JP2013082077A - スクリーン印刷方法 - Google Patents
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【解決手段】本発明は、被印刷物の一面上に第1のペーストを供給し、被印刷物に印刷する第1の印刷工程と、第1の印刷工程の後に、第1のペーストより含有率を高めた溶剤とを含む第2のペーストをスクリーンマスク上に供給し、残存する第1のペーストと混合し、第1の印刷工程に引き続き、被印刷物に印刷する第2の印刷工程と、を有し、各ペーストに含まれる金属粒子の平均粒径をD1、スクリーンマスクの目開き最大寸法をD2としたとき、D2/D1が3.0〜8.0であることを特徴とするスクリーン印刷方法である。
【選択図】図1
Description
まず、本態様のスクリーン印刷方法の理解のため、当該スクリーン印刷方法を含む一連のプロセスで形成されたセラミックス回路基板の構成、および当該プロセスの概略について説明する。
以下、図1を参照しつつ、セラミックス基板にろう材ペーストを印刷し、図3(c)に示す印刷パターンm1・m2を形成する本態様のスクリーン印刷方法について、更に詳細に説明する。
次いで、第1の印刷工程である。スクリーンマスク1の上面1eの右端に、所定量のろう材粒子、有機バインダおよび有機溶剤を含む第1のろう材ペーストを、n枚(複数枚)のセラミックス基板Wbに印刷可能な量、供給する。
第1の印刷工程に引き続く、第1態様の第2の印刷工程では、図2(c)に示すように、第1の印刷工程が完了した時点S3で、一旦スキージ2の移動を中断し、第2のろう材ペーストP2をスクリーンマスク1の上面1eに供給する。ここで、本態様の第2の印刷工程で使用される第2のろう材ペーストP2は、第1の印刷工程において第1のろう材ペーストP1から失われた有機溶剤および有機溶剤と共に失われた有機バインダの合算した量を補完するよう、第1のろう材ペーストP1よりも有機溶剤の含有率のみを高めている。なお、第1のろう材ペーストP1における有機溶剤の含有率が8.0〜12.0質量%である場合には、第2のろう材ペーストP2における有機溶剤の含有率が第1のろう材ペーストP1より0.2〜1.0質量%高くなるよう調整しておくことが望ましい。また、図示するように、残存する第1のろう材ペーストP1をスクリーンマスク1の上面1eにおいて一塊に纏め、第2のろう材ペーストP2は、その塊状の第1のろう材ペーストP1を覆うように供給することが、図2(d)を参照し説明する両者の混合を均一かつ早期に終結するためには好ましい。
以下、第2態様の第2の印刷工程について、当該第2の印刷工程、その前の第1の印刷工程およびそれに引き続く印刷工程における印刷枚数と印刷パターンm1・m2との関係を示す図2(c)を参照して説明する。なお、印刷プロセス自体は、上記第1態様の第2の印刷工程と同様であるので、詳細な説明は省略する、以下説明する第3態様の第2の印刷工程についても同様である。
第3態様の第2の印刷工程について、図2(d)を参照しつつ説明する。図2(d)において実線L1で示す第1の印刷工程においてn枚のセラミックス基板Wbに印刷が完了し、第1の印刷工程が完了した時点S10において、本態様の第2の印刷工程で使用する第2のろう材ペーストP2をスクリーンマスク1の上面1eに供給する(図1参照)。ここで、第2のろう材ペーストP2は、第1の印刷工程において第1のろう材ペーストP1から失われた有機溶剤および有機溶剤と共に失われた有機バインダの合算した量を補完するよう、第1のろう材ペーストP1よりも有機溶剤および有機バインダ双方の含有率を高めている点で、上記第2態様の第2の印刷工程で使用した第2のろう材ペーストP2と同様である。しかしながら、第1の印刷工程、第2の印刷工程およびそれに引き続く印刷工程の各工程間における、印刷パターンm1・m2の重量の変動を抑制するため、第2の印刷工程で使用する第2のろう材ペーストP2の溶剤とバインダとを合算した含有率は、第1のろう材ペーストP1に対し高めているが、その割合をより制限した点、および第2の印刷工程に引き続く印刷工程では第2の印刷工程で使用した第2のろう材ペーストP2を供給し、被印刷物であるセラミックス基板Wbに印刷する点で、本態様の第2の印刷工程は、第2態様の第2の印刷工程と相違している。
以下、ろう材層M1〜M3を介して回路基板および放熱基板である銅基板Wa−1・Wa−2・Wcが接合された図3(a)・(b)に示す回路基板Wを形成するため、図3(d)・(f)に示すように、縦横に並列した状態で54個の回路基板が同時に形成される多数個取りのセラミックス基板である窒化珪素基板Wbの両面に、印刷パターンm1〜m3を印刷する場合の複数の実施例および比較例に基づき、本発明を説明する。
