JPH0615979A - スクリーン印刷用メタルマスクとその製造方法とプリント配線基板と電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリーム状半田等のスクリーン印刷において
形状輪郭と印刷膜厚を均一にする。 【構成】 メタルマスク１０表面に、メタルマスク母材
と異なる部材を印刷などの手段で凸部２をマトリクス状
に配設し、クリーム状半田７をスキージ８移動方向にロ
ーリングさせ印刷圧を高める効果と、スキージ８移動方
向に対しスキージ８の幅方向に拡散するのを防止する効
果とを有し、スクリーン印刷の輪郭形状と印刷膜厚を均
一にして印刷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリーム半田などの高
粘度・高チクソ性のペーストをプリント配線基板などの
被印刷体に、輪郭形状と膜厚を均一に印刷するためのメ
タルマスクと該メタルマスクの製造方法と、該メタルマ
スクを用いて所定パターンを印刷したプリント配線基板
と、該プリント配線基板を搭載したテレビジョン受信機
などの電子機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョン受像機等の電子機器に収納
・搭載されているプリント配線基板に電子部品を表面実
装する際には、従来では図６から図８に示すように、所
定の印刷パターン５０のクリーム半田がプリント配線基
板にスクリーン印刷されている。つまりプリント配線基
板などの被印刷体３０の上にメタルマスク６０を重ね、
該メタルマスク６０上にクリーム半田７を置き、スキー
ジ８を矢印Ａ方向に移動させる。なお、メタルマスク６
０のスキージ摺動面（スキージ８と接する面）は平滑で
ある。このようにスキージ８を矢印Ａ方向に移動させる
と、クリーム半田７がメタルマスク６０の開口６１Ｘ，
６１Ｙから押し出されて、開口６１Ｘ，６１Ｙの開口の
形状通りにクリーム半田がプリント配線基板の上に印刷
される。

【０００３】また、クリーム半田のローリング性を向上
させる手段として、メタルマスクのスキージと接する面
をアルミナ砥粒などの研磨材で粗面化することが特開昭
６２−１６４５９７号公報で提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが図７、図８で
示すように、メタルマスク６０がスキージ８と接するス
キージ摺動面は平滑であるため、スキージ８を矢印Ａ方
向へ移動させると、クリーム半田７はスキージ８の矢印
Ａ方向への移動とともに、矢印Ｂ１方向へ移動する。つ
まり、メタルマスク６０の平滑な表面を滑ってしまい、
開口６１Ｘ，６１Ｙを通過して被印刷体３０にクリーム
半田７を吐出させる力即ち印刷圧が弱く不安定となり、
均一な膜厚と正確な輪郭形状の印刷がなされない場合が
ある。

【０００５】さらに図８で示すように、メタルマスク６
０上のクリーム半田７は、スキージ８の矢印Ａ方向への
移動とともに、スキージ８の移動方向に対し直角の矢印
Ｂ２方向、即ち横方向（スキージの幅方向）にも拡散す
る。その結果、開口６１Ｘ，６１Ｙへのクリーム半田供
給量がばらつき、開口６１Ｘ，６１Ｙを通過して吐出さ
れるクリーム半田の量にばらつきを生じて、印刷膜厚や
輪郭形状が不揃い不安定となる。また、メタルマスク６
０の開口において、Ｙ軸方向に長手の開口６１ＹとＸ軸
方向に長手の開口６１Ｘとの開口長手方向の違い，丸穴
と角穴のちがい、あるいは開口面積の大小等によって吐
出されるクリーム半田の量のばらつきも発生する。

【０００６】これらの理由により、プリント配線基板の
上に形成されるクリーム半田の形状輪郭や印刷膜厚がば
らついて不均一になる。不均一な形状輪郭や印刷膜厚は
種々のトラブルを生じる。具体的には、図９で示すごと
く被印刷体３０上にクリーム半田パターン７０が膜厚不
均一に印刷された場合には、クリーム半田パターン７０
上にチップ部品８０を搭載し半田を溶融すると、搭載し
たチップ部品８０が所定の搭載位置より移動したり、半
田付け部より大きくはみ出し隣のチップ部品（図示せ
ず。）と接触，あるいは、半田付けが不完全となり外れ
てしまう等、半田付け品質を著しく低下させる。

