JP5374799B1 - スクリーン印刷法による文字・記号印刷等を不要とする、回路基板の製造方法 - Google Patents

スクリーン印刷法による文字・記号印刷等を不要とする、回路基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スクリーン印刷法による文字・記号印刷等を用いることなく、印字等を可能とした回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】回路基板上に、着色インキ層とエポキシ系樹脂及びアクリル系樹脂を含むソルダーレジストインキ層(別名永久レジストとも言う)との組み合わせ塗膜に、紫外線の照射量を変化させて、ソルダーレジストインキの架橋密度・重合度量割合に差を生じさせることで、屈折率や透明度に差が生じ、着色インキ色が視認できる回路基板の製造方法。
【選択図】図8

Description

発明の詳細な説明
本発明は、エポキシ系樹脂と一部カルボン酸残存のアクリル系樹脂を含むソルダーレジストインキ(以後は、MSRと言う)を用い、紫外線照射量又は乾燥熱量を変化させることで、MSR層の架橋密度・重合度量等の割合を変化させることにより、屈折率や透明度を変化させその屈折率や透明度の差により搭載部品認識用文字等が下地色をかいして微小文字まで鮮明に視認ができる回路基板の製造方法に関するものである。
回路基板は銅回路保護のため等にソルダーレジストが施されており、このソルダーレジスト上に搭載部品等の適確な情報を提供するため、スクリーン印刷方法で搭載部品名などの識別文字・記号等が印字される。
しかし、近年はより軽薄短小化が飛躍的に進んでおり、スクリーン印刷による印字方法は、用いるスクリーン版のメッシュ目に文字の大きさ及び解像度が左右される。文字・記号等用のインキが通過できるメッシュ目の大きさが限界になっており、小文字化の要求に対応できなくなっている。
さらに、高機能製品が求められることから、回路基板の実装面積が小さくなり、搭載部品は小型化され、多くの部品が搭載されるようになった。現状のスクリーン文字印刷方法では、文字の大きさが限界に達しており、物理的に全ての文字を表記することが不可能になってきている。
また、スクリーン印刷方法による文字印刷は、版の目詰が生じないように、作業中頻繁に有機溶剤で版の裏面の清掃が必要である。さらに、印刷終了後は版に付着しているインキ除去に有機溶剤を開放状態で使用。又、印刷版の保管のためには、スクリーン印刷版をデップ方式、又は、スプレー方式等で、前記で除去できなかった、インキの洗浄除去が必要で、この工程では、多量の有機溶剤が使用されていることから、作業環境の悪化さらに大気汚染の問題が課題になっている。
スクリーン印刷による印刷物は、メッシュ目の関係でラインがギザギザになる欠点があり、小文字等は不明瞭で判読不能な状態である事から、部品の小型化、高密度実装から鮮明な小文字・記号等の表記が要求されている。
スクリーン印刷方法による文字印刷は、版の位置合わせや、版の伸びと刷り後の位置などの調整には多大な時間が掛る。さらに作業中での微調整などの一連の作業は熟練工でなければできない。又、日本の回路基板製造業は多品種少量ロットを手掛けており、版の取り換え回数が多く、その結果、文字印刷作業に多大な時間が取られる。生産を上げために人員を増やして凌いでいるのが現状である。この工程の人員割合は他の工程と比較して高い位置にあることが製造コストアップに繋がっているのが現状である。
スクリーン印刷方法による文字印刷版は、レピート品製造のために数年間の保管が必要となり、印刷版の保管に多大な保管場所が必要で、保管管理費も製造コストアップの要因の一つでもある。
ソルダーレジスト上に部品搭載等の認識文字(以後、文字と言う)を印刷することから、表面はインキの盛り上りにより10〜20μmの凹凸が出来、搭載部品の接合不良や微細部品の脱落等による不良品が多々起こり、再登載に多大な時間を浪費することにより製造コストアップの要因になっている。スクリーン文字印刷方法はこの様な、極小表面実装部品に、致命的なマイナス要因がある。
