(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷により被印刷体に回路要素を形成する印刷装置であって、
それぞれに異なる貫通版を装填可能であり、同一の供給源から並行して同一の回路形成材料の供給を受けて印刷を行う複数の印刷手段を備え、
被印刷体に対し前記複数の印刷手段によって段階的印刷を行うことにより、一の回路形成材料よりなる回路要素の形成が行われることを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の印刷装置であって、
前記被印刷体に形成された回路要素を乾燥させる乾燥手段をさらに備えることを特徴とする印刷装置。
【請求項３】
印刷により被印刷体に一の回路形成材料よりなる回路要素を形成する印刷方法であって、
回路要素を被印刷体において他のどの部分とも接続していない孤立領域が生じないように分解したものをそれぞれが部分的に形成させる複数の貫通版を用いた印刷を、同一の回路形成材料を同一の供給源からそれぞれの貫通版に並行して供給しつつ段階的に行うことにより、最終的に形成された時点では前記被印刷体において孤立領域が生じるように回路要素を段階的に形成していくことを特徴とする印刷方法。
【請求項４】
請求項３に記載の印刷方法であって、
前記被印刷体に回路要素が段階的に形成されるたびに前記回路要素を乾燥させる乾燥工程を、さらに備えることを特徴とする印刷方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の印刷方法であって、
最初の印刷において印刷位置基準点を併せて印刷し、その後の印刷において、前記印刷位置基準点を基準として前記被印刷体の位置を調整しつつ、前記回路要素を段階的に形成していくことを特徴とする印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷により回路基板へ導線やはんだバンプ等の回路要素を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚膜印刷技術は、容易かつ安価に膜形成が可能であるというメリットを有することから、電子デバイス等における導線や電極、抵抗体、はんだバンプ等の回路要素を含む配線パターンを形成する技術として広く利用されている技術である。
【０００３】
厚膜印刷においては、導体等の材料粉末をガラスフリットなどと共に有機溶剤と混合したペーストを、所望の配線パターンに対応して作成された刷版を用いて、半導体やセラミックス、ガラスなどの基板や、多層基板や積層デバイスを構成するグリーンシートなどの被印刷体に配線パターンを印刷し、当該基板ともども焼成し材料粉末のみを焼結させることにより、当該基板への回路形成を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような厚膜印刷を、貫通版を刷版に用いて行おうとする場合には、例えば図９（ａ）に示す配線パターン１００１、１００２ａおよび１００２ｂなどを形成することはできない。なぜならば、刷版において斜線部１００３および１００４に相当する部分は、刷版の他のどの部分とも接続していない孤立領域となっているため、実際にはこの部分を保持することができないからである。
【０００５】
また、図９（ｂ）に示すような細長いライン１００５が密集するような配線パターンの場合は、図９（ａ）のように孤立する箇所は生じないが、斜線を付したライン間１００６の間隔が小さい場合、この箇所における刷版の強度が不足し、ライン１００５をきっちりと基板上に再現できないことがある。このような自体を避けるため、こうした細長いライン１００５などを印刷する場合は、図９（ｃ）に示すようにブリッジ１００７を設け、ライン間の強度を維持することが、しばしば行われている。しかしながら、このブリッジ１００７は本来の配線パターンには不要なため、配線パターンの形成後、レーザ等でトリミングすることにより除去されていた。
【０００６】
