JP3784569B2

JP3784569B2 - 印刷パターン形成方法

Info

Publication number: JP3784569B2
Application number: JP08906899A
Authority: JP
Inventors: 厚鈴木; 優小野田; 久光渡辺; 正夫重田; 実赤沢
Original assignee: シチズンセイミツ株式会社
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000286532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ等の電子部品を搭載する基板に導通パターンを形成する印刷パターン形成部品及びパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ等の電子部品を搭載する基板には導通パターンが形成される。従来の基板は、ベーク材、ガラエポ材、ガラス材、セラミック材等の材質の基板を使ってその基板上に導通パターンを形成する。
【０００３】
この形成方法としては、代表的な作り方として次の２通りの方法が挙げられる。その１つの形成方法は、基板に金属蒸着を施し、エッチングによって導通パターンの形状を形成し、そのパターンの上に導電性の良い金属メッキを施して導通パターンを得る方法である。
【０００４】
ここでのエッチングは、先ず、金属蒸着を施した基板上にレジスト膜を形成し、導通パターン形状を形成したネガフィルム（又はポジフィルム）を使って写真露光方法で導電パターン以外の形状部分のレジスト膜を溶解し、剥離液でもってレジスト膜を完全に除去する。次に、エッチング液でもってレジスト膜の無い部分の蒸着膜を剥離する。そして、最後に、パターン形状に付着しているレジスト膜を除去してパターン形状の蒸着膜を出現させる。
【０００５】
そして、このパターン形状の蒸着膜上に無電解メッキ方法で金属メッキを施して導電性の良い導通パターンを形成するものである。
【０００６】
この方法は、高い温度をかけないのでプラスチック含有の基板等でも製作出来、比較的安いコストで製作出来るものである。しかしながら、パターン幅やパターン間隔等の寸法精度面で温度変化に影響される写真フィルム等を使用すること等から数μｍの誤差範囲に収めるような高精度のパターン形成は難しく、また、パターンの幅やパターン間隔が５０μｍ前後の寸法が求められるような微細パターン形成も難しい。
【０００７】
次に、２つ目の形成方法は、基板上に導電性金属粉を分散したインクでパターンをスクリーン印刷し、焼成工程を経て樹脂分を蒸発させると同時に金属粉を基板上に焼き付け、その焼き付けた金属粉上にメッキを施して導電パターンを得る方法である。
【０００８】
この方法は、高温処理が入るのでセラミック等の材料を使った基板に利用され、樹脂の含有した基板には利用出来ない。この方法は、高度な耐湿性が求められて錆が発生しないパターンや強固なパターンが求められる場合に利用される。しかし反面、印刷方法で行われることからして精度面で良いものが得られず、また、微細なパターンを作ることにも問題がある。
【０００９】
上記したスクリーン印刷でパターンを形成する方法は、従来は次の様にして形成している。その概要を説明する。先ず、スクリーン印刷版の作成は、乳剤を塗ったスクリーン印刷版の上部に導電パターンの形状をしたポジフィルム（又はネガフィルム）を配設し、紫外線を上側より照射する。フィルムの導電パターン形状部の所は紫外線を透過して印刷版に照射し、印刷版の乳剤を溶解する。溶解した乳剤が無い部分はパターン形状に形成され、印刷版に乳剤が付着している部分はパターン形状以外の部分になる。
【００１０】
次に、印刷方法は次の様にして行われる。載品台の上に印刷部品を載置固定する。その上に枠に固定したスクリーン印刷版が印刷部品の印刷面と一定の隙間を持って配設される。印刷版上にインクを載せ、スキージでもって印刷版を押圧しながらインクを掻く。印刷版を押圧しながらインクを掻くと版が撓むと共に、インクが乳剤が付いていないパターン部の編み目から下に押し出されて、印刷部品の印刷面に付着する。印刷版のパターン以外の所は、乳剤が付いているためインクが下に押し出されることはない。
【００１１】