前記スクリーン印刷法に代わる、方法として基板上にロールコータによりインキを塗布し、露光現像を行うことで文字等を印字する方法や、インクジェットプリンターによる塗布方法が開示されている。(例えば、特許文献1,2参照)
特開2002−214778 特開平9−135062
スクリーン文字印刷は、文字・記号等のラインがギザギザに形成されることから、小文字・記号等は不明瞭となる。さらに、インキの通過メッシュ目に限界があり、極小表面実装部品に対応する回路基板への追従ができない。又、スクリーン印刷法に代わる、方法として基板上にロールコータによりインキを塗布し、露光現像を行うことで文字等を印字する方法や、インクジェットプリンターによる塗布方法では、微細文字の印字は可能となるが、スクリーン印刷と同様にソルダーレジスト面上にインキを塗布するためフラットな状態の印字ができない。
スクリーン文字印刷は、印刷版のセットには多大な時間を要し、印刷にも、熟練工が必要で、生産性を上げるために、多くの熟練工を抱えなければならない。又、印刷版の必要面積は文字印刷部分の3〜5倍必要で、その保管に多大な場所が必要となる。
スクリーン文字印刷は、有機溶剤を多量に使用することから、作業環境が悪化、大気汚染負荷の増大につながる。使用溶剤によれば、癌の誘発に繋がる危険性を含むばあいもある。さらに、作業の多くは開放で行なわれているため、有機溶剤中毒の危険にもさらされている。
本発明は、前記のような問題を解決できる回路基板の製造方法を提供することである。
本発明者は、前記問題を解決するため鋭意検討の結果、写真法を用い、次のような手順を踏むことでフラットなソルダーレジスト面を保ち、搭載部品等の小文字の認識まで鮮明に読み取ることができる事を見出し、回路基板の製造方法を確立して本発明は完成するに至った。
但し、マルチ基板の様にブラック処理やブラウン処理が施され、その色が搭載部品等の認識文字として使用可能な場合は、着色インキ層処理を除いても問題ないことを一言付け加えておく。
手順の例として、
▲1▼エッチング等により回路形成基板⇒▲2▼整面・乾燥⇒▲3▼プライマー処理(除くこともある)⇒▲4▼乾燥A⇒▲5▼MSR塗布⇒▲6▼乾燥B⇒▲7▼一次露光⇒▲8▼二次露光⇒現像⇒▲9▼乾燥⇒後工程へ
整面・乾燥は、一般的な方法で行えばよいが、回路面での凹凸は3μm以内が望ましいが、機能に問題なければ凹凸は問題にしない。
官能基を持つ着色インキを図1のように、プライマー層として用いるか、あるいは、図2のように、MSR層間にインキ層をもけることで、文字が鮮明に読み取ることが出来ることを特徴とした請求項1〜7の回路基板の製造方法。ただし着色インキは、露光により、色彩変化しても問題ないことをいとこと付け加えておく。
着色インキの塗布方法にはこだわらないが、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、静電塗装等を用いて出来る限り均一に塗布することが望ましく、塗布厚みは2μm〜300μm、好ましくは5μm〜150μm。塗布の厚みが2μm以下では文字などが鮮明でなくなる、又、300μm以上でも、識別文字等の明瞭差に変わりがなく、効果が発揮されない。
乾燥Aは、次工程の塗布時に着色インキとMSRとが混ざらない程度の乾燥状態を得る事が必要で、温度は40℃〜100℃、時間は5分〜60分、好ましくは、温度は50℃〜80℃、時間は10分〜30分。乾燥が甘いとMSRと混ざり、文字等の鮮明さが失われる、又、乾燥が強いと現像時での非画先部の抜けが悪く、基材に付着し、部品のマウント時に支障をきたす。乾燥には熱温風乾燥機を用いることおすすめする。
