JP2020104372A - スクリーン印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を必要とせずマスクを基板から自動的に分離するとともに、精度の高い印刷を行うことが可能なスクリーン印刷装置を提供する。【解決手段】実施形態に係るスクリーン印刷装置は、マスク２０と、マスク２０を基板に押圧しながら、印刷開始側から印刷終了側に向かって移動するスキージ２２と、マスク２０の印刷開始側及び印刷終了側の少なくとも一方の側面に設けられ、スキージ２２の移動方向に略平行な方向において、所定の弾性係数を有する弾性部材２３とを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、スクリーン印刷装置に関する。

電子部品を基板に実装する方法として、開口部を有する金属等で形成されたマスクを用いてはんだを塗布する方法が知られている。この方法では、基板に設けられた電極パターン（ランド）上にマスクを重ね合わせ、マスク上からはんだペーストをスキージにより塗布し、開口部にはんだを充填する。その後、マスクを基板から除去することで、基板上にはんだが転写される。このはんだ上に電子部品を配置し、リフローすることで電子部品とはんだとが接合される。

近年、様々な種類の運転支援を目的として、自動車に多くの電子装置が搭載されている。このような自動車の電動化、知能化、情報化に伴い、車載用電子回路の情報処理量が増大し、微小な電子部品を基板上に高密度に実装する必要が生じている。車載用電子回路のように、同じ基板上にサイズやピッチが異なる電子部品を実装する場合、電子部品ごとに必要なはんだの量が異なる。

このため、一定厚さのマスクではんだを基板に転写すると、実装させる電子部品の組合せによっては、それぞれの電子部品に適したはんだ量を転写することができず接合不良が発生する虞がある。例えば、微小部品を実装する部位では、はんだペーストが側壁に残り、必要な量のはんだが基板に印刷されない場合がある。また、マスクの開口部にはんだペーストが詰まりはんだが全く印刷されない場合もある。一方、マスクを薄くすることではんだペーストの詰まり対策を行うことも可能であるが、車載用電子部品には大型部品も含まれるため、マスクを薄くすることは困難である。

特許文献１には、スクリーン印刷において、基板からスクリーン版（マスク）を版離れするときにスクリーン版の版枠にかかる力を低減する装置が開示されている。この装置では、スクリーン版のパターンが転写された後に、スクリーン印刷を実行しているときにスキージが移動する方向におけるスクリーン版のスタート側端部を持ち上げている。

また、特許文献２には、マスクの下部に弾性支持構造物を備えてマスクの垂れ下がりを防止し、はんだペーストを印刷する間、印刷回路基板からマスクを自動的に分離することができる印刷回路基板用印刷装置が開示されている。さらに、特許文献３には、スクリーン版の印刷開始側端部を保持する印刷開始側保持部材と、印刷終了側端部を保持する印刷終了側保持部材とを、スクリーン版の主面と略直交する方向において所定のばね定数を有する部材から構成するスクリーン印刷装置が開示されている。

特開２０１７−１５４３６８号公報 特開２０１５−０６４９３９号公報 特開２００７−３１３７５６号公報

特許文献１のように、はんだを印刷しながらマスクの片側を持ち上げることで、マスクの開口部にはんだペーストを詰まりにくくすることができる。しかし、マスクを持ち上げる専用の設備や、マスクとスキージの動作を同期させる特別な制御が必要となり、コストが高くなる虞がある。

また、特許文献２、３では、マスクの上面又は下面に弾性部材が配置されている。マスクの上面に弾性部材を配置した場合、スキージが弾性部材と接触しないようにするための領域を設ける必要があり、マスクが大型化し、はんだペーストの使用量が多くなる。また、マスクの下面に弾性部材を配置した場合、マスクと基板との距離が長くなるため、スキージにてスキージング動作を行う際のマスクの撓みが大きくなり、印刷ズレが発生する虞がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複雑な構造を必要とせずマスクを基板から自動的に分離するとともに、精度の高い印刷を行うことが可能なスクリーン印刷装置を提供することである。

