JP4817139B2 - 孔版印刷用のマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品や半導体チップを高密度に実装するための接続用の導電性端子を孔版印刷で形成する際に用いられるクリームはんだ等の導電性ペースト印刷用のマスクに関し、特にクリームはんだがスキージによって押出される開口部の周辺のマスク表面に盛上りの発生や異物等の付着がなく、且つ平滑な壁面とシャープなエッジの開口部を有し、従って、版離れ性とクリームはんだの転写性に優れたマスク、及びそのマスクの製造方法に関する。

携帯電話を筆頭に、電子回路の小型軽量化の要請から、プリント配線基板に電子部品を高密度に、特にプリント配線基板の両面に電子部品を高密度に実装することが広く行われている。この高密度実装においては、プリント配線基板面に電子部品を実装するために、プリント配線基板にクリームはんだを印刷し、はんだ端子の高精細な配線パターンを形成し、該はんだ端子に電子部品や半導体チップを搭載し、はんだリフロー炉を通して電子部品や半導体チップの実装を行う。
この際、はんだ端子の配線パターンを欠陥なく、且つ高精細に印刷するための印刷版が種々提案され、実用に供されている。

例えば、金属や樹脂板にレーザー光を照射して配線パターン状の開口部を形成したマスクが知られている。特にステンレス板を用いたメタルマスクは広く実用に供されている。
特開昭６２−９０２４１ しかし、上記したステンレスマスクにおいては、レーザー光で開口部を形成した際に、マスク基材が溶融したり、アブレーション等を起こし、開口部のエッジがだれたり、開口部壁面のレーザー光の出射側近辺に突起（引きちぎれ痕）が残ったり、又開口部分の基材が飛散するために開口部周辺のマスク表面が盛上ったり、所謂ドロスが付着したりする。更に、開口部周辺に熱歪が生じる。そのためマスクと被印刷物との密着性が低下し、クリームはんだが滲んだりする。又開口部の壁面の突起、凹凸により、クリームはんだの抜け性が悪くなり、転写性が低下する。又、マスクの板厚が薄い場合、製造時のマスク基材のハンドリングが容易でなく、非常に煩雑であった。

上記問題を改良する方法として、開口部を形成した後、マスクをサンドブラスト処理により研磨する方法が提案されている。
特開平６−３９９８８ しかし該方法では開口部のエッジのだれは改善されなし、一部のドロスは研削できるが、十分ではない。又サンドブラスト操作が煩雑であった。一方、サンドブラスト処理に代えて電解研磨により開口部部壁面を平滑にする方法も提案されている。 特開平６−９１８３９６

上記したような方法で作られたマスクを用いても開口部のエッジのだれ、開口部周辺部のマスク面の盛上り、ドロス付着は十分には解消せず、且つ開口部壁面の平滑性も不十分であり、端子パターンがより高精細になるに従って、印刷版の版離れが悪くなったり、クリームはんだの版からの抜けが悪くなり、クリームはんだの転写性の悪化を招く。その結果転写されたクリームはんだが滲んだり、形成されたはんだ端子に欠け、割れ、抜け等の欠陥が発生し、歩留まり低下の大きな原因となっていた。又印刷スピードを上げると、前記した欠陥がより発生しやすくなり、印刷スピードを早くすることもできなかった。

更に、近年環境上の配慮から鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだが使用されるようになってきたが、該鉛フリーのクリームはんだは従来のクリームはんだに比して転写性に劣り、前記した欠陥が発生し易い。