MSRの塗布は、均一に塗布することが望ましく(図1・2)、塗布厚みは2μm〜300μm、好ましくは5μm〜150μm。塗布厚みは2μm以下では、ピンホールなどができ十分な回路保護が出来なくなる。300μm以上では、生産性を考慮した作業時間内では、深部まで紫外線照射量が十分とどかなくなり、現像時において深部のMSRがえぐられ、回路である金属銅が保護されなく、以後の工程中で腐食され断線やマイグレーションなどが起きる原因の要因となる。
MSRは、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂混合割合は任意であるが、エポキシ系樹脂の割合がアクリル系樹脂より多少、多くすることで、文字がより鮮明にできることを特徴とした請求項1〜8の回路基板の製造方法。
エポキシ系樹脂の割合は40%〜80%、好ましくは50.1%〜65%。40%以下、又は、80%以上では、紫外線の照射量変化に対して、透明部分と、不透明部分とのコントラストが得られにくく、文字が不鮮明になる。
乾燥Bは、次工程の露光で支障のない程度の乾燥状態で良く、温度は40℃〜120℃で、好ましくは60℃〜95℃。時間は5分〜100分で、好ましくは10分〜70分。乾燥状態が甘いと、使用フィルムにMSRが付着し、そのインキ除去等に時間がとられ作業性が悪くなる。また、フィルムに付着することでMSR層の厚みが不十分となり回路保護に支障をきたす。乾燥が行き過ぎると熱量で架橋・重合反応が進み過ぎて、現像工程においてソルダージストの不必要部分である非画線部にMSRが残り部品の搭載が出来なくなる。
一次露光は、図3のようにセットし、搭載すべき部品位置である画線部は、マスクフィルムで紫外線をカットし、非画線部を少量照射する、その照射量は、現像工程でMSR(▲4▼)が、流失しない程度に止めることで、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂との反応による、架橋密度・重合度量を少なくする。その結果、元のMSRの透明度に近いMSRの塗膜を得ることを特徴とする、請求項1〜8の回路基板の製造方法。
ネガタイプのMSRを用い、図3のようにセットした場合の、一次露光は、ネガ型のソルダーレジスト用のフイルムを用い、紫外線を照射する。照射量は10mJ/cm〜300mJ/cm、好ましくは40mJ/cm〜150mJ/cm。10mJ/cm以下では、架橋・重合不足により、現像工程でMSRが除去されてしまう。300mJ/cm以上では、架橋・重合が進み過ぎ、透明度が低下し、文字が不鮮明となる。
ポジタイプの着色インキ及びソルダーレジストインキを用いる場合は、前記と逆タイプのフイルムを使用することは言うまでもない。
又は、図4、又は、図6のようにセットし、部品搭載位置と文字位置である画線部は、マスクフイルムで紫外線をカットし、非画線部のみを照射し、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂との反応による、架橋密度・重合度量を多くし、透明度の低いMSRの塗膜を得ることを特徴とする、請求項1〜8の回路基板の製造方法。
図4、又は、図6のようにセットした場合の、一次露光は、部品搭載位置はネガタイプで識別文字・記号等はポジタイプに加工したフォトマスクフイルムを用い、紫外線を照射する。照射量は50mJ/cm〜800mJ/cm、好ましくは100mJ/cm〜600mJ/cm。50mJ/cm以下では、架橋・重合不足により、非画線部の樹脂膜の透明性が高く識別文字が不鮮明となる。800mJ/cm以上では、識別文字の鮮明さに変わりがなく、時間・エネルギー等の無駄使いとなる。
二次露光は、図4のようにセットし、文字の位置と搭載する部品位置の紫外線をカットし、非画線部を照射する。その照射量は一次露光の照射量よりも多くすることで、非画線部のエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂の反応が進み、図5の模式で示すように架橋密度・重合度量が多くなり、MSR塗膜の透明度を低下させ、文字位置のMSR塗膜と非画線部のMSR塗膜とに於いて透明度に差を生じさせることを特徴とする、請求項1〜8の回路基板の製造方法。
