JP4049073B2

JP4049073B2 - スクリーン印刷用チャック板

Info

Publication number: JP4049073B2
Application number: JP2003350175A
Authority: JP
Inventors: 秀明板倉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: JP2005111856A

Description

本発明は、スクリーン印刷用の治具であるチャック板に関し、より詳細には、半導体素子等の電子部品素子を搭載させたりするのに用いられるセラミックパッケージ等形成用のセラミックグリーンシートに、貫通孔を形成し、この貫通孔の壁面に導体ペーストをスクリーン印刷で形成する時に用いられるスクリーン印刷用チャック板に関する。

近年、半導体素子、水晶振動子、圧電素子等の電子部品素子を搭載させるためのパッケージや、多層基板等は、電子部品素子を搭載させた装置、例えば、携帯電話や、パソコン等の小型化、高信頼性化等の要求に伴い、ますます軽薄短小化、高信頼性化等への対応が迫られている。これに対応するために、パッケージや、多層基板等には、気密信頼性の高いセラミック製からなるセラミックパッケージや、セラミック多層基板等が用いられている。これらのセラミックパッケージや、セラミック多層基板等は、通常、複数枚の大型のセラミックグリーンシートを用い、スクリーン印刷で導体パターン、ビア導体、スルーホール導体等を形成し、複数枚を積層し、焼成して多数個の集合体からなるセラミックパッケージや、セラミック多層基板等を形成し、最後に個片体に分割することで作製されている。また、セラミックパッケージには、通常、パッケージや、多層基板の側面に、上、下面に形成された導体パターンを電気的に導通状態とするための、あるいは、実装用のボード等との間に半田のろう溜まり（メニスカス）を形成して強固に接合できるためのキャスタレーションが形成されている。このキャスタレーションは、セラミックグリーンシートに形成された貫通孔の壁面に、導体ペーストをスクリーン印刷用チャック板を用いたスクリーン印刷方法で塗布し、積層、焼成した後、個片に分割したらパッケージの側面に形成されるようになっている。

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、キャスタレーション形成等に用いられる、従来のスクリーン印刷用チャック板５０を説明する。ここで、図３（Ａ）はスクリーン印刷用チャック板５０上に載置されるセラミックグリーンシート５１の平面図、図３（Ｂ）はスクリーン印刷用チャック板５０上に載置されたセラミックグリーンシート５１にスクリーン印刷を行っている説明図である。図３（Ａ）に示すように、セラミックグリーンシート５１には、打ち抜き金型や、ＮＣマシーン等で貫通孔５２が形成されている。図３（Ｂ）に示すように、スクリーン印刷用チャック板５０は、金属製や、樹脂製の板に、セラミックグリーンシート５１に形成される貫通孔５２の孔径、及び配置位置に合わせて放電加工等で形成された第１の吸引孔５３を設けている。また、この第１の吸引孔５３の下には、第１の吸引孔５３内の吸引力を大きくするためや、細い第１の吸引孔５３をスクリーン印刷用チャック板５０の厚さの全てに放電加工等で形成する時間を短縮するために、第１の吸引孔５３に連通して第１の吸引孔５３より大きい径からなる第２の吸引孔５４をドリルマシーン等を用いて設けている。セラミックグリーンシート５１は、印刷機本体５５に取り付けられたスクリーン印刷用チャック板５０上に貫通孔５２と第１の吸引孔５３が連通するようにして載置される。そして、セラミックグリーンシート５１上には、セラミックグリーンシート５１に形成される貫通孔５２の径、及び配置位置に合わせたマスクがメッシュに形成されたスクリーン印刷用版５６が当接される。次いで、スクリーン印刷用版５６上に置かれた導体ペースト５７は、スキージ５８の移動によってメッシュを通して下に押し出されると同時に、押し出された導体ペースト５７は、印刷機本体５５に設けられた吸引機５９で第１の吸引孔５３及び第２の吸引孔５４を介して吸引される。これにより、セラミックグリーンシート５１の貫通孔５２の壁面には、導体ペースト５７が塗布されると同時に、塗布されなかった余分な導体ペースト５７が印刷機本体５５側に除去される。

従来のスクリーン印刷装置に用いられるスクリーン印刷用チャック板には、セラミックグリーンシートを支持台に吸引及び保持させるために、支持台の表面に相当するチャック板を多孔質体で形成し、チャック板の耐久性を高くしてメンテナンス頻度を低減させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３２８２３３号公報

