JP5291353B2

JP5291353B2 - メタルマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP5291353B2
Application number: JP2008028891A
Authority: JP
Inventors: 圭介武井; 政一相沢
Original assignee: Bon Mark Co Ltd
Current assignee: Bon Mark Co Ltd
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: JP2008213472A

Description

この発明は、高精度なパターン印刷を可能にさせるスクリーン印刷用の版材であるメタルマスク及びその製造方法に関するものである。

従来、各種の電子部品等の実装のためにプリント配線基板にハンダペースト（クリームハンダ）、導体ペースト等を塗布形成するに際し、高精度なパターン印刷を可能にさせるスクリーン印刷が採用されている。特に高精度なパターン印刷が望まれる場合には、スクリーン印刷用の版材として、メタルマスク等のスクリーン印刷版が用いられる。

メタルマスクを用いたスクリーン印刷は、被印刷物面に接触させて、あるいは僅かに離れて位置するメタルマスクの一方の面（スキージ面）から他方の面（被印刷物側の面）に、スキージあるいは加圧等で被印刷物面に押し付けながら、メタルマスクに設けられたパターン状の孔から印刷インクその他の付着材料を押し出すことで、被印刷物表面に印刷が行われる。この印刷方法は、被印刷物が平板状である場合に好適である。

近年、電子機器ないし電子部品の小型化に伴い、プリント配線基板にハンダペーストを塗布形成するためにメタルマスクに設ける孔のパターンは、極微細でかつ孔相互の間の距離（孔のピッチ）が極めて短くなりつつある。また、高精細なパターンを形成するべく、メタルマスクと被印刷物との間は基本的に接触状態とするのが有利である。

このように、極微細な孔が密集したメタルマスクは、印刷時に被印刷物と接触した際に、ハンダペーストやフラックスの粘性や表面張力、さらにはメタルマスクの被印刷物面と被印刷物の印刷面との押圧による接着力等により、被印刷物と密着してしまい、版離れが悪くなり易い。版離れが悪化した状態のまま無理に両者を引き剥がすと、前記パターン状の孔におけるハンダペーストの被印刷物への抜けが悪くなり、該孔の内壁にハンダペーストが付着して、印刷されたパターン形状が崩れる原因となる。また、ハンダペーストが被印刷物に飛散して、印刷面の汚れや印刷されたパターン形状におけるエッジの滲みの原因ともなる。

現在まで、メタルマスクの版離れ改善に関して、多くの議論が為され、かつ種々の改良が為されてきた。
例えば、近年、メタルマスクの被印刷物側の面にメッキすることで、表面をある程度粗して版離れを改善する手段が採られている。このメッキ処理に用いられる金属としては、通常はニッケル又はニッケル合金が使用される。このニッケル又はニッケル合金メッキをする時に用いられるメッキ浴組成、メッキ浴温度、電流密度、ｐH、添加剤等のメッキ条件がメタルマスクの種々の特性に大きく影響することが知られている。通常、メッキ浴組成としては、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてホウ酸を用いるものが一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平１０−３４８７０号公報特開２００６−１５０６４６号公報（００２０欄）

従来のスルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてホウ酸を用いるメッキ浴組成で、ニッケル製のメタルマスクを製造した場合は、印刷時にトータルピッチの伸びが発生したり、メタルマスクの表面硬度がＨ_Ｖ２２０前後と低いため、印刷耐久性が低いという問題点があった。また、添加剤として用いるホウ酸は特定有害物質のため、水質汚濁防止法の関連もあって環境的にも好ましいものではなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてホウ酸の代わりにクエン酸塩を添加したメッキ浴組成で、メタルマスクを製造することにより、結晶がホウ酸浴より微細結晶構造となり、硬度と表面粗さとヤング率が向上し、更に使用時における伸び量も減少し、しかも環境にもやさしいメタルマスク及びその製造方法を提供するものである。
クエン酸塩としては、クエン酸、クエン酸アンモニュウム、クエン酸三ナトリウム、クエン酸一ナトリウム、クエン酸一カリウム、クエン酸三カリウム等がある。

この発明に係るメタルマスクの製造方法においては、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、メタルマスクを製造するものである。

また、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、メタルマスクを製造する方法であって、メッキ浴組成として、スルファミン酸ニッケル１５０〜６５０ｇ/l、クエン酸塩５〜６０ｇ/lを含むものである。

また、クエン酸塩として、クエン酸３ナトリウムを用いたものである。

更に、この発明に係メタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ３５０〜６００、表面粗さＲａ０．１〜０．７であり、微細結晶構造のものである。

