(57)【要約】      （修正有）【課題】予め各ペーストの印刷に適した印刷用マスクを選択することを可能にするための印刷性診断方法を提供する。【解決手段】印刷用マスクの開口部の壁面状態を模擬した二枚の平板２０１ａ、２０１ｂの間に印刷に使用するペースト１０２を挟み、圧力を加え密着させた後、それぞれの平板２０１ａ、２０１ｂを並行にずらした時の引張り力をずり応力として引張り試験機により定量的に測定する印刷性診断方法。【選択図】図５
2007313724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷用マスク開口部の壁面状態を模擬した２枚の平板の間に印刷に使用するペーストを挟み、圧力を加え密着させた後、それぞれの板を並行にずらした時の引張り力をずり応力として測定することを特徴とする印刷用マスクの印刷性診断方法。
【請求項２】
化学的処理、電気的処理、物理的処理、熱的処理、光学的処理のうち一つ又は複数の処理の組合せにより、マスクの開口部の壁面状態を模擬したことを特徴とする請求項１の印刷性診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷用マスク開口部の壁面状態を模擬した平板とペーストのずり応力を引張り試験機により定量的に測定することで、種々のペーストやインキ等の印刷に最適な印刷用マスクを選択するための印刷性診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品等をプリント配線基板に実装する際に、プリント配線基板にソルダペーストや接着剤等のペーストを印刷し、接続端子や接着剤層を形成する。
近年の電子部品等の小型化や電子部品の高密度実装のために、接続端子や接着剤層をより高精細、高密度に形成することが強く望まれている。
【０００３】
ペーストを印刷用マスクで印刷した際、マスクの開口部が高精細になると、開口部からのペーストの抜け性が悪化し、ペーストの転写性が低下する。その結果、塗布されるペーストの量が少なくなり、リフロー後のはんだ付け接合信頼性が低下する可能性が生じる。そこで、ペーストの転写性を改良するために、開口部のテーパー形状、開口部壁面の表面形状に関して種々提案されている。又、開口部壁面の処理法等も種々提案されている。又、本発明では転写性を印刷性として規定している。
【０００４】
一方、ペーストを印刷する際に、ペーストと印刷用マスクの開口部の壁面とのずり応力がペーストの抜け性（転写性）に影響を与えることは、開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１８３６０号公報
【０００５】
更に、前記ずり応力を歪みゲージで測定し、スキージの移動速度を調整することによりずり応力を調整し、ペーストの微細開口部への充填性を調整する技術が開示されている。
【特許文献２】特開２００３−１３３７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来は、使用されるペーストに対して最適な印刷用マスクの選択に当たっては種々の評価用マスクを作製し、実際の印刷機にて印刷し、印刷結果から最適な印刷用マスクを選定していた。また、その際に表面粗さの程度や処理方法の種類と印刷性の傾向はペーストによって異なるため、必ずしも一致しない。そのために最適なマスクの製作には多大の労力と時間を要し、且つ経済的にも負担が大きかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、使用するペーストと開口部の壁面状態を模擬した平板とのずり応力を測定することにより、作製可能な印刷用マスクから、最適な印刷マスクの選択を容易に行える印刷マスクの評価方法の検討を行い、本発明を完成した。
即ち、本発明は、
印刷用マスク開口部の壁面状態を模擬した２枚の平板の間に印刷に使用するペーストを挟み、圧力を加え密着させた後、それぞれの板を並行にずらした時の引張り力をずり応力として測定することを特徴とする印刷用マスクの印刷性診断方法、及び
