JP2015157412A - 電極印刷装置及び電極印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ワークの厚さにバラツキがあってもワークの印刷面に均一な厚さの導体ペーストを塗布することができる電極印刷装置を提供する。【解決手段】ワークWの押し面W2側に押し付け手段2の押圧部2aを接触させて、ワークWをマスク版1に向け押し付けることにより、押し面W2の傾斜角度に倣って押圧部2aが傾斜する。このため、マスク版1に対する押し付け力は、ワークWの印刷面W1側が基準となり、ワークWの印刷面W1がマスク版1に沿って平行に密着する。この密着状態で、塗布手段3をマスク版1に沿って移動させることにより、導体ペーストPがワークWの印刷面W1に沿って均一な厚さで塗布される。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば焼結体などからなるワークに電極を印刷して形成するために用いられる電極印刷装置及び電極印刷方法に関する。
従来、この種の印刷装置及び印刷方法として、上下移動可能なステージの凹部内にプリント基板を嵌め込んで、プリント基板の裏面が吸引により密着固定されたまま、ステージを上方へと移動させて、メタルマスクと被印刷体であるプリント基板の表面とが密着される。この状態で、スキージを印刷方向へと移動させることにより、メタルマスクの開口部を介してプリント基板の表面にクリームはんだを刷り込むものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−148644号公報
ところで、一般的にプリント基板を含めて電極が形成されるワークは、その厚さにミリメートル単位以下のレベルで多少のバラツキがあり、ワークの表裏両面が完全な平行でなく多少傾斜しているものもある。また加工されたバッチ毎によってもワークの厚さにバラツキが生じてしまう。
しかし乍ら、このような従来の印刷装置及び印刷方法では、ステージの上方移動によりプリント基板の裏面側が基準となってプリント基板の表面(印刷面)をメタルマスクに押し付け、クリームはんだが印刷されている。
このため、プリント基板において裏面に対する表面の厚さに部分的なバラツキや傾斜又はプリント基板毎の厚さのバラツキがあると、プリント基板において厚い部位の表面はメタルマスクに密着するが、プリント基板において薄い部位の表面はメタルマスクに密着せず、両者間に隙間が生じる。この状態でスキージを移動しても、プリント基板において厚い部位の表面には、クリームはんだが均一な厚さで塗布されるものの、プリント基板において薄い部位の表面には、クリームはんだが厚く塗布されて、塗布厚さにバラツキが生じてしまう。
このように不均一な厚さのクリームはんだを焼成などの加熱処理することで、変形不能な電極が形成された場合には、塗布厚さが必要以上に厚くなると、電極にひび割れが発生して剥離し易くなる。また、熱電変換素子などのように、電極が形成されたワークを複数のエレメントに切断分離すると、エレメント毎に電極の厚さが微妙な異なるため、性能に悪影響を与えるおそれがあった。
それにより、電極形成の制御性が低下するとともに、電極形成の再現性も低下するという問題があった。
さらに、プリント基板において薄い部位の表面とメタルマスクとの間に隙間が生じるため、スキージの移動でクリームはんだを印刷すると、隙間からクリームはんだがはみ出て、印刷パターンをメタルマスクの開口部と正確に一致させることができず、電極形成の印刷精度が低下するという問題もあった。
そこで、このような問題点を解決するために、プリント基板の表面(印刷面)と裏面がミリメートル単位以下のレベルでも平行となるように切削、研削、ラップなどの精密加工を施すことが考えられる。しかし、この場合には、プリント基板毎に精密加工が必要になるため、電極形成に時間を要してコスト高になる。
本発明は、このような問題に対処することを課題とするものであり、ワークの厚さにバラツキがあってもワークの印刷面に均一な厚さの導体ペーストが塗布可能な電極印刷装置及び電極印刷方法を提供すること、などを目的とするものである。
