JP6494289B2 - 印刷物の製造方法、スクリーン印刷方法、及びスクリーン印刷装置 - Google Patents

印刷物の製造方法、スクリーン印刷方法、及びスクリーン印刷装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、スクリーンマスク、スクリーン印刷装置、及びスクリーン印刷方法及び印刷物の製造方法に関する。
印刷手法の一つであるスクリーン印刷法はメッシュ上に樹脂組成物で形成された所定の開口パターンが形成されたスクリーンマスクを用い、被印刷物に任意の印刷体を形成する方法である。このスクリーン印刷法は、例えば配線、電極、蛍光材料の印刷等、種々の印刷に用いられ、電子部品等を含む様々な分野で利用されている。
近年、電子部品の小型化、高品質化により、スクリーンマスクの高精度化が求められている。例えば線幅が30μm以下の細かいパターンを形成する場合、メッシュ上のマスクの厚さである乳厚を薄くすることが一般的に行われており、例えば線幅が30μm程度の場合、乳厚は5〜10μm程度としている。
特開2013−169783号公報
しかしながら、パターンの線幅が細かく乳厚が薄い場合、メッシュの経糸や緯糸が近くに位置する部位では、塗布材の転写量が減少する場合があり、印刷の形状が不均一となり、印刷精度が低下する原因となる。
本発明の一態様に係るスクリーン印刷方法は、塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、粘度が、せん断速度4sec −1 で100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を供給し、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とする。
本発明の一態様に係る印刷物の製造方法は、塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、粘度が、せん断速度4sec −1 で100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を保持させ、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とする。
本発明の一態様に係るスクリーン印刷装置は、塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、厚みが30μm〜70μmであって、30μm以下の前記開口パターンの周りにおいて前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm〜40μmである、マスク膜と、を備えるスクリーンマスクと、前記スクリーンマスクの前記印刷面側とは反対側の面に当接して移動可能に構成されたスキージと、を備え、粘度が、せん断速度4sec −1 で100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を前記マスク膜に保持した状態で、前記スキージの移動により、前記マスク膜の前記開口パターンから前記塗布材を押し出すことで、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布することを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、単純な構成で高精度の印刷が可能なスクリーンマスク、スクリーン印刷装置、スクリーン印刷方法、及び印刷物の製造方法を提供できる。
第1実施形態にかかるスクリーン印刷装置の説明図。 同実施形態に係るスクリーンマスクの斜視図。 同スクリーンマスクの断面図。 同スクリーンマスクの製造工程を示す説明図。 同スクリーンマスクの乳厚と印刷形状を示す説明図。 同スクリーンマスクの塗布材の特性と印刷形状を示す説明図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態にかかるスクリーン印刷装置10及びスクリーンマスク20について図1乃至図6を参照して説明する。図1は本実施形態に係るスクリーン印刷装置10を示す説明図である。図2はスクリーンマスク20の斜視図、図3はスクリーンマスク20の断面図である。なお、各図では説明のため、適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。図中矢印X,Y,Zは互いに直交する3方向をそれぞれ示している。
