(57)【要約】【課題】スクリーン印刷版の製造工程での誤差を補正して精度の高いスクリーン印刷を行う。【解決手段】スクリーン印刷装置において、スクリーン版上のパターンの大きさに応じてスクリーン版と被印刷基板とのクリアランス量を変える機能を備えていることを特徴とするスクリーン印刷装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン印刷装置において、スクリーン版と被印刷基板とのクリアランス量を変えることでスクリーン版上のパターンを弾性変形させて印刷する機能を備えていることを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項２】
請求項１のスクリーン印刷装置において、スクリーン版上のパターンの設計上の大きさと実際の印刷の出来上がりの大きさとを比較する機能を備えていることを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項３】
請求項１または２のスクリーン印刷装置の使用方法において、スクリーン版の弾性変形の範囲内でクリアランス量を設定することを特徴とするスクリーン印刷装置の使用方法。
【請求項４】
請求項３のスクリーン印刷装置の使用方法において、弾性変形の範囲の大きな高強度スクリーンメッシュを用いたスクリーン版を使用することを特徴とするスクリーン印刷装置の使用方法。
【請求項５】
請求項３または４のスクリーン印刷装置の使用方法において、第１のスクリーン印刷工程を行った後に前記第１のスクリーン印刷で用いたスクリーン版とは別のスクリーン版で第２のスクリーン印刷工程を行う際に、第１、第２のそれぞれのスクリーン印刷工程でのスクリーン版のパターンの設計寸法Ｌｄ１、Ｌｄ２と実際の出来上がり寸法Ｌｒ１、Ｌｒ２から算出した（Ｌｒ１−Ｌｄ１）／Ｌｄ１、（Ｌｒ２−Ｌｄ２）／Ｌｄ２の値をそれぞれスクリーン版ズレ率α１、α２の関数として第１、第２それぞれのスクリーン印刷工程のクリアランス値Ｃ１、Ｃ２を設定することを特徴とするスクリーン印刷装置の使用方法。
【請求項６】
請求項５のスクリーン印刷装置の使用方法において、Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｒ１、Ｌｒ２の各寸法がスキージの幅方向の寸法であることを特徴とするスクリーン印刷装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スクリーン印刷で使用するスクリーン印刷装置とその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  スクリーン印刷技術はエレクトロニクス分野におけるパターン形成技術として広く使われている。近年パターンの精度に対する要求が高まっており、特開２００７−９０７１８号（特許文献１）ではスクリーン版の伸びを抑制することで精度を高めるアイディアが示されている。また、特開平１０−１０９４００号（特許文献２）ではスクリーンの刷り伸びを抑えて印刷するアイディアが示されている。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９０７１８号公報（図１、要約）
【特許文献２】特開平１０−１０９４００号公報（図１、要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  以上述べた通り、これまでスクリーン印刷においては印刷のパターン精度を上げるためにできるだけスクリーン版の伸びを抑制しようとしてきた。しかしながら、スクリーン版の製造工程において個体差があり、設計値に対して±２０μｍ程度のばらつきがでるので、この方法では複数の版を使用して、スクリーン印刷により重ね刷りで実現できるパターン精度はスクリーン版の個体差の±２０μｍ程度が限界になってしまっていた。このスクリーン版の個体差の影響を軽減した高精度な印刷を実現するという課題を本発明は解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明のスクリーン印刷装置は、スクリーン版と被印刷基板とのクリアランス量を変えることでスクリーン版上を弾性変形させて印刷する機能を備えていることを第１の特徴とし、