上記のような配線パターンの形成は、フォトリソグラフィーを利用すれば可能であるが、フォトリソグラフィーの利用は、コストが高いという欠点がある。従って、これらの回路設計を工夫することにより、配線パターンを用いなくて済むよう配慮した回路パターンの形成もなされるが、設計の自由度が制約されるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、貫通版を用いつつも、より配線設計の自由度を高くできる印刷装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、印刷により被印刷体に回路要素を形成する印刷装置であって、それぞれに異なる貫通版を装填可能であり、同一の供給源から並行して同一の回路形成材料の供給を受けて印刷を行う複数の印刷手段を備え、被印刷体に対し前記複数の印刷手段によって段階的印刷を行うことにより、一の回路形成材料よりなる回路要素の形成が行われることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の印刷装置であって、前記被印刷体に形成された回路要素を乾燥させる乾燥手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、印刷により被印刷体に一の回路形成材料よりなる回路要素を形成する印刷方法であって、回路要素を被印刷体において他のどの部分とも接続していない孤立領域が生じないように分解したものをそれぞれが部分的に形成させる複数の貫通版を用いた印刷を、同一の回路形成材料を同一の供給源からそれぞれの貫通版に並行して供給しつつ段階的に行うことにより、最終的に形成された時点では前記被印刷体において孤立領域が生じるように回路要素を段階的に形成していくことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の印刷方法であって、前記被印刷体に回路要素が段階的に形成されるたびに前記回路要素を乾燥させる乾燥工程を、さらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の印刷方法であって、最初の印刷において印刷位置基準点を併せて印刷し、その後の印刷において、前記印刷位置基準点を基準として前記被印刷体の位置を調整しつつ、前記回路要素を段階的に形成していくことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
＜印刷装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る印刷装置１の構成を示すブロック図である。図２は、印刷装置１における印刷の方法について模式的に示す図である。本実施の形態に係る印刷装置１は、電子デバイスの製造工程において、半導体や液晶などの基板を被印刷体として、導線や電極、バンプ等の回路要素を含む配線パターンを、はんだペーストなどの粘性物質の印刷を用いて形成するためのものであり、その際、一の基板に対し、複数の刷版によって順次印刷を行っていくという特徴を有する。ただし、本実施の形態に係る印刷装置１において用いられる刷版は、所望する回路パターンに対応して貫通部が形成された貫通版であるとする。すなわち、薄板板状物または薄膜状物にパターンに対応した貫通孔が開けられたものを刷版とし、該貫通孔から押し出したペーストを基板に転写することで印刷を実行する。
【００１５】
印刷装置１は、図１に示すように、制御部２と、基板搬送部３と、ステージ駆動部４と、印刷部５と、窒素ガス供給源６と、ペースト供給源７とを主として備える。なお、本実施の形態においては、印刷部５は、第１印刷部５ａと第２印刷部５ｂとからなる。これは、２つの異なる刷版により２段階の印刷を行うことに対応するが、印刷装置１においては、さらに多くの段階の印刷を行う態様であってもよい。
【００１６】
制御部２は、作業者の指示に応じて、印刷装置１の後述する各部の動作を制御し、印刷を実行させるために備わる。
【００１７】
基板搬送部３は、印刷装置１外から与えられた基板９を、所定の基板搬送経路に沿ってステージ４２に受け渡し、印刷の終了後に排出させるための基板搬送手段３１を備える。
【００１８】
ステージ駆動部４は、印刷に際し基板９が載置されるステージ４２とそれを水平方向および垂直方向へと移動させるステージ駆動手段４１とを主として備える。ステージ駆動手段４１がステージ４２を移動させることにより、一の基板９に対して、後述する第１印刷部５ａにおける印刷と、第２印刷部５ｂにおける印刷とを連続して行うことができる。すなわち、まず第１印刷部５ａにおける印刷が終了すると、ステージ駆動手段４１は矢印ＡＲ１のように第２印刷部５ｂにおける印刷位置までステージ４２を移動させ、基板９を引き続き第２印刷部５ｂにおける印刷に供する。これにより、それぞれの印刷を行うごとに基板を移し替えることがないので、ステージ４２に対する基板９の配置関係は常に一定に保たれ、印刷の位置精度が確保される。