このように、スキージで印刷版を押圧しながら印刷するため、版が伸びたりして寸法が精度良く出ない。また、押圧力のバラツキ、版の撓み量のバラツキ等によってインクの押し出される量にバラツキが発生し、更に、印刷面と版の隙間のバラツキも重なって印刷の厚みや幅、位置等の寸法精度に更なる影響を及ぼし、寸法精度の高いパターンがなかなか得られない。また、特に微細なパターンになってくると、メッシュ線径の影響（通常、最小パターン幅はメッシュ線径の３倍必要と言われている）を受け、今のところ、５０μｍ前後の寸法が要求される微細パターンに適合出来るようなスクリーンメッシュは得られない。また、印刷時にインクのにじみ等も発生すること等からも、微細パターンになってくるとにじみ出たインクが隣接するパターンに接続したりして導電不良等の致命的問題も発生し易い。
【００１２】
更に、近年では、超ＬＳＩ−ＩＣを使った電子部品が非常に多く現れている。そして、軽薄短小化と長寿命化が求められ、精度の良い微細パターン形成が求めらている。
【００１３】
そこで、これらの諸問題及び要望に対応するために、本出願人は次のような２つの対応策を行った。その第１の対応策の概要について説明する。図４は、導通パターンが形成された印刷パターン形成部品の平面図、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図、図６、は図４のＢ−Ｂ線断面図、図７は、導通パターン形状部品の部分拡大断面図である。
【００１４】
図４〜図６において、印刷パターン形成部品１０は、基板１１と、この基板１１に形成された複数の凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂに設けられた複数の導通パターン１２とで構成されている。基板１１は、材料がアルミナで出来ており、アルミナ粉末を樹脂バインダーに分散されて射出成形し、高温で脱脂して樹脂分を蒸発させ、残ったアルミナ粉末を高温で焼成して焼き固めて成形したものである。
【００１５】
この基板１１は導通パターン形状部に当たる所の凸部面１１ａがパターン本数分形成されており、その凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂは平坦な面が一直線上になるように形成されている。この凸部面１１ａの形状は、成形金型に形状が彫られており射出成形するとこの凸部形状が略出来上がってくるものである。脱脂、焼成工程を経ると大きさが全体的に収縮し、完成形状が出来上がる。この複数の凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂは、下面１１ｃと平行にするために研磨を行って、更なる表面平坦化と一直線化を施している。
【００１６】
この凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂは、求める導通パターンと全く同じ大きさ、同じ形状に仕上げられる。この凸部面１１ａ以外の部分、即ち、凸部と凸部の間の溝部１１ｄ、中央部１１ｅ、四隅の平坦部１１ｆは、凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂより一段下がって逆に凹部を形成している。
【００１７】
この凸部及び凹部の形状・寸法は、成形型の製作精度、後述する印刷の膜厚等によって規制を受けるが、凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂの幅ｍは金型製作精度から少なくとも略５０μｍが必要とされる。この面は印刷インクが載れば良いので更に小さくても良く、金型製作が可能で有れば更に幅を縮めることができる。次に、隣接する凸部の間隔ｎは金型上はかなり小さい寸法まで可能であるが、小さいとインクがそこに付着してしまう。印刷しようとする厚みも影響を受けるが少なくとも略３０〜４０μｍまで小さくすることは可能である。次に、凹部の深さｈは、インクが底部に付着しない程度の深さが必要で、少なくとも略５０μｍ必要とされる。また、この凸部はできれば直角に起立するように極力鋭角になるように形成するのが好ましい。射出成形ではどうしても抜角が必要となるが、極力抜角を小さくして凸部の起立角が極力鋭角にするのが好ましい。これは、インクを印刷した時に表面張力の関係でその表面が丸くなるが、鋭角になっているとインクが丸くなりやすく、溝に流れ難くなるからである。また、若しインクが溝ににじんで流れ込んでも凸部の側壁面を通って凹部底面に至ることになるが、距離が長くなることから隣のパターンインクと接続することは生じ難い。
