JP4634164B2 - 金属印刷版 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン印刷に使用する金属印刷版、特に珪酸処理を施した金属上にフッ素系材料を積層することを特徴とする金属印刷版に関するものである。

近年、スクリーン印刷技術はプリント基板への電子部品の実装工程はもとより、コンデンサやインダクタ、抵抗器といったチップ部品の製造工程や、ＢＧＡ(ボール・グリッド・アレイ)、ＣＳＰ(チップ・スケール・パッケージ)、ＷＬ−ＣＳＰ(ウェハレベル・チップ・スケール・パッケージ)といった半導体集積回路における半田バンプ形成といった様々な分野で利用されている。

これら電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、プリント基板の高密度実装化（例えば、０．４ピッチＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）や、０６０３サイズのチップ部品実装時の狭パターンピッチ、小パッドへの半田ペースト印刷）、チップ部品の微小化（例えば、０６０３サイズから０４０２サイズの小型化したパターンを形成するための金属ペースト印刷）、半導体集積回路の小型化（ＷＬ−ＣＳＰにおける再配線パターンを形成するための金属ペースト印刷）及び多ピン化などが急速に進んでいる。

当然ながら、スクリーン版においても上述の印刷要求に対応するべく、高寸法精度、高耐久性、高印刷性を主眼として、今日まで様々な技術的提案がなされてきた。その提案として、金属印刷版の提案がある。

本発明の金属印刷版としては、メタルマスク、スクリーンマスク、サスペンドメタルマスクなどがある。より詳しくは、メタルマスクにおいては、メタルマスク版、コンビネーションメタルマスク版などがあり、スクリーンマスクにおいては、スクリーン版、リジダイズドスクリーン版、高オープニング率リジダイズドスクリーン版、コンビネーションスクリーン版、リジダイズドコンビネーションスクリーン版、高オープニング率リジダイズドコンビネーションスクリーン版などがあり、サスペンドメタルマスクにおいては、サスペンドメタルマスク版、高オープニング率サスペンドメタルマスク版、コンビネーションサスペンドメタルマスク版、高オープニング率コンビネーションサスペンドメタルマスク版などがある。

前記メタルマスクとしては、エッチング法や電鋳法やレーザー加工法といった工法にてパターン開口部を穿設あるいは形成してなるメタルマスクなどがある。

前記スクリーンマスクとしては、従来のステンレスメッシュによるスクリーンマスクおよび、リジダイズドスクリーンマスク（該リジダイズドスクリーンマスクとしては、スクリーンの表面に電気メッキ法等によりニッケルメッキを成長させることで、前記ステンレスメッシュスクリーンの交点をニッケルメッキ被膜で固定し、従来のスクリーン版と比較して寸法精度や耐刷性を向上させたスクリーンマスク）などがある。

また、従来のスクリーンマスクで用いられる感光乳剤に代わりに、所望のパターンが形成されたニッケルやステンレスなどのメタルマスクをステンレスメッシュスクリーンに一方の面に密着させた状態で電気メッキ法等により前記メタルマスク及び前記ステンレスメッシュスクリーン表面に略均一の厚みでニッケルメッキを成長させることで前記メタルマスクと前記ステンレスメッシュスクリーンを固着した、いわゆるメタルマスクと金属スクリ−ンの複合体であるサスペンドメタルマスクなどがある。

また、高オープニング率の各種マスクにおける高オープニング率とは、マスクの厚み方向のみにニッケルメッキを適宜の厚みで成長させ、それ以外の部分には極薄くしかニッケルメッキを成長させないため、従来の方法よりも近年の電子部品の小型化に良く対応することができ、マスク等の開口部に充填される金属ペーストに対し、良好な離型性を発揮し、これによってマスク等の開口部に金属ペーストが付着するのを防止し、印刷不良等による品質の低下を防止するため、パターン開口部のオープニング率を高くしたものである。

さらに、上述のメタルマスク、スクリーンマスク、サスペンドメタルマスクなどを、伸縮性の高いメッシュスクリーンを固定した四角形枠体の略中央部に配した形態をなすコンビネーション化による金属印刷版がある。