本発明の一態様に係るスクリーン印刷装置は、マスクと、前記マスクを基板に押圧しながら、印刷開始側から印刷終了側に向かって移動するスキージと、前記マスクの前記印刷開始側及び前記印刷終了側の少なくとも一方の側面に設けられ、前記スキージの移動方向に略平行な方向において、所定の弾性係数を有する弾性部材とを備えるものである。

本発明によれば、複雑な構造を必要とせずマスクを基板から自動的に分離するとともに、精度の高い印刷を行うことが可能なスクリーン印刷装置を提供することができる。

実施の形態に係るスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置の変形例を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置の変形例を示す図である。 実施の形態に係るスクリーン印刷装置の変形例を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置を用いた印刷工程を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置により印刷したはんだペーストの材料特性の変化を示す図である。 比較例のスクリーン印刷装置により印刷したはんだペーストの版離れの状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態について説明する前に、まず、図５Ａ〜５Ｄを参照して、比較例のスクリーン印刷装置を用いた印刷工程について説明する。図５Ａは、はんだペースト３０をスキージ２２の移動により、開口部を有する金属からなるマスク２０上でローリングさせるローリング工程を示している。図５Ｂは、マスク２０の開口部２１にはんだペースト３０を充填する充填工程を示している。図５Ｃは、基板１０からマスク２０を分離する版離れ工程を示している。はんだは図５Ａ〜図５Ｃの工程を経て基板１０のランド１１上に印刷され、形状が保持される（図５Ｄ）。

図５Ａ〜５Ｄの各工程では、図６のように、はんだペーストの材料特性（粘度、せん断速度）が変化していく。はんだペーストは、液体としての流動特性（粘性）と固体としての弾力特性（弾性）を合わせ持った性質を有している。ローリング工程では、遅いせん断速度を受け、粘度も一定である。しかし、充填直後では速いせん断速度を短時間受け、粘度も低下するが、そのあとは静止した状態になり、徐々に粘度も高くなっていく。

一般的なはんだの印刷工程では、はんだペーストをマスクの開口部の全部位に充填した後に、一気に版離れを行う。このため、部位によってスキージが通過してから版離れまでの時間が異なり、充填から版離れまでの放置時間に応じて（数秒〜数十秒）、印刷されるはんだペーストの量がばらつく。

また、微小部品を実装する部位では、例えば、はんだペースト３０を印刷するランド１１の大きさは２００〜３００μｍ□であり、マスク２０の厚みは１５０μｍである。このような微小部品を実装する部位では、図７に示すように、マスク２０の側壁抵抗が大きいためはんだペーストが側壁に残り、必要な量のはんだペーストが基板に印刷されない場合がある。また、開口部２１にはんだペーストが詰まりはんだペーストが全く印刷されない場合もある。
このような問題を解決するために、本発明者は以下の構成を考案した。

実施の形態に係るスクリーン印刷装置は、電子装置の製造工程で配線がプリントされた基板上にはんだを印刷する際に好適に用いられる。実施の形態に係るスクリーン印刷装置は、マスクと、マスクを基板に押圧しながら、印刷開始側から印刷終了側に向かって移動するスキージと、マスクの印刷開始側及び印刷終了側の少なくとも一方の側面に設けられ、スキージの移動方向に略平行な方向において、所定の弾性係数を有する弾性部材とを備える。これにより、複雑な構造を必要とせずマスクを基板から自動的に分離するとともに、精度の高い印刷を行うことが可能となる。以下、実施の形態に係るスクリーン印刷装置の具体的な構成例について説明する。

図１Ａ〜１Ｄに示すように、実施の形態にかかるスクリーン印刷装置は、開口部を有する金属等で形成されたマスク２０と、マスク２０を基板１０に押圧しながら、印刷開始側から印刷終了側（図１Ａ中、矢印で示す方向）に向かって移動するスキージ２２とを備える。なお、図１Ａ〜１Ｄは、それぞれ、図５Ａ〜５Ｄで説明した、ローリング工程、充填工程、版離れ工程、形状保持工程に対応する。

