(57)【要約】【課題】印刷精度が向上する印刷用マスク及び印刷方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる印刷用マスク１は、開口部６を通して、プリント配線板２０上にペースト２３を印刷するものである。また、印刷用マスク１は、冷却層３と、冷却層３よりプリント配線板２０側に設けられ、冷却層３より高温の加熱層２とを有する。これにより、プリント配線板２０側のペースト２３が加熱され、プリント配線板２０とは反対側のペースト２３が冷却される。【選択図】図１
2010214777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を通して、基板上にペーストを印刷する印刷用マスクであって、
冷却層と、
前記冷却層より前記基板側に設けられ、前記冷却層より高温の加熱層とを有する印刷用マスク。
【請求項２】
前記冷却層と前記加熱層の間に設けられ、前記冷却層を冷却し、前記加熱層を加熱するペルチェ素子をさらに有する請求項１に記載の印刷用マスク。
【請求項３】
前記冷却層は、冷却装置を取り付け可能となっており、
前記加熱層は、加熱装置を取り付け可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の印刷用マスク。
【請求項４】
前記冷却層と前記加熱層との間に設けられた伸縮抑制層をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の印刷用マスク。
【請求項５】
前記冷却層と前記加熱層との間に形成され、前記冷却層及び前記加熱層よりも熱伝導性の低い断熱層をさらに有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の印刷用マスク。
【請求項６】
前記開口部の開口面積と前記開口部を取り囲む壁面の面積の比が１対１から１対５の間である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の印刷用マスク。
【請求項７】
基板上に印刷用マスクを配置する工程と、
前記印刷用マスクの開口部にペーストを充填させる工程と、
前記印刷用マスクの加熱層により前記基板側のペーストを加熱し、前記印刷用マスクの冷却層により前記基板とは反対側のペーストを冷却する工程とを有する印刷方法。
【請求項８】
前記ペーストを加熱及び冷却する工程では、前記ペーストに温度勾配を与える請求項７に記載の印刷方法。
【請求項９】
前記ペーストを加熱及び冷却する工程では、前記冷却層と前記加熱層の間に設けられたペルチェ素子に電流を流すことにより、前記加熱層の加熱及び前記冷却層の冷却を行い、前記ペーストを加熱及び冷却する請求項７又は８に記載の印刷方法。
【請求項１０】
前記ペーストを加熱及び冷却する工程では、前記加熱層を加熱装置により加熱し、前記冷却層を冷却装置により冷却することにより、前記ペーストの加熱及び冷却を行う請求項７又は８に記載の印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷用マスク及び印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板にはんだペーストや導電性ペースト等を印刷する際に、印刷用マスクが用いられる。ここで、図７を参照して、印刷用マスクについて説明する。図７（ａ）は、印刷用マスクの構成を示す断面図である。図７（ｂ）は、印刷用マスクの構成を示す上視図である。
【０００３】
印刷用マスク３０には、薄さが約１００〜３００μｍ程度の金属板にプリント配線板のパッドに合わせて穴が開いている。すなわち、図７に示されるように、印刷用マスク３０は、印刷用の複数の開口部６を有する。
【０００４】
次に、図８を参照して、上記の印刷用マスク３０を使用したはんだペーストや導電性ペースト等の印刷方法について説明する。図８は、印刷用マスク３０を用いた印刷方法を示す断面図である。
【０００５】
図８（ａ）に示すように、プリント配線板２０は、複数のパッド２１を有する。そして、図８（ｂ）に示すように、このパッド２１と印刷用マスク３０の開口部６の位置合わせを行う。次に、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、スキージ２２を用いて、ペースト２３を印刷用マスク３０の開口部６に充填する。すなわち、印刷装置のスキージ２２を使って印刷を行う。そして、図８（ｅ）に示すように、プリント配線板２０と印刷用マスク３０を離し、プリント配線板２０にペースト２３を転写する。そして、図８（ｆ）に示すように、ペースト２３を介して、パッド２１と電気部品２４のパッドとを接続させる。
【０００６】