金属印刷版のコンビネーション化により印刷時の版離れ向上や、スキージングによるスクリーン版に対するストレスを緩和できるためにスクリーン版の寿命を延ばすことができる。

実際には上述の金属印刷版においても、アスペクト比が１：１に近い状態での０．４ピッチＱＦＰのパッドへの半田ペースト印刷や、最小線幅２０μｍを要求されるような金属ペーストによる再配線形成印刷では、印刷時のペーストの滲みによるブリッジ現象や、版開口部のペースト残りによるペースト供給不足によるカスレ現象、ペースト残りによるマスク開口部の目詰まり、といった現象が発生し、上述のような微小化、狭ピッチ化、高密度化、高精度化を要求されたパターンを安定して印刷することは非常に困難であった。

その対策として、メタルマスクの表面部および開口部にフッ素を含む化学吸着単分子膜やフッ素樹脂、フッ素含有無電解複合メッキ等で撥水・撥油層を形成するといった発明が各種開示されている。メタルマスクの表面部および開口部に撥水・撥油膜を形成することで、印刷ペーストの抜け性向上や印刷時の版離れ向上による印刷性の向上をもたらすもの（例えば、特許文献１、２、３参照）が存在している。
特開平８−２９０６８６号公報（特許請求の範囲の欄、実施例の欄の段落｛０００６｝〜｛０００８｝、図１〜図３を参照） 特開平６−１１５０４５号公報（特許請求の範囲の欄、課題を解決するための手段の欄の段落｛００１２｝〜｛００１５｝、図１、図２を参照） 特開平５−２２０９２２号公報（特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の作用の欄の段落｛００１８｝〜｛００２１｝、実施例の欄の段落｛００２３｝〜｛００３５｝及び図１、図２、図６、図７を参照）

しかしながら、上記従来技術では、例えばフッ素樹脂でメタルマスクの表面部および開口部に撥水・撥油層を形成する場合は、ある程度の厚みの皮膜を形成しないと長期間の間、撥水・撥油の効果を持続することができない。しかしながら皮膜を厚くすると、マスク材の板厚の増加や開口部の開口幅の減少を招き、必要なペースト塗布量を安定して得ることが困難となり、また、開口部のエッジ部もやや丸みを帯びるため、そのエッジの丸みがペーストの切れを悪くし、ペーストのダレや滲みを発生させる原因となる。

また、フッ素含有無電解ニッケル複合メッキでメタルマスクの表面部および開口部を被覆する場合は、メッキの厚みは１μｍ〜１０μｍ程度である程度の厚みの制御が可能ではあるが、フッ素樹脂の分散量が３０％程度に限られてしまうため、十分な撥水・撥油の効果が得られない。
また、フッ素を含む化学吸着単分子膜を形成する場合は、メタルマスクとフッ素単分子膜の接着力を向上させるためにカップリング剤として有機溶剤を使用しているものの、皮膜の厚みは１μｍ以下と非常に薄く形成できるため、板厚の増加や開口幅の減少を招くことはないが、実際に使用するとなると耐久性に問題があり、長期間に渡って撥水・撥油の効果が得られない。

本発明の目的は、この問題を解決することである。すなわち、出来る限りフッ素系材料の皮膜が薄く且つ強固にメタルマスクの表面部および開口部に固着させて、印刷ペーストの抜け性や印刷時の版離れを長期間に渡って向上させることができる金属印刷版を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
金属印刷版の表面部および開口部にアルカリ金属珪酸塩で珪酸処理を施し、さらにフッ素系材料を積層する構成である。

上記課題を解決するための本発明の第２発明は、請求項２に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
請求項１記載の金属印刷版がメタルマスクである構成である。

上記課題を解決するための本発明の第３発明は、請求項３に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
請求項１記載の金属印刷版がスクリ−ンマスクである構成である。

上記課題を解決するための本発明の第４発明は、請求項４に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
請求項１記載の金属印刷版がメタルマスクと金属スクリ−ンの複合体であるサスペンドメタルマスクである構成である。

上記課題を解決するための本発明の第５発明は、請求項５に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
請求項１記載の金属印刷版がコンビネーション化された各種マスクである構成である。