使用MSRが、ネガタイプの場合は、二次露光は、ネガタイプのソルダーレジスト用のフイルムとポジタイプの部品搭載識別フイルム(以後、文字用フイルムと言う)を回路基板の指示位置に重ね合わせてセット後、紫外線を照射する。照射量は100mJ/cm〜1500mJ/cm、好ましくは200mJ/cm〜800mJ/cm。照射量が100mJ/cm以下では、現像時にMSR層の、文字部等の画線部と非画線部との透明度差が得られず、文字等が不明瞭となり用をなさない。1500mJ/cm以上では、光の乱反射の影響を受け、画線部も架橋・重合が進み搭載部品位置が現像できなく(俗に言われるカブリが生じる)ソルダーレジストが残り、部品の取り付けなどができなくなる。
ポジタイプの着色インキ及びソルダーレジストインキを用いた場合のフイルムの使用はすべて、ネガタイプのインキ使用のときと逆のフイルムを用いることは言うまでもない。
又は、一次露光で図4、又は、図6のようにフイルムをセットした場合の、二次露光は、部品搭載位置の画線部は、マスクフイルムで紫外線をカットし、文字等の画線部と非画線部は少量照射し、文字等の画線部のエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂との反応を抑え、架橋密度・重合度量を少なくすることで、文字部分の樹脂透明度が高いMSRの塗膜を得ることを特徴とする、請求項1〜8の回路基板の製造方法。
ソルダー用マスクフイルムと文字・記号等のマスクフイルムを重ね合わせて使用することを特徴とする請求項1〜8の回路基板の製造方法。
ソルダー部分と文字部分を同一フイルム上に合成した、マスクフイルムを使用することを特徴とする請求項1〜8の回路基板の製造方法。
図7のように、画線部である部品搭載位置は紫外線を100%遮断、搭載するべき部品等の識別文字位置は50〜95%遮断でき、非画線部は100%紫外線が透過できる、機能を持つ濃淡フイルムを用いることを特徴とする請求項1〜8の回路基板の製造方法。
濃淡をつけたフイルムを使用するときは、回路基板の指定位置に合うようにセット後、紫外線の照射は1回でよく、その照射量は100mJ/cm〜1000mJ/cm、好ましくは200mJ/cm〜800mJ/cm。照射量が100mJ/cm以下では、架橋・重合不足により、非画線部の樹脂膜の透明性が高く、識別文字が不鮮明となる。1000mJ/cm以上では、識別文字の鮮明さに変わりがなく、作業時間の無駄ばかりでなく、カブリ現象が起きてくる。
現像・乾燥及び後露光等は、使用ソルダーレジストインキメーカーの取扱い指示に準じて作業を行えばよい。
エポキシ系樹脂と一部カルボン酸の残存アクリル系樹脂混合の、MSRの塗膜に対し、紫外線の照射量を変化することで、スクリーン印刷では不可能であった、微小文字などの印字ができ、より極小表面実装部品を搭載する回路基板の対応が可能となり、資源の有効活用の一助となるものである。
有機溶剤の使用量は、スクリーン印刷法と比較して1/50〜1/70減少でき、作業環境改善の一助となり、しいては、環境負荷の低減に大いに貢献するものである。
写真法であるため、フィルムと基板をピンなどで合わせる事ができ、熟練工でなくても、誰でも作業が効率良くでき生産性が格段によくなり、生産コストの低減に貢献できるものである。
保管は、フイルムであることから、スクリーン印刷法と比較して保管場所面積は約1/100以上減少でき、保管費用の低減に貢献できるものである。
ソルダーレジスト面がフラットであることから、微小部品の搭載が容易で、搭載部品の欠落などのやり直しが減少することで生産性の向上に貢献できるものである。