図１Ａに示すように、実施の形態に係るマスク２０の印刷開始側及び印刷終了側の少なくとも一方の側面には、スキージ２２の移動方向に略平行な方向において、所定の弾性係数を有する弾性部材２３が設けられている。図１Ａに示す例では、スキージ２２の進行方向の前後のマスク２０の側面の両方に、それぞれ弾性部材２３が設けられている。弾性部材２３としては、例えば、所定のばね定数を有するコイルスプリング等を用いることができる。それぞれの弾性部材２３のマスク２０に側面に取り付けられている端部と反対の端部は、例えば、スクリーン印刷装置に対向して設けられた保持部材４０により保持される。

このように、マスク２０の側面に弾性部材２３を設けることで、スキージ２２で印刷する際に基板１０に押し付けたマスク２０を、充填直後に弾性部材２３の反力で持ち上げることができる。上述したように、充填直後ははんだペーストの粘度が低く、版離れ性が良好であるため、マスク２０の詰まりが発生しにくくなる。

また、マスク２０の側面に弾性部材２３を配置しているため、スキージ２２が弾性部材２３と接触しない。これにより、スキージ２２が弾性部材２３と接触しないようにするための領域を設ける必要がなく、マスクを小型化することができ、はんだペーストの使用量を抑制することが可能となる。

マスクの下面に弾性部材を配置した場合、マスクと基板の距離が遠く、マスクの撓み量が大きくなり、許容できない印刷ずれが発生する虞がある。この場合、印刷ずれを補正するためにマスクの撓み分を考慮した開口部の位置、開口部のサイズを補正する必要がある。

これに対し、実施の形態では、マスク２０の側面に弾性部材２３を配置しているため、マスク２０と基板１０の位置を近づけることができる。これにより、マスク２０の撓み量を少なくすることができ、印刷ずれを抑制して、高精度な印刷を実現することができる。マスク２０と基板１０との距離はマスク２０の厚み以上であればよく、その距離は調整可能である。また、スキージ２２のマスク２０を基板１０へ押し付ける圧力も調整可能であるため、適正な状態ではんだを印刷できる。

さらに、装置自体に弾性部材が設けられている場合は弾性部材の調整を行うことが困難であるが、実施の形態では、マスク２０に弾性部材２３が設けられているため、製品ごとに、弾性部材２３の弾性係数や、マスク２０の側面における弾性部材２３の設置位置を容易に変更して最適化することができる。また、弾性部材２３が設けられたマスク２０は、既存の設備に適用することが可能である。また、マスク２０を製品のサイズに対して最適化することができるため、マスク２０を小型化することができる。これにより、はんだペースト３０の使用量を削減できる。

なお、充填直後にマスク２０を持ち上げるという目的は、スキージ２２の進行方向の前後のマスク２０の側面のみではなく、マスク２０の上下方向にさらに弾性部材２３を設ける構造であっても達成できる。図２〜４は、実施の形態に係るスクリーン印刷装置の変形例を示す図である。

図２に示す例では、マスクの印刷開始側及び印刷終了側の側面において、スキージの移動方向に略平行な方向に弾性部材２３を設けるとともに、マスク２０の下面に弾性部材２３ａを設け、さらに、マスク２０の上面に弾性部材２３ｂを設けている。また、図３に示す例では、弾性部材２３を設けるとともに、マスク２０の上面に弾性部材２３ｂを設けている。また、図４に示す例では、弾性部材２３を設けるとともに、マスク２０の下面に弾性部材２３ａを設けている。このような場合でも、マスクを基板から容易に分離するとともに、精度の高い印刷を行うことができる。

以上説明したように、実施の形態によれば、メタルマスク外周面において、スキージの進行方向の前後に弾性部材を設けることで、はんだペースト３０をスキージ２２で印刷する際、充填が終了した部位より順次版離れを行うことができ、マスク２０での詰まりを発生しにくくすることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 基板
１１ ランド
２０ マスク
２１ 開口部
２２ スキージ
２３ 弾性部材
２３ａ 弾性部材
２３ｂ 弾性部材
３０ はんだペースト
４０ 保持部材

Claims (1)

1. マスクと、
   前記マスクを基板に押圧しながら、印刷開始側から印刷終了側に向かって移動するスキージと、
   前記マスクの前記印刷開始側及び前記印刷終了側の少なくとも一方の側面に設けられ、前記スキージの移動方向に略平行な方向において、所定の弾性係数を有する弾性部材と、
   を備えるスクリーン印刷装置。

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