上記課題を解決するための本発明の第６発明は、請求項６に記載された通りの金属印刷版であり、次のようなものである。
請求項１〜請求項５記載のいずれか１項の発明に加えて、請求項１記載の金属印刷版のフッ素系材料がフッ素樹脂である構成である。

（１）金属印刷版の表面部および開口部にアルカリ金属珪酸塩で珪酸処理を施し、さらにフッ素系材料を積層することによって、長期に渡ってフッ素皮膜の特性の一つである撥水・撥油効果が持続し、結果として印刷時における半田ペーストの抜け性の向上や、版離れの向上を発揮し、滲みやカスレといった問題を解決することができる。
（２）金属印刷版洗浄時の半田ペーストの剥離性が良くなるため、洗浄性も向上する。この特性は、印刷以外の用途として、例えば金属印刷版を真空蒸着時のマスキング材として使用したとき、金属印刷版表面部に堆積した蒸着物の剥離が簡単にできるといった効果もある。
（３）フッ素系材料の皮膜を薄く且つ強固にメタルマスクの表面部および開口部に固着できるため、近年の小型チップ部品のパターン印刷やＷＬ−ＣＳＰの再配線印刷といった線幅２０μｍの印刷にも対応できる。

金属印刷版の表面部および開口部に、アルカリ金属珪酸塩で処理を施し、さらにフッ素樹脂の皮膜を薄く且つ強固に積層することによって得られる金属印刷版。

（金属及び前処理）
金属印刷版に使用される金属としては、ニッケル及びそれらの合金としてステンレスならびにアンバー材などが望ましい。金属印刷版は、次のアルカリ金属珪酸塩による珪酸処理を行う前に処理を行う場合がある。特に望ましい処理法としては、酸処理である。酸として、例えば硝酸、燐酸、塩酸ならびにスルファミン酸を用いることが出来るが限定するものではない。

（アルカリ金属珪酸塩）
アルカリ金属の珪酸塩としては、例えば、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウムがあり、それらを単独または組み合わせて用いることができる。このとき、該珪酸塩の成分である酸化珪素ＳｉＯ２とアルカリ酸化物Ｍ２Ｏ（Ｍはアルカリ金属またはアンモニウム基を表す。）との混合比率、及び濃度の調整により、接着性を容易に調節することができる。前記酸化珪素ＳｉＯ２とアルカリ酸化物Ｍ２Ｏとの混合比率（ＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ：モル比）が０．５〜３．０のものが好ましく、１．０〜２．０のものがより好ましい。

（珪酸処理）
珪酸処理としては、アルカリ金属珪酸塩の水溶液を用いて、ディッピング、コーティングなどによって行う。処理温度としては、通常室温〜１００℃、好ましくは、５０〜８０℃、より好ましくは６０〜７５℃の範囲であることが望まれる。アルカリ金属珪酸塩の濃度は、目的に応じ任意に選択する事が出来る。

珪酸処理に添加できる他の薬品としては、アルカリ金属水酸化物およびそれらの塩（該塩として、リン酸塩、硼酸塩、フッ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩などを代表例として挙げることができる。）

（フッ素系材料）
フッ素系材料としては、フッ素系樹脂及びその微粒子、例えば、ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素系樹脂、並びにフッ化ビニリデン系樹脂、例えば、フッ化ビニリデンのホモポリマー、またはフッ化ビニリデンと共重合可能な単量体、例えば４フッ化エチレン、フッ化ビニル、６フッ化プロピレン等とのコポリマーを挙げることが出来る。さらに、上記のフッ素系材料に、（メタ）アクリル酸エステル系樹脂をブレンドする事も出来る。

上記の材料の市販品としては、アトフィナ製カイナーＰＶＦ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどを代表例として挙げることができる。

（メタ）アクリル酸トリフルオロエチルで代表できるアルキル（メタ）アクリレートのフッ素置換アルキル（メタ）アクリレート、およびＮ−プロピルーN−（β−アクリロキシエチル）パーフルオロオクタンスルホンアミド、Ｎ−プロピルーN−（β−メタクリロキシエチル）パーフルオロオクタンスルホンアミドなどのパーフルオロカーボン（メタ）アクリレートで代表されるフッ素樹脂モノマーからなるホモポリマー、またはそれらと共重合可能な単量体、例えば、（メタ）アクリル酸メチルで代表できるアルキル（メタ）アクリレートおよびスチレン並びにその誘導体、塩化ビニル、４フッ化エチレン、６フッ化プロピレン、フッ化ビニリデン等との共重合体を代表例として挙げることが出来る。

