JP2011201054A - スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供する。
【解決手段】スクリーン印刷装置１０およびスクリーン印刷方法は、基材１１の表面に帯状の回路パターンを形成するために、基材１１を支持する支持台１２と、基材１１の表面の一部を覆う被覆部と、基材１１の一部が露出する複数の開口部と、各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスク１と、メタルマスク１における上面に所定長さのスキージ１４を摺接させながら回路パターンとなるペーストをメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給するカートリッジ式のスキージヘッド１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷するスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関し、特に太陽電池の電極を形成するのに適用されるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関する。
従来より電極形成のための印刷にメッシュマスクを用いたスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−６２０７９号公報（図１、段落番号００５２）
太陽電池の変換効率を向上させるためには、電極を細線化して受光面積を増やすことが有効である。しかし、電極を細線化すると電気抵抗が極端に増大して性能の悪化をまねき、逆に変換効率が低下してしまうため、電極の膜厚を厚く形成する必要がある。
ところが、上記特許文献１のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法では、メッシュスクリーンの開口部のメッシュが抵抗となって開口率が低くなるため、このメッシュマスクを用いて形成された電極の膜厚は薄くなる。
従って、上記特許文献１のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法では、変換効率が低下する虞がある。
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することにある。
本発明に係るスクリーン印刷装置は、基材の表面に帯状の回路パターンを形成するために、前記基材を支持する支持台と、前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクと、前記メタルマスクにおける上面に所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記回路パターンとなるペーストを前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するカートリッジ式のスキージヘッドと、を備える。
本発明においては、スキージヘッドが、メタルマスクの上面に所定長さのスキージを相対的に摺接させながらペーストをメタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給する。
従って、本発明においては、メッシュマスクを用いた従来のものと比べて、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができる。
本発明に係るスクリーン印刷装置は、上記スクリーン印刷装置において、前記架橋部の下面が前記被覆部の下面に対して凹状の段差面となっている。
本発明においては、架橋部の下面が段差面となっているため、開口部を通じてペーストが基材と架橋部と間に充填され、これにより帯状の回路パターンを形成できる。
本発明に係るスクリーン印刷方法は、基材の表面に帯状の回路パターンを形成するために、前記基材を支持台に支持させるとともに、前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させ、次いで、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記回路パターンとなるペーストを前記メタルマスクの表面に対してカートリッジ式のスキージヘッドにより所定の圧力で供給する。
本発明においては、スキージヘッドが、メタルマスクの上面に所定長さのスキージを摺接させながらペーストをメタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給する。
従って、本発明においては、メッシュマスクを用いた従来のものと比べて、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができる。
本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法によれば、スキージヘッドが、メタルマスクの上面に所定長さのスキージを摺接させながらペーストをメタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給する。
これにより、本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法によれば、メッシュマスクを用いた従来のものと比べて、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
本発明に係る一実施形態のスクリーン印刷方法を適用する開放式のスキージを有するスクリーン印刷装置の正面図 図１のスクリーン印刷方法を適用するカートリッジ式のスキージを有するスクリーン印刷装置の正面図 図１のスクリーン印刷装置の側面図 図１のスクリーン印刷装置の平面図 図１のスクリーン印刷装置に適用されるメタルマスクの平面図 図５のメタルマスクの拡大図 図５のメタルマスクの要部拡大図 図７のＡ−Ａ線断面図 図７のＢ−Ｂ線断面図 図５のメタルマスクにおける架橋部周りの外観斜視図 図５のメタルマスクの変形例の架橋部周りの外観斜視図 図１のスクリーン印刷装置の変形例の要部平面図 図５のメタルマスクの変形例の平面図 図５のメタルマスクの他の変形例の平面図 図５のメタルマスクの他の変形例の平面図
