JP2016155227A

JP2016155227A - 印刷装置および印刷方法

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Publication number: JP2016155227A
Application number: JP2015032512A
Authority: JP
Inventors: 知範河村; Tomonori Kawamura; 浩義浅田; Hiroyoshi Asada; 寺田　勝美; Katsumi Terada; 勝美寺田
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP6438797B2

Abstract

【課題】真空中で孔版印刷を行うのに際して、稼働率低下を伴わずに、供給された印刷材を有効に利用することが出来る印刷装置および印刷方法を提供すること。【解決手段】孔版上に印刷材を供給する印刷材供給手段と、往路印刷を行う往路用スキージと、復路印刷を行う、前記往路用スキージと形状の異なる復路用スキージと、前記往路用スキージと前記復路用スキージが移動する領域とが含まれる空間領域を外気と遮断して、前記空間領域を真空にする真空チャンバーとを備えたことを特徴とする印刷装置および印刷方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、孔版印刷により電子部品の樹脂封止や回路基板への樹脂充填を行う、印刷装置および印刷方法に関するものである。

回路基板上の電子部品の樹脂封止や回路基板の孔内に導電性ペースト等を充填するために、絶縁性樹脂ペーストや導電性ペースト等を印刷材とした孔版印刷が行われている。孔版印刷は、印刷材を孔版上に供給した後に、孔版上のスキージを動かすことにより、孔版の孔内に印刷材を押し込むものであるが、印刷材として粘度の高い樹脂を用いた場合など、スキージの１回の動作で、孔内を樹脂で埋め尽くすのが困難な場合もある。このため、樹脂封止や樹脂充填に用いる孔版印刷装置では、複数回のスキージ動作が望ましく、往路用スキージと復路用スキージによる交互動作を行う構成になっているものが多い。

また、電子部品の樹脂封止や回路基板への樹脂充填においては、電子機器の信頼性の観点から、封止樹脂および充填樹脂にボイドが存在することは好ましくない。そのため、孔版印刷を真空雰囲気下で行う真空印刷装置の普及も進んでいる。特に、真空雰囲気下での複数回の孔版印刷の間で真空度を下げる（大気圧に近づける）、真空差圧充填法を用いることにより、ボイドが少なく表面の平坦性に優れた樹脂封止および樹脂充填が可能になっている（特許文献１）。

特開平１１−４０５９０号公報

往路用スキージと復路用スキージを有する真空印刷装置の一例を図８に示す。図８の真空印刷装置２００を用いた孔版印刷は、図９〜図１０のようにして行われる。すなわち、印刷材供給手段３で孔版６上に印刷材Ｐを供給（図９（ａ））した後に、往路用スキージ２０４をスキージ走行軸９に沿って走行させて（図９（ｂ）〜図９（ｄ））往路印刷を行ってから、復路用スキージ２０５を走行軸９に沿って往路用スキージ２０４と反対方向に走行させて（図１０（ｅ）〜図１０（ｇ））復路印刷を行って、被印刷物Ｗの孔版６の孔部分に該当する箇所に印刷材Ｐを塗布するものである。なお、往路印刷を行う際は復路用スキージ２０５は孔版６上の印刷材Ｐに接触しない高さになり、復路印刷を行う際は往路用スキージ２０４は孔版６上の印刷材Ｐに接触しない高さになっており、往路印刷では往路用スキージ２０４のみが機能し、復路印刷では復路用スキージ２０５のみが機能している。

ところで、図９に示した往路印刷を上から見た状態を図１１に示すが、孔版６上に印刷材Ｐが供給された状態（図１１（ａ））に対し、往路印刷を行うことにより（図１１（ｂ）〜図１１（ｄ））、印刷材Ｐが往路用スキージ２０４両端から外側に広がり残存していることが判る。復路用スキージ２０５が往路用スキージ２０４と同じ形状の場合、往路でスキージ幅より外側に広がった印刷材Ｐを利用することも回収することもできない。また、復路印刷開始の段階で復路用スキージ２０５の幅内にあった印刷材Ｐが、復路印刷の段階で復路用スキージ２０５両端から外側に広がることもある。このように、一旦スキージの両端から外側に広がった印刷材Ｐは、真空チャンバー内を大気開放してからでないと回収することはできず、回収に要する手間のための印刷装置としての稼働率を低下させる要因となっていた。