このような目的を達成するために本発明による電極印刷装置は、ワークに電極を印刷して形成する電極印刷装置であって、前記ワークの印刷面と対向するように設けられるマスク版と、前記マスク版に向け前記ワークの前記印刷面を押し付けるために前記印刷面と反対の押し面側と接触するように設けられる押し付け手段と、前記ワークの前記印刷面に前記電極用の導体ペーストを塗布するために前記マスク版に沿って移動自在に設けられる塗布手段と、を備え、前記押し付け手段は、前記ワークの数と同数配置され、前記ワークの前記押し面に倣って傾斜する押圧部を有することを特徴とする。
また本発明による電極印刷方法は、着脱自在にセットされたワークに電極を印刷して形成する電極印刷方法であって、マスク版に向け前記ワークの印刷面を押し付けるために前記印刷面と反対の押し面側と接触する押し付け手段で押し付ける押圧工程と、前記マスク版に沿って塗布手段を移動させて前記ワークの前記印刷面に前記電極用の導体ペーストを塗布する塗布工程と、を含み、前記押圧工程では、前記ワークの数と同数配置された前記押し付け手段の押圧部を、前記ワークの前記押し面に倣って傾斜させ、前記ワークの前記印刷面が前記マスク版に沿って前記マスク版と平行になるように押し付けることを特徴とする。
前述した特徴を有する本発明による電極印刷装置及び電極印刷方法は、ワークの押し面側に押し付け手段の押圧部を接触させて、ワークをマスク版に向け押し付けることにより、押し面の傾斜角度に倣って押圧部が傾斜する。このため、マスク版に対する押し付け力は、ワークの印刷面側が基準となり、ワークの印刷面がマスク版に沿って平行に密着する。この密着状態で、塗布手段をマスク版に沿って移動させることにより、導体ペーストがワークの印刷面に沿って均一な厚さで塗布される。
したがって、ワークの厚さにバラツキがあってもワークの印刷面に均一な厚さの導体ペーストを塗布することができる。
その結果、ステージの上方移動によりプリント基板の裏面側が基準となってプリント基板の表面(印刷面)をメタルマスクに押し付ける従来のものに比べ、厚さにバラツキがあるワークであっても、マスク版に対する押し付け力は、ワークの印刷面と反対の押し面側が基準とならず、均一な厚さの導体ペーストを焼成などの加熱処理することで、均一な厚さの電極を積層形成することができる。
このため、塗布厚さが必要以上に厚くなることから生じる電極のひび割れや剥離の発生を防止できる。また、熱電変換素子などのように、電極が形成されたワークWを複数のエレメントに切断分離しても、エレメント毎に電極の厚さが均一になるため、性能に悪影響を防止できる。それにより、電極形成の制御性及び再現性の向上が図れる。
さらに、厚さにバラツキがあるワークであっても、ワークの印刷面がマスク版に沿って平行に密着するため、両者間に隙間が生じることを防止でき、印刷パターンをマスク版の開口部と正確に一致させることができて、印刷精度の向上が図れる。
また、ワークは、印刷面及び押し面が平行となるように切削、研削、ラップなどの精密加工が必要ないから、電極形成に要する時間の短縮化とコストの低減化が図れる。このため、ワークとして焼結体などの厚さにバラツキが発生し易いものの場合に有効である。
本発明の実施形態に係る電極印刷装置及び電極印刷方法の全体構成を示す説明図であり、(a)が印刷前の縦断正面図、(b)が印刷後の縦断正面図である。 本発明の他の実施例に係る電極印刷装置及び電極印刷方法の全体構成を示す説明図であり、(a)が印刷前の縦断正面図、(b)が印刷後の縦断正面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る電極印刷装置A及び電極印刷方法は、ワークWの印刷面W1及び押し面W2の両方か、又は印刷面W1若しくは押し面W2のいずれか一方に電極を印刷して積層形成する装置及び方法である。
詳しく説明すると、本発明の実施形態に係る電極印刷装置Aは、ワークWの印刷面W1と対向するようにZ方向へ設けられるマスク版1と、マスク版1に向けワークWを押し付けるためにワークWの印刷面W1と反対の押し面W2側とZ方向へ接触するように設けられる押し付け手段2と、ワークWの印刷面W1に電極用の導体ペーストPを塗布するためにマスク版1に沿ってX方向へ移動自在に設けられる塗布手段3と、マスク版1及び押し付け手段2が設置される装置本体4と、を主要な構成要素として備えている。
