JP5011784B2 - 印刷用版およびそれを用いた印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数層の回路パターンを導電性ペーストでインナービアホール接続してなる両面あるいは多層基板の製造において用いられる印刷用版およびそれを用いた印刷方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても多層基板が強く要望されるようになってきた。

特に多層基板の高密度化は回路パターンの微細化が進み、より複数層の回路パターンとともに基板の薄板化が望まれている。

このような回路基板では、複数層の回路パターンの間をインナービアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによりインナービアホール接続した新規な構成の高密度の回路基板製造法が提案されている。

ここでは導電ペーストによるインナービアホール接続のベースとなる両面基板の製造方法とペースト充填方法について説明する。

図９（ａ）〜（ｆ）は従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図であり、図１０は従来例の開口部を有するマスクを取り付けた版枠を示す斜視図である。

図１１（ａ）〜（ｄ）はスキージング法による導電性ペースト充填の工程断面図である。

図９において、２１は３００ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ約１００μｍのプリプレグシートであり、例えば不織布の全芳香族ポリアミド繊維に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなる基材が用いられ、プリプレグシート２１の表裏には０．０１μｍ以下の厚みでＳｉ系の離型層部を形成した厚さ約１６μｍ、幅３００ｍｍのプラスチックフィルム、例えばポリエチレンテレフタレートなどからなるマスクフィルム２２ａ，２２ｂが接着されている。

プリプレグシート２１へのマスクフィルム２２ａ，２２ｂの張り合わせはラミネート装置を用いてプリプレグシート２１の樹脂成分を溶融させてマスクフィルム２２ａ，２２ｂが連続的に接着する方法（特開平７−１０６７６０）が提案されている。

２３は貫通孔であり、プリプレグシート２１の両面に貼り付ける厚さ１８μｍの銅などの金属はく２５ａ，２５ｂと電気的に接続する銅などの導電性粒子とエポキシ系樹脂などからなる導電性ペースト２４が充填されている。

両面回路基板の製造は、まず、図９（ａ）に示すように、両面にマスクフィルム２２ａ，２２ｂが接着されたプリプレグシート２１の所定の箇所に図９（ｂ）に示すように、レーザー加工法などを利用して貫通孔２３が形成される。

次に図９（ｃ）に示すように、貫通孔２３に導電性ペースト２４が充填される。導電性ペースト２４を充填する方法としては、貫通孔２３を有するプリプレグシート２１を一般の印刷機（図示せず）のステージ上に設置し、ウレタンゴムなどの２本のスキージを交互に用いて往復させることで直接導電性ペースト２４がマスクフィルム２２ａの上から充填される。

このとき、上面のマスクフィルム２２ａ，２２ｂは印刷マスクの役割と、プリプレグシート２１ａ表面の汚染防止の役割を果たしている。

導電性ペースト２４の充填方法について図１０、図１１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

導電性ペースト２４の充填にはスキージング法が用いられているが、プリプレグシート２１には専用のマスクフィルム２２ａ，２２ｂが配置されているため、図１０に示すように、充填用の版１０の版枠１には厚さ約３ｍｍのステンレス製でスキージの通過を容易にするためにスキージ進行方向約１５°の傾斜を設けた２６０ｍｍ×２６０ｍｍの開口部４を有し、かつスキージ進行方向と直交する両側の開口部４の約１０ｍｍ幅をペースト充填時の圧力損失にならない厚み（薄く）としたマスク２が取り付けられている。

導電性ペースト２４の充填は、まず、図１１（ａ）に示すように、印刷機（図示せず）のステージ６に載置した両面にマスクフィルム２２ａ，２２ｂが接着され、貫通孔２３が形成されたプリプレグシート２１にマスク２がセットされ、上方に設けられた上下左右に移動・加圧可能な往側スキージ５ａと復側スキージ５ｂのうち往側スキージ５ａのみをマスク２上の所定位置に降下させ、圧力をかけて導電性ペースト２４をローリングさせながら前進させる。スキージ５ａ，５ｂの材質はウレタンなどの一般のスキージゴムを用いている。

そして、図１１（ｂ）に示すように、往側スキージ５ａをマスク２の傾斜部、プリプレグシート２１を通過させ、再度反対側のマスク２の定位置でストップした後、上昇させ導電性ペースト２４を自然落下させている。