一方、稼働率を低下させないため、スキージＰの両端から外側に広がった印刷材Ｐの回収を行わない場合は、スキージの両端から外側に広がった印刷材Ｐは無駄となり、廃棄物量の増加およびコストアップが問題となっていた。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、真空中で孔版印刷を行うのに際して、稼働率低下を伴わずに、供給された印刷材を有効に利用することが出来る印刷装置および印刷方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
孔版を用いて、被印刷物に対して印刷材を印刷する印刷装置であって、孔版上に印刷材を供給する印刷材供給手段と、往路印刷を行う往路用スキージと、復路印刷を行う、前記往路用スキージと形状の異なる復路用スキージと、前記往路用スキージと前記復路用スキージが移動する領域とが含まれる空間領域を外気と遮断して、前記空間領域を真空にする真空チャンバーとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の印刷装置であって、
前記復路用スキージの両端部が、復路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の印刷装置であって、
前記往路用スキージの両端部が、往路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の印刷装置であって、
前記印刷材供給手段が、複数の被印刷物に対応する量の前記印刷材を一度に供給することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
真空雰囲気下で、孔版を用いて、被印刷物に対して印刷材を印刷する印刷方法であって、
孔版上に樹脂を供給する工程と、往路用スキージを用いて往路印刷を行う工程と、前記往路用スキージと形状が異なる復路用スキージを用いて復路印刷を行う工程とからなる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の印刷方法であって、
前記復路用スキージの両端部が、復路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の印刷方法であって、
前記往路用スキージの両端部が、往路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の印刷方法であって、
孔版上に樹脂を供給する工程において、複数の被印刷物に対応する量の前記印刷材を一度に供給することを特徴とする。

本発明により、真空中で孔版印刷を行うのに際して、スキージの外側に広がって回収不能になる印刷材を減らす事ができ、供給された印刷材を有効に利用することが出来る。

本発明の実施形態に係る印刷装置の装置構成を示す図である。本発明の実施形態に係る印刷装置の真空チャンバー内を上から見た図である。（ａ）本発明の実施形態の印刷装置における印刷材供給前の孔版上の状態を示す図である（ｂ）同印刷装置における孔版上に印刷材が供給された孔版上の状態を示す図である（ｃ）同印刷装置における印刷材の場所に往路用スキージが移動した時の孔版上の状態を示す図である。（ｄ）本発明の実施形態の印刷装置で往路印刷が開始した時の孔版上の状態を示す図である（ｅ）同印刷装置で往路印刷途上の孔版上の状態を示す図である（ｆ）同印刷装置で往路印刷が終了した時の孔版上の状態を示す図である。（ｇ）本発明の実施形態の印刷装置で復路印刷が開始される時の孔版上の状態を示す図である。（ｈ）同印刷装置で復路印刷途上の孔版上の状態を示す図である（ｉ）同印刷装置で復路印刷が終了した時の孔版上の状態を示す図である。（ａ）本発明の実施形態で往路印刷のみに従来型スキージを用いた印刷装置で復路印刷が開始される時の孔版上の状態を示す図である（ｂ）同印刷装置で復路印刷途上の孔版上の状態を示す図である（ｃ）同印刷装置で復路印刷が終了した時の孔版上の状態を示す図である。本発明の実施形態に係る印刷装置に前室を備えた構成を示す図である。往路用スキージと復路用スキージを有し真空中で孔版印刷を行う印刷装置の一例を示す図である。（ａ）往路用スキージと復路用スキージで孔版印刷を行う印刷装置で孔版上に印刷材が供給された状態を示す図である（ｂ）同印刷装置で印刷材の場所に往路用スキージが移動し往路印刷を開始した状態を示す図である。（ｃ）同印刷装置で往路印刷途上の状態を示す図である（ｄ）同印刷装置で往路印刷が終了した状態を示す図である。（ｅ）往路用スキージと復路用スキージで孔版印刷を行う印刷装置で復路印刷が開始される状態を示す図である（ｆ）同印刷装置で復路印刷途上の状態を示す図である（ｇ）同印刷装置で復路印刷が終了した状態を示す図である。（ａ）往路用スキージと復路用スキージで孔版印刷を行う印刷装置で印刷材が供給された孔版上の状態を示す図である（ｂ）同印刷装置で印刷材の場所に往路用スキージが移動し往路印刷を開始した時の孔版上の状態を示す図である。（ｃ）同印刷装置で往路印刷途上の孔版上の状態を示す図である（ｄ）同印刷装置で往路印刷が終了した時の孔版上の状態を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る実施形態である印刷装置１である。図１に示す印刷装置１は被印刷物Ｗに印刷材Ｐを印刷するものである。ここで、被印刷物Ｗとしては、半導体チップを搭載した配線基板や、貫通孔または／および非貫通孔を有する配線基板（主に多層配線基板）等が用いられる。また、印刷材Ｐとしては、フィラーを混入したエポキシ樹脂等の液状樹脂、エポキシ樹脂をバインダーとして金属微粒子を分散させた導電性ペースト、ハンダペースト等が用いられる。

