JP2758302B2 - スクリーニングマスク、スクリーニング方法及び導体パターンの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペーストを薄いシート
材料上へスクリーニングするための装置に関する。更に
詳細には、好ましい実施例において本発明は、セラミッ
クエレクトロニクス・パッケージング基板上のスクリー
ニングされた導体間の短絡を減少させるための、選択的
タブ配置を有する改良されたスクリーニングマスクに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路半導体パッケージ構造体用の多
層セラミック（multilayer ceramic、ＭＬＣ）基板の製
造において、樹脂バインダー、粒子状セラミック材料、
溶剤及び可塑剤を含むスラリーをドクターブレードする
ことによって、複数のグリーンセラミックシートが形成
される。ドクターブレードされたシートは乾燥されて、
適切な大きさのシートに切断される。次に、シートを貫
通する電気的相互接続を形成するためのバイア孔があけ
られる。孔内及びシート表面の配線パターン内に導電性
のペーストが付着され、シートが積重ねられて積層（ラ
ミネーション）された後、このアセンブリは焼結温度で
焼かれる。最終生成物の一例は、米国特許第４、２４
５、２７３号に開示されている。このような基板は数ダ
ース以上の個々の層を有することができ、各層は特有の
パターンを有する。パターンには、個々のバイア孔を充
満するメタライゼーション（金属被覆）、バイア孔を相
互接続する薄い導電ライン、外部層上のバイア孔を包囲
するパッド、及び電力又は接地パターンを形成する大型
導電領域が含まれる。

【０００３】グリーンセラミックシート上の導電ペース
トの付着は、各層毎に特有の開孔パターンを有する薄型
金属マスクを介してペーストを押し出すことによって実
行されるのが典型的である。更に詳細には、グリーンシ
ートのメタライゼーションはスクリーニングノズルによ
って行われ、ノズルがグリーンシートと接触して金属マ
スクを横切りながら金属化ペーストを押し出すことによ
って達成される。このスクリーニングプロセスは、米国
特許第４、３６２、４８６号に開示されたようなマシー
ンにおいて自動化することができる。

【０００４】先行技術のスクリーニングマスクは、ペー
ストを基板上へ付着するために選択的にパターン形成さ
れたメッシュスクリーニングを使用した。テクノロジー
の進歩によって、より高密度の基板パターン及びより微
細な導電ラインが必要とされ、比較的大きいスクリーン
メッシュに起因する微細導電ラインの欠損のため、メッ
シュスクリーンマスクはペースト付着にとって適切では
ないとされた。この問題は、所望の基板パターンを表示
する開口パターンを有する金属スクリーニングマスクの
開発によって解決された。しかしながら、このようなマ
スクは十分な構造上の支持を持たず、パターンを架橋す
るタブの追加によって補強する必要がある。このような
タブの使用は、カッチ(Kutch) らの”IBM Technical Di
sclosureBulletin, Vol. 12, No. 12, 1970年 5月, 207
3-2074 頁”及びバーン(Byrne)の”IBM Technical Disc
losure Bulletin, Vol. 18, No. 4, 1975 年 9月, 1035
頁”に開示されている。エッチング技法を使用するこの
ようなマスクの製造方法は、ギブニー(Gibney)らの”IB
M Technical Disclosure Bulletin, Vol. 19, No. 3, 1
976 年 8月, 930-931 頁”及びギブニー(Gibney)らの”
IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 19, No. 5,
1976 年10月, 1790-1971 頁”に開示されている。薄膜
エレクトロルミネセント表示パネルの製造用のスクリー
ニングマスクにおける補強タブの使用は、米国特許第
４、６１５、７８１号及び第４、７１５、９４０号に開
示されている。上記参考文献に記載された型のマスクを
横切ってペーストがスクリーニングされるとき、ペース
トはマスクによって画定されたパターン内へ圧入され
る。タブの厚さはマスクの厚さより薄く、ペーストはタ
ブ下方へ圧入されて基板上に連続導電パスを形成する。