【００１９】
印刷部５の第１印刷部５ａおよび第２印刷部５ｂの基本的な構成および作用は同一であり、いずれにおいても、ペーストを加圧して押し出すことにより、基板９への印刷が実行される。そのために、第１印刷部５ａには第１加圧印刷手段５１が、第２印刷部５ｂには第２加圧印刷手段５２がそれぞれ備わっている。印刷部５の詳細は、加圧印刷のプロセスを含めて後述する。
【００２０】
窒素ガス供給源６は、加圧印刷の際の加圧源として用いられる窒素ガスを印刷部５へと供給するためのものである。ペースト供給源７は、配線パターンを構成する構成材料たるペーストを、印刷部５へと供給するためのものである。
【００２１】
＜加圧印刷＞
次に、印刷部５の第１印刷部５ａおよび第２印刷部５ｂにおいてなされる加圧印刷について説明する。
【００２２】
図２に示すように、第１印刷部５ａの場合であれば、第１加圧印刷手段５１に、加圧容器５３が備わっている。加圧容器５３の上部は円筒形のシリンダー状であり、下部は基板９を図示しない固定手段にて水平に保持固定できる形状を有している。上部のシリンダー状の部分には、Ｏリング５４を周囲に配したピストン５５が備わっており、最上部からピストンの上方までは、窒素ガス供給源６から供給される窒素ガスが流入するようになっている。第１加圧印刷手段５１には、この窒素ガスの流入を制御するためのバルブ５７とレギュレータ５８とが備わっている。また、シリンダー状の部分の側面であって、ピストン５５よりも下方には、ペースト供給口５６が備わり、ペースト供給源７からピストン５５よりも下方に、ペースト１０が供給されるようになっている。
【００２３】
刷版８ａが加圧容器５３の下部に固定保持された後、ペースト供給源７からペースト１０が供給され、加圧容器５３のピストン５５よりも下部にペースト１０が充填されると、バルブ５７とレギュレータ５８とが制御されることにより、窒素ガスの圧力によって、ピストン５５に矢印ＡＲ２にて示すように下方へと押し下げられる。これに伴い、ペースト１０も加圧を受けるので、刷版８ａに形成されている貫通部１３からペースト１０が押し出されて、直下に配置された基板９へ転写されることとなる。なお、この場合、基板９と刷版８ａとは必ずしも接した状態である必要はなく、わずかに間隙を残した状態にまで基板９が接近していれば、印刷は可能である。両者の間隔の調整は、ステージ駆動手段４１がステージ４２を上下方向に移動させることにより行われる。
【００２４】
第２印刷部５ｂに備わる第２加圧印刷手段５２も、その構成要素、および印刷のプロセスは同様であるので説明は省略する。
【００２５】
＜配線パターンの段階的印刷＞
次に、本実施の形態に係る印刷装置１を用いることにより可能となる、配線パターンの段階的印刷について説明する。ここで、配線パターンの段階的印刷とは、複数の刷版を用いることにより、基板の一の印刷対象領域に対して所望する配線パターンを形成させる印刷方法をいい、より具体的には、一の印刷対象領域内で相互に入り組んだ部分（例えば孤立領域とその周囲の領域）を別の刷版によって印刷する複合的印刷がこれに相当する。図３は、印刷装置１を用いた配線パターンの段階的印刷のプロセスを模式的に示す図である。図４は、このプロセスの流れを示す図である。図３および図４においては、説明の簡単のため、図９（ａ）に示す配線パターンを印刷する場合を考える。これらの配線パターンは、上述したように、一の刷版では孤立する領域が生じてしまい印刷することはできない。そこで、本実施の形態における段階的印刷では、配線パターンを孤立領域が生じないように分解して２つの刷版に分けて形成し、これらの刷版を用いた２段階の印刷を行うことによって、所望する配線パターンの形成を行う。以下、これについて説明する。
【００２６】
まず、図３（ａ）に示すように、第１刷版２１と第２刷版２２を用意する。これらの刷版には、あらかじめ分解された配線パターンの一部２４および２５（これらは互いに入り組んで形成すべきパターン部分）がそれぞれ形成されている。これらの刷版が、それぞれ第１印刷部５ａ、第２印刷部５ｂにセットされた後、所定の収納位置から基板搬送手段３１によって搬送されてきた基板２３が、ステージ４２に載置されて、第１刷版２１の下に配置される（ステップＳ１）。なお、その間に、第１印刷部５ａおよび第２印刷部５ｂにおいてはそれぞれ、ペーストの供給等、印刷に必要な処理がなされる。そして、ステージ４２が矢印ＡＲ４のように移動して第１刷版２１に近接すると、印刷が行われる（ステップＳ２）。
