JP2020131544A - スクリーンマスク、スクリーン印刷装置、及びスクリーン印刷方法及び印刷物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な印刷形状を得られるスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、スクリーン印刷方法、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は、塗布材を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において４０μｍ以下である開口パターンを有するとともに、印刷面側における表面における平滑性が、０．２μｍ以上３μｍ以下である、マスク膜と、を備えるスクリーンマスク。【選択図】図４

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、及びスクリーン印刷方法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メッシュ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、被印刷物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、例えば線幅が３０μｍ以下や２０μｍ以下の細かいパターンが採用される場合がある。

特開２０１３−１６９７８３号公報

しかしながら、パターンの線幅が細かい場合、印刷のにじみによって印刷の形状に影響が出やすく、良好な印刷形状を実現することが困難となる。

本発明の一態様に係る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と、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において４０μｍ以下である開口パターンを有するとともに、印刷面側における表面における平滑性が、０．２μｍ以上３μｍ以下である、マスク膜と、を備える。

本発明の一態様に係るスクリーン印刷装置は、スクリーンマスクと、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、を備える。

本発明の一態様に係るスクリーン印刷方法は、塗布材を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において４０μｍ以下である開口パターンを有するとともに、印刷面側における表面の平滑性が、０．２μｍ以上３μｍ以下であるマスク膜に、塗布材を供給し、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記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。

本発明の一態様に係る印刷物の製造方法は、塗布材を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において４０μｍ以下である開口パターンを有するとともに、印刷面側における表面の平滑性が、０．２μｍ以上３μｍ以下であるマスク膜に、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、前記マスク膜の前記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。

本発明の実施形態によれば、良好な印刷形状を得られるスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、スクリーン印刷方法、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説明図。 同実施形態に係るスクリーンマスクの斜視図。 同スクリーンマスクの断面図。 同スクリーンマスクのマスク膜の平滑性の説明図。 同平滑性の測定方法の説明図。 同スクリーンマスクの平滑性と印刷形状を示す説明図。 同スクリーンマスクの製造工程を示す説明図。

［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７を参照して説明する。図１は、スクリーン印刷装置の説明図、図２はスクリーンマスクの斜視図であり、図３はスクリーンマスクの断面図である。図４及び図５は、平滑性の説明図である。図６は、スクリーンマスクの平滑性と印刷形状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いる。

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Ｂａ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Ｂａ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Ｂａの表面に、各種印刷材料を所定のパターンで形成する。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２２と、メッシュ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Ｂａ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Ｐｅ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２２の外周縁を支持し、開口にメッシュ２２を張設する。またフレーム２１は、所定量の塗布材Ｐｅ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２４により接合されている。

メッシュ２２は、経糸２２ａと緯糸２２ｂとが編まれて形成された織物であり、塗布材Ｐｅを透過可能に開口した孔部を多数有している。経糸２２ａ及び緯糸２２ｂは、例えばステンレス等の金属のワイヤ、あるいはポリエステル等の樹脂で構成された繊維である。経糸２２ａ及び緯糸２２ｂ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。このメッシュ２２に、所定の開口パターン２３ａを有するマスク膜２３が形成される。すなわち、メッシュ２２によって、フレーム２１の開口部分にマスク膜２３が保持される。

メッシュ２２は、経糸２２ａと緯糸２２ｂがそれぞれ交差する交点で厚さ方向の寸法が２倍になるため、隣接する交点の中間部と、交点とでは、厚さ寸法が異なるとともに、各線材が波状を呈している。一例として本実施形態では経糸２２ａ及び緯糸２２ｂを９０°で交差させ、用いた例を示す。一例として本実施形態では、１インチ辺り、例えば１５０本以上７００本以下の線材が配列され、メッシュの孔部の幅寸法が２３μｍ以上１００μｍ以下の、メッシュ２２を用いた。

