JP2013169747A - Screen printing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高充填スクレッパを有するスクリーン印刷装置に関する。 The present invention relates to a screen printing apparatus having a highly filled scraper.
スクリーン印刷は、一般的な印刷のみならず、半導体製造においても良く使用されている。これは、印刷パターンが形成されたスクリーン版(刷版)上をスキージにより、加圧・摺動させて、転写材料(インク、半田ペースト、放熱ゲルなど)を被印刷物に転移させて印刷を行うものである。スクレッパは、スクリーン印刷機において、スキージとペアでセットされ、刷版の上に転写材料を被せるために使用される。スクレッパは、被印刷物に転移することなくスキージにより運ばれた転写材料を、スキージのスタート位置まで掻き戻すためのものであり、転写材料を刷版上に所定の厚さの膜になるようにコートする。 Screen printing is often used in semiconductor manufacturing as well as general printing. This is done by pressing and sliding the screen plate (printing plate) on which the printing pattern is formed with a squeegee to transfer the transfer material (ink, solder paste, heat dissipating gel, etc.) to the substrate to be printed. Is. The scraper is set in a screen printing machine in a pair with a squeegee and is used to cover the transfer material on the printing plate. The scraper is for scraping back the transfer material conveyed by the squeegee without transferring to the substrate to the starting position of the squeegee. The transfer material is coated on the printing plate so as to form a film with a predetermined thickness. To do.
特許文献1に見られる従来技術においては、スクレッパの先端が直線で構成されていたため、スクレッパに押されて回転するペーストの先端Aと、スクレッパと版の接触部Bの2点でのプリコート(充填)が主であった。インクの粘度やプリコートの速度によっては、スクレッパの進行方向の先端などで、インクがスクリーン内に充分充填されず、未充填領域が発生したり、充填量の分布に大小のバラツキが発生して、品質が不安定になることがあった。
In the prior art found in
本発明は、上記問題に鑑み、高充填スクレッパを有するスクリーン印刷装置を提供するものである。 In view of the above problems, the present invention provides a screen printing apparatus having a highly filled scraper.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、印刷パターン(5)が形成されたスクリーン版(4)と、印刷移動方向(+X、−X)と印刷面に対して垂直方向(+Y、−Y)において所定距離移動可能なスキージ(6)と、前記印刷移動方向と前記垂直方向において所定距離移動可能なスクレッパ(7)とを具備するスクリーン印刷装置において、前記スクレッパ(7)の断面形状を、前記スクリーン版(4)に対して、前記スクレッパ(7)の進行方向(−X)の前方端部から後方に向けて距離が斬減する斬減部(7’)と、前記スクレッパ(7)の進行方向の後方端部の平行部(7’’)とから構成したスクリーン印刷装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
これにより、通常不可能な高速でのスクレッパによるプリコートが可能であるとともに、転写材料の未充填が発生せず品質が安定する。また、プリコート可能な範囲が増加し、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、設備サイズを小型化することができる。 As a result, pre-coating with a scraper at a high speed, which is normally impossible, is possible, and the transfer material is not filled, and the quality is stabilized. Further, the range in which pre-coating can be performed is increased, and it is not necessary to greatly overcome the printing pattern to operate the scraper, and the equipment size can be reduced.
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol attached | subjected above is an example which shows a corresponding relationship with the specific embodiment as described in embodiment mentioned later.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
車載装置には、電子制御ユニットが多く使われ、このユニットには、半導体等の電装品を基板に取り付けた電子回路基板を備えている。電装品は基板に半田付けされることが多いが、高性能化、小型化の進展により、同時に複数個所転写できるスクリーン印刷が多用されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. About each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure, and the description is abbreviate | omitted.
In-vehicle devices often use an electronic control unit, and this unit includes an electronic circuit board in which an electrical component such as a semiconductor is attached to the board. Electrical components are often soldered to a substrate, but screen printing capable of transferring a plurality of locations at the same time is frequently used due to the progress in performance and size reduction.
本発明は、このような半導体製造におけるスクリーン印刷を一例として例示して説明するが、これに限定されず、一般的な印刷においても適用可能である。ここでは、半導体装置などの車載用のパワーエレクトロニクス製品で、一実施形態を説明する。半導体基板のみならず、一般的な印刷であっても粘度の高いインクの場合などには、本発明の一実施形態が有効である。 The present invention will be described by taking screen printing in such semiconductor manufacturing as an example, but is not limited to this and can be applied to general printing. Here, an embodiment will be described using a vehicle-mounted power electronics product such as a semiconductor device. One embodiment of the present invention is effective not only for semiconductor substrates but also for inks with high viscosity even in general printing.
