等を構成する部材の荷重や、スクリーン印刷時のスキージ１４での上方からの押圧や、真空ポンプ等での下方からの吸引等に対しての下方向に掛かる力を支えることができる強度が確保されている。

また、固定ステージ１１のメッシュ部１８は、ステンレス等からなる線径がφ１．０ｍｍ程度で、１０メッシュ程度の金属メッシュ体からなっている。そして、メッシュ部１８は、多孔質部１９を支えると共に、下台部１７と多孔質部１９の間にそれぞれ点接触状態になるようにして、下台部１７の吸引孔２０から吸引した時に多孔質部１９の全面で均一吸引できるようにするために設けられている。

更に、固定ステージ１１の多孔質部１９は、複雑で不規則な形態で上下方向に連通するスポンジ状のような無数の極微小な挿通孔を設ける焼結金属等からなる厚みが２〜３ｍｍ程度の金属通気体からなっている。そして、多孔質部１９は、この上面に載置するものを接触している部分の全面で強力に均一吸引して固定させることができるようになっている。上記の多孔質部１９を構成する焼結金属は、粉末状の、例えば、鉄粉等の金属粒を成形体にして焼結させ、この上、下面を研削して板状の金属板に加工したもので、通常、一般的に市販されているものを用いることができる。なお、多孔質部１９は、焼結金属に限定されるものではなく、例えば、小径孔を無数に加工した複数枚のステンレス板を重ね合わせたものを用いることもでき、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上記のスクリーン印刷装置１０は、固定ステージ１１の多孔質部１９上に、所定印刷パターン１６が形成される部位を外れてこの部位近傍に、孔径がφ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔２２を設けた板厚が３０〜１００μｍの可撓性金属板２１を載置して有している。また、この可撓性金属板２１と共に、スクリーン印刷装置１０は、可撓性金属板２１上にセラミックグリーンシート１２を載置して有している。なお、この可撓性金属板２１は、多孔質部１９上に載置するために、通常、外周部に位置決め用の切り欠き部２３を設け、この切り欠き部２３を固定ステージ１１上に立設させたガイドピン（図示せず）に突き当てて当接させることで位置決めさせている。また、セラミックグリーンシート１２は、可撓性金属板２１上に載置するために、図示しないが、通常、セラミックグリーンシート１２の外周部を予め額縁状枠体の内周部に貼り付けた額縁状枠体の外周部に位置決め用の切り欠き部を設け、この切り欠き部を上記のガイドピンに突き当てて当接させることで位置決めさせている。あるいは、セラミックグリーンシート１２は、可撓性金属板２１上に載置するために、額縁状枠体は用いないで、可撓性金属板２１の位置を読みとる画像処理装置を一体化させた運搬装置を用いて、可撓性金属板２１上に位置決めさせて載置させることもできる。

そして、スクリーン印刷装置１０は、固定ステージ１１の下台部１７に設ける吸引孔２０から吸引することで、メッシュ部１８の金属メッシュ体、及び多孔質部１９の挿通孔を介して多孔質部１９上に可撓性金属板２１を吸着固定すると共に、可撓性金属板２１に設ける微小貫通孔２２を介して可撓性金属板２１上にセラミックグリーンシート１２を吸着固定する吸着手段を有している。この吸着手段によって、可撓性金属板２１は、下台部１７の吸引孔２０から吸引した時に、金属メッシュ体、及び挿通孔を介して多孔質部１９の上面に載置する可撓性金属板２１の接触している部分の全面で板厚が３０〜１００μｍの薄い厚みの可撓性を利用して強力に多孔質部１９上に均一吸引できる。更に、これと共に、セラミックグリーンシート１２は、下台部１７の吸引孔２０から吸引した時に、金属メッシュ体、挿通孔と、及び可撓性金属板２１に設ける微小貫通孔２２を介して可撓性金属板２１上に強固に固定させることができる。

