JP2022177437A - スキージ - Google Patents

Abstract

【課題】スキージの性能を向上する。【解決手段】スキージ１０は、第１方向に延在する延在部１と、延在部１の一端に設けられた折れ曲がり部２Ａと、延在部１の他端に設けられた折れ曲がり部２Ｂとを備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、スキージに関し、例えば、半田ペーストよりも粘度の高い高粘度ペーストや半田ペーストよりも粘着性の高い高粘着ペーストの印刷に使用されるスキージに適用して有効な技術に関する。

実開平４－２６３２号公報（特許文献１）には、スキージの両端に突出壁を取り付けることにより、ペーストのスキージ幅方向への流出を防止して、ペーストの掻き戻し作業を削減することができる技術が記載されている。

また、非特許文献１には、ペーストのローリング径の大きさがスキージによるぺーストの掻き取り現象に影響を及ぼすことが記載されており、非特許文献２には、ペーストにかかるせん断速度に関する技術が記載されている。

実開平４－２６３２号公報

情報機構著「印刷最適化/高品質化のための<最新>スクリーン印刷 利用技術～トラブル対応から応用事例まで～」2011年 原田学著「はんだペーストの粘度と粘着力測定」

印刷工程は、エレクトロニクス製品の製造工程に存在するペーストの塗布工程として一般的に採用されている。印刷工程では、マスク上にペーストを載せた後、このペーストをスキージと呼ばれる「へら状の道具」を使用して、マスクに設けられている開口部上に対して、ペーストを往復運動させることにより、所望の位置にペーストを転写させる。

ところが、印刷回数を重ねると、ペーストがスキージ幅方向に横広がりしたり、上方向に向かってペーストが這い上がったりすることにより、マスクに設けられた開口部に埋め込まれて印刷に有効に寄与するペーストが少なくなる。

この結果、印刷回数を重ねるにしたがって、印刷性能が徐々に低下して、印刷パターンに欠けが生じたり、ペーストの転写重量が漸減することが懸念される。このことから、ペーストの横広がりや這い上がりを効果的に抑制できるスキージが望まれている。

一実施の形態におけるスキージは、第１方向に延在する延在部と、延在部の一端に設けられた第１折れ曲がり部と、延在部の他端に設けられた第２折れ曲がり部とを備える。このとき、第１折れ曲がり部の延在方向と第１方向とのなす第１角度は鈍角であり、第２折れ曲がり部の延在方向と第１方向とのなす第２角度は鈍角である。

ここで、延在部は、第１方向と直交する断面視において、垂直方向から傾斜した傾斜部と、傾斜部と接続され、かつ、水平方向に突出した突出部とを有する。そして、第１折れ曲がり部は、第１折れ曲がり部の延在方向と直交する断面視において、垂直方向から傾斜した第１傾斜部と、第１傾斜部と接続され、かつ、水平方向に突出した第１突出部とを有する。さらに、第２折れ曲がり部は、第２折れ曲がり部の延在方向と直交する断面視において、垂直方向から傾斜した第２傾斜部と、第２傾斜部と接続され、かつ、水平方向に突出した第２突出部とを有する。

一実施の形態によれば、スキージの性能を向上できる。

平スキージを使用した印刷工程を説明する平面図である。 平スキージを使用した印刷工程を説明する平面図である。 平スキージを使用した印刷工程を説明する側面図である。 平スキージを使用した印刷工程を説明する側面図である。 印刷工程を繰り返すことによりペーストに生じる現象を説明する図である。 ペーストのローリング状態を説明する図である。 開口パターンへのペーストの充填動作を説明する図である。 平スキージによるペーストの掻き取り現象を説明する図である。 関連技術におけるスキージを模式的に示す図である。 ペーストを往復運動させるためのスキージの構成を説明する図である。 スキージの外観図である。 スキージの平面図である。 （ａ）は図１２のＡ－Ａ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図１２のＢ－Ｂ線で切断した断面図であり、（ｃ）は図１２のＣ－Ｃ線で切断した断面図である。 第１特徴点を説明する図である。 スキージの構造上の工夫を例示的に説明する図である。 「Ｔ１」と割合Ｅとの関係を示すグラフである。 スキージ速度と「Ｔ１」を変化させた時のせん断速度を示す表である。 粘度とせん断速度との関係を示すグラフである。 第２特徴点を説明する図である。 横広がり抑制力の角度依存性を説明する図である。 スキージ動作を説明する平面図である。 スキージ動作を説明する平面図である。 スキージ動作を説明する側面図である。 連続印刷可能枚数を増加できる検証結果を示す表である。 転写重量の安定化を図ることができる検証結果を示すグラフである。 関連技術を示す図である。 スキージのサイズを縮小化できることを説明する図である。 ３Ｄプリンタによるスキージの製造例を示す図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜適用対象例＞
スキージとは、エレクトロニクス製品の製造工程の１つであるペーストの印刷工程に使用される道具である。ペーストの印刷工程は、例えば、プリント基板やパワーモジュールの製造工程で実施される。この印刷工程では、メタルマスクやスクリーンマスクに代表される印刷マスクが使用される。そして、印刷材となるペーストは、半田ペーストや、ナノからミクロンレベルの金属粒子を分散させたペーストであり、このときの金属粒子としては、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）などを挙げることができる。

スキージの構成材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属、ウレタン、ナイロン６やナイロン６６やＰＯＭやＰＢＴなどのエンジニアリングプラスチック、３Ｄプリンタの素材として用いられるＯＮＹＸなどが使用されるが、これに限定されるものではない。

＜改善の検討＞
例えば、一般的なスキージとして、立体形状が略直方体からなるスキージがある。本明細書では、このような一般的なスキージを「平スキージ」と呼ぶことにする。

