(57)【要約】【課題】電子部品を高密度に搭載するための、開口部の大きさが５０〜１５０μｍ、繰返しピッチが１００〜２５０μｍのメタルマスクを用いて、クリームはんだを印刷してはんだ端子を形成する際に、印刷版からのクリームはんだの転写性の不良に起因するクリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥、及びはんだ端子の転写位置の不良の発生を防止する。【解決手段】感光層を有する導電性基板にクロムマスクを用いてフォトリソグラフ法により印刷バターンを形成し、電鋳法により作られ、且つメタルマスクのビッカース硬度を２００〜３５０ＨＶ、プリント配線基板側の表面粗さＲｚを１〜８μｍ、該メタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けた版のテンションを０．２５〜０．３２ｍｍにする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリームはんだ印刷用の開口部の大きさが５０〜１５０μｍ、該開口部の繰返しピッチが１００〜２５０μｍ、且つメタルの板厚が２０〜５５μｍのクリームはんだ印刷用のメタルマスクであって、感光層を有する導電性基板にクロムマスクを用いてリソグラフ法によりパターン形成を行い、電鋳法により製造され、且つメタルマスクのスキージ−面側の硬度がビッカース硬度で２００〜３５０ＨＶ、及び／又は被印刷面側の表面粗さＲｚが１〜８μｍであることを特徴とするクリームはんだ印刷用のメタルマスク。
【請求項２】
請求項１のメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けたメタルマスク印刷版。
【請求項３】
前記メタルマスク印刷版のテンションが０．２５〜０．３２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のメタルマスク印刷版。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や半導体チップを高密度に実装するための接続用のはんだ端子を形成する際に使用するクリームはんだの印刷用のメタルマスク、及びこのメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けたメタルマスク印刷版に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話を筆頭に、電子回路の小型軽量化の要請から、プリント配線基板に電子部品を高密度に、特にプリント配線基板の両面に電子部品を高密度に実装することが広く行われている。この高密度実装においては、プリント配線基板面に電子部品を実装するために、プリント配線基板にクリームはんだを印刷し、はんだ端子の高精細な配線パターンを形成し、該はんだ端子に電子部品や半導体チップを搭載し、はんだリフロー炉を通して電子部品や半導体チップの実装を行う。この際、はんだ端子の配線パターンを高精細に印刷するための印刷版が種々提案され、実用に供されている。
【０００３】
例えば、印刷パターンが形成された金属板（メタルマスク）を紗を介して金属枠に貼り付けたメタルマスク印刷版は、高精細印刷性、印刷精度の耐久性、印刷版の作り易さ等のために広く用いられている。金属板に配線パターンを形成する方法（メタルマスクの製造法）としては、金属板にフォトリソグラフ法を用いて金属をエッチングして作られるエッチング法、レーザーによりパターン状に直接金属板に穴を開けるレーザ法、導電性金属表面にフォトレジスト膜で配線パターンを形成し、電鋳により製作するアディティブ法等があり、電子部品の実装密度と経済性の点から使い分けられている。この中でアディティブ法によるメタルマスクは高精細なパターンの加工がし易く、最も高密度な配線パターンの印刷に用いられている。
【０００４】
しかしながら高密度実装用の高精細メタルマスクは前記したようにアディティブ法で作製できても、このメタルマスクを用いてプリント配線基板にクリームはんだを印刷し、電子部品の実装用のはんだ端子を形成した場合、パターンが高精細になればなる程、印刷版の版離れが悪くなったり、クリームはんだの版からの抜けが悪くなり、クリームはんだの転写性の悪化を招く。その結果転写されたクリームはんだが滲んだり、形成されたはんだ端子に欠け、割れ、抜け等の欠陥が発生したり、印刷中に版が延伸してはんだ端子の転写位置の精度が低下したりして、はんだ端子の印刷工程の歩留まり低下の大きな原因となっていた。
