(57)【要約】【課題】アタック角の設定が可能で、ペーストの充填圧力の制御が可能であり、安定した充填性が得られる印刷方法および印刷装置を提供する。【解決手段】基板１上に配置され、複数の開口部３が形成されたマスク２と、このマスクの表面に沿って移動可能なスキージユニット１０とを備える。スキージユニットは、先端部がマスクの表面に近接するよう下向きに配置された板状フレーム２０と、フレームの上部に配置されたローラ１７と、ローラを所定方向に回転駆動するモータ１５と、フレームとローラとの間に巻き掛けられ、ローラによって周回駆動されるベルト２１とを具備する。スキージユニットの移動方向前方にペーストＰを供給し、スキージユニットをマスクの表面に沿って移動させることにより、ベルト２１によってペーストＰをマスク２の開口部３に充填する。【選択図】                図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に開口部を有するマスクを配置し、上記マスクの上にペーストを供給し、上記マスクの表面に沿ってスキージを移動させることにより、マスクの開口部にペーストを充填し、しかる後にマスクを基板から剥離することで、基板上にペーストを印刷する印刷方法において、
上記スキージは、先端部が上記マスクの表面に近接するよう配置された板状フレームと、上記フレームの外周に沿って周回駆動されるベルトとを具備し、
上記ベルトをスキージの移動方向と同一方向または逆方向に周回駆動しながら上記スキージをマスクの表面に沿って移動させることにより、ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填することを特徴とする印刷方法。
【請求項２】
上記ベルトは、スキージの移動方向と同一方向に周回駆動されることを特徴とする請求項１に記載の印刷方法。
【請求項３】
上記ベルトは、スキージの移動方向と逆方向に周回駆動されることを特徴とする請求項１に記載の印刷方法。
【請求項４】
上記ベルトは、スキージの移動方向と同一方向に周回駆動されるとともに、ベルトの表面速度をスキージの移動速度と同一速度とすることを特徴とする請求項１に記載の印刷方法。
【請求項５】
基板上に開口部を有するマスクを配置し、上記マスクの上にペーストを供給し、上記マスクの表面に沿ってスキージを移動させることにより、マスクの開口部にペーストを充填し、しかる後にマスクを基板から剥離することで、基板上にペーストを印刷する印刷装置において、
上記スキージは、先端部が上記マスクの表面に近接するよう下向きに配置された板状フレームと、フレームの上部に配置されたローラと、ローラを所定方向に回転駆動する駆動手段と、上記フレームとローラとの間に巻き掛けられ、ローラによって周回駆動されるベルトとを具備し、
上記スキージの移動方向前方にペーストを供給し、スキージをマスクの表面に沿って移動させることにより、上記ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填可能としたことを特徴とする印刷装置。
【請求項６】
上記フレームは、その先端部が移動方向後方に向かって傾斜しており、フレームの移動方向前面には、ベルトの内周面を摺動自在に支える平面状ガイド面が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電ペーストやはんだペーストなどのペーストを基板に印刷する印刷方法および印刷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−２３７９８６号公報
従来、基板上にペーストを転写・印刷する方法として、スクリーン印刷法が知られている。この方法は、基板上にメタルマスクを配置し、メタルマスク上にペーストを供給し、ウレタンゴムや金属などで形成された板状スキージをメタルマスクの表面に沿って移動させることにより、メタルマスクの開口部にペーストを充填し、しかる後にメタルマスクを基板から剥離することで、基板上にペーストをメタルマスクの開口部に対応した形状で転写する方式である。
この印刷方法の長所は、装置の構造が単純であり、ペーストの充填作業などが迅速で簡便であり、かつ安価であることである。一方、短所は、ペーストをマスクの開口部に充填する際、必要な充填圧力をスキージ速度だけでは制御できず、充填性が安定しないことである。
【０００３】
図７は板状スキージを使用した場合の充填動作を示す。図において、３０はスキージ、３１はマスク、３２はマスクの開口部、３３は基板、Ｐはペーストである。
スキージ３０がマスク３１の表面に沿って水平移動することで、スキージ３０の先端部近傍の狭角部にペーストＰが密集し、ペーストＰの圧力が増加する。この圧力により、ペーストＰが開口部３２に差しかかった時、ペーストＰが開口部３２に充填される。この圧力はスキージ３０の移動速度に比例して上昇するが、ペーストＰがスキージ３０の表面に沿って矢印方向ａに逃げることで、圧力上昇が抑制される。