しかしながら、前述したような従来のスクリーン印刷用チャック板は、次のような問題がある。
（１）セラミックパッケージや、セラミック多層基板等の小型化に伴い、セラミックグリーンシートに形成される貫通孔は、孔径が小さく、また孔間ピッチ長さも小さくなっているので、スクリーン印刷用チャック板に形成される第１の吸引孔に連通する第２の吸引孔を形成することが困難となってきている。また、第２の吸引孔は、第１の吸引孔の孔径の小径化に合わせて小さくすると、第２の吸引孔における吸引力が小さくなり、第１の吸引孔、及び第２の吸引孔に入り込んだ導体ペーストを吸引することができなくなるので、セラミックグリーンシートの貫通孔に導体ペーストが充填してしまい貫通孔の壁面に導体ペーストを塗布することができなくなってきている。更に、隣り合う第２の吸引孔が重なった状態になるスクリーン印刷用チャック板は、チャック板自体の強度が低くなるので、印刷時の加圧によって、チャック板に撓みが発生し印刷精度の低下となっている。
（２）従来のスクリーン印刷用チャック板は、第１の吸引孔と、これに連通させて第２の吸引孔を必要とすることで、チャック板を作製するのに放電加工等で複雑な孔明け加工を要し、高価で、製作するための時間が長くなっているので、セラミックパッケージや、セラミック多層基板等の製品のコストアップとなったり、製品納期が長くなっている。また、従来のスクリーン印刷用チャック板は、それぞれのセラミックパッケージや、セラミック多層基板等の製品に合わせたパターンからなるチャック板がそれぞれの製品毎に必要となり、汎用性となる部分がないので、製品のコストアップとなっている。
（３）多孔質体からなるチャック板で導体ペーストを吸引した時には、複雑に入り組んだ空孔内に導体ペーストが入り込んで抜けなくなるので、孔に目詰まりが発生し吸引力が弱くなって、セラミックグリーンシートの貫通孔壁面に導体ペーストを塗布することが困難となる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、軽薄短小化の対応ができ、安価で短納期の製品を作製することができるスクリーン印刷用チャック板を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るスクリーン印刷用チャック板は、セラミックグリーンシートが載置され、セラミックグリーンシートに形成される１又は複数の孔の所望する貫通孔の壁面に導体ペーストが印刷されるのに用いられるスクリーン印刷用チャック板において、セラミックグリーンシートを当接するのに設けられ、貫通孔の孔径、及び配置位置に合わせて形成される挿通孔を備える薄金属板を有し、薄金属板のセラミックグリーンシートが載置される部分に相当する部分の下面側に設けられ、ハニカム及び／又はメッシュ形状からなる開口孔を備える複数の金属板がそれぞれの開口孔の中心位置がずれて挿通するようにして重ね合わされて形成される積層金属板を有し、しかも、薄金属板及び積層金属板を保持して印刷機本体に取り付けるのに設けられ、積層金属板が載置される部分に複数の吸引孔を備えるステージを有する。
ここで、スクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さがそれぞれ異なるのがよい。
また、スクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さが上層側金属板より下層側金属板が大きいのがよい。
また、スクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成する金属板が３層以上の金属板からなり、中間層金属板の開口孔中心間長さが最上層及び最下層金属板より大きいのがよい。
更に、スクリーン印刷用チャック板は、薄金属板をステージ上に着脱自在に固定させるために、薄金属板が積層金属板より大きい外形形状の磁性体金属板からなり、ステージの薄金属板と接する部分に設けられる１又は複数の凹部に磁石が埋設されているのがよい。

請求項１及びこれに従属する請求項２〜５のいずれか１項記載のスクリーン印刷用チャック板は、セラミックグリーンシートの貫通孔の孔径、及び配置位置に合わせて形成される挿通孔を備える薄金属板を有し、薄金属板の下面側にハニカム及び／又はメッシュ形状からなる開口孔を備える複数の金属板がそれぞれの開口孔の中心位置がずれて挿通するようにして重ね合わされて形成される積層金属板を有し、しかも、薄金属板及び積層金属板を保持して印刷機本体に取り付けるのに設けられ、積層金属板が載置される部分に複数の吸引孔を備えるステージを有するので、スクリーン印刷用チャック板自体に直接第１と、第２の吸引孔からなる吸引孔を設けることなく、セラミックグリーンシートに形成される貫通孔に強力な吸引力を持たせることができ、軽薄短小化される製品に対応することができる。また、加工が容易な薄金属板に、それぞれの製品のセラミックグリーンシートに形成される貫通孔の径、及び配置位置に合わせて挿通孔を形成するだけで、積層金属板や、ステージは共有できるので、スクリーン印刷用チャック板を安価に、短納期に作製することができ、製品のコストダウン及び短納期化が計れる。また、積層金属板を形成するそれぞれの金属板の開口孔の中心位置がずれているので、薄金属板の全ての挿通孔の全てを吸引でき、セラミックグリーンシートの貫通孔の壁面に導体ペーストを塗布することができる。更に、吸引孔は十分に大きい径にすることができるので、導体ペーストによる目詰まりを発生させることがない。