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。一例として本実施形態では、マスク膜２３の厚さ寸法は５μｍ以上２５μｍ以下に構成されている。マスク膜２３は、メッシュ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、例えばフォトマスクを用いた露光によって、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、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、メッシュ２２の外縁よりも内側にパターンが形成される有効エリアが規定され、その有効エリアの内側に、開口パターン２３ａが形成される。開口パターン２３ａの最小開口幅Ｗ１、すなわち、開口パターン２３ａの最も狭い部分における開口の幅寸法は、４０μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。ここでは、一例として、マスク膜２３の表面、すなわち印刷媒体Ｂａに対向する面における幅寸法を基準とした。

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２２の孔部を通過して塗布材Ｐｅ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２２の孔部が感光性樹脂で塞がれた部位は、塗布材Ｐｅ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の表面は、メッシュ２２の線材の形状によって、凹凸が形成される。例えばメッシュ２２において経糸２２ａと緯糸２２ｂが重なる交点と、孔部の中央とでは、厚さ方向の位置が異なることから、マスク膜２３の表面には、メッシュ２２の形状に応じた波状のうねり形状である凹凸が形成される。マスク膜２３の表面の凹凸は、平滑性Ｒｚが０．２ｕｍ≦Ｒｚ≦３ｕｍを満たす範囲に構成されている。

平滑性Ｒｚは、マスク膜２３の任意の測定断面Ｌ０における、印刷面側、すなわち表面の凹凸の大きさである。測定断面Ｌ０は、例えば経糸２２ａと緯糸２２ｂが交差するメッシュ交点２２ｄを２つ以上跨ぐラインとして設定する。また、測定断面Ｌ０は、例えばライン開口である開口パターン２３ａのエッジ付近であってエッジに沿って設定される。例えば、エッジから測定断面Ｌ０までの距離が、開口パターン２３ａのパターン幅よりも小さい位置に設定する。一例として、本実施形態においては、１００四方でマトリクス状に配列された複数のモジュールパターン２３ｂの４隅と中心の合計５箇所のモジュールパターン２３ｂをそれぞれ測定箇所とした。そして、５箇所の測定箇所のモジュールパターン２３ｂのライン開口のエッジに近い第１のメッシュ交点ＰＬ１を一端とし、当該第１のメッシュ交点ＰＬ１から、ライン開口のエッジに沿った線上に重なるメッシュ交点である第２のメッシュ交点ＰＬ２を他端とし、測定ラインである基準直線Ｌ１の両端部としてそれぞれ設定する。一例として、測定断面Ｌ０の長さは２００ｕｍ〜１０００ｕｍ程度とする。そして、図５に示すように、測定ラインの表面側の曲線を検出し、２つのメッシュ交点ＰＬ１、ＰＬ２を結ぶ基準直線Ｌ１と、測定断面Ｌ０において当該基準直線Ｌ１から直交方向に最も離れた第３の点ＰＬ３を特定し、第３の点ＰＬ３を通り基準直線Ｌ１と平行なラインである基準直線Ｌ２を算出する。そして、基準直線Ｌ１、Ｌ２の距離を、平滑性Ｒｚとする。複数の平滑性測定点Ｐｂ１〜Ｐｂ５は、同形状の複数のモジュールパターン２３ｂにおける測定断面Ｌ０の位置が、近くなるように設定した。

測定機器は、測定機器“ＫＥＹＥＮＣＥ ＶＫ−８７００”を用い、測定ソフト”ＶＫ Ｖｉｅｗｅｒ”にて解析ソフト”ＶＫ Ａｎａｌｙｚｅｒ”を使用して測定および解析を行ったところ、本実施形態におけるＰｂ１〜Ｐｂ５の平滑性はそれぞれ、０．５μｍ、０．７ｕｍ，０．５ｕｍ，１．０ｕｍ，０．６ｕｍであった。次に、５点の測定値の平均値を算出し、平均値と、個々の値との差を計算し、誤差の平均値を算出し、標準偏差σを算出する。本実施形態におけるＰｂ１〜Ｐｂ５の平滑性は標準偏差σの三倍の値である３σの値が１〜２ｕｍに入る。

