JP2649678B2 - スクリーン印刷機 - Google Patents

スクリーン印刷機

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Description

【発明の詳細な説明】 (発明に属する技術分野) 本発明は、厚膜ハイブリッドIC用の基板に抵抗素子を
印刷するスクリーン印刷機に関するものである。
(従来の技術) この種の厚膜ハイブリッドICの製造工程において、同
一基板上に搭載される複数の抵抗素子は、抵抗用ペース
トをスクリーン印刷機で印刷し、乾燥後焼成して形成さ
れているが、この抵抗印刷工程は技術的条件が厳しく製
造工数の増大の大きな要因となっていた。即ち、これら
の抵抗素子は数Ωから数10MΩまでに亘りその抵抗値範
囲が広く、平均的な電子回路でも同一基板内の複数の抵
抗の最大抵抗値は最小抵抗値の100〜1000倍位が一般的
であるため、これを1,10,100倍〜1000倍のように3〜4
区分し、その区分毎にスクリーン印刷機の印刷条件を変
え、その都度試し印刷をして乾燥,焼成し、抵抗値を測
定して印刷条件を確認し、必要であれば修正した後量産
印刷を実施していた。このように一品種のハイブリッド
ICの抵抗印刷工程は通常3〜4回繰り返され、そのため
製造工数がががりこの工程でのコストダウンが困難であ
った。
一般に、厚膜ハイブリッドICにおける印刷抵抗素子の
抵抗値Rは、次式で示されることが知られている。
ここで、ρ=抵抗ペーストで決まる定数 l=抵抗素子の印刷方向の長さ S=抵抗素子の印刷方向に直角な断面積 W=抵抗素子の印刷方向に直交する幅 t=抵抗素子の膜厚 である。
この式から明らかなように、抵抗値Rは抵抗ペースト
の種類及び抵抗体の幅Wが一定ならば、長さlに比例し
膜厚tに反比例する関係にある。
一方、従来のスクリーン印刷機の構造は、第1図に示
すように、筐体1、被印刷物2を固定し印刷スクリーン
3と被印刷物2との寸法的位置合わせを行うワークテー
ブル4、印刷スクリーン3を固定するスクリーン支持台
5、印刷用スキージ6によって印刷の際に印刷圧力を加
えるための印圧装置7、及び印刷用スキージ6を所定の
印刷スピードで移動させ印刷パターンを謄写させるプリ
ントテーブル部8によって構成される。その操作は次の
ようにして行われる。まず、被印刷物2をワークテーブ
ル4に固定し、被印刷物2と印刷スクリーン3との寸法
的位置合わせを行う。次に、印刷用スキージ6によって
印刷スクリーン3と被印刷物2に印刷圧力を与えなが
ら、印刷用スキージ6を印刷方向に移動させると、予め
印刷スクリーン3に仕込まれた印刷用ペースト状抵抗イ
ンクは、印刷スクリーン3のパターン内容に従って、被
印刷物2に謄写される。
この装置には、微細で正確な印刷パターンの謄写を容
易にするため、印刷スピード,印刷圧力,印刷用スクリ
ーンと被印刷物との隙間等の印刷条件(以下印刷条件と
いう)を適宜選定できるように種々の調節機構が付加さ
れているが、これらの調節機構は、上記の単一印刷工程
の前後にのみ調節できる構造であり、単一印刷工程内の
途中において上記の印刷条件を変えることができないた
め、前述のように一品種のハイブリッドICを作るために
何度も印刷工程を繰り返さなければならないという欠点
があった。
第2図は、厚膜ハイブリッドICの部分平面図であり、
1枚の基板10の面上に導体11が印刷され、その指定され
た位置に抵抗素子R1,R2,R3が印刷されている。設計段階
において抵抗値とその許容偏差,電流容量などの電気的
必要条件や、基板面積,部品配置,集積度,小型化など
の構造的必要条件を満たすように抵抗素子の寸法が決め
られる。例えばR1=1kΩ,R2=10kΩ,R3=20kΩとする
と、それぞれの抵抗値の比が10倍,20倍であり、上記の
要求条件を満足させ、しかも従来のスクリーン印刷機で
