JP6379557B2 - スクリーン印刷用治具およびスクリーン印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板にはんだペーストを印刷するときに用いられるスクリーン印刷用治具およびスクリーン印刷方法に関する。

従来、プリント配線板にはんだペーストを供給する方法として、スクリーン印刷による方法が広く普及している。スクリーン印刷方法は、プリント配線板の電極上に対応させて開口部が設けられたマスクをプリント配線板上に重ね合わせること、マスク上に供給されたはんだペーストをスキージによりしごいて、開口部にはんだペーストを充填することと、マスクをプリント配線板から離すことにより、開口部に充填されたはんだペーストをプリント配線板上に転写することを含む方法である。近年、電子部品の小型化に伴って、プリント配線板上に小型部品と大型部品の両方を搭載する機会が増えたことにより、それぞれのサイズの部品に対して供給するはんだペーストを適切な量に調整することが求められている。

特許文献１に開示されたスクリーン印刷方法では、マスクの開口部の高さ寸法を部分的に変えることにより、プリント配線板上に転写するはんだペーストの量を同一マスク内で調整している。つまり、図８に示すように、マスクの開口部が、上マスク開口部１０１と下マスク開口部１０２によって形成されている。下マスク開口部１０２はプリント配線板１０３の電極１０３ａの直上に配置され、上マスク開口部１０１ははんだペースト１０４の充填入口として、下マスク開口部１０２よりも大きく開口している。下マスク開口部１０２の高さ寸法を変更することにより、マスクによって印刷されるはんだペースト１０４の量を同一のマスク内で調整することが可能となる。

また、特許文献２には、一の開口部を有する一のマスク部材上に該一の開口部より大きい他の開口部を有する他のマスク部材を積層することにより、積層された２つの開口部で所定の開口部を形成するスクリーン印刷方法が開示されている。特許文献３には、凹凸の嵌め合わせによってフレームの辺枠に着脱可能に取り付けられるマスクが開示されている。

特開平11-34291号公報 特開2003-089189号公報 特開2002-210916号公報

特許文献１に開示されたスクリーン印刷方法では、プリント配線板上に想定した量のはんだペーストを転写できないときはマスクを作り直すこととなる。さらに、マスクの各開口部を上マスク開口部と下マスク開口部で形成し、上マスク開口部と下マスク開口部それぞれの径および高さを変えるといった方法では、開口部をエッチングで加工する必要が生じるため、マスクの製造段階において多くの時間とコストがかかる。
また、特許文献２に開示されたスクリーン印刷方法では、スキージによって開口部内のはんだペーストにかかる圧力を安定させる目的で、２つのマスク部材を積層して下層のマスク部材の開口部よりも上層のマスク部材の開口部を大きくすることが開示されているだけである。また特許文献３に開示された発明は、フレームに所定のテンションを維持させた状態でマスクを支持固定するものである。つまり、特許文献２および３では、同一のマスク内において印刷するはんだ量をコントロールする点には関知していない。
そこで本発明の目的は、上記課題に鑑み、プリント配線板上に転写するはんだペーストの量を調整でき、かつ、マスクの作製にかかる時間とコストを低減できるスクリーン印刷用マスクを提供することにある。

本発明の一態様は、スクリーン印刷用治具に係る。この態様の治具は、スクリーン印刷用マスクの開口部の上に重ねて載置可能な、厚みの異なる複数のプレートを有する。該プレートは、マスクの開口部に対応して配設された開口部と、該開口部と該開口部に対応するマスクの開口部とが連通するようにマスクのフレーム部に対してプレートを着脱可能に固定する固定部と、をそれぞれ有する。プリント配線板上の異なるランドに印刷されるはんだペーストの量が同一のマスク内で変わるように、複数のプレートのうちのいくつかが、マスクのいくつかの開口部の上に重ねて固定される。

本発明の他の態様は、スクリーン印刷方法に係る。この態様の方法は、先ず、プリント配線板のランドに対応して配設された開口部を有するスクリーン印刷用マスクと、厚みの異なる複数のプレートと、を用意する。該複数のプレートは、マスクの開口部に対応して配設された開口部をそれぞれ有する。上記マスクとプレートを用意したら、プリント配線板上にマスクを重ね合わせてマスクの開口部を該プリント配線板のランド上に配置し、マスクの開口部と、該開口部に対応するマスクの開口部とが連通するようにプレートを当該マスクの上に重ねて固定し、プレートが固定されたマスクの上にはんだペーストを供給し、該はんだペーストをスキージによってマスクの開口部ならびにプレートの開口部に充填し、プレートが固定されたマスクをプリント配線板から離すことを含む。そして、複数のプレートのうちのいくつかをそれぞれマスクのいくつかの開口部の上に重ねて固定することにより、プリント配線板上の異なるランドに印刷されるはんだペーストの量を同一のマスク内で変える。

