(57)【要約】 【課題】  はんだペーストなどの電気伝導性ペーストのスクリーン印刷時における抜け性を向上させるとともに基板のランド設計の自由度を向上させ、断線なども発生しない安定したスクリーン印刷が可能な印刷マスク、印刷方法および印刷装置を提供することである。【解決手段】  印刷マスク１０１は、絶縁性を有する基材１０６に、厚み方向に貫通する貫通孔１０９が所定の位置に設けられており、貫通孔１０９の内周面に通電時に発熱する発熱体層１１６が形成される。この発熱体層１１６よりも抵抗率が低い金属で、発熱体層１１６と電気的に導通可能に構成され、基材１０６の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって表面金属層１１１が形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペーストを被転写体の表面上に転写するパターン印刷に用いる印刷マスクであって、
厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、
前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、
前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とを有することを特徴とする印刷マスク。
【請求項２】
前記発熱体層はニッケル、またはニッケル合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の印刷マスク。
【請求項３】
前記基材は、有機樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の印刷マスク。
【請求項４】
厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクを被転写体上に載せる工程と、スキージの移動により前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填する工程と、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することにより前記貫通孔内に充填されたペーストを前記被転写体上に転写する工程とを有するペーストの印刷方法であって、
前記印刷マスクは、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とで構成され、
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することを特徴とする印刷方法。
【請求項５】
前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱することを特徴とする請求項４に記載の印刷方法。
【請求項６】
前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始することを特徴とする請求項４または５に記載の印刷方法。
【請求項７】
前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の印刷方法。
【請求項８】
前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する工程を有し、前記洗浄工程を実施中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層に電圧を印加することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の印刷方法。
【請求項９】
厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクと、前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填するためのスキージとを有し、前記印刷マスクを被転写体上に載置し、前記被転写体と前記印刷マスクとを接触させた状態で、前記スキージを移動して、前記ペーストを前記貫通孔に充填させ、さらに前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させて、前記貫通孔内に充填されたペーストを前記被転写体上に転写する印刷装置であって、
前記印刷マスクは、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とで構成され、
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することを特徴とする印刷装置。
【請求項１０】
前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の印刷装置。
【請求項１１】
前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始するように構成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の印刷装置。
【請求項１２】
前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止するように構成されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の印刷装置。
【請求項１３】