以下では、まず、この「平スキージ」を使用したペーストの印刷工程を説明することにより、「平スキージ」に内在する改善の余地を説明する。

図１および図２は、平スキージ１００を使用した印刷工程を説明する図である。

図１に示すように、印刷マスク１１０上にペースト１３０を供給するとともに平スキージ１００を配置する。そして、図１から図２に示すように、平スキージ１００を移動させて、ペースト１３０を印刷マスク１１０に設けられた開口パターン１２０に転写する。これにより、印刷マスク１１０の開口パターン１２０から露出している基板領域（図示せず）にペースト１３０を塗布することができる。この工程が印刷工程である。

ここで、平スキージ１００を移動させることによるペースト１３０の転写を繰り返すと、例えば、図１と図２を比較するとわかるように、ペースト１３０が徐々に横方向（ｘ方向）に広がる。また、特に、ペースト１３０として、例えば、半田ペーストよりも高粘度なペーストや高粘着性のペーストを使用する際に顕著となる現象として、ペースト１３０の這い上がり現象がある。這い上がり現象とは、図３および図４に示すように、平スキージ１００を移動させることによるペースト１３０の転写を繰り返す結果、平スキージ１００の上方向（ｚ方向）にペースト１３０が這い上がったまま平スキージ１００に貼り付いてしまい印刷マスク１１０上に落ちてこない現象である。

なお、一般に金属粒子を分散させたペーストは金属粒子の配合割合が大きくなると急激に粘度が上昇する傾向にあり、また焼結材に代表されるような粒子径がナノ～サブミクロン径の小さな金属粒子の場合は更に粘度が高くなる傾向にある。例えば、銅粒子を分散させた焼結銅ペーストは、銅粒子の配合割合も比較的大きく、また粒子径もナノ～サブミクロンと小さいことが多く、これらの特徴に合致するために、高粘度となり、先述した這い上がり現象が顕著になる場合がある。

このようなペースト１３０の横広がり現象および這い上がり現象が生じると、印刷マスク１１０に設けられた開口パターン１２０内の埋め込みに寄与するペースト１３０が少なくなる。すなわち、印刷工程を繰り返し実施することにより、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が少なくなる結果、徐々に印刷性が低下して、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減を引き起こすことになる。

以下に、この点の詳細についてさらに説明する。

図５は、印刷工程を繰り返すことによりペースト１３０に生じる現象を説明する図である。図５に示すように、印刷工程を繰り返すことによって、ペースト１３０の横広がり現象と這い上がり現象が生じる結果、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が少なくなることがわかる。このように、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が少なくなるということは、以下の図６に示すことを意味する。

つまり、図６（左部）に示すように、印刷工程の初期では、ペースト１３０に横広がり現象や這い上がり現象が生じていないことから、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が充分に存在する。そして、ペースト１３０は、平スキージ１００によって押されている状態のとき、ローリングしながら印刷マスク１１０上を移動する。ここで、本明細書でいう「ローリング」とは、スキージを移動動作させたときに生じるペーストの回転運動を意味し、このペーストの回転運動の直径がローリング径である。

図６（左部）に示す印刷工程の初期では、ペースト１３０に横広がり現象や這い上がり現象が生じておらず、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が充分に存在することから、ペースト１３０のローリング径は大きくなる。

これに対し、図６（右部）に示すように、印刷工程が繰り返されると、ペースト１３０に横広がり現象や這い上がり現象が生じることから、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０が少なくなる。この結果、図６（右部）に示すように、印刷工程が繰り返されると、ペースト１３０のローリング径は小さくなる。

この点に関し、本発明者は、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減を引き起こす要因として、ペースト１３０のローリング径が小さくなることが影響しているという知見を獲得している。そこで、以下では、ペースト１３０のローリング径が小さくなると、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減が引き起されるメカニズムについて説明する。

図７は、開口パターン１２０へのペースト１３０の充填動作を説明する図である。

図７において、平スキージ１００によって押されてローリングしているペースト１３０は、基板１５０上の印刷マスク１１０に設けられている開口パターン１２０の壁にぶつかることによって開口パターン１２０の内部へと充填される。したがって、ペースト１３０のローリング径が小さくなるということは、開口パターン１２０へ充填が行われる時間が短くなることを意味する。この結果、ペースト１３０のローリング径が小さくなると、開口パターン１２０への充填が不充分となり、印刷パターンの欠けが生じる。

また、図８は、平スキージ１００によるペースト１３０の掻き取り現象を説明する図である。図８に示すように、平スキージ１００には下方に向かってスキージ圧力が加えられている。この結果、図８（左部）に示すように、開口パターン１２０に充填されたペースト１３０の表面では、平スキージ１００によって掻き取り現象が生じる。

この点に関し、例えば、非特許文献1に記載があるように、ペースト１３０のローリング径が大きい場合には、ペースト１３０の内圧が高まる結果、スキージ圧力に対する反力が増加して、掻き取り現象が抑制される。これに対し、ペースト１３０のローリング径が小さくなると、ペースト１３０の内圧が低下することから、スキージ圧力に対する反力が減少して、掻き取り現象が顕在化する（図８右部参照）。すなわち、ペースト１３０のローリング径が小さくなると、平スキージ１００で掻き取られるペースト量が増加する結果、転写重量の漸減が引き起こされる。

以上のようにして、ペースト１３０のローリング径が小さくなると、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減が引き起されることがわかる。このことから、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減を抑制して印刷安定性を向上させるためには、ローリング径の縮小化を抑制することが重要であることがわかる。そして、ローリング径の縮小化は、ペースト１３０の横広がり現象や這い上がり現象に起因していることから、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減を抑制して印刷安定性を向上させるためには、ペースト１３０の横広がり現象や這い上がり現象を抑制することが重要であることがわかる。

この点に関し、平スキージ１００では、ペースト１３０の横広がり現象や這い上がり現象を抑制する対策が取られていない。このことから、平スキージ１００では、印刷回数を重ねるにしたがって、印刷回数の早い段階で、印刷パターンの欠けや転写重量の漸減が顕在化する結果、連続印刷枚数を向上することが困難になるという改善の余地が存在する。