【００１８】
以上の様な形成方法の基で、部品に導電パターン形状を形成すれば、その寸法精度は数μｍの誤差範囲に形成できる。
【００１９】
次に、導電パターン１２は、上記形成した凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂ上に印刷、焼成、メッキの工程を経て形成される。これらの工程を簡単に説明すると、本実施の形態では、モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）粉末を含有したペーストでスクリーン印刷法で上面平坦部１１ｂにペーストを印刷し、その後、高温焼成で樹脂分を蒸発させると共にモリブデン−マンガン粉末を基板に焼き付けた後、その焼き付けた金属の上にニッケルメッキ、金メッキを施して完成の導通パターンを得る。
【００２０】
ここで、スクリーン印刷装置を使って、印刷パターン形成部品のパターン形成方法について説明する。
【００２１】
図８は、スクリーン印刷する印刷装置の配置図、図９は、スクリーンメッシュの部分拡大断面図、図１０は、スクリーンメッシュの斜視図である。図８において、載品台３０上の所定位置に被印刷部品１１（基板）が固定載置されている。その上方にスクリーン印刷版２０が被印刷部品１１と所定の隙間ｔを持って配設されている。
【００２２】
スクリーン印刷版２０は、図９〜図１０に示すように、十字型に編み込んだ網（スクリーンメッシュ）に乳剤２２ａが塗られてその乳剤２２ａが固まった部分２２と、乳剤２２ａが全く塗られないでスクリーンメッシュがそのまま現れた部分２１とを形成したものである。この乳剤２２ａを塗るのは載品台３０にインク（ペースト）が付着して汚れ発生を防止するためである。乳剤２２ａを全く塗らない部分２１は被印刷部品１１の大きさより少し広めに形成する。このスクリーン印刷版２０は、被印刷部品１１の丁度真上に乳剤２２ａを全く塗らない部分２１が配設されるようにセッテングされる。
【００２３】
次に、図１１は印刷状態を説明する説明図である。インク４０をスクリーン印刷版２０の上に載せ、スキージー５０で押圧しながらインク４０を掻いていくと、乳剤２２ａが塗られていない部分２１の所ではインク４０が網の隙間から下方に押し出されて被印刷部品１１の凸部面１１ａの上面平坦部１１ｂに接触し、上面にインク４０ａが載る。一方凹部１１ｄの所は隙間が大きいため凹部底に届かず、スクリーン印刷版２０の裏面に押し出された状態でインク４０ｂが付着する。このような印刷方法の基では、スクリーン印刷版２０の裏面に付着したインクは一回一回拭き取らねばならないが、非常に精度の良いパターンを形成することができる。
【００２４】
また、このような印刷方法を取れば、スクリーン印刷版のメッシュの大きさに余り影響を受けない。通常、スクリーン印刷ては印刷パターンの形状、寸法により最適な印刷版のメッシュを選定する。しかし、この印刷方法では凸部面の上面平坦部にインクを載せれば良いだけなので、メッシュの大きさは差程限定されない。ただ、メッシュの粗いものを使用するとインクの押し出し量が多くなるので、凹部に付着する危険が生じる。この辺、隣接する凸部の間隔や凸部の高さ（凹部の深さ）等を考慮の上選定することが好ましい。
【００２５】
ところが、上記した第１の対応策において、次のような問題点を有していた。即ち、印刷版と印刷部品との隙間ｔ（図８参照）を一定の隙間に設定するが、印刷部品の（総厚寸法の）バラツキによってこの隙間が１ケ１ケ違ってくる。また、スキージで押圧しながら掻く時の押圧のバラツキによって印刷版の撓み量も変わり、これらのバラツキ具合が重なって、図１２に示す様に、（ａ）印刷物印刷面へのインクの載り量が多かったり、（ｂ）少なかったり、（ｃ）極端に少なかったりしてその量が変わっていくる。このインクの載り量が、焼成してモリブデン−マンガン粉末を印刷面に焼き付いた時、その焼き付け厚みにバラツキを発生させる。場合によっては印刷幅の大小のバラツキに迄影響することも生じる。この様なことが生じると、最終的にはパターン幅やパターン厚みの均一性、パターンの電気抵抗値に影響を及ぼし、耐久性を悪くする要因になる等の問題が発生した。
【００２６】
