JP5906797B2

JP5906797B2 - スクリーン印刷装置

Info

Publication number: JP5906797B2
Application number: JP2012036088A
Authority: JP
Inventors: 高矢中澤; 裕朗水野; 知章仲野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013169747A

Description

本発明は、高充填スクレッパを有するスクリーン印刷装置に関する。

スクリーン印刷は、一般的な印刷のみならず、半導体製造においても良く使用されている。これは、印刷パターンが形成されたスクリーン版（刷版）上をスキージにより、加圧・摺動させて、転写材料（インク、半田ペースト、放熱ゲルなど）を被印刷物に転移させて印刷を行うものである。スクレッパは、スクリーン印刷機において、スキージとペアでセットされ、刷版の上に転写材料を被せるために使用される。スクレッパは、被印刷物に転移することなくスキージにより運ばれた転写材料を、スキージのスタート位置まで掻き戻すためのものであり、転写材料を刷版上に所定の厚さの膜になるようにコートする。

特許文献１に見られる従来技術においては、スクレッパの先端が直線で構成されていたため、スクレッパに押されて回転するペーストの先端Ａと、スクレッパと版の接触部Ｂの２点でのプリコート（充填）が主であった。インクの粘度やプリコートの速度によっては、スクレッパの進行方向の先端などで、インクがスクリーン内に充分充填されず、未充填領域が発生したり、充填量の分布に大小のバラツキが発生して、品質が不安定になることがあった。

特許第４１８３４８５公報

本発明は、上記問題に鑑み、高充填スクレッパを有するスクリーン印刷装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、印刷パターン（５）が形成されたスクリーン版（４）と、印刷移動方向（＋Ｘ、−Ｘ）と印刷面に対して垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ）において所定距離移動可能なスキージ（６）と、前記印刷移動方向と前記垂直方向において所定距離移動可能なスクレッパ（７）とを具備するスクリーン印刷装置において、前記スクレッパ（７）の断面形状を、前記スクリーン版（４）に対して、前記スクレッパ（７）の進行方向（−Ｘ）の前方端部から後方に向けて距離が斬減する斬減部（７’）と、前記スクレッパ（７）の進行方向の後方端部の平行部（７’’）とから構成し、前記スクリーン版（４）にペースト又はインクをプリコートする際に、前記スクレッパ（７）の下端が、前記スクリーン版（４）の上面部と垂直方向において所定距離離れており、前記スクレッパ（７）の断面形状の前記斬減部（７’）が、前記進行方向（−Ｘ）の後方に向けて、曲率半径が徐々に増加するように連続した曲線部であり、該曲線部が前記平行部（７’’）に滑らかに連続したことを特徴とするスクリーン印刷装置である。

これにより、通常不可能な高速でのスクレッパによるプリコートが可能であるとともに、転写材料の未充填が発生せず品質が安定する。また、プリコート可能な範囲が増加し、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、設備サイズを小型化することができる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

従来技術による放熱ゲルをスクリーン印刷する場合のゲルの流れと充填圧の説明図である。本発明の一実施形態による放熱ゲルをスクリーン印刷する場合のゲルの流れと充填圧の説明図である。本発明の一実施形態の模式的説明図である。本発明の一実施形態のスクレーピングの作動説明図である。本発明の一実施形態のスクレーピングの作動説明図である。本発明の一実施形態のスキージングの作動説明図である。本発明の別の一実施形態の模式的説明図である。本発明の一実施形態において、駆動ユニットの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
車載装置には、電子制御ユニットが多く使われ、このユニットには、半導体等の電装品を基板に取り付けた電子回路基板を備えている。電装品は基板に半田付けされることが多いが、高性能化、小型化の進展により、同時に複数個所転写できるスクリーン印刷が多用されている。

本発明は、このような半導体製造におけるスクリーン印刷を一例として例示して説明するが、これに限定されず、一般的な印刷においても適用可能である。ここでは、半導体装置などの車載用のパワーエレクトロニクス製品で、一実施形態を説明する。半導体基板のみならず、一般的な印刷であっても粘度の高いインクの場合などには、本発明の一実施形態が有効である。