図1に示すように、スクリーン印刷装置10は、スクリーンマスク20と、スクリーンマスク20の印刷面側である一方の面(表面)に対向して印刷媒体Baを保持する保持部材12と、スクリーンマスク20の印刷面側とは反対の他方の面(裏面)に当接した状態で移動可能に構成されたスキージ13と、スキージ13を移動させる移動手段と、スクリーンマスク20を印刷媒体Baに対向して支持する支持手段と、を備える。
スクリーン印刷装置10は、印刷媒体Baの表面に、各種印刷材料を所定のパターンで形成する。例えば、チップ部品(コンデンサー、チップ抵抗、インダクター、サーミスター等)、タッチパネル、液晶基板(Liquid crystal display, LCD)シール、LTCC(Low Temperature Co-fired ceramics)基板、太陽電池用電極、その他の電子部品等の製造に用いられる。
図1乃至図3に示すように、スクリーンマスク20は、フレーム21と、フレーム21に張設されたメッシュ22と、メッシュ22に形成されたマスク膜23と、を備える。スクリーンマスク20において、印刷を行う際に印刷媒体Baの表面に対向する側を表面とし、その反対側であって塗布材Peが供給される側を裏面とする。
フレーム21は、互いに平行な2対の辺を有し、例えば所望のサイズの方形の開口を備える枠状に構成される。フレーム21はメッシュ22の外周縁を支持し、開口にメッシュ22を張設する。またフレーム21は、所定量の塗布材Peをマスク膜23の裏面側に保持する枠としても機能する。フレーム21とメッシュ22は、例えば合成ゴム系やシアノアクリレート系の接着剤24により接合されている。
メッシュ22は、経糸22aと緯糸22bとが編まれて形成された織物であり、塗布材Peを透過可能に開口した孔部を多数有している。経糸22a及び緯糸22bは、例えばステンレス等の金属のワイヤ、あるいはポリエステル等の樹脂で構成された繊維である。経糸22a及び緯糸22bは、それぞれ例えば矢印Aに沿うスキージ13の移動方向に対して、斜めに延びている。このメッシュ22に、所定の開口パターン23aを有するマスク膜23が形成される。すなわち、メッシュ22によって、フレーム21の開口部分にマスク膜23が保持される。
マスク膜23は、光硬化性の樹脂組成物、例えば PVA、PVAc、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等からなる層である。マスク膜23は、メッシュ22に形成され、フレーム21の開口部分に配されている。マスク膜23には、フォトマスク25を用いた露光によって、印刷用の所定の開口パターン23aが形成されている。開口パターン23aは、ライン状のパターンである。開口パターン23aの最小開口幅W1、すなわち、開口パターン23aの最も狭い部分における開口の幅寸法は、30μm以下である。ここでは、一例として、マスク膜23の表面、すなわち印刷媒体Baに対向する面における寸法を基準とした。
マスク膜23は、開口パターン23aにおいて感光性樹脂が存在せず、メッシュ22の孔部を通過して塗布材Peが裏面から表面へと透過可能な印刷部を構成する。マスク膜23の開口パターン23a以外であってメッシュ22の孔部が感光性樹脂で塞がれた部位は、塗布材Peとしてのインクを透過しない非印刷部を構成する。
マスク膜23の厚みt0は例えば30μm〜70μmに構成されている。なお、マスク膜23のうちメッシュ22よりも、印刷面側(例えば図3中上側)にある部分、すなわちメッシュ22の表側に突出する部分の厚みtmを、乳厚と呼ぶ。乳厚tmは、好ましくは12μm〜40μmに設定する。また、より好ましい範囲としては、乳厚tmは15μm以上である。
マスク膜23が形成されたメッシュ22は、例えばスキージ13による押圧力によって撓み変形し、押圧力が解除されることで復元するように、弾性変形可能に構成されている。マスク膜23の開口パターン23aに塗布材Paが保持された状態で、メッシュ22の弾性変形によりマスク膜23が印刷媒体Bに接離することで、塗布材Paが開口パターン23aから印刷媒体Bに転写される。
スキージ13は例えばウレタンゴム・シリコンゴム・合成ゴム・金属・プラスチック等の材料から、例えば薄い板状に構成される。例えば、スキージ13は先端の厚みが低減するように面取りされている。スキージ13はフレーム21に対して往復移動可能に構成されている。例えばスキージ13は移動方向と直交する方向においてマスク膜23の領域の全長にわたる長さを有して構成される。スキージ13の先端部分13aがスクリーンマスク20の裏面に当接し、表側に押しつけられた状態で、図1中矢印Aに沿う移動方向に移動することで、マスク膜23の全面を押圧し、塗布材Peが予め充填された開口パターン23aから塗布材Peを表側に押し出す。