以下、本発明の一実施形態に係るスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態であるスクリーン印刷方法を適用したスクリーン印刷装置１０は、基材１１と、基材１１を支持する支持台１２と、メタルマスク１と、メタルマスク１における上面に対して所定長さのスキージ１４を相対的に摺接させながら回路パターンとなるペーストＰをメタルマスク１の表面に供給するスキージヘッド１３と、メタルマスク１の下面をクリーニングするクリーニング機構１５と、を備える。
図１、図２、図３、図４に示すように、スクリーン印刷装置１０は、基材１１の位置決め手段である支持台１２が、Ｙ軸テーブル１６と、Ｘ軸テーブル１７と、θ軸テーブル１８と、を段積みして構成されており、更にそれらの上に第１Ｚ軸テーブル１９と、第２Ｚ軸テーブル２０とが組み合わされている。
第１Ｚ軸テーブル１９は、水平なベースプレート２１を有し、ベースプレート２１上の基材搬送部２２において基材搬送方向（Ｘ方向）に平行に配設された２条の搬送レール２３によって印刷対象の基材１１の両端部が支持されながら搬送される。基材搬送部２２は上流側および下流側に延出しており、上流側から搬入された基材１１が基材搬送部２２によって搬送され、さらに支持台１２により位置決められる。印刷が行われた後の基材１１は、搬送レール２３により下流側に搬出される。
メタルマスク１はマスク枠２内に展張されている。メタルマスク１上にはスキージヘッド１３が配置されている。スキージヘッド１３は開放式であり、水平なプレート２４に所定の長さを有するスキージ１４を昇降させるためのスキージ昇降機構２５が配設されている。スキージヘッド１３は、回路パターンとなるペースト（図１０参照）Ｐを所定の圧力でメタルマスク１の表面に供給し、スキージ昇降機構２５が駆動されることによりスキージ１４が昇降されてメタルマスク１の上面に当接する。
図２は、開放式のスキージヘッド１３に代えてカートリッジ式のスキージヘッド１３を装備したスクリーン印刷装置１０を示している。このスクリーン印刷装置１０も上記と同様に、回路パターンとなるペースト（図１０参照）Ｐを所定の圧力でメタルマスク１の表面に供給し、スキージ昇降機構２５が駆動されることによりスキージ１４が昇降されてメタルマスク１の上面に当接する。なお、カートリッジ式のスキージヘッド１３は開放式と比べて充填性に優れている。
縦フレーム２６上にはブラケット２７が配設されており、ブラケット２７上にガイドレール２８がＹ方向に配設されている。ガイドレール２８にスライド自在に嵌合されたスライダ２９がプレート２４の両端に結合されている。これにより、スキージヘッド１３はＹ方向にスライド自在となっている。
クリーニング機構１５は、クリーニングヘッドユニット３０が基材１１およびメタルマスク１を撮像するカメラヘッドユニット３１と一体的に移動する。カメラヘッドユニット３１は、基材１１を上方から撮像するための基材認識カメラ３２と、メタルマスク１を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ３３とを備えており、カメラヘッドユニット３０が移動されることにより、基材１１の認識とメタルマスク１の認識とを同時に行うことができる。
クリーニングヘッドユニット３０には、未使用のクリーニングペーパを巻回したペーパロール３４と、使用済みのクリーニングペーパを巻回したペーパロール３５およびメタルマスク１の下面に所定の長さのクリーニング領域を設定するクリーニングノズル３６が配設されている。クリーニングヘッドユニット３０は、縦フレーム２６上のガイドレール３７にスライド自在に組付けられているヘッドＸ軸テーブル３８に支持されており、ヘッドＸ軸テーブル３８上のヘッドＹ軸移動機構３９によりＹ方向に水平移動する。
クリーニングヘッドユニット３０は、待機時に支持台１２の側方に退避している。クリーニングを実行する際には、クリーニングヘッドユニット３０がカメラヘッドユニット３１とともにメタルマスク１の下方に進出されていき、次いでクリーニングヘッドユニット３０が上昇される。そして、クリーニングノズル３６によってクリーニングペーパをメタルマスク１の下面に押し当てた状態で、クリーニングヘッドユニット３０を水平移動させてクリーニングが実行される。
次に、メタルマスク１について詳細に説明する。図５、図６、図７、図８、図９、図１０に示すように、メタルマスク１は、例えば、０．１ｍｍの厚さ寸法Ｔ１、５５０ｍｍの幅寸法Ｌ１、６５０ｍｍの長さ寸法Ｌ２を有し、マスク枠２の内側に基材１１の表面の一部を覆う被覆部３と、基材１１の一部が露出する複数の長方形の開口部４とを有し、各開口部４の間において形成される回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って架橋部５が設けられている。メタルマスク１は、各開口部４および架橋部５が設けられたグリット部６を複数、かつ、平行に配列して有し、各グリット部６の長手方向端部の終端開口部に連続する帯状のバスバー部７を有する。
グリッド部６は、例えば０．０８ｍｍの線幅寸法を有して６７本有する。グリッド部６には、長手方向において例えば１５３ｍｍの幅寸法Ｌ３内に中央部の７５ｍｍの幅寸法Ｌ４を挟んで図６中の左右からそれぞれ３９ｍｍの長さ寸法Ｌ５の位置に２ｍｍの幅寸法Ｌ６をそれぞれ有するバスバー部７が配置されている。開口部４は、例えば０．０８ｍｍの幅寸法Ｌ７を有する。架橋部５は、例えば０．０５ｍｍの幅寸法Ｌ８で、例えば０．０２ｍｍの高さ寸法Ｌ９を有する。そして、架橋部５は、例えば、０．１ｍｍの厚さ寸法Ｔ１を有する開口部４の上端部において例えば０．０２ｍｍの高さ寸法Ｌ９を有するために、下面が被覆部３の下面に対して凹状の段差状に形成されている。
架橋部５は、図１１に示すメタルマスク１の変形例のように、開口部４の厚さ方向中央部に配置されても良い。この場合も架橋部５は下面が被覆部３の下面に対して凹状の段差状に形成される。
次に、スクリーン印刷装置１０を適用した太陽電池の電極形成システムおよびスクリーン印刷方法を適用した太陽電池の電極形成方法について説明する。太陽電池の電極形成方法では、カートリッジ式のスキージヘッドを用いるスクリーン印刷工程と、焼成工程とが行われる。
