JP2020040243A - スクリーンマスク、スクリーン印刷装置、印刷物の製造方法、及びスクリーンマスクの支持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の印刷が可能なスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、印刷物の製造方法、及びスクリーンマスクの支持部材を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかるスクリーンマスクは、塗布材を透過する透過部を有するメッシュ部と、前記メッシュ部に設けられ、所定のパターンを有する、マスク膜と、前記メッシュ部の周縁部の少なくとも一部を支持するサポート部材と、前記サポート部材の外周部を支持するフレームと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、スクリーンマスク、スクリーン印刷装置、印刷物の製造方法、及びスクリーンマスクの支持部材に関する。

印刷手法の一つであるスクリーン印刷法は、メッシュ部上に樹脂組成物で形成された所定の開口パターンが形成されたスクリーンマスクを用い、印刷媒体に任意の印刷体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。

近年、電子部品の小型化、高品質化により、スクリーンマスクの高精度化が求められている。

例えば、スクリーンマスクは、塗布材を透過可能な孔を有するメッシュ部と、メッシュ部に設けられ開口パターンを有するマスク膜と、を備える。

このようなスクリーンマスクにおいて、パターンを有するマスク膜を保持するメインメッシュと、メインメッシュの外周に配置されメインメッシュよりも伸びやすく構成されたサポートメッシュと、を接着剤で固定したいわゆるコンビネーション型のメッシュが知られている。例えばサポートメッシュは、合成樹脂材料で構成され、伸縮性を有している。

特開２０１３−１６９７８３号公報

印刷時には、塗布材を保持したスクリーンマスクを印刷媒体に所定のギャップを介して対向配置させ、スキージ等によりスクリーンマスクを印刷媒体に押しつけることで、塗布材が印刷媒体に転写され、スクリーンマスクの開口パターンに対応する画が描画される。このとき、メッシュ部が伸びることにより位置ずれが発生する場合がある。

本発明は高精度の印刷が可能なスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、印刷物の製造方法、及びスクリーンマスクの支持部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるスクリーンマスクは、塗布材を透過する透過部を有するメッシュ部と、前記メッシュ部に設けられ、所定のパターンを有する、マスク膜と、前記メッシュ部の周縁部の少なくとも一部を支持するサポート部材と、前記サポート部材の外周部を支持するフレームと、を備える。

本発明の実施形態によれば、高精度の印刷が可能なスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、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マスクの構成を示す平面図。 同実施形態にかかるスクリーン印刷装置の側面図。 同スクリーン印刷装置の側面図。 第１実施形態，他の実施形態、及び比較例にかかるスクリーンマスクと印刷物の位置精度を示す説明図。

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はスクリーン印刷装置のＸ方向から見た側面図、図３はＹ方向から見た側面図である。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乃至図３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１４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。

図１乃至図３に示すように、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と、メッシュ部２２に形成されたマスク膜２３と、メッシュ部２２のマスク膜２３よりも外周に配されるサポート部材としてのサポートプレート２４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。本実施形態においては一例として３２０サイズのスクリーンマスク２０を用いる。

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部２１ａを備える枠状に構成される。フレーム２１は、例えばアルミニウム等の金属材料で構成される。例えば３２０サイズのフレーム２１において、厚さ寸法は１３ｍｍ〜１８ｍｍ、すなわち、枠の短手に対して３．５％〜７％程度、幅寸法は１６ｍｍ〜２６ｍｍ、すなわち枠の短手に対して５％〜８％程度に構成される。フレーム２１は、接着剤によりその表面にサポートプレート２４が接合される。フレーム２１はサポートプレート２４を介してメッシュ部２２の外周縁を支持し、開口部２１ａにメッシュ部２２を張設する。

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。

メッシュ部２２は、伸び率の異なる中央部のメインメッシュ２６と外周部のサポートメッシュ２７とがＵＶ硬化性の接着剤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２１ａ内にマスク膜２３を保持する。