前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する洗浄手段を有し、前記洗浄手段による洗浄中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層への電圧の印加を行うように構成されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペーストを被転写体の表面上に転写するパターン印刷に用いる印刷マスク、印刷方法および印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、高機能化が進む中で、より高密度で低コストの実装形体が求められている。例えば電子回路基板の製造において、プリント基板（以下、基板という）の部品搭載位置に設けられた、チップ部品との接続端子であるランド（パッド）上にチップ部品などの電子回路部品を実装するには、はんだ付けによりランドを介して電子回路部品と基板の内層、表層の配線と電気的な導通を確保するものが主である。
【０００３】
はんだ付けによる実装には、リフロー方式があり、フラックスとはんだ粉を混合してペースト状としたはんだペースト（クリームはんだ、またはソルダペーストと呼ばれることがある）をランド上にパターン印刷し、電子回路部品をはんだペースト状に載せたのち、リフロー炉ではんだペーストを溶融して接合させる。
【０００４】
はんだペーストのパターン印刷にはメタルスクリーン印刷が採用されている。このようなはんだペーストのパターン印刷では、高密度実装のために、より微細なパターンで印刷することが求められている。
【０００５】
ところで、従来のはんだペーストの印刷では、図５に示すような方式が採用されてきた。図５（ａ）に示すように、基板３３６上のランド３４１の位置に対応するように、メタルマスク３０１の厚み方向に貫通する貫通孔３１１を設け、ランド３４１と貫通孔３１１とを位置合わせして基板３３６上にメタルマスク３０１を固定する。
【０００６】
図５（ｂ）に示すように、メタルマスク３０１の基板３３６とは反対側の面にはんだペースト３３１を配置し、スキージ３２６によってはんだペースト３３１をメタルマスク３０１表面上で移動させると、貫通孔３１１にはんだペースト３３１を充填させる。
【０００７】
全ての貫通孔３１１にはんだペースト３３１を充填させたのち、メタルマスク３０１を基板３３６上から取り去ると、ランド３４１上にはんだペースト３３１が残るというものである。
【０００８】
このとき、図５（ｃ）に示すように、貫通孔３４６の内部にペーストの一部または全部が付着して残ったままとなり、基板３３６のランド３４１上に転写されたペースト３５１の量、形状が不良となることが多くある。このように転写されたペーストの量が不足する、あるいは形状が不良である場合、最終的なはんだ接合部の機械的強度不足、ブリッジなどの不良が発生する可能性が高くなり、歩留まりの低下につながることになる。
【０００９】
このような課題を解決する方法として、例えば特許文献１記載の方法がある。この方法では、マスクを誘導加熱することにより、貫通孔付近のはんだペーストを加熱し、はんだペーストの粘度を低下させ、最終的に貫通孔内部に残存するはんだペーストを低減させるものである。
【００１０】
また特許文献２記載の印刷マスクは、複数のマスク本体を重ね、これらを貫通する貫通孔の開口内に発熱体を設け、この発熱体に電気的に接続される電気配線をマスク本体間に配設している。電気配線に電流を流すことで発熱体が発熱し、貫通孔内部に充填させたはんだペーストの粘度を低下させている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−５８６５０号公報
【特許文献２】特開２００５−７４６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１記載の印刷方法では、誘導加熱方式により貫通孔の上部より磁界を発生させるために貫通孔側面のみを選択的に加熱することは困難で、例えば両面実装基板などの場合、裏面にすでに実装されたはんだ接合部も加熱されてしまい、部品の落下や位置ズレが起こる恐れがある。しかもこの方法ではマスク全体が加熱されるために、マスク上のスキージ走査面上のはんだペーストも加熱されてしまう。はんだペーストには通常溶剤成分があり、加熱による溶剤の揮発促進で、ペーストの粘度が変わり、安定した印刷ができない、あるいはペースト成分の乾燥によるマスク上への残留で、マスク洗浄不良が起こる恐れがある。
【００１３】
また特許文献２記載の印刷マスクは、全ての貫通孔に発熱体を設けることが必須となる。貫通孔が少ないパターンであればよいが、昨今の携帯電話装置のような高密度実装が求められる基板に対しては、貫通孔が著しく多くなり、かつ貫通孔間隙が小さいため、電気配線の引き回しが極めて困難となる。このため貫通孔を設ける位置に制限がかかり、基板のランド設計が著しく制限される。
【００１４】
また、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように発熱体によってこの場合は貫通孔の内周面に段差ができることになる。このような段差はペーストの充填のバラつきが著しく大きくなると予想される。また一部に発熱体が設けられない部位ができるため、発熱体部分のペーストの粘度と、そうでない箇所で粘度のバラつきが発生しやすい。また発熱体に覆われてない箇所はペーストが詰まりやすく、発熱体の側壁にもペーストが接触し、抜けにくくなり、全体として貫通孔からのペーストの抜け性は悪くなる。
【００１５】
さらに、電気配線を接着層とともに２枚のマスク基材ではさんだ構成となっている。このため印刷時にスキージ印圧によってマスクにかかるテンションでマスクが繰り返し曲げられた際に電気配線が断線しやすいという問題点もある。
【００１６】