本発明の目的は、プリント配線基板等に高密度実装用のはんだ端子の形成において、孔版印刷によりクリームはんだを印刷した際に、版離れ性及びクリームはんだの抜け性に優れ、その結果前記したクリームはんだの滲み、はんだ端子の欠け、抜け、割れ等の欠陥の発生を防止し、且つ印刷スピードを早くできる孔版印刷用のマスク、及びそのマスクの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、レーザーで開口部を形成する際に、開口部のエッジをシャープにし、開口部周辺部の盛上りやドロスの発生を防止し、且つ開口部壁面を平滑にする方法を検討し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
孔版印刷用のマスクであって、マスク用基板の両面に保護膜層を積層し、該保護膜層の上からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部をマスク用基板に形成し、保護膜層を剥離してなる孔版印刷用のマスク、及び
前記マスクにおいて、保護膜層が金属層、又は熱硬化性樹脂層である前記記載の孔版印刷用のマスク、及び

マスク用基板にメッキ法によって金属の保護膜層を積層してなる前記記載の孔版印刷用のマスク、及び
マスク用基板がステンレスからなる前記記載の孔版印刷用のマスク、及び
貫通開口部を形成した後、電解研磨を行ってから保護膜層を剥離してなる前記記載の孔版印刷用のマスク、及び

孔版印刷用のマスクの製造方法であって、マスク用基板の両面に保護膜層を積層する工程、保護膜層の上からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部をマスク用基板に形成する工程、マスク用基板から保護膜層を剥離してなる工程、からなる孔版印刷用のマスクの製造方法、及び
保護膜層が金属層、又は熱硬化性樹脂層である前記記載の孔版印刷用のマスクの製造方法、及び

マスク用基板に保護膜層を積層する工程において、金属のメッキ法による前記記載の孔版印刷用のマスクの製造方法、及び
マスク用基板がステンレスからなる前記記載の孔版印刷用のマスクの製造方法、及び
貫通開口部を形成する工程の後、電解研磨工程を追加してなる前記記載の孔版印刷用のマスクの製造方法、である。

本発明の孔版印刷用のマスクはシャープなエッジと平滑な壁面の開口部を有し、且つ開口部周辺に盛上りやドロスの付着がない。従ってクリームはんだを印刷した際、クリームはんだの滲みが生じなく、クリームはんだの抜け性及び版離れ性が優れるため、印刷スピードを早くしてもクリームはんだの転写性不良に由来するはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥を防止することができ、クリームはんだの滲みの発生もなく、はんだ端子形成工程の生産性及び歩留まりが大きく向上する。又、マスク用基板が薄くなっても製造工程でのマスク用基板のハンドリングを容易に行える。

以下、本発明の孔版印刷用のマスク、及びその製造方法について図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のマスクの製造工程の１例を表す。図１（ａ）はマスク用基板１に保護膜層２を形成した断面を表す。マスク用基板としては、レーザー光で加工し易く、且つ印刷版としての特性に優れる種々の金属や樹脂、金属と樹脂の積層体が挙げられ、具体的には、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、鉄、アルミ、ステンレス等の金属、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、PPS、PES、PEEK、液晶樹脂等の高強度で且つ耐熱性に優れた熱可塑性樹脂、及び前記金属と樹脂の積層体等が挙げられ。該マスク用基板の厚さは、形成するはんだ端子の仕様にもよるが、通常５〜３００μｍ程度である。

マスク用基板に積層される保護膜層としては、薄膜のマスクを製造する際にマスク用基板を補強でき、マスク用基板からの剥離が容易で、且つレーザー光で開口部を形成する際に悪影響を及ぼさなければ特に限定はなく、種々の金属層や樹脂層が挙げられる。特に熱特性等の点からニッケル、鉄、銅から選ばれた金属を１種または２種以上を含有する金属層、ポリイミド等の熱硬化性樹脂層が好ましい。前記した保護膜層をマスク用基板に積層するには、保護膜の薄膜をマスク基板に接着剤や熱融着で貼り合わせる方法、前記した保護膜の金属をメッキ、スパッタ、蒸着等で積層する方法、ポリイミド樹脂の前駆体を塗布・加熱硬化する方法、前記した熱可塑性樹脂を溶融積層する方法等が挙げられる。

