(57)【要約】【課題】チャンバ内の容積が小さく容易にチャンバ内の圧力を減圧、制御できるような真空印刷装置を提供する。【解決手段】真空印刷装置は、チャンバ１と、チャンバ１を上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂとに分離する印刷マスク５と、下チャンバ１ｂに具備され、被印刷物３を支持するステージ４と、印刷マスク５上において、被印刷物３に液状樹脂を供給する領域に対応した位置に設けられた開口部６と、上チャンバに具備され、印刷マスク５に平行な面内を所定の方向に移動可能であって、開口部６に液状樹脂を供給するスキージ機構２と、を有し、チャンバ１の印刷マスク５で切った断面積は印刷マスク５の面積以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバを上チャンバと下チャンバとに分離する印刷マスクと、
前記下チャンバ内に具備され、被印刷物を支持するステージと、
前記印刷マスク上において、前記被印刷物に液状樹脂を供給する領域に対応した位置に設けられた開口部と、
前記上チャンバ内に具備され、前記印刷マスクに平行な面内を所定の方向に移動可能であって、前記開口部に前記液状樹脂を供給するスキージ機構と、
を有し、
前記印刷マスクを含む平面で前記チャンバを切断して得られる前記チャンバの断面積は前記印刷マスクの面積以下である、真空印刷装置。
【請求項２】
前記印刷マスクの外周部の少なくとも一部は前記チャンバの外側にある、請求項１に記載の真空印刷装置。
【請求項３】
前記印刷マスク上の、前記スキージ機構の移動範囲外で、且つ前記チャンバの内部の領域に、少なくとも１つの貫通孔を有する、請求項１または２に記載の真空印刷装置。
【請求項４】
前記上チャンバと前記下チャンバとの間を接続する配管を有する、請求項１または２に記載の真空印刷装置。
【請求項５】
前記スキージ機構は、前記上チャンバに対し、前記印刷マスクに垂直な方向に移動可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載の真空印刷装置。
【請求項６】
前記スキージ機構は、前記上チャンバに対し、前記印刷マスクに垂直な方向に固定されており、前記上チャンバは前記印刷マスクに垂直な方向に移動可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載の真空印刷装置。
【請求項７】
前記上チャンバは互いに対してスライド可能な内側部分と外側部分とを有し、前記スキージ機構は、前記上チャンバの前記内側部分と前記外側部分のいずれか一方に対し、前記印刷マスクに垂直な方向に固定されており、前記一方の部分は前記印刷マスクに垂直な方向に移動可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載の真空印刷装置。
【請求項８】
前記チャンバ内の容積を小さくするように膨張可能なエアバッグを前記上チャンバ内に具備する、請求項１から７のいずれか１項に記載の真空印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に実装された各種電子部品の封止を行う真空印刷装置であって、特に生産性の向上が図れる真空印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板上に実装された各種電子部品の封止に対し種々の工法が採られている。その中でも、比較的容易に封止が可能なのが、真空印刷工法である。本工法では、チャンバ内を減圧した状態で液状樹脂を印刷供給することから、印刷時に供給された液状樹脂内にボイドがあったとしても、大気圧に戻される際にボイド体積は縮小し十分な封止状態が得られる。また、被印刷物に合せて任意の箇所に開口部を設けた印刷マスクを準備するだけで品種対応を図ることができ、比較的容易に封止が可能である。
【０００３】
図６は従来の真空印刷装置の概略を示す断面図である。任意の気圧に減圧、制御可能なチャンバ１があり、チャンバ１内にはスキージ機構２、印刷マスク５、被印刷物３を支持するステージ４、及び印刷マスク５を保持するマスク支持機構７が設置されている。
【０００４】
従来の真空印刷装置は、次のように動作し被印刷物３へ液状樹脂の印刷供給を行う。まず、ステージ４上に被印刷物３を搬入し吸着固定する。その後、被印刷物３の樹脂供給領域と印刷マスク５に配置された開口部６との位置合せを行い、ステージ４を上昇させ被印刷物３を印刷マスク５とステージ４で押さえ込む。次に、チャンバ１内を任意の気圧に減圧、制御する。その後、スキージ機構２によって印刷マスク５の上面より開口部６に液状樹脂を印刷充填する。最後に、チャンバ１内を大気圧に戻し、ステージ４が下降することにより被印刷物３を印刷マスク５から退避させ完了する。
【０００５】