メインメッシュ２６は、経糸２６ａと緯糸２６ｂとが編まれて形成された織物であり、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、例えばステンレス，タングステン等の金属のワイヤで構成されている。経糸２６ａと緯糸２６ｂは、それぞれ例えば矢印Ａ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、例えば一辺のサイズがフレーム２１の３０％以上８０％以下であり、例えば一辺の長さＬ３が１５０ｍｍ〜２４０ｍｍの、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一辺の長さＬ３＝２００ｍｍの正方形とした。

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るメッシュ部材で構成され、外周縁が少なくとも一部においてサポートプレート２４に支持されている。本実施形態においては、サポートメッシュ２７は全周においてサポートプレート２４の一方の面に接着され、支持される。サポートメッシュ２７の外形、すなわちメッシュ部材のうちサポートプレート２４の開口部２４ａ内に規定される部位は、一辺の長さＬ２がフレーム２１の４０％以上９０％以下であり、例えば１９０ｍｍ〜２８０ｍｍの矩形状に構成されている。本実施形態では一例として一辺の長さＬ２＝２５０ｍｍの正方形とした。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。

例えば本実施形態において、メインメッシュ２６の伸び率は、サポートメッシュ２７の伸び率よりも大きい。例えば、引張り試験機にて引張った場合、メインメッシュ２６の伸び率がサポートメッシュ２７の伸び率の１倍〜５倍である。

サポートメッシュ２７の外形はフレーム２１の開口部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の外周が例えば合成ゴム系やシアノアクリレート系の接着剤等によってサポートプレート２４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、サポートプレート２４の開口部２４ａ内のメインメッシュ２６に配されている。

マスク膜２３は例えば一辺の長さが開口部２４ａの長さの３０％〜９０％程度に構成されている。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。例えば開口パターン２３ａは、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はラインパターンであり、ライン幅は２０μｍ〜５０μｍに構成されている。

本実施形態において、メインメッシュ２６の外縁よりも中央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。有効エリアＡ３内であって、開口パターン２３ａの外側の所定箇所には複数のアライメントマークＡＭが設けられている。アライメントマークＡＭは、所定の長方形の領域を規定するコーナーを含む例えば８箇所に設けられている。

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。

サポートプレート２４は、例えばアルミニウム等の金属材料で構成され、メッシュ部２２の外周縁に貼付けられた枠状のプレート部材である。サポートプレート２４は、例えば中央に開口部２４ａが形成された矩形状に構成される。サポートプレート２４は、メッシュ部２２の裏面側の外周縁、すなわち本実施形態においてはサポートメッシュ２７の外周縁に、貼付けられている。サポートプレート２４の板厚は０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度であり、例えば本実施形態においては厚さ０．２ｍｍに構成されている。サポートプレート２４は開口部２４ａが例えば一辺の長さＬ２が１９０ｍｍ以上２８０ｍｍ以下の矩形状であり例えば本実施形態においては一辺の長さＬ２＝２５０ｍｍ四方の正方形とした。また、サポートプレート２４の幅寸法は２０ｍｍ以上６５ｍｍ以下とし、例えば本実施形態においては３５ｍｍとした。例えばサポートプレート２４がフレーム２１から延出する延出部の寸法は、フレーム２１の幅寸法よりも大きい。

サポートプレート２４の内周縁はフレーム２１の内周縁よりも内側に位置している。このため、フレーム２１の開口部２１ａ内において、サポートプレート２４の開口部２４ａの縁にメッシュ部２２の外周縁が全周に亘って接着され、支持される。

メッシュ部２２は、フレーム２１と、フレーム２１から開口部２１ａの内方に延出する薄い板状のサポートプレート２４とによって構成される支持部材に、支持される。

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１３ａ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に対して所定のギャップ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。ここで、Ｇ１は例えば、５ｍｍ以下とする。

