JP2007301791A - 印刷装置および印刷方法、ならびにフレキシブルプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷の厚さや形状の乱れを防ぐことができる印刷方法および印刷装置を提供する。
【解決手段】被印刷物１を載せるテーブル２と、被印刷物１に形成される印刷に応じた形状の開口部４を有する金属製マスク３と、金属製マスク３を介して被印刷物１をテーブル２に向けて押圧しつつ印刷材料６を開口部４内に充填する充填部材５とを備えた印刷装置。テーブル２は、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材からなるクッション材層７を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばフレキシブルプリント基板に導電性材料を印刷するのに用いられる印刷装置および印刷方法、ならびに前記印刷装置によって作製されるフレキシブルプリント基板に関する。

フレキシブルプリント基板などを作製するにあたって、導電性ペーストやクリーム半田などの導電性材料をプラスチック基材に印刷するには、開口部を有する金属製マスクを用い、導電性材料を、開口部を通してプラスチック基材の表面に供給する印刷装置を使用することができる（例えば特許文献１および特許文献２を参照）。
図１２および図１３は、印刷装置の一例を示すもので、この印刷装置は、プラスチック基材などの被印刷物１を載せるテーブル１２と、金属製マスク３と、スキージ５とを有する。テーブル１２は、金属、セラミックなどの硬質材料からなる。金属製マスク３には開口部４が形成されている。符号１ａは、被印刷物１の下面側に形成された回路パターンを構成する導電層などの凸部である。
テーブル１２上に載置した被印刷物１表面に金属製マスク３を配置し、金属製マスク３表面にスキージ５を押し当てながら金属製マスク３の表面に沿って移動させて導電性材料６を開口部４内に充填する。これによって、開口部４に応じた形状の印刷を被印刷物１の表面に形成する。
特開２００２−１１８３４７号公報 特許第２６７４０９２号公報

しかしながら、図１３に示すように、従来の印刷装置では、被印刷物１にたわみが生じ、金属製マスク３と被印刷物１とが部分的に大きく離間することによって、印刷の厚さが不均一となったり、印刷の形状が乱れ、滲みが生じることがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、印刷の厚さや形状の乱れを防ぐことができる印刷装置および印刷方法、ならびに前記印刷装置によって作製されたフレキシブルプリント基板を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る印刷装置は、被印刷物を載せるテ−ブルと、被印刷物に形成される印刷に応じた形状の開口部を有する金属製マスクと、該金属製マスクを介して前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ、前記金属製マスク表面の印刷材料を前記開口部内に充填する充填部材とを備え、前記テ−ブルは、少なくとも被印刷物が当接する面が、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材からなることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る印刷装置は、印刷に応じた形状の開口部を有するマスクフィルムを表面に形成した被印刷物を載せるテ−ブルと、前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記マスクフィルム表面の印刷材料を前記開口部内に充填する充填部材とを備え、前記テ−ブルは、少なくとも被印刷物が当接する面が、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材からなることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る印刷装置は、前記クッション材がゴム成分を含んだ材料、もしくは多孔質材料からなることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る印刷方法は、請求項１に記載の印刷装置を用いて印刷を行う方法であって、前記被印刷物を前記テ−ブルに載置し、該被印刷物表面に前記金属製マスクを配置し、前記充填部材によって、前記金属製マスクを介して前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記金属製マスク表面の前記印刷材料を前記開口部内に充填することを特徴とする。
本発明の請求項５に係る印刷方法は、請求項２に記載の印刷装置を用いて印刷を行う方法であって、前記被印刷物を前記テ−ブルに載置し、前記充填部材によって、前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記マスクフィルム表面の印刷材料を前記開口部内に充填することを特徴とする。

本発明の請求項６に係るフレキシブルプリント基板は、請求項４または５に記載の印刷方法を用いて、導電性の印刷材料を基材表面に印刷することによって作製されたことを特徴とする。

本発明では、被印刷物を載置するテーブルに、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材が使用されているので、印刷の際には、クッション材が被印刷物の下面の凹凸に応じて変形し、被印刷物の下面の大部分がクッション材に支えられるため、被印刷物は平坦な状態に維持される。
また、クッション材層に、充填部材の押圧による局所的な変形が起こらず、被印刷物にしわやたわみが生じることがない。
したがって、被印刷物のたわみ等を原因として印刷の厚さが不均一になるのを防ぐことができる。また、印刷の形状の乱れや滲みを防ぐことができる。
さらに、クッション材が被印刷物の凹凸に応じて変形するため、被印刷物の移動が起こりにくく、位置ずれを防止できる。したがって、精度の高い印刷が可能である。