上記の材料の市販品としては、ハイドロカーボンアクリレートとパーフルオロカーボンアクリレートの共重合体（ジエムコ製ＥＦ−３５１、３５２、６０１、８０１）などの高分子フッ素系界面活性剤、特開平５−１１６４７５号公報に記載のような珪素を有するフッ素化合物などを挙げる事が出来る。

これらは、単独で使用するか、または混合して使用する事が出来る。通常は、有機溶剤として、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ベンジルアルコール、フェノキシエチルアルコールなどのアルコール類、モノ、ジ、トリ並びにポリエチレングリコール（ジ）エーテル並びにモノ、ジ、トリ並びにポリプロピレングリコール（ジ）エーテル、およびアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン並びにイソホロンなどのケトン類ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、ジグライムなどのエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミルなどの酢酸エステル、プロピオン酸エステル、モノ、ジ、トリ並びにポリエチレングリコール（ジ）エーテルの酢酸エステル、モノ、ジ、トリ並びにポリプロピレングリコール（ジ）エーテルの酢酸エステルおよびガンマーブチロラクトンなどのエステル類、ジアルキルフォルムアミド、ジアルキルアセトアミド、n−メチル−２−ピロリドンなどの窒素化合物、パーフルオロカーボン並びにジクロロペンタフルオロプロパンなどのフッ素系の溶剤に溶解して用いることが望まれるが本発明はこれらに限定されるものではない。

これらには、通常の界面活性剤やレベリング剤、シリコーン系界面活性剤やレベリング剤、フッ素系界面活性剤やレベリング剤などを任意に添加する事ができる。

（フッ素樹脂の合成）
本発明に使用できるフッ素樹脂（フッ素系材料）の合成を以下に示す。
１Ｌｉｔ．の４ツ口フラスコにそれぞれ、攪拌機、温度計、窒素導入管並びに還流冷却管を装着し、下記の組成物を投入する。
フッ素樹脂モノマー（数１） ６０ｇ
メチルメタクリレート ４０ｇ
酢酸ブチル ２００ｇ
外浴を７０℃に保ち、窒素気流化において、アゾビスイソバレロニトリル０．４ｇを添加後、４時間攪拌を続ける。その後、アゾビスイソバレロニトリル０．２ｇを添加して追触を行い、２時間攪拌後、酢酸ブチルにて希釈後、３０ｗｔ％溶液を得る。
本液をハイドロフルオロエーテル（例えば、Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）に希釈して、本発明のフッ素系材料０．１ｗｔ％溶液に調整する。

（フッ素材料の積層）
フッ素材料の積層方法としては、前記の酸処理および珪酸処理を行った金属印刷版を、上記のフッ素系材料０．１ｗｔ％溶液にディップコーティングをする事によって積層する。好ましい厚みは、１〜５０ｎｍ，望ましくは、２〜２０ｎｍ、最も望ましくは、５〜１０ｎｍである。その他の塗布方法としては、スプレー、ローラーなどのコーティングなどによって行うことが出来るが、それだけに限定されるものではない。

以下、一実施例により、本発明を図１〜図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明に係るフッ素系材料８を表面部および開口部に有した第１の実施例のメタルマスク１を示している。メタルマスク１は、図２に示すようなプリント基板３のパッド４に対応した所望の印刷パターンの開口部５を有し、実施の使用のためにコンビネーション化されてメタルマスク枠２に嵌め付けられている。

なお、前記表面部と記述しているのは、金属印刷版において、印刷時にプリント基板などの被印刷物に接する面側、すなわち基板面側を示し、同様に印刷時に半田ペーストや金属ペーストといった各種印刷物をスキージにてスキージングする面側である、いわゆるスキージ面側を示すものである。よって、本発明は、開口部及び基板面側、開口部及びスキージ面側、開口部及び基板面側及びスキージ面側に必要に応じて実施すれば良いものである。