【０００７】また、特開昭６２−１６４５９７号公報の
提案では砥粒がメタルマスクの表面に形成する凹凸の深
さや形状が一定せず、メタルマスク全面にわたってロー
リング性が均一とならないうえ、凹凸の加工に時間を要
する。本発明は、メタルマスクに設けた開口の配置位置
や開口形状に左右されることなく、安定した印刷膜厚を
得ることができるスクリーン印刷用メタルマスクと、こ
のメタルマスクを短時間で容易に加工できる製造方法を
提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のスクリーン印刷
用メタルマスクは、印刷パターンを形成する開口を配設
するとともに、スキージと接する面の表面には、樹脂部
材，または金属部材，またはガラス部材，または所定の
バインダーで混練した金属粉末などで構成した凸部を所
定間隔毎に縦横（マトリクス状）に配設してなる。前記
凸部は印刷、またはインクジェット、または溶射の手段
で配設したり、メタルマスク母材の片面に、所定の部材
を予めフィルム状または薄板状に積層して被覆してお
き、この被覆部材をレーザー加工等のトリミング手段で
除去し、凸部をマトリクス状に配設するものである。

【０００９】

【作用】この構成によると、メタルマスクの表面にマト
リクス状（格子状）に凸部を配設したことにより、メタ
ルマスクと印刷ペーストとの摺動摩擦が大きくなり、印
刷ペーストがメタルマスク上を転がる「ローリング効
果」が増し、印刷圧が増加する。さらにマトリクス状に
配置した凸部の間隙に沿ってクリーム半田が移動するた
め、スキージの幅方向への印刷ペーストの拡散を防止す
る作用が得られ、均一な印刷膜厚を得ることができる。
さらに、スキージの印圧を低くできるなど印刷工程での
条件設定が容易となり、印刷機の操作性が向上するとと
もに、メタルマスクの寿命が伸びる。さらに、凸部の配
設を簡単に一定形状に能率よく形成できるうえ、凸部を
構成する材料についてもメタルマスク母材と同等か異な
る材料を任意に選択でき、印刷ペースト材料に対応して
最適相性の凸部部材を選択可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図５を用い
て説明する。図１から図５で示す本発明のメタルマスク
１０および２０は、例えば図６に示す周囲４方向に外部
接続端子４１を有してなる電子部品４０（ＱＦＰ／クワ
ッド・フラット・パッケージ）を実装するべく、Ｘ軸方
向，Ｙ軸方向に所定の印刷パターンを形成するための開
口３Ｘ ，３Ｙを所定ピッチで複数箇所配設している。
併せてメタルマスク１０，２０は、スキージ８と接する
面の表面すなわちクリーム半田７を搭載するメタルマス
ク１０，２０の表面側全域に、矩形状の凸部２および凸
部６を所定の間隔毎に縦横（マトリクス状）に、かつ開
口３Ｘおよび３ＹのＸ軸，Ｙ軸方向に対し所定の傾斜角
度θを有するごとく搭載してなるものである。

【００１１】図１から図５に示す実施例では、マトリク
ス状に配設した正方形状の凸部２および凸部６の一辺寸
法を０．１５ｍｍ，凸部２および凸部６の配設ピッチ寸
法を０．３ｍｍ，凸部２および凸部６の高さ寸法を０．
００９ｍｍ，開口３Ｘおよび３Ｙの直線部に対する傾斜
角度θを４５度とした。

【００１２】次に、メタルマスク母材１および４のスキ
ージ８と接する面に、凸部２および凸部６をマトリクス
状に搭載する加工方法について次に述べる。

【００１３】（実施例１）図１から図３に示す如く、フ
ラットなＮｉ薄板やステンレス薄板などの部材からなる
メタルマスク母材１は、開口３Ｘ，３Ｙを予め所定パタ
ーンに配設するとともに、スキージと接する面に凸部２
をスクリーン印刷により搭載してなる、またはパターン
マスクを介し各種バルク部材を高熱で溶融しながら溶射
して搭載してなる、またはインクジェットの手段を用い
て搭載してなるものである（何れも図示せず）。印刷ま
たは溶射する凸部２の構成部材としては、エポキシ樹脂
などの樹脂部材や、アルミナなどのセラミックス部材、
または低融点ガラス部材、または銅や半田などの金属部
材、または所定のバインダーで混練した金属粉末などを
用いている。インクジェットの溶融インクとしては、一
般的に用いられる印刷インクの他に、樹脂部材、セラミ
ックス部材、溶液で溶解した金属など任意の部材を用い
てよいことは言うまでもない。

【００１４】印刷または溶射またはインクジェットの手
段は一般的で、手軽に、また安価に実施でき、凸部の形
状や寸法，配置，高さ寸法などの仕様変更に容易に対応
できる。

【００１５】（実施例２）図４および図５に示す如く、
メタルマスクを構成するメタルマスク母材４例えばＮｉ
薄板やステンレス薄板の片面に、エポキシやＰＥなどの
樹脂部材または錫やニッケルや黄銅などの金属部材また
はアルミナなどのセラミックス部材または低融点ガラス
部材など、メタルマスク母材と同等もしくは異なる部材
を予め１０〜２０ミクロンメータの厚さに印刷またはコ
ーティングまたは溶射などの手段を用いてフィルム状ま
たは薄板状に被覆し、被覆層５を積層配置してなる部材
をまず用意する。次に、開口３Ｘ，３Ｙをエッチングな
どの手段により所定パターンに配設する。