更に、本発明の保護膜層としては、マスク用基板との間に間隙が発生せず、且つ適度の密着性と適度な剥離性を有する点から、又該保護膜の膜厚の制御と管理が容易に行える点から前記金属をメッキ法により積層した層が特に好ましい。前記保護膜層がメッキ法の場合は通常の公知の電気メッキ法により成膜される。この際、マスク用基板としては導電性を有する基板が好ましく、前記した金属が挙げられる。又ポリイミド樹脂、PPS、PES、PEEK、液晶樹脂等の樹脂の場合は、樹脂の表面を導電性にするため、導電性金属をスパッタしたり、無電解メッキをしたり、又は薄膜を積層する。メッキ法で積層する場合、保護膜層との適度な密着性と剥離性、機械的強度、経済性の点からマスク用基板としては、ステンレスが、保護膜層としてはニッケル又はニッケル合金が最も好ましい。

保護膜層の役割は開口部周辺の盛上りやドロスの付着の防止、及び薄膜のマスク用基板のハンドリングの容易さ等にあり、該保護膜層の膜厚は、用いるマスク用基板の厚さ、及びマスク用基板との剥離性等を考慮して決めればよく、好ましくは１０〜２００μｍ、更に好ましくは２０〜１５０μｍである。保護膜層を金属のメッキ法で積層する際、保護膜層の膜厚が厚くなればメッキに長時間を要する。この場合、薄膜の金属の保護膜層をメッキ法で積層し、その上に金属箔又は樹脂膜を積層するのが好ましい。又、金属の保護膜層が厚い場合、開口部壁面に焼けが生じたり、バリの発生が増加して好ましくない。これらの点から、薄膜の金属の保護膜層をメッキ法で積層し、その上に樹脂膜を積層するのが更に好ましい。保護膜層を金属と樹脂で構成する際は、金属の保護膜層の膜厚は５〜４０μｍ、樹脂の保護膜層の膜厚は１５〜１４０μｍが好ましい。樹脂の保護膜層は樹脂フィルムをラミネートしたり、樹脂液を塗布することにより積層される。

保護膜層として用いられる樹脂としては特に制限はなく、普通の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。具体的な樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、PPS、PES、PEEK、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。更に、ドライフィルムレジスト等の感光性樹脂は剥離する際に光を照射することにより剥離性を向上させることが可能であり好ましい。マスク用基板の両側の保護膜層の膜の種類、構成、厚さは同じでも、又は異なってもよいが、マスク基板のカールの点からは同じ膜構成及び膜厚が好ましい。

次に図１（ｂ）に示したように、保護膜層の上からレーザー光３を照射してマスク用基板に所望の印刷パターンの貫通開口部４を形成する。開口部を形成するには、収束したレーザー光を開口部の外周部に沿って走査しなが照射し、外周部を切断する。照射するレーザー光としては、固体レーザー、ガスレーザー、半導体レーザーが挙げられ、具体的にはＹＡＧレーザーが好ましく、ＹＡＧレーザーの基本波、高調波及びそれらの混合波を用いることができる。
貫通開口部を形成する際、レーザー光の入射側の保護膜層は当然貫通開口部が形成されるが、レーザー光の出射面側の保護膜層は必ずしも貫通しなくてもよい。

レーザー光で開口部を形成する際に、保護膜層が積層されたマスク基板を保持する方法としては空中に浮かしてマスク基板の周辺部を固定する方法、台座に密着載置する方法がある。形成される開口部の形状の均一性からは台座に密着載置する方法が好ましい。台座に密着載置した場合、レーザー光の出射側の保護膜層まで貫通して開口部を設けると、切断された開口部の切断屑がマスク基板の上面の保護膜層の表面に飛散し、開口部の形成の障害となり好ましくない。この切断屑の飛散を防止するには、下面（レーザー光の出射側）の保護膜層の途中まで開口部を形成する。