スクリーン印刷工程においては、基材搬送部２２によって基材１１が印刷位置に搬入されると、第２Ｚ軸テーブル２０が駆動されて基材１１の下面が下受けされる。そして、この状態で支持台１２により基材１１がメタルマスク１に対して位置合わせされて基材１１上にメタルマスク１が面接触される。このとき、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向にスキージ１４の長手方向が沿うようにスキージ１４をメタルマスク１に対して相対的に配置させる。そして、スキージ１４による所定の圧力でペーストＰがメタルマスク１上に供給されながら、スキージ１４が各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対してＹ方向に相対的に摺動移動されることにより基材１１がメタルマスク１に接触状態でコンタクト印刷が行われる。このとき、ペーストＰは、スキージ１４のＹ方向への移動に伴い、各開口部４から架橋部５の下方へ向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。印刷が行われた後の基材１１は、搬送レール２３により下流側の焼成工程に搬出される。
すなわち、図７に示すように、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向にスキージ１４の長手方向が沿うようにスキージ１４をメタルマスク１に対して相対的に配置させている。そして、スキージ１４による所定の圧力でペーストＰがメタルマスク１上に供給されながら、スキージ１４が各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対してＹ方向に相対的に摺動移動されることにより基材１１がメタルマスク１に接触状態でコンタクト印刷が行われる。
カートリッジ式のスキージヘッド１３でペーストＰをメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給することにより、ペーストＰは各開口部４から架橋部５の下方に向けて押圧進行され、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
次に、焼成工程において、基材１１の表面にペーストＰが所定の形状に載せられた状態で焼成が実行される。これにより、ペーストＰが太陽電池の電極に形成される。このとき、電極を形成するために、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、スクリーン印刷工程と、焼成工程とは一回行われる。そして、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、断面形状のアスペクト比が１．０以上に設定された電極が形成される。
印刷が終了したスクリーン印刷装置１０においてクリーニングが行われる場合、クリーニングヘッドユニット３０のクリーニングノズル３６の長手方向がメタルマスク１のバスバー部７の長手方向に対して平行に配置されてメタルマスク１の下面に対するクリーニングが行われる。
このとき、クリーニングノズル３６の長手方向がメタルマスク１のバスバー部７の長手方向に対して平行に配置されている、すなわち、バスバー部７はグリッド部６よりも幅広のため、グリッド部６よりバスバー部７の残留ペーストは多くなる。このため、グリッド部６よりバスバー部７のクリーニングを優先するノズル配置とすることにより、メタルマスク１の全体としてクリーニング品質を向上させることができる。
図１２に示すように、スクリーン印刷装置１０の変形例では、各開口部４の間において形成される回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って架橋部５が設けられたメタルマスク１が用いられており、スキージ１４の長手方向が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度θ１で交差する方向に沿うように相対的に配置され、スキージ１４が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交するＸ方向に沿って相対的に移動する。スキージ１４がメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度θ１で交差する方向から移動されることにより、ペーストＰは各開口部４から架橋部５の下方に向けて斜めに押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
図１３に示すように、メタルマスク１の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って平行四辺形の各開口部４を有する。そのため、架橋部５は、形成する回路パターンの長手方向に直交する方向に対して傾斜して配置されている。本変形例では、スキージ１４が、長手方向をメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に相対的に配置されて、各開口部４および架橋部５の配列方向に直交するＸ方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４の進行方向に対して傾斜して配置されている架橋部５の鋭角部分から架橋部５の下方に向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。なお、スキージ１４は、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿うＹ方向にメタルマスク１に対して相対的に移動するようにしても良い。
図１４に示すように、メタルマスク１の他の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って上底と下底とが互い違いの位置に配置された等脚台形の各開口部４を有する。そのため、架橋部５は、形成する回路パターンの長手方向に直交する方向に対して傾斜して配置されている。本変形例では、スキージ１４が、長手方向をメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に相対的に配置されて、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４の進行方向に対して傾斜して配置されている架橋部５の鋭角部分から架橋部５の下方に向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。なお、スキージ１４は、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿うＹ方向にメタルマスク１に対して相対的に移動するようにしても良い。