化学的処理、電気的処理、物理的処理、熱的処理、光学的処理のうち一つ又は複数の処理の組合せにより、マスクの開口部の壁面状態を模擬したことを特徴とする前記記載の印刷性診断方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の診断方法によれば、ペースト種類（粘度、チキソ性、フラックス含有量、金属粒子含有量及び粒径）と印刷用マスク種類（材質、表面処理、壁面粗さ）の組合せにより、一定測定条件下（印刷方法、圧力、引張り速度、ペースト塗布厚）でのずり応力を測定し、ずり応力の相対評価を行うことで、簡便に塗布条件ごとの最適な印刷用マスクの選定ができる。その結果、実際にマスク選定のための印刷評価用のマスクを作製し、印刷評価をする必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
印刷用マスクを用いて印刷した際のペーストの転写性は、図１に示したように印刷用マスクの開口部(１０３)からのペースト(１０２)の抜け性に依存する。そして、該ペーストの開口部からの抜け性は、図２に示したように用いるペーストの凝集力(１０９)とペースト(１０２)と開口部壁面の親和力(１１０)により大きく影響される。即ち、ペースト(１０２)と開口部壁面の親和力(１１０)がペーストの凝集力(１０９)よりも小さくなるほど、ペーストの抜け性は良くなる。しかし、ペーストの凝集力(１０９)やペースト(１０２)と開口部壁面の親和力(１１０)の測定は容易にはできない。
【００１０】
本発明においては、種々の印刷用マスクの開口部壁面状態を模擬した平板にペーストを挟み、ずり応力を測定し、ずり応力が最も小さいものを最適印刷マスクとした。即ち、ずり応力測定においては、応力の弱い部分が測定に大きく反映される。模擬した平板の種類が異なった場合、ペーストと平板間の親和力は異なるが、ペーストの凝集力は変わらない。従って、ずり応力が小さい程、ペーストと平板間の親和力は小さいと推定される。
【００１１】
以下本発明の印刷用マスクの診断方法に関して具体的に説明する。
印刷用マスクの開口部壁面状態を模擬した平板とは、実際の印刷用マスクに使用する材質が用いられる。具体的には、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼板等の金属、ポリエステル、ポリイミド等の樹脂、ガラス、セラミック等の無機系材料、及びその複合又は積層材料が挙げられる。前記した基板に印刷用マスクの開口部壁面状態を模擬する。模擬する具体的な方法は後述する。
【００１２】
次に、図３に示したように印刷用マスクの開口部壁面を模擬した２枚の平板(２０１)の間にペースト(１０２)を挟み、一定の荷重を加えた後、引張り試験機で引張り力を測定し、引張り力の最大値をペーストの塗布面積で除した値をずり応力（ｇｆ／ｃｍ２）とする。この際、平板の大きさは特に限定しないが、測定の容易さから２０〜１２０×２０〜１２０ｍｍ程度である。又ペーストの塗布面積は１０〜１００×１０〜１００ｍｍ程度、塗布厚さは０.０２〜０．２ｍｍ程度である。塗布面積が１０×１０ｍｍ角未満では測定精度が悪くなり、好ましくない。又、ペーストの塗布厚さを厚くすると、荷重をかけた際にペーストが広がり、ずり応力の測定に正確性が失われるおそれがあり、好ましくない。ペーストは片方、又は両方の平板に塗布しても良いが、重ね合せる際に空気が混入しないようにする。平板を重ね合せた後に加える荷重は特に限定しないが、実際の印刷時の印圧（１〜２０００ｇｆ程度）に準じた値が好ましい。また、荷重の保持時間は１〜１０分程度である。荷重が大き過ぎるとペーストが広がり過ぎて好ましくない。また、実際の試験は各条件（塗布面積、塗布厚、荷重、荷重保持時間）を固定して実施する。
【００１３】
ペーストを平板に一定面積、且つ一定の膜厚で塗布する一つの方法としては、図４に示したような平板(２０１)の上に中央が５０×５０ｍｍ角にくり貫きされている塗布厚調整用のスペーサー板(２０２)を平板(２０１a)上に置き、ペースト(１０２)を５０×５０ｍｍ角に塗布する。その際、塗布圧調整用のヘラ(２０３)でペーストをスキージングし塗布厚を均一にするが、使用するヘラはスキージング時に中央がたわんで過剰にペーストを掻きとってしまうのを防ぐ為、ガラスやセラミックなどの変形し難いものを使用する。また、塗布形状に関しては塗布状態を安定化させるため、正方形が好ましい。
【００１４】