第２に、前記第１の特徴に加えて、パターンの設計値とスクリーン版上の実際の出来上がりの大きさとを比較する機能を備えていることを特徴とし、
本発明のスクリーン印刷装置の使用方法は、前記第１または第２の特徴のスクリーン印刷装置を、スクリーン版の弾性変形の範囲内でクリアランス量を設定することを第３の特徴とし、
第４に、前記第３の特徴に加えて、弾性変形の範囲の大きな高強度スクリーンメッシュを用いたスクリーン版を使用することを、
第５に、前記第３または第４の特徴に加えて、第１のスクリーン印刷工程を行った後に前記第１のスクリーン印刷で用いたスクリーン版とは別のスクリーン版で第２のスクリーン印刷工程を行う際に、第１、第２のそれぞれのスクリーン印刷工程でのスクリーン版のパターンの設計寸法Ｌｄ１、Ｌｄ２と実際の出来上がり寸法Ｌｒ１、Ｌｒ２から算出した（Ｌｒ１−Ｌｄ１）／Ｌｄ１、（Ｌｒ２−Ｌｄ２）／Ｌｄ２の値をそれぞれスクリーン版ズレ率α１、α２の関数として第１、第２それぞれのスクリーン印刷工程のクリアランス値Ｃ１、Ｃ２を設定することを第６に、前記第５の特徴に加えて、Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｒ１、Ｌｒ２の各寸法がスキージの幅方向の寸法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  本発明のスクリーン印刷装置を用いると、スクリーン版の製造バラツキによる寸法誤差をスクリーン印刷工程で補正することで複数のスクリーン版間の個体差を超えた高精度なスクリーン印刷を行うことができる。この印刷方法は、通常のスクリーン印刷ラインの中で、複数のスクリーン版を使用して高精度な位置あわせを行うことができるので、スクリーン印刷工程の工程生産性を低下させることなく実施できる。【０００８】
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の具体化した実施の形態としてのスクリーン印刷装置の側面図である。
【図２】クリアランス量の違いによる印刷位置の変化を表す正面図である。
【図３】本発明実施例１の第１のスクリーン印刷工程で用いるスクリーン版の正面図である。
【図４】本発明実施例１の第２のスクリーン印刷工程で用いるスクリーン版の正面図である。
【図５】重ね印刷のパターンの第１の状態の正面図である。
【図６】重ね印刷のパターンの第１の状態の断面図である。
【図７】重ね印刷のパターンの第２の状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明の第１の実施例であるスクリーン印刷装置を図１に示す。図１において、スクリーン印刷装置１はペースト１００を印刷する被印刷物１０１を載せるステージ２とスクリーン版３とスキージ４と、位置あわせのための顕微鏡カメラ５、６を主な構成要素としている。クリアランス量とはスキージを当てていない状態でのスクリーン版と被印刷物との距離（ギャップ）であり、図１の記号７に近接した両矢印で表した距離のことである。印刷時にはスキージがスクリーン版を押し下げて図１に示す通りスクリーン版を伸ばすことになる。クリアランス量を大きく設定して印刷を行うとスクリーン版がそれだけ多く伸ばされ、スクリーン版上のパターンは版の外側方向に広がり大きめになる。被印刷物上に実際にスクリーン印刷されたパターンが、クリアランス量によってどのように変わるかを図２で示す。図２はクリアランス量の違いによる印刷位置の変化を、格子の交点の位置の変化として表したものである。実線による一番小さな格子パターンは設計上のパターン８である。交点を中抜きの丸印で示して格子パターンを点線で描いたパターンは、スクリーン枠のサイズが７５０ｍｍでクリアランス量が３．０ｍｍの場合の印刷パターン９である。交点を中埋めされた丸印で示した一番大きな格子パターンはクリアランス量が６．０ｍｍの場合の印刷パターン１０である。クリアランス量と位置の変化の大きさとの関係を調べた一例について説明する、版の中央に描いた矩形パターンについて、クリアランス量が小さい３ミリメートルの場合に３００，０００ミリメートルであった矩形がクリアランス量を６ミリメートルにした場合、約３００．０９０ミリメートルと９０ミクロン広がった。つまりクリアランス量を０．１ミリメートル大きくすることで３ミクロンの伸びであるといえる。設計上一辺の長さが３００ミリメートルの矩形のパターンがスクリーン版の製造工程のバラツキの影響で、印刷結果が３０ミクロン小さく２９９，９７０ミリメートルの矩形となっている場合は、クリアラン量を１ミリメートル大きくすれば設計値の３００．０００ミリメートル角の矩形として印刷することができる。上記数値はいずれもスキージの長軸方向に沿った方向についての値である。なお、本明細書においては特に断りのない場合にはスキージの長軸方向に沿った方向の寸法やその変化について述べている。
