JP4768279B2 - ペースト印刷装置 - Google Patents

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本発明は、多層プリント配線基板の層間接続に用いるバンプを、プリント配線基板上又は金属箔上に形成するためのペースト印刷装置に関するものである。
従来、多層プリント配線基板の層間接続に用いるバンプを形成する装置として、例えばメタルマスクのようなマスクを用いて、導電性ペーストをプリント配線基板又は金属箔に印刷するペースト印刷装置が知られている。前記ペースト印刷装置は、孔部を設けたマスクをプリント配線基板又は金属箔の上に張持し、マスクの上にペーストを供給して、スキージをマスクと平行に移動させ、マスクの孔部からペーストを押し出して、プリント配線基板又は金属箔の表面上にペーストを印刷することによりバンプを形成する。このとき、バンプは層間接続するための高さを備える必要があるが、前記ペースト印刷装置では、所定の高さのバンプを形成するためには、複数回の印刷が必要になるという問題があった。
前記問題を解決するために、ペーストを印刷した後、マスクを持ち上げてバンプを形成するペースト印刷装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
図5(a)を参照して、前記ペースト印刷装置は、まず、載置台1cの上に銅箔7cを固定し、銅箔7cの上に平板状のマスク5cを張持する。次に、マスク5c上に導電性ペースト26cを供給し、マスク5cに押圧しながらスキージ9cを銅箔7cと平行に移動して、マスク5cの孔部27cから導電性ペースト26cを押し出し、銅箔7c上に印刷する。
このとき、スキージ9cを移動させながら、マスク5cの既に印刷の終了した側の端部を持ち上げ、マスク5cを銅箔7cから離間させる。前記孔部27cから押し出された印刷済みの導電性ペースト26cは円柱状となっており、円柱状の一方の端部で銅箔7cに付着すると共に、他方の端部はマスク5cに付着している。そこで、前述のように、マスク5cを持ち上げると、図5(b)に示すように、前記印刷済みの導電性ペースト26cは、マスク5cの持ち上げられる量hが大きくなるに従って、銅箔7cとマスク5cとの間の部分が引き伸ばされてしだいに細くなり、ついには破断して、銅箔7c上に円錐状のバンプ28が形成される。
従って、前記ペースト印刷装置では、スキージ9cの近傍でのマスク5cの持ち上げられる量hが大きいほど、より高いバンプを形成することができる。
しかしながら、前記ペースト印刷装置においては、平板状のマスク5cを端から持ち上げるために、スキージ9cの近傍でマスク5cを持ち上げる量hを大きくすることが難しいという不都合がある。
特開2003−320640号公報
本発明は、かかる不都合を解消して、スキージの近傍でマスクを持ち上げる量を大きくして、一回の印刷で所定の高さのバンプを容易に形成することができるペースト印刷装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明は、支持部材に回転自在に軸支された円筒状の回転体と、該回転体の外周面に装着され、該回転体の内部に供給される導電性ペーストを押し出すための孔部を所定の位置に備える金属板と、該回転体の回転に合わせて金属箔又はプリント配線基板のいずれかからなる被印刷物を搬送する搬送手段と、該支持部材に接続されて該回転体の内部に保持され、該金属板の孔部から該導電性ペーストを押し出して、該被印刷物の表面上に該導電性ペーストを印刷するスキージとを備え、多層プリント配線基板の層間接続に用いるバンプを形成するペースト印刷装置であって、該金属板に張力を付与して該回転体の外周面に装着する金属板装着手段を備え、該回転体を回転させると共に該搬送手段を移動させることにより、該被印刷物の表面上に印刷した該導電性ペーストを、該金属板と該金属板から離間した該被印刷物との間で、一の端部が該被印刷物に付着して他の端部が該金属板に付着する円柱状体とした後、該円柱状体を引き伸ばして破断し、該被印刷物上に所定の高さのバンプを形成することを特徴とする。