【００１６】さらに、前記被覆層５をレーザー加工、ま
たはウォータージェット加工、または砥粒噴射加工、ま
たはドライエッチング加工などのトリミング手段を用
い、図５に示す凸部６をマトリクス状に形成配置するも
のである。

【００１７】樹脂部材を予め所定厚さに被覆した金属板
例えばステンレス部材等は、一般に市販されており入手
が容易である。また、コーティングなどして内製するこ
とも容易である。

【００１８】トリミング手段として用いるレーザー加工
またはウォータージェット加工などはプログラムを介し
数値制御（ＮＣ）加工で実施される。ＮＣ加工に用いる
プログラムは作成や修正・変更が極めて容易で、ＣＡＤ
との連携により実施している。また、ステンレス母材へ
の被覆材は、スクリーン印刷に用いる印刷ペーストとの
相性を勘案して選択している。

【００１９】このように構成したため、被印刷体として
のプリント配線基板の上にメタルマスクを重ね、メタル
マスク１０の上に所定量のクリーム半田７を搭載し、図
２に示すように、スキージ８を矢印Ａ方向に移動する
と、クリーム半田７は前記移動方向に押されて移動す
る。この際、クリーム半田７はメタルマスク１０表面上
をただ滑って移動するのではなく、凸部２の側面に当た
ることにより、クリーム半田７の半田粒子９（一般にク
リーム半田のハンダ粒子の直径は、０．０４ｍｍ程度で
ある）との間で摩擦を生じ、矢印Ｒ方向にローリング現
象を頻発する。その結果開口３Ｘ，３Ｙを通過してクリ
ーム半田７を吐出させる力、即ち印刷圧を強く発生させ
る作用が開口３Ｘ，３Ｙの形状や配置と無関係に安定し
て得られる。

【００２０】また、クリーム半田７は図３で示すよう
に、凸部と凸部の間に形成されている凹状溝内および凸
部２上を押し出され、矢印Ｂ方向へ移動し、スキージ移
動方向Ａとクリーム半田７の移動方向Ｂはほぼ一致す
る。

【００２１】従って本発明のメタルマスク１０または２
０は、マスクの全面において開口３Ｘ，３Ｙからクリー
ム半田７を安定して吐出することができプリント配線基
板への印刷膜厚と輪郭形状を均一にできる。また、強く
安定した印刷圧が得られるためスクリーン印刷の諸条件
設定が容易となる。

【００２２】本発明のメタルマスク１０または２０を用
いてクリーム半田７をプリント配線基板に印刷した場合
には、クリーム半田パターン７０の形状輪郭と印刷膜厚
が均一であり、チップ部品８０を搭載し半田溶解を行う
と、半田付け状態と半田付け位置が安定し半田付け品質
が向上する。

【００２３】なお、上記実施例では凸部２または凸部６
の形状を矩形としたが、別段円形や楕円など任意の形状
・寸法としてよい。凸部の高さや配設ピッチならびに配
置位置等についても同様で、印刷パターンやクリーム半
田に含有される半田粒子の大きさに応じて、クリーム半
田のローリング作用を所望に生ずるよう任意に設定すれ
ばよい。さらに、印刷ペーストについてもクリーム半田
以外にカーボンやＡｇ−Ｐｄ等からなる抵抗ペースト
や、レジストインク等任意のペースト材料に適用しても
良好な結果を得られる。

【００２４】なお、上記メタルマスクを用い、プリント
配線基板の上にクリーム半田を所望のパターンに印刷
し、さらに各種の電子部品を所定の位置に搭載した後、
このプリント配線基板を加熱溶融装置内に通過させるこ
とにより、前記電子部品はリフロー半田付けされ、プリ
ント配線基板の上に実装される。

【００２５】このように各種の電子部品が実装されたプ
リント配線基板を、テレビジョン受信機などの電子機器
の筐体内に所定に収納して搭載することにより、テレビ
ジョン受信機などの電子機器が組み立てられる。

【００２６】

【発明の効果】上記のごとく、本発明のメタルマスクを
用いてスクリーン印刷を行なうことにより、開口の形
状、大きさ、配設位置に関係なく印刷膜厚と形状輪郭が
安定し、スキージ移動速度、スキージの印圧等の条件変
動を少々生じても、常に安定した印刷パターンを得るこ
とができる。さらに今後増々進むファインピッチ化への
対応たとえば０．３ｍｍピッチ以下の外部接続端子を有
してなるＱＦＰなどの実装を可能にする。

