JP6003134B2

JP6003134B2 - スクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法

Info

Publication number: JP6003134B2
Application number: JP2012065138A
Authority: JP
Inventors: 洋松岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2013193407A

Description

本発明は、スクリーンマスクを介して基板にはんだペーストを印刷するスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法に関する。

プリント配線基板にはんだペースト（以下、単に「ペースト」と称する。）を供給する方法として、スクリーン印刷による方法が広く普及している。スクリーン印刷はプリント配線基板の電極上に対応させて開孔が設けられたスクリーンマスクをプリント配線基板上に重ね合わせ、スクリーンマスク上のペーストをスキージによって開孔に埋め込んだ後、スクリーンマスクをプリント配線基板から離すことによりプリント配線基板上にペーストを転写する方法である。近年、電子部品のプリント配線基板の微細化が促進され、ペーストの品質を安定させて効率良くプリント配線基板にスクリーン印刷する必要がある。

このため、スキージに加熱機構を設けてペーストを加熱し、ペーストが周辺環境温度等によって硬化してしまわないようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、ペーストをスクリーンマスクの開孔に埋め込む際には、ペーストの温度はやや高く粘性が低い方が良い。反対に、ペーストをスクリーンマスクの開孔に埋め込んだ後にスクリーンマスクから離型する際には、ペーストの温度はやや低く粘性が高い方が良い。しかしながら、上述したペーストを直接加熱する方式では、埋め込み時の容易性及び離型時の容易性の双方を最良の条件にすることが困難であった。

そこで、スキージの温度をやや高めに設定するとともに、周辺雰囲気の温度を低く設定することで、ペーストのスクリーンマスクへの充填性と、印刷後のペーストのスクリーンマスクからの離型性を同時に満たすことが考えられている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０８−３３２７１４号公報特開２０１０−０７６２８５号公報

しかしながら、このような構成においても、加熱されたスキージが常にペーストに触れている構成を採用している。このため、ペーストの全体が加熱され易く、ペーストに含まれる揮発成分が揮発してペースト品質が早期に劣化するという問題が生じていた。しかも、ペースト品質が劣化すると、ペーストの交換を頻繁に行う必要があり、廃棄ペーストが増えるなどの問題点が発生する。

そこで、本発明の目的は、粘度が低下したはんだペーストを効率良くスクリーンマスクの開孔に埋め込むことができるばかりでなく、はんだペーストの全体温度の上昇による品質劣化を抑制することができることができるスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のスクリーン印刷装置は、スクリーンマスクの表面に沿ってスキージを移動させ、前記スクリーンマスクに形成された開孔にはんだペーストを埋め込んで、該はんだペーストを基板に印刷するスクリーン印刷装置において、前記スキージの移動方向前方に、前記スキージの直前の前記スクリーンマスクを加熱する加熱部を備えることを特徴とする。

本発明のスクリーン印刷装置は、粘度が低下したはんだペーストを効率良くスクリーンマスクの開孔に埋め込むことができるばかりでなく、はんだペーストの全体温度の上昇による品質劣化を抑制することができ、しかも、スクリーンマスクとの離型時の容易性を向上することができる。

本発明の一実施形態に係るスクリーン印刷装置を示し、（Ａ）は要部の側面図、（Ｂ）は要部の正面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例１を示す要部の側面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例２を示す要部の側面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例３を示す要部の側面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例４を示す要部の側面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例５を示す要部の側面図である。本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例６を示す要部の側面図である。

次に、本発明の一実施形態に係るスクリーン印刷装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明のスクリーン印刷装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態に係るスクリーン印刷装置を示し、図１（Ａ）は要部の側面図、図１（Ｂ）は要部の正面図、図２は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例１を示す要部の側面図、図３は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例２を示す要部の側面図、図４は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例３を示す要部の側面図、図５は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例４を示す要部の側面図、図６は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例５を示す要部の側面図、図７は本発明の一実施形態のスクリーン印刷装置の変形例６を示す要部の側面図である。