【００１１】  本発明の実施例１のスクリーン印刷装置の使用方法について述べる。太陽電池のバス電極付きのフィンガー電極を印刷する場合の例である。図１のスクリーン印刷装置で、第１のスクリーン印刷工程でバス電極とフィンガー電極の一体配線を印刷して第２のスクリーン印刷工程でフィンガー電極の膜厚を厚くするために重ね印刷を行う。図３と図４にそれぞれ第１のスクリーン印刷工程でのバス電極とフィンガー電極の一体配線のためのスクリーン版１１、第２のスクリーン印刷工程でのフィンガー重ね印刷のためのスクリーン版１２である。図３および図４で示したスクリーン版は高強度メッシュで構成されており、印刷メッシュ部１３、補強部１４のいずれもステンレスメッシュであり、この場合のクリアランス量に対するスクリーン版のスキージの長軸に沿った方向の伸びはクリアアランス０．１ｍｍあたり２μｍということが予めわかっており、スクリーン印刷装置に記憶させておく。有効なクリアランスの範囲が１．２ｍｍから３．２ｍｍの場合、第１のスクリーン印刷工程でクリアランスを中間の２．２ｍｍに設定して印刷し、被印刷物を乾燥する。その後、第２のスクリーン印刷工程の試し刷りとして、まずクリアランスを第１のスクリーン印刷と同じ２．２ｍｍのクリアランスで印刷し、前記計測カメラを使って第１の印刷工程で形成した計測マークと、第２の印刷工程の試し刷りで形成した計測マークとの長軸に沿った方向のマークのずれ具合を測定する。たとえば第２の印刷マークが１０μｍ大き目、つまり版の外側方向にずれている場合は、クリアランス量を０．５ｍｍ小さい１．７ｍｍに設定して第２のスクリーン印刷工程での本格印刷を行う。第２の印刷マークが１０μｍ小さ目、つまり版の内側方向にずれている場合は、クリアランス量を０．５ｍｍ大きい２．７ｍｍに設定して第２のスクリーン印刷工程での本格印刷を行う。有効なクリアランスの範囲が１．２ｍｍから３．２ｍｍの場合、第１のスクリーン印刷工程を２．２ｍｍに設定すると±２０μｍの範囲で調整が可能である。上記の通り、スクリーン印刷のズレや大きさの変化を測定するためにスクリーン版に専用の印刷マークを付けておくことが一般的ではあるが、精度が必要な部分のパターンそのものを用いる場合もあり、また、精度が必要な部分のパターンが小さい場合にはその近傍で比較的大きなパターンを指定して寸法の計測精度を高める場合もある。また、スクリーン版のクリアランス量に対するパターンの伸びは予め計測しておいてスクリーン印刷装置に覚えこませておく場合もあるが、スクリーン版毎にそのスクリーン版のクリアランス量に対するパターンの伸びをバーコード等で記述しておいてスクリーン印刷装置で読み取る場合もある。クリアラン量は無制限に大きくできるわけではない。スクリーン版の変形が戻らない塑性変形を起こすクリアランス量に設定してしまうとスクリーン印刷の再現性が損なわれて印刷を繰り返し行うことができなくなるので、塑性変形を起こさない弾性変形の範囲でクリアラン量を設定する必要がある。最近ではスクリーンメッシュの強度が大きくなったために適正な印刷品質を維持できるクリアランス量の範囲が大きく確保できるようになった。このためスクリーン印刷でのクリアランス量を１．２ｍｍから３．２ｍｍの範囲のどこで設定しても、印刷品質が安定した状態で、かつ、スクリーン版は塑性変形を起こさず弾性変形の範囲であり、繰り返し印刷しても印刷パターンの形状と大きさの再現性が確保されていた。ここではスクリーン印刷装置に備え付けられた計測カメラを用いて寸法のズレを測定する例を説明したが、被印刷物に印刷された第１、第２のそれぞれの印刷マークを専用の計測機で測定する場合もある。