ペーストＰはその材料によって、粘性やチクソ性などの特性が異なるため、マスク開口部３２への充填性も異なる。そのため、ペーストＰの特性に応じてスキージ３０の制御を行うのが望ましいが、スキージ３０の角度または移動速度を調整するしか方法がなく、ペーストＰの特性に応じた適切な充填制御を行うことは難しい。
【０００４】
特許文献１には、板状スキージに代えてローラスキージを使用し、ローラスキージをメタルマスクの上に密接させ、ローラスキージを回転させながらメタルマスクの表面に沿って移動させることにより、充填性を高めた充填装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ローラスキージを使用した充填方法では、アタック角（マスクに対するスキージの角度）を設定できず、ペーストの充填圧力を制御できない。すなわち、ローラスキージでは、マスクと接する部分の角度がほぼ０°となるため、スキージの先端のペースト圧力が高くなり過ぎ、スキージの掻き取り不足が発生する。
スキージの掻き取り不足を防ぐため、ペーストの印圧を大きくすると、えぐれの発生やマスクのダメージが発生してしまう。
その結果、ローラスキージを使用した場合も安定した充填性が得られないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、アタック角の設定が可能で、ペーストの充填圧力の制御が可能であり、安定した充填性が得られる印刷方法および印刷装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、基板上に開口部を有するマスクを配置し、上記マスクの上にペーストを供給し、上記マスクの表面に沿ってスキージを移動させることにより、マスクの開口部にペーストを充填し、しかる後にマスクを基板から剥離することで、基板上にペーストを印刷する印刷方法において、上記スキージは、先端部が上記マスクの表面に近接するよう配置された板状フレームと、上記フレームの外周に沿って周回駆動されるベルトとを具備し、上記ベルトをスキージの移動方向と同一方向または逆方向に周回駆動しながら上記スキージをマスクの表面に沿って移動させることにより、ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填することを特徴とする印刷方法を提供する。
【０００８】
請求項５に係る発明は、基板上に開口部を有するマスクを配置し、上記マスクの上にペーストを供給し、上記マスクの表面に沿ってスキージを移動させることにより、マスクの開口部にペーストを充填し、しかる後にマスクを基板から剥離することで、基板上にペーストを印刷する印刷装置において、上記スキージは、先端部が上記マスクの表面に近接するよう下向きに配置された板状フレームと、フレームの上部に配置されたローラと、ローラを所定方向に回転駆動する駆動手段と、上記フレームとローラとの間に巻き掛けられ、ローラによって周回駆動されるベルトとを具備し、上記スキージの移動方向前方にペーストを供給し、スキージをマスクの表面に沿って移動させることにより、上記ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填可能としたことを特徴とする印刷装置を提供する。
【０００９】
本発明では、スキージに板状フレームとこのフレームの外周に沿って周回駆動されるベルトとを設け、ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填している。すなわち、アタック角はフレームによって与え、ペーストの挙動をベルトで制御している。ペーストは粘度やチクソ性など種々の特性を持つ。粘度の高いペーストでは、ペーストをローリングさせずに高い圧力でマスクの開口部へ押し込む方が充填性が向上し、一方チクソ性の高いペーストでは、ペーストを積極的にローリングさせることで粘性を低くし、流動性を高める方が充填性が向上する。
そこで、ペーストが高粘度の場合には、請求項２のようにベルトをスキージの移動方向と同一方向（順方向）に周回駆動する。スキージ先端部近傍の狭角部にペーストが密集した時、ペーストがスキージの表面に沿って逃げないので、狭角部における圧力上昇が大きくなり、充填圧力を高めることができる。そのため、高粘度のペーストであっても、開口部への充填性を高めることができる。
一方、ペーストがチクソ性を有する場合には、請求項３のようにベルトをスキージの移動方向と逆方向に周回駆動すれば、スキージ先端部近傍の狭角部に密集したペーストに対してローリング挙動を与え、ペーストを強制回転させてその粘度低下を引き起こさせる。この粘度低下により流動性が高まり、通常の板状スキージを使用した場合よりも開口部へ充填しやすくなる。
このようにペーストの特性に応じてベルトの回転方向や回転速度を制御することで、安定した充填性を得ることができる。
また、ローラスキージを使用した場合とは異なり、アタック角を設定できるので、ペーストの充填圧力を制御できる。
【００１０】
請求項４のように、ベルトをスキージの移動方向と同一方向に周回駆動させ、ベルトの表面速度をスキージの移動速度と同一速度としてもよい。
この場合は、請求項２と同様に狭角部における圧力上昇を増大させ、充填圧力を高めることができるとともに、ベルトとマスク表面との間に相対速度差がないので、マスクおよびベルトの摩耗を抑制することができる。