印刷装置１では、真空チャンバー２、印刷材供給手段３、往路用スキージ４、復路用スキージ５、孔版６、孔版ホルダ７、テーブル８、スキージ走行軸９、真空ポンプ１０、バルブ１１および制御装置１２を備えている。図２では印刷装置１の真空チャンバー２内を上方から見た状態を示している（スキージ走行軸９は図示せず）。

以下の説明では、往路用スキージ４および復路用スキージ５が移動する方向をＸ軸方向、孔版６が形成する面内でＸ軸と直交する方向をＹ軸方向、孔版６が形成する面の法線方向をＺ軸方向として説明する。

真空チャンバー２は、印刷材供給手段３、往路用スキージ４、復路用スキージ５、孔版６、孔版ホルダ７、テーブル８およびスキージ走行軸９を収納可能な密閉空間を形成するものである。真空チャンバー２は、内部を真空状態にした時の、内外の圧力差に耐える構造、材料によって構成されるが、内部を目視観察できる透明な樹脂やガラスから成る窓部を備えていることが望ましい。

印刷材供給手段３は、孔版６上に印刷材Ｐを供給するものであり、印刷材Ｐを貯留した貯留タンク、貯留タンク内の印刷材Ｐを圧送する圧送ポンプ、及び圧送された印刷材Ｐを吐出するシリンジを備えているが、図１ではシリンジ部分を図示している。なお、印刷材供給手段３のシリンジは上から見ると図２のような形状になっており、シリンジから印刷材Ｐを吐出しながらＹ軸方向に移動することで、図１１（ａ）に示したような範囲に印刷材Ｐを供給している。

往路用スキージ４および復路用スキージ５は、孔版６上の印刷材Ｐを孔版６の孔６Ｈ（図２参照）内に押し込む機能を有しており、往路用スキージ４が印刷材Ｐを孔版６の孔６Ｈに押し込む工程を往路印刷、復路用スキージ５が印刷材Ｐを孔版６の孔６Ｈ内に押し込む工程を復路印刷とする。往路印刷と復路印刷は同じＸ軸方向に沿って行われるが、往路印刷と復路印刷では進行方向が１８０度異なる。なお、本明細書においては、印刷材供給手段３が所定位置で供給した状態の印刷材Ｐを孔版６の孔６Ｈ内に押し込む方向を往路印刷方向としている。また、印刷装置１は、往路印刷で復路用スキージ５が印刷材Ｐに接触しない高さに待避し、復路印刷で往路用スキージが印刷材Ｐに接触しない高さに待避する機能を有している。

往路用スキージ４および復路用スキージ５の材質は、ともに、印刷材Ｐの粘度等の特性に応じて適したものを選ぶが、硬度としては６０〜９０度の範囲になる。

往路用スキージ４は、孔版６と接触する部分の幅が、図２に示すように、孔６Ｈが形成されている領域のＹ軸方向成分最大値ＥＷ以上であって、両端部が往路印刷時の進行方向に向かって曲がっている。

復路用スキージ５は、孔版６と接触する部分の幅が、図２に示すように、往路用スキージ４よりも大で、両端部が復路印刷時の進行方向に向かって曲がっている。すなわち、復路用スキージ５が孔版６と接触する部分は、少なくとも図２におけるＥＷに相当する範囲で進行方向に対して直角各方向に直線であるのに対して、幅方向両端部が進行方向前方に傾く形状を有している。復路用スキージ５の幅が往路用スキージ４の幅より大なのは、往路印刷時に印刷材Ｐがスキージ幅以上に広がったとしても、復路印刷時に回収再利用出来ることを狙っている。