本発明によれば、マスクに形成された所望の開口部の上に、別の開口部を有するプレートを重ねて固定することにより、プリント配線板上の所望のランドに転写するはんだペーストの量を増やすことができる。さらに、当該プレートを、当該プレートとは厚さが異なる別のプレートに交換することにより、マスクを作り直さなくても、はんだペーストの印刷量を調整できる。また、マスク開口部を加工するプロセスが単純になるため、マスクの作製にかかる時間とコストを低減できる。

一実施形態例によるスクリーン印刷用治具を説明するための図。 一実施形態例によるスクリーン印刷用治具を説明するための図。 一実施形態例によるスクリーン印刷用治具を説明するための図。 一実施形態例によるスクリーン印刷用治具を説明するための図。 図２のＸ−Ｘ’線断面図。 一実施形態例の治具を用いてスクリーン印刷を行う様子を表した断面図。 図６に表したスクリーン印刷によるはんだペーストの量を表した断面図。 関連する特許文献１に開示されるスクリーン印刷方法を表した断面図。

図１は本実施形態例によるスクリーン印刷用治具をマスク上に取り付けた状態を示した斜視図である。図２は当該スクリーン印刷用治具を当該マスクから取外した状態を示した斜視図である。
図１および図２を参照すると、枠状のフレーム１内に金属製のマスク３が支持されて固定されている。マスク３は、部品がはんだ付けされる電極（所謂、ランド）が配設されたプリント配線板６の一面に載置されて、ランド以外の面を被覆するものである（図６）。そのため、マスク３には一又は複数の開口部３ａ（貫通孔）がプリント配線基板６上のランドに対応して配設されている。但し、図１では開口部３ａを４つに省略して示した。

フレーム１内のマスク３上に一又は複数のスクリーン印刷用治具が取付け可能にされている。以下に詳述すると、該スクリーン印刷用治具は、１０μｍ〜３００μｍの範囲で一定の厚みを持つプレート２を有する。プレート２の材料はマスク３と同じＳＵＳやＮｉであることが望ましいが、プレート２の厚みを１００μｍ以上確保できる場合は、当該材料は摺動性が高い樹脂でもよい。さらに、プレート２には、マスク３の開口部３ａの開口面積と近似の開口面積か、もしくは、開口部３ａの開口面積より大きな開口面積を持つ開口部（貫通孔）２ａが形成されている。図１および図２に示した例の場合、マスク３における４つの開口部３ａそれぞれに対応して４つの開口部２ａがプレート２に配設される。尚、開口部２ａの開口面積は、当該開口部２ａに対応する開口部３ａの開口面積の８０〜２００％を有することが好ましい。または、プレート２の開口部２ａの開口体積（プレート２の開口部２ａの開口面積×プレート２の厚さ）と、プレート２の開口部２ａの開口面積×マスク３の厚さとの和が、マスク３の開口部３ａの開口体積（マスク３の開口部３ａの開口面積×マスク３の厚さ）以上を有することが好ましい。また、マスク３およびプレート２に形成される開口部の形状は丸に限られず、矩形、多角形や楕円等であってもよい。

また、マスク３へのプレート２の取り付け時に、矩形のフレーム１の対向する２辺とプレート２の両端が着脱自在な嵌合するようになっている。図３および図４にプレート２の両端部とフレーム１との嵌合構造の例を示す。
図３の例では、プレート２の端面には幅３ｍｍで凸部８が形成されており、フレーム１の側面には幅３ｍｍの凹部９が３ｍｍピッチで加工されている。プレート２の凸部８をフレーム１の側面の凹部９に嵌め込むことにより、マスク３上にプレート２を載置しつつ固定することができる。つまり、プレート２の凸部８が、フレーム１に対してプレート２を着脱可能に固定する固定部である。また、凸部８と凹部９の嵌合により、プレート２の開口部２ａが対応するマスク３の開口部３ａに対して位置決めされる。凹部９は貫通孔であってもよい。
一方、図４の例では、プレート２の端面には幅３ｍｍで凹部１１が形成されており、フレーム１の側面には幅３ｍｍの凸部１２が３ｍｍピッチで加工されている。プレート２の凹部１１をフレーム１の側面の凸部１２に嵌め込むことにより、マスク３上にプレート２を載置しつつ固定することができる。つまり、プレート２の凹部１１が、フレーム１に対してプレート２を着脱可能に固定する固定部である。また、凸部１２と凹部１１の嵌合により、プレート２の開口部２ａが対応するマスク３の開口部３ａに対して位置決めされる。凹部１１は貫通孔であってもよい。