図１５に示すように、メタルマスク１の他の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って正方形の各開口部４を有する。本変形例では、スキージ１４の長手方向が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度で交差する方向に沿うように相対的に配置され、スキージ１４が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交するＸ方向に沿って相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４のＸ方向への移動に伴い、各開口部４から架橋部５の下方へ向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
上述したように、本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置１０によれば、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の上面に所定長さのスキージ１４を摺接させながらペーストをメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給する。
従って、本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置１０によれば、メッシュマスクを用いた従来のものと比べて、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置１０によれば、架橋部５の下面が段差面となっているため、開口部４を通じてペーストが基材１１と架橋部５との間に充填され、これにより帯状の回路パターンを形成できる。
本発明の一実施形態のスクリーン印刷方法によれば、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の上面に所定長さのスキージ１４を摺接させながらペーストをメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給する。
従って、本発明の一実施形態のスクリーン印刷方法によれば、メッシュマスクを用いた従来のものと比べて、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、膜厚を厚くして断面形状のアスペクト比が大きな回路パターンを形成して変換効率の向上を図ることができる。
（実施例）
次に、本発明に係る太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０および太陽電池の電極形成方法を適用したスクリーン印刷方法の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。実施例では、開口率が５０％以下のメッシュマスクを用い、開放式のスキージヘッドによりギャップ印刷を行った比較例１と、開口率が５０％以下のメッシュマスクを用い、カートリッジ式のスキージヘッドを用いてコンタクト印刷を行った比較例２と、を用意して太陽電池の電極を形成し、形成された電極の高さ寸法と電極の幅寸法との断面積によるアスペクト比を測定した。
実施例の結果、比較例１は０．３以下のアスペクト比であり、比較例２は０．７以下のアスペクト比であった。これらに対して、本発明のアスペクト比は１．０以上であった。それは、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に長手方向が沿うようにメタルマスク１に対して相対的に配置されたカートリッジ式のスキージヘッド１３のスキージ１４を、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動させたからであることがわかる。これにより、開口率が９０％以上のメタルマスク１を適用することも可能である。
なお、前記実施形態で使用した支持台１２、スキージ１４、クリーニング機構１５等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
１ メタルマスク
３ 被覆部
４ 開口部
５ 架橋部
１０ スクリーン印刷装置
１１ 基材
１２ 支持台
１３ スキージヘッド
１４ スキージ
Ｐ ペースト

Claims (3)

  1. 基材の表面に帯状の回路パターンを形成するために、
    前記基材を支持する支持台と、
    前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクと、
    前記メタルマスクにおける上面に所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記回路パターンとなるペーストを前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するカートリッジ式のスキージヘッドと、
    を備えるスクリーン印刷装置。
  2. 請求項１に記載のスクリーン印刷装置において、
    前記架橋部の下面が前記被覆部の下面に対して凹状の段差面となっているスクリーン印刷装置。
  3. 基材の表面に帯状の回路パターンを形成するために、
    前記基材を支持台に支持させるとともに、
    前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させ、
    次いで、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記回路パターンとなるペーストを前記メタルマスクの表面に対してカートリッジ式のスキージヘッドにより所定の圧力で供給するスクリーン印刷方法。
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