特に、ペースト１３０として、半田ペーストよりも高粘度なペーストや高粘着性のペーストを使用する場合、平スキージ１００では、ペーストの這い上がり現象が顕在化する結果、連続印刷枚数の大幅低下を招くことになる。したがって、特に、高粘度ペーストを使用する場合でも連続印刷枚数の向上を図るためには、スキージに対する工夫が必要とされる。以下では、スキージに関する関連技術について説明する。

＜スキージに関する関連技術＞
上述したように、印刷工程における連続印刷性を阻害する要因としては、主に２つの要因が考えられる。すなわち、１つの要因は、スキージ幅方向へのペーストの横広がり現象が生じることによって、開口パターンへの充填に寄与するペーストが少なるなることである。そして、もう１つの要因は、特に、半田ペーストよりも高粘度のペーストや高粘着性のペーストを使用する場合に顕在化する要因であり、印刷を重ねるたびに徐々にペーストがスキージの上部に這い上がってそのまま貼り付く這い上がり現象によって、開口パターンへの充填に寄与するペーストが少なくなることである。

この点に関し、以下に示す関連技術がある。

ここで、本明細書でいう「関連技術」とは、知られた技術ではないが、本発明者が見出した課題を有する技術であって、本願発明の前提となる技術である。

図９は、関連技術におけるスキージ２００を模式的に示す図である。

図９において、スキージ２００には、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制するための突出部２１０が設けられているとともに、ペースト１３０の横広がり現象を抑制するための遮蔽板２２０が設けられている。このことから、スキージ２００によれば、這い上がり現象および横広がり現象を抑制することができると考えられる。

ところが、スキージ２００に設けられた突出部２１０の構成では、例えば、高粘度および高粘着性のペーストを使用する場合、図９左部に示すように、粘度が高く高粘着性であるために、自重では落下しにくくなり、突出部２１０を乗り越えてさらに上方に這い上がる現象が生じる。このことから、スキージ２００では、ペースト１３０の這い上がり現象を効果的に抑制することができないと考えられる。さらに、ペースト１３０の横広がり現象を抑制するために設けられた遮蔽板２２０では、ペースト１３０を押し戻す力が加わらないことから、横広がり現象を抑制する効果も限定的であると考えられるとともに、遮蔽板２２０自体にペースト１３０が貼り付いてしまう結果、開口パターンへの充填に寄与するペーストが少なくなると考えられる。

特に、図１０に示すように、スキージ２００は、ペースト１３０を往復移動させるために２つ１組で使用されることが普通であることから、両方のスキージ２００のそれぞれに設けられた遮蔽板２２０には、相当量のペースト１３０が貼り付いてしまうことになる。

したがって、関連技術におけるスキージ２００では、高粘度および高粘着性のペーストを使用した場合、ペースト１３０の這い上がり現象やペースト１３０の横広がり現象を充分に抑制できないと考えられる結果、印刷工程における連続印刷性を向上する観点から改善の余地がある。そこで、本実施の形態では、関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、工夫を施した本実施の形態における技術的思想を説明する。

＜実施の形態におけるスキージの構成＞
図１１はスキージ１０の外観図であり、図１２はスキージ１０の平面図である。

図１１および図１２において、スキージ１０は、所定方向（第１方向）に延在する延在部１と、延在部１の一端に設けられた折れ曲がり部２Ａと、延在部１の他端に設けられた折れ曲がり部２Ｂを備えている。このとき、折れ曲がり部２Ａの延在方向と第１方向とのなす角度（第１角度）は鈍角であり、折れ曲がり部２Ｂの延在方向と第１方向とのなす角度（第２角度）も鈍角である。このようにして、スキージ１０の外観が構成されている。

図１３（ａ）は、図１２のＡ－Ａ線で切断した断面図である。言い換えれば、図１３（ａ）は、第１方向であるｘ方向と直交する面で切断した断面図である。図１３（ａ）に示すように、延在部１は、垂直方向（ｚ方向）から傾斜した傾斜部３Ａと、傾斜部３Ａと接続され、かつ、水平方向に突出した突出部３Ｂとを有する。

続いて、図１３（ｂ）は、図１２のＢ－Ｂ線で切断した断面図である。言い換えれば、図１３（ｂ）は、折れ曲がり部２Ａの延在方向と直交する面で切断した断面図である。図１３（ｂ）に示すように、折れ曲がり部２Ａは、垂直方向から傾斜した面を有する傾斜部４Ａと、傾斜部４Ａと接続され、かつ、水平方向に突出した突出部４Ｂとを有する。

さらに、図１３（ｃ）は、図１２のＣ－Ｃ線で切断した断面図である。言い換えれば、図１３（ｃ）は、折れ曲がり部２Ｂの延在方向と直交する面で切断した断面図である。図１３（ｃ）に示すように、折れ曲がり部２Ｂは、垂直方向から傾斜した面を有する傾斜部５Ａと、傾斜部５Ａと接続され、かつ、水平方向に突出した突出部５Ｂとを有する。

ここで、傾斜部３Ａと傾斜部４Ａと傾斜部５Ａとは接続され、かつ、突出部３Ｂと突出部４Ｂと突出部５Ｂとは接続されている。例えば、傾斜部３Ａと傾斜部４Ａと傾斜部５Ａとは滑らかに接続されるように一体的に形成されている。同様に、突出部３Ｂと突出部４Ｂと突出部５Ｂとは滑らかに接続されるように一体的に形成されている。

このようにして、本実施の形態におけるスキージ１０が構成されている。

＜実施の形態における特徴＞
次に、本実施の形態における特徴点について説明する。

本実施の形態における特徴点は、スキージ幅方向において、延在部１の一端に角度の付いた折れ曲がり部２Ａを設けられているとともに、延在部１の他端に角度の付いた折れ曲がり部２Ｂが設けられている点と、印刷マスク１１０に対して平行する「返し」である図１３（ａ）～図１３（ｃ）に示すような突出部（３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ）が設けられている点にある。これにより、ペースト１３０として高粘度ペーストを使用する場合であっても、際限なくスキージ１０の上部に向かって這い上がり現象が生じることを抑制できるとともに、際限なくペースト１３０に横広がり現象が生じることを抑制できる。特に、延在部１に設けられている突出部３Ｂと、折れ曲がり部２Ａに設けられている突出部４Ｂと、折れ曲がり部２Ｂに設けられている突出部５Ｂとが滑らかに接続されており、これによって、スキージ１０の全長にわたってペーストの這い上がり現象が抑制される。