フレーム１とプレート２の嵌め合い構造については、上記に限定されず、凸部や凹部の幅や数は、スキージングの圧力に負けないように凸部や凹部の幅を広くしたり、凹凸の数を増やしたりすることも可能である。もっとも、図３および図４に示したフレーム１の嵌合構造は、列状に配設された複数の開口部３ａからなる列が３ｍｍピッチでマスク３に形成されている場合（不図示）を想定したものであるが、これに限られず、マスク３の特定の開口部３ａの上に開口部２ａを重ねてプレート２を固定できるようにフレーム１に配設されていればよい。

さらに、上記プレート２のマスク３への固定に関し、場合によっては、図１および図２に示したフレーム１の内形よりわずかに小さい幅１０ｍｍ程度のフレームを用意し、当該フレームをマスクのフレーム１の内側にはめ込むことにより、プレート２を上から押えて固定してもよい。

また、図１に示したようにプレート２がマスク３上に固定された場合、マスク上に供給されたはんだペーストをしごくスキージの移動方向が、プレート２の長手方向に対して交差する方向となることがある。この場合、プレート２の端縁の角にてスキージの先端部が引っかかったり跳ねたりしてしまい、スムーズなスキージングが行えない可能性がある。そのため、図５に示すように、プレート２の端縁の角に面取り７を設けることが好ましい。

尚、プレート２の開口部２ａ、凸部８または凹部１１は、レーザ加工や切削加工等により形成することができるが、レーザ加工よりも切削加工の方がコスト面で好ましい。

次に、本実施形態例のスクリーン印刷について説明する。図６，７はプレート２およびマスク３を用いてプリント配線板６にスクリーン印刷を行う様子を断面図で示している。
まず、図６に示すようにプリント配線板６上にマスク３を重ね合わせ、マスク３の開口部３ａをプリント配線板６のランド６ａ上に配置する。さらに、プレート２に形成された開口部２ａとマスク３の開口部３ａが連続するように、マスク３上にプレート２を重ねて固定する。プレート２の固定は、図３，４に例示した凹部と凸部の嵌合により行われる。またプレート２は、はんだペースト５の印刷量を増量したい開口部３ａに対して配置される。
続いて、プレート２が固定されたマスク３上にはんだペースト５を供給し、マスク３上のはんだペースト５をスキージ４によってしごく。スキージ４の先端は、プレート２およびマスク３の表面をなぞるように移動しながら、プレート２の開口部２ａならびにマスク３の開口部３ａ内にはんだペースト５を充填する。このとき、プレート２が重ねられた一の開口部３ａと、プレート２が重ねられていない他の開口部３ａにそれぞれ、はんだペースト５が充填される。
その後、プレート２が固定されたマスク３をプリント配線板６から離すことにより、はんだペースト５をプリント配線板６上に転写する。このとき、プレート２が重ねられた開口部３ａに対応するランド６ａには、プレート２が重ねられていない開口部３ａと比べて、はんだペースト５が多く転写される（図７参照）。

尚、プレート２の開口部２ａの開口面積が対応するマスク３の開口部３ａの開口面積と同等でなく、それよりも大きい場合は、開口部２ａの下端と開口部３ａの上端の間にマスク３の上面による段差部が出来る。このため、プレート２の開口部２ａならびにマスク３の開口部３ａ内にはんだペースト５を充填したとき、プレート２の開口部２ａ内のはんだペースト５の周囲部がマスクの開口部３ａの内周面よりはみ出すこととなる。しかし、上記のようにプリント配線板６からマスク３を離す時に、そのはみ出したはんだペースト５の周囲部が上記の段差部によって掻き取られるだけなので、マスク３の開口部３ａの内径と近似した外径を持つはんだペースト５がプリント配線板６上に転写される。但し、治具の開口部２ａが大き過ぎると、上記の掻き取りの際にプレート２の開口部２ａ内からはんだペースト５の大部分が取り除かれてしまう可能性があるため、プレート２の開口部２ａの開口面積はマスク３の開口部３ａの開口面積に対して最大で２００％であることが好ましい。
一方、プレート２の開口部２ａの開口面積は対応するマスク３の開口部３ａの開口面積よりも小さくてもよいが、小さ過ぎると、マスク３の開口部３ａ内にはんだペースト５を充填できなくなる虞がある。このため、プレート２の開口部２ａの開口面積はマスク３の開口部３ａの開口面積に対して最小で８０％であることが好ましい。または、プレート２の開口部２ａの開口体積（プレート２の開口部２ａの開口面積×プレート２の厚さ）と、プレート２の開口部２ａの開口面積×マスク３の厚さとの和が、マスク３の開口部３ａの開口体積（マスク３の開口部３ａの開口面積×マスク３の厚さ）以上を有することが好ましい。