しかし、微細な印刷において、上記の印刷用マスク３０では、図８（ｅ）に示すように、印刷用マスク３０にペースト２３が残ってしまう場合があった。これは、転写させる際に、印刷用マスク３０の開口部６の壁面とペースト２３でずり力が発生するためである。そして、ペースト２３の転写量が安定しない、印刷形状が不均一になってしまう、などの問題が発生した。すなわち、印刷の微細化につれて、開口内のペースト２３が抜けにくくなり、十分な量のペースト２３が印刷できないという問題があった。
【０００７】
なお、特許文献１、２には、印刷時のペーストの抜け性の向上を図ることを目的とした印刷用マスクが開示されている。特許文献１では、開口部の断面形状を直線状又はテーパー状とすることによりペーストの抜け性の向上させている。特許文献２では、開口部壁面をコーティングし、ペーストを滑りやすくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２１４７４５号公報
【特許文献２】特開平６−１８３１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、開口部の断面形状を直線状にしても、開口部の壁面とペーストでずり力によりペーストが印刷用マスクに残ってしまう場合があった。また、開口部の断面形状をテーパー状としても、特に開口部の上側の開口面積が小さいので同様の問題が発生した。一方、特許文献２の印刷用マスクでは、コーティングに異物が付着したり、コーティングの被覆不良が発生したりする場合があり、十分にペーストの抜け性を向上させることができなかった。また、基板の開口の大きさのみならず、コーティング膜の厚さも制御する必要があり、開口の大きさを精度よく形成することが困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、印刷精度が向上する印刷用マスク及び印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる印刷用マスクは、開口部を通して、基板上にペーストを印刷する印刷用マスクであって、冷却層と、前記冷却層より前記基板側に設けられ、前記冷却層より高温の加熱層とを有するものである。
【００１２】
他方、本発明にかかる印刷方法は、基板上に印刷用マスクを配置する工程と、前記印刷用マスクの開口部にペーストを充填させる工程と、前記印刷用マスクの加熱層により前記基板側のペーストを加熱し、前記印刷用マスクの冷却層により前記基板とは反対側のペーストを冷却する工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、印刷精度が向上する印刷用マスク及び印刷方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる印刷用マスクの構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる印刷用マスクの構成を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる印刷用マスクの開口部の周辺を拡大した断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる印刷用マスクを用いた印刷方法を示す断面図である。
【図５】実施の形態２にかかる印刷用マスクの開口部周辺の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態３にかかる印刷用マスクの開口部周辺の構成を示す断面図である。
【図７】関連する印刷用マスクの構成を示す図である。
【図８】関連する印刷用マスクを用いた印刷方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
印刷用マスクは、例えば、電気機器、半導体装置の製造に使用されるメタルマスクである。まず、図１を参照して、本発明にかかる印刷用マスクについて説明する。図１は、本発明にかかる印刷用マスクの構成を示す断面図である。
【００１６】
印刷用マスク１は、開口部６を通して基板上にペーストを印刷するマスクである。開口部６は、ペーストの印刷パターンに対応して形成される。印刷用マスク１は、加熱層２と冷却層３とを有する。加熱層２は、印刷する際に、冷却層３より基板側に配置される。また、加熱層２は、冷却層３より高温となっている。
【００１７】
このように、本発明にかかる印刷用マスク１には、温度変化が与えられている。そして、印刷する際に、開口部６内に充填されるペーストにも温度変化が与えられる。具体的には、開口部６内において、加熱層２によって基板側のペーストが加熱され、冷却層３によって基板とは反対側のペーストが冷却される。すなわち、基板側のペーストが基板とは反対側のペーストより高温になる。
【００１８】