前記したクリームはんだ印刷時の問題点を改良するために、特開平１０−１２９１４０には、メタルマスクの被印刷面側を鏡面にし、開口にテーパーをつけたメタルマスクが提案されている。
又、特開２０００−３１３１７９には、メタルマスクの開口部の外側に凹部を設け、印刷版の版離れを改良したメタルマスクが提案されている。
しかし、このような改良されたメタルマスクでも、印刷性は必ずしも十分とは言えず、その更なる改良が求められている。
【０００５】
一方、近年環境上の問題から、従来の鉛はんだから鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだに移行しつつあるが、この鉛フリーはんだを使用した場合、クリームはんだの戻りが少なく、印刷が難しく、形成されたはんだ端子に欠け、割れ、抜け等の欠陥が発生し易いと言う問題が顕在化してきている。
【０００６】
そこで最近、前記鉛フリーはんだの印刷性を改善すると共に、印刷の高速化とロングラン運転を目的として、密閉スキージー方式の印刷機が開発されている。この密閉スキージー式印刷機はスキージ設置空間の圧、温度を一定に保持することにより、前記目的を達成している。しかし、この印刷機を用いても鉛フリーはんだを高密度に、且つ高歩留まりで印刷をすることは難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、板厚が２０〜５５μｍ、大きさが５０〜１５０μｍのクリームはんだ印刷用の開口部を繰返しピッチ１００〜２５０μｍで有するメタルスクリーンを用いて、クリームはんだを印刷することによってプリント配線基板等に高密度実装用のはんだ端子を形成する際に、前記したクリームはんだの滲み、はんだ端子の、欠け、抜け、割れ等の欠陥の発生、及びはんだ端子の転写位置の精度低下を防止するための印刷用メタルマスクを開発することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、メタルマスクの金属の特性、特にビッカース硬度、表面粗さ、及び該メタルマスクを紗を介して貼り付けた後の印刷版のテンション等がクリームはんだの印刷版からの抜けに大きく関係していることを見つけると共に、パターン形成時に使用する露光マスクを検討することにより、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、
１．クリームはんだ印刷用の開口部の大きさが５０〜１５０μｍ、該開口部の繰返しピッチが１００〜２５０μｍ、且つメタルの板厚が２０〜５５μｍのクリームはんだ印刷用のメタルマスクであって、感光層を有する導電性基板にクロムマスクを用いてリソグラフ法によりパターン形成を行い、電鋳法により製造され、且つメタルマスクのスキージ−面側の硬度がビッカース硬度で２００〜３５０ＨＶ、及び／又は被印刷面側の表面粗さＲｚが１〜８μｍであることを特徴とするクリームはんだ印刷用のメタルマスク。
２．前記１のメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けたメタルマスク印刷版。
３．前記メタルマスク印刷版のテンションが０．２５〜０．３２ｍｍであるメタルマスク印刷版、である。
【０００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のメタルマスク、特に電子部品の高密度実装用のクリームはんだ印刷用のメタルマスク及びそれを用いた印刷版について詳細に説明する。
本発明のメタルマスクは、板厚が２０〜５５μｍ、大きさが５０〜１５０μｍのクリームはんだ印刷用の開口部を、繰返しピッチ１００〜２５０μｍで有する。
【０００１１】
本発明においける印刷版用のメタルマスクに用いられる金属としては、ニッケル、銅、クロム、亜鉛、鉄等の金属やこれら金属の合金等、及び前記金属やその合金の積層体が挙げられ、なかでも得られるメタルマスクの硬度等の点からニッケル及びニッケル合金が好ましい。
【００１２】
本発明のメタルマスクはクリームはんだ印刷用の開口部を有するが、その形状は特に制限はなく、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、台形等の四角形、六角形及び八角形等の多角形、その他瓢箪形、ダンベル形等の不定形等が挙げられる。そしてその大きさは、高密度実装のためには、前記した種々の形状の最大の開口部が５０〜１５０μｍである。
【００１３】