下層に着色インキをプライマー層として用いた場合の基板断面図。 着色インキをMSR層間に用いた場合の基板断面図。 一次露光時の基板断面図 二次露光時の基板断面図 露光量による架橋密度・重合度量差の模式図 合成マスクフイルムを用いた場合の露光時の基板断面図 濃淡の付いたマスクフイルムを用いた場合の露光時の基板断面図 現像処理後の基板断面図
本発明を実施例及び比較例にて説明するが、本発明の範囲はこの実施例のみに限定されるものでなく、本発明の趣旨を損ねない範囲内において種々の変更を加えることが可能である。
本発明の実施例及び比較例に使用する共通機材などは、
▲1▼東海神栄電子工業(株)のテスト用基板の、エッチングまで終了した両面ス ルホール基板、そのサイズは500dm(250mm×200mm)(以 後、基板と言う)
▲2▼整面(ブラシ研磨)には、(株)石井表記製のスクラブ研磨機で砥粒#18 0。
▲3▼着色インキの塗布は、(株)ミノグループ社製のスクリーン印刷機DF65 P。
▲4▼ソルダーレジストインキの塗布は、(株)ミノグループ社製のスクリーン印 刷機DF65P。
▲5▼着色インキは、山栄化学(株)社製 SSR−6500C。
▲6▼温風乾燥機は、メッシュ(株)社製 BOX乾燥機。
▲7▼露光機は、(株)ハイテック社製のTHE−7000MC。
▲8▼現像液は、(株)ヤマトヤ商会社製の商品名現像液D−701の2%(v/ v)溶液。
▲9▼現像機は、東京化工機(株)製。
▲10▼ソルダーレジスト用のマスクフイルムは、東海神栄電子工業(株)のテス ト用のネガタイプ。
▲11▼文字用マスクフイルムは、東海神学電子工業(株)のテスト用のポジタイ プ。
本発明の実施例及び比較例に用いた評価機材の作成方法。
着色インキをプライマー層として用いた場合の評価機材の作成。
実施例の評価機材の作成の概略
基板⇒整面・乾燥⇒着色インキ塗布⇒乾燥A⇒MSRの塗布⇒乾燥B⇒一次露光⇒二次露光⇒現像(30℃、0.25MPa、有効チャンバー長の1/2で現像ができるように速度調整)⇒乾燥(50分/150℃)⇒評価
実施例1〜9の作業条件は表−1に示す。
使用MSRは、山栄化学(株)の製品名SSR−6600W
Figure 0005374799
比較例1〜2の作業条件は表−2に示す。
使用ソルダーレジストインキは、エポキシ系樹脂を含まない(以後は、SRと言う)、太陽インキ製造(株)の製品名フォトファイナーPSR−4000 CC02/CA−40
Figure 0005374799
着色インキ層をMSR層間に施した場合の評価機材の作成。
実施例の評価機材の作成の概略
基板⇒整面・乾燥⇒一次MSRの塗布⇒乾燥C⇒着色インキの塗布⇒乾燥D⇒二次MSRの塗布⇒乾燥E⇒一次露光⇒二次露光⇒現像(30℃、0.25MPa、有効チャンバー長の1/2で現像ができるように速度調整)⇒乾燥(50分/150℃)⇒評価
実施例10〜13の作業条件は表−3に示す。
使用MSRは、山栄化学(株)の製品名SSR−6600
Figure 0005374799
比較例3〜4の作業条件は表−4に示す。
使用SRは、太陽インキ製造(株)の製品名フォトファイナーPSR−4000 CC02/CA−40
Figure 0005374799
乾燥温度を併用した場合の評価機材の作成。
実施例の評価機材の作成の概略
基板⇒整面・乾燥⇒着色インキの塗布⇒乾燥F⇒一次MSRの塗布⇒乾燥G⇒二次MSRの塗布⇒乾燥H⇒露光⇒現像(30℃、0.25MPa、有効チャンバー長の1/2で現像ができるように速度調整)⇒乾燥(50分/150℃)⇒評価
実施例14〜17の作業条件は表−5に示す。
使用MSRは、山栄化学(株)の製品名SSR−6600W
Figure 0005374799
比較例5の作業条件は表−6に示す。
使用SRは、太陽インキ製造(株)の製品名フォトファイナーPSR−4000 CC02/CA−40
Figure 0005374799
ソルダー部分と文字部分等を同一フィルム上に作成した場合の評価機材の作成。
実施例の評価機材の作成の概略
同一フイルムを一次露光のマスクフイルムとして用いた。