本発明は、従来技術の上記問題点に鑑み、はんだペーストなどの電気伝導性ペーストのスクリーン印刷時における抜け性を向上させるとともに基板のランド設計の自由度を向上させ、断線なども発生しない安定したスクリーン印刷が可能な印刷マスク、印刷方法および印刷装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ペーストを被転写体の表面上に転写するパターン印刷に用いる印刷マスクであって、
厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、
前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、
前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とを有することを特徴とする印刷マスクである。
【００１８】
また本発明は、前記発熱体層がニッケル、またはニッケル合金で形成されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記基材が、有機樹脂材料で構成されることを特徴とする。
また本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクを被転写体上に載せる工程と、スキージの移動により前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填する工程と、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することにより前記貫通孔内に充填されたペーストを前記被転写体上に転写する工程とを有するペーストの印刷方法であって、
前記印刷マスクは、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とで構成され、
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することを特徴とする印刷方法である。
【００２０】
また本発明は、前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する工程を有し、前記洗浄工程を実施中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層に電圧を印加することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクと、前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填するためのスキージとを有し、前記印刷マスクを被転写体上に載置し、前記被転写体と前記印刷マスクとを接触させた状態で、前記スキージを移動して、前記ペーストを前記貫通孔に充填させ、さらに前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させて、前記貫通孔内に充填されたペーストを前記被転写体上に転写する印刷装置であって、
前記印刷マスクは、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられた絶縁性を有する基材と、前記貫通孔の内周面に形成され、通電時に発熱する発熱体層と、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって形成され、前記発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、前記発熱体層と電気的に導通可能に構成される表面金属層とで構成され、
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離することを特徴とする印刷装置である。
【００２５】
また本発明は、前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱するように構成されることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始するように構成されることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止するように構成されることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する洗浄手段を有し、前記洗浄手段による洗浄中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層への電圧の印加を行うように構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ペーストを被転写体の表面上に転写するパターン印刷に用いる印刷マスクであり、絶縁性を有する基材には、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられており、前記貫通孔の内周面に通電時に発熱する発熱体層が形成される。この発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、発熱体層と電気的に導通可能に構成され、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって表面金属層が形成される。
【００３０】
これにより、貫通孔の内部にペーストの一部または全部が付着することがなく、貫通孔内のペースト全体を確実に被転写体上に転写することができ、従来の印刷マスクに比べて、よりファインなパターンのはんだ印刷を容易に行うことができる。
【００３１】
さらに、表面金属層を印刷マスクの外表面に全面にわたって形成することにより、高密度実装が求められる基板に対して貫通孔の数やピッチに関係なく全ての貫通孔の発熱導体に対して電流供給が可能となり、被転写体の設計に制限がなくなり、また電流供給経路となる表面金属層の断線も発生しない。