次に、図１１（ｄ）に示すように、復側スキージ５ｂのみをマスク２上に所定位置に下降させる。

その後、図１１（ｃ）〜（ｄ）に示すように、往側スキージ５ａと同様に復側スキージ５ｂをマスク２とプリプレグシート２１上を通過させることで貫通孔２３への導電性ペースト２４の充填が完了する。

次に図９（ｄ）に示すように、プリプレグシート２１の両面からマスクフィルム２２ａ，２２ｂが剥離される。

そして、図９（ｅ）に示すように、プリプレグシート２１の両面に銅などの金属はく２５ａ，２５ｂが重ねられ、この状態で熱プレスで加熱加圧することにより、図９（ｆ）に示すように、プリプレグシート２１の厚み（ｔ１＝約１００が圧縮される（ｔ２＝約８０μｍ）とともにプリプレグシート２１と金属はく２５ａ，２５ｂとが接着され、両面の金属はく２５は所定位置に設けた貫通孔２３に充填された導電性ペースト２４により電気的に接続される。

そして、両面の金属はく２５ａ，２５ｂを選択的にエッチングして回路パターンが形成され（図示せず）両面回路基板が得られる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特開平６−２６８３４５号公報 特開平７−１０６７６０号公報

本発明者は、上記の従来の回路基板の製造方法のペースト充填方法における以下の課題を見出した。

すなわち、スキージを往復させてペーストを充填する際、スキージが版枠サイズより長くなると版枠に接触して下降ができなくなるため、版枠のサイズよりも１ｍｍ程度短くカットして使用している。ところが、ウレタンなどのゴム材は、切断や保管の温度、湿度によってｍｍ単位で変化する。

一般のスクリーン印刷では、スクリーン幅の１／３程度が製品の印刷範囲となるため、スキージ長が多少変化しても問題とはならない。

しかしながら、本回路基板の製造方法の導電性ペースト充填方法においては、図１２に示すように、版枠１とスキージ５ａあるいは５ｂとの隙間８に残った導電性ペースト２４は、わずか１０ｍｍ幅のマスク２上に残ることになる。

隙間８が小さい場合は、残る導電性ペースト２４も少なくなるため問題とならないが、一定以上の隙間８になると、導電性ペースト充填が終了後、図１３に示すように、版枠１の１０ｍｍ幅のマスク２上の導電性ペースト２４が流れ出しステージ６に落下する。

導電性ペーストの落下現象は、流動が小さく（静止状態）なると粘度が低下するようなダイラタント性を有する導電性ペースト２４ほど落下しやすい。

そして、導電性ペースト２４が落下したステージ６に次のプリプレグシート２１がセットされ、導電性ペースト２４が充填されると、ステージ６からプリプレグシート２１を取り出す際、ステージ６上に落下した導電性ペースト２４にプリプレグシート２１との貫通孔内の導電性ペースト２４が引き抜かれて導電性ペースト２４がなくなり断線が発生する、という問題を本発明者は把握した。

上記目的を達成するために、本発明のペースト印刷・充填方法は、スキージ進行方向と直交する両側と版枠との隙間ばらつきを吸収することで接続抵抗が安定した高品質な回路基板を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、開口部を有するマスクを少なくとも四辺の版枠に固定した印刷用版において、スキージ進行方向の両側の版枠に隙間吸収部を設け、前記隙間吸収部はスキージ両端との接触面となる平坦部とスキージ進入部に傾斜部を有することを特徴とする印刷用版というものであり、版枠のスキージ進行方向に隙間吸収部を設けたことで、ペースト充填後、版枠のスキージ進行方向のマスク上へのペースト残りを減少させて、印刷機のステージへのスキージとの接触面にペースト落下を防止できる版を提供できる。

