JP4768279B2

JP4768279B2 - ペースト印刷装置

Info

Publication number: JP4768279B2
Application number: JP2005029153A
Authority: JP
Inventors: 勝小笠原; 敬之生澤
Original assignee: クローバー電子工業株式会社
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: JP2006212968A

Description

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

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。
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。
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。