基板⇒整面・乾燥⇒着色インキの塗布⇒乾燥A⇒MSRの塗布⇒乾燥B⇒一次露光⇒二次露光⇒現像(30℃、0.25MPa、有効チャンバー長の1/2で現像ができるように速度調整)⇒乾燥(50分/150℃)⇒評価
実施例18〜20の作業条件は表−7に示す。
使用MSRは、山栄化学(株)の製品名SSR−6600W
Figure 0005374799
濃淡フイルムを用いた場合の評価機材の作成。
実施例の評価機材の作成の概略
基板⇒整面・乾燥⇒着色インキ塗布⇒乾燥A⇒MSRの塗布⇒乾燥B⇒濃淡フイルムセット⇒露光⇒現像(30℃、0.25MPa、有効チャンバー長の1/2で現像ができるように速度調整)⇒乾燥(50分/150℃)⇒評価
実施例21〜24の作業条件は表−8に示す。
使用MSRは、山栄化学(株)の製品名SSR−6600W
Figure 0005374799
比較例6〜7の作業条件は表−9に示す。
使用SRは、太陽インキ製造(株)の製品名フォトファイナーPSR−4000 CC02/CA−40
Figure 0005374799
評価方法は、事務所の明るさの中で、MSR及びSR処理後の回路基板に、識別用文字・記号等の文字が、鮮明に読み取れる、読み取れる、不鮮明であるが読み取れる、読み取れないの、4段階に目視で評価した。
評価結果を表−10に示す。
Figure 0005374799
Figure 0005374799
▲1▼ 基材
▲2▼ 回路
▲3▼ 着色インキ層
▲4▼ MSR層
▲5▼ ソルダーレジスト用フォトマスク
▲6▼ 文字用フォトマスク
▲7▼ 濃度差をつけたフォトマスク
▲8▼ 合成フォトマスク

Claims (8)

  1. 回路基板に、エポキシ系樹脂と一部カルボン酸残存のアクリル系樹脂の混合、或いは、エポキシ系樹脂に一部カルボン酸残存のアクリル系樹脂を付加させた、ソルダーレジストインキを塗布し、紫外線の照射量を変化させ、ソルダーレジストインキ層の、屈折率や透明度を変化させ、その屈折率や透明度の差より、搭載部品等の識別文字・記号等が、下地色をかいして視認できることを特徴とする回路基板の製造方法。
  2. 官能基を有した着色インキを回路基板とソルダーレジストインキ塗膜層間に、プライマー層として設ける。その厚みは、2μm〜300μmを特徴とした請求項1に記載した回路基板の製造方法。
  3. 官能基を有した着色インキ層をソルダーレジストインキ層とソルダーレジストインキ層間に設ける。その厚みは、2μm〜300μmを特徴とした請求項1に記載した回路基板の製造方法。
  4. ソルダーレジスト用マスクフイルムを用いて一次露光を行い、その後、ソルダーレジスト用マスクフイルムと文字・記号用マスクフイルムを重ね合わせて二次露光を行うか、又は、この露光順序を逆に行って、照射量を変化させることを特徴とした、請求項1〜3に記載した回路基板の製造方法。
  5. ソルダーレジスト部分と文字・記号部分を同一フイルム上に合成した、マスクフイルムを用いて一次露光を行い、その後、ソルダーレジスト用マスクフイルムで二次露光を行うか、又は、この露光順序を逆に行って、照射量を変化させることを特徴とした、請求項1〜3に記載した回路基板の製造方法。
  6. マスクフイルムの画線部に紫外線の透過量に差が生じる事ができるように、濃淡を施したマスクフイルムを用いることを特徴とした、請求項1〜3に記載した回路基板の製造方法。
  7. 乾燥熱量を変化させ、ソルダーレジストインキ層の、屈折率や透明度を変化させ、その屈折率や透明度の差により、搭載部品等の識別文字が下地色をかいして視認できることを特徴とした、請求項1〜5に記載した回路基板の製造方法。
  8. ソルダーレジストインキ層の表面上に、搭載部品等の識別文字・記号等を付加しない事を特徴とする請求項1〜7に記載した回路基板の製造方法。
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