Y2O3:0.5〜15.0質量%の焼結助剤を添加した混合粉末を、エタノール・ブタノール溶液を満たしたボールミルの樹脂製ポット中に、前記混合粉末および粉砕媒体の窒化珪素製ボールを投入し、所定時間湿式混合した。次に、前記ポット中の混合粉末に対し、所定量のポリビニル系の有機バインダおよび可塑剤を添加し、次いで所定時間湿式混合し、シート成形用スラリーを得た。この成形用スラリーを脱泡、溶媒除去により粘度を調整し、ドクターブレード法によりグリーンシートを成形した。次に、成形したグリーンシートを空気中で加熱することにより有機バインダ成分を十分に脱脂(除去)し、次いで脱脂体を窒素雰囲気中において焼成した。得られた窒化珪素焼結体シートをサンドブラスト処理により表面性状を調整し、縦120mm、横105mm、厚さ0.32mmの窒化珪素基板を得た。
まず、理解のため従来技術のスクリーン印刷方法である比較例1について説明する。比較例1では、表1に示すように、平均粒径(d50)が20μmのろう材を85.0質量%、有機溶媒を10.0質量%および有機バインダを5.0質量%有する第1のろう材ペーストP1を第1の印刷工程で使用し、第1のろう材ペーストP1と同一構成の第2のろう材ペーストP2を第2の印刷工程およびそれに引き続く印刷工程で使用し、当該第1のろう材ペーストP1および第2のろう材ペーストP2を、ろう材の平均粒径をD1、スクリーンマスクの目開き寸法をD2としたときD2/D1が5.5となるように目開き寸法を109μmとしたスクリーンマスクで印刷し、窒化珪素基板に54個の印刷パターンm1〜m3(図3(c)・(e)参照)を形成した。この比較例1によれば、通算で300枚の窒化珪素基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値は3.064gと大きく、さらに重量のバラツキである分散は±0.546gとなった。そのため、300枚の窒化珪素基板において、上限値を超過した窒化珪素基板の枚数は180枚、下限値を下回る窒化珪素基板は無く、重量として良品の窒化珪素基板は120枚であった。この良品の120枚の窒化珪素基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率は5.3%、耐熱サイクル不良率は0%であった。
表1・2に示すように、第1態様の第2の印刷工程を実施した実施例1〜5によれば、第1のろう材ペーストP1に対し有機溶剤の含有率のみを0.2〜1.0質量%高めた第2のろう材ペーストP2を第2の印刷工程およびそれに引き続く印刷工程でも使用することにより、通算で300枚のセラミックス基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値および分散は、各々2.380〜2.870gおよび±0.540〜0.702gとなった。いずれの実施例においても重量として良品の窒化珪素基板の枚数は、従来技術である比較例1に対し増加し、この良品のセラミックス基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率および気孔不良発生率も、従来技術である比較例1に対し改善された。
表1・2に示すように、第2態様の第2の印刷工程を実施した実施例6〜12によれば、第1のろう材ペーストP1に対し溶剤とバインダとを合算した含有率を1.0質量%高めた第2のろう材ペーストP2を第2の印刷工程で使用し、第2の印刷工程に引き続く第3の印刷工程では、第1のろう材ペーストと同一組成の第3のろう材ペーストを使用することにより、通算で300枚のセラミックス基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値および分散は、各々2.394〜2.962gおよび±0.208〜0.390gとなり、いずれの実施例においても、第1態様の第2の印刷工程を用いた実施例1〜5に対し、特に重量のバラツキである分散の値が改善された。また、各実施例において重量として良品の窒化珪素基板の枚数は実施例1〜5に対し増加し、この良品のセラミックス基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率および気孔不良発生率も、実施例1〜5に対し改善された。
表1・2に示すように、第3態様の第2の印刷工程を実施した実施例6〜12によれば、第2態様の第2の印刷工程で使用した第2のろう材ペーストに対し、溶剤とバインダとを合算した含有率を高める割合を0.3〜0.7質量%と制限した第2のろう材ペーストP2を第2の印刷工程およびそれに引き続く印刷工程で使用することにより、通算で300枚のセラミックス基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値および分散は、各々2.498〜2.804gおよび±0.104〜0.296gとなり、いずれの実施例おいても、第2態様の第2の印刷工程を用いた実施例4〜12に対し、重量のバラツキである分散の値が更に改善された。これにより、各実施例において重量として良品の窒化珪素基板の枚数は実施例4〜12に対し増加し、この良品のセラミックス基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率および気孔不良発生率も、実施例4〜12に対し更に改善された。