ワークWは、円柱体や角柱状などの形状に形成され、その平滑な一対の端面のうちいずれか一方の表側を印刷面W1とし、他方の裏側を押し面W2としている。
特に、ワークWとしては、印刷面W1と押し面W2が完全な平行でなくいずれか一方が他方に対し傾斜する可能性が高い、例えば焼結体などを用いることが好ましい。この焼結体からなるデバイスの一例としては、放電プラズマ焼結法(SPS法)やその他の焼結法などで形成された熱電変換素子などが挙げられる。
さらに、ワークWは、装置本体4においてマスク版1と押し付け手段2の間にZ方向へ挟まれるように配置され、印刷面W1を後述するマスク版1の裏面(下面)1aと接触させ、押し面W2側を後述する押し付け手段2と接触させて着脱自在にセットしている。
マスク版1は、ステンレスやその他の金属や硬質合成樹脂などで板状に形成され、その所定位置には、印刷パターンとなる任意形状の開口部1bが開穿されている。
さらに、マスク版1は、装置本体4に対しZ方向及びXY方向へ移動不能で且つ着脱自在に取り付けられている。
マスク版1の具体例としては、図示される例のように、ステンレスなどの金属で形成されたメタルマスクを用い、装置本体4に設けられる支持枠4aでXY方向へ囲むとともに、土台4bの上に載置することにより、メタルマスクをXY方向及びZ方向へ移動不能に位置決めすることが好ましい。
また、その他の例として図示しないが、マスク版1として、メタルマスク以外のものを用いたり、図示例とは異なる構造でマスク版1を装置本体4に対しXY方向及びZ方向へ移動不能に位置決めしたり変更することも可能である。
押し付け手段2は、直線方向へ伸縮するバネのような弾性部材やアクチュエーターなどで構成され、装置本体4に対しZ方向へ伸縮するように設置されている。押し付け手段2の伸縮でワークWの押し面W2側をマスク版1に向けて押し付けることにより、ワークWの印刷面W1がマスク版1の裏面1aと接触するように構成されている。
装置本体4に対して押し付け手段2は、ワークWの数と同数配置され、ワークWが複数の時には、複数の押し付け手段2をワークWに対応してそれぞれ個別に配置している。
すなわち、単数のワークWに電極を印刷形成する場合には、装置本体4に一つの押し付け手段2が配置されて、セットされた一つのワークWをマスク版1に向け押し付ける。
また、複数のワークWに電極を同時に印刷する場合には、装置本体4に複数の押し付け手段2が配置されて、セットされた複数のワークWをそれぞれマスク版1に向け押し付ける。
さらに、押し付け手段2は、ワークWの押し面W2に倣って傾斜する押圧部2aを有している。
押圧部2aは、ワークWの押し面W2と直接的か又は間接的に接触するように設けられ、これにより、装置本体4にセットされたワークWの押し面W2全体の傾斜角度に倣って傾斜移動するか、又は弾性変形することによりワークWの押し面W2全体の傾斜角度に倣って傾斜するように構成されている。
押し付け手段2の具体例としては、図示される例のように、マスク版1に対するワークWの押し付け方向(Z方向)へ伸縮変形する弾性体2bを有することが好ましい。
弾性体2bは、装置本体4に設けられる底面部4cに対し、Z方向へ寸法調整可能か又はZ方向への寸法が異なる複数種類の台座4dを介して配設することにより、ワークWのサイズ変更によりZ方向への厚さが変化した場合には、台座4dを寸法調整するか、又は最適なZ方向寸法の台座4dに交換することで、弾性体2bによるマスク版1へ向かうワークWの押し付け力がワークWのサイズ変更と関係なく一定になるように設定している。
また、その他の例として図示しないが、図示例とは異なる構造で弾性体2bによるマスク版1へ向かうワークWの押し付け力がワークWのサイズ変更と関係なく一定になるように設定したり、押し付け手段2を弾性体2bに代えてZ方向へ伸縮移動するアクチュエーターなどで構成したり変更することも可能である。