は、R1,R2,R3を1回の単一印刷工程で印刷することがで
きず、それぞれ3回に分けて試し印刷,本印刷を行わざ
るを得なかったため作業時間の効率化に大きな障害とな
っていた。
このようなスクリーン印刷機の印刷条件と厚膜抵抗素
子の印刷膜厚との関係は、第3図に示すように周知であ
る。ここで、特性aは印刷圧力、特性bは印刷隙間、特
性cは印刷スピードによる印刷膜厚への影響度を示した
ものであり、印刷膜厚は、これらの印刷条件によって顕
著に影響をうけることが分かる。
尚、印刷膜厚は、印刷後の乾燥,焼成工程等を経て抵
抗値が固定化されるまでに若干変動するが、これらの工
程の前後における膜厚の変化は経験的かつ定量的知られ
ているから、ここでは印刷乾燥後における膜厚を印刷膜
厚として扱う。
(発明の目的) 本発明の目的は、単一印刷工程内において、機敏に印
刷条件を変更制御し、印刷パターンに即応した印刷膜厚
を形成させる機能を備えて印刷工程の回数を減らし、厚
膜ハイブリッドICの生産能率を飛躍的に改善することの
できるスクリーン印刷機を提供することにある。
(発明の構成) 本発明は、上記の問題点を解決するために、次のよう
な技術的手段を講じたもので、印刷膜厚が主に(a)印
刷圧力、(b)被印刷物と印刷用スクリーンとの隙間、
(c)印刷スピード等の印刷条件によって顕著な影響を
受けることを考慮し、これらを単一印刷工程内におい
て、それぞれの抵抗素子の印刷パターンの要求する印刷
条件に応じて、各部の調節機構をコントロールし任意の
印刷膜厚が得られるスクリーン印刷機を提供することを
意図するものである。
以下図面によって本発明を詳細に説明する。
第4図は、本発明の一実施例を示す部分断面を含む側
面図で、コンピュータ部15を組込んだ筐体14に、 1)左右方向に移動自在なワークテーブル部21、 2)スキージ29に垂直方向で下向きの圧力を印加する印
刷圧力部26、 3)印刷圧力部26を左右方向に移動させる印刷スピード
調節部30、 が搭載されている。
ワークテーブル部21は、その上部に被印刷物2を固定
するワークテーブル19と、そのワークテーブル19を上下
に移動調節する駆動部としてエンコーダ付サーボモータ
22,カプラ23,ボールネジ24及びボールナット25から構成
される。
印刷圧力部26は、空圧−電気変換器27,エアシリンダ2
8及び上下に移動自在なスキージ29から構成される。
また、印刷スピード調節部30は、エンコーダ付サーボ
モータ31,カプラ32,ボールネジ33及びボールナット34か
ら構成される。
印刷用ペースト17が仕込まれた印刷用スクリーン16
は、印刷スピード調節部30の支持台51に固定されたスク
リーン取付部52にセットされている。
第4図の実施例の装置を稼動させるには、まずコンピ
ュータ部15(あるいはシーケンサ等)に、単一印刷工程
における被印刷用物2の抵抗素子の印刷位置及び各抵抗
素子のパターンに対応する印刷条件を予め入力装置で入
力し、プログラミング登録(印刷条件の登録プログラミ
ング)する。例えば第2図の例で、矢印A1の印刷方向に
従って、まずR2を、次にR1,最後にR3の順にそれぞれ最
適の互いに異なる印刷条件を入力する。
印刷条件を登録されたコンピュータ部15は、その入力
情報に基づき、矢印A1の方向にスキージ29を移動させる
単一工程内において抵抗素子R2,R1,R3の順で、各素子に
対応した互いに異なる印刷条件で下記(1)(2)
(3)に述べるように各機構部を多元的に制御する制御
情報を出力し、かつクローズドループで制御する。この
点が従来装置と最も異なり改善された点である。
まず印刷用スクリーン16の取付や、印刷用ペースト17
の投入等の段取作業を完了してから、P点にあるワーク
テーブル部21のワークテーブル19に被印刷物2をセット
しスタートボタン20を押すと、ワークテーブル部21は矢
印B1の方向に移動し印刷点Qに停止する。