図１において、１１はプリント配線基板、１２はプリント配線基板１１に重ね合わされたスクリーンマスクである。スクリーンマスク１２には、プリント配線基板１１の電極上に対応して一つ以上の開孔１３が形成されている。開孔１３には、スクリーンマスク１２の表面上をスキージ１４で移動されるはんだペースト（以下、単に「ペースト」と称する）１５が埋め込まれる。開孔１３に埋め込まれたペースト１５は、スクリーンマスク１２をプリント配線基板１１から離す（離型）ことにより、プリント配線基板１１の表面上に転写される。ここで、ペースト１５を開口１３に埋め込む際には、例えば、１０℃程度温度を上昇させて粘度を１０〜２０％程度（１０〜２０Ｐａ・ｓ）低下させた状態とされる。

スキージ１４は、０℃〜９９℃の範囲で設定が可能な温度調整機構（図示せず）により加熱されている。なお、温度調節機構は、スキージ１４の上部から下端に向けて温度を伝達することにより行い、例えば、加熱用の温水循環を冷却用の冷水循環ルートを備えたもの等が用いられている。上記スクリーンマスク１２の表面に沿って移動するスキージ１４の移動方向（図１（Ａ）の矢印参照）前方及び後方には、ペースト印刷を行う開孔１３の前後のスクリーンマスク１２を独立した温度制御により加熱又は冷却する温度調節部１６，１７が配置されている。

温度調節部１６，１７は、それぞれ温度制御部１８と、温度制御部１８からスクリーンマスク１２の表面に接触部としての下端１９ａを接触させたブレード１９と、を備えている。

温度制御部１８は、ブレード１９を加熱又は冷却することができれば、その熱源等は特に限定されるものではない。この際、温度調節部１６，１７をスキージ１４の移動方向が往復するものであれば、移動方向の前方側を加熱部、移動方向の後方側を冷却部として用いることができ、スキージ１４の移動方向の反転と同時に加熱部と冷却部とが機能的（非機械的）に反転、すなわち相対変換可能となっている。したがって、温度制御部１８は、移動方向の反転と同時にブレード１９の温度を加熱温度と冷却温度とに短時間で切り替えを行うために熱変換器（ペルチェ素子など）を用いることも可能である。

また、温度制御部１８は、具体的にはスキージ１４の移動速度をペースト１５の材質・量等を考慮して、直接加熱部としての温度調節機構によるスキージ１４の温度を２０℃〜９９℃の範囲で設定し、スクリーン印刷前（埋め込み前）に該当する開孔１３の前方でその開孔１３及びその周辺のスクリーンマスク１２の温度をブレード１９で加熱し、開孔１３及びその周囲のスクリーンマスク１２の温度を２０℃程度上昇させる。ペースト１５を開孔１３に埋め込むと、加熱されたスクリーンマスク１２の周辺の温度により、開孔１３に埋め込んだペースト１５の温度を１０℃程度上昇させることができ、ペースト１５の粘度を１０〜２０％程度（１０〜２０ｐａ・ｓ）低下させることにより、開孔１３への埋め込み性（充填性）を容易に確保することができる。

さらに、温度制御部１８は、印刷後の開孔１３及びその周辺のスクリーンマスク１２をペースト１５よりも移動方向後方でペースト１５を埋め込んだ後の開孔１３の後方からブレード１９で冷却する。この際、ブレード１９の温度を０℃〜１０℃程度に設定し、スクリーンマスク１２を冷却して開孔１３に埋め込まれたペースト１５及びその周囲の温度を室温程度まで冷却する。

ブレード１９は、図１（Ｂ）に示すように、移動方向と直交するスクリーンマスク１２の幅方向において複数に分割され、その各々に対して温度制御が可能となっている。これにより、実際にペースト１５を埋め込む開孔１３に対応したブレード１９のみを加熱すれば、スキージ１４で搬送されるペースト１５の全体を余分に加熱してしまうことが抑制されている。分割化（ゾーン化）されたブレード１９は、例えば、ペースト１５の埋め込みと離型が難しい微細な開孔１３が形成された部分を通過する際に加熱・冷却するブレード１９を限定することができ、ペースト１５の劣化を抑えることができると同時に、加熱・冷却にかかる用力を削減することができる。

