JP2019137024A - スクリーンマスク用メッシュ、スクリーンマスク、及び印刷物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク膜とメッシュとの接着強度を確保できるスクリーンマスク用メッシュ、スクリーンマスク、及び印刷物の製造方法を提供する。【解決手段】一形態にかかるスクリーンマスク用メッシュは、タングステン化合物を含む線材を複数列に配列して備え、塗布材を透過可能な孔を有し、前記線材の配列の間隔である目開きのバラつきが５％以上４０％以下である。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、スクリーンマスク用メッシュ、スクリーンマスク、及び印刷物の製造方法に関する。

印刷手法の一つであるスクリーン印刷法は，線材で編成されたメッシュ上に樹脂組成物で形成されマスク膜を有するスクリーンマスクを用い、マスク膜に形成された開口パターンに対応する任意のパターンで塗布材を対象物に塗布することで印刷物を形成する方法である。このスクリーン印刷法は、例えば配線、電極、蛍光材料の印刷等、種々の印刷に用いられ、電子部品等を含む様々な分野で利用されている。例えばメッシュは線材が縦横に複数配列され編成されている。一般に、メッシュを構成する線材は間隔が均一になるように配列されている。

特開２０１３−１６９７８３号公報

このようなスクリーンマスクにおいて、マスク膜をメッシュに安定的に保持させることが求められている。

本発明の一形態にかかるスクリーンマスク用メッシュは、タングステン化合物を含む線材を複数配列して備え、塗布材料を透過可能な孔を有し、前記線材の配列の間隔である目開きのバラつきが５％以上４０％以下である。

本発明の実施形態によれば、マスク膜とメッシュとの接着強度を確保できるスクリーンマスク用メッシュ、スクリーンマスク、及び印刷物の製造方法を提供できる。

第１実施形態にかかるスクリーン印刷装置の構成を示す平面図。 同スクリーン印刷装置の断面図。 同スクリーンマスクのメッシュの構成を示す平面図。 同実施形態にかかるスクリーンマスクの製造方法を示す説明図。 同スクリーンマスクのメッシュの目開きのバラつきと接着強度の関係を示す説明図。 同スクリーンマスクのメッシュの目開きのバラつきと接着強度、吐出量バラつき及び引張強度の関係を示す説明図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態にかかるスクリーン印刷装置１０及びスクリーンマスク２０について図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態に係るスクリーン印刷装置１０をＺ方向から見た平面図であり、図２はＸ方向から見た断面図である。図３はメッシュの構成を示す平面図である。図４はスクリーンマスク２０の製造方法を示す説明図であり、スクリーンマスク２０の断面の構成を示している。図５は本実施形態にかかるスクリーンマスク２０の目開きのバラつきと接着強度の関係を示す説明図である。図６は、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０の目開きのバラつきと接着強度、吐出量バラつき、及び引っ張り強度の関係を示す説明図である。なお、各図では説明のため、適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示しており、第１方向はＹ方向、第２方向はＸ方向である。

図１に示すように、スクリーン印刷装置１０は、スクリーンマスク２０と、スクリーンマスク２０の印刷面側である一方の面（表面）に対向して印刷媒体３０を保持する保持部材１２と、スクリーンマスク２０の印刷面側とは反対の他方の面（裏面）に当接した状態で移動可能に構成されたスキージ１３と、スキージ１３を移動させる移動手段と、スクリーンマスク２０を印刷媒体３０に対向して支持する支持手段と、を備える。

スクリーン印刷装置１０は、印刷媒体３０の表面に、各種印刷材料を所定のパターンで形成する。スクリーン印刷装置１０は、例えば、チップ部品（コンデンサー、チップ抵抗、インダクター、サーミスター等）、タッチパネル、液晶基板（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ， ＬＣＤ）シール、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板、太陽電池用電極、その他の電子部品等の製造に用いられる。