【００３２】
また本発明によれば、前記発熱体層はニッケル、またはニッケル合金で形成されるので、無電解めっき法により容易に形成することができる。
【００３３】
また本発明によれば、前記基材が、有機樹脂材料で構成されるので、ペーストを転写する被転写体のうねりなどの凹凸を吸収可能で、かつ無電解めっき法により容易に発熱体層を形成することができる。
【００３４】
また本発明によれば、厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクを被転写体上に載せ、スキージの移動により前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填させたのち、前記基板と前記印刷マスクを分離することにより前記貫通孔内に充填されたペーストを前記被転写体上に転写する。
【００３５】
ここで、前記印刷マスクは、絶縁性を有する基材に、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられており、前記貫通孔の内周面に通電時に発熱する発熱体層が形成される。この発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、この発熱体層と電気的に導通可能に構成され、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって表面金属層が形成される。
【００３６】
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離する。
【００３７】
これにより、貫通孔の内部にペーストの一部または全部が付着することがなく、貫通孔内のペースト全体を確実に被転写体上に転写することができ、従来の印刷方法に比べて、よりファインなパターンのはんだ印刷を容易に行うことができる。
【００３８】
さらに、表面金属層を印刷マスクの外表面に全面わたって形成することにより、高密度実装が求められる基板に対して貫通孔の数やピッチに関係なく全ての貫通孔の発熱導体に対して電流供給が可能となり、被転写体の設計に制限がなくなり、また電流供給経路となる表面金属層の断線も発生しない。
【００３９】
また本発明によれば、前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱するので、印刷マスク全体を加熱することなく、貫通孔の内周面のみを効果的に加熱することができる。
【００４０】
また本発明によれば、前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始する。
【００４１】
これにより、ペースト全体や、ペーストの被転写体との接触面への加熱を少なくしながら、ペーストの発熱体層との接触面を加熱することができる。
【００４２】
また本発明によれば、前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止する。
【００４３】
これによりペーストを最適な時間加熱することが可能になり、加熱時間が長すぎることによる被転写体の温度上昇を防いだり、加熱時間が短すぎることによるペーストの貫通孔内への残留を防いだりすることができる。
【００４４】
また本発明によれば、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する工程を有し、前記洗浄工程を実施中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層に電圧を印加する。
【００４５】
これにより、分離後に前記印刷マスクの被転写体との接触面が洗浄され、またその際に、前記貫通孔側壁は加熱されているため、前記印刷マスクに残留したペーストが抜けやすくなる。
【００４６】
また本発明によれば、厚み方向に貫通する貫通孔を所定の位置に設けた印刷マスクと、前記印刷マスク上のペーストを前記貫通孔に充填するためのスキージとを有する印刷装置であり、前記印刷マスクは、絶縁性を有する基材に、厚み方向に貫通する貫通孔が所定の位置に設けられており、前記貫通孔の内周面に通電時に発熱する発熱体層が形成される。この発熱体層よりも抵抗率が低い金属で、発熱体層と電気的に導通可能に構成され、前記基材の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面全面にわたって表面金属層が形成される。
【００４７】
前記表面金属層に電流を流すことで前記発熱体層を加熱し、前記貫通孔に充填されたペーストの前記貫通孔内周面との接触部分の温度を、前記貫通孔に充填されたペーストの前記被転写体との接触部分の温度よりも高くした状態で、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離する。
【００４８】
これにより、貫通孔の内部にペーストの一部または全部が付着することがなく、貫通孔内のペースト全体を確実に被転写体上に転写することができ、従来の印刷装置に比べて、よりファインなパターンのはんだ印刷を容易に行うことができる。
【００４９】
さらに、表面金属層を印刷マスクの外表面に全面わたって形成することにより、高密度実装が求められる基板に対して貫通孔の数やピッチに関係なく全ての貫通孔の発熱導体に対して電流供給が可能となり、被転写体の設計に制限がなくなり、また電流供給経路となる表面金属層の断線も発生しない。
【００５０】
また本発明によれば、前記貫通孔の内周面に設けられた前記発熱体層を抵抗加熱法により加熱するように構成される。
【００５１】
これにより、外部電圧による制御で印刷マスク全体を加熱することなく、容易に貫通孔の内周面のみを効果的に加熱することができる。
【００５２】