塗布手段3は、スクリーン印刷などの印刷法を用い、マスク版1の表面(上面)1cに沿ってX方向又はY方向へ移動自在に設置されるスキージ3aと、はんだペーストなどの導体ペーストPの供給部(図示しない)などを有するクリームはんだ塗布装置である。スキージ3aをマスク版1の表面1cに沿って移動させることにより、導体ペーストPがマスク版1の開口部1bを通して押し出され、ワークWの印刷面W1に導体ペーストPを所定厚さで塗り込むように構成されている。
導体ペーストPの具体例として、ワークWが熱電変換素子などの焼結体である場合には、ニッケルなどを用いることが好ましい。
スキージ3aの作動方法としては、アクチュエーターなどの駆動源(図示しない)で自動的に作動制御することが好ましい。スキージ3aの駆動源は、コントローラー(図示しない)と電気的に接続し、このコントローラーに予め設定されたプログラムに従って作動制御される。
また、その他の例として、スキージ3aを手動で作動させることも可能である。
そして、プログラムの制御回路に設定されたプログラムを、本発明の実施形態に係る電極印刷方法として説明する。
本発明の実施形態に係る電極印刷方法は、マスク版1に向けワークWの印刷面W1を押し付けるために印刷面W1と反対の押し面W2側と接触する押し付け手段2でZ方向へ押し付ける押圧工程と、マスク版1に沿って塗布手段3のスキージ3aをX方向へ移動させてワークWの印刷面W1に電極用の導体ペーストPを塗布する塗布工程と、この塗布された導体ペーストPを焼成などの加熱処理することで変形不能な電極にする熱処理工程と、を主要な工程として含んでいる。
前記押圧工程では、ワークWの数と同数配置された押し付け手段2の押圧部2aを、ワークWの印刷面W1と反対の押し面W2に倣って傾斜させ、ワークWの印刷面W1がマスク版1の裏面1aに沿って平行になるように押し付けている。
また、ワークWの表裏両面に導体ペーストPをそれぞれ塗布する場合には、前記押圧工程と前記塗布工程が行われた後に、ワークWを表裏反転してセットし直し、その後に前記押圧工程と前記塗布工程を順次行う。
詳しく説明すると、装置本体4にワークWの表面が印刷面W1となるようにセットし、この状態で塗布手段3のスキージ3aによってワークWの表面に導体ペーストPが塗布された後に、装置本体4からワークWを取り外す。この塗布した導体ペーストPが硬化してから、ワークWを表裏反転して装置本体4にワークWの裏面が印刷面W1となるようにセットし直す。
これにより、既に導体ペーストPが塗布硬化したワークWの表面は、押し面W2となって押し付け手段2と接触する。これと反対側のワークWの裏面は、印刷面W1となって押し付け手段2によりマスク版1の裏面1aと接触する。この状態で塗布手段3のスキージ3aによってワークWの裏面にも同様に導体ペーストPが塗布される。
このような本発明の実施形態に係る電極印刷装置A及び電極印刷方法は、装置本体4にワークWをセットすると、ワークWの押し面W2側が全体的に押し付け手段2の押圧部2aに接触し、押し面W2の傾斜角度に倣って押し付け手段2の押圧部2aが傾斜する。
このため、マスク版1に対する押し付け手段2の押し付け力は、ワークWの印刷面W1側が基準となり、ワークWの印刷面W1がマスク版1の裏面1aに沿って平行に密着する。
この密着状態で、塗布手段3のスキージ3aをマスク版1の表面1cに沿って移動させると、導体ペーストPがワークWの印刷面W1に沿って均一な厚さで塗布される。
したがって、ワークWの厚さにバラツキがあって不均一でも、ワークWの印刷面W1に均一な厚さの導体ペーストPを塗布することができる。
その結果、厚さにバラツキがあるワークWであっても、マスク版1に対する押し付け力は、ワークWの印刷面W1と反対の押し面W2側が基準とならず、均一な厚さの導体ペーストPを焼成などの加熱処理することで、均一な厚さの電極を積層形成することができる。
このため、塗布厚さが必要以上に厚くなることから生じる電極のひび割れや剥離の発生を防止できる。また、熱電変換素子などのように、電極が形成されたワークWを複数のエレメントに切断分離しても、エレメント毎に電極の厚さが均一になるため、性能に悪影響を防止できる。それにより、電極形成の制御性及び再現性の向上が図れる。