(1) ワークテーブル19は、コンピュータ部15の制御
出力情報に基づき、印刷用スクリーン16と被印刷物2と
の隙間をとるべく上下方向に移動する。駆動はエンコー
ダー付サーボモータ22の回転運動をカプラ23とボールネ
ジ24で接続しボールナット25によって往復運動に変換
し、ワークテーブル19を上下に動かし隙間調節を行う。
(2) 印刷圧力部26は空気圧の元圧(例えば5kg/c
m2)を、空圧−電気変換器27を通して予めプログラミン
グされた印刷位置及びパターン情報に対応する印刷圧力
を印加すべくエアシリンダ28に圧力空気を供給し、これ
に比例した力がエアシリンダ28の先端に取付けられたス
キージ29に加えられ、印刷用スクリーン16に所定の印刷
圧力が印加されるように作用する。
この印刷圧力部26は、空気圧によらず、圧力センサと
モータ等を用いた機械的往復移動テーブルを用いてクロ
ーズドループ制御方式を採用したものならば代替可能で
ある。
(3) 印刷スピード調節部30はコンピュータ部15の制
御出力情報に基づき、予めプログラミングされた印刷位
置及びパターンに対応する印刷スピードで印刷膜厚を制
御すべく作用する。
エンコーダ付サーボモータ31とカプラ32及びボールネ
ジ33によって構成される回転運動は、ボールナット34に
より往復運動に変換され、これに連結されている印刷圧
力部26は印刷圧力を印加しつつ、コンピュータ制御出力
に従った印刷スピードで移動し、印刷が実行される。
以上の操作において、ワークテーブル部21,印刷圧力
部26及び印刷スピード調節部30の各機構部の動作による
印刷膜厚への作用には、それぞれ相互作用が認められる
が、主にどの因子を採用し操作するかは、それぞれの経
験則によって補正される。このようにして、単一印刷工
程内において、多元的に各機構部を制御し、目標とした
印刷膜厚が形成される。
本発明の装置の実施例では、印刷方向に対して直角、
同列かつ同印刷寸法のパターンに対してはそれぞれ任意
な印刷膜厚の選択はできないが、スクリーン設計時にお
いて、パターンレイアウトの対策を実施すれば、これら
の問題は解消できる。
第5図〜第7図は、本発明によるスクリーン印刷機を
用い単一印刷工程で製作可能になった新しい機能を有す
る抵抗素子の応用例である。
第5図は、基板10の面上に連続的に印刷膜厚を変えて
印刷した抵抗素子を半固定抵抗器に利用した場合の抵抗
体の断面図である。この場合端子抵抗は導体36から摺動
子35によって形成され、摺動子35の移動距離に対する抵
抗値の変化が、直線的はもとより、任意に曲線的な特性
を有する半固定抵抗器が実現できる。また印刷パターン
の形状と絡み合わせるとさらに複雑な特性を有するもの
が可能となる。
第6図は、基板10の面上に不連続に印刷膜厚を変えて
印刷した抵抗素子を半固定抵抗器に利用した場合の抵抗
体の断面図である。この場合、回路は摺動子35から導体
36及び導体37,38によって形成され、摺動子35の移動距
離に対する抵抗値の変化が、デジタル的な特性を有する
半固定抵抗器が実現できる。
第7図は、基板10の面上の導体36,37間で連続的に印
刷膜厚を変えて印刷した抵抗素子をヒューズ回路に利用
した場合の抵抗体の断面図で、破断位置を任意に設定す
ることができる。
第8図は、単一印刷工程内において印刷膜厚を変え得
る事を抵抗素子に限らず多層印刷の場合に応用した場合
の多層素子の断面図である。まず、紙,布,金属等のベ
ースシート41に第1印刷層40を印刷し、第1印刷層の膜
厚による影響を無くするように平滑的に第2印刷層39を
印刷したものである。これにより印刷面の平滑化はもと
より、第2印刷層39の印刷膜厚を変えることによって第
1層40の配色効果を自由に加減することが可能である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、従来のスクリーン印刷機
では、印刷条件の異なる複数回の印刷工程によって膜厚