一方、印刷版からのクリームはんだの抜け性によるクリームはんだの転写性の点から、印刷用開口部が形成されたメタルマスクはスキージ−面側のビッカース硬度は２００〜３５０ＨＶが好ましい。ビッカース硬度が２００ＨＶ未満の場合は印刷中にメタルマスクが延伸し、はんだ端子の位置精度が低下したり、印刷耐久性が悪くる等の不良を生じ、好ましくない。他方、硬度が３５０ＨＶを超える場合はメタルマスクの基板への追従性が低下し、クリームはんだの未転写が生じて好ましくない。一方、非印刷面側の表面粗さＲｚは１〜８μｍが好ましい。表面粗さＲｚが１μｍ未満の場合は版離れが悪くなり、転写性の不良を生じ、８μｍを超える場合はプリント配線基板に転写されたクリームはんだに滲みが生じて好ましくない。この版離れやクリームはんだの滲みの点からは、表面粗さＲｚは３〜７μｍが更に好ましい。又、本発明においては、メタルマスクの前記したビッカース硬度、及び表面粗さは両方を満足するのが最も好ましい。
被印刷面側のビッカース硬度は特に制限はなく、スキージ−側の硬度と同じでも、硬くても、柔らかくても良い。電鋳法でメタルマスクを製作すると両側の表面硬度は通常はそれ程大きくは変化はしない。一方、スキージー面側の表面粗さにも特に制限はないが、粗すぎるとスキージ−がスムースに動かず、クリームはんだを均一に引き難い。この点からはスキージー面側の表面粗さはＲｙで２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下が更に好ましい。メタルマスクの導電性基板（母材）側の表面は母材の表面粗さを反映し、母材と逆の面は電鋳条件によって変化するので所望の粗さに制御することが出来る。
ここで、ビッカース硬度の測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に準拠して測定した値、又、表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ  Ｂ０６６０：１９９８に規程されている１０点平均粗さを言う。表面粗さの測定方法は触針式、光学式、二次電子式等種々提案されており、測定範囲、感度、使い勝手等が異なり、使用目的に応じて使い分けられている。本発明では光学式であるレーザー顕微鏡を用いた。尚、メタルマスクの面積の大きさに比してビッカース硬度、表面粗さ共に測定範囲が狭いので、メタルマスクの偏らない多数の点を測定し、その平均値で表示した。具体的にはビッカース硬度は５点以上、表面粗さは２７点以上である。
【００１４】
又、このメタルマスクからのクリームはんだの抜け性の点からは、クリームはんだが通過する開口部のテーパーは０〜１０μｍが好ましく、１〜７μｍが更に好ましい。
【００１５】
更に、本発明においては、前記したメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてメタルマスク印刷版となるが、用いられる紗としてはポリエステル、ナイロン、シルク、金属等からなる１００〜３００メッシュの網目からなるメッシュスクリーンが挙げられる。メタルマスクを貼り付けた後の版のテンションは、０．２５〜０．３２ｍｍが好ましい。版のテンションが０．２５ｍｍ未満の場合は、印刷版の版離れが急激起こり、はんだ端子に欠けが生じ、一方、該テンションが０．３２ｍｍを越える場合は、印刷時に版離れが悪くなり、転写不良を起こし、はんだ端子に欠け、割れ等の欠陥が生じ、好ましくない。これらの印刷版の急激な版離れ、及び版離れの悪さの点からは、版のテンションは０．２８〜０．３０ｍｍが更に好ましい。
【００１６】
印刷版のテンションは種々の測定法、測定機が提案されているが、本発明における印刷版のテンションとは、印刷版の中央部に一定の荷重を付加した際の印刷版のたわみ量で表示し、東京プロセスサービス（株）製のテンションゲージＳＴＧ−８０Ａを用いて測定した値とする。又、版のテンションは金属枠に紗を貼り付ける際のテンションを変えることによって所望のテンションに制御することができる。
【００１７】
本発明の印刷版に用いられる金属枠としては、アルミ、ステンレス、銅等のからなる金属枠が挙げられる。
【００１８】
本発明のメタルマスク、及びメタルマスク版の製造方法に関して述べる。先ず、メタルマスクの製造方法としては、導電性基板（母材）にフォトレジストを塗布、又はラミネートし感光層を形成し、フォトリソグラフ法により印刷パターンを形成し、電鋳法によりニッケル等の金属を所定の膜厚形成した後、母材を剥離して製作される。
【００１９】
前記メタルマスクの製造方法を更に詳細に説明する。
表面がフラットで、導電性を有する金属、例えば、ステンレス、銅、アルミ、ニッケル等からなる基板、又はガラス、プラスチック等の非導電性の基板に蒸着、スパッター、又は無電解メッキ法で導電性の金属薄膜を形成した基板を母材とし、該母材にフォトレジストを塗布、又は積層する。フォトレジストとしてはドライフィルムや液状レジストがあり、それぞれネガ型、ポジ型のどちらでも用いることができる。