以上に説明したように、特定のランド６ａに対応するマスク３の開口部３ａ上にプレート２を重ね置くことにより、特定のランド６ａへのはんだペースト５の供給量を増量することができる。プレート２が重ねられた開口部３ａはプレート２の開口部２ａと接続されることで、当該開口部３ａよりも高い高さ寸法を持つ一つの開口部になるからである。

さらに、スクリーン印刷用治具に関して、プレート２の厚み、即ち開口部２ａの高さ寸法がそれぞれ異なる複数のプレート２を用意し、その中のいくつかのプレート２をマスク３上に固定してもよい。この場合、プリント配線板６上の異なる箇所のランド６ａ間ではんだペースト５の印刷量を変えることができる。
加えて、プリント配線板６上の一箇所のランド６ａに対して印刷されるはんだペースト５の量を変更したい場合は、一のプレート２を、当該プレートとは開口部２ａの高さ寸法が異なる他のプレート２に交換することにより、はんだ印刷量の変更に対処することができる。これにより、マスク３を作り直さなくても、ランド材料やはんだ付け条件の変更に合わせて、速やかにはんだペースト５の印刷量を調整することが可能となる。
また、同一マスク内ではんだ印刷量を変える場合、図８に示した従来のマスクでは開口部をエッチング加工によって形成する必要が生じたが、本発明ではマスクの開口部を切削加工で形成することができる。したがって、マスクの製作にかかる時間とコストが、従来技術に比べて低減できる。

以上に本発明の実施形態例を説明したが、本願発明は、図示した形態に限らず、本願発明の思想を逸脱しない範囲で如何なる構成の変更も含む。

１ フレーム
２ プレート
２ａ 開口部（貫通孔）
３ マスク
３ａ 開口部（貫通孔）
４ スキージ
５ はんだペースト
６ プリント配線板
６ａ ランド
７ 面取り
８、１２ 凸部
９、１１ 凹部

Claims (9)

1. スクリーン印刷用マスクの開口部の上に重ねて載置可能な、厚みの異なる複数のプレートを有し、該プレートは、前記マスクの開口部に対応して配設された開口部と、該開口部と該開口部に対応する前記マスクの開口部とが連通するように前記マスクのフレーム部に対して前記プレートを着脱可能に固定する固定部と、をそれぞれ有し、
   プリント配線板上の異なるランドに印刷される前記はんだペーストの量が同一の前記マスク内で変わるように、該複数のプレートのうちのいくつかが、前記マスクのいくつかの開口部の上に重ねて固定された、スクリーン印刷用治具。
2. 請求項１に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記プレートの開口部の開口面積は前記マスクの開口部の開口面積の８０〜２００％の範囲内であることを特徴とするスクリーン印刷用治具。
3. 請求項１または２に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記プレートは１０μｍ〜３００μｍの範囲で一定の厚みを有することを特徴とするスクリーン印刷用治具。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記固定部は凸部を有し、前記フレーム部に設けられた凹部又は貫通孔と嵌合することを特徴とするスクリーン印刷用治具。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記固定部は凹部又は貫通孔を有し、前記フレーム部に設けられた凸部と嵌合することを特徴とするスクリーン印刷用治具。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記プレートの端縁の角に面取りが施されていることを特徴とするスクリーン印刷用治具。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のスクリーン印刷用治具において、
   前記プレートの開口部は切削加工またはレーザ加工によって形成されていることを特徴とするスクリーン印刷用治具。
8. プリント配線板のランドに対応して配設された開口部を有するスクリーン印刷用マスクと、前記マスクの開口部に対応して配設された開口部をそれぞれ有する、厚みの異なる複数のプレートと、を用意し、
   前記プリント配線板上に前記マスクを重ね合わせて前記マスクの開口部を該プリント配線板のランド上に配置し、前記マスクの開口部と、該開口部に対応する前記プレートの開口部とが連通するように前記プレートを前記マスクの上に重ねて固定し、前記プレートが固定された前記マスクの上にはんだペーストを供給し、該はんだペーストをスキージによって前記マスクの開口部ならびに前記プレートの開口部に充填し、前記プレートが固定された前記マスクを前記プリント配線板から離し、
   前記複数のプレートのうちのいくつかをそれぞれ前記マスクのいくつかの開口部の上に重ねて固定することにより、前記プリント配線板上の異なるランドに印刷される前記はんだペーストの量を同一の前記マスク内で変えることを含むスクリーン印刷方法。
9. 請求項８に記載のスクリーン印刷方法において、
   前記マスクの特定の開口部に対して前記複数のプレートを交換して使用することにより、前記プリント配線板上の特定のランドに印刷する前記はんだペーストの量を調整することを特徴とするスクリーン印刷方法。

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