JP2016185597A - 印刷装置および印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空中で孔版印刷を行うのに際して、稼働率低下や印刷品質低下を伴わずに、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】 真空チャンバー内で、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、復路印刷を行う復路用スキージと、孔版上で前記復路用スキージの幅より外側に広がった印刷材を回収する印刷材回収スキージ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５に示す。図５の真空印刷装置１００を用いた孔版印刷は、図６〜図７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６（ａ））した後に、往路用スキージ４をスキージ走行軸９に沿って走行させて（図６（ｂ）〜図６（ｄ））往路印刷を行ってから、復路用スキージ５を走行軸９に沿って往路用スキージ４と反対方向に走行させて（図７（ａ）〜図７（ｃ））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５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４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４のみが機能し、復路印刷では復路用スキージ５のみが機能している。

ところで、図６に示した往路印刷を上から見た状態を図８に示すが、孔版６上に印刷材Ｐが供給された状態（図８（ａ））に対し、往路印刷を行うことにより（図８（ｂ）〜図８（ｄ））、印刷材Ｐが往路用スキージ４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５が往路用スキージ４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（図９（ｅ）〜図９（ｇ））。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。

この対策として、図１０（ａ）に示すようにスキージ（往路用スキージ４および復路用スキージ５）の両端部に堰２６（堰２６ａ、堰２６ｂ）を設けて、印刷材Ｐが復路用スキージの幅以上に広がることを抑制することは可能である。しかし、スキージと堰２６が接触あるいは隙間が小さいと、スキージの移動に抵抗を生じ、印刷品質に悪影響を及ぼすことがある。一方、スキージと堰２６の隙間が大きいと、堰２６を設置する手間に対し、印刷材Ｐを充分回収できない。

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、稼働率低下や印刷品質低下を伴わずに、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、
真空チャンバー内で、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、復路印刷を行う復路用スキージと、孔版上で前記復路用スキージの幅より外側に広がった印刷材を回収する印刷材回収スキージ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、
前記印刷材回収スキージは、前記復路用スキージの幅方向両端部の外側に設けられ、復路印刷の際に、前記復路用スキージと連動して移動し、回収した印刷材を往路印刷開始側に集積する機能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、
前記印刷材回収スキージが往路印刷開始部に近接した段階で、前記印刷材回収スキージが、回収した印刷材を前記復路用スキージの幅方向内側に向けて集積する機能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、
前記回収用スキージの外側に印刷材が広がることを抑制するための堰を孔版上に設けたことを特徴とする。

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、孔版上に印刷材を供給する工程と、往路用スキージを用いて往路印刷を行う工程と、復路用スキージを用いて復路印刷を行う工程とからなり、前記復路印刷工程の際に、孔版上で復路用スキージの幅より外側に広がった印刷材を印刷材回収スキージを用いて回収することを特徴とする。

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、
前記印刷材回収スキージを、前記復路用スキージの幅方向両端部の外側に設け、復路印刷の際に、前記復路用スキージと連動して移動させ、回収した印刷材を往路印刷開始側に集積す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、
前記印刷材回収スキージが往路印刷開始部に近接した段階で、前記印刷材回収スキージが、回収した印刷材を前記復路用スキージの幅方向内側に向けて集積す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、
前記回収用スキージの外側に印刷材が広がることを抑制するための堰を孔版上に設けたことを特徴とする。

本発明により、真空中で孔版印刷を行うのに際して、印刷動作と同時に、印刷用スキージとは別の印刷材回収スキージを動作させることで、稼働率低下や印刷品質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。

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）本発明の実施形態の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。（ｄ）同印刷装置で復路印刷終了後の印刷材回収スキージの孔版上の状態変化を示す図である。 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）同印刷装置による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。 （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孔版上の状態を示す図である（ｆ）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（ｇ）同印刷装置で復路印刷が終了した孔版上の状態を示す図である。 （ａ）スキージの外側に堰が設けられた印刷装置を上から見た状態を示す図である（ｂ）同印刷装置で復路印刷を開始した時の孔版上の状態を示す図である（ｃ）同印刷装置による復路刷途上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、印刷材回収スキージ１５、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おり（スキージ走行軸９は図示せず）、図１では図示していない堰１６も示している。図２において、復路印刷進行方向右側にある印刷材回収スキージ１５を印刷材回収スキージ１５ａ、復路印刷進行方向左側にある印刷材回収スキージ１５を回収スキージ１５ｂとしている。同様に、堰１６についても、復路印刷進行方向右側（左側）にあるものを堰１６ａ（堰１６ｂ）としている。なお、左右の区別が不要な際は、印刷材回収スキージ１５、堰１６のように表記する。

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、印刷材回収スキージ１５、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８（ａ）に示したような範囲に印刷材Ｐを供給している。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。

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℃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４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軸方向最大範囲ＥＷ以上ある。

復路用スキージ５も、孔版６と接触する部分の幅が、孔６Ｈが形成されている領域のＹ軸方向最大範囲ＥＷ以上ある。図２では、往路用スキージ４と復路用スキージ５の孔版６と接触する部分の幅が同じになっているが、異なっていてもよい。

印刷材回収スキージ１５は、復路用スキージ５の幅方向両端部の外側に残存する印刷材Ｐを往路印刷開始側に移動させるものであり、図２に示すように、復路用スキージ５の幅方向両端部近傍に設けられ、復路印刷の際に下部が孔版６の表面に接触する高さとなり、往路印刷の際には印刷材Ｐに接触しない高さに待避している。

往路用スキージ４お、復路用スキージ５および印刷材回収スキージ１５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。

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。なお、図２において、ＥＷは孔版６上の孔６Ｈが形成されているＹ軸方向最大範囲を表している。