図５に示したように２枚の平板を引張り試験機に取りつけて一定速度で引張り、その際の引張り力を測定する。引張り速度は特に限定しないが、実際の印刷時の版離れ速度（１〜１０００ｍｍ／ｍｉｎ程度）に準じた値が好ましい。また、本発明におけるずり応力とは、図６の様に引張り試験機で測定した際の最大の引張り力(６０１)をペーストの塗布面積で除した値を採用した。また、実際の試験は引張り速度を固定して実施する。
【００１５】
次に、平板に開口部壁面状態を模擬する方法に関して説明する。開口部壁面の状態には、表面粗さ、筋目、及び各種表面処理が挙げられる。しかし、壁面の表面粗さは、実際の印刷用マスクの製造方法により決まってしまう。本発明における平板表面の粗さは印刷用マスクの製造方法に準じ、Ｒzjis（１０点平均粗さ）：０．１〜６．０μｍ程度である。該表面粗さは研磨により形成することができる。
【００１６】
本発明における平板に壁面状態を擬似するために各種の表面処理には化学的処理、電気的処理、物理的処理、熱的処理、光学的処理が挙げられ、これらの処理は一つ又は複数の処理を組合せることによりマスクの開口部壁面状態を模擬することができる。
【００１７】
化学的処理の方法としては、特に限定しないが、一般的に塩酸や硝酸を使用した酸浸漬、水酸化ナトリウムやＤＭＳＯやアミンを使用したアルカリ浸漬、第二塩化鉄溶液等でのエッチングを行うことができる。また、フッ素樹脂加工による撥水処理や撥油処理、活性ガスを用いたドライエッチングやアッシングなどのプラズマ処理、イオンプレーティング等も行うことができる。
【００１８】
電気的処理としては、電解研磨及びめっきを行うことができる。電解研磨の方法は特に限定しないが、一般的に使用されている方法として、燐酸系の浴による電解研磨が望ましい。また、めっき方法はスルファミン酸又は硫酸系の浴による電気めっきなどもできる。
【００１９】
物理的処理としては、特に限定しないが、バフによる研磨、サンドペーパーによる研磨、サンドブラストによる表面処理が一般的である。また、アルゴン等の不活性ガスによるスパッタリングやニッケルや金などの蒸着によるコーティングも行うことができる。
【００２０】
熱的処理としては、特に限定しないが、高温炉によるアニール処理や焼成処理が一般的である。
【００２１】
光学的処理としてはレーザーやＵＶ照射による表面加工を行うことができる。また、光造形による加工もできる。
【００２２】
次に印刷用マスク加工時に発生する開口壁面の筋目を模擬して、平板に縦筋及び横筋及び筋目無しのものを使用し、平板の組合せとして縦筋と縦筋、横筋と横筋、筋目無しと筋目無し、縦筋と横筋、縦筋と筋目無し、横筋と筋目無しにてずり応力を測定することが考えられるが、実際の印刷を想定し、縦筋と縦筋、横筋と横筋、筋目無しと筋目無しの組合せで行うことが望ましい。
【００２３】
本発明において対象となるペーストとしては、導電性ペースト、シール樹脂、接着剤、粘着剤、塗料、インクなどが使用できる。本発明においては主に実装工程で多用に使用されているソルダペースト、フラックス、接着剤を使用することが想定される。これらのペーストはずり応力が低くなるとペースト印刷性が良好となる傾向がある。
【実施例１】
【００２４】
図７は本発明の実施例の１つであり、ソルダペーストＡと印刷用マスクの壁面粗さ及び化学的親和性の違いによる相性を評価する為、平板に表面粗さＲzjis（１０点平均粗さ）：粗さ小として約０．５μｍと粗さ大として５．０μｍ、及び粗さ小の板に表面処理としてフッ素樹脂の分散めっきによる撥油処理を行ったものの３水準で、板材質：ＳＵＳ、ソルダペーストの金属粒子径：２０〜４０μｍ、粘度：１７０〜１９０Ｐａ・ｓ（２５℃）、フラックス含有量：１１〜１２％のものを使用し、ペースト塗布厚：０．２ｍｍ、ペースト塗布範囲：５０×５０ｍｍ、板貼り合せ時の圧力：１２〜１３ｇｆ／ｃｍ２、圧力保持時間：１分、引張り速度：５０ｍｍ／ｍｉｎにてずり応力の測定を行った結果のグラフである。撥油処理品が相対的に一番ずり応力の低い結果となった。
【００２５】