【０００５】近接するライン及びバイア間隔を有する多
層基板の製造上で認められない問題は、既に近接してい
る間隔を減少させる、ラミネーション及び焼結プロセス
の間のスクリーニングペーストの延展である。その結
果、完成した基板は、ライン間又はラインとバイアとの
間に容認できない耐電圧能力を有するであろう。またあ
る場合には、これらの構造体の間に短絡が存在する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先行技術の認められな
い問題は、選択的厚さの導電ペーストの付着を考慮に入
れたスクリーニングマスク及び方法が必要であることを
示している。従って、本発明の目的は、選択的厚さの導
電ペーストの付着のために、選択的タブ配置を有するス
クリーニングマスクを提供することである。

【０００７】更に本発明の目的は、選択的タブ配置がマ
スクの構造上の支持も提供するようなマスクを提供する
ことである。

【０００８】また更に本発明の目的は、得られる基板の
電気的性能を低下させることなく、導電ペーストの選択
的付着を可能にするマスクを提供することである。

【０００９】更に、本発明のもう１つの目的は、本発明
の選択的タブ配置スクリーニングマスクを使用する選択
的ペースト付着方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明のこれら
及び他の目的に従って、パターンを基板へ転写するため
のスクリーニングマスクが提供される。マスクには、ス
クリーニング操作の間マスクを固定するためのボーダ
（縁部）が含まれることが好ましい。第１スクリーニン
グ表面はスクリーニングペーストを含むデバイスと接触
するよう構成され、第２スクリーニング表面は基板と接
触するように適合される。マスクには、第１表面から第
２表面へ延長する開孔形状のパターンが含まれる。マス
クのパターンは、所定距離以下の距離によって隔てられ
た開口形状を含む。所定距離以下の距離によって隔てら
れた開口形状の欠陥は、これらの開口形状の領域に、よ
り薄いペーストを選択的に付着することによって防止す
ることができる。電子基板の製造に使用されるスクリー
ニングされたグリーンセラミックシートでは、所定距離
以下の距離によって隔てられた開口形状を通って付着さ
れたペーストは、ラミネーションプロセスの間に延展
し、完成基板に短絡の問題を生じる。所定距離以下の距
離によって隔てられた開口形状に近接するタブは、開口
形状を架橋し、選択的により薄いペーストを付着するの
を手助けする。

【００１１】本発明はまた、電子基板に導体のパターン
を形成するためのスクリーニングマスクを提供する。マ
スクの周縁部には、自動スクリーニングマシーンのよう
なスクリーニング装置へマスクを固定するための手段が
含まれるのが好ましい。第１の平坦な表面は周縁部で終
結し、スクリーニングマシーンのペースト射出ノズルと
接触するように適合される。第２の平坦な表面は周縁部
で終結し、マスクがスクリーニングマシーンのスクリー
ニング位置に配置されるときにスクリーニング基板と接
触するように適合される。マスクの厚さを通って第１表
面から第２表面へ延長するパターンは、基板上に形成さ
れるべき導体パターンを画定する。マスクパターンの複
数の開口形状は、最小中心距離以下の距離を有する。こ
の最小中心距離以下の距離だけ隔てられた開口形状によ
って、ラミネーションプロセスの間にペーストが延展し
て最終生成物に短絡を生じるので、欠陥のある導体の付
着が引き起こされる。しかしながら、本発明によると、
第１表面のタブが、最小中心距離以下の距離を有する複
数の開口形状を架橋する。タブの厚さはマスク厚より薄
く、スクリーニング位置においてタブ及び基板はスクリ
ーニングペースト開孔を画定する。

【００１２】また本発明は、パターンがその上にスクリ
ーニングされるべき基板部分に対して、パターンを画定
する開口形状を有するマスクを配置することを含む、基
板上へパターンをスクリーニングするための方法を提供
する。マスクは開口形状を架橋するタブを含み、タブは
所定距離以下の距離だけ隔てられた開口形状へ近接す
る。開口はタブと基板との間でマスク及び基板によって
画定される。次に本発明の方法は、マスク上及び開孔形
状内へペーストをスクリーニングし、パターンを基板へ
転写することを含む。得られた基板パターンは、タブの
ない領域における厚さよりもタブのある領域の厚さのほ
うが薄い。