【００１１】
請求項６のように、フレームは、その先端部が移動方向後方に向かって傾斜しており、フレームの移動方向前面には、ベルトの内周面を摺動自在に支える平面状ガイド面が設けられている構造とするのがよい。
ベルトの移動方向前面側にはペーストが溜まるので、その液圧によってベルトに撓みが発生し、ベルトの弛みの原因になる。これに対し、ベルトの移動方向前面側の背後をフレームに設けたガイド面で支えるので、ベルトの弛みを防止でき、安定した充填性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明にかかる印刷装置の一例を示す。この例は、はんだペーストＰを半導体装置などの基板の電極パッド上に印刷するものである。
図において、１は表面に電極パッド（図示せず）が形成された基板であり、その上面にはＳＵＳなどの金属材料よりなるメタルマスク２が配置されている。メタルマスク２には、電極パッドに対応した複数の開口部３が形成されている。ここで使用したはんだペーストＰの粘度は２００〜３００Ｐａ・ｓであり、メタルマスク２の開口部３の寸法は、縦０．１〜０．３ｍｍ、横０．０５〜０．１ｍｍ、深さ０．０５〜０．１ｍｍである。
【００１３】
メタルマスク２の上方には、メタルマスク２の表面に沿って移動可能なスキージユニット１０が設けられている。スキージユニット１０は、一対の軸１１によって水平方向に摺動自在にガイドされたガイド部材１２と、ガイド部材１２に対して上下動可能に設けられた支持部材１３とを備えている。ガイド部材１２は図示しない駆動手段によって水平方向に往復移動される。支持部材１３の頂部には２本の軸１４が連結され、これら軸１４はガイド部材１２をスライド自在に貫通して上方へ延びている。ガイド部材１２の上面には圧力印加装置９が固定されており、上記軸１４は圧力印加装置９に連結されている。軸１４は圧力印加装置９によって上下方向に駆動される。
【００１４】
支持部材１３は下方が開口した略コ字形に形成され、支持部材１３の内部には駆動手段である電動モータ１５が固定されている。モータ１５の回転軸１６は支持部材１３の側方へ突出している。支持部材１３の内部であって、電動モータ１５より下部には、ローラ１７が水平軸を支点として回転自在に支持されている。ローラ１７は例えば直径が１０〜３０ｍｍ、軸長が１００〜２００ｍｍのドラム状であり、その中心軸１８の両端部は支持部材１３によって回転自在に支持されている。中心軸１８の一端部は支持部材１３から側方へ突出しており、この一端部とモータ１５の回転軸１６との間に伝動ベルト１９が巻き掛けられている。そのため、ローラ１７はモータ１５によって回転駆動される。なお、ここではローラ１７を回転駆動するためベルト１９を用いたが、例えば回転軸１６と中心軸１８との間にギヤを設けてローラ１７を回転駆動してもよいし、モータ１５とローラ１７とを同軸上に配置し、モータ１５の回転軸をローラ１７に直結してもよい。
【００１５】
支持部材１３の下方へ延びる一対の脚部１３ａの間には、板状フレーム２０が架け渡して固定されている。フレーム２０の下端部には、ローラ１７の直径より薄肉な先端部２０ａがメタルマスク２の表面に近接するよう下向きに配置されている。フレーム２０の先端部２０ａとローラ１７との間には、幅広な平ベルト２１が所定のテンションをもって巻き掛けられている。この実施例のベルト２１は、ＳＵＳのような金属ベルトであるが、樹脂ベルトであってもよい。フレーム２０の先端部２０ａは円筒面形状に形成されているため、ベルト２１の内周面と円滑に摺接することができる。フレーム２０は、メタルマスク２に対して所定のアタック角θを持つように、スキージユニット１０の移動方向後方に向かって傾斜している。フレーム２０の移動方向前面には、ベルト２１の内周面を摺動自在に支える平面状ガイド面２０ｂが設けられている。
なお、この実施例では、支持部材１３の移動方向前面にベルト２１の外周面に摺接するスクレーパ２２が設けられ、ペーストＰがベルト２１の幅方向全体に行き渡るように広げられる。
【００１６】
上記構成よりなる印刷装置は、次のようにしてペーストＰをメタルマスク２の開口部Ｐに充填する。
まず、ベルト２１の下端部がメタルマスク２の表面に接触するようにスキージユニット１０を降下させ、圧力印加装置９によってベルト２１とメタルマスク２との接触圧を調整する。そして、メタルマスク２の上にペーストＰを供給し、スキージユニット１０をメタルマスク２に沿って所定の速度で移動させると同時に、ローラ１７を駆動する。ローラ１７の駆動方向は、ベルト２１の周回方向とスキージユニット１０の移動方向とが同一方向となる方向である。ペーストＰはベルト２１の移動方向前面に溜められ、スクレーパ２２によって幅方向全体に押し広げられる。そして、ベルト２１によってペーストＰはメタルマスク２の開口部３に充填される。
【００１７】
図５は上記印刷装置の動作原理を示す。
