JPWO2009063730A1 - スクリーン印刷マスク並びにそれを用いた半田ペースト印刷装置および半田ペースト印刷方法 - Google Patents

Abstract

スキージに過度な荷重を掛けることなく、印刷マスクとプリント配線板との接触不良を解消できるようにする。透明マスク１５ａと、印刷マスクに圧力変化に応じて色変化する色素であるピエゾクロミック化合物を含んだ樹脂からなるピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂとの積層体によって印刷マスク１５を構成し、プリント配線板１２と印刷マスク１５との接触状態を、マスクの色変化により面内色変化検出器１９により検出する。プリント配線板１２と印刷マスク１５との接触不良がある場合に半導体、接触不良箇所の背面にある支持ピンを上昇させて接触不良を解消する。

Description

本発明は、スクリーン印刷マスク並びにそれを用いた半田ペースト印刷装置および半田ペースト印刷方法に関し、特に、半田ペースト印刷面の平坦性が劣るプリント基板面とマスクとの接触性を検出するための機能を備えたスクリーン印刷マスクとそれを用いた半田ペースト印刷装置および半田ペースト印刷方法に関するものである。

近年の高機能化されたエレクトロニクス製品において、プリント配線板へ搭載される部品の電極端子がより微細ピッチ化されていく傾向があるのに伴って、表面実装技術（Surface-Mount Technology：ＳＭＴ）における半田ペースト（クリーム半田ともいう）の印刷技法もこれに対応することが求められている。このような趨勢の中で、狭ピッチ接続に対応した印刷工法として多く利用されているものに、印刷マスクとプリント配線板の間のギャップを設けないコンタクト印刷工法がある。この工法の特徴は、印刷マスクとプリント配線板の密着性を向上させたことで、半田ペーストのスキージングに際して、滲みやブリッジの発生を抑えたものである。この工法は、最も一般的な半田ペースト印刷工法の一つであり、スキージを押し込むことで、可能な限り密着性を向上させる工夫がなされている。さらに、スキージを押し込んだ際に、プリント配線板のたわみを防止するために、プリント配線板背面に平板や支持ピンのような支持構造物を設けている。

図１は、このようなコンタクト印刷工法を行うための半田ペースト印刷装置の概略図である。図１に示すように、表面に接続パッド１１が形成されたプリント配線板１２は、複数の支持ピン１３により支持されている。印刷マスク開口部１４ａが穿孔された印刷マスク１４上を、支持体１６に保持されたスキージ１７が走行して、半田ペースト２１をプリント配線板１２上の接続パッドに印刷・塗布する。ここで、プリント配線板１２上の印刷マスクコンタクト面１２ａの平滑性が十分でない場合、半田ペースト２１をスキージ１４により印刷する際に、印刷マスク１４とプリント配線板１２上の印刷マスクコンタクト面１２ａとの接触不足が発生し、印刷完了後に印刷マスク１４を版離れさせる際、印刷マスク開口部１４ａに充填された半田ペースト２１が接続パッド１１に十分に接触せずに、印刷マスク開口部１４ａに残る傾向がある。一般に印刷マスク１４とプリント配線板１２上の印刷マスクコンタクト面１２ａとの接触性の向上は、スキージ１７の押し込み量を大きくすることと、印刷時におけるプリント配線板のたわみを抑制するためにプリント配線板背面に設けた支持構造物１３の高さを微調整することとによって行っている。

しかし、上述したコンタクト印刷工法では以下のような問題がある。印刷マスク１４とプリント配線板１２との接触性を向上させるために、スキージ１７の押し込み量を大きくしすぎると、スキージ１７や印刷マスク１４の磨耗を加速させることになる。また、プリント配線板背面の支持構造物１３の高さ調整によるプリント配線板１２のたわみ抑制を実施するには、条件出しのための複数回の印刷を実施する必要があり、本印刷開始までに時間が掛かってしまう。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、印刷マスクとプリント配線板との接触状態に合わせて、支持ピンの支持高さ位置を微調整できるようにして、スキージに過度な荷重を掛けることなく、印刷マスクとプリント配線板との接触状態を良好に維持できるスクリーン印刷マスク、半田ペースト印刷装置及び半田ペースト印刷方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、印刷開口が開設された板状体のスクリーン印刷マスクであって、少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなることを特徴とするスクリーン印刷マスク、が提供される。
そして、好ましくは、前記材料は、弾性に富む材料により構成される。換言すれば、ガラスのような硬質の材料より（体積）弾性率の小さい材料により構成される。また、好ましくは、前記材料は、ピエゾクロミック化合物を含有する樹脂により構成される。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなる、印刷開口が穿孔された板状のスクリーン印刷マスクと、前記スクリーン印刷マスク上に圧接しつつ前記スクリーン印刷マスク上を移動するスキージと、被印刷物であるプリント配線板を支持するそれぞれが独立に上下動可能な複数の支持ピンと、印刷面全体の色相を検出可能なエリアセンサ型の全面色変化検出器と、前記全面色変化検出器の検出信号に基づいて前記支持ピンの位置を調整する支持ピン制御機構と、を有することを特徴とする半田ペースト印刷装置、が提供される。