ろう材の平均粒径(d50)が40μm、スクリーンマスクの目開きが109μmであり、ろう材の平均粒径(D1)とスクリーンマスクの目開き(D2)の関係であるD2/D1の値が2.7である以外は実施例13〜17と同一条件である比較例2によれば、スクリーンマスク目開きに対するろう材の平均粒径が大きいため、有機溶媒および有機溶媒に溶解した有機バインダがより選択的に失われ、通算で300枚のセラミックス基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値および分散は、各々2.998gおよび±0.558gとなり、上限値を超過した窒化珪素基板の枚数は158枚、下限値を下回る窒化珪素基板は無く、重量として良品の窒化珪素基板は120枚であった。この良品の120枚の窒化珪素基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率は4.1%、耐熱サイクル不良率は0%であった。
ろう材の平均粒径(d50)が20μmであり、スクリーンマスクの目開きが258μmであり、ろう材の平均粒径(D1)とスクリーンマスクの目開き(D2)の関係であるD2/D1の値が12.9である以外は実施例13〜17と同一条件である比較例2によれば、スクリーンマスク目開きに対するろう材の平均粒径が小さすぎ、有機溶媒および有機溶媒がスクリーンマスクの目開きを抜け難くなる。そのため、通算で300枚のセラミックス基板に形成された印刷パターンm1〜m3の重量の平均値および分散は、各々2.614gおよび±0.534gとなり、上限値を超過した窒化珪素基板の枚数は38枚、下限値を下回る窒化珪素基板は98枚となり、重量として良品の窒化珪素基板は164枚であった。この良品の164枚の窒化珪素基板を用い形成した回路基板における絶縁不良発生率は0.5%、耐熱サイクル不良率は3.4%であった。
1c 薄膜
1d 開口部
2 スキージ
3 保持部材
3a 挿着凹部
Wb セラミックス基板
m1(m2、m3) 印刷パターン
W セラミックス回路基板
M1(M2、M3) ろう材層
Wa−1(Wa−2、Wc) 金属基板
Claims (6)
- 被印刷物の一面に金属粒子を含むペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、被印刷物の一面上に配置されたスクリーンマスクに金属粒子とバインダと溶剤とを含む第1のペーストを供給し、被印刷物に印刷する第1の印刷工程と、第1の印刷工程の後に、金属粒子とバインダと第1のペーストより含有率を高めた溶剤とを含む第2のペーストをスクリーンマスク上に供給し、残存する第1のペーストと混合し、第1の印刷工程に引き続き、被印刷物に印刷する第2の印刷工程とを有し、前記第1および第2のペーストに含まれる金属粒子の平均粒径(d50)が10.0〜30.0μmであり、当該平均粒径をD1、スクリーンマスクの目開き寸法をD2としたとき、D2/D1が3.0〜8.0であることを特徴とするスクリーン印刷方法。
- 第1のペーストにおける溶剤含有率が8.0〜12.0質量%であり、第2のペーストにおける溶剤含有率が第1のペーストより0.2〜1.0質量%高い請求項1に記載のスクリーン印刷方法。
- 第2のペーストにおける溶剤とバインダとを合算した含有率が、第1のペーストよりも高い請求項2に記載のスクリーン印刷方法。
- 第1のペーストにおける溶剤とバインダとを合算した含有率が13.0〜17.0質量%であり、第2のペーストにおける溶剤とバインダとを合算した含有率が前記第1のペーストより0.3〜1.0質量%高い請求項3に記載のスクリーン印刷方法。
- スクリーンマスク上に残存する第1のペーストの上に第2のペーストを供給した後、両者をスクリーンマスク上で混合する混合工程を、第1の印刷工程および第2の印刷工程の間に含む請求項1乃至4のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
- 第2の印刷工程の前に、金属粒子とバインダと第1のペーストより含有率を高めた溶剤とを攪拌しつつ混合して第2のペーストを形成するペースト形成工程を含む請求項1乃至5のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
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