【００１２】ここで実際に図３と図４のスクリーン版を用いた重ね印刷の調整に関して、図３から図７までを遣って詳しく説明する。図３の一体配線のためのスクリーン版では図３に描かれたように中央に一本の横長長方形の太いバス電極と複数の細い上下方向の配線が一体となった印刷パターン１５が形成されている。この一体となったパターンを通して銀ペーストが基板に印刷されることにより図５で描いたとおり、基板上に一体電極が印刷される。太陽電池においてはこのフィンガー電極を細くすることで有効受光面積を増やす効果があるのでフィンガー電極はバス電極と比較して細く設計されている。スクリーン印刷の特性として、細いパターンは太いパターンよりも印刷厚みが薄い。細いパターンで十分な配線としての信頼性、すなわち断線せずに十分な低抵抗で接続させる機能を発揮させるために、このフィンガー電極を重ね印刷して膜厚を厚くすることが図４のスクリーン版を使用して第２の印刷工程として行われる。図４のスクリーン版のストライプ状のフィンガー重ね印刷パターン１７で印刷された重ね印刷の結果が図５である。前記一本の電極とフィンガー重ね電極１８とは概略図５の関係で印刷される。図６と図７は図５で示した印刷の左端部での拡大箇所１９’と中央部分での拡大箇所１９の状態を横方向からの断面図として表した図である。図６は調整が不十分な第１の状態を表しており、図７はぴったりと一致した第２の状態を表している。調整が不十分な状態を表した図６において、中央部分での拡大箇所１９ではフィンガー重ね電極１８が一体電極１６にぴったりと重ねて印刷されて厚みも十分に確保できている上に電極のフットプリントも小さくできている。しかし、端部での拡大箇所１９’ではフィンガー重ね電極１８’が一体電極１６’よりも右側すなわち内側にずれている。このずれは図３と図４のスクリーン版の製造工程でのずれに起因したものである。図７は図６と同じスクリーン版を使って印刷したものであるが、クリアランス量を増やして図４のフィンガー重ね印刷のためのスクリーン版をクリアランス量を増やして印刷時に伸ばして印刷した結果である。中央部分での拡大箇所１９、端部での拡大箇所１９’のどちらもフィンガー重ね電極１８、１８”が一体電極１６、１６”とぴったりと重なって印刷できている。
【００１３】  太陽電池の電極をスクリーン印刷で形成する第２の実施例を説明する。第１の実施例と同様に一体配線のためのスクリーン版を使ってシリコンウエハーの上にバス電極とフィンガー電極が一体となった配線パターンを一層目として印刷し、乾燥後、フィンガー重ね印刷のためのスクリーン版を使ってフィンガー電極部分だけに２層目として重ね印刷を行う例である。この第２の実施例では、１層目のフィンガー電極部分の幅を２層目より細い５０μｍの設計値のスクリーン版で、通常粘度のペーストを印刷する。シリコンウエハー上では印刷後のペーストがダレて印刷ライン幅は８０μｍ程度になる。乾燥後、フィンガー電極部分の幅が８０μｍの設計値のスクリーン版を使って同じペーストを、１層目に正確に位置あわせして２層目として印刷する。この２層目の印刷パターンは１層目の乾燥した下地の上に印刷するため、ペーストのダレは少なくなり、印刷後の幅は約８０μｍであり、膜厚も厚くなる。ペーストを変更しないで、ファインラインでダレを少なくして、印刷膜厚を大きくする方法である。
【産業上の利用可能性】
【００１４】  本発明は、太陽光パネルやタッチパネルなど高精度なパターン形成が必要なスクリーン印刷などにおいて利用される。
【符号の説明】
【００１５】  １はスクリーン印刷装置、２はステージ、３はスクリーン版、４はスキージ、５、６は計測カメラ、７はクリアランス量、８は設計上のパターン、９はクリアランス量が３．０ｍｍの場合の印刷パターン、１０はクリアランス量が６．０ｍｍの場合の印刷パターン、１１は一体配線のためのスクリーン版、１２はフィンガー重ね印刷のためのスクリーン版、１３は印刷メッシュ部、１４は補強部、１５は一体となった印刷パターン、１６と１６’と１６”は一体電極、１７はフィンガー重ね印刷パターン、１８と１８’と１８”はフィンガー重ね電極、１９は中央部分での拡大箇所、１９’は端部での拡大箇所、１００はペースト、１０１は被印刷物である。
【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】
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【図７】
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