なお、加熱時のブレード１９に、スクリーンマスク１２の表面と接触して直接伝熱するタイプを用いた場合、その押え付けにより、開孔１３にペースト１５を埋め込む前にスクリーンマスク１２とプリント配線基板１１との密着性を向上させることができる。この際のブレード１９は、適用する材質等にもよるが、バネ性を生かすために４０°〜６０°の範囲で傾斜配置するのがよい。スクリーンマスク１２への熱伝達が可能であればそれ以外の角度でもよい。ブレード１９には、熱伝導性の高い材料、例えば、銅等が適している。

このように、本発明によれば、印刷するスキージ１４によりペースト１５の全体を過剰に加熱するのではなく、その前方のブレード１９で印刷直前に埋め込み箇所の開孔１３及びその周辺のスクリーンマスク１２を加熱することにより、開孔１３に埋め込まれるペースト１５のみの温度を上昇させ、その部分のペースト１５の粘度のみを低下させることにより、印刷に直接関与しないペースト１５への温度上昇を抑えることができる。したがって、ペースト１５に含まれる揮発成分の揮発を抑制し得て、ペースト１５の劣化を抑制することが可能となる。また、埋め込み後の冷却によりスクリーンマスク１２に接触している充填されたペースト１５の粘度が下がるので離型性も向上させることができる。しかも、埋め込まれたペースト１５に対し局部的に冷却を行うため、冷却効率が高く、装置全体の小型化や省電化にも貢献することができる。

ところで、上記実施の形態では、ブレード１９に弾性を有する銅等を用いた直接接触の伝熱タイプのものを開示したが、スクリーンマスク１２の表面に接触する他の方式又は非接触式のものでも良い。

図２は、接触式の加熱・冷却を行なう温度調節部２６，２７の一例を示す。図２に示した温度調節部２６，２７は、温度制御部２８と、温度制御部２８からスクリーンマスク１２の表面に接触する接触部としてのローラ２１を下端に回転可能に配置した伝熱部２９と、を備えている。

ローラ２１は、伝熱部２９によって加熱又は冷却され、その押圧力によって開孔１３にペースト１５を埋め込む前にスクリーンマスク１２とプリント配線基板１１との密着性を向上させることができると同時に、スクリーンマスク１２を痛めずに加熱・冷却を行うことができる。

図３は、接触式の加熱・冷却を行なう温度調節部３６，３７の一例を示す。図３に示した温度調節部３６，３７は、温度制御部３８と、温度制御部３８からスクリーンマスク１２の表面に接触する略Ｕ字状の接触部３９ａを下端に形成したブレード３９と、を備えている。

接触部３９ａは、ブレード３９によって加熱又は冷却され、その押圧力によって開孔１３にペースト１５を埋め込む前にスクリーンマスク１２とプリント配線基板１１との密着性を向上させることができると同時に、スクリーンマスク１２を痛めずに加熱・冷却を行うことができるとともに、プリント配線基板１１やスクリーンマスク１２の反りによる影響を緩和しながら加熱・冷却を行うことができる。

図４は、非接触式の加熱・冷却を行なう温度調節部４６，４７の一例を示す。図４に示した温度調節部４６，４７は、温度制御部４８と、温度制御部４８からスクリーンマスク１２の表面に向けて加熱風又は冷却風を噴射するノズル４９と、を備えている。

温度調節部４６，４７には、例えば、公知のブロア等が用いられ、温度制御部４８によって温度管理された加熱風又は冷却風がノズル４９から吹き付けられる。なお、加熱風や冷却風には、空気や窒素などの気体を吹き付けるものであれば、基本的に限定はされない。

図５は、非接触式の加熱を行なう温度調節部５６，５７の一例を示す。図５に示した温度調節部５６，５７は、温度制御部５８と、温度制御部５８からスクリーンマスク１２の表面を加熱するヒータ部材５９と、を備えている。

