JP2850439B2

JP2850439B2 - スクリーン印刷方法

Info

Publication number: JP2850439B2
Application number: JP2027502A
Authority: JP
Inventors: 章二佐藤; 一美石本; 豊牧野; 統夫川端
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH03231884A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、スクリーン印刷方法に関し、詳しくは、
配線回路板等の精密電子部品の製造工程におけるハンダ
ペーストのパターン形成等に利用されるスクリーン印刷
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

配線回路板の製造工程において、ハンダペーストや導
電ペースト、レジスト材料等のパターン形成を能率的に
行う方法として、スクリーン印刷法が採用されている。
具体的には、例えば、スクリーン印刷法で配線回路基板
にハンダペーストをパターン形成した後、ハンドペース
トの上に必要な電子部品を載せ、いわゆるリフローによ
り溶融させたハンドペーストで電子部品を配線回路に接
続搭載することが行われている。

スクリーン印刷法で用いられる印刷スクリーンとして
は、一般に、ステンレス等の金属薄板にパターン状の貫
通孔が形成されたものからなる、いわゆるメタルスクリ
ーンと、金属線のメッシュにパターン状のエマルジョン
層が形成されたものからなる、いわゆるメッシュスクリ
ーンがある。

第６図は、従来のメタルスクリーンを用いた印刷法を
模式的に示しており、配線基板等の被印刷体１と印刷ス
クリーン２を重ねた状態で、印刷スクリーン２上に供給
された印刷剤４をスキージ３で引きのばして、印刷スク
リーン２の版面の貫通部2aに塗布充填していく。

印刷スクリーン２の版面全体に印刷剤４が塗布された
後、被印刷体１を下方に引き下げるか、逆に印刷スクリ
ーン２を上方に持ちあげるかして、被印刷体１と印刷ス
クリーン２を垂直方向に引き離すと、印刷剤４は印刷ス
クリーン２の版面から抜け出して被印刷体１の表面に移
行し、被印刷体１の表面に所望の印刷パターンが形成さ
れる。

第８図は、従来のメッシュスクリーンを用いた印刷法
を模式的に示しており、前記方法と異なるのは、印刷ス
クリーン２と被印刷体１の間に隙間をあけておき、スキ
ージ３で印刷スクリーン２を押し下げ、印刷スクリーン
２を弾力的に変形させて被印刷体１の表面に押し付け、
この状態でスキージ３を水平方向に移動させて、印刷剤
４を印刷スクリーン２の版面に塗布する。版面の貫通部
2aに充填された印刷剤４は、スキージ３が通過したあと
順次上方に復帰する貫通部2aから抜け出して被印刷体１
の表面に移行する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記した従来のスクリーン印刷法において
は、メタルスクリーンを用いた場合には印刷剤の版抜け
が悪いとともに、印刷スクリーンと被印刷体が離れ難い
という問題があり、メッシュスクリーンを用いた場合に
は印刷スクリーンの耐久性が低下して寿命が短くなると
いう問題がある。

まず、メタルスクリーンを用いる従来方法の問題点を
説明する。版抜けとは、第７図において、印刷剤４が印
刷スクリーン２の版面に残らず確実に被印刷耐１の表面
に移行できるかどうかを意味し、従来のメタルスクリー
ンを用いた印刷法では、印刷剤４が版面に残ったままに
なり、被印刷体１の表面に形成される印刷パターンの一
部が欠けたり、精度が悪くなるという問題があるのであ
る。

このような問題が生じるのは、第７図に示すように、
印刷スクリーン２の貫通部2aに印刷剤４を充填した状態
で、印刷スクリーン２と被印刷体１を垂直方向に引き離
すと、印刷剤４と被印刷体１の間で互いの接触面に働く
付着力により、印刷剤４が被印刷体１側に移行する。こ
のとき、印刷剤４と印刷スクリーン２の貫通部2aの周側
壁との間には、接触面に沿って、ずれに対する抵抗力が
働く。この、ずれに対する抵抗力が印刷剤４と被印刷体
１の間の付着力よりも大きい場合には、印刷剤４が印刷
スクリーン２側に残ったままになる。従来の方法では、
印刷剤４の周側壁と印刷スクリーン２の貫通部2aの間に
作用するずれ抵抗力はかなり大きく、印刷剤４と被印刷
体１の接触面での付着力よりも大きくなる場合が生じ、
その結果、メルスクリーン２側への印刷剤４の残存、す
なわち版抜け不良が起こるのである。印刷スクリーン２
の版面パターンが微細で高精度になるほど、貫通部2aの
底面積よりも周側面積のほうが広くなり、前記ずれ抵抗
力が付着力よりも大きくなるので、細密なスクリーン印
刷を行うほど、前記版抜け不良の問題が重大になる。