また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなる、印刷開口が穿孔された板状のスクリーン印刷マスクを、被印刷物であるプリント配線板に押し付ける工程と、エリアセンサ型の色変化検出器を用いて印刷面全体の色相を検出する工程と、その色相検出結果に基づいて前記スクリーン印刷マスクの前記プリント配線板との接触不良位置を検出し、前記プリント配線板の支持機構を調節してその接触不良を解消する工程と、スキージを前記スクリーン印刷マスク上に圧接し前記スクリーン印刷マスク上を移動させて半田ペーストを印刷する工程と、を有する半田ペースト印刷方法、が提供される。

本発明によれば、スキージに過度な荷重を掛けることなく、印刷マスクとプリント配線板との接触状態を良好に維持できるスクリーン印刷マスク、半田ペースト印刷装置及び半田ペースト印刷方法を提供できる。

図２に示すように、本発明に係るスクリーン印刷マスクは、印刷マスク開口部１５ｄが開設された板状体のスクリーン印刷マスク１５であって、少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなるピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂであることを特徴とする。
これにより、スクリーン印刷マスクをプリント配線板に押し当てた際に、両者間に生じる接触圧を印刷マスクに誘起される色変化により検出することが可能であり、そして、接触圧が不足する領域のプリント配線板を背面より押し上げることにより、接触圧不足を矯正することができる。さらに、スクリーン印刷マスクのプリント配線板との接触部を弾性に富む材料により構成することによりスクリーン印刷マスクをプリント配線板の実装面の粗さに追従させることが可能になり、スクリーン印刷マスクとプリント配線板との接触性を一層高めることができる。したがって、プリント配線板への半田ペーストを印刷する際に、スキージに過度な荷重を与えることなく、スクリーン印刷マスクをプリント配線板と良好な接触状態にて印刷することが可能になり、微細ピッチの接続パッドに対しても精度よく半田ペーストを転写することが可能になる。

以下に、上記本発明に係るスクリーン印刷マスク及びこれを用いたスクリーン印刷装置及び方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図３は、本発明の第１の実施の形態を示すスクリーン印刷マスクとそれを用いた半田ペースト印刷装置の断面図である。図３に示すように、圧力変化を色変化によって検知可能なスクリーン印刷マスク１５は、透明ガラスまたはアクリルなどの透明樹脂から成る透明マスク１５ａに、プリント配線板１２の印刷マスクコンタクト面１２ａと接触する面に、白色または透明のウレタン樹脂などの弾性樹脂に、応力変化により色相が変化するピエゾクロミック化合物を分散含有させたピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂが設けられた積層体を有しており、そしてプリント配線板１２の接続パッド１１に合わせた実装位置に、印刷マスク開口部１５ｄが設けられた構造となっている。しかして、本実施の形態の半田ペースト印刷装置は、スクリーン印刷マスク１５の上方に、色変化を検出可能な色度検知器や分光光度計などをエリア状に配置した面内色変化検出器１９を設け、印刷マスク部とプリント配線板１２の印刷マスクコンタクト面１２ａとの接触状態を接触前後の色変化の違いから接触不良箇所を検出し、該当箇所の支持ピン１３を押し上げることにより印刷マスクコンタクト面１２ａ全面が一様な圧力分布を示すように調整し、支持体１６に保持されたスキージ１７により、半田ペースト２１を印刷する構造となっている。印刷終了後、スクリーン印刷マスク１５とプリント配線板１２との版離れを行い、ピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂの色変化した箇所を、使用ピエゾクロミック化合物の特性に応じて、熱、光、陰圧を与えることにより元の色に戻す。色を戻す工程の後、新たなプリント配線板１２を印刷装置に装着し、一連の印刷を繰り返し行う。あるいは、版離れに続けてプリント配線板の交換を行い、その後にピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂの色を戻すようにしてもよい。なお、図３には図示されていないが、本実施形態に係る半田ペースト印刷装置には、面内色変化検出器１９の検出信号から接触不良箇所を特定し、当該箇所の支持ピン１３を駆動するための信号を形成する制御装置と、該制御装置の出力信号に基づいて支持ピン１３を駆動する支持ピン駆動機構とが配備されている。

〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態を示すスクリーン印刷マスクとそれを用いた半田ペースト印刷装置の断面図である。図４において、図３の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。この点は、以下の他の実施の形態についても同様である。なお、図４においても、色変化検出器の検出信号からスクリーン印刷マスクの接触不良箇所を特定し、当該箇所の支持ピンを駆動するための信号を形成する制御装置と、該制御装置の出力信号に基づいて支持ピンを駆動する支持ピン駆動機構の図示は省略されている。図４に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態において設置されていた面内色変化検出器１９は除去されており、代わりに図の紙面垂直方向に色の変化を検出することができるライン色変化検出器２０が設置されている。このライン色変化検出器２０は、支持体１６に保持されたホルダー１８に支持されており、スキージ１７と同期して移動できるように構成されている。本実施の形態において、スキージ１７による半田ペースト２１を印刷するための基本構成は、図３に示された第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態においては、プリント配線板１２とスクリーン印刷マスク１５間の接触応力を、ライン色変化検出器２０により、スクリーン印刷マスク上を移動するスキージ１７の動きに合わせながらスキージ１７の移動方向前方の圧力変化による色変化にて検知し、接触不良箇所を検出する。接触不良箇所については、図外制御装置、駆動装置を介して直ちに支持ピン１３を押し上げ、リアルタイムで良好な接触状態に制御するようになされている。

〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態を示すスクリーン印刷マスクとそれを用いた半田ペースト印刷装置の断面図である。図５に示すように、スキージ１７による半田ペースト２１を印刷するための基本構成は、図３に示した第１の実施の形態と同様であり、プリント配線板１２とスクリーン印刷マスク間の接触応力を面内色変化検出器１９により印刷マスク全面の状態を検出し、その検出信号に基づいて図外制御装置および駆動装置を用いて接触不良箇所の支持ピンを上昇させて印刷マスクの接触不良を解消した後に、半田ペーストの印刷を行うことも第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、さらにライン色変化検出器２０を設けこれによりスキージ１７の移動に伴い発生する接触不良箇所も検出してリアルタイムに接触不良を解消できるようになっている。そのため、より信頼性の高い印刷が可能である。

〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態を示すスクリーン印刷マスクとそれを用いた半田ペースト印刷装置の断面図である。本実施の形態の、図５に示した第３の実施の形態と相違する点は、スクリーン印刷マスク１５の構成のみであり、それ以外は同様に構成されている。本実施の形態のスクリーン印刷マスク１５は、図６に示すように、ピエゾクロミック化合物を含有する透明樹脂または白色樹脂からなる、一層構造のピエゾクロミック化合物含有樹脂マスク１５ｃにより構成されている。本実施の形態においては、印刷マスク厚を薄くすることにより、半田ペースト印刷後の版離れ時に、印刷マスク開口部１５ｄに半田ペーストが残り難くなり、さらに連続した半田ペースト印刷を実施するにあたり、印刷マスク開口部の空間容積が小さくなることで、同開口部に残る半田ペーストを容易に除去することが可能になっている。本実施の形態の半田ペースト印刷装置を用いた印刷マスクの色変化の検出方法と印刷マスクの接触性の矯正方法は、本発明の第３の実施の形態の場合と同様である。

〔スクリーン印刷マスクの製造方法〕
第１の実施の形態において用いられる印刷マスクの製造方法について、図３を参照して説明する。スクリーン印刷マスク１５は、例えばガラス板やアクリル板などを透明マスク１５ａとし、その上にピエゾクロミック化合物含有樹脂部１５ｂを形成して作製する。すなわち、透明マスク１５ａの印刷マスクコンタクト面側に、ピエゾクロミック化合物を分散含有させた白色または透明の例えば液状ウレタン樹脂を、ディッピングやスプレー塗布法を用いて塗布し、その後オーブン内で熱硬化させる。あるいは、ピエゾクロミック化合物を分散含有させた白色または透明の半硬化状態の例えばフィルム状ウレタン樹脂フィルムを、透明マスク１５ａに張り合わせ、その後オーブン内で若しくは熱圧着により熱硬化させる。次に、マスク開口部１５ｄを形成するために、熱硬化されたピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂膜が形成された透明マスクに対して穴明けを行う。穴明けは、エッチング、ＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザや炭酸ガスレーザを用いたレーザ加工、または極細ドリルを用いたドリリングにより行う。