スクリーンマスク２０は、フレーム２１と、フレーム２１に張設されたメッシュ部２２（スクリーンマスク用メッシュ）と、メッシュ部２２に形成されたマスク膜２３と、を備える。スクリーンマスク２０において、印刷を行う際に印刷媒体３０の表面に対向する側を表面とし、その反対側であって塗布材が供給される側を裏面とする。

フレーム２１は、互いに平行な２対の辺を有し、例えば所望のサイズの方形の開口を備える枠状に構成される。フレーム２１はメッシュ部２２の外周縁を支持し、開口にメッシュ部２２を張設する。本実施形態では一例として、フレーム２１の開口部のＹ方向の寸法＝２７５ｍｍ、Ｘ方向の寸法＝２７５ｍｍ、とした。

またフレーム２１は、所定量の塗布材をマスク膜２３の裏面側に保持する枠としても機能する。フレーム２１とメッシュ部２２は、例えば合成ゴム系やシアノアクリレート系の接着剤により接合部で接合されている。

メッシュ部２２は、伸び率の異なる内側のメインメッシュ２６と外側のサポートメッシュ２７とがＵＶ硬化性の接着剤により接合部２２ａで固定されて接続されたいわゆるコンビネーション型である。メッシュ部２２は、フレーム２１の開口部分にマスク膜２３を保持する。

メインメッシュ２６は、正方形状又は長方形状に構成されている。本実施形態においては一例としてメインメッシュ２６はＹ方向の寸法＝２２０ｍｍ、Ｘ方向の寸法＝２００ｍｍの長方形とした。

メインメッシュ２６は、線材である経糸２６ａと緯糸２６ｂとが編まれて形成された織物であり、線材が複数列に配列され、塗布材を透過可能に開口した透過部である孔部２６ｃを多数有している。メインメッシュ２６の経糸２６ａと緯糸２６ｂは、例えばタングステン化合物を含む金属のワイヤなどで構成されている。経糸２６ａと緯糸２６ｂは、それぞれ例えば図１中の矢印に沿うスキージ１３の移動方向に対して、斜めに延びている。

メインメッシュ２６は、経糸２６ａ及び緯糸２６ｂが、線径の直径＝φ13μｍ、であり配列の密度が４３０本／ｉｎｃｈに構成されている。

メインメッシュ２６の緯糸２６ｂの配列される間隔である目開きのバラつきが、５％以上４０％以下であり、好ましくは１０％以上３０％以下に構成される。

本実施形態においてメインメッシュ２６は経糸２６ａが所定のピッチで配列されている状態で、複数本の緯糸２６ｂを、経糸２６ａに交差する方向に通し、緯糸２６ｂが経糸２６ａの一方と他方を交互に通る様に編成している。したがって、緯糸２６ｂは波状を呈し、経糸２６ａの方が緯糸２６ｂよりも直線状に延びている。本実施形態においては、この波状を呈する緯糸２６ｂの間隔のバラつきを、目開きのバラつきとしている。

ここで目開きとは線材の間隔の空間である透過部である孔部２６ｃの幅であり、目開き規格は下記の式で表される。目開き測定は株式会社ＮｉｋｏｎのＣＮＣ画像測定システムＶＭＲ−６５５５を用いる。本実施形態においては、波状を呈する線材である緯糸２６ｂの間隔を襷に１００ヵ所測長し、規格値に対してのバラつきを％で表す。
目開き規格［ｍｍ］＝２５．４／メッシュ数［ｉｎｃｈ］−線径［ｍｍ］
…（式１）
またメインメッシュ２６を構成する経糸２６ａと緯糸２６ｂは表面粗さ（Ｒａ）が０．１［μｍ］よりも大きく構成されている。表面粗さＲａは、株式会社キーエンスのレーザー顕微鏡ＶＫ−８７１０を用いて線材と直交した向きに５ｕｍ線粗さを５ヵ所測定し、平均とする。