さらに、本実施の形態における特徴点によって、スキージ１０の両端部においても中央部の状態に近いローリング状態を実現できる結果、スキージ１０全体で均一な印刷性を確保することができる。これにより、例えば、スキージ幅を開口パターンに対して短く設定することが可能となる。このことは、印刷マスク１１０上に塗布されたペースト１３０を早期にローリング状態が安定した定常状態に移行させることができることを意味し、これによって、均一な連続印刷性を向上することができる。

以下では、具体的に、本実施の形態における特徴点について説明する。

本実施の形態における第１特徴点は、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制するための工夫点であり、例えば、図１４に示すような延在部１の断面形状を採用する点にある。すなわち、延在部１は、垂直方向から傾斜した面を有する傾斜部３Ａと、傾斜部３Ａと接続され、印刷マスク１１０と平行する水平方向に突出した突出部３Ｂを有しており、突出部３Ｂの終端角度Ｆは９０°以下であることを前提として設計する。つまり、突出部３Ｂ、突出部４Ｂおよび突出部５Ｂのそれぞれの終端角度Ｆは、９０度以下になるように設計される。この点が、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制する第１特徴点である。

ここで、傾斜部３Ａと突出部３Ｂの寸法は、印刷マスク１１０上に供給されるペースト１３０の量や物性に基づいて適宜設計することができる。

このようにして、図１４に示す形状によると、ペースト１３０に対するスキージ１０の押出動作（スキージ動作）において、傾斜部３Ａと突出部３Ｂがペースト１３０の流れを水平方向にガイドする。水平方向にガイドされたペースト１３０は、突出部３Ｂの終端角度Ｆが９０度以下である場合は、壁に沿う方向の力が加わらないためにそれ以上の這い上がりは生じない。これにより、本実施の形態１における第１特徴点によれば、特に、ペースト１３０として高粘度ペーストを使用する場合であっても、ペースト１３０の這い上がり現象を効果的に抑制することができる。この結果、本実施の形態によれば、ペースト１３０のローリング径を安定化させることができる。

上記では、スキージ１０の延在部１の構成について説明したが、スキージ１０の折れ曲がり部２Ａおよびスキージ１０の折れ曲がり部２Ｂにおいても、延在部１と同様の構成が採用される。これにより、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂにおいても、図１４に示す状態が実現される。この結果、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂにおいても、ペースト１３０の這い上がり現象が抑制されて、ペースト１３０のローリング径を安定化させることができる。特に、本実施の形態におけるスキージ１０では、図１４に示す断面形状をした延在部１と折れ曲がり部２Ａと折れ曲がり部２Ｂとが滑らかに接続されていることから、スキージ１０の全体にわたって、ペースト１３０の這い上がり現象が抑制されて、ペースト１３０のローリング径が安定化する。

上述したように、突出部３Ｂと突出部４Ｂと突出部５Ｂは、ペースト１３０の流れを水平方向にガイドしてペースト１３０の這い上がり現象を抑制する機能を有する。ただし、突出部３Ｂ、突出部４Ｂおよび突出部５Ｂのそれぞれの長さ（Ｔ２）が不必要に長い場合、ペースト１３０とスキージ１０との接触面積が増加する。このことは、例えば、ペースト１３０が高粘度ペーストの場合、ペースト１３０がスキージ１０に貼り付いてしまい、印刷工程終了後にスキージ１０を印刷マスク１１０から離すとき、スキージ１０とともに印刷マスク１１０上のペースト１３０が持ち上がってしまうリスクが高まることを意味する。例えば、往路用のスキージ１０と復路用のスキージ１０という一対のスキージ１０を使用する印刷工程において、往路用のスキージ１０によってペースト１３０の持ち上がりが生じると、復路用のスキージ１０での印刷工程が実施できなくなってしまう。

このため、ペースト１３０の持ち上がりを抑制する観点から、突出部３Ｂ、突出部４Ｂおよび突出部５Ｂのそれぞれの長さ（Ｔ２）は、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制することができる範囲内で不必要に長くないことが望ましい。例えば、突出部３Ｂ、突出部４Ｂおよび突出部５Ｂのそれぞれの長さ（Ｔ２）は、傾斜部３Ａ、傾斜部４Ａおよび傾斜部５Ａのそれぞれの高さ（Ｔ１）以下であることが望ましい。

ここで、ペースト１３０の持ち上がりに関して更に以下の構造上の工夫について述べる。「Ｔ１」や「Ｔ２」の大きさや「Ｔ１」のアタック角は種々の組み合わせが考えられる。例えば、簡単のために、「Ｔ１」と「Ｔ２」が同じ大きさで、かつ、アタック角が６０度で、ペースト１３０が図１５のように、スキージ１０内にぴったり収まっている構成を考える。ここで持ち上がりに影響する実際のスキージ１０へのペースト１３０の粘着力やペースト１３０の自重は、ペースト１３０の密度やペースト１３０の種類に対するスキージ１０および印刷マスク１１０として選択した材質等の組み合わせによって変動するが、構造としては、接触面積が小さいほど粘着力は小さくなり、ペースト１３０の体積が大きいほど自重は大きくなると考えられる。また、ペースト１３０とスキージ１０の粘着力に対して、ペースト１３０の自重とペースト１３０と印刷マスク１１０の粘着力の合計が大きいほど、持ち上がりが生じにくいと考えられる。したがって、ペースト１３０の体積とペースト１３０と印刷マスク１１０の接触面積に対して、ペースト１３０とスキージ１０の接触面積が小さいほど持ち上がりが生じにくく有利である。