そこで、本出願人は第２の対応策を行った。その概要について説明する。図１３は、スクリーン印刷版の斜視図、図１４は、スクリーン印刷装置の配置図、図１５は、印刷状態を示す説明図である。印刷パターン形成部品については前述（図４〜図７）した部品と同様であるので説明は省略する。異なる点のみについて説明する。
【００２７】
図１３〜図１５において、図８と異なる所は、スクリーン印刷版２０に乳剤２２ａを厚く塗った点である。スクリーン印刷版２０の印刷面（乳剤２２ａが塗られていない部分２１）以外に形成した乳剤２２ａが固まった部分２２の乳剤厚みＴを一定の寸法に厚くし、乳剤２２ａを厚く塗るためにスキージ５０で押圧しながらインク４０を掻くと、印刷版２０は撓むが、印刷版２０に形成した乳剤２２ａの下面２２ｂが載品台３０の上面３０ａに当接し、先ずはこれ以上の撓みは発生しない。次に、乳剤２２ａの無い部分を掻いて印刷部品１１の印刷面に印刷を施すが、印刷版２０にストッパーが掛かっているために（図１５参照）印刷部品１１の有る範囲での印刷版２０の撓み量は非常に小さく押さえられると共にその撓み量のバラツキも小さく押さえられる。
【００２８】
この時、印刷部品１１は乳剤２２ａの下面２２ｂより奥まった位置にセットされることになるが、印刷版２０の下面２１ｂと印刷面（上面平坦部）１１ｂとの隙間が一定の隙間になる様にセッティングすれば良い。
【００２９】
上記した様な印刷方法を取ることによって、印刷版の撓み量を一定の量に規制できるので、印刷部品の印刷面に載るインク量をバラツキ少なくすることが出来る。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した第２の対応策においては次の様な問題がある。即ち、図１６（ａ）に示す様に、印刷部品１１の上面平坦部１１ｂの面積が小さい場合は、表面張力の作用でインク４０ａが丸まった形状を示す。また、図１６（ｂ）の様に、上面平坦部１１ｂの面積が大きい場合は、中央部が薄くなって外周部が丸まった形状を示す。この状態で焼成すると、モリブデン−マンガン粉末の焼き付いたときの状態は、図１６（ａ）に対応して図１７（ａ）の様にＭｏ−Ｍｎ焼付層４０ｃは中央部が厚くなり外周部が薄くなる。また、図１６（ｂ）に対応して図１７（ｂ）の様に中央部が薄く、外周部が厚くなる。この状態でこの上にメッキを施すと、この形状に沿ってメッキが重なるので、仕上げパターン形状に凹凸の出来たものになる。このことは、電気抵抗のバラツキを発生したり、載品電子部品の組立ずらさを起こす新たな問題が発生した。
【００３１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、パターン面積の大小にかかわらずパターン形状に形成した上面平坦な凸面部にインクを印刷方法で載せるだけで精度の良い微細パターンを形成する印刷パターン形成方法を提供するものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における印刷パターン形成方法は、印刷部品に、印刷パターン形状に上面平坦な凸部面を予め形成し、印刷パターン形状を形成していないスクリーン印刷版の印刷面以外に形成した乳剤が固まった部分の乳剤厚みを所定の厚みに設定し、印刷版上をスキージで掻くとき、乳剤下面が印刷部品をセットした載品台に当接して一定以上の印刷版の撓みの発生を防止すると共に、一方、印刷部品は乳剤の下面より中に押し込んだ状態で印刷版の印刷面との間に所定の隙間を設け、前記印刷版上をスキージで掻きインクを全域においてスクリーンメッシュを通し、前記印刷部品の凸部平坦面のみにインクを載せた後、このインク層を加圧手段により加圧し平坦化したことを特徴とするものである。
【００３３】
また、前記インク層の内部が柔らかく、外表面が乾燥して粘着性が無くなった状態で加圧することを特徴とするものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明における印刷パターン形成方法について説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態に係わり、図１は、印刷部品の上面平坦部に載せたインク層を加圧する前の状態、図２は、加圧後の状態、図３は、焼成後のそれぞれの断面図である。
【００３５】
印刷部品１１の上面平坦部１１ｂに微細な精度のパターンを形成する方法については、前述した第１の対応策で説明した。また、パターンを形成するために印刷面へのインクの載りを均一にする方法については、同様に第２の対応策で説明したので説明は省略する。