【００２０】
次に該フォトレジストを成膜した基板に、印刷パターンを有するマスクを通して、紫外線露光を行う。この際用いるマスクには、樹脂フィルム製マスク、ガラスマスクがある。ガラスマスクには銀塩乳剤でパターンを形成したエマルジョンマスクと金属クロムでパターンを形成したクロムマスクがある。本発明においては印刷パターンが高精度で形成できる点、露光作業が煩雑でない点からクロムマスクが好ましい。エマルジョンマスクはマスク部が銀塩乳剤からなり、その膜厚は通常８μｍ以上あり、且つ露光時にマスク部を保護するために５０μｍ程度のフィルムを介して該エマルジョンマスクのマスク面をフォトレジスト面に重ねる。一方、クロムマスクにおいてはマスク部が金属クロムからなるため、マスク部の膜厚を０．１〜０．３μｍと薄膜にでき、且つ露光時にはフィルムを介さずにマスク面を直接フォトレジスト面に重ねることができる。
【００２１】
露光方法としてはフォトレジスト膜表面にマスクを密着して露光しても、又はギャップを設けて露光しても良い。露光した後、フォトレジスト膜をアルカリ溶液、溶剤等により現像し、導電性基板上にフォトレジスト膜の印刷パターンを形成する。すなわち、クリームはんだが通過する開口部に相当する部分にはフォトレジスト膜が残り、その他のクリームはんだが印刷されない部分はフォトレジスト膜が除去され、導電性の基板表面が露呈した状態になる。
【００２２】
次に、このフォトレジスト膜で印刷パターンが形成された基板を金属メッキの槽に浸し、通電しながら、所定の膜厚が得られるまで電鋳を行う。この際用いられる金属としては、ニッケル、銅、クロム、亜鉛等を主成分にする金属が好ましく、特にメタルのビッカース硬度等の点からニッケルを主成分にする金属が好ましい。
ニッケルメッキをする際に用いられるメッキ浴としては、通常のワット浴、スルファミン酸浴、酢酸ニッケル浴等が用いられる。
【００２３】
尚、本発明のメタルマスクの特徴であるビッカース硬度、及び表面粗さは、メッキ浴の組成、メッキ温度、電流密度等の電鋳条件をコントロールすることにより得ることが出来る。又、表面粗さは母材表面を所望の粗さに加工し、該母材を用いて電鋳を行い母材表面の粗さをメタルマスクに転写する方法もあるが、ビッカース硬度と同じように、メッキ浴の組成、メッキ温度、電流密度等の電鋳条件をコントロールすることにより母材とは逆の面を所望の粗さにすることもできる。
【００２４】
本発明のメタルマスクの膜厚は前記したように２０〜５５μｍであるが、該膜厚が２０μｍ未満の場合は版の強度が不足し、使用中に版が延伸し、形成される端子の位置精度が低下し、又、５５μｍを超える場合は端子のはんだ量が多くなりすぎ、はんだが溶融した際に広がり過ぎたり、はんだの抜け性そのものが劣り好ましくない。
【００２５】
次に、導電性基板からなる母材からメタルマスクを剥離し、アルカリ溶液等で洗浄して残存するレジスト膜を除去し、メタルマスクを製作する。
【００２６】
前記して作られたメタルマスクを用いてメタルマスク版作るには、金属枠に紗を貼り付け、該紗に前記メタルマスクの外周部を接着剤を用いて貼り付けた後、接着部より内側の紗を切り取る。この様にして金属枠にメタルマスクの外周部を紗を介して貼り付けたメタルマスク印刷版が出来上がる。
【００２７】
本発明のメタルマスクを用いて、プリント配線基板上にクリームはんだを印刷し、はんだ端子を形成するが、形成されたはんだ端子の形状は通常、直径５０〜１５０μｍ、ピッチ１００〜２５０μｍ程度である。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。
【００２９】
〔実施例１〕
板厚０．２ｍｍ、５５０×６５０ｍｍのＳＵＳ３０４の基板の表面を整面（バフ研磨）し、ドライフィルムレジスト（ＦＰ２４０、東京応化工業（株）製）を両面にラミネートした。次に、電子部品搭載用のはんだ端子パターンとして、直径１００μｍの紫外線を透過しない黒色の円を繰り返しピッチ１５０μｍで２５００（５０×５０）個からなる基本パターンを４つ面取りしたパターンをガラスに金属クロムで形成したクロムマスクを使用して、ミラー反射型平行光露光機で両面露光し、１５分エージングした後、１．０％の炭酸ナトリウム水溶液で現像、水洗してＳＵＳ３０４の基板の両面にドライフィルムレジスト膜のはんだ端子パターンを形成した。
【００３０】