図１５に示す断面図の場合では、ペースト１３０とスキージ１０の接触長さＣａは、以下の数式（１）で示される。

ペースト面積Ａは、以下の数式（２）で示される。

ペースト１３０と印刷マスク１１０との接触長さＣｂは、以下の数式（３）で示される。

「Ｔ１」を１ｍｍ～１５ｍｍまで変化させたときのペースト１３０とスキージ１０の接触長さＣａのペースト面積Ａとペースト１３０と印刷マスク１１０の接触長さＣｂの合計に対する割合Ｅは図１６のように変動する。これより、「Ｔ１」が大きい方が割合Ｅの値が小さくなり定性的に持ち上がりが生じにくくなることがわかる。一方、「Ｔ１」が６ｍｍ程度になってくると「Ｔ１」を大きくしても割合Ｅの減少率は落ち着いてきて、その効果も限定的となることがわかる。

ここまで具体的な寸法に仮定を置いて論じたが、一般形である図１４における状態を考えてもペースト１３０とスキージ１０の接触長さＣａ、ペーストの面積Ａ、ペースト１３０と印刷マスク１１０の接触長さＣｂ、更にペースト１３０とスキージ１０の接触長さＣａのペースト面積Ａとペースト１３０と印刷マスク１１０の接触長さＣｂの合計に対する割合Ｅはおよそ以下の数式（４）～数式（７）で示される関係が成り立つと近似的に考えられる。

そのため、この場合も同様に、「Ｔ１」が大きい方が割合Ｅが小さくなり、ペースト１３０の持ち上がりを抑制する観点から有利となる。さらに、「Ｔ１」が１ｍｍ～３ｍｍ程度の範囲の割合Ｅの減少率と比較して、「Ｔ１」が６ｍｍ程度になってきた場合の割合Ｅの減少率は小さくなり、徐々に効果が限定的になることが推定される。

次に、図１５に示す状態において、ペースト１３０のローリング径を「Ｔ１」で近似した際のペースト１３０にかかるせん断速度Ｄは、例えば、非特許文献２に記載があるように以下に示す数式（８）で近似される。

ここで、「Ｖ」はスキージ速度を表す。図１７には、「Ｔ１」を１ｍｍ～１５ｍｍで変動させるとともに、「Ｖ」を１０ｍｍ／ｓ～１００ｍｍ／ｓまで変動させた場合のせん断速度Ｄが示されている。図１７から「Ｔ１」が大きいとペースト１３０にかかるせん断速度Ｄが小さくなることがわかる。

次に、図１８には、ペーストの粘度とせん断速度と関係が２種類のペーストについて示されている。２種類のペーストのどちらも、せん断速度を大きくすると粘度が下がる傾向にあることがわかる。このような傾向をチキソトロピーというが工業的に使用されるペーストはこのチキソトロピーの性質を有するものが多い。

ここで、印刷中に安定的にペーストがローリングするためにはある程度粘度が低い方が望ましい。つまり、ペーストに一定以上のせん断速度を与える必要がある。この点に関し、図１７に示したように、「Ｔ１」を大きくするとペースト１３０にかかるせん断速度が小さくなる。せん断速度が小さくなることは、スキージ速度を上げることで補うことは可能であるが、選択可能なスキージ速度の幅はなるべく大きい方が望ましい。

したがって、前述したように、「Ｔ１」は大きい方が持ち上がりは抑制できる一方、不必要に大きくしすぎると上述したせん断速度が小さくなる問題が生じてくる。ここでは、例示した２種類のペーストの粘度はせん断速度２．５[１／ｓ]程度で十分に減少していることから、「Ｔ１」が８ｍｍ程度までであれば、スキージ速度の条件を１０ｍｍ／ｓ～１００ｍｍ／ｓの広い範囲で選択可能となることがわかる。

以上のことから、もちろんスキージ１０の寸法は、その時対象になるペースト１３０の材料の性質も含めてその時々でキャリブレーションして使用することも可能だが、「Ｔ１」を６ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲に設定しておけば広い条件に対して安定的に運用可能なスキージ１０を提供することができると考えられる。

ペースト１３０の持ち上がりに対する工夫点を以下に更に記述する。高粘度または高粘着性のペーストを印刷中に、ある印刷機ではペーストの持ち上がりは生じなかったのに対し、別の印刷機では持ち上がりが生じた場合があった。

このときの差分を検証したところ、以下の原因が考えられた。通常の印刷機では、その仕様にもよるが、スキージが印刷動作を行った後に、数秒の静止の後に、ゆっくりとスキージが上昇して、次の印刷動作に移るのが一般的である。ここで次の印刷動作とは、直近終了した印刷動作が往路側の印刷であれば、復路側の印刷であり、直近終了した印刷動作が復路側の印刷であれば、往路側の印刷を指す。一方で持ち上がりが生じた印刷機は、印刷動作終了後、静止の時間なしに、瞬間的に僅かにスキージが跳ね上がっていた。これは印刷動作終了後、スキージにはマスクと密着されるための印圧と呼ばれる圧力がかかっているが、この圧力を抜く動作の反動でわずかに持ち上がってしまったと考えられる。

この現象のペーストの持ち上がりへの影響はおよそ以下である。前述したように印刷動作中はペーストがローリングしているため、ペーストにせん断が加わり、ペーストの粘度が全体として下がっていると考えられる。その後、静止すると、ペーストにはせん断が加わらなくなるため、粘度は元の高い状態に戻る。その後スキージが上昇するが、これに伴いペーストとスキージが触れている付近には再びせん断が加わり低粘度化する方向になる。一方でそれ以外の範囲では高粘度のままなので、スキージの触れている範囲付近は低粘度、それ以外は高粘度となり持ち上がりとしては生じにくい状態であると考えられる。