また、メタルマスクのヤング率が１４万Ｎ/ｍｍ〜２２万Ｎ/ｍｍの範囲である。

この発明によれば、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてホウ酸の代わりにクエン酸塩を添加したメッキ浴組成でメタルマスクを製造しているので、結晶がホウ酸浴より微細結晶構造となり、硬度と表面粗さとヤング率が向上し、更に伸び量が少なくなり印刷耐久性を大幅に向上させることができる。また、表面粗さの粗いメッキ成長面側を被印刷面側とすることにより版離れ向上による滲み、ブリッジの低減も期待でき生産性の向上が期待できる。更に、添加剤の添加量もホウ酸よりも少なくて済むので、環境にもやさしいメタルマスクを得ることができる。

実施の形態１．
この発明によるメタルマスクの製造方法は、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、メタルマスクを製造する点に特徴を有するものである。
すなわち、実施の形態１における実際のメッキ浴組成としては、スルファミン酸ニッケルが１５０〜６５０ｇ/lであり、好ましくは２２０〜４５０ｇ/lである。スルファミン酸ニッケルを１５０〜６５０ｇ/lの範囲にする理由は、１５０ｇ/l未満であると、金属の析出の電流効率が悪くなるからであり、６５０ｇ/lを超えても、効果が変わらないためである。また、クエン酸塩が５〜６０ｇ/lであり、好ましくは１０〜３０ｇ/lである。クエン酸塩を５〜６０ｇ/lの範囲にする理由は、５ｇ/l未満であると、メッキ液のｐH変動が大きくなるからであり、６０ｇ/lを超えても、効果が変わらないためである。また、塩化ニッケルが５〜１００ｇ/lであり、好ましくは５〜５０ｇ/lである。塩化ニッケルを５〜１００ｇ/lの範囲にする理由は、５ｇ/l未満であると、メッキ液のｐH変動が大きくなるからであり、１００ｇ/lを超えても、効果が変わらないためである。また、ＮＴＳ（１．３．６−ナフタリントリスルフォン酸ナトリウム）が０．５〜１０ｇ/lであり、好ましくは１〜６ｇ/lである。ＮＴＳを０．５〜１０ｇ/lの範囲にする理由は、０．５ｇ/l未満であると、応力を適切な応力に調整できないためであり、１０ｇ/lを超えると圧縮応力が強くなり過ぎるためである。その他の効果は変わらないためである。また、メッキ条件としては、電流密度は、０．１〜３．０Ａ/ｄm²であり、好ましくは１〜２Ａ/ｄm²である。電流密度を０．１〜５．０Ａ/ｄm²の範囲にする理由は、０．１未満であると、皮膜が脆くなるからであり、５．０Ａ/ｄm²を超えると板厚の均一性が悪くなるためである。また、ｐHは、２．０〜５．０であり、好ましくは３．０〜４．３である。ｐHを２．０〜５．０の範囲にする理由は、２．０未満であると、ピットが出やすくなり電流効率も悪くなり、その結果ｐH変動が大きくなるからであり、５．０を超えるとメッキ析出速度が速くなり板厚制御が困難になるためである。更に、液温は、３５〜５５℃であり、好ましくは４０〜５０℃である。液温を３５〜５５℃の範囲にする理由は、３５℃未満であると、電流効率が悪くなるからであり、５５℃を超えると、水分が飛び過ぎて液の温度が変化し易いからである。

これにより、スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてホウ酸の代わりにクエン酸塩を添加したメッキ浴組成で、メタルマスクを製造することができる。また、メタルマスクの硬度がＨ_Ｖ３５０〜６００、表面粗さＲａ０．１〜０．７である微細結晶構造を持つ伸び量の少ないメタルマスクが得られる。ここで、クエン酸塩浴から得られる皮膜の結晶構造は、ホウ酸浴で得られる皮膜結晶構造よりも微細結晶構造となる（土井正著「ホウ素の排水規制に対したクエン酸ニッケルめっき浴の開発」２００５年３月博士学位論文、４７頁、Ｆｉｇ４−１０、ＢａｔｈＡ参照）。また、メタルマスクのヤング率が１４万Ｎ/ｍｍ〜２２万Ｎ/ｍｍの範囲のものが得られる。

実施例１.
スルファミン酸ニッケル２４５ｇ/l、クエン酸３ナトリウム８ｇ/l、塩化ニッケル３０ｇ/l、ＮＴＳ（１．３．６−ナフタリントリスルフォン酸ナトリウム）１．５ｇ/l、電流密度２．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用いてメタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、ヤング率が１４万Ｎ/ｍｍ〜２２万Ｎ/ｍｍの範囲で、硬度がＨ_Ｖ３５０以上で、表面粗さＲａが０．１〜０．７であった。このメタルマスクは、結晶が微細結晶構造となり、硬度と表面粗さとヤング率が向上し、印刷耐久性を大幅に向上させることができた。また、版離れ向上による滲み、ブリッジの低減も期待できる。更に、添加剤であるクエン酸３ナトリウムの添加量もホウ酸よりも少なくて済み、環境にやさしいメタルマスクを得ることができた。