図８は印刷性診断にて得られた各模擬板のずり応力と実際の印刷で評価した時の印刷性結果である。レーザー加工及び電解研磨によって開口壁面の表面粗さを０．５μｍとした印刷用マスク(撥油未処理品(小))、及び５．０μｍとした印刷用マスク(撥油未処理品(大))、及び開口壁面の表面粗さを０．５μｍとした後に撥油処理としてフッ素樹脂の分散めっきを施した印刷用マスク(撥油処理品)の印刷性を比較したところ印刷性診断にて低いずり応力の値を示した撥油処理品が実際の印刷においてもペーストの転写性が良好となり、印刷性診断方法で得られた傾向と一致した。
また、本実施例においては、厚さ１００μｍのＳＵＳ板に部品搭載用の開口形状として、１８０×２００μｍ角の開口部を隣接間距離２００μｍ、２５０×３６０μｍ角の開口部を隣接間距離２４０μｍにてＹＡＧレーザーで加工した４００ｍｍ×４８０ｍｍのメタルマスク(壁面粗さ５．０μｍ)を撥油未処理品(大)とし、前記方法にて作製したメタルマスクを燐酸濃度が６００ｍｌ／ｌ、硫酸濃度が１８０ｍｌ／ｌからなる電解研磨液を用い、７０℃の条件で、メタルマスクを陽極として下記の電解研磨条件にて電解研磨処理を行ったメタルマスク(壁面粗さ０．５μｍ)を撥油未処理品(小)とし、前記撥油未処理品(小)に塩化ニッケルのストライクめっきを施した後、フッ素樹脂微粒子を含有する無電解ニッケルめっき液、ニムフロンＦＲＳ(上村工業（株）製)を用いて、フッ素樹脂微粒子を含有するニッケルめっき皮膜を２μｍ成膜したメタルマスクを撥油処理品(小)とした。
電解研磨条件
電流密度  通電時間
通電：２５Ａ／ｄｍ２  ６０秒
【実施例２】
【００２６】
図９は本発明の実施例の１つであり、ソルダペーストＢと印刷用マスクの壁面粗さ及び化学的親和性の違いによる相性を評価する為、実施例１と同様に平板に表面粗さＲzjis（１０点平均粗さ）：粗さ小として約０．５μｍと粗さ大として５．０μｍ、及び粗さ小の板に表面処理としてフッ素樹脂の分散めっきによる撥油処理を行ったものの３水準で、板材質：ＳＵＳ、ソルダペーストの金属粒子径：２０〜４０μｍ、粘度：１７０〜１９０Ｐａ・ｓ（２５℃）、フラックス含有量：１１〜１２％のものを使用し、ペースト塗布厚：０．２ｍｍ、ペースト塗布範囲：５０×５０ｍｍ、板貼り合せ時の圧力：１２〜１３ｇｆ／ｃｍ２、圧力保持時間：１分、引張り速度：５０ｍｍ／ｍｉｎにてずり応力の測定を行った結果のグラフである。撥油処理品が相対的に一番ずり応力の低い結果となった。
【００２７】
図１０は印刷性診断にて得られた各模擬板のずり応力と実際の印刷で評価した時の印刷性結果である。レーザー加工及び電解研磨によって開口壁面の表面粗さを０．５μｍとした印刷用マスク(撥油未処理品(小))、及び５．０μｍとした印刷用マスク(撥油処理品(大))、及び開口壁面の表面粗さを０．５μｍとした後に撥油処理としてフッ素樹脂の分散めっきを施した印刷用マスク(撥油処理品)の印刷性を比較したところ印刷性診断にて低いずり応力の値を示した撥油未処理品(小)及び撥油処理品が実際の印刷においてもペーストの転写性が良好となり、印刷性診断方法で得られた傾向と一致した。
また、本実施例においても実施例１と同様に厚さ１００μｍのＳＵＳ板に部品搭載用の開口形状として、１８０×２００μｍ角の開口部を隣接間距離２００μｍ、２５０×３６０μｍ角の開口部を隣接間距離２４０μｍにてＹＡＧレーザーで加工した４００ｍｍ×４８０ｍｍのメタルマスク(壁面粗さ５．０μｍ)を撥油未処理品(大)とし、前記方法にて作製したメタルマスクを燐酸濃度が６００ｍｌ／ｌ、硫酸濃度が１８０ｍｌ／ｌからなる電解研磨液を用い、７０℃の条件で、メタルマスクを陽極として下記の電解研磨条件にて電解研磨処理を行ったメタルマスク(壁面粗さ０．５μｍ)を撥油未処理品(小)とし、前記撥油未処理品(小)に塩化ニッケルのストライクめっきを施した後、フッ素樹脂微粒子を含有する無電解ニッケルめっき液、ニムフロンＦＲＳ(上村工業（株）製)を用いて、フッ素樹脂微粒子を含有するニッケルめっき皮膜を２μｍ成膜したメタルマスクを撥油処理品(小)とした。
電解研磨条件
電流密度  通電時間
通電：２５Ａ／ｄｍ２  ６０秒
【実施例３】
【００２８】