一方で、印刷動作終了後、静止無しに瞬時にスキージが上がった場合は、ローリングによって全体の粘度が下がったままであるために、ペーストとスキージが触れている範囲とそれ以外とで粘度の差が小さいので持ち上がりが生じてしまうと考えられる。

これに対する対策として、スキージの材質を金属製からより弾力のあるＰＯＭ等のエンジニアリングプラスチックに変更したところ、印圧を抜いた反動で瞬時に跳ね上がっていたスキージが、自らの弾性変形でそれを緩和できるようになったために、ペーストの持ち上がりを抑制する効果があった。そのために、もちろんスキージの材質はその時々で種々の選択が可能であるが、金属製よりも弾力のあるエンジニアリングプラスチップ等で構成しておいた方が汎用的に使用できる。例えば、スキージの材質は、ウレタン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレートのいずれかを含むように構成することができる。

次に、本実施の形態における第２特徴点は、例えば、図１９および図２０に示すように、延在部１と折れ曲がり部２Ａとのなす角度θ１と、延在部１と折れ曲がり部２Ｂとのなす角度θ２のそれぞれが、１８０度よりも大きく２２５度以下である点にある。これにより、本実施の形態によれば、特に、ペースト１３０が高粘度ペーストであっても、ペースト１３０の横広がり現象を効果的に抑制することができる。

以下に、この点について説明する。

図１９において、スキージ１０に対して「－ｙ方向」に力「ｆ１」を加えて、スキージ１０を移動させたとき、スキージ１０に押されるペースト１３０に加わる横広がり抑制力「ｆ２」は、角度θ１および角度θ２の大きさに依存する。

例えば、角度θ１および角度θ２のそれぞれが２７０度である場合、横広がり抑制力「ｆ２」は働かない。具体的に、この構成は、図９に示す関連技術のスキージ２００に設けられた遮蔽板２２０の構成に対応する。このことから、関連技術の遮蔽板２２０では、ペースト１３０をスキージ２００の中央部に押し戻すための横広がり抑制力「ｆ２」は「０」であり、図９に示すように、遮蔽板２２０では、横広がり現象を抑制する効果も限定的であると考えられるとともに、遮蔽板２２０自体にペースト１３０が貼り付いてしまう。

これに対し、本実施の形態における第２特徴点によれば、角度θ１および角度θ２が２７０度よりも小さいことから、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂからペースト１３０に対して、横広がり抑制力「ｆ２」が働く。この結果、本実施の形態によれば、この横広がり抑制力「ｆ２」がペースト１３０に働くことによって、ペースト１３０の横広がり現象を効果的に抑制することができる。

特に、図２０に示すように、角度θ１および角度θ２が２２５度のとき、横広がり抑制力「ｆ２」の大きさが最大となる。したがって、横広がり抑制力「ｆ２」の大きさを大きくして、ペースト１３０の横広がり現象を効果的に抑制する観点からは、角度θ１および角度θ２の大きさを２２５度とすることが望ましい。

ただし、本実施の形態におけるスキージ１０は、延在部１に折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂが設けられていることから、スキージ１０は、印刷マスク１１０に対して面で接触することになる。このことから、印刷マスク１１０に均等に接触するために要求される寸法誤差は、印刷マスク１１０に対して線で接触する「平スキージ」と比較して厳しくなる。特に、スキージ１０の長さが同じである場合、角度θ１および角度θ２が大きくなるほど、要求される寸法誤差は厳しくなる。したがって、例えば、高粘度ペーストではないペーストをペースト１３０として使用する結果、横広がり抑制力「ｆ２」の大きさを最大値より小さくしても充分に横広がり現象を抑制できる場合は、横広がり現象の抑制と要求される寸法誤差とのバランスを考慮して、角度θ１および角度θ２の値を１８０度よりも大きく２２５度以下である値から適切な値を選択することが望ましい。

以上のことから、本実施の形態における第１特徴点と第２特徴点を考慮すると、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂは、ペースト１３０の横広がり現象を抑制するとともに、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制する機能を有しているといえる。また、突出部３Ｂ、突出部４Ｂおよび突出部５Ｂは、ペースト１３０の這い上がり現象を抑制する機能を有しているということができる。

＜スキージ動作＞
本実施の形態におけるスキージ１０は、上記のように構成されており、以下では、スキージ１０を使用して印刷工程を実施するスキージ動作について説明する。

図２１および図２２は、スキージ１０のスキージ動作を説明するための平面図である。

図２１に示すように、印刷マスク１１０上にペースト１３０を供給するとともに本実施の形態におけるスキージ１０を配置する。このスキージ１０は、延在部１と折れ曲がり部２Ａと折れ曲がり部２Ｂとを有する。そして、図２１から図２２に示すように、スキージ１０を移動させて、ペースト１３０を印刷マスク１１０に設けられた開口パターン１２０に転写する。これにより、印刷マスク１１０の開口パターン１２０から露出している基板領域（図示せず）にペースト１３０を塗布することができる。

ここで、本実施の形態におけるスキージ１０では、延在部１の一端に折れ曲がり部２Ａが設けられているとともに、延在部１の他端に折れ曲がり部２Ｂが設けられている。このことから、この折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂからペースト１３０に横広がり抑制力が働く。この結果、図２１および図２２に示すように、スキージ１０によるスキージ動作を実施しても、ペースト１３０の横広がりを抑制することができる。

さらに、図２３は、スキージ１０のスキージ動作を説明するための側面図である。

図２３に示すように、スキージ１０のスキージ動作を実施しても、例えば、図１２および図１３に示すように、延在部１に突出部３Ｂが設けられ、かつ、折れ曲がり部２Ａに突出部４Ｂが設けられ、かつ、折れ曲がり部２Ｂに突出部５Ｂが設けられている結果、ペースト１３０の這い上がり現象が抑制される。