そして、開口部６内に充填されるペーストの粘弾性が変化する。具体的には、温度が高い側のペーストではペーストの粘着性（タック性）が増す。一方、温度が低い側のペーストでは粘度が低くなり、ペーストと開口部６の壁面との摩擦が少なくなる。すなわち、ペーストと開口部６の壁面とのずり力が低下する。
【００１９】
このため、微細な印刷においても、ペーストの転写量を安定して供給でき、かつ印刷形状の均一化も実現できる。そして、印刷精度を向上させることができる。以降、本発明にかかる印刷用マスクについて、具体的な実施の形態を用いて説明する。
【００２０】
実施の形態１
まず、図２を参照して、本実施の形態にかかる印刷用マスクについて説明する。図２（ａ）は、本実施の形態にかかる印刷用マスクの構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、本実施の形態にかかる印刷用マスクの構成を示す上視図である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、印刷用マスク１は、加熱層２、冷却層３、及び断熱層４を有する。加熱層２及び冷却層３は、例えば、熱伝導性がよい金属によって形成される。加熱層２は、発熱によりペーストを加熱する層である。冷却層３は、ペーストを冷却する層である。換言すると、冷却層３は、ペーストの熱を吸熱する吸熱層である。
【００２２】
加熱層２と冷却層３との間には、断熱層４が形成される。すなわち、加熱層２と冷却層３とは、断熱層４を介して対向配置される。断熱層４は、加熱層２と冷却層３の間を断熱する層である。断熱層４は、加熱層２及び冷却層３よりも熱伝導性が低い。断熱層４を介在させることにより、加熱層２が冷却層３によって冷却されたり、冷却層３が加熱層２によって加熱されたりしにくくなる。すなわち、加熱層２と冷却層３との間の熱伝播を抑えることができ、加熱層２と冷却層３の温度を保つことができる。そして、印刷用マスク１の温度勾配を保つことができる。
【００２３】
断熱層４は、ペルチェ素子５を有する。すなわち、加熱層２と冷却層３との間には、ペルチェ素子５が設けられる。ペルチェ素子５は、加熱層２を加熱し、冷却層３を冷却する。ペルチェ素子５は、印刷用マスク１の開口部６を除いて、略全体に亘って複数のユニットが形成される。もちろん、これに限らず、一部のみにペルチェ素子５を形成してもよい。この場合でも、加熱層２及び冷却層３を熱が伝播し、加熱層２及び冷却層３の全体が加熱又は冷却される。
【００２４】
図２に示すように、印刷用マスク１は、複数の開口部６を有する。開口部６は、プリント配線板のパッドに合わせて設けられる。図２（ｂ）においては、開口部６は略同一の大きさの円形状に形成される。また、図２（ｂ）においては、開口部６は５×４のアレイ状に規則的に配置される。もちろん、これに限らず、パッドの大きさに合わせて、開口部６の大きさや形状を変えてもよい。また、開口部６の間隔もパッドの配置に合わせて変えてもよい。
【００２５】
次に、図３を参照して、印刷用マスク１の詳細な構成について説明する。図３は、図２（ａ）における印刷用マスク１の開口部６の周辺を拡大した断面図である。
【００２６】
図３に示すように、断熱層４は、ペルチェ素子５を有する。ペルチェ素子５は、加熱層２への加熱と冷却層３への冷却を同時に行うことができる構造を有する。ペルチェ素子５は、ｐ型半導体７、ｎ型半導体８、第１電極９、及び第２電極１０を有する。
【００２７】
ｐ型半導体７及びｎ型半導体８は、断熱層４の膜厚方向に沿って形成される。すなわち、ｐ型半導体７及びｎ型半導体８は、加熱層２及び冷却層３の一方から他方に向けて形成される。ｐ型半導体７及びｎ型半導体８は、交互に配置される。ｐ型半導体７は、例えば、ｐ−Ｂｉ２Ｔｅ３、ｐ−ＣｅＦｅ４Ｓｂ１２、及びｐ−ＳｉＧｅを加熱層２側から順次積層した３層構造を有する。ｎ型半導体８は、ｎ−Ｂｉ２Ｔｅ３及びｎ−ＣｏＳｂ３を加熱層２側から順次積層した２層構造を有する。
【００２８】
第１電極９及び第２電極１０は、金属によって形成される。第１電極９は、断熱層４の冷却層３側に形成される。また、第１電極９は、冷却層３に直接接する。第１電極９は、ｐ型半導体７の一端及びｎ型半導体８の一端に接続される。これにより、第１電極９を介して、ｐ型半導体７及びｎ型半導体８が接続される。また、第２電極１０は、断熱層４の加熱層２側に形成される。また、第２電極１０は、加熱層２に直接接する。なお、図３には図示しないが、第２電極１０は、ｐ型半導体７の他端及び他のユニットのｎ型半導体８の端に接続される。そして、第２電極１０を介して、ｐ型半導体７及びｎ型半導体８が接続される。このようにして、複数のユニットが直列接続される。
【００２９】