図１および図２は、本発明の印刷装置の第１の例を示すものである。この印刷装置は、被印刷物１を載せるテーブル２と、金属製マスク３と、スキージ５とを備えている。
金属製マスク３はステンレス鋼などの金属からなり、薄板状に形成され、被印刷物１に形成される印刷に応じた形状の開口部４が形成されている。

テーブル２は、金属、セラミックなどで構成されたテーブル本体２ａと、テーブル本体２ａの上面に設けられたクッション材層７とを有する。
クッション材層７は、被印刷物１の下面側の形状に応じて変形できる柔軟性を有する材料からなる。この材料としては、ゴム成分を含んだ材料、もしくは多孔質材料が好ましい。
前記ゴム成分としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴムのうち１または２以上が好適である。
多孔質材料としては、ＰＴＦＥ (ポリテトラフルオロエチレン) 、ポリエチレンなどからなる多孔質体が好適である。

クッション材層７のヤング率は、０．１〜１．０ＭＰａとされる。
このヤング率が小さすぎる場合には、クッション材層７が過度に変形しやすくなるため、被印刷物１にしわやたわみが生じやすくなり、印刷の厚さ、形状等に乱れが生じやすくなる。また、ヤング率が大きすぎる場合には、被印刷物１の形状に沿う変形が起こりにくくなるため、被印刷物１の下面側の凹凸が大きい場合には、被印刷物１の一部がクッション材から離間し、被印刷物１にたわみが生じやすくなり、印刷の厚さ、形状等の乱れを招くことになる。
ヤング率を上記範囲にすることによって、印刷の厚さ、形状、位置などを良好にすることができる。クッション材層７の厚さは、例えば１〜５ｍｍである。

スキージ５は、導電性材料６（印刷材料）を開口部４内に充填することにより被印刷物１表面に印刷を行う充填部材である。スキージ５の材料としては、ウレタンゴムなどが使用できる。

次に、この印刷装置を用いて被印刷物１の表面に印刷を施す方法を説明する。
図２〜図４に示すように、被印刷物１をテーブル２のクッション材層７上に載置する。被印刷物１としては、例えば、ポリイミドなどからなる基材１ｂの下面側に、回路パターンを構成するＣｕ製の導電層などの凸部１ａが形成されたものを挙げることができる。
被印刷物１の表面に金属製マスク３を配置し、スキージ５を金属製マスク３に沿って移動させる。この際、スキージ５は、金属製マスク３を介して被印刷物１をテーブル２に向けて押圧しつつ金属製マスク３に沿って移動させる（図２および図３を参照）。
これによって、金属製マスク３表面の導電性材料６（印刷材料）は、開口部４内に充填され、開口部４に応じた形状の印刷８が被印刷物１の表面に形成される（図４を参照）。
スキージ５による下方への押圧力（以下、印刷圧力という）は、弱すぎれば開口部４への導電性材料６の充填が不十分となり、強すぎればスキージ５の変形や被印刷物１の損傷が起こりやすくなる。この印刷圧力は例えば０．１５〜０．２ＭＰａとすることができる。

図２に示すように、クッション材層７のヤング率が０．１〜１．０ＭＰａとされているので、印刷の際には、クッション材層７が被印刷物１の下面側の凸部１ａに応じて変形し、被印刷物１の基材１ｂの下面は大部分がクッション材層７に当接する。基材１ｂの大部分がクッション材層７によって支えられるため、被印刷物１は平坦な状態に維持される。
また、クッション材層７のヤング率が上記範囲であるので、クッション材層７にスキージ５の押圧による局所的な変形が起こらず、被印刷物１にしわやたわみが生じることがない。
したがって、被印刷物１のたわみ等を原因として印刷８の厚さが不均一になるのを防ぐことができる。また、印刷８の形状の乱れや滲みを防ぐことができる。
さらには、クッション材層７が凸部１ａに応じて変形するため、被印刷物１がテーブル２に沿って移動することがなく、位置ずれが起きることがない。したがって、精度の高い印刷が可能である。

上記方法によれば、ポリイミドなどのプラスチック材料からなる基材に、回路パターンを構成する導電性材料を印刷することによって、フレキシブルプリント基板を作製できる。

次に、本発明の印刷装置の第２の例を説明する。以下の説明において、図１に示す印刷装置との共通部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図５に示す印刷装置は、被印刷物２１を載せるテーブル２と、被印刷物２１表面の導電性材料６（印刷材料）を開口部４内に充填するスキージ５（充填部材）とを備えている。
被印刷物２１は、印刷に応じた形状の開口部４を有するマスクフィルム１３を基材１ｂ表面に形成したものである。
この印刷装置では、被印刷物２１をテーブル２に載置し、スキージ５をマスクフィルム１３に沿って移動させる。この際、スキージ５は、被印刷物２１をテーブル２に向けて押圧しつつマスクフィルム１３に沿って移動させる。これによって、マスクフィルム１３表面の導電性材料６を開口部４内に充填し、被印刷物２１に印刷を施すことができる。

