JP3858008B2

JP3858008B2 - スクリーン印刷方法

Info

Publication number: JP3858008B2
Application number: JP2003204330A
Authority: JP
Inventors: 晃小野寺; 孝治工藤; 義和伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005047065A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス、ディスプレイ製造用等のスクリーン印刷機を用いるスクリーン印刷方法に係り、特に電子部品用の誘電体や磁性体の未焼成シート（グリーンシート）、ガラス基板への被印刷物（各種のペースト）の印刷、半導体ウエハのバンプ印刷、電子回路基板への導体ペースト印刷等の用途に用いるスクリーン印刷機におけるスクリーン版離れ角度を一定にする印刷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体や磁性体等の基板やグリーンシート等の印刷対象物（ワーク）に導体等の各種ペーストを印刷する方法として、スクリーン印刷を用いる方法が知られている。この方法は、印刷対象部位に応じてパターン孔が形成されたスクリーン版（製版）を印刷対象物上にセットして、このスクリーン版上でペーストを供給した状態でスキージングを行うことにより、パターン孔を介して印刷対象物表面にペーストを印刷するものである。このスクリーン印刷において、スクリーン版を印刷対象物表面に密着させずに印刷対象物表面とスクリーン版との間に隙間（版ギャップ）を設けた状態でスキージングを行うオフコンタクト印刷が用いられる場合がある。
【０００３】
オフコンタクト印刷では、印刷時、スクリーン版と印刷対象物との間に一定の版ギャップを設けて印刷する。例えば、グリーンシート上への導体ペースト印刷では１mm位の版ギャップを設けている。また、スクリーン版と印刷対象物を載せる印刷テーブルは、一定の版ギャップを設けた後、固定して印刷するのが一般的である。
【０００４】
スクリーン版上でスキージを印刷方向に移動して行くと、押圧されたスキージ先端部がスクリーン版を押し下げて、スクリーン版は印刷対象物に実質的に線接触し、ペースト印刷後に版離れして行き線接触位置が移動する。
【０００５】
このように、従来一般的なオフコンタクト印刷では、図６に示すように、スクリーン版１上におけるスキージ２の移動により、スクリーン版１と印刷テーブル１０（スクリーン版に平行）上の印刷対象物２０との線接触位置が変わり、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物２０とスクリーン版１との版離れの角度（所謂、版離れ角度）βが変わる（但し、前記角度βは印刷対象物２０が薄い場合、印刷テーブル１０とスクリーン版１との角度と考えてもよく、いずれにしても左端のβ１と右端のβ３とが異なる）。
【０００６】
上記のように、オフコンタクト印刷において版離れ角度が変わることにより、電子部品用の誘電体や磁性体のグリーンシートや電子部品のグリーンシートでのパターン印刷に問題が発生する。これを図７で説明する。
【０００７】
図７は印刷寸法評価用の印刷パターン図であり、印刷対象物としてのグリーンシート上の印刷範囲に、印刷方向（スキージ印刷方向）に５個、スキージ幅方向に多数個のパターン個片（長さＬ×幅Ｗ）を印刷した場合を示す。この場合、図６のようにスクリーン版１と印刷テーブル１０とを平行に保ったままのオフコンタクト印刷では、スキージ開始位置に近いほど１パターン個片の寸法（Ｌ寸法、Ｗ寸法）が共に減少する傾向がある。以下の表１の改善前パターン寸法の例では、線Ａ上のパターン個片のＷ寸法＝Ｗ１、Ｂ上のＷ寸法＝Ｗ２、Ｃ上のＷ寸法＝Ｗ３、Ｄ上のＷ寸法＝Ｗ４、Ｅ上のＷ寸法＝Ｗ５としたとき、基準値Ｗ＝１．３６５mmに対して、Ｗ１＝１．３６３２＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５＝１．３６６１となっていることがわかる。
【０００８】
【表１】