本発明の一実施形態を説明する前に、従来技術でスクリーン印刷する場合のゲルの流れと充填圧を、解析ソフトによるシミュレーション(図1A、1B)により説明する。本実施形態では、半導体装置などに、ペーストとしての放熱ゲルを、スクリーン印刷で塗布する場合を、一例として例示して説明する。スクレッパ7が版面(スクリーン版4)に垂直に形成されている場合、スクレッパの進行方向(速度V)に、スクリーン版面への充填ペースト量の大小の分布が発生し、ペーストの回転がばらつき、充填(プリコート)が均一に行われないという問題点が生じている。
Before describing one embodiment of the present invention, the flow of gel and the filling pressure in the case of screen printing by the prior art will be described by simulation using analysis software (FIGS. 1A and 1B). In the present embodiment, a case where a heat dissipation gel as a paste is applied to a semiconductor device or the like by screen printing will be described as an example. When the
従来のペーストの充填は、図1Aの「ゲルの流れ」に見られるように、ペースト回転時の運動ベクトル、及び、スクリーン版面方向への押し付け荷重により行われる。図1Aのような従来技術では、スクレッパが垂直に立ち上がった直線で構成されていたため、スクレッパに押されて回転するペーストの先端(図1Aの進行方向の先端A)と、スクレッパと版の接触部(図1AのB)の2点での充填が主であった。図1Aのシミュレーション結果では、充填圧の高い部分は、スクレッパと版の接触部(B)の狭い部分に限定されていることが分かる。これは、スクレッパとゲルが衝突する点で圧力が高まり、圧力の低い上部に向かう流れと、それが回転して版に向かう流れが発生するが、この版に向かう流れでは充分な充填力が得られないことに原因している。 As shown in the “gel flow” in FIG. 1A, the conventional paste filling is performed by a motion vector during rotation of the paste and a pressing load in the direction of the screen plate. In the prior art as shown in FIG. 1A, since the scraper is configured by a straight line rising vertically, the tip of the paste that is pushed and rotated by the scraper (tip A in the direction of travel in FIG. 1A), and the contact portion between the scraper and the plate Filling at two points (B in FIG. 1A) was main. From the simulation result of FIG. 1A, it can be seen that the portion with a high filling pressure is limited to a narrow portion between the scraper and the plate contact portion (B). This is because the pressure increases at the point where the scraper collides with the gel, and a flow toward the upper part where the pressure is low and a flow that rotates toward the plate are generated, but a sufficient filling force is obtained in the flow toward this plate. It is caused by not being able to.
これに対して、図3に示すような本発明の一実施形態では、スクレッパ7の先端を、図1B、図2に示すような曲線で構成することで、スクレッパとペーストの接触するほぼ全範囲で充填が可能にすることができるものである。図1Bの本発明の一実施形態のシミュレーションにおいても、充填圧が徐々に昇圧していることが分かる。スクレッパ7の断面形状を、スクレッパ7の進行方向−Xの前方端部から後方に向けて、スクリーン版4に対する距離が斬減する斬減部7’と、スクレッパ(7)の進行方向の後方端部を含む後方部において、スクリーン版4に対して平行になる平行部7’’とから構成して、平行部7’’におけるスクリーン版4に対するプリコート力(圧)を所定圧(一定)にしている。平行部とは、所定長さを有する部分としても良いが、微小部分であってもよく、少なくとも、後方端部の法線方向がスクリーン版4に対して垂直になっていれば良い。
On the other hand, in one embodiment of the present invention as shown in FIG. 3, the tip of the
また、斬減部7’であっても、平行部7’’に接続する近傍領域においては、比較的プリコート力が高圧に保たれており、従来技術に比べて、広い範囲に亘ってほぼ一定の高圧プリコート力で、図4に見られるように、スクリーン版4内にペーストを充填することができる。以上のような構成により、斬減部7’においては、スクリーン版4にプリコートするペースト又はインクのレオロジー特性に応じて、平行部7’’におけるスクリーン版4に対するプリコート力が最大になるように、徐々に昇圧させることができる。そして、平行部7’’において、最大圧となったペースト2を、安定的にスクリーン版4にプリコートすることができる。本実施形態では、100から700Pa・secであるような高粘度材であっても、斬減部7’において、充填圧を斬増して最大圧に増大させることができ、しかも、プリコート可能な範囲も増加させることができる。
Further, even in the cut-off
スクレッパ7の断面形状は、スクリーン版4にプリコートするペースト又はインクのレオロジー特性に応じて、平行部7’’におけるスクリーン版4に対するプリコート力が最大になるように設計する必要がある。レオロジー特性とは、粘性、弾性、曳糸性などを指す。これらが変化すれば必要な充填力も変化するため、同じ形状のスクレッパを使用しても同じ充填力を得ることは出来ない。そのため、レオロジー特性の異なる液体(例えば高粘度材と低粘度材)ではスクレッパの断面積の変化率を変える必要がある。具体的には、高粘度材は低粘度材より充填力が必要になるので断面積を急激に小さくする必要がある。
The cross-sectional shape of the
ベルヌーイの定理より、液体の経路の断面積が小さくなるほど圧力が増大することが知られている。本発明においてはこの圧力がプリコート(充填)力に相当する。「最適な曲線形状を設定する」とは、充填力が不足した箇所は断面積が小さくなるように設計し、充填力が過剰である箇所では断面積が大きくなるように設計することを意味している。 From Bernoulli's theorem, it is known that the pressure increases as the cross-sectional area of the liquid path decreases. In the present invention, this pressure corresponds to a precoat (filling) force. “Set the optimal curve shape” means that the cross-sectional area is designed to be small at the place where the filling force is insufficient, and the cross-sectional area is designed to be large at the place where the filling force is excessive. ing.