実施例２.
スルファミン酸ニッケル２２０ｇ/l、クエン酸３ナトリウム２７ｇ/l、塩化ニッケル３２ｇ/l、ＮＴＳ（１．３．６−ナフタリントリスルフォン酸ナトリウム）６．３ｇ/l、電流密度２．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用いてメタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、ヤング率が１４万Ｎ/ｍｍ〜２２万Ｎ/ｍｍの範囲で、硬度がＨ_Ｖ３５０以上で、表面粗さＲａが０．１〜０．７であった。このメタルマスクも実施例１と同様の特性を持つものであった。

比較例１.
スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/l、ホウ酸３０ｇ/l、塩化ニッケル４０ｇ/l、電流密度５．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用い、メタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ３００前後と低い。このメタルマスクは、微細結晶構造ではなく、印刷時、トータルピッチの伸びが発生していた。また、添加剤であるホウ酸の添加量も多く、しかもホウ酸は特定有害物質のため、水質汚濁防止法の関連もあって環境的にも好ましいものではなかった。

比較例２.
スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/l、ホウ酸３０ｇ/l、塩化ニッケル４０ｇ/l、電流密度２．５Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用い、スターラー攪拌有りでメタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ３００前後と低い。このメタルマスクも比較例１と同様の特性を持つものであった。

比較例３.
スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/l、ホウ酸３０ｇ/l、塩化ニッケル４０ｇ/l、電流密度１．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用い、スターラー攪拌無しでメタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ３００前後と低い。このメタルマスクも比較例１と同様の特性を持つものであった。

実施例３.
スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/l、クエン酸塩１５ｇ/l、塩化ニッケル３０ｇ/l、電流密度２．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用いてメタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ４５０で、表面粗さＲａが０．３２で更に伸び量が０．０４ｍｍであった。このメタルマスクは、結晶が微細結晶構造となり、硬度と表面粗さとが向上し更には伸び量がホウ酸浴より減少し、印刷耐久性を大幅に向上させることができた。また、版離れ向上による滲み、ブリッジの低減も期待できる。更に、添加剤であるクエン酸塩の添加量もホウ酸の１／２で済み、環境にやさしいメタルマスクを得ることができた。
なお、伸び量の測定の引張試験機はＡ＆Ｄ社製のテンシロンＲＴＧ−１２１０を用いて１００MPaにて測定した。試験片は幅５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、板厚３０μｍの標準形状の引張試験片を用いた。

比較例４.
スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/l、ホウ酸３０ｇ/l、塩化ニッケル３０ｇ/l、電流密度２．０Ａ/ｄm²、ｐH４．０〜４．２、液温５０℃のメッキ浴組成を用い、メタルマスクを製造した。この条件で製造したメタルマスクは、硬度がＨ_Ｖ２００〜２３０と低く表面粗さはＲａ０．１６であり、このメタルマスクは、微細結晶構造ではなく伸び量は０．０６ｍｍ発生した。伸び量の比較をすると、ホウ酸浴はクエン酸塩に比較して１．５倍の伸び量が発生した。印刷時にはトータルピッチの伸びが発生し印刷不良の要因となる。また、添加剤であるホウ酸の添加量も多く、しかもホウ酸は特定有害物質のため、水質汚濁防止法の関連もあって環境的にも好ましいものではなかった。

Claims

スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、メタルマスクを製造することを特徴とするメタルマスクの製造方法。
スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、メタルマスクを製造する方法であって、
前記メッキ浴組成として、スルファミン酸ニッケル１５０〜６５０ｇ/l、クエン酸塩５〜６０ｇ/lを含むことを特徴とするメタルマスクの製造方法。
クエン酸塩として、クエン酸３ナトリウムを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のメタルマスクの製造方法。
スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成により、製造することを特徴とするメタルマスク。
スルファミン酸ニッケル浴に添加剤としてクエン酸塩を用いたメッキ浴組成であって、
スルファミン酸ニッケル１５０〜６５０ｇ/l、クエン酸塩５〜６０ｇ/lをメッキ浴組成として含むことを特徴とするメタルマスク。
クエン酸塩として、クエン酸３ナトリウムを用いることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のメタルマスク。
メタルマスクの硬度がＨ_Ｖ３５０〜６００、表面粗さＲａ０．１〜０．７であり、微細結晶構造であることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載のメタルマスク。
メタルマスクのヤング率が１４万Ｎ/ｍｍ〜２２万Ｎ/ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれかに記載のメタルマスク。