さらに、厚さにバラツキがあるワークWであっても、ワークWの印刷面W1がマスク版1に沿って平行に密着するため、両者間に隙間が生じることを防止でき、印刷パターンをマスク版1の開口部1bと正確に一致させることができて、印刷精度の向上が図れる。
また、ワークWは、印刷面W1及び押し面W2が平行となるように切削、研削、ラップなどの精密加工が必要ないから、電極形成に要する時間の短縮化とコストの低減化が図れる。このため、ワークWとして焼結体などの厚さにバラツキが発生し易いものの場合に有効である。
特に、押し付け手段2が、マスク版1に対するワークWの押し付け方向(Z方向)へ伸縮変形する弾性体2bを有する場合には、弾性体2bの弾性変形により、ワークWの印刷面W1を常時マスク版1に向け押し付けるように付勢して、ワークWの印刷面W1がマスク版1に沿って平行に密着する。
したがって、簡単な構造で厚さ寸法が不均一なワークWの印刷面W1に均一な厚さの導体ペーストPを塗布することができる。
その結果、押し付け手段2にアクチュエーターなどの駆動源が別個に必要ないため、メンテナンスフリーで且つコストの低減化が図れる。
さらに、前記押圧工程と前記塗布工程が行われた後に、ワークWを表裏反転してセットし直し、その後に前記押圧工程と前記塗布工程を順次行う場合には、ワークWの表面が印刷面W1となって導体ペーストPが塗布された後に、ワークWの裏面が印刷面W1となって同様に導体ペーストPが塗布される。
したがって、ワークWの厚さにバラツキがあっても、それに影響を受けることなく、ワークWの印刷面W1と押し面W2の両方に均一な厚さの導体ペーストPをそれぞれ塗布することができる。
その結果、両面塗布を簡単に行うことができて、コストの低減化が図れる。
次に、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例1は、図1(a)(b)に示すように、複数のワークWに対応して同数の押し付け手段2をそれぞれ個別に配置することにより、複数のワークWに導体ペーストPを同時に塗布するものである。
図1(a)(b)に示される例では、複数(二つ)のワークWをセットするために、複数(二つ)の押し付け手段2が装置本体4にX方向へそれぞれ所定間隔を空けて並列状に配置している。
また、その他の例として図示しないが、三つ以上のワークWに対応して三つ以上の押し付け手段2を、装置本体4にX方向へ所定間隔毎に並列状に配置したり、複数(二つ以上)のワークWに対応して複数(二つ以上)の押し付け手段2をY方向か又はXY方向へそれぞれ所定間隔毎に並列状に配置したり、変更することも可能である。
さらに、図1(a)(b)に示される例では、押し付け手段2が、押圧部2aとスプリングバネなどの弾性体2bからなり、押圧部2aが、弾性体2bの先端部2b1に取り付けられる球状の支点2a1と、支点2a1を中心としてZ方向へ揺動自在に支持される従動板2a2と、を有している。
従動板2a2は、装置本体4にセットされたワークWの押し面W2と面接触するように配置される。これにより、従動板2a2は、押し面W2全体の傾斜角度に倣って揺動し、同じ傾斜角度になるように構成されている。
必要に応じて、従動板2a2には、装置本体4にセットされたワークWの押し面W2を着脱自在で且つ移動不能に保持する位置決め手段(図示しない)を設けることが好ましい。位置決め手段の具体例としては、真空吸着や粘着材による保持機構などが挙げられる。
また、その他の例として図示しないが、押圧部2aとして、球状の支点2a1や従動板2a2に代え、装置本体4にセットされたワークWの押し面W2に対し、弾性体2bの先端部2b1を直接接触させることで、押圧部2aとなる弾性体2bの先端部2b1がワークWの押し面W2の傾斜角度に倣って弾性変形し傾斜するように構成したり、スプリングバネなどの弾性体2bに代えてZ方向へ伸縮移動するアクチュエーターを配備したり変更することも可能である。
このような本発明の実施例1に係る電極印刷装置A及び電極印刷方法によると、複数のワークWに対応して同数の押し付け手段2をそれぞれ個別に配置するため、複数のワークWに導体ペーストPが同時に塗布される。
