JP2023142644A - メタルマスク - Google Patents
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Abstract
【課題】表面実装と挿入実装が同一基板上で同時に使用される混載実装において、微細部品の実装に対応可能であり、従来のものに比べ、部品収納部の歪みや破損が少なく、高い印刷精度を有するメタルマスクを提供する。【解決手段】メタルマスク１の平板部１１の面内には、挿入実装により実装された部品を収納するために、略直方体の窪み状の部品収納部１３が形成され、その上面には、Ｘ字状等の突起である補強構造１４が形成されている。【選択図】図１
Description
特許法第３０条第２項適用申請有り 環旭電子股■有限公司（令和３年１０月６日）
本発明は、電子回路や半導体製造工程において、基板やウエハーなどのワークに、はんだなどのペーストを印刷するためのメタルマスクに関するものである。
電子回路実装工程や半導体製造工程において、電子部品を基板に実装をしたり、バンプ電極を形成したりするときは、基板やシリコンウエハーなどのワーク上に、はんだなどの導電性ペーストを印刷し、これをリフロー炉で高温処理をして溶接する方法が一般的に用いられている。
はんだ印刷には、金属の薄板に微細な開口部が形成された孔版であるメタルマスクが一般に使用されている。メタルマスクの開口部は、ワーク上の電極に対応するパターンで形成されており、印刷機に設置されたメタルマスクが、ワークに対して適正な位置に配置されたとき、開口部を介して電極上に適正にペーストを印刷できるように形成されている。ここで、プリント基板上に印刷されたペーストに電子部品を搭載する基板実装の形態は、表面実装といわれる。
メタルマスクは、一般には面内に開口部が加工された金属の薄い平板を、ポリエステルのメッシュスクリーンが所定の張力で張設されたアルミ製の金属枠（以下「スクリーン枠」という）にメッシュスクリーンを介して張設した、メタルマスク印刷版として使用される。そして、一方の面（転写面）が基板に対向する状態で設置して、反対面（スキージ面）よりスキージでペーストを開口に充填して、基板上に転写印刷をする。
一方、基板実装は、前記の表面実装の他に、電子部品のリード線を、基板に形成された穴に挿入して、裏面よりはんだ付けをする、挿入実装がある。挿入実装は、比較的大きな電子部品を実装する際に使われ、さらに、これら両方が同一基板上で同時に使用される混載実装が存在する。
混載実装においては、先に挿入実装で電子部品を実装した後、表面実装を行うが、その際に使用されるメタルマスク１００は、図９のように、電子部品Ｐとの接触を避けるために、部品収納部１０３が設けられたものが使用されている（例えば特許文献１、２参照）。
ここで、部品収納部１０３は、一般には、メタルマスク１００の面内に、スキージ面側に突出した、略直方体の窪み状に形成されており、この窪みの内側に部品Ｐが収納され、保護されるようになっている。
ところで、先述のように、メタルマスク１００をスクリーン枠に張設したとき、スクリーン枠からメタルマスク１００に張力が加わり、そのため、部品収納部１０３の上面が歪み、それにより印刷精度が低下したり、メタルマスク１００が破損したりする現象が発生することが問題となっていた。特に、近年、基板実装の微細化が進むに伴い、メタルマスク１００が薄型化することで、従来のメタルマスク１００の構造では対応しきれないことが懸念されていた。
これに対する対策として、部品収納部１０３の上面や側面の一部または全部に、電気ニッケルメッキで、ニッケル皮膜を厚く形成して部品収納部１０３を補強することが考えられていたが、その他の部分（平板部１０１、開口部１０２など）も同様に厚くできないため、メッキが形成されないように、レジストで部分的に被覆するなどの工夫が必要であり、工程を複雑にしていた。
この発明の目的は、上記事情に鑑み、微細部品実装に対応可能であり、従来のものに比べ、部品収納部の歪みや破損が発生しにくく、高い印刷精度を有するメタルマスクを提供することである。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属製の薄板である矩形状の平板部と、前記平板部の面内に、印刷パターンに対応した形状と配置で形成された複数の印刷用開口と、前記印刷用開口が形成されていない領域のスキージ面側に、略直方体の窪み状に形成された部品収納部と、前記部品収納部の面に形成された補強構造と、を備えることを特徴とする、メタルマスクである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、前記部品収納部の上面または側面の一部または全部形成されている、ことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか一項に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、その一部または全部が、該補強構造が形成されている前記部品収納部の面の略対角方向に沿って線状に形成されている、ことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、前記平板部のスキージ面側