支持手段は、印刷媒体Baに対して所定の間隔C1を開けて平行に、フレーム21を支持する。移動手段は、スキージ13を所定の速度で所定方向に沿って移動させる。
次に、本実施形態にかかるスクリーンマスク20の製造方法について図4を参照して説明する。図4は、スクリーンマスク20の製造方法を示す説明図である。スクリーンマスク20の製造方法は、乳剤Pmの塗布処理、露光処理、を備える。
乳剤Pmは、光硬化性の樹脂であり、たとえばポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を包含する液体である。
まず、フレーム21の枠内にスクリーンメッシュ22を略平面となるように取り付ける。この状態で、乳剤Pmをメッシュ22上に塗布する塗布処理を行う。塗布処理の際には、スクリーンメッシュ22を略鉛直方向となるように設置した状態で、乳剤Pmが収容された供給用のバケット27を用いて、メッシュ22の表面に塗布する(ST1)。
このとき、所定位置に配置されたバケット27を下方から上方に向けて移動させ、バケット27の縁で乳剤Pmを平らにならしながら塗布することで(ST2)、スクリーンメッシュ22上に、乳剤Pmが平板状に形成される。このとき、塗布する回数に応じて厚さが変わるため、必要に応じて複数回塗布を繰り返す。また、乾燥後に膜厚を測定し場合によっては追加で塗布することもある。本実施形態では乾燥後に乳厚tmが15μm程度となるように乳剤Pmの厚さを設定する。
次に、ST3に示すように、フォトマスク25を用いて露光処理を行う。フォトマスク25は、ガラス、PETフィルム等の光を透過する部材と、光を透過しない材質にて形成されたスクリーン印刷用パターン25aと、を備えて構成されている。このフォトマスク25を、乳剤Pmの表面側に配置し、乳剤Pmの表面側を紫外線ランプや紫外線LED等の照明28に向けて配置する。照明28と乳剤Pmとの間にフォトマスク25を介在させた状態で照明28により光を照射させ、乳剤Pmの表面を照らす露光処理を行う。このとき、フォトマスク25の印刷用パターン25aを除く部分に対応して、乳剤Pmの紫外線が照射された部分が紫外線によって硬化する。
その後、水や溶剤により、乳剤Pmの表面側を洗い流す。この処理によって、ST4に示すように、乳剤Pmの未硬化部分が洗い流される。すなわち、乳剤Pmの層において、フォトマスク25のスクリーン印刷用パターン25aに対応して形成される未硬化領域は全て洗い流され、厚み方向において表面側から裏面側まで貫通する開口パターン23aが形成される。以上により乳剤Pmから、所定の形状の開口パターン23aを有するマスク膜23が形成される。
次に、本実実施形態にかかるスクリーン印刷装置10を用いたスクリーン印刷方法により印刷物を製造する方法について、説明する。まず、スクリーンマスク20の表面側を保持部材12で保持された印刷媒体Baの表面に対向させて配置する。
そして、図1に二点鎖線で示すように、高粘度のペースト状の塗布材Peをスクリーンマスク20の裏面側、すなわち、印刷媒体Baとは反対側の面から供給し、塗布材Peを開口パターン23a内に充填させる。使用する塗布材Peの粘度は100〜500Pa・sでチキソトロピー性は3〜10とする。ここでは一例として、粘度は、ブルックフィールド製のHADV1/SC4―14で回転数10rpm、せん断速度4sec −1 で測定し、チキソトロピー性は回転数1rpmの粘度を回転数10rpmの粘度で割った数値を用いた。例えば塗布材Peの粘度が500Pa・sより高い場合には、開口パターン23aにインクが十分に充填されず、転写時する際に印刷物の欠けが発生することがある。また、粘度が100Pa・sより低い場合には、転写後にインクが保持されず滲んでしまうために印刷物の幅が不均一になる。チキソトロピー性が10より高い場合には、上記粘度範囲に入っていても、印刷物の厚みが不均一になる。チキソトロピー性が3より低い場合には、上記粘度範囲に入っていても、印刷部の形状保持力が低く形状が崩れてしまい、幅が不均一になる。したがって、塗布材Peの粘度は100〜500Pa・sが好ましく、チキソトロピー性は3〜10が好ましい。
次に、スクリーンマスク20の裏面、すなわち印刷面側とは反対側の面に、スキージ13を配置する。このとき、例えばスキージ13を、印刷媒体Baの表側の面に対して所定の角度θで配置する。そして、スキージ13をメッシュ22及びマスク膜23の裏面において、所定の印圧P0で印刷媒体Ba側に向けて押しつけながら、所定の速度vで移動させる。マスク膜23の裏面全面にわたる領域で、スキージ12がマスク膜23を押圧する。スキージ13の押圧により、マスク膜23は押圧される部分が表側に変位するように変形し、印刷媒体Baに当接する。スキージ13が通過した塗布材Peが開口パターン23aから印刷媒体Ba側に押し出される。