以上のことから、本実施の形態におけるスキージ１０を使用することにより、印刷工程におけるペースト１３０の横広がり現象および這い上がり現象を抑制できる。

＜実施の形態における効果＞
（１）上述したように、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、スキージ動作時にペースト１３０の横広がり現象や這い上がり現象を抑制することができる。このことは、、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０の量が少なくなることを抑制できることを意味する。そして、開口パターン１２０の埋め込みに寄与するペースト１３０の量を確保できるということは、ローリング径の安定化を図ることができることを意味する。この結果、本実施の形態によれば、印刷回数の早い段階で印刷パターンの欠けが生じることを抑制できることから、連続印刷枚数の向上を図ることができる。

図２４は、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、連続印刷可能枚数を増加させることができる検証結果を示す表である。図２４に示すように、スキージとして「平スキージ」を使用して印刷工程を実施する場合、高粘度ペーストである焼結銅ペーストを使用した際の連続印刷可能枚数は２０枚程度であった。これに対し、スキージとして本実施の形態におけるスキージ１０を使用して印刷工程を実施すると、連続印刷可能枚数は１００枚超とすることができる。このように、本実施の形態におけるスキージ１０は、連続印刷可能枚数を大幅に向上させることができる点で非常に有用であることがわかる。したがって、例えば、本実施の形態におけるスキージ１０は、半田ペーストよりも粘度の高い高粘度ペーストの印刷回数の増加に寄与する高粘度用スキージとして使用することができる点で優れている。

（２）上述したように、ペースト１３０の横広がり現象や這い上がり現象を抑制できるということは、ローリング径の縮小化を抑制できることを意味する。そして、ローリング径の縮小化を抑制できるということは、例えば、図８に示すような掻き取り現象を抑制できることを意味し、これによって、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、転写重量の安定化を図ることができることになる。

図２５は、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、転写重量の安定化を図ることができる検証結果を示すグラフである。図２５において、横軸は印刷枚数を示している一方、縦軸は１枚目の印刷時からの焼結銅ペーストの転写重量の減少量を示している。また、図２５において、「丸印（黒）」は、平スキージを用いた場合の印刷枚数と転写重量との関係を示しており、「三角印（グレー）」は、本実施の形態におけるスキージ１０の構造の内、折れ曲がり部２Ａ、２Ｂがなく延在部１のみの形態のスキージを用いた場合の印刷枚数と転写重量との関係を示している。一方、「丸印（グレー）」は、本実施の形態におけるスキージ１０を用いた場合の印刷枚数と転写重量との関係を示している。

図２５に示すように、平スキージを使用した場合では、印刷枚数に伴う転写重量の変化を示すグラフの傾きが「－０．１９ｍｇ」である。また、三角印で示したスキージ１０の内の折れ曲がり部２Ａ、２Ｂを除いた形態では「-０．１５ｍｇ」である。これに対し、本実施の形態におけるスキージ１０を使用した場合では、印刷枚数に伴う転写重量の変化を示すグラフの傾きが「－０．０３ｍｇ」である。つまり、本実施の形態によれば、平スキージを使用した場合に比べて、印刷枚数に伴う転写重量の減少率が小さいことがわかる。また、三角印で示したデータの減少量の改善は「-０．１５ｍｇ」に留まっていることから、この効果は這い上がり現象のみを抑えたケースではかなり限定的なこともわかり、本実施の形態のように這い上がり現象と横広がり現象の両者を抑えることが必要不可欠であることがわかる。すなわち、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、印刷枚数を増加させても、転写重量の安定化を維持できる点で非常に優れているといえる。特に、本実施の形態におけるスキージは、焼結接合を用いたパワーモジュールの半導体製造工程に適用して有効である。言い換えれば、本実施の形態におけるスキージは、焼結銅ペーストを使用したパワーモジュールの製造工程に適用して有効である。

（３）スキージ動作時におけるペースト１３０の流動状態は、印刷の成否と密接な関係がある。例えば、図２６に示す関連技術におけるスキージ２００では、両端部において、液だまりが生じる結果、スキージ２００との接触によって促されるペースト１３０の流動状態が、中央部におけるペースト１３０の流動状態とは大きく異なるおそれがある。このことから、図２６に示す関連技術では、中央部とは異なる両端部の流動状態が開口パターン１２０へのペースト１３０の埋め込みに悪影響を及ぼすことを回避するため、スキージ２００の両端部を開口パターン１２０からある程度離す必要がある（距離Ｌ１）。

これに対し、図２７に示す本実施の形態におけるスキージ１０では、両端部においてもペースト１３０の横広がり現象および這い上がり現象が抑制される結果、両端部でも中央部に比較的近い流動状態を実現できる。このことは、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、両端部の流動状態が開口パターン１２０へのペースト１３０の埋め込みに悪影響を及ぼしにくくなることを意味する。したがって、図２７に示すように、本実施の形態におけるスキージ１０によれば、関連技術に比べて、スキージ１０の両端部を開口パターン１２０に近づけることが可能となる（距離Ｌ２＜距離Ｌ１）。すなわち、本実施の形態におけるスキージ１０では、関連スキージと比較して、延在部１における第１方向（ｘ方向）の長さを短くすることができる。この結果、本実施の形態によれば、印刷開始から早い段階でペースト１３０の流動状態を定常化できる。このため、印刷の初期段階から終期段階までほぼ一定の印刷品質を確保することができる。

さらに、このことは、無駄なく少ないペースト１３０の量で印刷することができることを意味するため、印刷工程における製造コストを削減できる効果も得ることができる。

＜スキージの製造方法＞
本実施の形態におけるスキージ１０は、例えば、３Ｄプリンタを使用して製造することができる。ここで、３Ｄプリンタで造形された形状の内部構造は、完全な充填構造ではなく、例えば、ハニカム構造に代表される中空構造となっていることが多い。したがって、３Ｄプリンタで製造されたスキージ１０において、延在部１と折れ曲がり部２Ａと折れ曲がり部２Ｂは中空構造から構成されていることになる。