に形成されている、ことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、前記部品収納部の上面または側面の一部または全部形成されている、ことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか一項に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、その一部または全部が、該補強構造が形成されている前記部品収納部の面の略対角方向に沿って線状に形成されている、ことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のメタルマスクであって、前記補強構造は、前記平板部のスキージ面側に形成されている、ことを特徴とする。
請求項１、３、４に記載の発明によれば、メタルマスクをスクリーン枠に所定の張力で張設したときに、部品収納部に加わる力が、補強構造によって緩和されるため、微細部品実装に使用されるメタルマスクにおいても、部品収納部の歪みや破損を抑制するとともに、印刷精度の低下を防止することが可能である。
請求項２に記載の発明によれば、部品収納部に加わる力に沿って補強構造が形成されているため、微細部品実装に使用されるメタルマスクにおいても、有効に力を緩和して、部品収納部の歪みや破損を抑制するとともに、印刷精度の低下を防止することが可能である。
本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、図面において、図面中の各部の構成の大きさ、間隔、数、その他詳細は、視認と理解の助けのために、実際の物に比べて大幅に簡略化して表現している。
図１は、メタルマスク１の概略の正面図（ａ）と側面断面図（ｂ）である。メタルマスク１は、平板部１１と、その面内に形成された印刷用開口１２と、部品収納部１３と、部品収納部１３に形成された補強構造から構成される印刷孔版である。
平板部１１は、一辺が３００～５００ｍｍの矩形状かつ平板状のニッケル板であり、厚さは０．０５～０．１ｍｍに設定されている。本実施の形態では、ニッケルめっきで作製されたものを使用している。また、厚さはメタルマスク１全体（平板部１１、部品収納部１３、補強構造１４）を通じて略均一である（すなわちメタルマスク１の強度やペーストの印刷精度に影響を与えるほどの厚さの変動はない）ものとし、本実施の形態では、上記の設定値の１０％以内の範囲に収められている。
メタルマスク１の厚さは０．１ｍｍより厚くても特段の支障はないが、本願発明の効果がより顕著に得られる厚さとして、本実施の形態では上記の厚さに設定している。すなわち、０．１ｍｍより厚くなると、素材自体の強度が高くなり、本願発明の効果が目立たなくなり、一方、０．０５ｍｍより薄いと、素材の強度が低くなりすぎるので、効果が確認しにくくなる。
印刷用開口１２は、平板部１１の面内に、プリント基板への印刷パターンに対応した形状と配置で、複数形成されている。その形状は円状、四角形状等、印刷するペーストの形状に合わせたものに設定されており、直径若しくは一辺の長さは０．０５～０．５ｍｍである。
部品収納部１３は、平板部１１の、印刷用開口１２が形成されていない領域の一方の面側に、上面が一辺２０～１５０ｍｍの長方形で、高さが１～３ｍｍの略直方体状に形成された窪み状の形状であり、本実施の形態では、ニッケルめっきで平板部１１と一体的に形成されたものを使用している。
また、部品収納部１３は、メタルマスク１のスキージ面側に、平板部１１に対して略垂直に突出した形状になるように形成されている。
補強構造１４は、部品収納部１３の上面に形成された線状の構造物であり、本実施の形態では、正面視した時に、部品収納部１２の上面に、スキージ面側に略垂直に突出したＸ字状の形状をしている。また、補強構造１４の線幅は、約１～４ｍｍであり、その高さは０．１～０．５ｍｍに設定されている。ここで高さは、０．１ｍｍより低くなると、本願発明の効果が少なくなり、０．３ｍｍより高くなると、後述するように製造工程において作業性に影響するため、０．１～０．３ｍｍがより好ましい。
次に、図３に基づいて、本実施の形態に係る、メタルマスクの製造方法について説明する。
まず、部品収納部１３と補強構造１４に対応する形状と配置で、凹部Ｄが形成されたメッキ基材Ｓを準備する（図３（ａ））。メッキ基材Ｓの厚さは、約３～５ｍｍであり、少なくとも凹部Ｄの最大深さ、ずなわち、部品収納部１３の高さと、補強構造１４の高さの和より厚くする必要がある。なお、本実施の形態において、凹部Ｄは、機械加工またはエッチングにより形成されている。
凹部Ｄのうち、補強構造１４に対応する部分は、メッキ基材Ｓからメタルマスク１を分離するときに、スムーズに剥離できるように、深くなりすぎず適正な深さに設定される。具体的には、０．３ｍｍ以下が好ましい。
次に、メッキ基材Ｓの表面を、バフ研磨やアルカリ脱脂、酸洗浄などを処置して適正に整面し、フォトリソグラフィ法で印刷用開口１２に対応する形状とパターンで、レジストＲのパターンを形成する（図３（ｂ））。
次に、ニッケルめっき浴で、メッキ基材Ｓ上に、ニッケルメッキ皮膜を０．０５～０．３ｍｍ成長させて、メタルマスク１の各部位を形成する（図３（ｃ））。本実施の形態では、電流量によりメッキ速度を制御することができ、短時間で設計された厚さのニッケルメッキ皮膜が形成できる、電気ニッケルメッキを用いた。