スキージ12が通過した後、マスク膜23及びメッシュ22が復元するように変形して印刷媒体Baから離れるとともに、一部の塗布剤Paが印刷媒体Ba上に転写されて残ることで、印刷媒体Ba上にパターン印刷がなされ、印刷物が完成する。このとき、塗布材Peは裏側の一部がマスク膜23側に残る。なお塗布材Peは、例えば金属材や樹脂材などを含む各種材料であり、印刷対象の種類、例えば、電子部品、ディスプレイ、等によって、多様な材料が用いられる。
本実施形態にかかるスクリーンマスク20は、乳厚tmが12μm以上であり、メッシュ22とマスク膜23の表面との距離が離れている。このため、転写される塗布材Peとマスク膜23側に残る塗布材Peとの分離部分であって印刷媒体Baの転写される塗布材Peの表面を構成する部分に、メッシュ22が及ぼす影響が少ない。したがって、開口パターン23aにおいて、メッシュ22による塗布材Peの減少が抑制され、塗布材Peの転写量に差が発生しにくい。その結果、印刷したパターン形状が均一な形状となる。したがって、細線パターンにおいて、高精度の印刷形状を実現できる。
図5は、本実施形態にかかるスクリーンマスク20を用いて形成した印刷形状を示す。ここでは、乳厚tmをそれぞれ7μm,12μm,15μm,18μm,23μmとした場合のスクリーンマスク20を用いた印刷による、印刷形状の外観と、厚みばらつき、および線幅ばらつきをそれぞれ示す。ここで、パターン開口23aの最小化以降幅W1は15μmとした。図5に示すように、乳厚tmを一定の範囲にすることで印刷形状が改善されることがわかる。
また、図5は、各乳厚において測定機にて測定した厚みばらつきと線幅ばらつきの比率の対応を示す。なお、厚みばらつきは形成された印刷体パターンの厚みの一番高いところと一番低いところの差を示しており、線幅ばらつきは形成された印刷体パターンの一番狭いところと一番広いところの差であり、乳厚23μmの時のばらつきを1とした場合の、各乳厚におけるばらつきの比率を数値で示している。
図5に示されるように、乳厚tmが12μm以上で厚みばらつきや線幅ばらつきが低く抑えられる。また、乳厚tmが12μm、15μm、18μm、23μm場合には、例えば7μmの場合と比べて、印刷形状が良好で、印刷直線性と印刷厚均一性が良好であることがわかる。
図6に、塗布材Peの特性と印刷物の形状の対応を示す。図6では、パターン開口23aの最小化以降幅W1は15μm、乳厚tmは18μmとした場合の、粘度が520Pa・sであってチキソトロピー性が4.0の塗布材、粘度が208Pa・sであってチキソトロピー性が7.0の塗布材、粘度が136Pa・sであってチキソトロピー性が5.4の塗布材,粘度が90Pa・sであってチキソトロピー性が5.0である塗布材をそれぞれ使用した場合の印刷形状の外観を示す。
図6に示すように、塗布材Peの特性として、粘度が100〜500Pa・sでチキソトロピー性が3〜10の範囲で、印刷直線性と印刷厚均一性が良好であり、印刷精度が高いことがわかる。
以上のように構成されたスクリーンマスク20、スクリーン印刷装置10、及びスクリーン印刷方法によれば、単純な構成で高精度の印刷が可能となる。すなわち、最小開口幅が30μm以下の開口パターン23aを有したスクリーンマスク20において、マスク膜23の乳厚を15μm以上とし、マスク膜23の表面の位置とメッシュ22の位置を離間させることで、印刷時にスクリーンマスク20の開口パターン23a内の塗布材Peが印刷媒体Baに転写される際、転写される塗布材Peとマスク膜23に残る塗布材Peが分かれる部分であって印刷媒体Ba側に転写された塗布材の表面を構成する部分に、メッシュ22が及ぼす影響を減らしあるいは無くすことができ、メッシュ22により転写量が減少することが抑制される。このため、インクの転写量に差が発生しにくく、その結果、印刷した細線パターン形状が均一な形状となる。
さらに、塗布材Peの特性を粘度が100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10とすることで、高精度の印刷が可能となる。
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
例えば上記実施形態に例示した乳厚15μmに限るものではなく、12μm以上40μm以下の乳厚にすることで、上記実施形態と同様の効果を得られる。