スキージユニット１０が水平移動することにより、ベルト２１の下端部近傍の狭角部にペーストＰが溜められ、ペーストＰの圧力はスキージユニット１０の移動速度に比例して上昇する。特に、ベルト２１の周回方向がスキージユニット１０の移動方向と同一方向（順回転）であるため、図５に矢印ｂで示すようにベルト２１付近のペーストＰには下向きの流れが発生し、従来の板状スキージにおけるペーストＰの逃げ（図７参照）を抑制し、ペーストＰのローリング挙動を抑制できる。そのため、ベルト２１の下端部近傍におけるペーストＰの圧力上昇がさらに大きくなり、メタルマスク２の開口部３への充填が安定する。
上記のようにベルト２１の周回方向をスキージユニット１０の移動方向と同一方向（順回転）とすることで、ペーストＰのローリング挙動を抑制し、メタルマスク２の開口部３への充填圧力を高くできるので、粘度が高いペーストＰであっても、良好な充填性を得ることができる。
【００１８】
ベルト２１の周回方向をスキージユニット１０の移動方向と同一方向（順回転）とした場合において、ベルト２１の表面速度をスキージユニット１０の移動速度と同一速度としてもよい。
この場合には、ベルト２１とメタルマスク２との間で相対速度差が生じないので、ベルト２１がメタルマスク２に対して摺接せず、メタルマスク２あるいはベルト２１の摩耗を低減できる。その結果、ベルト２１およびメタルマスク２の劣化を防ぐことができる。
【００１９】
図６は本発明にかかる印刷装置の第２実施例の動作原理を示す。
上記実施例では、ベルト２１の周回方向をスキージユニット１０の移動方向と同一方向（順回転）とした場合について説明したが、ペーストＰがチクソ性の高い材料の場合には、図６に示すように、ベルト２１の周回方向をスキージユニット１０の移動方向と逆方向としてもよい。
すなわち、ベルト２１の周回方向がスキージユニット１０の移動方向と逆方向の場合には、図６に矢印方向ａ’で示すようにペーストＰにはベルト２１に表面に沿って上方へ向かう流れが発生し、ベルト２１の移動方向前方に溜まったペーストＰにローリング挙動を与える。そのため、ペーストＰを強制回転させ、その粘度低下を引き起こさせる。この粘度低下により流動性が高まり、通常の板状スキージを使用した場合よりも開口部３へ充填しやすくなる。
従来の板状スキージ（図７参照）の場合もペーストＰにローリング挙動を与えることはできるが、ペーストＰとスキージ表面との摩擦抵抗のためにその回転が少なく、チクソ性が高いペーストＰでは流動性を高くできない。
この実施例の印刷方法は、チクソ性が０．６以上のペーストＰに適用するのがよい。
【００２０】
上記実施例では、はんだペーストをメタルマスクの開口部に充填し、基板に印刷する方法について説明したが、はんだペースト以外に導電ペーストや絶縁性接着剤、ガラスペーストなどを印刷する場合にも使用できる。
また、本発明の印刷方法および装置は基板上にペーストを転写（印刷）する場合だけでなく、基板に設けられたスルーホールに導電ペーストを充填する場合などにも使用できる。
上記実施例では、フレームの先端部外周面をベルトが摺動する例について説明したが、フレームの先端部にローラ１７より小径なローラを回転自在に設け、このローラの外周にベルトを巻きかけてもよい。この場合には、ベルトがローラの外周を転がり接触するので、ベルトの内周面が摩耗するのを防止できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、スキージに板状フレームとこのフレームの先端部にそって周回駆動されるベルトとを設け、ベルトによってペーストをマスクの開口部に充填するようにしたので、ペーストの粘性やチクソ性などの特性に応じてベルトの回転方向や回転速度を制御することで、マスクの開口部への安定した充填性を得ることができる。
また、ローラスキージを使用した場合とは異なり、アタック角を設定できるので、ペーストの充填圧力を制御できる。そのため、スキージの先端のペースト圧力が高くなり過ぎたり、スキージの掻き取り不足が発生するという問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる印刷装置の第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す印刷装置の正面図である。
【図３】図１に示す印刷装置の側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１に示す印刷装置の動作原理を説明する図である。
【図６】本発明にかかる印刷装置の第２実施例の動作原理を説明する図である。
【図７】従来の印刷装置の動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
１      基板
２      メタルマスク
３      開口部
１０    スキージユニット（スキージ）
１３    支持部材
１５    モータ
１７    ローラ
２０    フレーム
２１    ベルト
Ｐ            ペースト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005014217.tif 000008
【図７】
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