サポートメッシュ２７は、メインメッシュ２６の外周に接着剤によって接合されている。サポートメッシュ２７は、経糸２７ａと緯糸２７ｂとが編まれて形成された織物であり、線材が複数列に配列されて構成されている。サポートメッシュ２７は、メインメッシュ２６よりも伸び率が低く構成されている。サポートメッシュ２７の、経糸２７ａと緯糸２７ｂとは、例えば、ステンレス等の金属のワイヤで構成されている。

サポートメッシュ２７の外形はフレーム２１の開口部分２１ａの形状に対応する形状であって、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法が同等の正方形状に構成されている。サポートメッシュ２７の外周が接着剤等によってフレーム２１に接合され、支持されている。

マスク膜２３は、光硬化性の樹脂組成物、例えばＰＶＡ、ＰＶＡｃ、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等からなる層である。マスク膜２３は、メッシュ部２２に形成され、フレーム２１の開口部分に配されている。マスク膜２３には、マスクレス露光によって、印刷用の所定の開口パターン２３ａが形成されている。開口パターン２３ａはメインメッシュ２６部分に形成されている。開口パターン２３ａは、複数のモジュールパターン２３ｂを有する。すなわち、マスク膜２３の有効エリアＡ３において、同じモジュールパターン２３ｂが縦方向及び横方向にそれぞれ複数、例えば３０列及び４０列で、マトリクス状に、配列されている。例えば各モジュールパターン２３ｂはラインパターンである。本実施形態において、メインメッシュ２６の外縁よりも内側にパターンが形成される有効エリアＡ３が規定され、その有効エリアＡ３の内側に、開口パターン２３ａが形成される。

マスク膜２３は、開口パターン２３ａにおいて感光性樹脂が存在せず、メッシュ部２２の孔部を通過して塗布材が裏面から表面へと透過可能な印刷部を構成する。マスク膜２３の開口パターン２３ａ以外であってメッシュ部２２の孔部が感光性樹脂で塞がれた部位は、塗布材としてのインクを透過しない非印刷部を構成する。

マスク膜２３が形成されたメッシュ部２２は、例えばスキージ１３による押圧力によって撓み変形し、押圧力が解除されることで復元するように、弾性変形可能に構成されている。マスク膜２３の開口パターン２３ａに塗布材が保持された状態で、メッシュ部２２の弾性変形によりマスク膜２３が印刷媒体３０に接離することで、塗布材が開口パターン２３ａから印刷媒体３０に転写される。

スキージ１３は例えばウレタンゴム・シリコンゴム・合成ゴム・金属・プラスチック等の材料から、例えば薄い板状に構成される。例えば、スキージ１３は先端の厚みが低減するように面取りされている。スキージ１３はフレーム２１に対して往復移動可能に構成されている。例えばスキージ１３は移動方向と直交する方向においてマスク膜２３の領域の全長にわたる長さを有して構成される。スキージ１３の先端部分がスクリーンマスク２０の裏面に当接し、表側に押しつけられた状態で、Ｙ方向に沿う移動方向に移動することで、マスク膜２３の全面を押圧し、塗布材が予め充填された開口パターン２３ａから塗布材を表側に押し出す。

支持手段は、印刷媒体３０に対して所定の間隔Ｇ１を開けて平行に、フレーム２１を支持する。移動手段は、スキージ１３を所定の速度で第１方向に沿って移動させる。

次に、本実施形態にかかるスクリーン印刷装置１０を用いたスクリーン印刷方法により印刷物を製造する印刷物の製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。まず、スクリーンマスク２０の表面側を保持部材１２で保持された印刷媒体３０の表面に対向させて配置する。