また、Ｗ値のばらつきの程度を表す３σ（σ：標準偏差）＝０．００５で大きい。スキージの移動により、スクリーンと印刷対象物との線接触位置が変わり、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物とスクリーン版との版離れの角度が変わることが、主な原因である。
【０００９】
この点に関して、印刷時版離れ性を安定化する構成を有する公知技術として、下記特許文献１及び特許文献２がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−８５１０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１２９３５号公報
【００１１】
特許文献１はマスク押し上げ部材を設けて、スキージが移動しても版離れ角度をほぼ一定にするものである。また、特許文献２はスキージ移動に伴い印刷テーブルを下降させて版離れ角度を安定化するものである。但し、特許文献１，２共に、印刷直後の印刷対象物の版離れの角度を印刷テーブルの傾斜で直接的に一定に保つ方法ではない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の点に鑑み、オフコンタクト印刷において、スクリーン版上を移動するスキージ位置にかかわらず印刷直後の印刷対象物の版離れの角度を一定に維持し、ひいては印刷された被印刷物（各種ペースト）パターンの寸法精度の向上が可能なスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、スクリーン版を固定支持し、該スクリーン版と印刷テーブル上の印刷対象物間に所定の版ギャップを設けるスクリーン印刷方法であって、
前記スクリーン版上を移動するスキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを前記スキージの移動方向に直交する回転中心にて回動させ傾斜角を変えて、前記スクリーン版の版離れ角度を一定に保ち、かつ前記スキージの移動位置にあわせて前記印刷テーブルを昇降させて、前記スクリーン版と前記印刷対象物の線接触位置での版ギャップを一定に保ちながら印刷することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスクリーン印刷方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１乃至図３で本発明に係るスクリーン印刷方法の第１の実施の形態を説明する。図１及び図２はスクリーン印刷機の主要構成部分を示す。
【００１８】
これらの図において、印刷対象部位に応じてパターン孔が形成されたスクリーン版１がスクリーン枠５に張られており（周縁部が固着されており）、スクリーン枠５によりスクリーン版１は固定支持されている。このスクリーン版１は水平面（印刷方向であるＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向を含むＸ−Ｙ平面）に配置されている。被印刷物である各種ペーストを塗布するためのスキージ２はスクリーン版１を押し下げながら印刷方向（Ｘ軸方向）に移動するようになっている。
【００１９】
一方、誘電体や磁性体等の基板やグリーンシート等の板状乃至シート状印刷対象物２０は、印刷テーブル１０上に載置され、位置決め固定されている。ここで、印刷テーブル１０に１つの回動軸１１を固着し設ける（Ｘ−Ｙ平面で視て、印刷方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に回動軸を配置する）。この第１の実施の形態では印刷テーブル１０のＸ軸方向長さの中間位置に支点となる回動軸１１は配置されている。
【００２０】
図２に示すように、印刷テーブル１０に一体化された回動軸１１は回転駆動手段としてのαモータ１２で駆動されるようになっており、また水平面であるＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向に印刷テーブル１０を昇降駆動するためにＺモータ１３が昇降駆動手段として設けられている。なお、印刷テーブル１０は印刷対象物２０を真空吸着で保持する機能を有する吸着テーブルである。
【００２１】
前記印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御は、図１（Ｂ）のように、スキージ２の先端位置（線接触位置）が、回動軸１１の真上のＸ２位置のときの印刷テーブル１０を水平面とし、そのときの版離れ角度（本実施の形態では印刷テーブルと印刷後のスクリーン版の角度としている）β２及び回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ２を基準とする。そして、図１（Ａ）のようにスキージ２先端位置が回動軸１１の左側のＸ１位置では回動軸１１は右回転（回転角度α減少）して印刷テーブル１０は左上がりに傾斜しており、スキージ２先端位置が回動軸１１の真上のＸ２位置に近づくに従い回転角度α減少量は少なくなり、Ｘ２位置にて回転角度α減少量はゼロとなり、さらに、スキージ２先端位置がＸ２位置の右側に進み位置Ｘ３に至るまでは、同図（Ｃ）のように、回動軸１１は左回転（回転角度α増加）して印刷テーブル１０を右上がりに傾斜させる。これとともに、印刷テーブル１０が傾斜することによりスキージ２先端位置（線接触位置）での版ギャップが減少することを補正するために、スキージ２がＸ１位置のときの回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ１は前記Ｚ２よりも増加させ、同様にスキージ２がＸ３位置のときの回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ３も前記Ｚ２よりも増加させる補正を行う。