【００１３】

【実施例】図面についてより詳細に説明する。特に本発
明の図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照すると、本発明に
従うマスク１０が示されている。マスク周辺領域のボー
ダ１１は、好ましくは、スクリーニング操作の間マスク
１０をスクリーニング装置へ固定するための手段を含
む。図示される実施例では、ボーダ１１はフレーム１５
へ接着剤によって固定される。そして、クランプ１８の
ホール２０内に嵌め込まれたスクリーニング装置のテー
パ・ピン上へフレーム１５を配置することによって、フ
レーム１５はスクリーニング装置へ固定される。このシ
ステムのアライメントについては、以下に更に説明され
る。マスクをスクリーニング装置へ直接固定するための
形状を組込んだボーダを有するマスクもまた、本発明の
範囲内にある。しかしながら、フレーム１５の使用によ
って、薄いマスクが使用される際、より頑丈な界面がス
クリーニング装置へ提供される。マスクの第１の平坦な
表面１２はボーダ１１で終結し、米国特許第４、３６
２、４８６号で開示されるスクリーニング装置のペース
トノズルのようなスクリーニングペーストを含むデバイ
スと接触するよう構成される。第２の平坦な表面１３も
またボーダ１１で終結し、スクリーニング装置のスクリ
ーニング位置にマスクが配置されたときに基板３１と接
触するように適合される。

【００１４】パターン１４は、第１の平坦な表面１２か
ら第２の平坦な表面１３へマスク１０を厚さ方向に貫通
して延長する複数の開孔形状からなる。既に説明したよ
うに、パターンは、バイア及びパッド、信号ライン、又
は電力及び接地メタライゼーションのような、グリーン
シートへ転写されるべき導体パターンを画定する。

【００１５】記載された電子的応用の他に、本発明は、
パターンのスクリーニングが実行され狭い形状間隔のた
めに選択的なペースト厚が所望されるどんな他の応用に
おいても使用することができる。電子基板の応用におい
て、多数のマスク形状は、複数の基板のラミネーション
及び焼結においてペーストが延展するために生じる短絡
又は電圧破壊の問題を防止するのに十分な間隔を有す
る。しかし、多くの開口形状は、より狭い所定距離によ
って隔てられている。この距離の下では、スクリーニン
グされた基板のラミネーションの際、導体の延展が短絡
及び電圧破壊の問題を引き起こす。

【００１６】マスク形状の例は、図２（Ａ）〜図２
（Ｄ）に示されている。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、
バイアを包囲する導電ライン及びパッドを含む電子基板
の外部層へ転写されるべきパターンを説明している。こ
の場合、所定距離以下の距離によって隔てられた開口形
状は、導電ライン及びパッドで終結するラインを画定す
る。所定距離とは、介在する金属ウェブの幅に対応する
開口間の距離である。有効な間隔は、隣接する開口形状
の中心間の中心距離としても特徴付けられる。隣接する
開口の各幅の半分が加算された所定距離である中心距離
は、開口形状間の許容される所定距離に基づいて派生さ
れる。開口形状間隔を説明する際に、この用語を使用す
るのが便利なことが多い。図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）
は、導電ライン及びバイアを含む電子基板の内部層へ転
写されるべきパターンを説明している。この場合、所定
距離以下の距離によって隔てられた開口形状は導電ライ
ン及びバイアを画定する。

【００１７】内部層の開口形状の場合、例えば、図２
（Ｄ）の”ａ”のような所定距離は、約０．００４０〜
０．００７３インチ（０．１０〜０．１９ミリメート
ル）の範囲にある。外部層上の形状の場合、例えば、図
２（Ｂ）の”ｃ”のような所定距離は、約０．００２５
〜０．００７３インチ（０．０６〜０．１９ミリメート
ル）の範囲にある。好ましいライン幅は、０．００２〜
０．００５インチ（０．０５〜０．１３ミリメートル）
の範囲内である。別の言い方をすると、例えば、図２
（Ｃ）の”ｂ”のような最小中心距離は、全ての層につ
いて、約０．００８〜０．０１２インチ（０．２０〜
０．３０ミリメートル）の範囲内である。また将来は、
ライン幅の減少が達成されて、大幅に小さくなるであろ
う。

【００１８】既に記載したように、間隔が近接した微細
形状を生成するために現在使用されているマスクへ構造
上の剛性を提供するためには架橋タブが必要である。本
発明において、開口形状を架橋するタブは、所定距離以
下の距離だけ隔てられたこれらの開口形状に近接して配
置される。タブは第１表面１２上に配置され、第２表面
１３へ向かって延長するが、マスク厚全体よりも薄い厚
さを有する。もし所定距離以下の距離を有する開口形状
を架橋するこれらのタブによって十分なマスク支持が提
供されなければ、追加のタブを提供することが可能であ
る。