また、隙間吸収部は平坦部と傾斜部を有する印刷用版を用いることでスキージの両端を隙間吸収部への接触、変形、摺動を円滑に行うことができる印刷方法を提供するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、隙間吸収部はスキージ上昇時にスキージ最下点と接触せず、かつ投入したペーストが隙間吸収部から漏れ出さない高さである請求項１に記載の印刷用版というものであり、往側および復側スキージを用いた印刷にも対応し、隙間吸収部の適正高さによって、一方のスキージがペースト充填中に上昇して移動する他方のスキージ一部と隙間吸収部との接触を防止し、使用するペーストが隙間吸収部から版枠のマスク上に漏れ出さない印刷用版を提供することにより、ペースト充填を円滑に行うことができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、隙間吸収部の表面平滑性がマスクの表面平滑性と同等以上である請求項１に記載の印刷用版というものであり、スキージの摺動を容易にし、さらに磨耗を防止するという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の印刷用版を用いてペーストを被印刷物に印刷する方法であって、印刷時にスキージの両端を変形させて前記版枠との隙間を吸収することを特徴とする印刷方法というものであり、スキージの両端を隙間吸収部への接触、変形、摺動を円滑に行うことができ、これにより、ペースト充填後、版枠のスキージ進行方向のマスク上へのペースト残りを減少させて、印刷機のステージへのスキージとの接触面にペースト落下を防止し、さらに、スキージ進行方向と直交する両側と版枠との隙間ばらつきを吸収することで、接続抵抗が安定した高品質な回路基板を提供することができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、隙間吸収部にスキージを接触、変形させることを特徴とする請求項４に記載の印刷方法というものであり、隙間吸収部にスキージを接触させることにより、印刷時にスキージの両端を容易に変形させることができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、スキージの両端の一部に変形吸収部を設けた請求項４に記載の印刷方法というものであり、スキージが隙間吸収部に進入する際の負荷を低減し、スキージの変形とスキージ進行時の圧力減衰を小さくすることができる。

本発明の請求項７に記載の発明は、スキージの厚み方向の一部を薄くして変形吸収部とした請求項４に記載の印刷方法というものであり、スキージの厚みが厚いことによる隙間吸収部に進入する際の負荷を低減し、ペーストの貫通孔への充填圧力に支障が生じない印刷方法を提供するものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、ペーストがニュートニアンまたはダイラタント性を有する請求項４に記載の印刷方法というものであり、特にペーストの混練が停止した時粘度が低下するダイラタント性や粘度上昇がないニュートニアン性のペースト使用時の効果が大である。

本発明の請求項９に記載の発明は、被印刷物が基材両面にマスクフィルムが張り合わされかつ貫通孔が形成されたものであり、印刷が前記貫通孔にペーストを充填することを特徴とする請求項４に記載の印刷方法というものであり、貫通孔へのペースト充填印刷に使用する低粘度のペーストを用いた場合においても、ペーストが被印刷物の貫通孔上に落下することがない。これにより、ステージ上に落下した導電性ペーストにプリプレグシートの貫通孔内の導電性ペーストが引き抜かれるという問題、あるいは、マスクフィルムを剥がす際の悪影響を解消するという作用を有する。

本発明の請求項１０に記載の発明は、金属粉末と、熱硬化性樹脂と、硬化剤で構成されたペーストを用いた請求項４に記載の印刷方法というものであり、貫通孔へのペースト充填印刷に使用する金属粉末を含有した導電性ペースト等の低粘度のペーストを用いた場合においても、ペースト品質に悪影響を及ぼす可能性を解消するという作用を有する。

以上のように、本発明のペースト充填方法は、版枠にスキージとの隙間吸収部を設けてマスク上に残るペーストを減少させることで、ステージ上へのペースト落下防止が可能となり品質に優れた回路基板が実現できる。

（実施の形態）
両面回路基板の製造方法の工程断面図については従来法と同一であり、説明を省略し、ペースト充填方法と充填用の版について説明する。

図１は本発明の版の斜視図、図２は平面図である。図３は本発明の版の隙間吸収部高さ説明断面図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は本発明のスキージング法によるペースト充填の工程断面図である。図５は本発明のペースト充填時の一部断面図である。

本実施の形態において、導電性ペーストが充填されるプリプレグシート（３００×３００ｍｍ、厚さ約１００μｍ）には専用のマスク用フィルムがラミネータを用いて接着され、貫通孔が形成されている。

このため、図１、図２に示すように、充填用の版１０の版枠１には厚さ約３ｍｍのステンレス製でスキージの通過を容易にするためにスキージ進行方向約１５°の傾斜を設けた２６０ｍｍ×２６０ｍｍの開口部４を有し、かつスキージ進行方向と直交する両側の開口部４の約１０ｍｍ幅をペースト充填時の圧力損失にならない厚み（薄く）としたマスク２が取り付けられている。

さらに、版枠１のスキージ進行方向の両側には隙間吸収部３が接着剤で取り付けられている。

本実施の形態では隙間吸収部３の厚みをそれぞれ０．７ｍｍとして、図２に示すように往側スキージ５ａの導電性ペースト充填開始下降付近から復側スキージ５ｂ充填下降位置付近までとし、前記隙間吸収部３両側のスキージ５ａ，５ｂ進入部にスキージ破損・磨耗防止を目的に傾斜部３ｂを設けている。