ヒータ部材５９は、例えば、公知の伝熱コイル等が用いられ、温度制御部５８によって温度管理される。

図６は、非接触式の加熱を行なう温度調節部６６，６７の一例を示す。図６に示した温度調節部６６，６７は、温度制御部６８と、温度制御部６８からスクリーンマスク１２の表面を加熱するヒータ部材６９と、を備えている。

ヒータ部材６９は、例えば、赤外ランプやハロゲンランプ等が用いられ、温度制御部６８によって温度管理される。

図７は、非接触式の加熱、および、接触式の冷却を行うものを組み合わせた場合の温度調節部７６，７７の一例を示す。図７に示した温度調節部７６，７７は、温度制御部７８と、温度制御部７８からスクリーンマスク１２の表面を加熱するヒータ部材７９ａと、スクリーンマスク１２の表面を冷却する冷却用スキージ７９ｂとを備えている。

ヒータ部材７９ａは、例えば、赤外ランプやハロゲンランプ等が用いられ、温度制御部６８によって加熱温度が温度管理される。冷却用スキージ７９ｂの冷却温度は、温度制御部６８によって温度管理される。そして、ヒータ部材７９ａと冷却用スキージ７９ｂとの間には断熱材を有した隔壁７１が設けられ、ヒータ部材７９ａと冷却用スキージ７９ｂとの間で断熱されている。

なお、図７に示す加熱・冷却方式の組み合わせに限られず、図２〜図６に示す各実施例で示したものを加熱用と冷却用とで適宜組み合わせて用いることも可能である。また、スキージ１４の移動方向後方のスクリーンマスクを冷却する機構は、必要に応じて設ければ良く省略してもよい。

１１プリント配線基板
１２スクリーンマスク
１３開孔
１４スキージ
１５はんだペースト
１６温度調節部（加熱部・冷却部）
１７温度調節部（冷却部・加熱部）
１８温度制御部
１９ブレード
１９ａ下端（接触部）

Claims

スクリーンマスクの表面に沿ってスキージを移動させ、前記スクリーンマスクに形成された開孔にはんだペーストを埋め込んで、該はんだペーストを基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
前記スキージの移動方向前方に、前記スキージの直前の前記スクリーンマスクを加熱する加熱部を備え、
前記スキージの移動方向後方に前記スクリーンマスクを冷却する冷却部を備え、
前記加熱部と前記冷却部とは、前記スキージの移動方向に応じて相対変換可能である
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
請求項１に記載のスクリーン印刷装置において、
前記加熱部は、前記スキージの移動方向と直交する前記スクリーンマスクの幅方向の少なくとも一部を加熱する
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
請求項１または２に記載のスクリーン印刷装置において、
前記加熱部は、前記スクリーンマスクに接触して加熱する接触部を備える
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
スクリーンマスクの表面に沿ってスキージを移動させ、前記スクリーンマスクに形成された開孔にはんだペーストを埋め込んで、該はんだペーストを基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
前記スキージの移動方向前方に、前記スキージの直前の前記スクリーンマスクを加熱する加熱部を備え、前記加熱部は、前記スクリーンマスクに接触して加熱する接触部を備える
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
請求項３又は４に記載のスクリーン印刷装置において、
前記接触部は、前記スクリーンマスク上を摺動可能に設けられる
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
請求項３又は４に記載のスクリーン印刷装置において、
前記接触部は、前記スクリーンマスク上を転動可能に設けられる
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
スクリーンマスクの表面にスキージを移動させつつ前記スクリーンマスクに形成された開孔を介して基板にはんだペーストを埋め込んで印刷するスクリーン印刷方法において、
前記開孔よりも前記スキージの移動方向前方の前記スクリーンマスクを、前記スクリーンマスクとの接触により加熱することを特徴とするスクリーン印刷方法。
請求項７に記載のスクリーン印刷方法において、
前記開孔よりも前記スキージの移動方向後方の前記スクリーンマスクを冷却する
ことを特徴とするスクリーン印刷方法。