スクレッパ7の断面形状は、このような観点から、斬減部7’が、進行方向(−X)の後方に向けて、曲率半径が徐々に増加するように連続した曲線部にすると良い。近似的に、斬減部7’が、単数又は複数の円弧からなる曲線部としてもよい。
また、単数又は複数の直線で平行部7’’に連結して、近似しても良い。すなわち、斬減部7’を曲線に加工するのではなく、角度を多段階で持たせることで、最適な曲線形状を擬似的に実現してもよい。
From such a point of view, the
Further, it may be approximated by connecting to the
図2〜5を参照して、本実施形態の作動を説明する。ペースト供給ノズル1から、ペースト2が、スクリーン版4に供給される。このスクリーン版4には、一般に、メッシュ・スクリーンが用いられ、その四周が、方形状の金属製の版枠3の下面に、スクリーン版4にテンションをかけた状態で固着される。図2、3に見られるように、スクリーン版4の上方には、ペースト2を被印刷物に転移させるための、平板状に形成されたスキージ6が配設されている。スキージ6は、印刷移動方向+X、−X(図面上で左右方向)において所定距離移動するとともに、垂直方向+Y、−Y(図面上で上下方向)において所定距離移動する。スキージ6の近傍には、スキージ6に平行(Z軸)するようにして、スクレッパ7が配設されている。スクレッパ7は、金属、樹脂、木材のいずれか又はそれらの組み合わせで構成されている。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. A
スクレッパ7も、印刷移動方向+X、−X(図面上で左右方向)において所定距離移動するとともに、垂直方向+Y、−Y(図面上で上下方向)において所定距離移動する。しかしながら、後述するように、スクレッパ7の進行方向は、スキージ6とは逆になる。図4に示すように、スクレッパ7は、スキージ6がペースト2を被印刷物に転移させるために水平方向(−X)に所定距離移動した後、被印刷物に転移することなくスキージ6により運ばれたペースト2を、スキージ6のスタート位置まで掻き戻すためのものである。そのため、スクレッパ7は、スキージ6とともに水平方向において移動するとともに、垂直方向において所定距離移動する。スクレッパ7は、作動時には、スキージ6の移動方向とは逆に移動する。この方向をスクレッパ7の進行方向(−X)という。
The
まず、スクレッパ7を下降させて、その下端がスクリーン版4の上面部の直近に位置するようにする。次に図4に示すように、スクレッパ7を図面上で左方向(−X)に移動させて、スクリーン版4上に供給されたペースト2を移動させる。これにより、スクリーン版4に設けられている印刷パターンを構成する孔部に、ペースト2がプリコートされる。スクレッパ7の移動により、ペースト2が、スキージ6により被印刷物への転移を開始するスタート位置まで移動したならば、図5に示すようにスキージ6を下降させてその下端部によりスクリーン版4を押圧し、スクリーン版4の下方に定置されたワーク(被印刷物)Wの上面に、スクリーン版4を当接させる。
First, the
次に、スキージ6を図面上で右方向に移動させる。これにより、スクレッパ7の移動によってスクリーン版4に設けられている印刷パターンを構成する孔部に充填されているペースト2が、孔部より押し出されてワーク(被印刷物)Wの上面に転移する。その後は、図4、5に示した動作を繰り返して印刷することになる。
Next, the
以上説明したように、スクレッパ7を最適な曲線形状とすることによりプリコート可能な範囲が増加し、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、設備サイズを小型化することができる。すなわち、平行部7’’に接続する近傍領域においては、比較的プリコート力が高圧に保たれており、広い範囲に亘ってプリコートできるので、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、スクレッパ7の往復ストローク長さを従来に比して短縮でき、スクリーン版を小型化することができる。また、充填力が高いため通常不可能な高速でのプリコートが可能である。そして、充填力が高いためペーストの未充填が発生せず品質が安定する。
As described above, by setting the
スクレッパ7は、図2に示すように、取付け部から曲線形状部(斬減部7’、平行部7’’)までの全体を、金属の場合では、板金、切削などにより加工することもできる。樹脂で一体成形してもよい。一方、本発明の別の実施態様として、図7のように、スクリーン印刷装置の駆動ユニットの台板10に、昇降自在に取り付けられたスクレッパホルダ14(スキージホルダ15)対して、アタッチメント8として、スクレッパ7(スキージ6)をねじ又は嵌め合いで取替え自在に構成してもよい。この場合には、スクレッパ7を任意の最適素材で容易に加工することができる。図7の12、13は、スクレッパ7、スキージ6をそれぞれ上下動させるアクチュエータである。
As shown in FIG. 2, the
3 版枠
4 スクリーン版
5 印刷パターン
6 スキージ
7 スクレッパ
3
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