次に、スルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、２Ａ／ｄｍ２、浴温度４５℃で前記基板上に厚さ３０μｍのニッケル膜を形成した。該ニッケル膜が形成された基板（母材）からニッケル膜を剥離し、得られたニッケル膜を５０℃の１．０％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してレジスト膜を除去して４００×４８０ｍｍのニッケル製のメタルマスクを作製した。
該メタルマスクのビッカース硬度は２８０ＨＶ（ビッカース硬度計ＭＶＫ−Ｇ１、（株）アカシ製）であった。又、開口部のテーパーは平均４μｍであった。
【００３１】
次に、１８０メッシュのポリエステル製の紗が張られた外形５５０×６５０ｍｍのアルミ製枠に、前記メタルマスクを母材面側がスキージ−面になるようにエポキシ系接着剤を用いて貼り付けてメタルマスク版を作製した。該版の被印刷面（プリント配線基板面）側のメタルマスクの表面粗さＲｚは５μｍ（超深度形状測定顕微鏡  ＶＫ−８５００、（株）キーエンス製で測定）、版のテンションは０．２９ｍｍ（テンションゲージＳＴＧ−８０Ａ、東京プロセスサービス（株）製で測定）であった。
【００３２】
前記して作られたメタルマスクスクリーンを用いて、通常の方法に従って    基板上に平均粒径が１１μｍの鉛フリーのクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研株式会社製）をスクリーン印刷機（ＳＰ２８Ｐ−ＤＨ、パナソニックファクトリーソリューション株式会社製）を用いて印刷し、乾燥し、直径略１００μｍのはんだ端子１万個を形成した。該１万個の端子を観察したが、クリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。又、はんだ端子の位置精度も全く問題はなかった。
【００３３】
〔実施例２〜５、比較例１〜４〕
ニッケルメッキのメッキ条件（メッキ浴、電流密度Ａ／ｄｍ２）が表１に示す以外は実施例１と同じ方法でメタルマスクを作り、メタルマスク版を作製した。メタルマスクの硬度、版の表面粗さの測定、及びクリームはんだの印刷を行い、形成されたはんだ端子の観察を行った。
結果は、実施例２〜５においては、クリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。又、はんだ端子の位置精度も問題なかった。一方、比較例１においては、印刷時の版離れが悪く、クリームはんだの転写不良によるはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥が生じた。比較例２においては、クリームはんだの滲み、及び転写不良によるはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥が生じた。比較例３においては、転写不良によるはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥が生じると共に、はんだ端子の位置精度が
低下した。比較例４においては、クリームはんだの滲みが生じ、且つはんだ端子の位置精度が低下した。
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【００３４】
〔比較例５、６〕
アルミ枠に紗を貼り付ける際のテンションを変える以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク版を作り、版のテンションを測定した後、はんだクリームを印刷し、形成したはんだ端子の評価を行った。
その結果は、比較例５及び６の版のテンションはそれぞれ０．３５、０．２０であった。クリームはんだの印刷結果は、比較例５においては、印刷時の版離れが悪く、転写不良をお越し、はんだ端子に欠け、割れ等の欠陥が生じた。一方、比較例６においては、印刷版の版離れが急激起こり、はんだ端子に欠けが生じた。
【００３５】
【発明の効果】本発明のメタルマスクはビッカース硬度を２００〜３５０ＨＶ、プリント配線基板側の表面粗さＲｚを１〜８μｍ、該メタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けた版のテンションを０．２５〜０．３２ｍｍにすることによって、クリームはんだを印刷した際のクリームはんだの転写性不良に由来するクリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥、及びはんだ端子の転写位置の不良を防止することができ、はんだ端子形成工程の歩留まりが大きく向上した。
【整理番号】ＭＰ０３０００１