次に、第４の実施の形態において用いられる印刷マスクの製造方法について、図６を参照して説明する。ピエゾクロミック化合物含有樹脂マスク１５ｃは、透明または白色の剛性の高い熱硬化性樹脂、例えばアクリルなどにピエゾクロミック化合物を分散含有させ、成形装置により板状にし、オーブンなどにより熱硬化させる。印刷マスク開口部１５ｄの形成は、先に説明した穿孔方法のいずれかを用いて行う。

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

図２に示す第１の実施の形態におけるスクリーン印刷マスクを次のように製作する。透明マスク１５ａとして厚み１５０マイクロメートルのガラス板を用意し、その印刷マスクコンタクト面側に、白色の液状ウレタン樹脂に、ピエゾクロミック化合物である、例えばヘキシルアミドテトラフェニルピレン、ニッケル−ジオンジオキシム錯体、パラジウム−ジオンジオキシム錯体、白金−ジオンジオキシム錯体などを分散含有させたものを、ディッピングにより塗布し、オーブン内にてウレタン樹脂を熱硬化させて、ピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部１５ｂを形成する。ここで形成されるウレタン樹脂とガラス板から成る一体構造物に、印刷マスク開口部１５ｄとなる貫通穴をエッチング法により開孔する。このようにして作製されたスクリーン印刷マスクを用い、図３に示される、ステンレス製の支持ピン１３、スキージ１７、面内色変化検出器１９を備えたスクリーン印刷装置を用いて、プリント配線板１２に半田ペーストを印刷する。本実施例では、スクリーン印刷マスク上の色変化の違いを読み取る面内色変化検出器１９として色度検知器を用いており、これはプリント配線板１２の二本の対角線の交点上部に配置されている。また、支持ピン１３は、図外電動シリンダーにより上下方向に駆動される。

次に、本実施例の印刷方法について説明する。まず、プリント配線板１２を支持ピン１３上に配置し、続いてスクリーン印刷マスク１５をプリント配線板上部に押し当てながら配置する。スクリーン印刷マスク１５において、接触不十分な箇所については、透明マスク１５ａを通して、色変化がないことが確認できる。接触状態について、色変化の状況を面内色変化検出器１９により検出し、接触不十分な箇所のプリント配線板１２背面の支持ピン１３を電動シリンダーにより押し上げることで、プリント配線板１２とスクリーン印刷マスク１５の接触性を向上させる。次に、スキージ１７により半田ペースト２１を印刷し、続いて、印刷済のプリント配線板１２を排除し、スクリーン印刷マスク１５の色変化している箇所に１２０℃の熱風を吹き付けることにより、接触圧印加前の初期の色に戻す。戻した後、新たなプリント配線板１２を装着し、これにスクリーン印刷マスク１５を押し当てながら配置する。以下、上記の動作を繰り返す。

図４に示すライン色変化検出器２０により、スクリーン印刷マスク１５上の色変化の違いを読み取る場合は、スキージ１７の印刷方向への移動に合わせながら、スキージ移動方向前方の色変化を検出する。検出した結果に基づいて、先の面内色変化検出器１９を利用した場合と同様にして、接触不十分な箇所のプリント配線板１２の背面の支持ピン１３を電動シリンダーを押し上げることで、プリント配線板１２とスクリーン印刷マスク１５の接触性を向上させる。

一方、図５に示すように、面内色変化検出器１９とライン色変化検出器２０の両検出器を用いて、スクリーン印刷マスク上の色変化の違いを読み取る場合、初めに面内色変化検出器１９により印刷対象面の全面について、スクリーン印刷マスク上の色変化の違いを読み取ることで、接触不十分な箇所のプリント配線板１２背面の支持ピン１３を電動シリンダーにより大まかに押し上げて調整する。続いて、ライン色変化検出器２０を用いて、スキージ１７の印刷方向への移動に際して発生する微小接触圧変化を捉えながら、スキージ近傍の接触圧を支持ピン１３により調整する。

図６に示す第４の実施の形態におけるスクリーン印刷マスクを次のように製作する。マスクの母材として、透明または白色の樹脂、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂などを用い、これに、ピエゾクロミック化合物である、例えばヘキシルアミドテトラフェニルピレン、ニッケル−ジオンジオキシム錯体、パラジウム−ジオンジオキシム錯体、白金−ジオンジオキシム錯体などを分散含有させ、厚み１５０マイクロメートルの板状に成形する。続いて、オーブン内にて熱硬化させる。続いて、このピエゾクロミック化合物含有樹脂板にレーザ加工法により印刷マスク開口部１５ｄを開設して、ピエゾクロミック化合物含有樹脂マスク１５ｃを形成する。このようにして作成されたスクリーン印刷マスクを用いて、上記実施例１の同様の方法を用いてプリント配線板への半田ペーストの印刷を行う。