本発明の一実施形態を説明する前に、従来技術でスクリーン印刷する場合のゲルの流れと充填圧を、解析ソフトによるシミュレーション（図１Ａ、１Ｂ）により説明する。本実施形態では、半導体装置などに、ペーストとしての放熱ゲルを、スクリーン印刷で塗布する場合を、一例として例示して説明する。スクレッパ７が版面（スクリーン版４）に垂直に形成されている場合、スクレッパの進行方向（速度Ｖ）に、スクリーン版面への充填ペースト量の大小の分布が発生し、ペーストの回転がばらつき、充填（プリコート）が均一に行われないという問題点が生じている。

従来のペーストの充填は、図１Ａの「ゲルの流れ」に見られるように、ペースト回転時の運動ベクトル、及び、スクリーン版面方向への押し付け荷重により行われる。図１Ａのような従来技術では、スクレッパが垂直に立ち上がった直線で構成されていたため、スクレッパに押されて回転するペーストの先端（図１Ａの進行方向の先端Ａ）と、スクレッパと版の接触部（図１ＡのＢ）の２点での充填が主であった。図１Ａのシミュレーション結果では、充填圧の高い部分は、スクレッパと版の接触部（Ｂ）の狭い部分に限定されていることが分かる。これは、スクレッパとゲルが衝突する点で圧力が高まり、圧力の低い上部に向かう流れと、それが回転して版に向かう流れが発生するが、この版に向かう流れでは充分な充填力が得られないことに原因している。

これに対して、図３に示すような本発明の一実施形態では、スクレッパ７の先端を、図１Ｂ、図２に示すような曲線で構成することで、スクレッパとペーストの接触するほぼ全範囲で充填が可能にすることができるものである。図１Ｂの本発明の一実施形態のシミュレーションにおいても、充填圧が徐々に昇圧していることが分かる。スクレッパ７の断面形状を、スクレッパ７の進行方向−Ｘの前方端部から後方に向けて、スクリーン版４に対する距離が斬減する斬減部７’と、スクレッパ（７）の進行方向の後方端部を含む後方部において、スクリーン版４に対して平行になる平行部７’’とから構成して、平行部７’’におけるスクリーン版４に対するプリコート力（圧）を所定圧（一定）にしている。平行部とは、所定長さを有する部分としても良いが、微小部分であってもよく、少なくとも、後方端部の法線方向がスクリーン版４に対して垂直になっていれば良い。

また、斬減部７’であっても、平行部７’’に接続する近傍領域においては、比較的プリコート力が高圧に保たれており、従来技術に比べて、広い範囲に亘ってほぼ一定の高圧プリコート力で、図４に見られるように、スクリーン版４内にペーストを充填することができる。以上のような構成により、斬減部７’においては、スクリーン版４にプリコートするペースト又はインクのレオロジー特性に応じて、平行部７’’におけるスクリーン版４に対するプリコート力が最大になるように、徐々に昇圧させることができる。そして、平行部７’’において、最大圧となったペースト２を、安定的にスクリーン版４にプリコートすることができる。本実施形態では、１００から７００Ｐａ・ｓｅｃであるような高粘度材であっても、斬減部７’において、充填圧を斬増して最大圧に増大させることができ、しかも、プリコート可能な範囲も増加させることができる。

スクレッパ７の断面形状は、スクリーン版４にプリコートするペースト又はインクのレオロジー特性に応じて、平行部７’’におけるスクリーン版４に対するプリコート力が最大になるように設計する必要がある。レオロジー特性とは、粘性、弾性、曳糸性などを指す。これらが変化すれば必要な充填力も変化するため、同じ形状のスクレッパを使用しても同じ充填力を得ることは出来ない。そのため、レオロジー特性の異なる液体(例えば高粘度材と低粘度材)ではスクレッパの断面積の変化率を変える必要がある。具体的には、高粘度材は低粘度材より充填力が必要になるので断面積を急激に小さくする必要がある。