また、前記のように、印刷スクリーン２と被印刷体１
が全面で接触した状態から、そのまま垂直方向に引き離
そうとすると、印刷スクリーン２と被印刷体１の接触面
全体の付着抵抗力が作用するので、印刷スクリーン２と
被印刷体１が離れ難く、被印刷体１が印刷スクリーン２
の裏面に付着したままになってしまうという問題も生じ
る。

メッシュスクリーンを用いる従来方法では、スキージ
３で印刷スクリーン２の貫通部2aに塗布充填された印刷
剤４が、その部分の印刷スクリーン２が傾斜状態で順次
被印刷体１の表面から離れることにより、スムーズに被
印刷体１側に移行するので、比較的、版抜けが良く、印
刷スクリーン２と被印刷体１の分離もスムーズに行われ
るという利点がある。ところが、この方法では、印刷剤
４の塗布工程中、スキージ３を常に印刷スクリーン２に
強く押しつけながら、印刷スクリーン２の表面を擦るよ
うに移動させるので、印刷スクリーンには、常に引張荷
重がかかった状態になる。そのため、印刷スクリーンの
傷みが激しく、耐久性が低下し、寿命が短くなるという
問題がある。しかも、印刷スクリーンをスキージで変形
させたまま印刷を行うので、印刷スクリーンの版面パタ
ーンが変形して、印刷精度が低下し、高精度のスクリー
ン印刷を行うことができないという問題もある。

そこで、この発明の課題は、印刷スクリーンの耐久性
や寿命を低下させることなく、印刷剤の版抜けを良好に
して、高精度なスクリーン印刷を実現することのできる
スクリーン印刷方法および装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明のスクリーン印刷方法
は、配線回路板の製造工程において、所定位置に位置決
め固定された被印刷体に対し、所定の貫通部を有する印
刷スクリーンを接触させ、印刷スクリーン上方に設けた
スキージの移動により印刷スクリーン上のはんだペース
ト、導電ペースト、レジスト材料等のパターン形成用印
刷剤を前記被印刷体の所定位置に印刷するスクリーン印
刷方法であって、所定位置に位置決め固定された被印刷
体と印刷スクリーンとを、互いに接触させる第１工程
と、スキージが前記印刷スクリーンに当接し移動しなが
らパターン形成用印刷剤を被印刷体に印刷する第２工程
と、前記第２工程終了後、前記スキージが前記印刷スク
リーンに当接した状態のまま、印刷された被印刷体と印
刷スクリーンを相対的に離れる方法に移動させる第３工
程とを備えている。

〔作用〕

被印刷体の表面と印刷スクリーンの下面がほぼ同一面
になるように配置して、印刷スクリーンの版面に印刷剤
を塗布充填するのは、従来の通常のメタルスクリーンを
用いたスクリーン印刷法で行われている方法であり、印
刷スクリーンを変形させることなく平坦な状態で印刷剤
の塗布を行うので、高精度な印刷パターンか形成でき
る。また、スキージの移動中、印刷スクリーンが変形さ
せられないので、印刷スクリーンの傷みも少ない。

つぎに、印刷スクリーンを介して被印刷体にスキージ
を押し当てたまま、被印刷体と印刷スクリーンを互いに
離れる方向に移動させると、印刷スクリーンの版面内部
に充填されていた印刷剤は、版面から容易に抜け出し
て、被印刷体側にスムーズに移行する。

上記作用を詳しく説明する。印刷スクリーンと被印刷
体を引き離そうとすると、スキージが押し当てられた個
所では被印刷体と印刷スクリーンが当接したまま、スキ
ージから離れた場所では被印刷体と印刷スクリーンが離
れて一定の間隔をとろうとするので、印刷スクリーン
は、スキージの当接個所から両側が斜め上方に向かって
傾斜し、逆へ字状になる。

印刷スクリーンの版面では、貫通部も斜めに変形して
被印刷体の表面から離れる。貫通部が傾斜していると、
貫通部とその内部に充填された印刷剤は、まず貫通部の
一方の周側壁が印刷剤から離れた後、徐々に反対側の周
側壁に向かって印刷剤から離れていくことになる。した
がって、周側壁と印刷剤の間に作用する抵抗力は、周側
壁の全面で同時に、貫通部と印刷剤の接触面が平行にず
れるようにして離れなければならない従来の方法に比べ
て、この発明のほうがはるかに小さくなる。