そして、高粘度のペースト状の塗布材をスクリーンマスク２０の裏面側、すなわち、印刷媒体３０とは反対側の面から供給し、塗布材を開口パターン２３ａ内に充填させる。

次に、スクリーンマスク２０の裏面、すなわち印刷面側とは反対側の面に、スキージ１３を配置する。このとき、例えばスキージ１３を、印刷媒体３０の表側の面に対して所定の角度で配置する。そして、スキージ１３をメッシュ部２２及びマスク膜２３の裏面において、所定の印圧で印刷媒体３０側に向けて押しつけながら、Ｙ方向に沿って、所定の速度で移動させる。

スキージ１３は、例えばマスク膜２３の裏面全面にわたる領域でマスク膜２３を押圧する。スキージ１３の押圧により、マスク膜２３は押圧される部分が表側に変位するように変形し、印刷媒体３０に当接する。スキージ１３が通過した塗布材が開口パターン２３ａから印刷媒体３０側に押し出される。

スキージ１３が通過した後、マスク膜２３及びメッシュ部２２が復元するように変形して印刷媒体３０から離れるとともに、一部の塗布材が印刷媒体３０上に転写されて残ることで、印刷媒体３０上にパターン印刷がなされ、印刷物が完成する。ここでは、開口パターン２３ａとして複数の同じモジュールパターン２３ｂを同時に描画し、印刷後に印刷物を切断して分割することで、同じモジュールパターン２３ｂを有する複数の印刷物が製造される。なお塗布材は、例えば金属材や樹脂材などを含む各種材料であり、印刷対象の種類、例えば、電子部品、ディスプレイ、等によって、多様な材料が用いられる。

印刷時にはＸ方向に長いスキージ１３を、Ｚ方向に押し付けながら、Ｙ方向に所定量移動させる。この移動と押しつけによってメッシュ部２２が変形して伸びる。

次に、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０の製造方法について説明する。図４は、スクリーンマスク２０の製造方法を示す説明図である。

マスク材となる乳剤Ｐｍは、光硬化性の樹脂であり、たとえばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を包含する液体である。

まず、フレーム２１の枠内にメッシュ部２２を略平面となるように取り付ける。この状態で、乳剤Ｐｍをメッシュ部２２上に塗布する塗布処理を行う。塗布処理の際には、メッシュ部２２を略鉛直方向となるように設置した状態で、乳剤Ｐｍが収容された供給用のバケットを用いて、メッシュ部２２の表面に塗布する（ＳＴ１）。

このとき、所定位置に配置されたバケットを下方から上方に向けて移動させ、バケットの縁で乳剤Ｐｍを平らにならしながら塗布することで、メッシュ部２２上に、乳剤Ｐｍが平板状に形成される。このとき、塗布する回数に応じて厚さが変わるため、必要に応じて複数回塗布を繰り返す。また、乾燥後に膜厚を測定し場合によっては追加で塗布することもある。本実施形態では乾燥後に乳厚が１０μｍ程度となるように乳剤Ｐｍの厚さを設定する。

次に、ＳＴ２に示すように、所定のパターンに対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクマスク２５を用い、あるいはマスクを用いないマスクレス露光により、露光処理を行う。具体的には、所定の露光パターン領域に、乳剤Ｐｍの表面側を紫外線ランプや紫外線ＬＥＤ等の照射ヘッド２８に向けて配置し、照射ヘッド２８により光を照射させ、乳剤Ｐｍの表面を照らす露光処理を行う（ＳＴ３）。

露光処理によって、露光パターン領域の部位に対応して、乳剤Ｐｍの紫外線が照射された部分が紫外線によって硬化する。

露光処理後、エッチング処理として、水や溶剤により、乳剤Ｐｍの表面側を洗い流す。この処理によって、ＳＴ４に示すように、乳剤Ｐｍの未硬化部分が洗い流される。すなわち、乳剤Ｐｍの層において、未硬化領域は全て洗い流され、厚み方向において表面側から裏面側まで貫通する開口パターン２３ａが形成される。以上により乳剤Ｐｍから、所定の形状の開口パターン２３ａを有するマスク膜２３が形成される。