また本発明によれば、前記発熱体層の温度を４０℃〜８０℃の範囲内に保ちながら前記印刷マスクと前記被転写体とを分離する分離動作を、前記発熱体層の温度が４０℃〜８０℃の範囲内の所定温度に到達後３秒未満の期間中に開始するように構成される。
【００５３】
これにより、ペースト全体や、ペーストの被転写体との接触面への加熱を少なくしながら、ペーストの発熱体層との接触面を加熱することができる。
【００５４】
また本発明によれば、前記スキージの移動停止後に前記表面金属層への電圧の印加を開始し、前記分離動作の終了後に前記表面金属層への電圧の印加を停止するように構成される。
【００５５】
これによりペーストを最適な時間加熱することが可能になり、加熱時間が長すぎることによる被転写体の温度上昇を防いだり、加熱時間が短すぎることによるペーストの貫通孔内への残留を防いだりすることができる。
【００５６】
また本発明によれば、前記被転写体と前記印刷マスクとを分離させた状態で、前記印刷マスクの前記被転写体との接触面を洗浄する洗浄手段を有し、前記洗浄手段による洗浄中の少なくとも一部の期間中に、前記表面金属層に電圧を印加するように構成される。
【００５７】
これにより、分離後に前記印刷マスクの被転写体との接触面が洗浄され、またその際に、前記貫通孔側壁は加熱されているため、前記印刷マスクに残留したペーストが抜けやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、本発明の実施の形態を、スクリーン印刷による基板ランドへのはんだペーストのパターン印刷を例にとって説明する。なお本発明はこの例に限るものでなく、加熱により粘度が低下する性質をもつあらゆる電気的な接合ペーストのスクリーン印刷に適用可能である。
【００５９】
図１は、本発明の実施の一形態である印刷マスク１０１の構成を示す図である。図１（ａ）は断面図を示し、図１（ｂ）は平面図を示す。
【００６０】
印刷マスク１０１は、基材１０６と表面金属層１１１、貫通孔１０９の内周面に設けられた発熱体層１１６からなる。基材１０６としては絶縁性を有する材料でかつ、表面にめっき形成が可能な材料であることが望ましく、たとえば有機樹脂材料であるポリイミドなどを用いることが好ましい。有機樹脂材料を基材１０６として用いることで、ペーストを転写する基板のうねりなどの凹凸を吸収可能で、かつ無電解めっき法により容易に発熱体層１１６が形成可能となる。
【００６１】
基材１０６にはＹＡＧレーザー、またはドリル加工などで、基板のランドパターンに対応するように貫通孔１０９が形成される。貫通孔１０９の大きさ、開口形状は、特に限定されず、ランドの大きさ、形状などに合わせて適宜設定すればよい。本実施形態では、開口形状は正方形である。
【００６２】
貫通孔１０９の内周面の表面粗さも最終的なペーストの抜け性に影響を与えるため、その表面粗さは５μｍ以下に抑えるのが望ましい。通常、貫通孔１０９はＹＡＧレーザーなどで加工されるが、このままでは５μｍ以下の表面粗さに抑えるのは困難である。そこでレーザー加工後に、ウェットエッチング法などの等方エッチングを行うことで、内周面の表面粗さが軽減され、最終的に５μｍ以下にすることが可能となる。
【００６３】
このようにして複数の貫通孔１０９を設けた基材１０６にパラジウム触媒などを用いて、表面１１０を活性化し、無電解めっき処理を行い、基材１０６の表面１１０、および貫通孔１０９の内周面にめっき層を形成する。めっき層は、最終的には発熱体層１１６となるものであり、10-8以上の抵抗率を有する金属、たとえばニッケル、またはニッケル合金で形成することが好ましい。
【００６４】
次にスパッタ法などで基材１０６の表面１１０上のめっき層上に、全面にわたって表面金属層１１１を形成する。ここでいう表面とは、基材１０６の厚み方向に垂直な２つの外表面の両面をいう。また全面にわたって表面金属層１１１を形成するとは、２つの外表面のそれぞれの面において、全表面積（貫通孔の開口面積を除く）の９０％以上を表面金属層１１１が覆っているような状態をいう。
【００６５】
これにより、基材の表面には表面金属層１１１が全面にわたって形成され、貫通孔１０９の内周面にはめっき層のみが形成され、この貫通孔１０９の内周面に形成されためっき層が発熱体層１１６として機能する。通常スパッタ法は回り込みが少ないため、貫通孔１０９の内周面には表面金属層１１１はほとんど形成されない。しかし貫通孔１０９の開口面積が大きい場合、内周面にも付着する場合がある。このときは、ウェットエッチングなどの手法で内周面に付着した表面金属層１１１を除去する。
【００６６】
表面金属層１１１は、発熱体層１１６よりも低抵抗となるように銅、アルミニウムなどスパッタで形成可能でかつ抵抗率の低い金属を用いることが好ましい。また、表面金属層１１１の厚さは、印刷マスク１０１表面を流れる電流の電気抵抗を低くするため、なるべく厚くするのがよいが、厚くするにはスパッタ時間が長くなってしまう。
【００６７】
そこで発熱体層１１６がニッケルで、表面金属層１１１が銅であり、発熱体層１１６の厚さが１μｍの場合、ニッケルの抵抗率は銅の抵抗率の５倍程度であることから、２μｍ以上であれば問題ない。また上述のウェットエッチングする場合、銅であれば、アンモニア系のアルカリエッチャントを用いることが可能である。
【００６８】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施の一形態であるはんだペースト印刷装置および印刷方法を示す模式的断面図である。
【００６９】
図２Ａ（ａ）に示すように、はんだペーストのスクリーン印刷においては、まず被印刷体である基板１３６を図示しない台座上に真空吸着などの方法で保持し、マスク１０１に対して台座を上昇させ、基板１３６がマスク１０１に密着するように基板１３６を保持する。なお基板１３６のランド１４１上にマスク１０１に設けられた貫通孔１０９が対応するように基板１３６とマスク１０１とはあらかじめ位置合わせしておく。