このとき、３Ｄプリンタの上述した性質を利用して、スキージ１０の内部構造に工夫を施すことが考えられるので、以下では、この点について説明する。

例えば、図２８に示すように、３Ｄプリンタの製造条件を調整することにより、折れ曲がり部２Ａの中空構造を延在部１の中空構造よりも疎となるようにするとともに、折れ曲がり部２Ｂの中空構造を延在部１の中空構造よりも疎となるようにする。

このように構成する技術的意義について説明する。

例えば、図６を参照して、平スキージ１００と印刷マスク１１０との間のなす角度は、「アタック角」と呼ばれる。同様に、スキージ１０と印刷マスク１１０とのなす角度も「アタック角」と呼ばれる。ここで、柔らかいスキージの場合、スキージに上方向から加えられる圧力によってスキージ自体が撓む。この場合、見かけの「アタック角」が変化する。このような「アタック角」の変化が生じると、印刷性が変化する。このことから、印刷性を安定化するためには、「アタック角」の変化が生じないことが望ましい。

この点に関し、本実施の形態におけるスキージ１０は、延在部１と折れ曲がり部２Ａと折れ曲がり部２Ｂを有しており、スキージ１０の全体内部構造を同様の中空構造から構成する場合、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂは、延在部１よりも短いことから、剛性は高いと考えられる。つまり、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂは、スキージ１０に加えられる圧力に対する変形量が小さくなると考えられる。これにより、延在部１の変形量と折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂの変形量とが相違することに起因して「アタック角」が変化し、これによって、印刷性の変化が生じることが考えられる。

そこで、本実施の形態では、上述したように、「折れ曲がり部２Ａの中空構造を延在部１の中空構造よりも疎となるようにするとともに、折れ曲がり部２Ｂの中空構造を延在部１の中空構造よりも疎となるようにする」ことにより、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂの剛性を低くする。この結果、延在部１の変形量と折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂの変形量との相違が緩和されることから、「アタック角」の意図しない変化を抑制することができ、これによって、印刷性を安定化させることができる。

また、同様の考え方により、印刷マスク１１０に均等に接触するために要求される寸法誤差に対して、折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂの剛性を低くして変形しやすくすることにより、多少の寸法誤差を折れ曲がり部２Ａおよび折れ曲がり部２Ｂの変形で吸収するように構成することも可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ 延在部
２Ａ 折れ曲がり部
２Ｂ 折れ曲がり部
３Ａ 傾斜部
３Ｂ 突出部
４Ａ 傾斜部
４Ｂ 突出部
５Ａ 傾斜部
５Ｂ 突出部
１０ スキージ
１１０ 印刷マスク
１２０ 開口パターン
１３０ ペースト

Claims (13)

1. 第１方向に延在する延在部と、
   前記延在部の一端に設けられた第１折れ曲がり部と、
   前記延在部の他端に設けられた第２折れ曲がり部と、
   を備える、スキージであって、
   前記第１折れ曲がり部の延在方向と前記第１方向とのなす第１角度は鈍角であり、
   前記第２折れ曲がり部の延在方向と前記第１方向とのなす第２角度は鈍角であり、
   前記延在部は、
   前記第１方向と直交する断面視において、
   垂直方向から傾斜した面を有する傾斜部と、
   前記傾斜部と接続され、かつ、水平方向に突出した突出部と、
   を有し、
   前記第１折れ曲がり部は、
   前記第１折れ曲がり部の延在方向と直交する断面視において、
   前記垂直方向から傾斜した面を有する第１傾斜部と、
   前記第１傾斜部と接続され、かつ、前記水平方向に突出した第１突出部と、
   を有し、
   前記第２折れ曲がり部は、
   前記第２折れ曲がり部の延在方向と直交する断面視において、
   前記垂直方向から傾斜した面を有する第２傾斜部と、
   前記第２傾斜部と接続され、かつ、前記水平方向に突出した第２突出部と、
   を有する、スキージ。
2. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記傾斜部と前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とは、接続され、
   前記突出部と前記第１突出部と前記第２突出部とは、接続されている、スキージ。
3. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記第１角度は、１８０度よりも大きく２２５度以下であり、
   前記第２角度は、１８０度よりも大きく２２５度以下である、スキージ。
4. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記突出部の突出長さは、前記傾斜部の高さ以下であり、
   前記第１突出部の突出長さは、前記第１傾斜部の高さ以下であり、
   前記第２突出部の突出長さは、前記第２傾斜部に高さ以下である、スキージ。
5. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記延在部と前記第１折れ曲がり部と前記第２折れ曲がり部は、中空構造から構成されている、スキージ。
6. 請求項５に記載のスキージにおいて、
   前記第１折れ曲がり部の中空構造は、前記延在部の中空構造よりも疎であり、
   前記第２折れ曲がり部の中空構造は、前記延在部の中空構造よりも疎である、スキージ。
7. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記スキージは、半田ペーストよりも粘度の高い高粘度ペーストの印刷回数の増加に寄与する高粘度用スキージである、スキージ。
8. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記第１折れ曲がり部と前記第２折れ曲がり部は、ペーストの前記第１方向への横広がりおよび前記ペーストの這い上がりを抑制する機能を有する、スキージ。
9. 請求項１に記載のスキージにおいて、
   前記突出部と前記第１突出部と前記第２突出部は、ペーストの這い上がりを抑制する機能を有する、スキージ。
10. 請求項１に記載のスキージにおいて、
    前記突出部の終端角度は、９０度以下であり、
    前記第１突出部の終端角度は、９０度以下であり、
    前記第２突出部の終端角度は、９０度以下である、スキージ。
11. 請求項１に記載のスキージにおいて、
    前記傾斜部の高さは、６ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
    前記第１傾斜部の高さは、６ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
    前記第２傾斜部の高さは、６ｍｍ以上８ｍｍ以下である、スキージ。
12. 請求項１に記載のスキージにおいて、
    前記スキージの材質は、ウレタン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレートのいずれかを含む、スキージ。
13. 請求項１に記載のスキージにおいて、
    焼結接合を用いたパワーモジュールの半導体製造工程に用いられる、スキージ。

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