以上のように構成されたメッシュ部２２及びスクリーンマスク２０によれば、メッシュ部２２の目開きのバラつきを５％以上とすることで、乳剤の接着性を高めることができ、マスク膜２３の保持性を向上できる。

図５は、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０において、目開きのバラつきと接着強度（ピール強度）の関係を示すグラフである。

図５においてピール強度とは、目開きのバラつきを５％、１０％、２０％、３０％、４０％とした複数のサンプルについて、ＪＩＳＫ６８５４に準ずる１８０°剥離強度試験による接着強度［Ｎ／ｃｍ］をそれぞれ示す。

図５によれば、目開きのバラつきが大きい方が、ピール強度が向上することがわかる。

すなわち、メッシュ部２２を構成する線材として、タングステンの化合物を用いた場合、目開きのバラつきが大きいほうが緯糸２６ｂの波状の湾曲の振幅が大きくなり、乳剤を保持しやすいことが１つの理由として挙げられる。

また、上記実施形態においては目開きのバラつきを４０％以内としたことで吐出量のバラつきを抑えることができる。図６はスクリーンマスク２０の目開きのバラつきと接着強度（ピール強度）、吐出バラつき、および引張強度、の関係を示すグラフである。

図６によれば、目開きのバラつきが大きい方が吐出量のバラつきが大きくなり、メッシュとしての引っ張り強度も弱くなることが分かる。すなわち、目開きのバラつきが大きいほうが緯糸２６ｂの波状の湾曲の振幅が大きくなるため吐出量の変動が大きく、またメッシュ部２２としての線材の配列が不均一であるため変形しやすくなる。したがって、本実施形態においては目開きのバラつきを４０％以下に抑えることにより、吐出量の精度や引っ張り強度を確保することができる。

また、本実施形態によれば、線材としての経糸２６ａ及び緯糸２６ｂの表面粗さ（Ｒａ）を０．１以上にすることにより、印刷時のスキージの移動の際の抵抗を低く抑えることができる。

さらに、スクリーンマスク２０の表面粗さを０．１以上に構成したことにより、メッシュ部２２の反射率を低くすることで、露光時のハレーションを抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

なお、上記実施形態では、いわゆるコンビネーション型のメッシュを例示したがこれに限定されるものではない。例えば、メッシュは、１種類のメインメッシュのみで構成されていてもよい。

この他、上記実施形態に例示された各構成要素を削除してもよく、各構成要素の形状、構造、材質等を変更してもよい。上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

１０…スクリーン印刷装置、１２…保持部材、１３…スキージ、２０…スクリーンマスク、２１…フレーム、２１ａ…開口部分、２２…メッシュ部（スクリーンマスク用メッシュ）、２２ａ…接合部、２３…マスク膜、２３ａ…開口パターン、２３ｂ…モジュールパターン、２５…フォトマスクマスク、２６…メインメッシュ、２６ａ…経糸、２６ｂ…緯糸、２６ｃ…孔部、２７…サポートメッシュ、２７ａ…経糸、２７ｂ…緯糸、２８…照射ヘッド、３０…印刷媒体、Ａ３…有効エリア、Ｇ１…間隔。

Claims (4)

1. タングステン化合物を含む線材を複数列に配列して備え、塗布材を透過可能な孔を有し、前記線材の配列の間隔である目開きのバラつきが５％以上４０％以下である、スクリーンマスク用メッシュ。
2. 前記線材の表面粗さ（Ｒａ）が０．１［μｍ］より大きい、請求項１記載のスクリーンマスク用メッシュ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスクリーンマスク用メッシュと、
   前記スクリーンマスク用メッシュに設けられ，開口パターンを有するマスク膜と、を備えるスクリーンマスク。
4. 請求項３に記載のスクリーンマスクの前記マスク膜に、塗布材を保持させ、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とする印刷物の製造方法。