したがって、厚さ寸法が不均一な複数のワークWの印刷面W1に均一な厚さの導体ペーストPを効率良く塗布することができる。
その結果、短時間に大量のワークWに電極を形成できて作業性に優れ、大量生産が図れるという利点がある。
この実施例2は、図2(a)(b)に示すように、押し付け手段2が押圧部2aとして、ワークWの押し面W2全体の傾斜角度に倣って変形し傾斜する変形部材2a3を有する構成が、図1(a)(b)に示した実施例1とは異なり、それ以外の構成は図1(a)(b)に示した実施例1と同じものである。
変形部材2a3は、弾性変形可能なゴムやスポンジなどの発泡部材か又はゼリー状等の流動体を封入した変形可能なパックなどで構成されている。
図2(a)(b)に示される例では、押し付け手段2が、押圧部2aとなる変形部材2a3とスプリングバネなどの弾性体2bからなり、弾性体2bの先端部2b1で変形部材2a3をワークWに向け押し付けるように付勢して、変形部材2a3のワーク接触面がワークWの押し面W2と面接触するように配置されている。これにより、変形部材2a3のワーク接触面は、押し面W2全体の傾斜角度に倣って揺動し、同じ傾斜角度になるように構成されている。
また、その他の例として図示しないが、スプリングバネなどの弾性体2bに代えてZ方向へ伸縮移動するアクチュエーターを配備したり、スプリングバネなどの弾性体2bを設けずに、ゴムやスポンジなどの弾性変形可能な変形部材2a3を、装置本体4の底面部4c又は台座4dとワークWの押し面W2との間に配備したり変更することも可能である。
このような本発明の実施例2に係る電極印刷装置A及び電極印刷方法によると、押し付け手段2における押圧部2aの構造を簡素化できる。
それにより、図1(a)(b)に示した実施例1よりも部品点数を減らしてコストの低減化が図れるという利点がある。
なお、前示実施例1,2では、複数のワークWに対応して同数の押し付け手段2をそれぞれ個別に配置したが、これに限定されず、単数のワークWに対応するように単数の押し付け手段2を配置しても良い。
A 電極印刷装置 1 マスク版
2 押し付け手段 2a 押圧部
3 塗布手段 P 導体ペースト
W ワーク W1 印刷面
W2 押し面

Claims (5)

  1. ワークに電極を印刷して形成する電極印刷装置であって、
    前記ワークの印刷面と対向するように設けられるマスク版と、
    前記マスク版に向け前記ワークの前記印刷面を押し付けるために前記印刷面と反対の押し面側と接触するように設けられる押し付け手段と、
    前記ワークの前記印刷面に前記電極用の導体ペーストを塗布するために前記マスク版に沿って移動自在に設けられる塗布手段と、を備え、
    前記押し付け手段は、前記ワークの数と同数配置され、前記ワークの前記押し面に倣って傾斜する押圧部を有することを特徴とする電極印刷装置。
  2. 前記押し付け手段が、前記マスク版に対する前記ワークの押し付け方向へ伸縮変形する弾性体を有することを特徴とする請求項1記載の電極印刷装置。
  3. 複数の前記ワークに対応して同数の前記押し付け手段をそれぞれ個別に配置することを特徴とする請求項1又は2記載の電極印刷装置。
  4. 着脱自在にセットされたワークに電極を印刷して形成する電極印刷方法であって、
    マスク版に向け前記ワークの印刷面を押し付けるために前記印刷面と反対の押し面側と接触する押し付け手段で押し付ける押圧工程と、
    前記マスク版に沿って塗布手段を移動させて前記ワークの前記印刷面に前記電極用の導体ペーストを塗布する塗布工程と、を含み、
    前記押圧工程では、前記ワークの数と同数配置された前記押し付け手段の押圧部を、前記ワークの前記押し面に倣って傾斜させ、前記ワークの前記印刷面が前記マスク版に沿って前記マスク版と平行になるように押し付けることを特徴とする電極印刷方法。
  5. 前記押圧工程と前記塗布工程が行われた後に、前記ワークを表裏反転してセットし直し、その後に前記押圧工程と前記塗布工程を順次行うことを特徴とする請求項4記載の電極印刷方法。
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