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３１を製造する印刷物の製造方法について、図２及び図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θ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塗布され、印刷媒体３０上にパターン印刷がなされ、印刷物３１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。

ここで、スクリーンマスク２０において、メッシュ部２２の伸び量は、メインメッシュ２６の伸び量と、サポートメッシュ２７の伸び量の合計となる。ここで、メッシュ部２２はその外周縁部が一部、サポートプレート２４に貼付けられ支持されていることから、外周縁部の伸び及び変形が抑制される。このため、スクリーンマスク２０上の複数のアライメントマークＡＭ１と、印刷物３１上に転写されたアライメントマークＡＭ２との誤差は小さくなる。

また、スクリーンマスク２０の表面と印刷媒体３０とのギャップＧ１は５ｍｍ以下としたことにより、印刷時の伸び及び変形が抑制され、位置ずれが小さくなる。

以上のように構成されたスクリーンマスク２０、スクリーン印刷装置１０、及びスクリーン印刷方法によれば、単純な構成で高精度の印刷が可能となる。

すなわち、サポートプレート２４に貼付けられ支持されていることから、外周縁部の伸び及び変形が抑制され、メッシュの変形による印刷形状のずれを抑制できる。

また、ギャップＧ１は５ｍｍ以下としたことにより、印刷時の伸び及び変形が抑制され、印刷形状のずれを抑制できる。

特に同媒体に何層も積層して印刷する場合に、好適である。したがって、例えば異なるパターンを有する複数のスクリーンマスクを用いて複数のパターンを重ねて印刷する積層印刷にも好適である。

また、メッシュ部を金属材料で構成したことにより、引張り強度が強くなるため版離れが良好になり、かつ高位置精度の印刷を可能にする。

また、本実施形態によれば、サポートプレート２４を設けることで、メッシュ部２２の支持状態を調整できるため、既存のフレーム２１及びメッシュ部２２を用いることができる。すなわち、既存のスクリーン印刷装置を用いて、支持構造として、フレーム２１に、内周に延出するサポートプレート２４を追加するだけで、位置精度の高い印刷が実現できるため、汎用性が高い。また、サポートプレート２４の幅やギャップＧ１を調整することにより、メッシュ部２２の支持状態を調整できるため、既存のフレーム２１やスクリーン印刷装置を用いて、位置精度の高い印刷が実現できる。

図４は、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０と、サポートプレートを用いない比較例１に係るスクリーンマスクＡ１の、位置精度の測定結果を示す。比較例１にかかるスクリーンマスクＡ１は、合成樹脂製のサポートメッシュ１２７と、金属製のメインメッシュ１２６とで構成されるメッシュ部材１２２をフレーム１２１に接合し、サポートプレートを用いない構成とした。その他の条件はスクリーンマスク２０と同様とした。

図４は、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０と、変形例にかかるスクリーンマスク２０Ａと、比較例にかかるスクリーンマスクＡ１の、構成と、その動き難さ、位置ずれ量、を比較して示している。

ここで、位置ずれ量は、スクリーンマスク２０、Ａ１上の複数のアライメントＡＭ１と、印刷物３１上に転写されたアライメントマークＡＭ２との誤差の平均とした。例えば有効エリア内であって開口パターン２３ａが形成されている描画エリアの外側の目印となる任意の位置に、設定する。すなわち、例えば正方形または長方形を規定する四隅と、その中間点、及びその中心の計９点を設計値上の基準点として設定した。

そして、スクリーンマスク２０におけるアライメントマークＡＭ１の座標を検出し、これらの座標から算出される中心点との相対的な位置関係を実測の外形情報として検出する。印刷物３１上のアライメントマークＡＭ２の座標とその中心との位置関係から、誤差を求め、この誤差の大きさを位置ずれ量とした。