【００２２】
以上の印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御により、スクリーン版１上におけるスキージ２の移動（Ｘ１からＸ３位置への移動）により、スクリーン版１と印刷テーブル１０上の印刷対象物２０の線接触位置が移動しても版離れ角度β１＝β２＝β３として版離れ角度βを一定に維持し、かつ印刷テーブル１０の傾斜に伴い印刷テーブル１０の高さを変化させることで版ギャップＨ寸法を一定にすることができる。
【００２３】
具体的には、版離れ角度βを一定にする為の、回動軸１１の回転角（傾斜角）αの補正量と印刷テーブルの高さ補正量（Ｈ寸法、Ｚ軸方向）は、Ｘをパラメータとして、ＣＡＤ図での移動軌跡より出力し、印刷機の印刷テーブル１０のＮＣ用座標入力値に変換する。図３（Ａ）はＸ軸の変位（スキージの走り）に対する回動軸１１の回転角（傾斜角）αの変化、同図（Ｂ）はＸ軸の変位（スキージの走り）に対するＺ軸方向の高さ変位量のグラフである。印刷時のスキージ２の移動にともない（例えばサーボモータ駆動で印刷位置のＸ軸方向位置検出により）、回転角α及びＺ軸方向の補正動作を図３（Ａ）,（Ｂ）の数値で行えばよい。
【００２４】
この第１の実施の形態のスクリーン印刷方法を用い、図７のように、印刷対象物としてのグリーンシート上の印刷範囲に、印刷方向（スキージ印刷方向）に５個、スキージ幅方向に多数個のパターン個片（長さＬ×幅Ｗ）を印刷した場合、前記表１の改善後パターン寸法の例のように、線Ａ上のパターン個片のＷ寸法＝Ｗ１、Ｂ上のＷ寸法＝Ｗ２、Ｃ上のＷ寸法＝Ｗ３、Ｄ上のＷ寸法＝Ｗ４、Ｅ上のＷ寸法＝Ｗ５としたとき、Ｗ１〜Ｗ５の寸法値は略一致し、Ｗ値のばらつきの程度を表す３σ（σ：標準偏差）は０．００２と小さな値となる。スキージ２の移動により、スクリーン版１と印刷対象物２０との線接触位置が変わっても、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物２０とスクリーン版１との版離れの角度β（本実施の形態では印刷対象物２０の厚さを無視して印刷テーブル１０とスクリーン版１との角度としている）が一定に制御されるため、印刷対象物２０上に印刷された印刷パターンの寸法精度の向上を図ることができる。
【００２５】
図４乃至図６で本発明に係るスクリーン印刷方法の第２の実施の形態を説明する。この場合、印刷テーブル１０に１つの回動軸１１を固着し設ける（Ｘ−Ｙ平面で視て、印刷方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に回動軸を配置する）が、この第２の実施の形態では印刷テーブル１０の左側位置に支点となる回動軸１１は配置されている。
【００２６】
このときの印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御は、図４（Ｂ）のように、スキージ２の先端位置（線接触位置）が、Ｘ軸方向中間点のＸ２位置のときの印刷テーブル１０を水平面とし、そのときの版離れ角度（印刷テーブルと印刷後のスクリーン版の角度）β２及び回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ２を基準とする。そして、図４（Ａ）のようにスキージ２先端位置が回動軸１１の左側のＸ１位置では回動軸１１は右回転（回転角度α減少）して印刷テーブル１０は左上がりに傾斜しており、スキージ２先端位置が中間点のＸ２位置に近づくに従い回転角度α減少量は少なくなり、Ｘ２位置にて回転角度α減少量はゼロとなり、さらに、スキージ２先端位置がＸ２位置の右側に進み位置Ｘ３に至るまでは、同図（Ｃ）のように、回動軸１１は左回転（回転角度α増加）して印刷テーブル１０を右上がりに傾斜させる。これとともに、印刷テーブル１０が傾斜することによりスキージ２先端位置（線接触位置）での版ギャップが減少することを補正するために、スキージ２がＸ１位置のときの回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ１は前記Ｚ２よりも増加させ、同様にスキージ２がＸ３位置のときの回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ３も前記Ｚ２よりも増加させる補正を行う。
【００２７】
なお、第１の実施の形態と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
この第２の実施の形態による印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御の場合も、スクリーン版１上におけるスキージ２の移動（Ｘ１からＸ３位置への移動）により、スクリーン版１と印刷テーブル１０上の印刷対象物２０の線接触位置が移動したときに版離れ角度β１＝β２＝β３として版離れ角度βを一定に維持し、かつ印刷テーブル１０の傾斜に伴い印刷テーブル１０の高さを変化させることで版ギャップＨ寸法を一定にすることができる。
【００２９】
具体的には、版離れ角度βを一定にする為の、回動軸１１の回転角（傾斜角）αの補正量と印刷テーブルの高さ補正量（Ｈ寸法、Ｚ軸方向）は、Ｘ軸をパラメータとして、ＣＡＤ図での移動軌跡より出力し、印刷機の印刷テーブル１０のＮＣ用座標入力値に変換する。図５（Ａ）はＸ軸の変位（スキージの走り）に対する回動軸１１の回転角（傾斜角）αの変化、同図（Ｂ）はＸ軸の変位（スキージの走り）に対するＺ軸方向の高さ変位量のグラフである。
【００３０】
また、以下の表２は、ＣＡＤ図での移動軌跡よりのＮＣ用出力座標値の例で、印刷機の印刷テーブル１０のＮＣ用座標入力となるものであり、Ｘ軸方向の位置（スキージ先端位置）の変化に対するＺ軸及びα角の変位量を示す。但し、版離れ角度β＝１°、版ギャップＨ＝１．５mmに設定した。
【００３１】
【表２】