そして、複数のユニットが接続されたペルチェ素子５の一端の第２電極１０には、プラス電極が接続される。そして、他端の第２電極１０には、マイナス電極が接続される。そして、ｎ型半導体８側から直流電流を流すと、ペルチェ効果により第１電極９では吸熱が起こる。同時に、第２電極１０では発熱が起こる。すなわち、熱が第１電極９側から第２電極１０側に移行する。
【００３０】
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる印刷用マスク１を用いた印刷方法について説明する。図４は、本実施の形態にかかる印刷用マスク１を用いた印刷方法を示す断面図である。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、基板としてのプリント配線板２０は、複数のパッド２１を有する。まず、図４（ｂ）に示すように、プリント配線板２０上に、印刷用マスク１を配置する。そして、プリント配線板２０のパッド２１と印刷用マスク１の開口部６の位置合わせを行う。なお、ここでは、加熱層２を下側に向けて位置合わせを行う。すなわち、印刷用マスク１の冷却層３よりプリント配線板２０側には、加熱層２が設けられる。
【００３２】
次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、印刷装置のスキージ２２により印刷用マスク１を強く押さえ、ペースト２３を巻き込みながら印刷用マスク１上を移動させる。これにより、はんだペーストや導電性ペースト等のペースト２３が開口部６に充填される。
【００３３】
次に、図４（ｅ）に示すように、開口部６に充填されたペースト２３の加熱及び冷却を同時に行う。なお、図４（ｅ）においては、図４（ｄ）の丸で囲まれた部分を拡大して示す。印刷用マスク１のスキージ２２側には冷却層３、印刷用マスク１のプリント配線板２０側には加熱層２が設けられる。
【００３４】
ペルチェ素子５に電流を流すことより、第１電極９側を冷却し、第２電極１０側を加熱する。そして、第１電極９に接する冷却層３が冷却され、第２電極１０に接する加熱層２が加熱される。冷却層３により、開口部６に充填されたペースト２３のスキージ２２側が冷却される。すなわち、プリント配線板２０とは反対側のペースト２３が冷却される。これと同時に、加熱層２により、開口部６に充填されたペースト２３のパッド２１側のペースト２３が加熱される。すなわち、プリント配線板２０側のペースト２３が加熱される。
【００３５】
このとき、開口部６に充填されたペースト２３に温度勾配が生じ、かつ粘弾性が変化する。すなわち、ペースト２３の温度はプリント配線板２０側からスキージ２２側に向かって変化する。具体的には、プリント配線板２０側からスキージ２２側に向かってペースト２３の温度が低くなる。この温度勾配に沿って、ペースト２３の粘度が変化する。具体的には、プリント配線板２０のパッド２１側からスキージ２２側に向かって開口部６のペースト２３の粘度が低くなる。図４（ｅ）においては、ペースト２３は、下部から上部に向けて温度及び粘度が低くなる。
【００３６】
そして、図４（ｆ）に示すように、プリント配線板２０と印刷用マスク１を離すと、プリント配線板２０のパッド２１上にペースト２３が転写される。そして、図４（ｇ）に示すように、ペースト２３を介して、パッド２１と電気部品２４のパッドとを接続させる。すなわち、プリント配線板２０に電気部品２４が実装される。
【００３７】
本実施の形態にかかる印刷方法によれば、開口部６に充填されたペースト２３を加熱及び冷却する。このため、スキージ２２側のペースト２３は粘度が低くなり、印刷用マスク１の開口部６の壁面とペースト２３のずり力が低下する。また、プリント配線板２０のパッド２１側のペースト２３は粘度が高くなりパッド２１表面とのタック性が向上する。これにより、微細な印刷用マスク１の開口部６においてペースト２３の抜け性よくなり、ペースト２３のプリント配線板２０のパッド２１への転写率が向上する。
【００３８】
また、特許文献２では、開口部内に異物が付着したり、コーティングに欠陥がある場合、ペーストの抜け性を向上させることができなかった。これに対して、本実施の形態では、上記のような場合でもペースト２３に熱が伝播するので、ペースト２３の抜け性を向上させることができる。また、開口部６内に膜等を形成する必要がないため、開口面積を制御しやすくなる。
【００３９】
なお、印刷用マスク１の開口部６の形状は特に限定しないが、印刷時のペースト２３の充填性を考えると、プリント配線板２０のパッド２１形状と同じ形状が望ましい。また、印刷用マスク１の厚みは特に限定しないが、開口部６の開口面積と開口部６を取り囲む壁面の面積の比が約１対１から１対５の間になるような厚みが望ましい。すなわち、開口部６の開口面積は、開口部６を取り囲む壁面の面積の約５分の１以上１以下である。また、図２、４に示されるように、開口部６が複数設けられる場合、それぞれの開口部６において上記の条件を満たすことが望ましい。このような厚みとすることにより、ペースト２３の抜け性をさらに向上させることができる。