隙間吸収部３の高さは図３に示すように、上昇して移動するスキージ（図３では復側スキージ５ｂ）が隙間吸収部３と接触しないように、上昇して移動するスキージの最下点より低く、かつ充填中の導電性ペーストが漏れない高さにすることが好ましい。

本実施の形態では、隙間吸収部３はステンレス板を加工して版枠１に張り付けたが、材料は他の金属材料や樹脂材料を用いても良く、版枠１本体に直接形成しても良い。

また、隙間吸収部３のスキージ両端との接触面となる平坦部３ａと傾斜部３ｂは、スキージの磨耗（ゴミの発生）を防止するためバフ研磨仕上げとし、表面平滑性をマスク２の表面平滑性と同等以上とした。

上記充填用の版１０を用いての導電性ペーストの充填方法について、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

この時使用した導電性ペースト２４は平均粒径２μｍの銅粉末を用い、樹脂としては熱硬化性エポキシ樹脂（無溶剤型）、アミン系の硬化剤をそれぞれ８５重量％、１２．５重量％、２．５重量％となるように３本ロールにて十分に混練したもので、導電性ペースト２４は粘度測定時、回転速度を速くすると粘度が上昇するダイラタント性を有しており、使用前の粘度はＥ型粘度計で回転数０．５ｒｐｍで約５０Ｐａ・ｓである。

導電性ペースト２４の充填は、まず、図４（ａ）に示すように印刷機（図示せず）の吸着固定の機能を有するステージ６に載置した両面にマスクフィルムが接着され、貫通孔２３が形成されたプリプレグシート２１にマスク２をセットする。

そして、上方に設けられた上下左右に移動・加圧可能な往側スキージ５ａと復側スキージ５ｂのうち往側スキージ５ａのみをマスク２上の所定位置に降下させ、０．１ＭＰａの圧力をかけて５０ｍｍ／ｓの速度で導電性ペースト２４をローリングさせながら前進させる。

スキージ５ａの加圧にはエアーを用いている。スキージ５ａが前進した直後、図１および図２に示す隙間吸収部３に接触、進入する。

本実施の形態ではスキージ５ａと隙間吸収部３との隙間をゼロにするため、隙間吸収部３間の寸法より長いものを用いた。

隙間吸収部３が従来の版枠の内側に相当する（版枠の一部）ため、従来例での版では、下降時に版枠の一部に接触して使用できないスキージ長である。

図５にスキージ５ａが隙間吸収部３に接触する一部位の断面図を示すように、版枠１とスキージ５ａ間に隙間８はあるものの、隙間吸収部３よりスキージ５ａの方が長く、隙間吸収部３との間には隙間８はない状態である。

この状態で隙間吸収部３に進入することになるが、往側スキージ５ａをスキージホルダー７より長く設計していることで、隙間吸収部３にスキージ５ａが進入する時に、図６に示すように、スキージ５ａの一部が変形して通過を可能にすることができる。

往側スキージ５ａの厚みが厚く隙間吸収部３に進入に負荷がかかり充填圧力に支障が発生するようであれば、図７に示すように、往側スキージ５ａ両端の一部を加工してスキージの変形吸収部１３を設けることで、スキージの変形とスキージ進行時の圧力減衰を小さくすることができる。

スキージの変形吸収部１３の形状に制限はなく、スキージ両端の厚み方向でかつ充填時に基材と接触する稜線以外を薄くすれば良い。

ここでは、往側スキージ５ａを例に説明したが、復側スキージ５ｂについても同様であることは言うまでもない。

次に、図４（ｂ）に示すように、往側スキージ５ａをマスク２の傾斜部、プリプレグシート２１を通過させ、再度反対側のマスク２の定位置でストップした後、上昇させ導電性ペースト２４を自然落下させる。

そして、図４（ｃ）に示すように、復側スキージ５ｂのみをマスク２上の所定位置に下降させる。

その後、図４（ｄ）に示すように、往側スキージ５ａと同様に復側スキージ５ｂを隙間吸収部（図示せず）を介してマスク２とプリプレグシート２１上を通過させることで貫通孔２３への導電性ペースト２４の充填が完了する。