ベルヌーイの定理より、液体の経路の断面積が小さくなるほど圧力が増大することが知られている。本発明においてはこの圧力がプリコート（充填）力に相当する。「最適な曲線形状を設定する」とは、充填力が不足した箇所は断面積が小さくなるように設計し、充填力が過剰である箇所では断面積が大きくなるように設計することを意味している。

スクレッパ７の断面形状は、このような観点から、斬減部７’が、進行方向（−Ｘ）の後方に向けて、曲率半径が徐々に増加するように連続した曲線部にすると良い。近似的に、斬減部７’が、単数又は複数の円弧からなる曲線部としてもよい。
また、単数又は複数の直線で平行部７’’に連結して、近似しても良い。すなわち、斬減部７’を曲線に加工するのではなく、角度を多段階で持たせることで、最適な曲線形状を擬似的に実現してもよい。

図２〜５を参照して、本実施形態の作動を説明する。ペースト供給ノズル１から、ペースト２が、スクリーン版４に供給される。このスクリーン版４には、一般に、メッシュ・スクリーンが用いられ、その四周が、方形状の金属製の版枠３の下面に、スクリーン版４にテンションをかけた状態で固着される。図２、３に見られるように、スクリーン版４の上方には、ペースト２を被印刷物に転移させるための、平板状に形成されたスキージ６が配設されている。スキージ６は、印刷移動方向＋Ｘ、−Ｘ（図面上で左右方向）において所定距離移動するとともに、垂直方向＋Ｙ、−Ｙ（図面上で上下方向）において所定距離移動する。スキージ６の近傍には、スキージ６に平行（Ｚ軸）するようにして、スクレッパ７が配設されている。スクレッパ７は、金属、樹脂、木材のいずれか又はそれらの組み合わせで構成されている。

スクレッパ７も、印刷移動方向＋Ｘ、−Ｘ（図面上で左右方向）において所定距離移動するとともに、垂直方向＋Ｙ、−Ｙ（図面上で上下方向）において所定距離移動する。しかしながら、後述するように、スクレッパ７の進行方向は、スキージ６とは逆になる。図４に示すように、スクレッパ７は、スキージ６がペースト２を被印刷物に転移させるために水平方向（−Ｘ）に所定距離移動した後、被印刷物に転移することなくスキージ６により運ばれたペースト２を、スキージ６のスタート位置まで掻き戻すためのものである。そのため、スクレッパ７は、スキージ６とともに水平方向において移動するとともに、垂直方向において所定距離移動する。スクレッパ７は、作動時には、スキージ６の移動方向とは逆に移動する。この方向をスクレッパ７の進行方向（−Ｘ）という。

まず、スクレッパ７を下降させて、その下端がスクリーン版４の上面部の直近に位置するようにする。次に図４に示すように、スクレッパ７を図面上で左方向（−Ｘ）に移動させて、スクリーン版４上に供給されたペースト２を移動させる。これにより、スクリーン版４に設けられている印刷パターンを構成する孔部に、ペースト２がプリコートされる。スクレッパ７の移動により、ペースト２が、スキージ６により被印刷物への転移を開始するスタート位置まで移動したならば、図５に示すようにスキージ６を下降させてその下端部によりスクリーン版４を押圧し、スクリーン版４の下方に定置されたワーク（被印刷物）Ｗの上面に、スクリーン版４を当接させる。

次に、スキージ６を図面上で右方向に移動させる。これにより、スクレッパ７の移動によってスクリーン版４に設けられている印刷パターンを構成する孔部に充填されているペースト２が、孔部より押し出されてワーク（被印刷物）Ｗの上面に転移する。その後は、図４、５に示した動作を繰り返して印刷することになる。

以上説明したように、スクレッパ７を最適な曲線形状とすることによりプリコート可能な範囲が増加し、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、設備サイズを小型化することができる。すなわち、平行部７’’に接続する近傍領域においては、比較的プリコート力が高圧に保たれており、広い範囲に亘ってプリコートできるので、印刷パターンを大幅に乗り越えてスクレッパを動作させる必要がなく、スクレッパ７の往復ストローク長さを従来に比して短縮でき、スクリーン版を小型化することができる。また、充填力が高いため通常不可能な高速でのプリコートが可能である。そして、充填力が高いためペーストの未充填が発生せず品質が安定する。