の異なる印刷膜厚を形成していたが、本発明によれば、
単一印刷工程内において印刷条件を任意に変えて、一度
の印刷工程によって任意の印刷膜厚の素子を形成できる
ため、作業工数の低減と生産能率向上に大きな効果があ
る。特に厚膜ハイブリッドICの抵抗素子印刷の場合にお
いては、抵抗値の異なる素子の印刷を単一印刷工程にお
いて印刷できるばかりでなく、試し印刷においてその抵
抗値が不具合と判断された場合に、印刷用スクリーンを
設計変更しなくても生産現場においてコンピュータ入力
条件を変更しさえすれば目標の抵抗値の印刷抵抗が得ら
れる。このため、個々の印刷抵抗値に応じた印刷スクリ
ーンのパターンの設計が容易になり、印刷パターンの設
計標準化が可能である。
また、従来のスクリーン印刷機では不可能であった新
しい機能を有する抵抗素子や、多層印刷への新しい応用
も可能になり、厚膜ハイブリッドICの機能向上に大きな
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来スクリーン印刷機の部分断面を含む側面
図、第2図は厚膜ハイブリッドICの部分平面図、第3図
は印刷膜厚と印刷条件の特性図、第4図は本発明の一実
施例を示すスクリーン印刷機の部分断面を含む側面図、
第5図〜第8図は応用例を示す断面図である。 1,14……筐体、2……被印刷物、3,16……印刷用スクリ
ーン、4,19……ワークテーブル、5……スクリーン支持
台、6,29……印刷用スキージ、7……印圧装置、8……
プリントテーブル部、10……基板、11,36,37,38……導
体、R1,R2,R3……抵抗素子、15……コンピュータ部、17
……印刷用ペースト、20……スタートボタン、21……ワ
ークテーブル部、22,31……エンコーダ付サーボモー
タ、23,32……カプラ、24,33……ボールネジ、25,34…
…ボールナット、26……印刷圧力部、27……空圧−電気
変換器、28……エアシリンダ、30……印刷スピード調整
部、35……摺動子、39……第2印刷層、40……第1印刷
層、41……ベースシート、51……支持台、52……スクリ
ーン取付部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定のパターンが形成され印刷用ペースト
    が仕込まれた印刷用スクリーンを固定するスクリーン支
    持台と、被印刷物が載置され前記印刷スクリーンの下か
    ら間隙を調節して位置決めを行うワークテーブルと、前
    記印刷用スクリーンに上方から当接するスキージに印刷
    圧力を加える印刷圧力部と、指定されたスピードで該印
    刷圧力部を移動させ前記スキージによって前記被印刷物
    に印刷用ペーストを印刷塗布する印刷スピード調節部と
    が備えられたスクリーン印刷機において、 前記ワークテーブル、前記印刷圧力部、前記印刷スピー
    ド調節部に制御信号を与えて所定の動作を行わせるコン
    ピュータ部を設け、 該コンピュータ部は、前記印刷用スクリーンの所定のパ
    ターンに対応して、前記被印刷物上に、1つのパターン
    で膜厚を連続的に変化させて塗布するパターン又は複数
    のパターンの膜厚を不連続に変えて塗布するパターンの
    印刷位置,印刷長さ及び前記印刷スピード,印刷圧力,
    間隙等の印刷条件が予め入力され、前記ワークテーブ
    ル,前記印刷圧力部,前記印刷スピード調節部に対し
    て、前記印刷条件に従った制御信号を与えて前記所定の
    動作を行わせ、1つの被印刷物上に単一印刷工程によっ
    て膜厚の異なる多数のパターンの印刷用ペーストを塗布
    するように構成されたことを特徴とするスクリーン印刷
    機。
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