本実施の形態での版を用いて導電性ペーストを充填した結果、図８に示すように、スキージ５ａ，５ｂ通過後にスキージ進行方向と直交する方向の約１０ｍｍ幅のマスク２上には導電性ペースト２４がほとんど残らず、ダイラタント性を有する導電性ペースト２４であってもステージ６上に落下しないことを確認した。

実施の形態では隙間吸収部よりスキージを長くしたが、短い場合は従来例と同様レベルまで使用可能となり、２ヵ所の隙間吸収部の総和分（実施の形態の場合は１．４ｍｍ）まで吸収できる。

また、隙間吸収部の厚みは０．７ｍｍとしたが、充填圧力やスキージ磨耗など品質上問題ない厚みに設定すればよい。

なお、実施の形態ではダイラタント性の導電性ペーストを用いたが、ペースト混練が停止しても粘度上昇がないニュートニアン性であっても、版枠とスキージとの隙間が大きい場合は導電性ペーストの落下現象がみられるため、本発明の導電性ペースト落下防止策が有効であることはいうまでもない。

また、実施の形態では２層の回路基板に用いる基材への導電性ペーストの充填方法としたが、多層基板に用いる基材への導電性ペースト充填への本発明の導電性ペースト落下防止策が有効であることが容易に推測できる。

また、実施の形態では銅導電性ペーストを用いたが、銀、金およびこれらの合金の粉末もしくは半田を主成分とする導電性ペーストや高分子材料を主成分とする導電性ペーストであっても良く、マスク用のフィルムを配置した基材への導電性ペースト充填であれば、本発明の導電性ペースト落下防止策が有効であることが容易に推測できる。

以上のように本発明にかかるペースト充填方法は、ペースト充填時のステージへのペースト落下を解消して接続品質の安定化が図れるもので、導電性ペーストでインナービアホール接続を備えた回路基板全般に有用であり、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の版の斜視図 本発明の版の平面図 本発明の版の隙間吸収部の高さ説明図 本発明のスキージング法によるペースト充填の工程断面図 本発明の版の隙間吸収部にスキージが接触する一部位の断面図 本発明の版の隙間吸収部をスキージ通過時の一部位平面図 本発明のスキージ変形吸収部の一部位平面図 本発明のペースト充填後のペースト残り説明断面図 従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図 従来例の開口部を有するマスクを取り付けた版枠を示す斜視図 従来例のスキージング法によるペースト充填の工程断面図 従来例の版の隙間吸収部にスキージが接触する一部位の断面図 従来例のペースト充填後のペースト落下説明断面図

１ 版枠
２ マスク
３ 隙間吸収部
３ａ 平坦部
３ｂ 傾斜部
４ 開口部
５ａ 往側スキージ
５ｂ 復側スキージ
６ ステージ
７ スキージホルダー
８ 隙間
１０ 版
２１ プリプレグシート
２２ａ，２２ｂ マスクフィルム
２３ 貫通孔
２４ 導電性ペースト
２５ａ，２５ｂ 金属はく

Claims (10)

1. 開口部を有するマスクを少なくとも四辺の版枠に固定した印刷用版において、スキージ進行方向の両側の版枠に隙間吸収部を設け、
   前記隙間吸収部はスキージ両端との接触面となる平坦部とスキージ進入部に傾斜部を有することを特徴とする印刷用版。
2. 隙間吸収部はスキージ上昇時にスキージ最下点と接触せず、かつ投入したペーストが隙間吸収部から漏れ出さない高さである請求項１に記載の印刷用版。
3. 隙間吸収部の表面平滑性がマスクの表面平滑性と同等以上である請求項１に記載の印刷用版。
4. 請求項１に記載の印刷用版を用いてペーストを被印刷物に印刷する方法であって、印刷時にスキージの両端を変形させて前記版枠との隙間を吸収することを特徴とする印刷方法。
5. 隙間吸収部にスキージを接触、変形させることを特徴とする請求項４に記載の印刷方法。
6. スキージの両端の一部に変形吸収部を設けた請求項４に記載の印刷方法。
7. スキージの厚み方向の一部を薄くして変形吸収部とした請求項４に記載の印刷方法。
8. ペーストがニュートニアンまたはダイラタント性を有する請求項４に記載の印刷方法。
9. 被印刷物が基材両面にマスクフィルムが張り合わされかつ貫通孔が形成されたものであり、印刷が前記貫通孔にペーストを充填することを特徴とする請求項４に記載の印刷方法。
10. 金属粉末と、熱硬化性樹脂と、硬化剤で構成されたペーストを用いた請求項４に記載の印刷方法。

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