スクレッパ７は、図２に示すように、取付け部から曲線形状部（斬減部７’、平行部７’’）までの全体を、金属の場合では、板金、切削などにより加工することもできる。樹脂で一体成形してもよい。一方、本発明の別の実施態様として、図７のように、スクリーン印刷装置の駆動ユニットの台板１０に、昇降自在に取り付けられたスクレッパホルダ１４（スキージホルダ１５）対して、アタッチメント８として、スクレッパ７（スキージ６）をねじ又は嵌め合いで取替え自在に構成してもよい。この場合には、スクレッパ７を任意の最適素材で容易に加工することができる。図７の１２、１３は、スクレッパ７、スキージ６をそれぞれ上下動させるアクチュエータである。

３版枠
４スクリーン版
５印刷パターン
６スキージ
７スクレッパ

Claims

印刷パターン（５）が形成されたスクリーン版（４）と、印刷移動方向（＋Ｘ、−Ｘ）と印刷面に対して垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ）において所定距離移動可能なスキージ（６）と、前記印刷移動方向と前記垂直方向において所定距離移動可能なスクレッパ（７）とを具備するスクリーン印刷装置において、前記スクレッパ（７）の断面形状を、前記スクリーン版（４）に対して、前記スクレッパ（７）の進行方向（−Ｘ）の前方端部から後方に向けて距離が斬減する斬減部（７’）と、前記スクレッパ（７）の進行方向の後方端部の平行部（７’’）とから構成し、
前記スクリーン版（４）にペースト又はインクをプリコートする際に、前記スクレッパ（７）の下端が、前記スクリーン版（４）の上面部と垂直方向において所定距離離れており、
前記スクレッパ（７）の断面形状の前記斬減部（７’）が、前記進行方向（−Ｘ）の後方に向けて、曲率半径が徐々に増加するように連続した曲線部であり、該曲線部が前記平行部（７’’）に滑らかに連続したことを特徴とするスクリーン印刷装置。
前記斬減部（７’）の形状を、前記スクリーン版（４）にプリコートするペースト又はインクのレオロジー特性に応じて、前記平行部（７’’）における前記スクリーン版（４）に対するプリコート力が最大になるように形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
印刷パターン（５）が形成されたスクリーン版（４）と、印刷移動方向（＋Ｘ、−Ｘ）と印刷面に対して垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ）において所定距離移動可能なスキージ（６）と、前記印刷移動方向と前記垂直方向において所定距離移動可能なスクレッパ（７）とを具備するスクリーン印刷装置において、前記スクレッパ（７）の断面形状を、前記スクリーン版（４）に対して、前記スクレッパ（７）の進行方向（−Ｘ）の前方端部から後方に向けて距離が斬減する斬減部（７’）と、前記スクレッパ（７）の進行方向の後方端部の平行部（７’’）とから構成し、
前記スクリーン版（４）にペースト又はインクをプリコートする際に、前記スクレッパ（７）の下端が、前記スクリーン版（４）の上面部と垂直方向において所定距離離れており、
前記スクレッパ（７）の断面形状の前記斬減部（７’）が、単数又は複数の円弧からなる曲線部であることを特徴とするスクリーン印刷装置。
前記スクリーン版（４）にプリコートするペースト又はインクの粘度が、１００から７００Ｐａ・ｓｅｃであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスクリーン印刷装置。
前記ペーストが、放熱ゲルであることを特徴とする請求項４に記載のスクリーン印刷装置。
前記スクレッパ（７）を、スクリーン印刷装置に対して、アタッチメントとして取替え自在に構成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスクリーン印刷装置。
前記スクレッパ（７）が、金属、樹脂、木材のいずれか又はそれらの組み合わせで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のスクリーン印刷装置。
前記スクレッパ（７）をねじ又は嵌め合いでスクリーン印刷装置に取り付けることを特徴とする請求項６又は７に記載のスクリーン印刷装置。