従来の真空印刷装置には問題点がある。すなわち、印刷マスクやスキージ機構が収納可能な大きなチャンバを用いているため、チャンバ内を任意の気圧に減圧、制御する際、かなりの時間を要してしまうことから生産性が低下する。
【０００６】
特許文献１には、印刷室以外に被印刷物の搬入室と搬出室を設け、各々の気圧を制御することで減圧、制御時間を短縮する製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２０３３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１においても課題がある。すなわち、印刷室や搬入室、及び搬出室も含め各々の気圧を減圧、制御するため、能力の高い真空ポンプなどが必要で大掛りな装置構成となってしまう。また、能力の低い真空ポンプでは、減圧、制御する容積が大きいため時間がかかり生産性が低下する。
【０００９】
本発明では、チャンバ内の容積が小さく容易にチャンバ内の圧力を減圧、制御できるような真空印刷装置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】
【００１０】
本発明の真空印刷装置は、チャンバと、前記チャンバを上チャンバと下チャンバとに分離する印刷マスクと、前記下チャンバに具備され、被印刷物を支持するステージと、前記印刷マスク上において、前記被印刷物に液状樹脂を供給する領域に対応した位置に設けられた開口部と、前記上チャンバに具備され、前記印刷マスクに平行な面内を所定の方向に移動可能であって、前記開口部に前記液状樹脂を供給するスキージ機構と、を有し、前記チャンバの前記印刷マスクで切った断面積は前記印刷マスクの面積以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、チャンバ内の容積が小さく容易にチャンバ内の圧力を減圧、制御できるような真空印刷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す上面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。
【図６】従来の真空印刷装置の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照してより詳しく説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。減圧状態で液状樹脂の印刷を行うチャンバ１は、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂに分かれており、その間に印刷マスク５が配置された構成となっている。図２は本実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す上面図である。印刷マスク５を含む平面でチャンバ１を切断して得られるチャンバ１の断面積（図２中の斜線部の面積）は、印刷マスク５の面積以下になっている。すなわち、印刷マスク５の外周部１３の少なくとも一部はチャンバ１の外側にある。図２（ａ）のように印刷マスク５の外周部１３全周がチャンバ１の外側にある場合もあるし、図２（ｂ）のように印刷マスク５の外周部１３の一部のみがチャンバ１の外側にある場合もある。いずれの場合にも、印刷マスク５はチャンバ１の外側よりマスク支持機構７によって保持された状態にある。
【００１５】
上チャンバ１ａ側には、図１における横方向に移動が可能であり、且つ左右のスキージ１０が個別に上下動作可能な、液状樹脂を印刷するためのスキージ機構２が具備されている。上チャンバ１ａには、更に液状樹脂を供給するための供給機構を具備させてもよい。
【００１６】
図示はしていないが、上チャンバ１ａが上下方向に移動できるように移動速度と移動距離が制御可能な移動機構が上チャンバ１ａに具備されている。もしくは、上チャンバ１ａは固定でマスク支持機構７が上チャンバ１ａ側に移動するか、印刷マスク５を配置した際に上チャンバ１ａと印刷マスク５が接するような配置を採っていてもよい。これら何れかの構造を採ることで、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂで印刷マスク５を挟み込むことが可能となる。
【００１７】
下チャンバ１ｂには、被印刷物３を支持するステージ４が具備されている。被印刷物３の固定方法としては、ステージ４にクランプ機構を設け被印刷物３を上下から挟み込む方法が採られているが、被印刷物３をステージ４側より吸着させる方法や、印刷マスク５とステージ４で上下より挟み込む方法などでもよい。また、図示はしていないが下チャンバ１ｂが上下に移動できるように移動速度と移動距離が制御可能な移動機構が下チャンバ１ｂに具備されている。被印刷物３の供給が容易にできるよう下チャンバ１ｂが前後または左右に移動できる移動機構を下チャンバ１ｂが具備してもよい。
【００１８】