図４によれば、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０は位置ずれ量が０μｍ〜１５μｍとなり、比較例１に係るスクリーンマスクＡ１は位置ずれ量が２５μｍより大きい。
すなわち、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０は、印刷媒体３０とマスク膜２３の位置ずれが少なく、位置精度が高い。したがって、例えば複数の異なるパターンの印刷を積層させることで、所望の製品を作製する際の重ね合わせ精度が向上するという効果が得られる。

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。例えば上記実施形態においては、コンビネーション型のメッシュ部を例示したが、これに限られるものではなく、１種類のメインメッシュからなるシングルタイプのメッシュ部２２であってもよい。この場合にあっても、上記第１実施形態と同様の効果を得られる。すなわち、メッシュ部２２を支持するサポートプレートを備えることにより、メッシュ部の伸びを抑制し、位置ずれを抑制できる。また、メッシュ部２２を金属メッシュとすることで、メッシュ部２２の伸び及び位置ずれを効果的に抑制できる。

また、上記実施形態においては、サポートメッシュ２７の形状を正方形としているが、これに限られるものではなく、例えば他の実施形態として長方形のサポートメッシュ２７を用いても、同様の効果を得ることができる。

また、フレーム２１とサポートプレート２４が一体として構成され、フレーム２１の一部が内側に突出するプレート状の延出部を一体に有する形状であってもよい。

また、上記実施形態においてはフレーム２１の一方側の面にサポートプレート２４が配され、サポートプレート２４の一方側の面に、メッシュ部２２が接着される例を示したが、積層の順番や接合方法はこれに限られるものではない。例えばフレーム２１にメッシュ部２２が接着されていてもよい。あるいはフレーム２１とサポートプレート２４とでメッシュ部２２の外周縁を挟む順番で積層されていてもよい。

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、１４…支持手段、２０、２０Ａ…スクリーンマスク、２１…フレーム、２１ａ…開口部、２２…メッシュ部、２３…マスク膜、２３ａ…開口パターン、２４…サポートプレート、２４ａ…開口部、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、３０…印刷媒体、３１…印刷物、Ｇ１…ギャップ。

Claims (6)

1. 塗布材を透過する透過部を有するメッシュ部と、
   前記メッシュ部に設けられ、所定のパターンを有する、マスク膜と、
   前記メッシュ部の周縁部の少なくとも一部を支持するサポート部材と、
   前記サポート部材の外周部を支持するフレームと、
   を備える、スクリーンマスク。
2. 前記サポート部材は板状に構成されたサポートプレートであり、
   前記メッシュ部は、塗布材を透過する孔部を有するメインメッシュと、前記メインメッシュよりも伸び率が低く構成され前記メインメッシュの外周に設けられたサポートメッシュと、を備え、
   前記メインメッシュ及び前記サポートメッシュは金属材料で構成される、請求項１記載のスクリーンマスク。
3. 前記メッシュ部に定められた基準点と、印刷物上に転写された基準点の差が、１５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のスクリーンマスク。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載のスクリーンマスクと、
   前記スクリーンマスクと印刷媒体とを支持する支持部と、
   前記スクリーンマスクの前記印刷面側とは反対側の面に当接して移動可能に構成されたスキージと、を備え、
   前記メッシュ部は、前記マスク膜の前記パターンに塗布材が保持された状態で、前記マスク膜が印刷媒体に接離することにより、前記塗布材が前記パターンから前記印刷媒体に転写されるスクリーン印刷装置。
5. 請求項４に記載のスクリーン印刷装置の、前記マスク膜に塗布材を保持させ、
   前記スクリーンマスクと前記印刷媒体とを、５ｍｍ以下のギャップを介して対向配置し、
   前記マスク膜の前記パターンから、前記マスク膜の表面に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する印刷物の製造方法。
6. 塗布材を透過する透過部を有するメッシュ部の周縁部を支持する板状のサポート部材と、前記サポート部材の外周部を支持するフレームと、を備える、スクリーンマスクの支持部材。