図１１は本発明の実施例の１つであり、ソルダペーストと印刷用マスクの材質違いによる相性を評価する為、平板に板材質：ＳＵＳとＮｉとポリイミド、ソルダペーストに金属粒子径：２０〜６０μｍ、フラックス含有量：１０％のものを使用し、ペースト塗布厚：０．２ｍｍ、ペースト塗布範囲：５０×５０ｍｍ、板貼り合せ時の荷重：１２〜１３ｇｆ／ｃｍ２、一定荷重保持時間：１分、引張り速度：５０ｍｍ／ｍｉｎにてずり応力の測定を行った結果のグラフである。ポリイミドが相対的に一番ずり応力の低い結果となった。図１２は印刷性診断にて得られた各模擬板のずり応力と実際の印刷で評価した時の印刷性結果である。印刷用マスクは厚さ１５０μｍの各材質に部品搭載用の開口形状として、２５０×２０００μｍ角の開口部を隣接間距離２５０μｍからなるパターンを含むようにＹＡＧレーザーで加工した４００ｍｍ×４８０ｍｍの印刷マスクで比較した。
【実施例４】
【００２９】
図１３は本発明の実施例の１つであり、ソルダペーストと印刷用マスク壁面のスジ目方向違いによる相性を評価する為、平板にＳＵＳ、ソルダペーストの金属粒子径：２０〜４０μｍ、フラックス含有量：１１〜１２％のものを使用し、ペースト塗布厚：０．２ｍｍ、ペースト塗布範囲：５０×５０ｍｍ、板貼り合せ時の一定荷重：１２〜１３ｇｆ／ｃｍ２、一定荷重保持時間：１分、引張り速度：５０ｍｍ／ｍｉｎにてずり応力の測定を行った結果のグラフである。縦スジ方向が相対的にずり応力の低い結果となった。図１４は印刷性診断にて得られた各模擬板のずり応力と実際の印刷で評価した時の印刷性結果である。壁面縦スジ方向の印刷用マスクは単一材料の金属板を使用し、壁面横スジ方向の印刷用マスクは金属層と樹脂層を交互に組み合わせた複合材料の板を使用し、ＹＡＧレーザーにてパターンを加工することでそれぞれのスジ方向を形成した。印刷用マスクは厚さ１５０μｍの各材質に部品搭載用の開口形状として、２５０×２０００μｍ角を隣接間距離２５０μｍにてＹＡＧレーザーで加工した４００ｍｍ×４８０ｍｍの印刷マスクで比較した。印刷性診断にて低いずり応力の値を示した壁面状態の印刷マスクが実際の印刷においても印刷性が良好となり、印刷性診断方法で得られた傾向と一致した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明はペーストと印刷用マスクとのずり応力を測定することにより、ペーストと相性の良い印刷用マスクをコストと手間をかけずに選定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）印刷用マスクを使用したペースト充填工程の模式図（ｂ）印刷用マスクを使用した版離れ工程の模式図
【図２】印刷工程におけるペースト抜け性概念の模式図
【図３】本発明のずり応力測定サンプル作成の模式図
【図４】一定荷重の負荷方法
【図５】本発明のずり応力測定方法の模式図
【図６】本発明におけるずり応力測定結果
【図７】本実施例１の結果
【図８】実施例１に対する実際の印刷評価結果
【図９】本実施例２の結果
【図１０】実施例２に対する実際の印刷評価結果
【図１１】本実施例３の結果
【図１２】実施例３に対する実際の印刷評価結果
【図１３】本実施例４の結果
【図１４】実施例４に対する実際の印刷評価結果
【符号の説明】
【００３２】
１０１：スキージ
１０２：ソルダペースト
１０３：印刷用マスク
１０４：基板パッド
１０５：レジスト
１０６：基板
１０７：印刷用マスクの壁面
１０８：ペーストと基板のタック力
１０９：ペーストの凝集力
１１０：ペーストと壁面のずり応力
２０１：平板
２０２：塗布厚調整用のスペーサー板
２０３：塗布厚調整用のヘラ
６０１：せん断応力の最大値
【図１】
2007313724.tif 000003
【図２】
2007313724.tif 000004
【図３】
2007313724.tif 000005
【図４】
2007313724.tif 000006
【図５】
2007313724.tif 000007
【図６】
2007313724.tif 000008
【図７】
2007313724.tif 000009
【図８】
2007313724.tif 000010
【図９】
2007313724.tif 000011
【図１０】
2007313724.tif 000012
【図１１】
2007313724.tif 000013
【図１２】
2007313724.tif 000014
【図１３】
2007313724.tif 000015
【図１４】
2007313724.tif 000016