堰１６は、孔版６上に設けられるが、磁石等を用いて孔版６に付け外し可能にしても良い。堰１６は、印刷材回収スキージ１５の外側端部が通過する経路の外側に設けてあり、高さは１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。堰１６の材質としては、金属、セラミックス、プラスチック、ゴム等を用いることができるが、材質に応じて適正な厚みは異なる。

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スキージ１５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。

印刷材回収スキージ１５は、復路用スキージ５と連動してスキージ走行軸９に沿ったＸ軸方向を移動するが、復路用スキージ５と印刷材回収スキージ１５の相対位置および方向を変化させる機能も駆動機構は有している。

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と復路用スキージと印刷材回収スキージ１５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と図４を用いて、印刷装置１により復路印刷時に印刷材を回収する過程について説明する。図３および図４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における復路用スキージ５および印刷材回収スキージ１５は、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、往路用スキージ４は図示していない。

図３（ａ）は、印刷装置１により往路印刷を実施した後（印刷装置１００による図８（ｄ）に相当）、復路復路印刷を開始する時の状態であり、復路用スキージ５とともに、印刷材回収スキージ１５が孔版６に接触している。その後、復路印刷において、復路用スキージ５の幅方向外側に広がった印刷材Ｐを、復路用スキージ５の後から印刷材回収スキージ１５が進行方向に移動させる。その際、印刷材回収ステージ１５の復路用スキージ５と反対側の端部（復路用スキージ５の進行方向に対し、印刷材回収スキージ１５ａの右端と、印刷材回収スキージ１５ｂの左端）を堰１６に接触させながら移動させる（図３（ｂ））。なお、印刷材回収スキージ１５は、図２に示すとおり孔版６上の孔６Ｈが形成されている幅方向（Ｙ軸方向）最大範囲ＥＷより外側にあるため、堰１６と接触することで移動に抵抗を生じても、孔版印刷による印刷品質に悪影響を及ぼすことはない。

印刷材回収スキージ１５は、復路用スキージ５の外側にある印刷材Ｐを往路印刷開始側に移動しながら回収し、往路印刷開始部の近傍に集積する（図４（ｃ））。ここで、図４（ｃ）に示すように、往路印刷開始部近傍で、堰１６が復路用スキージ５（および往路用スキージ４）の幅方向中心側に向かうように曲線状になっていれば、印刷材回収スキージ１５によって集積された印刷材Ｐの一部は復路用スキージ５（および往路用スキージ４）の幅方向中心側に押し出される。その結果、回収され集積された印刷材Ｐの一部は、次回の往路印刷に供することが出来る。

以上の印刷材回収スキージ１５による印刷材Ｐの回収および集積は、復路印刷と同時に行うことが出来る。このため、印刷装置１では、稼働率の低下を伴わずに印刷材Ｐを有効に利用できている。

ところで、往路印刷開始部近傍まで移動した印刷材Ｐでも、往路用スキージ４の幅方向両端部の外側にあるものは、次回の往路印刷に供することができない。そこで、印刷材回収スキージ１５の復路用スキージ５と反対側の端部（復路用スキージ５の進行方向に対し、印刷材回収スキージ１５ａの右端と、印刷材回収スキージ１５ｂの左端）を、堰１６が曲線状になっている部分でも、堰１６と接触するように移動させてもよい。この動作は復路印刷後の動作となりタクトタイムは長くなるものの、真空チャンバーの大気圧開放後の作業に比べたら短時間であり大きな稼働率低下とはならず、回収された印刷材Ｐの大部分を次回の往路印刷に供することが可能になるという利点がある。

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を一度に供給してもよく、タクトタイムの短縮に効果がある。

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
１５（１５ａ、１５ｂ） 印刷材回収スキージ
１６（１６ａ、１６ｂ） 堰

Claims (8)

1. 真空チャンバー内で、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、
   復路印刷を行う復路用スキージと、
   孔版上で前記復路用スキージの幅より外側に広がった印刷材を回収する印刷材回収スキージを備えたことを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１に記載の印刷装置であって、
   前記印刷材回収スキージは、前記復路用スキージの幅方向両端部の外側に設けられ、
   復路印刷の際に、前記復路用スキージと連動して移動し、
   回収した印刷材を往路印刷開始側に集積する機能を有していることを特徴とする印刷装置。
3. 請求項２に記載の印刷装置であって、
   前記印刷材回収スキージが往路印刷開始部に近接した段階で、
   前記印刷材回収スキージが、回収した印刷材を前記復路用スキージの幅方向内側に向けて集積する機能を有していることを特徴とする印刷装置。
4. 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、
   前記回収用スキージの外側に印刷材が広がることを抑制するための堰を孔版上に設けたことを特徴とする印刷装置。
5. 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、
   孔版上に印刷材を供給する工程と、
   往路用スキージを用いて往路印刷を行う工程と、
   復路用スキージを用いて復路印刷を行う工程とからなり、
   前記復路印刷工程の際に、孔版上で復路用スキージの幅より外側に広がった印刷材を印刷材回収スキージを用いて回収することを特徴とする印刷方法。
6. 請求項５に記載の印刷方法であって、
   前記印刷材回収スキージを、前記復路用スキージの幅方向両端部の外側に設け、
   復路印刷の際に、前記復路用スキージと連動して移動させ、
   回収した印刷材を往路印刷開始側に集積することを特徴とする印刷方法。
7. 請求項６に記載の印刷方法であって、
   前記印刷材回収スキージが往路印刷開始部に近接した段階で、
   前記印刷材回収スキージが、回収した印刷材を前記復路用スキージの幅方向内側に向けて集積することを特徴とする印刷方法。
8. 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、
   前記回収用スキージの外側に印刷材が広がることを抑制するための堰を孔版上に設けたことを特徴とする印刷方法。

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