次に図１（ｃ）に示したように、両方の保護膜層をマスク用基板から剥離すと、本発明のマスク１’ができあがる。保護膜層を剥離するには、物理的な方法や化学的な方法で行える。化学的な方法としては、保護層膜又はマスク用基板のどちらか一方を選択的に侵し易い液を用いると容易に剥離できる。例えば、マスク用基板としてステンレスを用い、銅を保護膜層とした場合はアルカリ系のエッチング液を、ニッケルを保護膜層とした場合は強アルカリ液を用いればよい。

本発明においては、マスクの開口部壁面を電解研磨処理を行えば、印刷特性がより一層向上し、更に好ましい。又、電解研磨を行った後、フッ素樹脂微粒子を含有する共析メッキを行っても良い。前記した電解研磨処理は、保護膜層を剥離してから行っても良いが、マスク開口部のエッジのだれ、マスク厚の変化、マスク表面のダメージ等の防止の点から、保護膜層を剥離する前に電解研磨を行うのが好ましい。しかし、前記したように開口部がレーザー光出射側の保護膜層を貫通していない場合は、開口部壁面への電解研磨液の流入が阻害され、その結果電解研磨が十分に行われず、好ましくない。この場合も保護膜層を金属と樹脂の積層構成とし、開口部の加工を金属保護膜と樹脂保護膜の界面付近、又は金属の保護膜層を貫通し、樹脂保護膜層の途中まで行い、電解研磨を行う前に樹脂保護膜層を剥離し、電解研磨を行うのが好ましい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。但し、本発明は、この実施例に限定されるものではない。

５５０×６５０ｍｍで厚さ６０μｍのＳＵＳ３０４の基板をスルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、浴温４５℃、電流密度２Ａ／ｄｍ２で電気メッキを行い、ＳＵＳ３０４基板の両面に保護膜層として３０μｍのニッケル膜を成膜した。次に、ＹＡＧレーザー加工機（ＨＰＳ３６２Ｂ／Ｐ、ハイパー・フォトン・システム社製）を用いて、直径５０μｍの開口部を繰返しピッチ１００μｍで５０×５０（２５００）個からなる基本パターンを４つ面取りした印刷パターンの開口部を形成した。

開口部を形成した直後のニッケル保護膜層を剥離しない状態では、保護膜表面の開口部周辺部に盛上り、ドロスの付着が観察されたが、ニッケル保護膜層を剥離した後の本発明のマスク１’には開口部周辺部には盛上りは発生せず、且つドロスの付着も観測されなかった。又、開口部のエッジは非常にシャープであり、開口部の壁面も略平滑であった。

次に、得られたマスクを４００×４８０ｍｍに切断し、アルミ枠に１８０メッシュのポリエステル製の紗を介して貼り合わせて孔版印刷版を作製し、該孔版印刷版をスクリーン印刷機（ＳＰ２８Ｐ−ＤＨ、パナソニックファクトリーソリューション(株)製）にセットし、鉛フリーのクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研(株)製）をプリント配線基板上に印刷し、はんだ端子を形成した。印刷版マスクの被印刷面への密着性は良好で、クリームはんだの滲みは発生しなかった。一方、印刷版の版離れ性に優れ、クリームはんだの抜け性は良好であった。その結果、形成したはんだ端子には割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生も殆どなく、はんだ量のばらつきも小さかった。

マスクの印刷特性を更に向上させるために、実施例１の開口部を形成した後、ニッケル保護膜層を剥離しない状態で、燐酸６００ｍｌ／ｌ、硫酸１８０ｍｌ／ｌからなる電解液を用い、４５℃でマスクを陽極にして下記の条件を１サイクルとし、２０サイクルの電解研磨を行った。
電流密度 通電時間
・通電 ： １５Ａ／ｄｍ２ １５秒
・逆通電： −０．５Ａ／ｄｍ２ ３秒
・非通電： ０Ａ／ｄｍ２ ２０秒