フッ素系材料８は、撥水、撥油性に優れる。このため半田ペースト６を図２に示すようにスキージ７によって開口部５へ充填し、プリント基板３等の所望部分に印刷、塗布する際、メタルマスク１の開口部５に充填される半田ペースト６に対し、良好な離型性を発揮するので、メタルマスク１が図３に示すようにプリント基板３等から引き離される際に、メタルマスク１の開口部５に半田ペースト６が付着して残るのを防止し、メタルマスク１の開口部５に充填されながらその一部がプリント基板３等に印刷、塗布されないようなことを回避することができ、印刷不良やこれに起因する電子回路基板に品質低下が解消される。

さらに、メタルマスク１の一製造方法について述べる。
プリント基板３のパッド４に対応した所望の印刷パターンの開口部５が、エッチング法や電鋳法やレーザー加工法等により形成した、厚さを必要に応じて設定されているステンレスやニッケル等の金属製のメタルマスク材を用意する。まず、本発明の珪酸処理後、フッ素系材料を上記メタルマスク１の表面部（スキージ面及び基板面及び半田ペーストが充填される開口部）に本発明のフッ素系材料をディップコートする。上記の工程により、メタルマスク１の表面部および開口部に極めて薄い皮膜が良好にコーティングされ、しかも剥れ難いように強固にコーティングされる。

（比較例）
従来のメタルマスクにより半田ペーストを印刷、塗布すると、図４、図５に示すように、メタルマスクｂをプリント基板ａから引き離すときに、図からも理解できるように、開口部ｅに充填されたクリーム半田の一部が開口部ｅに充付着ｃ’したままとなり、これがプリント基板ａ上に塗布されず、印刷、塗布量が減少し、またバラツキが生じるので、印刷不良となる。このため、リフロー後に半田未接合等の半田付け不良が生じる。
また、半田ペーストは印刷、塗布に際してメタルマスクｂの裏面にも回りこんで付着して印刷にじみｃ’’等の印刷不良を招き、プリント基板ａ上のプリント配線がリフロー時に短絡接続してしまうといった半田付け不良も生じる。

同様にして、各種金属印刷板を用いて本発明を実施した結果、表１が得られた。

また、同様にして各種金属印刷版を用いて従来の技術で実施した結果として、表２が得られた。

色々なサイズの各種チップ状の電子部品の製作において使用されるスクリーン印刷版に使用するリジダイズドスクリーン、サスペンドメタルマスク、リジダイズドコンビネーションスクリーン、コンビネーションサスペンドメタルマスクの作製方法として利用するものである。

本発明の第１実施例のメタルマスクを使用可能にした状態を示す斜視図である。 本発明のメタルマスクを用いてクリーム半田をプリント基板に印刷、塗布する作業状態を示す断面図である。 本発明のメタルマスクをクリーム半田の印刷、塗布後にプリント基板から引き離した状態を示す断面図である。 従来のメタルマスクを用いてクリーム半田をプリント基板に印刷、塗布する作業状態を示す断面図である。 従来のメタルマスクを用いてクリーム半田の印刷、塗布後にプリント基板から引き離した状態を示す断面図である。

１・・・・メタルマスク ２・・・・メタルマスク枠
３・・・・プリント基板 ４・・・・パッド
５・・・・開口部 ６・・・・半田ペースト
７・・・・スキージ ８・・・・フッ素系材料

Claims (6)

1. 金属印刷版の表面部および開口部にアルカリ金属珪酸塩で珪酸処理を施し、さらにフッ素系材料を積層することによって得られる金属印刷版。
2. 金属印刷版がメタルマスクであることを特徴とする請求項１記載の金属印刷版。
3. 金属印刷版がスクリ−ンマスクであることを特徴とする請求項１記載の金属印刷版。
4. 金属印刷版がメタルマスクと金属スクリ−ンの複合体であるサスペンドメタルマスクであることを特徴とする請求項１記載の金属印刷版。
5. 金属印刷版がコンビネーション化された各種マスクであることを特徴とする請求項１記載の金属印刷版。
6. フッ素系材料がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の金属印刷版。

Images