印刷マスク５には、被印刷物３の樹脂供給領域に対応した位置に開口部６が配置されている。また、被印刷物３より上方に突出したクランプ機構の部分を回避するため、印刷マスク５にはハーフエッチング加工で形成した逃げ部が設けられている。
【００１９】
本実施形態に係る真空印刷装置は、次のように動作し被印刷物３へ液状樹脂の印刷供給を行う。まず、ステージ４上に被印刷物３である各種表面実装部品が実装された回路基板を配置し、クランプ機構で固定する。次に、被印刷物３の印刷領域（樹脂供給領域）と印刷マスク５の開口部６との位置合せを行う。
【００２０】
それから、下チャンバ１ｂは上昇、上チャンバ１ａは下降し印刷マスク５を挟み込む。この時、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂにゴム製のパッキン８が備えられており、チャンバ１内とそれ以外の領域が遮断された状態となる。被印刷物３の表面は印刷マスク５と接した状態、または多少被印刷物３が印刷マスク５を押し込んだ状態となっている。
【００２１】
その後、チャンバ１内の気圧を任意の圧力に減圧、制御する。図示はしていないが、上チャンバ１ａ側に配管を経由して真空ポンプ１２が設置されており、チャンバ１内の減圧が可能となる。また、流量制御方式や圧力制御方式から減圧後のチャンバ１内の圧力が制御される。ここで、チャンバ１の印刷マスク５で切った断面積は印刷マスク５の面積以下であることから、チャンバ１内の容積が小さく短時間での減圧と圧力制御が可能である。
【００２２】
また、印刷マスク５には、スキージ機構２の移動範囲外で、且つチャンバ１内の範囲に少なくとも１箇所以上の貫通孔９が配置されている。上チャンバ１ａと印刷マスク５で仕切られた領域、及び印刷マスク５と下チャンバ１ｂで仕切られた領域に対し、これらの領域間を貫通孔９が接続している。この貫通孔９が配置されていないと、チャンバ１内を減圧した際に圧力差による印刷マスク５の変形が生じてしまう。例えば、上チャンバ１ａ側に真空ポンプに通じる配管が配置されていた場合、上チャンバ１ａと印刷マスク５間の領域で圧力が低く、印刷マスク５と下チャンバ１ｂ間の領域で圧力が高い状態となるため、印刷マスク５は上チャンバ１ａ側に膨れた状態になる。貫通孔９が印刷マスク５に配置されていることで、双方の領域で同じ圧力が得られ印刷マスク５の変形は無い。
【００２３】
印刷マスク５上への液状樹脂の供給方法は、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂで印刷マスク５を挟み込む前に外部から供給する方法や、上チャンバ１ａ側に供給機構を備え付け任意のタイミングで印刷マスク５上へ供給する方法であってもよい。液状樹脂は、エポキシ樹脂に無機フィラーを含有したもので、粘度が２００Ｐａ・ｓ程度である。液状樹脂としては他に、エポキシ樹脂に銀、銅、ニッケルなどの金属フィラーを含有させた導電性樹脂を用いてもよい。
【００２４】
次に、スキージ機構２の右スキージ１０ａを下降させ、０．２ＭＰａの圧力で印刷マスク５を押し込みながら１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動し、液状樹脂を開口部６に印刷充填する。その後、チャンバ１内の圧力を５０００Ｐａまで上昇させ、一定圧に制御する。そして、右スキージ１０ａを上昇させてから左スキージ１０ｂの印刷開始位置に移動し、０．１ＭＰａの圧力で印刷マスク５を押し込みながら左スキージ１０ｂを１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させ、開口部６に充填された液状樹脂の表面を整える。その後、チャンバ１内を大気圧まで上昇させる。最後に、０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で上チャンバ１ａは５ｍｍ上昇、下チャンバ１ｂは５ｍｍ下降することで、印刷マスク５から上チャンバ１ａ、下チャンバ１ｂ、及び被印刷物３が退避し、一連の印刷動作は完了する。
【００２５】
この時、液状樹脂の粘度やチクソ性によって、印刷マスク５の開口部６と被印刷物３との間で液状樹脂の糸引きが起こり印刷状態に影響する場合がある。そのため、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂの移動速度、移動距離を制御し、液状樹脂の糸引きによる影響を抑制する。移動速度、移動距離の制御については多段階で行ってもよい。更に、必要に応じて下チャンバ１ｂが下降した後、被印刷物３の取り出しを容易にするため、下チャンバ１ｂが前後または左右に移動してもよい。
【００２６】
なお、印刷状態は、チャンバ１内の気圧、スキージ機構２の移動速度、スキージ１０の印刷高さか押し込み圧力、スキージ１０の角度や硬さ、印刷回数、及び開口部６の仕様によって制御される。ここで、先に述べたように印刷マスク５に貫通孔９が配置されていることで、印刷マスク５の変形は無く高い印刷性を確保することが可能である。また、貫通孔９は、スキージ機構２の移動範囲外に配置されていることから、液状樹脂で埋まってしまうことは無い。