【００１９】図２（Ａ）から図２（Ｄ）を参照すると、
マスクの導体イメージセクション上のタブ配置の例が示
されている。図２（Ａ）では、ライン２３はパッド２１
と接続し、パターンはライン３５と平行に走る。タブ２
２はこれらの開口形状に近接して選択的に配置される。
図２（Ｂ）では、ライン２６はパッド２５で終結し、こ
の開口形状の一部はライン２４から所定距離以下の距離
に配置されている。タブ２２は、所定距離以下の距離だ
け隔てられたこれらの形状部分に近接して配置される。
図２（Ｃ）では、ライン２８及びバイア２７が所定距離
以下の距離だけ隔てられている。タブ２２はこれらの形
状に近接して配置される。図２（Ｄ）では、ライン３０
はライン２９から所定距離以下の距離だけ隔てられた部
分を有する。タブ２２は、これらのラインが所定距離以
下の距離だけ隔てられたところに配置される。

【００２０】図３を参照すると、図２（Ａ）に表示され
たマスク形状の断面図が示されている。マスク１０は、
基板３１に当接する基板接触位置内にある。図２（Ａ）
において、パターン領域を形成するパッド２１、タブ２
２、及びライン３５を除くマスクの周辺部分は、全体の
マスク厚を有する。かかる全マスク厚を有するマスクの
周辺部分は、基板３１と接するが、図３にはマスク１０
の周辺部分が基板３１と接する様子が示されていない。
しかし、図３にはパターン領域を有しないマスク１０の
部分が、基板３１と接しているとして、パターン領域の
マスクの部分だけが示され、全マスク厚が"ｅ"と表され
ている。マスク１０は、タブ２２と基板３１との間の開
口内に、スクリーニングペースト開孔３３を画定する。
図面からわかるように、パターン領域（図１の１４）の
タブ厚はマスク厚”ｄ”は、マスク厚"ｅ"よりも薄く形
成されている。図示された実施例では、開口３３は約
０．００１５インチ（０．０３８ミリメートル）の高
さ”ｆ”を有し、全体のマスク厚"ｅ"は、約０．００３
５インチ（０．０８９ミリメートル）である。スクリー
ニング操作の間、導電ペーストは開口３３を介して圧入
され、タブ下方のエリアにペースト３２の厚さがより薄
い部分３４を形成する。好ましい実施例において、スク
リーニングされたペーストの通常の厚さは０．００１５
インチ（０．０３８ミリメートル）であり、タブ下方の
より薄い厚さは０．０００８インチ（０．０２ミリメー
トル）である。このペースト厚のより薄い部分は、電気
信号の導電性に適切な抵抗を提供し、セラミックグリー
ンシートを組込んだ基板から製造される電子装置システ
ムの操作性を低下させることがない。

【００２１】図１（Ａ）に示される実施例では、マスク
は、モリブデン又はニッケルめっきされた銅から成るグ
ループから選択される金属から、エッチングによって製
造されるのが好ましい。フレーム１５は、スクリーニン
グマシーンに取付けられたときに構造上の完全性を保持
するのに十分な厚さを有する。図１（Ｂ）に示される厚
さはかなり誇張されており、マスクのスクリーニング部
分はフレームよりも極めて薄い。

【００２２】マスク１０がマスクフレーム１５へ接着さ
れるとき、マスクをフレームと位置合わせするために接
着前に、マスクはホール１６及びフレームホール１７を
介して取付け具に取付けられる。最終アライメント調整
は、他のフレームホール１９とクランプホール２０との
間の直径差異を用いて行われる。クランプホール２０は
スクリーニングマシーンのテーパ・ピンと係合し、マス
クをスクリーニング位置に取り付ける。