次に、電解研磨処理を行った後、保護膜層を剥離し、本発明のマスクを作製した。該マスクを実施例１と同じ方法で、アルミ枠にポリエステル製の紗を介して貼り合わせて孔版印刷版を作製し、鉛フリーのクリームはんだをプリント配線基板上に印刷し、はんだ端子を形成した。印刷版マスクの被印刷面への密着性は非常に優れ、クリームはんだの滲みは発生しなかった。一方、印刷版の版離れ性及びクリームはんだの抜け性は実施例１よりも更に優れていた。その結果、形成したはんだ端子には割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生は全くなく、はんだ量のばらつきも非常に小さかった。

５５０×６５０ｍｍで厚さ２０μｍのＳＵＳ３０４の基板をスルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、浴温４５℃、電流密度２Ａ／ｄｍ２で電気メッキを行い、ＳＵＳ３０４基板の両面に保護膜層として２０μｍのニッケル膜を成膜した。更に、該ニッケル膜の上に樹脂保護膜として５０μｍのネガ型のドライフィルムを両面にラミネートした。次に、ＹＡＧレーザー加工機（Ｍｏｄｅｌ５３００ ｅｓｉ社製）を用いて、直径４０μｍの開口部を繰返しピッチ１００μｍで５０×５０（２５００）個からなる基本パターンを４つ面取りした印刷パターンの開口部を形成した。但し、開口部はレーザー光出射側のニッケル膜とドライフィルム膜からなる保護膜層のニッケル膜層は貫通し、ドライフィルム膜層の途中まで形成した。

次に両面のドライフィルムに紫外線を照射して、該フィルムを硬化した後、剥離液に浸漬し、剥離した。ニッケル保護膜を両面に積層されたマスク基板の開口部は上面から下面まで完全に貫通していた。該メタルマスク基板を実施例２と同じ電解液を用い、１５Ａ／ｄｍ２の電流を９０秒間通電し、電解研磨処理を行った。最後に両面のニッケル保護膜を剥離し、本発明のマスクを作製した。マスクの表面にはドロスの付着はなく、開口部周辺の盛り上がりも無かった。又、マスクの開口部の壁面はバリは完全に無く、且つレーザー照射痕（微小な立筋）も消え、非常に平滑であった。

該マスクを実施例１と同じ方法で、アルミ枠にポリエステル製の紗を介して貼り合わせて孔版印刷版を作製し、鉛フリーのクリームはんだをプリント配線基板上に印刷し、はんだ端子を形成した。印刷版マスクの被印刷面への密着性は非常に優れ、クリームはんだの滲みは発生しなかった。一方、印刷版の版離れ性及びクリームはんだの抜け性は実施例１よりも更に優れていた。その結果、形成したはんだ端子には割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生は全くなく、はんだ量のばらつきも非常に小さかった。

本発明の孔版印刷用のマスクは電子部品を搭載する際のはんだ端子の形成において、クリームはんだの印刷用マスクとして使用できる。本発明のマスクを用いてクリームはんだを印刷した場合、クリームはんだを高速で、且つ高密度に、更に優れた転写性で印刷することができ、電子部品の高密度実装向けのはんだ端子の形成に利用できる。

本発明の孔版印刷用のマスクの製造工程の一様態を表す。

符号の説明

１ マスク用基板
１’ 孔版印刷用のマスク
２ 保護膜層
３ レーザー光
４ 開口部

Claims (3)

1. 孔版印刷用のメタルマスクの製造方法であって、金属製のマスク用基板の両面にメッキ法によって金属の保護膜層を積層する工程、
   保護膜層の上からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部をマスク用基板に形成する工程、
   マスク用基板から保護膜層を剥離してなる工程、
   からなることを特徴とする孔版印刷用のメタルマスクの製造方法。
2. マスク用基板がステンレスからなることを特徴とする請求項１記載の孔版印刷用のメタルマスク
   の製造方法。
3. 貫通開口部を形成する工程の後、電解研磨工程を追加してなる請求項１又は２記載の孔版印刷用のメタルマスクの製造方法。