孔版６は、ステンレス鋼等の金属を材質として厚さ０．０５ｍｍ〜２ｍｍを有する金属薄板からなり、目的とする印刷パターンに応じた孔６Ｈを備える。

孔版ホルダ７はステンレス鋼等の金属を材質として、高さ１ｃｍ〜２ｃｍ程度の堰を形成するように孔版６にに取り付けられ、被印刷物Ｗ上に孔版６を固定している。

テーブル８は、被印刷物Ｗを水平に載置する載置面を有しており、載置面は充分な平面度を有するように加工されている。また、必要に応じて被印刷物Ｗを吸着保持するための微小な吸着孔を多数備えてもよい。

スキージ走行軸９は、往路用スキージ４および復路用スキージ５の移動方向をＸ軸方向に規制するものであり、剛性の高い材質によって構成されている。また、往路用スキージ４および復路用スキージ５は、図示しない駆動機構により、スキージ走行軸９に沿ってＸ軸方向を移動するとともに上下移動も行う。

真空ポンプ１０は真空チャンバー２内を真空にする装置であり、真空ポンプ１０が稼働してバルブ１１が開くことにより、真空チャンバー２内は減圧され真空状態となる。

制御装置１２は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体としたハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置、及びデータ通信を行うインターフェイスなどから構成される。制御装置１２は、印刷材供給手段３、往路用スキージ４と復路用スキージ５を移動させる駆動部、真空ポンプ１０、バルブ１１等に接続して、各々の制御を行う。

以下、図３から図５を用いて、印刷装置１による孔版印刷の工程について説明する。図３から図５は、印刷装置１の真空チャンバー２内をＺ軸方向から眺めた図であり、孔版６の表面部分の状態を示した図である。すなわち、図３および図４における往路用スキージ４では、孔版６と接触した部分を示している。同様に、図５における復路用スキージ５も、孔版６と接触した部分を示している。このため、孔版６に接触していない、往路印刷時の復路用スキージ５と、復路印刷時の往路用スキージ４は図示していない。

図３（ａ）は、往路用スキージ４が待機状態にあり、孔版６上に印刷材Ｐが供給されていない状態を示している。この状態から、印刷材供給手段３のシリンジが印刷材Ｐを吐出しながらＹ軸方向に移動することで、孔版６上に印刷材Ｐを供給する（図３（ｂ））。なお、印刷材Ｐを供給するＹ軸方向の領域は、孔版６上の孔６Ｈが形成されている領域のＹ軸方向成分最大値ＥＷ以上である。また、供給する印刷材Ｐの量は、全ての孔６Ｈを充填する以上の量にしておく必要がある。孔版６上に印刷材Ｐが供給されてから、往路用スキージ４は印刷材Ｐ側に移動する（図３（ｃ））。ここで、孔版６上に印刷材Ｐを供給した後に、所定時間放置して印刷材Ｐの脱泡（真空チャンバー内に在ることによる脱泡）することが望ましい。

図４は往路印刷の工程を示す図であり、往路用スキージ４は下端が孔版６表面に接触した状態で、樹脂Ｐを押しながらＸ軸方向（図では右側に）に移動していく（図４（ｄ）〜図４（ｆ））。この間、往路用スキージ４が通過した後の、孔版６内の孔６Ｈには印刷材Ｐが埋め込まれて行く（図４（ｅ））。一方、孔６Ｈに埋め込まれなかった印刷材Ｐは、往路用スキージ４に押されながらＸ軸方向に移動していく。ここで、往路用スキージ４の幅方向（Ｙ軸方向）の両端部が、進行方向に向かって曲がった形状を有している。このため、印刷材Ｐの一部が往路用スキージ４両端部側に移動しようとしても、速度成分が往路用スキージ４の進行方向側に転換されるので、印刷材Ｐが往路用スキージ４の幅方向外側に広がることは殆どない。その結果、孔６Ｈに埋もれた分を除く大部分の印刷材Ｐを保持した状態で往路印刷が終了する（図４（ｆ））。

往路印刷が終了すると、往路用スキージ４は上昇し、代わりに復路用スキージ５が降下
する。ここで、復路印刷が開始する前に、差圧充填を行う場合は、真空チャンバー２内の圧力を上げ（大気圧に近づけ）、往路印刷で孔６Ｈに充填された印刷材Ｐに生じたボイドを縮小化する。