なお、上記実施形態では、フレーム21にメッシュ22を接着剤24で貼り付け、フレーム21の開口部全域わたってマスク膜23を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、メッシュは、伸び率の異なる内側のメインメッシュと外側のサポートメッシュをUV硬化性の接着剤で固定したいわゆるコンビネーション型を用いてもよく、また、メッシュ22の中央部分の一部にのみマスク膜23が形成されていてもよい。
この他、上記実施形態に例示された各構成要素を削除してもよく、各構成要素の形状、構造、材質等を変更してもよい。上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えることを特徴とするスクリーンマスク。
[2]
印刷媒体に対向して前記メッシュを支持するフレームを備え、
前記マスク膜を保持する前記メッシュは、弾性変形可能であり、前記マスク膜の前記開口パターンに塗布材が保持された状態で、前記マスク膜が印刷媒体に接離することにより、前記塗布材が前記開口パターンから前記印刷媒体に転写されることを特徴とする[1]記載のスクリーンマスク。
[3]
[1]または[2]に記載のスクリーンマスクと、
前記スクリーンマスクの前記印刷面側とは反対側の面に当接して移動可能に構成されたスキージと、
を備えることを特徴とするスクリーン印刷装置。
[4]
塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、粘度が100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を供給し、 前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とするスクリーン印刷方法。
[5]
塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、塗布材を保持させ、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とする印刷物の製造方法。

Claims (4)

  1. 塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
    前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、粘度が、せん断速度4sec −1 100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を供給し、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とするスクリーン印刷方法。
  2. 塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
    前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm以上であるマスク膜と、を備えるスクリーンマスクの前記マスク膜に、粘度が、せん断速度4sec −1 で100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を保持させ、前記マスク膜の前記開口パターンから、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布する、ことを特徴とする印刷物の製造方法。
  3. 前記チキソトロピー性は回転数1rpmの粘度を回転数10rpmの粘度で割った数値を用いることを特徴とする請求項2に記載の印刷物の製造方法。
  4. 塗布材料を透過可能な孔を有するメッシュと、
    前記メッシュに設けられ、幅寸法が最も小さい位置において30μm以下である開口パターンを有するとともに、厚みが30μm〜70μmであって、30μm以下の前記開口パターンの周りにおいて前記メッシュの印刷面側における厚みである乳厚が12μm〜40μmである、マスク膜と、を備えるスクリーンマスクと、
    前記スクリーンマスクの前記印刷面側とは反対側の面に当接して移動可能に構成されたスキージと、を備え、
    粘度が、せん断速度4sec −1 で100〜500Pa・sであり、かつ、チキソトロピー性が3〜10の特性を有する塗布材を前記マスク膜に保持した状態で、
    前記スキージの移動により、前記マスク膜の前記開口パターンから前記塗布材を押し出すことで、前記マスク膜の前記印刷面側に対向配置された印刷媒体に、前記塗布材を塗布することを特徴とするスクリーン印刷装置。
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