【００３６】
図１において、印刷部品１１の上面平坦部（印刷面）１１ｂに略３０μｍ位の厚さにインク（インク層）４０ａの外表面は表面張力の関係で中央部の丸まった形状に形成される。そこで、加圧手段として加圧具６０の下面６０ａの平坦面でインク層４０ａの上面を加圧する。
【００３７】
前記インク層４０ａを加圧する時は、インク層４０ａの内部が柔らかく、外表面が乾燥して粘着性が無くなった時に加圧するのが最適である。
【００３８】
図２において、加圧されたインク層４０ｂは平坦になり、モリブデン−マンガン粉末の分散分布は均一化される。このように加圧されたインク面４０ｂが平坦になったものを焼成すると、図３に示すように、モリブデン−マンガン粉末が焼き付き、Ｍｏ−Ｍｎ焼付層４０ｃの均一な面が形成される。
【００３９】
以上述べた様に、均一な厚みで平坦になった焼付層４０ｃの面上にメッキを施すと均一なメッキ厚面が形成され、電気抵抗もバラツキの非常に少ない導通パターンが得られる。また、当然ながら複数あるパターン面が一直線上になって平坦化しているので、搭載部品の落着きも良く、組立作業が非常に楽になる。
【００４０】
【発明の効果】
前述したように、本発明の構成により、パターン面積の大小にかかわらず、パターン形状に形成した印刷部品の印刷面（上面平坦な凸面部）に均一なメッキ厚面が形成され、精度の良い微細パターンを形成することができる。超ＬＳＩ−ＩＣを使った電子製品にも対応できる精度の良い微細パターン形成が可能な印刷パターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるインク層を加圧前の状態を示す印刷部品の断面図である。
【図２】図１の加圧後の印刷部品の断面図である。
【図３】図１の焼成後の印刷部品の断面図である。
【図４】図１の導通パターン形状が形成された印刷パターン形成部品の平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５の導通パターン形状部品の部分拡大断面図である。
【図８】図４の印刷パターン形成部品のパターン形成方法を示すスクリーン印刷装置の配置図である。
【図９】図８のスクリーンメッシュの部分断面図である。
【図１０】図８のスクリーン印刷版の斜視図である。
【図１１】図８の印刷状態を説明する説明図である。
【図１２】図１１の印刷面へのインクの載り量を示す説明図である。
【図１３】図１０の他のスクリーン印刷版の斜視図である。
【図１４】図１３のスクリーン印刷版をセットした印刷装置の配置図である。
【図１５】図１４の印刷状態を示す説明図である。
【図１６】図１５の印刷面へのインクの載り量を示す印刷部品の部分拡大断面図である。
【図１７】図１６の焼成後の印刷部品の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０部品
１１基板（被印刷部品）
１１ａ凸部面
１１ｂ上面平坦部
１１ｃ下面
１１ｄ溝部
１２導通パターン
２０スクリーン印刷版
２１乳剤が塗られていない部分
２１ａスクリーンメッシュ
２２乳剤が塗られ固まった部分
２２ａ乳剤
２２ｂ乳剤下面
３０載品台
３０ａ載品台上面
４０インク
４０ａインク層
４０ｂ加圧されたインク層
４０ｃＭｏ−Ｍｎ焼付層
５０スキージ
６０加圧具
６０ａ加圧具下面
ｍ凸部の上面の幅
ｎ隣接する凸部の間隔
ｈ凹部の深さ
Ｔ乳剤厚み

Claims

印刷部品に、印刷パターン形状に上面平坦な凸部面を予め形成し、印刷パターン形状を形成していないスクリーン印刷版の印刷面以外に形成した乳剤が固まった部分の乳剤厚みを所定の厚みに設定し、印刷版上をスキージで掻くとき、乳剤下面が印刷部品をセットした載品台に当接して一定以上の印刷版の撓みの発生を防止すると共に、一方、印刷部品は乳剤の下面より中に押し込んだ状態で印刷版の印刷面との間に所定の隙間を設け、前記印刷版上をスキージで掻きインクを全域においてスクリーンメッシュを通し、前記印刷部品の凸部平坦面のみにインクを載せた後、このインク層を加圧手段により加圧し平坦化したことを特徴とする印刷パターン形成方法。
前記インク層の内部が柔らかく、外表面が乾燥して粘着性が無くなった状態で加圧することを特徴とする請求項１記載の印刷パターン形成方法。