【００２７】その結果、プリント配線基板への電子部品
の高密度実装を実現でき、プリント配線基板ならびに電
子機器の小形・軽量化を可能にする。また、プリント配
線基板への電子部品実装の信頼性が向上するのでプリン
ト配線基板の生産歩留まりが向上する。当然のことなが
らこのプリント配線基板を搭載した電子機器の信頼性も
併せて向上する。

【００２８】また、本発明のメタルマスクの製造方法は
凸部の配設を簡単に能率よく実施できるうえ、凸部を構
成する材料についてもメタルマスク母材と同等もしくは
異なる材料を任意に選択でき、印刷するペースト材料に
対応して化学反応やメタルマスクの微粉末混入による悪
影響などを防止する最適部材を選択できる等多くの効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明の第一の実施例のメタルマスクの
要部平面図 （Ｂ）本発明の第一の実施例のメタルマスクの要部断面
図

【図２】本発明のメタルマスクを用いクリーム半田の流
れを説明する要部断面図

【図３】本発明のメタルマスクを用いクリーム半田の流
れを説明する要部平面図

【図４】本発明の第二の実施例のメタルマスク母材に被
覆層を積層配置した状態の要部断面図

【図５】（Ａ）本発明の第二の実施例のメタルマスクの
要部平面図 （Ａ）本発明の第二の実施例のメタルマスクの要部断面
図

【図６】プリント配線基板に電子部品を表面実装する状
態を説明するための要部斜視図

【図７】従来のメタルマスクを用い印刷過程を説明する
要部断面図

【図８】従来のメタルマスクを用い印刷過程を説明する
要部平面図

【図９】従来のメタルマスクを用いクリーム半田を印刷
しチップ部品を搭載した状態の断面図

【符号の説明】

１，４ メタルマスク母材 ２，６ 凸部 ３Ｘ，３Ｙ 開口 ５ 被覆層 ７ クリーム半田 ８ スキージ ９ 半田粒子 １０，２０ メタルマスク ３０ 被印刷体

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】（Ａ）本発明の第二の実施例のメタルマスクの
要部平面図 （Ｂ）本発明の第二の実施例のメタルマスクの要部断面
図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリーン印刷に用いるメタルマスクに
   おいて、印刷パターンを形成する開口を配設した後、ス
   キージと接する面の表面にメタルマスク母材と異なる部
   材からなる凸部を、所定間隔毎に縦横に搭載したことを
   特徴とするスクリーン印刷用メタルマスク。
2. 【請求項２】 前記凸部を矩形状としたことを特徴とす
   る請求項１記載のスクリーン印刷用メタルマスク。
3. 【請求項３】 前記矩形状凸部の側辺が前記印刷パター
   ンを形成する開口の直線部に対し傾斜角度を有するごと
   く配設したことを特徴とする請求項２記載のスクリーン
   印刷用メタルマスク。
4. 【請求項４】 前記凸部の印刷高さを、クリーム半田に
   含有される半田粒子の最小径寸法より小さくしたことを
   特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷用メタルマス
   ク。
5. 【請求項５】 前記凸部の部材を樹脂部材またはセラミ
   ックス部材またはガラス部材または金属部材または所定
   のバインダーで混練した金属粉末としたことを特徴とす
   る請求項１，２，３または４記載のスクリーン印刷用メ
   タルマスク。
6. 【請求項６】 スキージと接する面の表面に、樹脂部材
   またはセラミックス部材またはガラス部材または金属部
   材または所定のバインダーで混練した金属粉末をスクリ
   ーン印刷し、凸部を所定間隔毎に縦横に配設するように
   したことを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクの
   製造方法。
7. 【請求項７】 スキージと接する面の表面に、樹脂部材
   またはセラミックス部材またはガラス部材または金属部
   材を溶射し、凸部を所定間隔毎に縦横に配設するように
   したことを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクの
   製造方法。
8. 【請求項８】 スキージと接する面の表面に、樹脂部材
   またはセラミックス部材またはガラス部材または金属部
   材からなる溶融インクををインクジェット噴射し、凸部
   を所定間隔毎に縦横に配設するようにしたことを特徴と
   するスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
9. 【請求項９】 メタルマスクのスキージと接する面の表
   面に予め前記メタルマスク母材と異なる部材を印刷また
   は塗布または溶射して薄板状またはフィルム状に積層配
   置しておき、該積層配置した部材をレーザ加工またはウ
   ォータジェット加工またはドライエッチング加工の手段
   でトリミングし、凸部を所定間隔毎に縦横に配設するよ
   うにしたことを特徴とするスクリーン印刷用メタルマス
   クの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１，２，３，４または５記載の
    スクリーン印刷用メタルマスクを用いて所望のパターン
    を印刷したことを特徴とするプリント配線基板。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のプリント配線基板を
    搭載したことを特徴とする電子機器。