【００２７】
第１刷版２１による印刷が終了し、図３（ｂ）に示すように、基板２３に部分配線パターン２６が形成されると、矢印ＡＲ５のようにステージ４２は、第２刷版２２の下に移動する（ステップＳ３）。そしてここで、先ほど形成された部分配線パターン２６を、ある程度まで乾燥させるべく、所定の時間だけ待機させる（ステップＳ４）。
【００２８】
乾燥待機が終了すると、図３（ｃ）に矢印ＡＲ６にて示すように、今度は第２刷版２２による、残りの配線パターンの印刷が行われる（ステップＳ５）。これが終了すると、図３（ｄ）に示すように、所望する配線パターン２７が得られることとなる。印刷が終了した基板２３は、基板搬送手段３１によって第２印刷部５ｂから排出され、乾燥処理に供される（ステップＳ６）。
【００２９】
以上、説明したように、あらかじめ配線パターンを、孤立領域が生じないように分解して２つの刷版に分けて形成し、これらの刷版を用いた２段階の印刷を行うことによって、一の刷版による印刷では形成できなかった配線パターンの形成が、印刷においても可能となる。これにより、印刷工程によって配線パターンを形成するうえでの回路設計の自由度が高くなる。また、孤立領域のある配線パターンの形成が、印刷工程にて行えることにより、フォトリソグラフィー工程を必要としないので、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
なお、図９（ｂ）のようなラインを段階的印刷にて形成する場合は、２段階であれば、１本おきに１つの刷版で印刷することにより、形成することが可能である。
【００３１】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、特段の乾燥手段を設けられていなかったが、本実施の形態では、印刷装置が基板乾燥部を備える場合について説明する。
【００３２】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る印刷装置１００の構成を示すブロック図である。図６は、基板乾燥部１１０の構成を説明するための図である。
【００３３】
図５に示すように、本実施の形態に係る印刷装置１００は、基板乾燥部１１０が設けられている点を除けば、第１の実施の形態に係る印刷装置１と同じ構成であり、それらについては同一の符号を付した説明を省略する。
【００３４】
基板乾燥部１１０は、乾燥室１１１と、その内部に設けられたヒータ１１２と、乾燥室１１１と配管にて接続された排気手段１１３とを主として備える。
【００３５】
乾燥室１１１は、その内部に、基板１１４をステージ４２に載置された状態のまま収納可能である。ヒータ１１２は、基板１１４が収納される位置の上方に設けられ、収納された基板１１４に形成されている配線パターン１１５を加熱して、これを乾燥させるためのものである。排気手段１１３は、乾燥室１１１において配線パターン１１５が乾燥処理を施されることによって発生するガスを、乾燥室１１１から強制的に排気させるために備わる。
【００３６】
次に、本実施の形態における印刷のプロセスを説明する。図７は、この流れを示す図である。基板１１４がステージ４２に載置され第１刷版による印刷がなされるまでは、第１の実施の形態と同じである（ステップＳ１１、Ｓ１２）。その後、基板１１４は、図６において矢印ＡＲ７にて示すように、乾燥室１１１へとステージ４２ごと移送される（ステップＳ１３）。そして、乾燥室１１１にてヒータ１１２による加熱乾燥がなされる（ステップＳ１４）。これにより、速く、かつ確実に乾燥させることができるので、後段の印刷処理等によって、すでに印刷された部分配線パターンに変形が生じることなどが回避できる。また、ペーストから揮発する溶媒成分は排気手段１１３によって強制的に排気されるので、作業者の安全性も確保される。
【００３７】
乾燥処理が終了すると、図６において矢印ＡＲ８にて示すように、第２刷版の下へステージ４２は移動し（ステップＳ１５）、第２刷版による印刷がなされる（ステップＳ１６）。そして印刷が終了した後、基板１１４は再び乾燥室１１１へと移送され（ステップＳ１７）、再度乾燥処理を受けた後（ステップＳ１８）、排出されることとなる（ステップＳ１９）。
【００３８】
以上、説明したように、本実施の形態に係る印刷装置１００は、基板乾燥部１１０を備えているので、配線パターンの印刷の各段階ごとに、早く、かつ確実に乾燥させることができ、すでに印刷された部分配線パターンの変形などを回避することができる。また、ペーストから揮発する溶媒成分を強制的に排気させることができるのでので、作業者の安全性が確保される。