本発明のペースト印刷装置は、金属板を円筒状の回転体に装着し、前記回転体の回転に合わせて被印刷物を搬送しながら、前記回転体の内部に保持されたスキージにより前記金属板の孔部から導電性ペーストを押し出して、前記被印刷物の表面上に前記導電性ペーストを印刷する。本発明のペースト印刷装置によれば、導電性ペーストを印刷するときに、被印刷物を搬送しながら円筒状にした金属板を回転させるので、スキージの近傍で金属板が被印刷物から持ち上げられる量が大きくなり、1回の印刷で所定の高さのバンプを容易に形成することができる。このとき、前記金属板は、前記回転体の外周面に張力を付与して装着されているので、スキージの押圧によって導電性ペーストが被印刷物の表面上に印刷された後、該金属板が応力で元の状態に戻ることにより、スキージの近傍で被印刷物から速やかに持ち上げられ、1回の印刷で容易に所定の高さのバンプを形成することができる。
ここで、バンプを形成する導電性ペーストとしては、所定の高さを持つ円錐状のバンプを形成するために、印刷後に前記金属板を被印刷物から離間させるとき、前記金属板に付着した端部と被印刷物に付着した端部との間の部分が引き伸ばされてしだいに細くなり破断するような、所定の粘度を備えるペーストであることが望ましい。このような導電性ペーストとしては、例えば、銀粉、銅粉、銀をコーティングした銅粉、金をコーティングした銅粉、錫粉、はんだ粉、無鉛はんだ粉からなる群から選択される一種類以上の導電性粉体と樹脂と溶剤とを含むペーストを挙げることができる。
さらに、前記ペースト印刷装置は、前記スキージを前記支持部材に保持するスキージ保持手段を備え、該スキージ保持手段は、前記スキージの前記金属板に接する位置と角度とを調節するスキージ調節手段を備えることが好ましい。これにより、バンプの径、高さ、配置や導電性ペーストの種類といったバンプ形成条件に応じて、スキージの位置や角度を調節することができ、適切にペーストを印刷することができる。
本発明の一実施形態を添付の図面を参照して説明する。
図1は本実施形態におけるペースト印刷装置の斜視図である。また、図2は、図1のペースト印刷装置におけるスキージ周辺の要部拡大図、図3は、図1のペースト印刷装置の横断面図である。また、図4は、本発明のペースト印刷装置の説明的断面図である。
図1を参照して、ペースト印刷装置は、基台1上に相対向して設けられた印刷ドラム支持部2,3と、印刷ドラム支持部2,3に回転自在に軸支された円筒状の印刷ドラム4と、印刷ドラム4の外周面に装着されたメタルマスク5とを備えている。
また、ペースト印刷装置は、基台1の印刷ドラム支持部2,3の間に平行に設けられた1対のレール6と、レール6上に載置され、被印刷物7を載置し搬送するためのサブテーブル8とを備えている。サブテーブル8は、レール6上を移動して印刷ドラム支持部2,3の間を通過できるように設けられている。
また、ペースト印刷装置は、印刷ドラム支持部2,3に接続されて印刷ドラム4の内部に保持され、印刷ドラム4を横断して設けられているスキージ9を備えている。
そして、ペースト印刷装置は、メタルマスク5に張力を付与して、印刷ドラム4の外周面に保持するマスク装着部10を備えている。
印刷ドラム4は、印刷ドラム支持部2,3に回転自在に軸支された回転軸部11と、扇形の接続部12により回転軸部11に接続された1対の円形の枠体13とを備え、マスク保持部10は、接続部12と枠体13との接続部分を相互に連絡するように設けられている。メタルマスク5は、両側縁が1対の円形の枠体13にガイドされて印刷ドラム4の外周面に装着され、両側縁と直交する1対の端縁が、マスク装着部10に相互の間隔を調整自在に保持される。マスク装着部10は、保持したメタルマスク5の両側縁と直交する両端縁の間隔を調整することにより、メタルマスク5に張力を付与する。回転軸部11は、印刷ドラム支持部2に固定された印刷ドラムモータ14の回転軸に接続されている。なお、印刷ドラム支持部2,3は、印刷ドラム4を昇降させるためのスライドシャフト15を備えており、印刷ドラム支持部2に設けられたキャップネジ16を回転させると、スライドシャフト15に沿って印刷ドラム4の高さが調節される。
メタルマスク5は、可撓性材料からなる薄板状の部材であり、導電性ペーストを押し出すための孔部を所定の位置に備えている。孔部の直径は最終的に得られるバンプの直径に対応する。したがって、例えば直径200μmのバンプを形成する場合には、直径約200μmの孔を形成しておく。孔部の直径としては、例えば100μm〜400μm程度の直径にすることができる。