次に、ニッケルメッキ皮膜を、メッキ基材Ｓごとレジスト剥離液に浸漬させて、レジストＲを除去する（図３（ｄ））。本実施の形態では、レジスト剥離液は苛性ソーダを使用した。
次に、メッキ基材Ｓから、メタルマスク１を剥がして分離する（図３（ｅ））。
最後に、スクリーン枠にメタルマスク１を張設することで、メタルマスク印刷版（図示略）として使用可能になる。
次に、本実施の形態に係る、メタルマスク１の作用について、図４を参照しながら説明する。
メタルマスク１を、所定の張力でスクリーン枠に張設したとき、メタルマスク１および部品収納部１３には、枠辺に沿って縦方向の力ＦＬ、横方向の力ＦＴが加わる。
メタルマスク１を、所定の張力でスクリーン枠に張設したとき、メタルマスク１および部品収納部１３には、枠辺に沿って縦方向の力ＦＬ、横方向の力ＦＴが加わる。
ＦＬ、ＦＴは互いに垂直な方向に向いており、これらが合成されて斜め方向の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４となる。ここで、本実施の形態のように、部品収納部１３の上面の略対角方向に沿って補強構造１４が形成されている場合、斜め方向の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４と略同方向になるため、これを有効に緩和して、部品収納部１３の上面の歪みの発生を抑制する。
この発明によれば、メタルマスク１をスクリーン枠に所定の張力で張設したときに、部品収納部１３に加わる力が、補強構造１４によって緩和されるため、部品収納部１３の歪みや破損を抑制するとともに、印刷精度の低下を防止することが可能である。
また、部品収納部１３に加わる力に沿って補強構造１４が形成されているため、有効に力を緩和して、さらに部品収納部１３の歪みや破損を抑制するとともに、印刷精度の低下を防止することが可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本願発明の範囲は以上の実施の形態に限られるものではなく、これと同視しうる他の形態に対しても及ぶ。
例えば、図５の補強構造２４のようにＸ字形状に対してさらに形状を加えることで、効果を向上させることが可能となる。
一方で、図６のように、横一本（図６（ａ））、縦一本（同（ｂ））、十文字（同（ｃ））のように、本実施の形態とは異なる簡易的な形態であっても、一定の効果は得られる。さらに、線を円形状や四角形状にし、両端をつないでドーナツ形状や枠形状にしてもよい。
また、補強構造１４は、必ずしもスキージ面に突出している必要はなく、図８の補強構造８４の様に、部品収納部８３の内側に向かって窪んだ形状をしていても良い。
さらに、平板部１１と部品収納部１３は、必ずしも同時に一体的に成型する必要はなく、別々に成型したものを、溶接や接着剤などの手段で接合してもよい。
また、本実施の形態では、補強構造１４は、部品収納部１３の上面に形成されていたが、これに限らず、上面と側面を含む部品収納部の面の一部または全部に形成しても効果がある。例えば、図７（ａ）は、部品収納部６３の側面に、平板部１１と水平方向に補強構造６４を形成した場合であり、図７（ｂ）は、部品収納部７３の側面に、平板部１１に垂直方向に、補強構造７４を形成した場合である。この場合でも、もちろん本実施の形態に係る図１や、図５、６の形態と組み合わせることも可能である。
１ メタルマスク
１１ 平板部
１２ 印刷用開口
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３ 部品収納部
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４ 補強構造
１１ 平板部
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Claims (4)
- 金属製の薄板である矩形状の平板部と、
前記平板部の面内に、印刷パターンに対応した形状と配置で形成された複数の印刷用開口と、前記印刷用開口が形成されていない領域のスキージ面側に、略直方体の窪み状に形成された部品収納部と、前記部品収納部の面に形成された補強構造と、
を備えることを特徴とする、メタルマスク。 - 請求項２に記載の発明は、前記補強構造は、前記部品収納部の上面または側面の一部または全部に形成されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載のメタルマスク。 - 前記補強構造は、その一部または全部が、該補強構造が形成されている前記部品収納部の面の略対角方向に沿って線状に形成されている、
ことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のメタルマスク。 - 前記補強構造は、前記平板部のスキージ面側に形成されている、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のメタルマスク。
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