また、貫通部が傾斜していると、周側壁と印刷剤の間
に作用する抵抗力は、接触面と平行な方向のずれ抵抗力
よりも、接触面に垂直な方向の付着抵抗力が主になる。
一般に、ふたつの物体を接触面と平行な方向にずらそう
とする場合のずれ抵抗力よりも、接触面を垂直もしくは
斜め方向に引き離す場合の付着抵抗力のほうが、はるか
に小さいことが判っている。いたがって、この発明の方
法では、印刷剤と貫通部の周側壁の間に作用する抵抗力
が、従来の方法よりも格段に小さくなる。その結果、印
刷剤が貫通部に取り残されることなく、被印刷体の表面
に確実に移行することになる。

以上に述べたような作用により、この発明の方法で
は、印刷スクリーンの版面の貫通部と印刷剤との間に作
用する抵抗力が小さくなり、その結果、印刷剤が貫通部
から容易に抜け出して、被印刷体側に移行できることに
なり、いわゆる型抜けが良好になる。

〔実施例〕

ついで、この発明の実施例を、図面を参照しながら以
下に説明する。

第２図はスクリーン印刷装置の概略構造を示してお
り、配線回路基板等の被印刷体10が送られてくる搬送路
20の上方に、スクリーン枠40に張られた印刷スクリーン
42が設けられている。印刷スクリーン42は、ステンレス
の薄板やメッシュ等からなり、所望の印刷パターンに対
応する貫通部44を有する版面が構成されている。すなわ
ち、この発明では、メタルスクリーンとメッシュスクリ
ーンの何れを用いてもよい。

搬送路20の途中で印刷スクリーン42の下方には昇降基
台30が設けられている。昇降基台30は、駆動モータ36の
垂直なねじ軸34にねじ込み支持されており、駆動モータ
36を回転駆動することによって、昇降基台30が上下に昇
降するようになっている。昇降基台30の昇降機構は、上
記した駆動モータ36およびねじ軸34による機構以外に
も、通常の機械装置で利用されている各種の昇降機構が
採用できる。昇降機構は、NC制御等により昇降位置を精
密に設定できるようにしておくのが好ましい。昇降基台
30の上面には、被印刷体10を載置するための収容凹部32
が設けられている。収容凹部32の中央は、少し凹んでい
て、その中に蛍光灯等の通常の照明手段からなる照明源
72が設けられている。この照明源72は、後述する印刷ス
クリーン42の撮像検査に用いるものであり、必要がなけ
れば設けなくてもよい。

印刷スクリーン42の上方には、駆動モータ64により回
転駆動される水平方向のねじ軸62に、移動台60がねじ込
み取り付けされている。駆動モータ64を回転駆動するこ
とにより、移動台60が印刷スクリーン42の上方を一方の
側方から他方の側方まで移動する。移動台60の移動機構
は、通常の機械装置で利用されている各種の移動機構に
変更することができる。移動機構をNC制御等で制御すれ
ば、後述する撮像手段やスキージ50の移動を精密に制御
することができ、印刷品質の向上に好ましい。

移動台60の下方には、伸縮自在な支持軸52を介して、
ゴム等からなるスキージ50が取り付けられている。支持
軸52の伸縮機構は、シリンダ等の通常の伸縮機構が用い
られる。スキージ50は、通常のスクリーン印刷で用いら
れているものと同様の形状および構造のものが使用でき
る。

移動台60の下方には、スキージ50とは別の位置に、水
平方向に伸びる支持腕66を介して、撮像手段となるライ
ンセンサ70が取り付けられている。ラインセンサ70は、
直線状に並んだ撮像素子で、線状範囲の画像情報を一度
に撮像できる装置であり、通常の工業検査等で利用され
ているものと同様のラインセンサが用いられる。ライン
センサ70は、下方に向けて取り付けてあり、印刷スクリ
ーン42の版面を撮像できるようになっている。ラインセ
ンサ70は、電気配線76を介して、マイクロコンピュータ
等からなる画像解析装置74に接続されている。画像解析
装置74は、ラインセンサ70で撮像された画像情報を解析
して、印刷スクリーン42の版面の良否を判断し、その検
査結果を表示器に表示したり、外部機器に出力したりす
る。撮像手段としては、ラインセンサ70以外にも、面状
範囲の画像を同時に撮像できる面センサやテレビカメラ
等、通常の工業検査に利用されている各種撮像手段に変
更できる。但し、印刷スクリーン42の検査を行う必要が
ない場合には、ラインセンサ70等の撮像手段や画像解析
装置74は必要ない。