上記の可撓性金属板２１は、これに設ける微小貫通孔２２の孔径がφ３０μｍを下まわる場合には、加工が難しくなると共に、セラミックグリーンシート１２に当接してしても十分な吸着力が得られなくなる。従って、十分な吸着力が得られなくなることで、所定印刷パターン１６を形成した後のスクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２から離れる時には、スクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２を部分的に持ち上がるのを防止することができなく、ファインな所定印刷パターン１６を形成するためのセラミックグリーンシート１２との版離れ性を確保することができなくなる。一方、可撓性金属板２１に設ける微小貫通孔２２の孔径がφ１５０μｍを超える場合には、所定印刷パターンが形成される部位に孔が飛び出すことがあり、所定印刷パターン１６を形成する部位のセラミックグリーンシート１２を支えるステージ面がなくなり、ファインな所定印刷パターン１６を形成することが難しくなる。更に、これと共に、所定印刷パターン１６を形成した後のスクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２から離れる時には、スクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２を部分的に持ち上がるのを防止することができなく、ファインな所定印刷パターン１６を形成するためのセラミックグリーンシート１２との版離れ性を確保することができなくなる。

また、上記の可撓性金属板２１は、板厚が３０μｍを下まわる場合には、薄くなりすぎて、取り扱いが容易でなく、可撓性金属板２１を折り曲げたりして、可撓性金属板２１上に吸着されたセラミックグリーンシート１２の折り曲げた部分上に形成される所定印刷パターン１６が異形な形状を呈することとなる。一方、可撓性金属板２１の板厚が１００μｍを超える場合には、可撓性が低下して、多孔質部１９上に均一吸引できなくなるので、所定印刷パターン１６を形成した後のスクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２から離れる時には、スクリーン版１３がセラミックグリーンシート１２を部分的に持ち上がるのを防止することができなく、ファインな所定印刷パターン１６を形成するためのセラミックグリーンシート１２との版離れ性を確保することができなくなる。

上記のスクリーン印刷装置１０は、通常、下台部１７の複数個のそれぞれの吸引孔２０から均一に吸引できるようにするために、固定ステージ１１を支える支持台本体２４部分がボックス形状からなり、支持台本体２４の下方に設ける開口孔２５から真空ポンプ等で吸引するようにしている。

本発明のスクリーン印刷装置は、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品素子を実装させて、小型で、高信頼性が要求される、例えば、携帯電話や、ノートブック型のパソコン等の電子装置に組み込まれて用いるための信頼性の高いセラミックパッケージを形成するために用いることができる。

１０：スクリーン印刷装置、１１：固定ステージ、１２：セラミックグリーンシート、１３：スクリーン版、１４：スキージ、１５：導体ペースト、１６：所定印刷パターン、１７：下台部、１８：メッシュ部、１９：多孔質部、２０：吸引孔、２１：可撓性金属板、２２：微小貫通孔、２３：切り欠き部、２４：支持台本体、２５：開口孔

Claims

固定ステージ上でセラミックグリーンシートにスクリーン版と、スキージと、導体ペーストを用いて所定印刷パターンを形成するためのスクリーン印刷装置において、
前記固定ステージが複数個の吸引孔を設ける金属剛性体からなる下台部と、該下台部上に金属メッシュ体からなるメッシュ部と、該メッシュ部上に上下方向で連通する無数の挿通孔を設ける金属通気体からなる多孔質部を有し、前記固定ステージの前記多孔質部上に、前記所定印刷パターンが形成される部位近傍に孔径φ３０〜１５０μｍの多数個の微小貫通孔を設けた板厚３０〜１００μｍの可撓性金属板と、該可撓性金属板上に前記セラミックグリーンシートを載置し、前記吸引孔から吸引することで前記金属メッシュ体、及び前記挿通孔を介して前記多孔質部上に前記可撓性金属板を吸着固定すると共に、前記微小貫通孔を介して前記可撓性金属板上に前記セラミックグリーンシートを吸着固定する吸着手段を有することを特徴とするスクリーン印刷装置。