この印刷装置は、図１に示す第１の例の印刷装置と同様に、ヤング率が０．１〜１．０ＭＰａとされたクッション材層７を備えているので、被印刷物２１を平坦に維持することができ、印刷の厚さが不均一になるのを防ぐことができる。また、印刷の形状の乱れや滲みを防ぐことができる。

なお、被印刷物が載置されるテーブルは、少なくとも被印刷物に当接する面が前記クッション材から構成されていればよい。図示例ではテーブル２の表層部分のみがクッション材から構成されているが、テーブル全体がクッション材から構成されていてもよい。

（実施例１）
図１に示す印刷装置を用いて、フレキシブルプリント基板用の被印刷物１に、カーボンペースト（導電性材料６）からなる印刷を施した。印刷条件は次のとおりである。
被印刷物１：基材１ｂはポリイミド製（厚さ２５μｍ）。凸部１ａはＣｕ製の導電層（厚さ３０μｍ）からなる回路。この回路のＬ／Ｓは１ｍｍ／５ｍｍ。
導電性材料６：フェノール樹脂系カーボンペースト。
金属製マスク３：ＳＵＳ３０４製。厚さ２００μｍ。
スキージ５：ウレタンゴム製。ショア硬度７０（Ｄスケール）（試験方法はASTMD2240:95）。
クッション材層７：ウレタンゴム製。厚さ３ｍｍ。ヤング率は０．０５〜２ＭＰａ。
テーブル本体２ａ：ステンレス製。
印刷圧力：０．２ＭＰａ。
被印刷物１表面に対するスキージ５の角度：７０度。
スキージ５の移動速度：２ｃｍ／ｓｅｃ。

図６は、実施例１で使用した金属製マスク３の平面図である。この金属製マスク３は、円形の開口部４（第１開口部４ａ（直径１ｍｍ）、第２開口部４ｂ（直径２ｍｍ）、および第３開口部４ｃ（直径３ｍｍ））を有する。
図７は、実施例１で使用した被印刷物１の下面を示す平面図である。被印刷物１の下面には、幅１ｍｍの導電層からなる回路１１（凸部１ａ）が形成されている。回路１１は、互いに平行な複数の直線状に形成され、隣り合う回路１１の間隔は５ｍｍとされている。
金属製マスク３の開口部４は、隣り合う回路１１、１１の間に相当する位置に配置されている。
図２〜図４に示すように、被印刷物１の表面に金属製マスク３を配置し、スキージ５を金属製マスク３上で移動させて導電性材料６（印刷材料）を開口部４内に充填することによって印刷８を形成した。この際、スキージ５は回路１１に対し垂直な方向に移動させた。
形成された印刷８の最大厚さと最小厚さとの差を算出した。結果を図１０に示す。
比較のため、クッション材層７を使用しないこと以外は実施例１と同様にして被印刷物１に印刷を施した。印刷の最大厚さと最小厚さとの差は２０μｍであった。

図１０より、ヤング率０．１〜１．０ＭＰａのクッション材層７の使用によって、印刷の厚さを均一化できたことがわかる。

（実施例２）
図５に示すように、フレキシブルプリント基板用の基材１ｂにマスクフィルム１３を接着剤で貼り合わせて得られた被印刷物２１に、導電ペースト（導電性材料６）からなる印刷を施した。印刷条件は次のとおりである。
被印刷物２１：基材１ｂはポリイミド製（厚さ２０μｍ）。凸部１ａはＣｕ製の導電層（厚さ１２μｍ）からなる回路。この回路のＬ／Ｓは２００μｍ／２００μｍ。
マスクフィルム１３を基材１ｂに貼り合わせる接着剤：エポキシ系接着剤（厚さ２５μｍ）。
導電性材料６：エポキシ樹脂系Ｃｕフィラー分散ペースト。
マスクフィルム１３：ポリイミド製フィルム。厚さ２５μｍ。
スキージ５：ウレタンゴム製。ショア硬度７０（Ｄスケール）（試験方法ASTMD2240:95）。
クッション材層７：シリコーンゴム製。厚さ３ｍｍ。ヤング率は０．０５〜２ＭＰａ。
テーブル本体２ａ：ステンレス製。
印刷圧力：０．２ＭＰａ。
被印刷物２１表面に対するスキージ５の角度：７５度。
スキージ５の移動速度：２ｃｍ／ｓｅｃ。