特に、請求項２記載のスクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さがそれぞれ異なるので、薄金属板の全ての挿通孔を確実に吸引でき、セラミックグリーンシートの貫通孔の壁面に導体ペーストを塗布することができる。

また、特に、請求項３記載のスクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さが上層側金属板より下層側金属板が大きいので、薄金属板の全ての挿通孔を確実に吸引でき、セラミックグリーンシートの貫通孔の壁面に導体ペーストを塗布することができる。

また、特に、請求項４記載のスクリーン印刷用チャック板は、積層金属板を形成する金属板が３層以上の金属板からなり、中間層金属板の開口孔中心間長さが最上層及び最下層金属板より大きいので、最下層金属板のどこかの開口孔がステージの吸引孔から外れたとしても、代わりの開口孔から吸引して薄金属板の全ての挿通孔を確実に吸引でき、セラミックグリーンシートの貫通孔の壁面に導体ペーストを塗布することができる。

更には、特に、請求項５記載のスクリーン印刷用チャック板は、薄金属板をステージ上に着脱自在に固定させるために、薄金属板が積層金属板より大きい外形形状の磁性体金属板からなり、ステージの薄金属板と接する部分に設けられる１又は複数の凹部に磁石が埋設されているので、薄金属板の脱着が容易となり、スクリーン印刷用チャック板を容易に印刷機本体にセットすることができ、生産効率をあげることができて、製品のコストダウン及び短納期化に対応することができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷用チャック板の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、積層金属板の部分拡大平面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同スクリーン印刷用チャック板を用いたスクリーン印刷の説明図である。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷用チャック板１０は、この上面にセラミックグリーンシート１１が載置され、セラミックグリーンシート１１に予め穿孔して形成されている１又は複数の孔の中の所望する貫通孔１２の壁面に導体ペーストをスクリーン印刷で塗布するために用いられている。このスクリーン印刷用チャック板１０には、セラミックグリーンシート１１を直接接して載置させるために、最上層側になるように位置してセラミックグリーンシート１１の貫通孔１２の孔径の大きさ、及び貫通孔１２の配置位置に合わせて形成されている挿通孔１３を備えるステンレス鋼等からなる薄金属板１４を有している。この薄金属板１４は、挿通孔１３をエッチング加工や、レーザー加工等で精度よく形成でき、使用中に大きな歪み変形を発生させない程度の厚さを有するものでよい。

また、このスクリーン印刷用チャック板１０には、薄金属板１４のセラミックグリーンシート１１が載置される部分に相当する部分の下側に、例えば、平面視して６角形や、３角形等のセルを蜂の巣状に組み合わせた芯材からなるハニカム、又は、例えば、線材を網状に組み合わせた芯材からなるメッシュ形状で形成される開口孔を備える複数の金属板を有している。そして、複数の金属板は、例えば、複数が２層からなる金属板の場合には、それぞれ第１の金属板１５に第１の開口孔１６を備え、第２の金属板１７に第２の開口孔１８を備え、それぞれ第１の開口孔１６と、第２の開口孔１８の中心位置がずれて挿通させるようにして重ね合わせることで積層金属板１９を形成している。この複数の金属板、例えば、第１や、第２の金属板１５、１７のそれぞれは、それぞれ開口孔、例えば、第１や、第２の開口孔１６、１８を厚さ方向に設けているので、薄金属板１４から垂直の押圧があっても押圧に対する耐強度が大きいので、金属板の厚さを薄くすることができる。

更に、このスクリーン印刷用チャック板１０には、薄金属板１４及び積層金属板１９を保持し、スクリーン印刷機本体２５（図２（Ｂ）参照）に取り付けるために設けられるステージ２０を有している。このステージ２０は、厚めの金属板からなり、この金属板に機械加工等によって加工することで、積層金属板１９を載置するための切り欠き部２１を設けており、そして、更に、切り欠き部２１から底面にかけて貫通する複数の吸引孔２２を備えている。

スクリーン印刷用チャック板１０は、先ず、ステージ２０の切り欠き部２１の中に、積層金属板１９が上層側の金属板、例えば、積層金属板１９が２層からなる場合では第１の金属板１５の上面をステージ２０の上面と略面一となるようにして載置され、次に、積層金属板１９及びステージ２０の上面に、薄金属板１４がステージ２０の上面に設けられているノックピン２３に挿入させるようにして位置合わせされて載置されることで形成される。