上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されること無く様々な変形が可能である。

この出願は、２００７年１１月１２日に出願された日本出願特願２００７−２９２７６１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

従来の印刷マスクを備えた印刷装置の断面図。 本発明に係るスクリーン印刷マスクの構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の断面図。 本発明の第２の実施の形態の断面図。 本発明の第３の実施の形態の断面図。 本発明の第４の実施の形態の断面図。

符号の説明

１１ 接続パッド
１２ プリント配線板
１２ａ 印刷マスクコンタクト面
１３ 支持ピン
１４ 印刷マスク
１４ａ 印刷マスク開口部
１５ スクリーン印刷マスク
１５ａ 透明マスク
１５ｂ ピエゾクロミック化合物含有弾性樹脂部
１５ｃ ピエゾクロミック化合物含有樹脂マスク
１５ｄ 印刷マスク開口部
１６ 支持体
１７ スキージ
１８ ホルダー
１９ 面内色変化検出器
２０ ライン色変化検出器
２１ 半田ペースト

Claims (10)

1. 印刷開口が開設された板状体のスクリーン印刷マスクであって、少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなることを特徴とするスクリーン印刷マスク。
2. 前記材料が、弾性に富む（ガラスより弾性率の小さい）材料からなることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷マスク。
3. 透明板状体に前記材料の層が積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリーン印刷マスク。
4. 全体が前記材料からなる板状体であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷マスク。
5. 前記材料が、ピエゾクロミック化合物を含有する樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスクリーン印刷マスク。
6. 請求項１から５のいずれかに記載されたスクリーン印刷マスクと、前記スクリーン印刷マスク上に圧接しつつ前記スクリーン印刷マスク上を移動するスキージと、被印刷物であるプリント配線板を支持するそれぞれが独立に上下動可能な複数の支持ピンと、印刷面全体の色相を検出可能なエリアセンサ型の全面色変化検出器と、前記全面色変化検出器の検出信号に基づいて前記支持ピンの位置を調整する支持ピン制御機構と、を有することを特徴とする半田ペースト印刷装置。
7. 前記スキージには、前記スクリーン印刷マスク上の前記スキージの接触位置近辺の色相を検出可能なラインセンサ型のライン色変化検出器が付設されており、前記支持ピン制御機構は前記ライン色変化検出器の検出信号に基づいて前記支持ピンの位置を調整することを特徴とする請求項６に記載の半田ペースト印刷装置。
8. 請求項１から５のいずれかに記載されたスクリーン印刷マスクと、前記スクリーン印刷マスク上に圧接しつつ前記スクリーン印刷マスク上を移動するスキージと、被印刷物であるプリント配線板を支持するそれぞれが独立に上下動可能な複数の支持ピンと、前記スキージに付設された、前記スクリーン印刷マスク上の前記スキージの接触位置近辺の色相を検出可能なラインセンサ型のライン色変化検出器と、前記ライン色変化検出器の検出信号に基づいて前記支持ピンの位置を調整する支持ピン制御機構と、を有することを特徴とする半田ペースト印刷装置。
9. 少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなる、印刷開口が穿孔された板状のスクリーン印刷マスクを、被印刷物であるプリント配線板に押し付ける工程と、エリアセンサ型の色変化検出器を用いて印刷面全体の色相を検出する工程と、その色相検出結果に基づいて前記スクリーン印刷マスクの前記プリント配線板との接触不良箇所を検出し、前記プリント配線板の支持機構を調節してその接触不良を解消する工程と、スキージを前記スクリーン印刷マスク上に圧接し前記スクリーン印刷マスク上を移動させて半田ペーストを印刷する工程と、を有する半田ペースト印刷方法。
10. 少なくとも被印刷物との接触面が圧力変化により色相が変化する材料からなる、印刷開口が穿孔された板状のスクリーン印刷マスクを、被印刷物であるプリント配線板に押し付け、その状態でスキージを前記スクリーン印刷マスク上に圧接し前記スクリーン印刷マスク上を移動させて半田ペーストを印刷する半田ペースト印刷方法において、ラインセンサ型の色変化検出器を用いて前記スキージの走行方向前方の印刷面の色相を検出し、その色相検出結果に基づいて前記スクリーン印刷マスクの前記プリント配線板との接触不良位置を検出し、前記プリント配線板の支持機構を調節してその接触不良を解消することを特徴とする半田ペースト印刷方法。

Images