ここで、メタルマスク5を構成する材料としては、可撓性を備えた部材であればよく、例えばアルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮等の金属、もしくはこれらの複合材料を挙げることができる。また、メタルマスク5は、例えば100μm〜400μm程度の厚さにすることができる。
サブテーブル8は、被印刷物7を固定するための吸着機構(図示せず)を備えている。また、サブテーブル8の下部には、サブテーブル8を移動させるためのボールネジ17が取り付けられている。ボールネジ17は、2本のレール6の間に、レール6と平行になるように取り付けられ、基台1上に固定されたサブテーブルモータ18の回転軸に接続されている。サブテーブルモータ18を稼動させると、ボールネジ17が回転し、サブテーブル8がレール6上を移動する。
さらに、基台1の下には、印刷ドラムモータ14とサブテーブルモータ18との運転の開始や停止、速度の制御や同期を行うコントローラ19が備えられている。
図2を参照して、スキージ9は、細長い板状の部材であり、印刷ドラム支持部2,3に接続されたスキージホルダ保持部20に保持されたスキージホルダ21に装着されて、印刷ドラム4内部に印刷ドラム4を幅方向に横断して設けられている。スキージホルダ保持部20は、スキージ昇降手段22を介して、印刷ドラム2,3に昇降自在に備えられ、スキージ9のメタルマスク5に対する高さを調整して、スキージ9がメタルマスク5をサブテーブル8上に固定された被印刷物7表面に押圧するように付勢されるようになっている。
また、スキージホルダ保持部20は、スキージホルダ21を角度可変に保持するスキージ角度調整手段23を備えている。スキージ角度調整手段23は、スキージホルダ21の一端部を保持する孔部24と、スキージホルダ21の他端部を回動自在に保持する円弧状の孔部25とを備えている。スキージホルダ21は、孔部24に保持された端部を軸として、他方の端部が円弧状孔部25に沿って回動すると共に、円弧状孔部25の所定の位置で固定されることにより、スキージ9のメタルマスク5に対する角度を調整できるようにされている。
ここで、スキージ9の材質としては、ウレタンゴム、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮または上記金属スキージ先端に上記ゴム系材料を張り合わせた複合材料等を挙げることができる。また、スキージ9の厚さとしては、例えば、0.1〜30mm程度の厚さにすることができる。
また、導電性ペーストは、導電性粉体(銀粉、銅粉、銀をコーティングした銅粉、金をコーティングした銅粉、錫粉、はんだ粉、無鉛はんだ粉等)と樹脂と溶剤とから構成されている。なお、導電性ペーストには、前記導電性粉体のうちの一種類のみを用いてもよく、また、複数種類のものの混合物を用いてもよい。導電性ペーストは、円錐状のバンプを形成するのに適した性質を持つように粘性を制御して使用する。導電性ペーストの粘度としては、例えば10〜1000Pa・s程度の粘度のものを用いる。なお、本実施形態においては、導電性ペーストとして、銀粉と樹脂と溶剤とを含む銀ペーストを用いることができる。
なお、被印刷物7としては、例えば、剛直あるいは可撓性のプリント配線基板、銅箔等の金属箔等を挙げることができる。なお、プリント配線基板には、受動部品(抵抗、コンデンサ等)、能動部品(IC等の半導体部品)を内蔵するように形成されたものも含まれる。
次に、本実施形態のペースト印刷装置の作動について説明する。
まず、ペースト印刷装置の初期設定について説明する。図3を参照して、まず、サブテーブル8を、サブテーブル8の後端部8bが基台1の後端部1b付近にある被印刷物搬入位置に移動させる。また、印刷ドラム支持部2のキャップネジ16を回転させ、印刷ドラム4をスライドシャフト15に沿って、サブテーブル8及びレール6の表面から印刷ドラム4の外周面が離れている上昇位置に上昇させる。
次に、メタルマスク5を、両側縁を枠体13にガイドさせて印刷ドラム4の外周面に装着し、両端縁をマスク装着部10に保持する。次に、マスク装着部10によりメタルマスク5の両端縁の間隔を調整して、装着されたメタルマスク5に張力を付与する。このとき、メタルマスク5に付与する張力は、例えば、メタルマスク5の両端縁の間隔を狭くして張力を付与していき、メタルマスク5が張力によって印刷ドラム4の内側に凹む手前の状態を張力の強状態とし、強状態からメタルマスク5の両端縁の間隔を広くしていき、任意の張力に可変して与えることができる。次に、印刷ドラム4を、印刷ドラム4の始点4aがスキージ9の背面9a付近にある回転始点位置に回転させる。