図８は、実施例２で使用したマスクフィルム１３の平面図である。このマスクフィルム１３は、複数の円形の開口部４（直径１００μｍ）を有する。
図９は、実施例２で使用した被印刷物２１の下面を示す平面図である。被印刷物２１の下面には、幅１００μｍの導電層からなる回路１４（凸部１ａ）が形成されている。回路１４は、互いに平行な複数の直線状に形成され、隣り合う回路１４の間隔は１００μｍとされている。
開口部４は、隣り合う回路１４、１４の間に相当する位置に配置されている。
図５に示すように、被印刷物２１をテーブル２に載置し、スキージ５によって導電性材料６を開口部４内に充填することによって、被印刷物２１に印刷を施した。この際、スキージ５は回路１４に対し垂直な方向に移動させた。

マスクフィルム１３を基材１ｂから剥がし、開口部４内に形成された円柱状の突起物の形状を調べ、その体積が開口部４の体積の５０％以下になったものが見られた場合にはこれを不良とし、不良発生数を記録した。サンプル数は１つの条件あたり１０００とした。なお、突起物の体積は、レーザ高さ変位計を用いて測定した高さに基づいて算出した。結果を図１１に示す。
比較のため、クッション材層７を使用しないこと以外は実施例１と同様にして被印刷物２１に印刷を施し、不良発生数を記録した。不良発生数は８１１であった。

図１１より、ヤング率０．１〜１．０ＭＰａのクッション材層７の使用によって、印刷の形状が良好になったことがわかる。

本発明は、例えばフレキシブルプリント基板を作製するにあたって、導電性ペーストを基材に印刷する際などに適用できる。

本発明の印刷装置の第１の例を示す概略構成図である。 図１に示す印刷装置を用いて印刷を施す方法を示す説明図である。 前図に続く工程図である。 前図に続く工程図である。 本発明の印刷装置の第２の例を示す概略構成図である。 実施例で使用した金属製マスクを示す平面図である。 実施例で使用した被印刷物の下面を示す平面図である。 実施例で使用したマスクフィルムを示す平面図である。 実施例で使用した被印刷物の下面を示す平面図である。 実施例の試験結果を示すグラフである。 実施例の試験結果を示すグラフである。 従来の印刷装置の一例を示す概略構成図である。 図１２に示す印刷装置を用いて印刷を施す方法を示す説明図である。

符号の説明

１…被印刷物、２…テーブル、３…金属製マスク、４…開口部、５…スキージ（充填部材）、６…導電性材料（印刷材料）、７…クッション材層、８…印刷、１３…マスクフィルム。

Claims (6)

1. 被印刷物を載せるテ−ブルと、被印刷物に形成される印刷に応じた形状の開口部を有する金属製マスクと、該金属製マスクを介して前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ、前記金属製マスク表面の印刷材料を前記開口部内に充填する充填部材とを備え、
   前記テ−ブルは、少なくとも被印刷物が当接する面が、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材からなることを特徴とする印刷装置。
2. 印刷に応じた形状の開口部を有するマスクフィルムを表面に形成した被印刷物を載せるテ−ブルと、前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記マスクフィルム表面の印刷材料を前記開口部内に充填する充填部材とを備え、
   前記テ−ブルは、少なくとも被印刷物が当接する面が、０．１〜１．０ＭＰａのヤング率を有するクッション材からなることを特徴とする印刷装置。
3. 前記クッション材は、ゴム成分を含んだ材料、もしくは多孔質材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の印刷装置。
4. 請求項１に記載の印刷装置を用いて印刷を行う方法であって、
   前記被印刷物を前記テ−ブルに載置し、該被印刷物表面に前記金属製マスクを配置し、前記充填部材によって、前記金属製マスクを介して前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記金属製マスク表面の前記印刷材料を前記開口部内に充填することを特徴とする印刷方法。
5. 請求項２に記載の印刷装置を用いて印刷を行う方法であって、
   前記被印刷物を前記テ−ブルに載置し、前記充填部材によって、前記被印刷物を前記テ−ブルに向けて押圧しつつ前記マスクフィルム表面の印刷材料を前記開口部内に充填することを特徴とする印刷方法。
6. 請求項４または５に記載の印刷方法を用いて、導電性の印刷材料を基材表面に印刷することによって作製されたことを特徴とするフレキシブルプリント基板。

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