【００４０】
実施の形態２
本実施の形態では、印刷用マスクは、伸縮抑制層を有する。なお、それ以外の構成等については実施の形態１と同様なので説明を適宜省略又は簡略化する。ここで、図５を参照して、本実施の形態にかかる印刷用マスクについて説明する。図５は、印刷用マスクの開口部周辺の構成を示す断面図である。
【００４１】
図５に示されるように、印刷用マスク１は、冷却層３と加熱層２との間に伸縮抑制層２５が設けられる。伸縮抑制層２５は、加熱層２と冷却層３の温度の違いによる熱膨張差による印刷用マスク１の伸縮を抑制する層である。すなわち、伸縮抑制層２５は、温度による線膨張を抑制する層である。伸縮抑制層２５は、例えば、加熱層２、冷却層３、及び断熱層４よりも線膨張率が低い。具体的には、伸縮抑制層２５は、冷却層３と断熱層４との間、及び加熱層２と断熱層４との間にそれぞれ形成される。また、ペルチェ素子５は、２つの伸縮抑制層２５に挟まれる。一方の伸縮抑制層２５と第１電極９とが接し、他方の伸縮抑制層２５と第２電極１０とが接する。
【００４２】
本実施の形態にかかる印刷用マスク１によっても実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、伸縮抑制層２５を有するため、より微細な印刷が求められる場面で印刷用マスク１の伸縮による印刷のずれ等を防ぐことができるという相乗的（格別）な効果を奏する。なお、伸縮抑制層２５は、加熱層２と冷却層３と断熱層４の接着性を向上させる等、他の特性を付与した多種の材料を何層かに積層したものに変更してもよい。また、伸縮抑制層２５は、加熱層２側及び冷却層３側の両方に形成したが、例えば、いずれか一方側のみに形成してもよい。
【００４３】
実施の形態３
本実施の形態では、ペルチェ素子の代わりに、外部に冷却装置及び加熱装置を設ける。冷却装置及び加熱装置は、例えば、スキージを有する印刷装置に設けられる。なお、それ以外の構成等については実施の形態１と同様なので説明を適宜省略又は簡略化する。ここで、図６を参照して、本実施の形態にかかる印刷用マスクについて説明する。図６は、印刷用マスクの開口部周辺の構成を示す断面図である。
【００４４】
図６に示されるように、断熱層４には、ペルチェ素子が形成されない。断熱層４は、熱伝導性の低いエポキシ、ポリイミド等の樹脂で構成することができる。また、印刷装置には、加熱装置２６及び冷却装置２７が設けられる。加熱層２には、加熱装置２６が取り付け可能となっている。加熱装置２６は、加熱層２の断熱層４とは反対側に設けられる。加熱装置２６は、加熱層２と接するように設けられ、加熱層２を加熱する。冷却層３には、冷却装置２７が取り付け可能となっている。冷却装置２７は、冷却層３の断熱層４とは反対側に設けられる。冷却装置２７は、冷却層３と接するように設けられ、冷却層３を冷却する。
【００４５】
本実施の形態にかかる印刷用マスク１は、印刷の際、加熱層２を加熱装置２６により加熱し、冷却層３を冷却装置２７により冷却することにより、ペースト２３の加熱及び冷却を行う。本実施の形態にかかる印刷用マスク１によっても実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、断熱層４を汎用的な材料としている。すなわち、実施の形態１のように、ペルチェ素子を形成しない。このため、製造が容易となりかつコストが安いという相乗的（格別）な効果を奏する。さらに、本実施の形態の断熱層４は、断熱効果を向上させるために多種の材料を何層かに積層したものに変更してもよい。
【００４７】
また、上記の実施の形態１〜３を組み合わせることも可能である。例えば、実施の形態３の構成に実施の形態２の伸縮抑制層を形成してもよい。なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  印刷用マスク、２  加熱層、３冷却層、４  断熱層、５  ペルチェ素子、
６  開口部、７  ｐ型半導体、８  ｎ型半導体、９  第１電極、１０  第２電極、
２０  プリント配線板、２１  パッド、２２  スキージ、２３  ペースト、
２４  電子部品、２５  伸縮抑制層、２６  冷却装置、２７  加熱装置、
３０  印刷用マスク
【図１】
2010214777.tif 000003
【図２】
2010214777.tif 000004
【図３】
2010214777.tif 000005
【図４】
2010214777.tif 000006
【図５】
2010214777.tif 000007
【図６】
2010214777.tif 000008
【図７】
2010214777.tif 000009
【図８】
2010214777.tif 000010