【００２７】
本実施形態に係る真空印刷装置では、チャンバ１の印刷マスク５で切った断面積が印刷マスク５の面積以下であることから、チャンバ１内の容積が小さく短時間での減圧と圧力制御が可能であり、生産性の向上が図れる。更に、上チャンバ１ａと印刷マスク５間の領域と、印刷マスク５と下チャンバ１ｂ間の領域を貫通する貫通孔９が印刷マスク５に具備されていることで、チャンバ１内を減圧しても領域間で圧力差は生じず印刷マスク５は変形しない。従って、高い印刷性を確保することが可能である。
【００２８】
本実施形態では、印刷マスク５に貫通孔９を設けることで、減圧時におけるチャンバ内の圧力差を回避する構造としたが、これに限定するものでは無く、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂ間を繋ぐ配管を設けた構造などを採ってもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態において第1の実施形態と相違する点は、スキージ機構２に上下に移動する移動機構が具備されておらず、上チャンバ１ａに固定されている点である。
【００３０】
本実施形態に係る真空印刷装置は、次のように動作し被印刷物３へ液状樹脂の印刷供給を行う。まず、第１の実施形態と同様に、被印刷物３の配置と固定、及び印刷マスク５の開口部６との位置合せを行う（図３（ａ））。その後、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂが印刷マスク５を挟み込み、上チャンバ１ａに固定されたスキージ機構２も下降する。
【００３１】
次に、チャンバ１内の気圧を任意の圧力に減圧、制御する。ここで、上チャンバ１ａはスキージ機構２の上下移動機構がないことから高さ方向にも低い状態であり、チャンバ１内の容積を更に小さくすることができ短時間での減圧と圧力制御が可能である。また、上チャンバ１ａと印刷マスク５で仕切られた領域、及び印刷マスク５と下チャンバ１ｂで仕切られた領域に対し、これらの領域をつなぐ貫通孔９が印刷マスク５に配置されていることから、印刷マスク５の変形も生じない。
【００３２】
その後、スキージ機構２が印刷マスク５上を横方向に移動することにより、液状樹脂を開口部６へ印刷供給する（図３（ｂ））。印刷状態は、チャンバ１内の気圧、スキージ機構２の移動速度、スキージ１０の印刷高さか押し込み圧力、スキージ１０の角度や硬さ、印刷回数、及び開口部６の仕様によって制御される。
【００３３】
ここで、同じ被印刷物３に対しスキージ機構２を複数回往復させて印刷する場合は、以下のように動作する。１回目の印刷動作が完了した後、チャンバ１内を大気圧まで開放し上チャンバ１ａを上方に移動することでスキージ機構２を退避させる。そして、スキージ機構２を２回目の印刷開始位置に移動させた後、上チャンバ１ａを再度下降させる。その後、チャンバ１内を任意の気圧に制御し２回目の印刷を行う。スキージ１０に関しては、先端角度を左右それぞれ任意の角度にすることができる。また、回転機構を具備させ、任意の角度に移動できるようにしてもよい。更に、異なる硬度のスキージ１０を貼り合せたものを適用することができる。最後に、下チャンバ１ｂのみ、もしくは上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂの両方を印刷マスク５より退避させることで、印刷マスク５から被印刷物３を離し、一連の印刷動作は完了する。
【００３４】
本実施形態では、上チャンバ１ａの上下動作でスキージ１０の上下動作を行うので、スキージ機構２自体に移動機構が不要となることから上チャンバ１ａの高さを低くできる。従って、チャンバ１内の容積は更に小さくなり短時間での減圧と圧力制御が可能であることから、生産性の向上を図ることができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態は第２の実施形態の変形例であり、上チャンバ１ａが互いに対してスライド可能な内側部分と外側部分とを有し、内側部分を上下に移動させる移動機構を有している。
【００３６】
本実施形態に係る真空印刷装置は、次のように動作し被印刷物３へ液状樹脂の印刷供給を行う。まず、第１の実施形態と同様に、被印刷物３の配置と固定、及び印刷マスク５の開口部６との位置合せを行う（図４（ａ））。その後、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂが印刷マスク５を挟み込む。それから、更に上チャンバ１ａの内側部分が下降し、スキージ１０を印刷高さまで移動させる。
【００３７】
次に、チャンバ１内の気圧を任意の圧力に減圧、制御する。ここで、上チャンバ１ａは面積のみならず高さ方向にも低い状態であることから、チャンバ１内の容積を更に小さくすることができ短時間での減圧と圧力制御が可能である。また、上チャンバ１ａと印刷マスク５で仕切られた領域、及び印刷マスク５と下チャンバ１ｂで仕切られた領域に対し、これらの領域をつなぐ貫通孔９が印刷マスク５に配置されていることから、印刷マスク５の変形も生じない。