次に、スキージ角度調整手段22とスキージ昇降手段23とを用いて、スキージ9の角度と、メタルマスク5に対する押圧力を調節する。スキージ9の角度は、例えば、スキージ9が基台1に垂直な状態を0度とし、スキージ9の前面9b方向を角度の増加方向として、スキージホルダ21を、スキージ角度調整手段23の孔部24に保持された端部を軸として、他方の端部を円弧状孔部25に沿って回動させ、任意の角度に可変して与えることができる。また、メタルマスク5に対する押圧力は、例えば、スキージ9が押圧力0でメタルマスク5に接している高さを零点として、スキージ昇降手段23を用いてスキージ9の高さを下降させて、任意の高さに可変して与えることができる。これにより、バンプの径、高さ、配置や導電性ペーストの種類といったバンプ形成条件に応じて、スキージ9の位置や角度を調節して、適切にペーストを印刷することができる。
さらに、印刷ドラム4内部に、手動でペースト供給ノズル等を印刷ドラム4内に挿入し、スキージ9の前面9b付近に銀ペースト26を供給する。なお、スキージ9の前面9b側にペースト供給用のノズル等のペースト供給部を設け、銀ペースト26を自動で供給してもよい。
次に、ペースト印刷装置の印刷処理について説明する。まず、サブテーブル8上に被印刷物7を供給する。このとき、被印刷物7は、手動で所定の位置に供給してもよく、または外部機器によって自動で供給してもよい。供給された被印刷物7は、図示しない吸着機構等の固定手段により所定の位置で固定される。
次に、コントローラ19によりサブテーブルモータ18を稼動させ、サブテーブル8を図3中の矢示方向に移動させて、被印刷物7を印刷ドラム4の下に搬送する。サブテーブル8は、サブテーブル8の先端部8aが印刷ドラム4の中心軸直下にある原点位置に移動して停止される。
次に、印刷ドラム支持部2のキャップネジ16を回転させ、印刷ドラム4をスライドシャフト15に沿って、印刷ドラム4に装着したメタルマスク5の表面がサブテーブル8上の被印刷物7の表面に接する位置まで下降させる。このとき、印刷ドラム4の高さは、メタルマスク5の表面がサブテーブル8の表面に接する高さを0mmとして、被印刷物7の厚さと被印刷物7への押圧力に合わせて、任意の高さに可変して与えることができる。なお、このとき、印刷ドラム4の下降に合わせて、スキージ昇降手段23を昇降させてスキージ9の高さを調整してもよい。
次に、コントローラ19により印刷ドラムモータ14とサブテーブルモータ18とを稼動させ、印刷ドラム4を図3中の矢示方向に回転させると同時に、印刷ドラム4の回転に同期させて、サブテーブル8を図3中の矢示方向に移動させる。これにより、印刷ドラム4内部に供給された銀ペースト26が、印刷ドラム4の回転が進むに連れて、スキージ9によってメタルマスク5の孔部を介して押し出され、被印刷物7表面に印刷される。なお、このとき、被印刷物7の搬送される速度は、任意に可変して調節することができる。
次に、印刷ドラム4の終点4bがスキージ9の前面9b付近にある回転終点位置に達するまで印刷ドラム4が回転した後、印刷ドラム4の回転を停止させる。次に、印刷ドラム支持部2のキャップネジ16を回転させ、印刷ドラム4をスライドシャフト15に沿って、前記上昇位置に上昇させ、さらに、印刷ドラム4を前記回転始点位置に達するまで図3中の矢示方向の逆方向に回転させる。次に、サブテーブル8の先端部8aが基台1の先端部1aにある被印刷物搬出位置に達するまでサブテーブル8を移動させ、被印刷物7を搬出する。被印刷物7の搬出は、手動で行ってもよく、又は外部機器によって自動で行ってもよい。被印刷物7の搬出後、サブテーブル8を前記被印刷物搬入位置まで戻して、次の印刷処理を準備する。