積層金属板１９を形成するそれぞれの金属板、例えば、積層金属板１９が２層からなる場合では第１の金属板１５と、第２の金属板１７は、それぞれの金属板の開口孔中心間長さ、例えば、積層金属板１９が２層からなる場合では第１の金属板１５の第１の開口孔１６の中心間長さａと、第２の金属板１７の第２の開口孔１７の中心間長さｂとが異なっているのがよい。また、積層金属板１９を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さは、上層側の金属板より、下層側の金属板の開口孔中心間長さが大きいのがよい。更には、積層金属板１９を形成するそれぞれの金属板が３層以上で構成される場合には、最上層及び最下層の金属板より、中間層の金属板の開口孔中心間長さが大きいのがよい。スクリーン印刷用チャック板１０は、積層金属板１９を形成するそれぞれの金属板の中心位置をずらして重ね合わせたり、積層金属板１９を形成するそれぞれの金属板の開口孔中心間長さを異ならせることで、薄金属板１４の全ての挿通孔１３をステージ２０の吸引孔２２から吸引させることができる。

薄金属板１４は、積層金属板１９を含めたステージ２０上に着脱自在に固定させるために、外形の大きさを積層金属板１９の外形形状より大きくした、例えば、ＳＵＳ４３０等の強磁性体のステンレス鋼等からなる磁性体金属板で構成されているのがよい。そして、ステージ２０の薄金属板１４と接する部分には、１又は複数の凹部が設けられ、この凹部に磁石２４が埋設されているのがよい。磁性体金属板からなる薄金属板１４は、磁石２４とでステージ２０上に着脱自在に固定でき、更には、前記のノックピン２３を併用することで、薄金属板１４の挿通孔１３を確実に積層金属板１４と位置合わせさせて載置し、固定させることができる。

次いで、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷用チャック板１０を用い、セラミックグリーンシート１１にスクリーン印刷を行う形態について説明する。図２（Ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１１を形成するためのセラミック基材は、アルミナや、窒化アルミニウムや、低温焼成セラミック等があり、特に材料が限定されるものではない。例えば、セラミックグリーンシート１１を形成するセラミック基材にアルミナを用いる場合には、先ず、酸化アルミニウム粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及びトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して脱泡し、粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、ドクターブレード法等によって所望の厚み、例えば、０．１２ｍｍのシート状にした後乾燥させ、所望の大きさの矩形状に切断して形成している。そして、このセラミックグリーンシート１１には、打ち抜き金型や、パンチングマシーンや、ＮＣマシーン等を用いて穿設して孔を形成している。この孔は、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷するための位置合わせ用の孔（図示せず）や、複数層のセラミックグリーンシートの上下の配線パターンを電気的に導通状態とするためのビア用の孔（図示せず）や、孔の壁面に設けた導体膜を孔の中心を通る分割線で分割してボード等に強固に接合させるためのろう溜まり（メニスカス）を形成するためのキャスタレーション用の貫通孔１２等として設けられている。

図２（Ｂ）に示すように、スクリーン印刷用チャック板１０は、スクリーン印刷機本体２５にねじ２６等で固定される。スクリーン印刷用チャック板１０の薄金属板１４上には、セラミックグリーンシート１１が、予めセラミックグリーンシート１１の貫通孔１２の孔径、及び配置位置に合わせてレーザーや、エッチング加工等で形成されている挿通孔１３を備える薄金属板１４上に、貫通孔１２と挿通孔１３が連通するようになるように載置される。次に、セラミックグリーンシート１１上には、セラミックグリーンシート１１の貫通孔１２の孔径、及び配置位置に合わせたパターンをマスクから開口するように形成されたスクリーン印刷用版２７がスクリーン印刷機本体２５と連結するようにして当接される。次に、スクリーン印刷用版２７上には、導体ペースト２８が供給される。この導体ペースト２８は、セラミックグリーンシート１１に、例えば、アルミナや、窒化アルミニウムのような高温で焼成するものが用いられる場合には、Ｗや、Ｍｏ等の高融点金属、低温焼成セラミックのような低温で焼成するものが用いられる場合には、Ａｇ系や、Ｃｕ系等の低融点金属からなるものが用いられる。この導体ペースト２８は、スクリーン印刷用版２７上を移動するスキージ２９でセラミックグリーンシート１１の貫通孔１２内に、スクリーン印刷用版２７のパターンを介して押し込まれる。スキージ２９のスクリーン印刷用版２７上の移動と同時に、スクリーン印刷機本体に形成されている吸引機３０が作動することで、セラミックグリーンシート１１の貫通孔１２内の導体ペースト２８は、スクリーン印刷用チャック板１０のステージ２０の吸引孔２２、積層金属板１９の開口孔、及び薄金属板１４の挿通孔１３を介して吸引される。この吸引によって、セラミックグリーンシート１１の貫通孔１２の壁面には、導体ペースト２８が付着、塗布されると同時に、貫通孔１２内の余分な導体ペースト２８がスクリーン印刷機本体２５側に吸い取られる。なお、スクリーン印刷機本体２５には、吸引によって貫通孔１２から吸引された余分な導体ペースト２８が吸引機３０の内部にまで吸引されないようにするために、途中にフィルター３１が設けられている。