マスク膜２３が形成されたメッシュ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Ｐｅが保持された状態で、メッシュ２２の弾性変形によりマスク膜２３が印刷媒体Ｂａに接離することで、塗布材Ｐｅが開口パターン２３ａから印刷媒体Ｂａ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、図１中矢印Ａ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Ｐｅが予め充填された開口パターン２３ａから塗布材Ｐｅを表側に押し出す。

支持手段は、印刷媒体Ｂａに対して所定の間隔Ｃ１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を所定の速度で所定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マスク２０の製造方法について図７を参照して説明する。図７は、スクリーンマスク２０の製造方法を示す説明図である。スクリーンマスク２０の製造方法は、乳剤Ｐｍで形成されたシートをメッシュ２２に貼り付ける、いわゆる直間法を用いる。

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シート状部材である。

まず、フレーム２１の枠内にメッシュ２２を略平面となるように取り付ける（ＳＴ１）。この状態で、ベースコートを塗布する（ＳＴ２）。次に、ベースコートが塗布されたメッシュ２２に、乳剤Ｐｍで形成された乳剤シートを貼り付ける（ＳＴ３）。その後、乳剤シートが貼付されたメッシュ２２を、乾燥機内に配し、乾燥させる（ＳＴ４）。以上により、マスク膜２３がメッシュ２２に保持され、スクリーンマスク２０が完成する。このように、直間法により、表面の平滑性を０．２μｍ〜３μｍの範囲で容易に構成することが可能である。

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方法について、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Ｂａの表面に対向させて配置する。

そして、図１に二点鎖線で示すように、高粘度のペースト状の塗布材Ｐｅをスクリーンマスク２０の裏面側、すなわち、印刷媒体Ｂａとは反対側の面から供給し、塗布材Ｐｅを開口パターン２３ａ内に充填させる。

塗布材Ｐｅとして、粘度が、回転数１０ｒｐｍ、せん断速度４ｓｅｃ^−１で１００〜５００Ｐａ・ｓであり、かつ、チキソトロピー性が1〜１０の特性を有する塗布材を用いる。ここでは一例として、粘度は、ブルックフィールド製のＨＡＤＶ１／ＳＣ４―１４で回転数１０ｒｐｍ、せん断速度４ｓｅｃ−１で測定し、チキソトロピー性は回転数１ｒｐｍの粘度を回転数１０ｒｐｍの粘度で割った数値を用いた。メッシュによって転写時に塗布材Ｐｅが分離される場合、印刷物の滲みの量をコントロールでき、直線的な印刷をすることができる。さらに好ましくは、塗布材Ｐｅとして、チキソトロピー性が2〜5の特性を有する塗布材を用いることでより滲みの少ない印刷をコントロールすることができる。

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Ｂａ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Ｂａ側に向けて押しつけながら、所定の速度ｖで移動させる。マスク膜２３の裏面全面にわたる領域で、スキージ１３がマスク膜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Ｂａに当接する。スキージ１３が通過した塗布材Ｐｅが開口パターン２３ａから印刷媒体Ｂａ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２２が復元するように変形して印刷媒体Ｂａから離れるとともに、一部の塗布材Ｐｅが印刷媒体Ｂａ上に転写されて残ることで、印刷媒体Ｂａ上にパターン印刷がなされ、印刷物が完成する。このとき、塗布材Ｐｅは裏側の一部がマスク膜２３側に残る。なお塗布材Ｐｅ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。

本実施形態にかかるスクリーンマスク２０は、表面の平滑性の範囲が０．２ ｕｍ ≦ Ｒｚ ≦ ３ ｕｍに構成され、Ｒｚ ≦ ３ ｕｍであることにより、マスク膜２３の表面のうねりによる凹凸によって生じる塗布材Ｐｅの転写量の差が発生しにくい。また、０．２ ｕｍ ≦ Ｒｚとしたことにより、静電気の影響を抑えられる。その結果、印刷したパターン形状が均一な形状となる。したがって、細線パターンにおいて、高精度の印刷形状を実現できる。