図５は復路印刷を示す図であり、図５（ｇ）では復路用スキージ５が、下端を孔版６表面に接触させ、復路印刷を開始する状態を示している。復路印刷では、往路印刷で印刷材Ｐの充填が不十分であった孔６Ｈに、復路用スキージ５をＸ軸方向（図では左側）に移動することにより印刷材Ｐを充填して行く（図５（ｈ））。ここで、前述のとおり復路用スキージ５の幅は往路用スキージ４の幅より大なので、往路印刷の際に往路用スキージ４の幅方向にはみ出した印刷材があったとしても、復路用スキージ５によって回収することが可能になる。また、復路用スキージ５も幅方向（Ｙ軸方向）の両端部が、進行方向に向かった形状をしているので、印刷材Ｐが復路用スキージ５の幅方向外側に広がることは殆どなく、復路印刷を終了する（図５（ｉ））。更に、復路印刷まで行っても孔６Ｈ内への印刷材Ｐの充填不十分な場合は、再度往路印刷を行ってもよく、往路印刷と復路印刷の組み合わせを複数回行ってもよい。いずれにしても、印刷材供給手段によって供給された印刷材Ｐを無駄なく有効に利用した孔版印刷が真空チャンバー内でも行える。

なお、本発明の実施形態の変形例として、往路用スキージが従来方式のものであってもよい。すなわち、図１１に示したような従来型の往路用スキージ２０４を用いて往路印刷を行ったとしても、復路用スキージ５を用いれば、往路用スキージ２０４の幅方向にはみ出した印刷材を回収しながら復路印刷を行うことができる（図６（ａ）〜図６（ｃ））。

以上の説明のとおり、本発明を用いることにより印刷材Ｐを有効に利用できる。このため、印刷材Ｐの使用量を必要最低限に抑えることも可能である。例えば、同じ孔版６を用いて複数の被印刷物Ｗに対する印刷材Ｐを行う場合、印刷終了後に孔版６上に残存する印刷材Ｐの量をセンサーで求めることにより、次に印刷材供給手段３が供給する印刷材Ｐの量を調整することで無駄がなくなる。また、複数の被印刷物Ｗに対応する量の印刷剤Ｐを供給してもよい。複数の被印刷物Ｗに対応する印刷材Ｐを供給することにより、印刷材Ｐの脱泡が１回で、複数の被印刷物Ｗへの印刷が行えるので、タクトタイムの短縮に効果がある。

本発明の印刷装置としては、真空チャンバー２に隣接して、被印刷物Ｗを出し入れに用いる前室１０２を備えた印刷装置１００のようなものであってもよい。印刷装置１００では、前室１０２内を真空ポンプ１０およびバルブ１１１で減圧する構成となっている。前室１０２内を、被印刷物Ｗを外部から搬入する時は大気圧、被印刷物を真空チャンバー２内に移動する時は真空とすることで、被印刷物Ｗ出し入れの際に真空チャンバーを大気圧にする必要がなくなる。

１印刷装置
２真空チャンバー
３印刷材供給手段
４往路用スキージ
５復路用スキージ
６孔版
７孔版ホルダ
８テーブル
９スキージ走行軸
１０真空ポンプ
１１バルブ
１２制御装置

Claims

孔版を用いて、被印刷物に対して印刷材を印刷する印刷装置であって、
孔版上に印刷材を供給する印刷材供給手段と、
往路印刷を行う往路用スキージと、
復路印刷を行う、前記往路用スキージと形状の異なる復路用スキージと、
前記往路用スキージと前記復路用スキージが移動する領域とが含まれる空間領域を外気と遮断して、前記空間領域を真空にする真空チャンバーとを備えたことを特徴とする印刷装置。
請求項１に記載の印刷装置であって、
前記復路用スキージの両端部が、復路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする印刷装置。
請求項２に記載の印刷装置であって、
前記往路用スキージの両端部が、往路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする印刷装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の印刷装置であって、
前記印刷材供給手段が、複数の被印刷物に対応する量の前記印刷材を一度に供給することを特徴とする印刷装置。
真空雰囲気下で、孔版を用いて、被印刷物に対して印刷材を印刷する印刷方法であって、
孔版上に樹脂を供給する工程と、
往路用スキージを用いて往路印刷を行う工程と、
前記往路用スキージと形状が異なる復路用スキージを用いて復路印刷を行う工程とからなる印刷方法。
請求項５に記載の印刷方法であって、
前記復路用スキージの両端部が、復路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする印刷方法。
請求項６に記載の印刷方法であって、
前記往路用スキージの両端部が、往路印刷時の進行方向に向かって曲がっている形状を有していることを特徴とする印刷方法。
請求項５から請求項７のいずれかに記載の印刷方法であって、
孔版上に樹脂を供給する工程において、複数の被印刷物に対応する量の前記印刷材を一度に供給することを特徴とする印刷方法。