本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷用チャック板１０は、加工が容易な厚さの薄い薄金属板１４に、軽薄短小化に対応できるそれぞれの製品に用いるセラミックグリーンシート１１に形成される貫通孔１２の径、及び配置位置に合わせて挿通孔１３をレーサーや、エッチング加工等の容易な加工手段で形成することができ、積層金属板１９や、ステージ２０は全ての製品に対して共有できるので、スクリーン印刷用チャック板１０自体を安価に、短納期に作製することができ、製品のコストダウン及び短納期化を計ることができる。

本発明のスクリーン印刷用チャック板は、半導体素子等の電子部品素子を実装させるセラミックパッケージや、多層配線基板を作製するために、セラミックグリーンシートに精密な印刷を行うことが要求されるスクリーン印刷機に用いることができる。また、本発明のスクリーン印刷用チャック板は、セラミックグリーンシートへの印刷のみならず、全ての被印刷物にも適用することができる。

（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るスクリーン印刷用チャック板の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、積層金属板の部分拡大平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同スクリーン印刷用チャック板を用いたスクリーン印刷の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のスクリーン印刷用チャック板の説明図である。

符号の説明

１０：スクリーン印刷用チャック板、１１：セラミックグリーンシート、１２：貫通孔、１３：挿通孔、１４：薄金属板、１５：第１の金属板、１６：第１の開口孔、１７：第２の金属板、１８：第２の開口孔、１９：積層金属板、２０：ステージ、２１：切り欠き部、２２：吸引孔、２３：ノックピン、２４：磁石、２５：スクリーン印刷機本体、２６：ねじ、２７：スクリーン印刷用版、２８：導体ペースト、２９：スキージ、３０：吸引機、３１：フィルタ

Claims

セラミックグリーンシートが載置され、該セラミックグリーンシートに形成される１又は複数の孔の所望する貫通孔の壁面に導体ペーストが印刷されるのに用いられるスクリーン印刷用チャック板において、
前記セラミックグリーンシートを当接するのに設けられ、前記貫通孔の孔径、及び配置位置に合わせて形成される挿通孔を備える薄金属板を有し、該薄金属板の前記セラミックグリーンシートが載置される部分に相当する部分の下面側に設けられ、ハニカム及び／又はメッシュ形状からなる開口孔を備える複数の金属板がそれぞれの前記開口孔の中心位置がずれて挿通するようにして重ね合わされて形成される積層金属板を有し、しかも、前記薄金属板及び前記積層金属板を保持して印刷機本体に取り付けるのに設けられ、前記積層金属板が載置される部分に複数の吸引孔を備えるステージを有することを特徴とするスクリーン印刷用チャック板。
請求項１記載のスクリーン印刷用チャック板において、前記積層金属板を形成するそれぞれの金属板の前記開口孔中心間長さがそれぞれ異なることを特徴とするスクリーン印刷用チャック板。
請求項１又は２記載のスクリーン印刷用チャック板において、前記積層金属板を形成するそれぞれの金属板の前記開口孔中心間長さが上層側金属板より下層側金属板が大きいことを特徴とするスクリーン印刷用チャック板。
請求項１又は２記載のスクリーン印刷用チャック板において、前記積層金属板を形成する金属板が３層以上の金属板からなり、中間層金属板の前記開口孔中心間長さが最上層及び最下層金属板より大きいことを特徴とするスクリーン印刷用チャック板。
請求項１〜４のいずれか１項記載のスクリーン印刷用チャック板において、前記薄金属板を前記ステージ上に着脱自在に固定させるために、前記薄金属板が前記積層金属板より大きい外形形状の磁性体金属板からなり、前記ステージの前記薄金属板と接する部分に設けられる１又は複数の凹部に磁石が埋設されていることを特徴とするスクリーン印刷用チャック板。