第１図および第３図〜第５図は、上記のような構造の
装置を用いるスクリーン印刷方法を示している。

まず、第３図に示すように、搬送路20の上を運ばれて
きた被印刷体10が、昇降基台30の収容凹部32に移された
後、昇降基台30が上昇して、被印刷体10が印刷スクリー
ン42の下面に配置される。移動台60の支持軸52が伸び
て、スキージ50が下降し、印刷スクリーン42の上面に配
置される。印刷スクリーン42の上面にハンダペースト等
の印刷剤80を供給し、移動台60を水平移動させると、ス
キージ50が印刷剤80を引きのばしながら、印刷スクリー
ン42の版面パターンにしたがって、貫通部44の内部に印
刷剤80を充填して、被印刷体10の表面に印刷剤80を塗布
していく。

スキージ50が必要な版面部分を通過した後、第１図に
示すように、印刷スクリーン42の上面に当接したスキー
ジ50を、下方に押圧したまま、昇降基台30を予め設定さ
れた任意の量だけ下降させる。そうすると、印刷スクリ
ーン42と被印刷体10が互いに引き離される。印刷スクリ
ーン42のうち、スキージ50の当接個所では、印刷スクリ
ーン42と被印刷体10は接触したままである。したがっ
て、印刷スクリーン42は、逆へ字状に変形して、その頂
点部分のみが被印刷体10と接触することになる。このよ
うな状態で印刷スクリーン42と被印刷体10が離れること
により、印刷スクリーン42の貫通部44から印刷剤80がス
ムーズに抜け出して、被印刷体10の表面に移行する。

第４図は、印刷剤40の移行状態を詳しく示している。
まず、第４図（ａ）に示すように、被印刷体10の表面に
配置された印刷スクリーン42の貫通部44に印刷剤80が充
填される。

第４図（ｂ）に示すように、印刷スクリーン42の下面
と被印刷体10の表面を微小距離ΔH₁だけ離すと、スクリ
ーン枠40に近い側の印刷スクリーン42が傾斜状態で被印
刷体10から離れることになる。そうすると、印刷スクリ
ーン42の貫通部44も、スクリーン枠40に近い側の周側壁
が傾斜した状態（図中、傾斜角度θで示す）になって、
内部に充填された印刷剤80との接触面が離れることにな
る。貫通部44と印刷剤80の接触面が傾斜状態で離れる場
合、接触面における抵抗力は、接触面に沿う方向のずれ
抵抗ではなく、接触面を引き離す際の付着抵抗が主にな
るので、比較的小さな抵抗力しか生じない。

つぎに、第４図（ｃ）に示すように、印刷スクリーン
42と被印刷体10の距離がもう少しΔH₂まで離れると、前
記貫通部44のうち、スクリーン枠40から遠いほうの側壁
も、印刷剤80に対して傾斜状態で離れることになる。こ
の場合も、抵抗力は比較的小さくて済む。このようにし
て、印刷スクリーンン42の貫通部44と内部の印刷剤80と
の分離が行われる。さらに、上記貫通部44よりも内側、
すなわちスキージ50との接触個所に近い側の貫通部44で
も順次同様の作用で貫通部44の周側壁と印刷剤80との分
離が行われる。

その結果、印刷スクリーン42から被印刷体10への印刷
剤40の移行は、個々の貫通部44における印刷剤40との分
離が比較的小さな抵抗力しか受けずにスムーズに行われ
ることになり、複数の貫通部44についても順次抵抗力が
加わるので、瞬間的な抵抗力は非常に小さく、印刷剤40
がスムーズに被印刷体10へと移行することになる。

最終的に、印刷スクリーン42と被印刷体10を離す距離
ΔＨは、上記のような作用で、印刷剤80が被印刷体10の
表面に確実に移行できる程度に設定しておけばよい。

その後、第５図に示すように、スキージ50を上昇させ
れば、印刷スクリーン42は元の平坦な状態に戻り、印刷
スクリーン42と被印刷体10は完全に離れてしまって、貫
通部44と印刷剤80との分離も完了し、被印刷体10の表面
には目的とする印刷パターン82が形成されることにな
る。印刷パターン82が形成された被印刷体10は、昇降基
台30の収容凹部32から取り出されて、搬送路20へ送り出
され、スクリーン印刷工程は終了する。

上記方法では、昇降基台30を移動させて、印刷スクリ
ーン42と被印刷体10を引き離しているが、被印刷体10を
固定しておいて、印刷スクリーン42側を上昇させるよう
にしても、同様の作用が実現できる。