【００３２】
この第２の実施の形態によっても、スキージ２の移動により、スクリーン版１と印刷対象物２０との線接触位置が変わっても、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物とスクリーン版１との版離れの角度βが一定に制御されるため、印刷対象物２０上に印刷された印刷パターンの寸法精度の向上を図ることができる。
なお、第１の実施の形態では印刷テーブル１０の回転支点は中央、第２の実施の形態で印刷テーブル１０の回転支点は左端としたが、水平面であるＸ−Ｙ平面で視て、印刷方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）であれば、印刷テーブル１０の回転支点の位置は任意である。
【００３３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクリーン印刷方法によれば、固定支持されたスクリーン版に対して印刷テーブルを直接的に傾斜させることで、スクリーン版の版離れ角度を一定に保ちかつ前記スクリーン版と前記印刷対象物の線接触位置での版ギャップを一定に保ちながらオフコンタクト印刷が可能であり、印刷パターンの寸法精度の向上を図ることが可能である。また、スクリーン版側を固定側にし、印刷テーブル側（印刷対象物側）を可動側にしているので、比較的簡素な構成で実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクリーン印刷方法の第１の実施の形態を示す説明図である。
【図２】第１の実施の形態の場合の印刷テーブル動作系統を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の動作説明用グラフであり、（Ａ）はスキージの走りに対してのα角の変位量、（Ｂ）はスキージの走りに対してのＺ軸の変位量を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態の動作説明用グラフであり、（Ａ）はスキージの走りに対してのα角の変位量、（Ｂ）はスキージの走りに対してのＺ軸の変位量を示すグラフである。
【図６】従来の場合の版離れ角度の変化を示す説明図である。
【図７】オフコンタクト印刷における印刷位置とパターン個片バラツキの傾向を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１スクリーン版
２スキージ
５スクリーン枠
１０印刷テーブル
１１回動軸
１２ αモータ
１３Ｚモータ
２０印刷対象物

Claims

スクリーン版を固定支持し、該スクリーン版と印刷テーブル上の印刷対象物間に所定の版ギャップを設けるスクリーン印刷方法であって、
前記スクリーン版上を移動するスキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを前記スキージの移動方向に直交する回転中心にて回動させ傾斜角を変えて、前記スクリーン版の版離れ角度を一定に保ち、かつ前記スキージの移動位置にあわせて前記印刷テーブルを昇降させて、前記スクリーン版と前記印刷対象物の線接触位置での版ギャップを一定に保ちながら印刷することを特徴とするスクリーン印刷方法。