【００２３】スクリーニング操作の第１工程は、スクリ
ーニングマシーンのスクリーニング位置にグリーンシー
トのような電子基板を提供することである。本発明のス
クリーニングマスクは、次に基板と接触して配設され
る。次に、導電ペーストがマスクを横切ってスクリーニ
ングされ、マスクパターンを基板へ不均一に転写する。
スクリーニングされた導体が、マスクのタブされた部分
に対応するグリーンシート部分において、厚さのより薄
い導体領域を有するという点で、転写は均一ではない。
既に述べたように、タブは、所定間隔以下の間隔を隔て
た形状と近接して提供され、他のエリアでは必要に応じ
てマスクの構造上の支持を提供する。ペーストがマスク
を介して基板上へスクリーニングされると、マスクは基
板から除去され、基板がスクリーニング位置から除去さ
れ、別の基板がスクリーニング位置に配置される。この
操作は必要なだけ続けられ、連続フロー操作とすること
ができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスクリー
ニングマスクを使用すると、補強タブの選択的配置によ
って、所定距離以下の距離だけ隔てられた形状の上へ付
着するペーストをより薄くすることができる。従って、
ラミネーション操作の間にペーストが少ししか延展しな
いので、短絡及び不適切な耐電圧能力を防止することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明のスクリーニングマスクの平
面図である。 （Ｂ）は、基板をスクリーニングするために配置された
スクリーニングマスクの側面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の選択的タブを有す
るパターンの種々の実施例の詳細図を示す。

【図３】図２（Ａ）の線３−３についての断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ マスク １１ ボーダ １２ 第１の表面 １３ 第２の表面 １４ パターン １５ フレーム １８ クランプ ２０ ホール ２２ タブ ３１ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ウイリアム ダイアンジェロ アメリカ合衆国12524、ニューヨーク州 フィッシュキル、ワッチ ヒル ドライ ヴ 87 (56)参考文献 特開 昭61−152095（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−84469（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41N 1/24 B41F 15/00 - 15/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体パターンを基板上に形成するための
   スクリーニングマスクであって、 スクリーニング装置のペーストノズルと接触する第１の
   平坦な表面と、 前記スクリーニング装置のスクリーニング位置でスクリ
   ーニングされるべき前記基板と接触する第２の平坦な表
   面と、 前記基板上に形成されるべき導体パターンを画定する、
   前記第１の表面から前記第２の表面へマスク厚の方向に
   貫通する複数の開孔形状からなるパターンと、 前記開孔形状の間を所定の距離以下に離間する、全マス
   ク厚よりも薄い厚さを有するタブであって、スクリーニ
   ング位置において前記基板との間にスクリーニングペー
   スト空間を画定するタブとを備え、 前記スクリーニングペースト空間付近でスクリーニング
   された前記基板上のペーストの厚さが、タブが存在がな
   いパターン領域における場合の厚さに比べて薄くなるこ
   とを特徴とするスクリーニングマスク。
2. 【請求項２】 パターンを基板上へスクリーニングする
   ための方法であって、 前記パターンを画定する複数の開孔形状を有するマスク
   を前記基板上の部分に対して配置する工程であって、前
   記マスクは前記開孔形状の間を所定の距離以下に離間す
   る、全マスク厚よりも薄い厚さのタブを含み、前記タブ
   と前記基板との間に空間が画定されるように、マスクを
   前記基板上の部分に対して配置する工程と、 前記パターンを前記基板へ転写するために、ペーストを
   前記マスク上及び開孔形状内へスクリーニングする工程
   であって、前記パターンは前記タブのない領域における
   厚さよりもそのタブが存在する付近の領域の厚さのほう
   が薄くなるように、ペーストを前記マスク上及び開孔形
   状内へスクリーニングする工程と、 を含むスクリーニング方法。
3. 【請求項３】 導体のパターンを基板上に形成するため
   の方法であって、 前記基板を提供する工程と、 前記基板と接触してスクリーニングマスクを配置する工
   程であって、前記マスクは導体領域を画定する複数の開
   孔形状からなる前記パターンを有すると共に、前記開孔
   形状の間を所定の距離以下に離間する、全マスク厚より
   も薄い厚さのタブを含むスクリーニングマスクを配置す
   る工程と、 前記パターンを前記基板へ不均一に転写するために前記
   マスクを横切って導電ペーストをスクリーニングする工
   程であって、スクリーニングされた導体は、前記所定の
   距離以下に離間している複数の開孔形状に対応する複数
   の導体領域において、他の前記基板上の導体領域よりも
   少ない導体厚を有するように導電ペーストをスクリーニ
   ングする工程と、 前記基板から前記マスクを除去する工程と、 を含む導体パターンの形成方法。