【００３８】
その後、スキージ機構２が印刷マスク５上を横方向に移動することにより、液状樹脂を開口部６へ印刷供給する（図４（ｂ））。印刷状態は、チャンバ１内の気圧、スキージ機構２の移動速度、スキージ１０の印刷高さか押し込み圧力、スキージ１０の角度や硬さ、印刷回数、及び開口部６の仕様によって制御される。
【００３９】
ここで、同じ被印刷物３に対しスキージ機構２を複数回往復させて印刷する場合は、以下のように動作する。１回目の印刷動作が完了した後、上チャンバ１ａの内側部分が上方に移動することでスキージ機構２を退避させる。そして、スキージ機構２を２回目の印刷開始位置に移動させた後、上チャンバ１ａの内側部分を再度下降させ、スキージ１０を印刷高さに移動し印刷を行う。スキージ１０に関しては、先端角度を左右それぞれ任意の角度にすることができる。また、回転機構を具備させ、任意の角度に移動できるようにしてもよい。更に、異なる硬度のスキージ１０を貼り合せたものを適用することができる。最後に、下チャンバ１ｂのみ、もしくは上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂの両方を印刷マスク５より退避させることで、印刷マスク５から被印刷物３を離し、一連の印刷動作は完了する。
【００４０】
本実施形態では、上チャンバ１ａが２つに分かれた分割構造で内側部分が上下に移動できる。従って、同じ被印刷物３に対しスキージ機構２を複数回往復させて印刷する場合においても各印刷後に大気圧に戻す必要がなく効率化が図れる。
【００４１】
なお、上記では上チャンバ１ａはその内側部分が上下に移動できるものとしたが、外側部分が上下に移動可能である構成を採ってもよい。その場合、スキージ機構２は上チャンバ１ａの外側部分に固定されており、外側部分の上下動とともに移動することになる。
【００４２】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る真空印刷装置の概略を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、チャンバ１内にエアバック１１が具備されている点である。
【００４３】
本実施形態に係る真空印刷装置は、次のように動作し被印刷物３へ液状樹脂の印刷供給を行う。まず、第１の実施形態と同様に、被印刷物３の配置と固定、及び印刷マスク５の開口部６との位置合せを行う。その後、上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂが印刷マスク５を挟み込む。それから上チャンバ１ａ内に具備されているエアバッグに外部から空気を導入することによって膨張させる。
【００４４】
次に、チャンバ１内の気圧を任意の圧力に減圧、制御する。ここで、上チャンバ１の容積は膨張したエアバッグの分だけ小さくなっており、短時間での減圧と圧力制御が可能である。また、上チャンバ１ａと印刷マスク５で仕切られた領域、及び印刷マスク５と下チャンバ１ｂで仕切られた領域に対し、これらの領域をつなぐ貫通孔９が印刷マスク５に配置されていることから、印刷マスク５の変形も生じない。
【００４５】
その後、スキージ機構２が印刷マスク５上を横方向に移動することにより、液状樹脂を開口部６へ印刷供給する。最後に、下チャンバ１ｂのみ、もしくは上チャンバ１ａと下チャンバ１ｂの両方を印刷マスク５より退避させることで、印刷マスク５から被印刷物３を離し、一連の印刷動作は完了する。
【００４６】
本実施形態では、チャンバ１内を任意の圧力に減圧する際に、このエアバック１１を膨らませることにより、チャンバ１内の容積を更に小さくすることができ短時間での減圧が可能となる。また、エアバック１１に流入する気体の流量を制御することでエアバック１１内の容積を制御し、チャンバ１内の圧力を調整することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１      チャンバ
１ａ    上チャンバ
１ｂ    下チャンバ
２      スキージ機構
３      被印刷物
４      ステージ
５      印刷マスク
６      開口部
７      マスク支持機構
８      パッキン
９      貫通孔
１０    スキージ
１０ａ  右スキージ
１０ｂ  左スキージ
１１    エアバッグ
１２    真空ポンプ
【図１】
2014162036.tif 000003
【図２】
2014162036.tif 000004
【図３】
2014162036.tif 000005
【図４】
2014162036.tif 000006
【図５】
2014162036.tif 000007
【図６】
2014162036.tif 000008