図６は、本実施形態にかかるスクリーンマスク２０を用いて形成した印刷形状と、比較例１としてＲｚ ＞３ ｕｍとしたスクリーンマスク１２０，比較例２として０．２ ｕｍ ＞ Ｒｚとしたスクリーンマスク２２０の、印刷形状をそれぞれ示す。比較例１，２にかかるスクリーンマスク１２０，２２０の、平滑性以外の条件は上記スクリーンマスク２０と同様である。

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、図６に示すように、表面の平滑性を一定の範囲にすることで印刷形状が改善され良好な印刷形状を得ることが可能となる。

すなわち、平滑性を３μｍ以下としたことにより、表面の凹凸によってできる部位毎の塗布量の差を少なくすることができ、印刷形状のにじみを低減できる。一方で、平滑性を０．２μｍ以上とすることにより、静電気によって印刷媒体Ｂａから剥がれにくくなる現象を回避でき、良好な印刷形状を実現できる。特に、パターン幅が４０μｍ以下の微細パターンを形成する場合には、にじみを抑制することにより良好な印刷形状を確保できる。すなわち、一般的に、特にパターンの線幅が細かい場合には、印刷のにじみが印刷の形状に影響しやすく、良好な印刷形状を実現することが困難となるが、平滑性を規定することにより、印刷のにじみを抑制できるため、微細パターンにおいても良好な印刷形状を実現できる。

また、スクリーンマスク２０は図７に示すように、直間法を採用することにより工数を削減でき、面内の厚みを均一化することができるとともに平滑性を高くすることができる。

なお、上記実施形態では、フレーム２１にメッシュ２２を接着剤２４で貼り付け、フレーム２１の開口部全域わたってマスク膜２３を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、メッシュは、伸び率の異なる内側のメインメッシュと外側のサポートメッシュをＵＶ硬化性の接着剤で固定したいわゆるコンビネーション型を用いてもよく、また、メッシュ２２の中央部分の一部にのみマスク膜２３が形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、直間法によりマスク膜２３を形成する方法を例示したが、これに限られるものではなく、例えばマスク材を重ね塗りして乾燥する工程を繰り返した後に、オーバーコートを貼付けて表面処理を施す、いわゆる直接法により製造してもよい。この場合にあっても平滑性を０．２μｍ以上３μｍ以下とすることにより、良好な印刷形状が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

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、２２…メッシュ、２２ａ…経糸、２２ｂ…緯糸、２２ｄ…メッシュ交点、２３…マスク膜、２３ａ…開口パターン、２３ｂ…モジュールパターン、２４…接着剤、１２０…スクリーンマスク、２２０…スクリーンマスク、Ｃ１…間隔、Ｌ０…測定断面、Ｌ１…基準直線、Ｌ２…基準直線、ＰＬ１、ＰＬ２…メッシュ交点、Ｐｂ１〜Ｐｂ５…平滑性測定点、Ｗ１…最小開口幅。

Claims (8)

1. 塗布材を透過可能な孔を有するメッシュと、
   前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において４０μｍ以下である開口パターンを有するとともに、印刷面側における表面における平滑性が、０．２μｍ以上３μｍ以下である、マスク膜と、を備えるスクリーンマスク。
2. 前記メッシュは複数の線材が交差するメッシュ交点を有し、
   前記平滑性は、複数の前記メッシュ交点を跨ぐ測定断面における、印刷面側の凹凸の大きさである、請求項１に記載のスクリーンマスク。
3. 前記開口パターンの５点で測定した前記平滑性の平均値に対する標準偏差σの３倍の値が１〜２ｕｍ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. 前記平滑性は前記開口パターンの開口のエッジに沿う位置で測定される請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリーンマスク。
5. 印刷媒体に対向して前記メッシュを支持するフレームを備え、
   前記マスク膜を保持する前記メッシュは、弾性変形可能であり、前記マスク膜の前記開口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、前記塗布材が前記開口パターンから前記印刷媒体に転写されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスクリーンマスク。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のスクリーンマスクと、
   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、
   を備えることを特徴とするスクリーン印刷装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の前記スクリーンマスクの前記マスク膜に、塗布材を供給し、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記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、スクリーン印刷方法。
8. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の前記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、前記マスク膜の前記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、印刷物の製造方法。