次に、上述の印刷処理によるバンプ形成について説明する。図4(a)を参照して、印刷ドラム4を矢示方向に回転させると共にサブテーブル8を矢示方向に移動させると、スキージ9によって、銀ペースト26がメタルマスク5の孔部27から押し出され、銀ペースト26が被印刷物7の表面上に印刷される。銀ペースト26が印刷された後、印刷ドラム4の回転とサブテーブル8の移動とが進行していくに連れて、メタルマスク5と被印刷物7とは連続的に大きく離間していく。孔部27から押し出された印刷済みの銀ペースト26は円柱状となっており、円柱状の一方の端部で被印刷物7に付着すると共に、他方の端部はメタルマスク5に付着している。そこで、前述のように、メタルマスク5が被印刷物7から離間していくと、図4(b)に示すように、前記印刷済みの銀ペースト26は、メタルマスク5の持ち上げられる量hが大きくなるに従って、被印刷物7とメタルマスク5との間の部分が引き伸ばされてしだいに細くなり、ついには破断して、被印刷物7上に円錐状のバンプ28が形成される。
このとき、被印刷物7を搬送しながらメタルマスク5を装着した印刷ドラム4を回転させるので、スキージ9の近傍でメタルマスク5が被印刷物7から持ち上げられる量hが大きくなり、1回の印刷で所定の高さのバンプを容易に形成することができる。また、メタルマスク5は、印刷ドラム4の外周面に張力を付与して固定されているので、スキージ9の押圧によって銀ペースト26が被印刷物7の表面上に印刷された後、メタルマスク5が応力で元の状態に戻ることにより、スキージ9の近傍で被印刷物7から速やかに持ち上げられ、1回の印刷で容易に所定の高さのバンプを形成することができる。
なお、本実施形態では、ボールネジ17とサブテーブルモータ18とを備え、サブテーブルモータ18を稼動させてボールネジ17を回転させることで、サブテーブル8をレール6上で移動させる構成としたが、ボールネジ17とサブテーブルモータ18とを設けず、サブテーブル8はレール6上に移動自在に戴置され、印刷ドラム4とスキージ9とがサブテーブル8上の被印刷物7を押圧するときに、印刷ドラム4に装着されたメタルマスク5と、サブテーブル8上の被印刷物7との間に生じる摩擦力によって、印刷ドラム4の回転に同期してサブテーブル8を移動させる構成としてもよい。これによれば、電気的な制御なしで、サブテーブル8を印刷ドラム4の回転に同期して移動させ、被印刷物7を搬送することができる。
本発明の実施形態であるペースト印刷装置の外観を示す斜視図。 図1のペースト印刷装置における要部拡大図。 図1のペースト印刷装置の横断面図。 本発明のペースト印刷装置の説明的断面図。 従来のペースト印刷装置の説明的断面図。
符号の説明
2,3…支持部材、4…回転体、5…金属板、7…被印刷物、8…搬送手段、9…スキージ、10…金属板装着手段、20…スキージ保持手段、22,23…スキージ調節手段、26…導電性ペースト、27…孔部、28…バンプ

Claims (3)

  1. 支持部材に回転自在に軸支された円筒状の回転体と、該回転体の外周面に装着され、該回転体の内部に供給される導電性ペーストを押し出すための孔部を所定の位置に備える金属板と、該回転体の回転に合わせて金属箔又はプリント配線基板のいずれかからなる被印刷物を搬送する搬送手段と、該支持部材に接続されて該回転体の内部に保持され、該金属板の孔部から該導電性ペーストを押し出して、該被印刷物の表面上に該導電性ペーストを印刷するスキージとを備え、多層プリント配線基板の層間接続に用いるバンプを形成するペースト印刷装置であって、
    該金属板に張力を付与して該回転体の外周面に装着する金属板装着手段を備え
    該回転体を回転させると共に該搬送手段を移動させることにより、該被印刷物の表面上に印刷した該導電性ペーストを、該金属板と該金属板から離間した該被印刷物との間で、一の端部が該被印刷物に付着して他の端部が該金属板に付着する円柱状体とした後、該円柱状体を引き伸ばして破断し、該被印刷物上に所定の高さのバンプを形成することを特徴とするペースト印刷装置。
  2. 前記導電性ペーストは、銀粉、銅粉、銀をコーティングした銅粉、金をコーティングした銅粉、錫粉、はんだ粉、無鉛はんだ粉からなる群から選択される一種類以上の導電性粉体と樹脂と溶剤とを含むペーストであることを特徴とする請求項1記載のペースト印刷装置。
  3. 前記スキージを前記支持部材に保持するスキージ保持手段を備え、該スキージ保持手段は、前記スキージの前記金属板に接する位置と角度とを調節するスキージ調節手段を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のペースト印刷装置。
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