【００３９】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、いずれも２段階の印刷についてのみ説明したが、さらに印刷部を備えることによって、より多くの段階の印刷を行うことも可能である。
【００４０】
上述の実施の形態においては、共通のペースト供給源７から、第１印刷部５ａと第２印刷部５ｂとの両方にペースト１０が供給される対応であったが、それぞれに対応したペースト供給源を備える態様であってもよい。この場合、第１刷版が印刷する配線パターンと、第２刷版が印刷する配線パターンとを、異なるペーストにより形成することができる。
【００４１】
また、段階的配線パターンの段階的印刷において重要なのは、各段階で印刷される部分配線パターンに、位置ずれが生じないことである。そのためには、精度よく基板の位置決めを行って印刷する態様が望ましい。
【００４２】
図８は、位置決め方法についての一例を示す図である。まず、図８（ａ）に示すように、第１刷版２１に配線パターンとは別に位置決め用パターン２８をあらかじめ形成しておく。第１刷版２１による印刷がなされると、３点からなる位置決めマーク２９が、部分配線パターン２６とともに形成される。そして、第２刷版２２における印刷の際に、この３点の位置決めマーク２９の位置を図示しない画像処理手段などによって検知する。これにより第２刷版２２に対応した基板９の本来の位置からの位置ずれが求まるので、その結果に従い、ステージ駆動手段４１が、矢印ＡＲ９に示すようにステージ４２の位置を微調整することになる。これにより、段階的印刷において、各段階で印刷される部分配線パターンの位置精度をより向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１ないし請求項５の発明によれば、一の貫通版のみを用いた印刷では形成できなかった回路要素が形成できるので、回路設計の自由度が高まる。また、フォトリソグラフィーによらずに当該回路要素が形成できるので、コストが低減できる。
【００４５】
特に、請求項２および請求項４の発明によれば、先に印刷された一部の回路要素に変形が生じることなどが回避できる。また、回路要素形成材料から揮発する溶媒成分を強制的に排気できるので、作業者の安全性を確保できる。
【００４６】
特に、請求項５の発明によれば、基準点をもとに印刷のたびごとに被印刷体の位置を微調整できるので、段階的に回路要素を形成していく際の印刷位置精度をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る印刷装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】印刷装置１における印刷の方法について模式的に示す図である。
【図３】印刷装置１を用いた配線パターンの段階的印刷のプロセスを模式的に示す図である。
【図４】配線パターンの段階的印刷のプロセスを説明する図である。
【図５】第２の実施の形態に係る印刷装置１００の構成を示すブロック図である。
【図６】基板乾燥部１１０の構成を説明するための図である。
【図７】第２の実施の形態における印刷のプロセスを説明する図である。
【図８】位置決め方法についての一例を示す図である。
【図９】従来の、貫通版による印刷について説明する図である。
【符号の説明】
１、１００  印刷装置
８ａ、８ｂ  刷版
９、２３  基板
１０  ペースト
１３  貫通部
２１  第１刷版
２２  第２刷版
１１１  乾燥室
１１２  ヒータ
１１３  排気手段
１１４  基板
１１５  配線パターン
２７  配線パターン
４２  ステージ
５３  加圧容器
５４  Ｏリング
５５  ピストン
【図１】
0003953859.tif 000002
【図２】
0003953859.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003953859.tif 000005
【図５】
0003953859.tif 000006
【図６】
0003953859.tif 000007
【図７】
0003953859.tif 000008
【図８】
0003953859.tif 000009
【図９】
0003953859.tif 000010