なお、図示した実施例のスクリーン印刷装置では、ス
クリーン印刷が終了した後の印刷スクリーン42を検査し
て、印刷不良の検査を出来るようになっている。すなわ
ち、第２図に示すように、照明源72により、印刷スクリ
ーン42の下面から照明を当てた状態で、ラインセンサ70
を移動台60とともに移動走査させて、印刷スクリーン42
の版面画像を撮像すれば、印刷スクリーン42の変形や、
印刷スクリーン42に残留付着した印刷剤80やゴミ等の汚
れを画像として捉えることができる。この版面画像を画
像解析装置74で解析すれば、印刷スクリーン42の不良個
所を検出したり、印刷不良の発生を検知することができ
る。印刷スクリーン42に不良があったり、版面に印刷剤
80が残留付着していれば、当然、被印刷体10に形成され
た印刷パターン82にも不良があるので、印刷スクリーン
42の版面を検査することによって、間接的に印刷パター
ン82の不良検査が行えることになる。

但し、上記のようなラインセンサ70および画像解析装
置74による印刷スクリーン42の不良検査を行う代わり
に、直接、被印刷体10の印刷パターン82を検査して印刷
不良を検出するようにしてもよい。

以上に説明した、この発明にかかるスクリーン印刷方
法は、前記した配線回路板の製造工程におけるハンダペ
ーストの印刷形成だけでなく、各種電子部品や精密部品
の製造分野において、導電ペーストやレジスト材料その
他の機能性材料をパターン形成する場合にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

以上に述べた、この発明にかかるスクリーン印刷方法
によれば、印刷スクリーンの版面の貫通部にスキージで
印刷剤を充填する段階では、印刷スクリーンの下面と被
印刷体の表面をほぼ同一面に配置しておくので、印刷ス
クリーンの耐久性を損なわず、高精度な印刷パターンが
形成できる。そして、被印刷体と印刷スクリーンを引き
離す際に、スキージで印刷スクリーンの一部を被印刷体
に押しつけておき、印刷スクリーンが傾斜状態で被印刷
体から引き離されるようにしているので、印刷スクリー
ンの貫通部からの印刷剤の型抜けがスムーズに行われ、
印刷剤の残留や印刷パターンの変形損傷を起こすことな
く、被印刷体の表面に良好な印刷パターンが形成される
ことになる。また、印刷スクリーンと被印刷体の分離も
スムーズに行われる。印刷スクリーンを変形させるの
は、印刷剤が被印刷体に移行する際の短い時間であり、
スキージで擦ることもしないので、印刷スクリーンの耐
久性を損なうことはない。

以上の結果、印刷スクリーンの耐久性が向上し、寿命
が大幅に延びるとともに、印刷不良が起き難く、高精度
で品質の優れた印刷パターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる実施例の型抜き途中の工程を
示す断面図、第２図はスクリーン印刷装置の全体構造
図、第３図は印刷剤塗布工程を示す断面図、第４図
（ａ）〜（ｃ）は型抜き作用を説明する模式的断面図、
第５図は型抜き終了段階の工程を示す断面図、第６図は
メタルスクリーンを用いた従来例を示す概略断面図、第
７図は拡大図、第８図はメッシュスクリーンを用いた従
来例を示す概略断面図である。 10……被印刷体、30……昇降基台、42……印刷スクリー
ン、44……貫通部、50……スキージ（塗布手段）、52…
…支持軸、82……印刷パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０５Ｋ 3/34 ５０９Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０９ (72)発明者川端統夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41M 1/12 H05K 3/12 H05K 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】配線回路板の製造工程において、所定位置
に位置決め固定された被印刷体に対し、所定の貫通部を
有する印刷スクリーンを接触させ、印刷スクリーン上方
に設けたスキージの移動により印刷スクリーン上のはん
だペースト、導電ペースト、レジスト材料等のパターン
形成用印刷剤を前記被印刷体の所定位置に印刷するスク
リーン印刷方法であって、所定位置に位置決め固定された被印刷体と印刷スクリー
ンとを、互いに接触させる第１工程と、スキージが前記印刷スクリーンに当接し移動しながらパ
ターン形成用印刷剤を被印刷体に印刷する第２工程と、前記第２工程終了後、前記スキージが前記印刷スクリー
ンに当接した状態のまま、印刷された被印刷体と印刷ス
クリーンを相対的に離れる方向に移動させる第３工程と
からなることを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項２】第３工程において、スキージに最も近い印
刷スクリーンの貫通部が被印刷体から離れるまで、スキ
ージと印刷スクリーンの当接状態を保つことを特徴とす
る請求項１記載のスクリーン印刷方法。