【００７０】
次に図２Ａ（ｂ）に示すようにマスク１０１の基板１３６に密着した面とは反対側の表面上にはんだペースト１３１をスキージ１２６でローリングさせ、マスク１０１の貫通孔１０９内に、はんだペースト１３１を充填させる。
【００７１】
スキージ１２６は、その形状が平型、角型、剣型などで形成され、材質としてウレタンゴム、シリコンゴム、金属などが用いられる。本発明のような、有機樹脂材料を基材とする印刷マスクとし、はんだペーストを貫通孔に充填するような場合は、ウレタンゴムからなり平型形状のものを使用する。
【００７２】
スキージ１２６の印刷マスク１０１表面に対する角度であるアタック角度は、ペーストの種類、貫通孔１０９の開口形状、開口寸法などによるが、たとえば３０〜８０度が好ましく、本実施形態では６０度としている。
【００７３】
全ての貫通孔１０９にペーストが充填されたのち、図２Ｂ（ｃ）に示すように、両面の表面金属層１１１間に電源１５１を介して電圧を印加して、最終的に発熱体層１１６に通電して、ジュール熱を発生させる。このときの印加電圧は、最終的な発熱体層１１６の温度を１００℃にすると仮定すると、マスク厚さ１２０μｍ、４００μｍ角の貫通孔、導体層１１１を１μｍ厚さで形成した場合で、１ｍＷの電力印加が必要となる。
【００７４】
発熱体層１１６の発熱による最適温度は、使用するはんだペーストの物性によって異なるが、あまりにも高温になるとペースト中の溶剤成分の揮発が早くなる恐れがある。よって溶剤成分の揮発が極端に早くならない程度の温度に設定するのが望ましい。
【００７５】
このようにしてマスク１０１の貫通孔１０９の内周面を加熱し、所定の温度に到達させた段階で台座とともに基板１３６を下降させ、マスク１０１と基板１３６とを離間させる。このときマスク１０１の貫通孔１０９の内周面の発熱により、貫通孔１０９内に充填されたペースト１４６の貫通孔１０９内周面に設けられた発熱体層１１６との接触部分、すなわちペースト１４６を柱状とすると外周面付近の温度が上昇しペースト１４６の粘度低下が発生して貫通孔１０９内周面に対する密着力が低下する。
【００７６】
一方、基板１３６のランド１４１とペースト１４６とは、ペースト１４６を柱状とするとその底面部分で接触しており、この接触部分の温度は、発熱体層１１６の発熱による温度上昇の影響を受けず、発熱体層１１６との接触部分よりも温度が低くなるため、ペースト１４６の粘度が低下せず、ペースト１４６とランド１４１間の密着力は維持される。
【００７７】
図２Ｂ（ｄ）のように基板１３６を下降させると、マスク１０１の貫通孔１０９に充填されていたペースト１４６が抜け、基板１３６のランド１４１上に転写される。
【００７８】
このとき、貫通孔１０９の内部にペースト１４６の一部または全部が付着することがなく、貫通孔１０９内のペースト１４６全体を確実にランド１４１上に転写することができ、従来の印刷方法に比べて、よりファインなパターンのはんだ印刷を容易に行うことができる。
【００７９】
さらに、表面金属層１１１を印刷マスク１０１の外表面に全面にわたって形成することにより、高密度実装が求められる基板に対して貫通孔１０９の数やピッチに関係なく全ての貫通孔１０９の発熱導体１１６に対して電流供給が可能となり、基板のランド設計に制限がなくなり、また発熱体層１１６への電流供給経路となる表面金属層１１１の断線も発生しない。
【００８０】
貫通孔１０９の内周面の発熱体層１１６の加熱は予め実施しておいてもよい。すなわち、ペースト１４６を貫通孔１０９に充填する前に発熱体層１１６を発熱させた状態でペースト１４６の充填、基板１３６の降下を行い、そのまま次の印刷に移っても効果に影響はない。
【００８１】
印刷マスク１０１の基材１０６は、複数枚から構成されてもよく、表面金属層１１１を複数枚重ねた最外表面に形成すればよい。
【００８２】
さらに、発熱体層１１６の加熱シーケンスについて、貫通孔１０９に充填されたペースト１４６の抜け率向上という観点から、より効果的な実施形態を、図３、図４を用いて説明する。
【００８３】
図３は加熱シーケンスの概略図を示している。縦軸は発熱体層１１６の温度を、横軸は時間を表す。時刻０において、スキージ１２６のマスク１０１上での移動を開始し、貫通孔１０９にはんだペースト１４６を充填する。はんだペースト１４６を貫通孔１０９に充填した後もスキージ１２６は移動を続け、時刻ｔ１においてマスク１０１の端部に到達して停止する。０〜ｔ１までの期間中は、発熱体層１１６の温度は常温ｈ１からほとんど変化していない。
【００８４】
充填されたはんだペースト１４６への加熱時間は、印刷マスク１０１と基板１３６とを分離する分離動作の開始前はできるだけ短いことが望ましい。そこでスキージ１２６の移動が完全に停止してから、電源１５１を介して表面金属層１１１に電圧を印加する。図３では、時刻ｔ１において、スキージ１２６の移動を停止すると同時に、電圧の印加を開始している。そのようにして表面導体層１１１を通して発熱体層１１６に電流を印加し、発熱体層１１６を発熱させることで、発熱体層１１６とペースト１４６の接触面を加熱し、該接触面でのペースト１４６の粘度を低下させる。
【００８５】
発熱体層１１６は、はんだペースト１４６の抜け率が向上する所定温度ｈ２に達するように発熱させる。所定温度ｈ２については後述する。発熱体層１１６が所定温度ｈ２に達しているか否かは、図示しないサーモグラフィなどの非接触の温度測定装置を用いて、発熱体層１１６、もしくは発熱体層１１６上部の表面金属層１１１の温度を局所的に測定して確認することができる。発熱体層１１６の温度が所定温度ｈ２に達するのが時刻ｔ２である。時刻ｔ２から所定期間ｐ１経過後の時刻ｔ３において、印刷マスク１０１と基板１３６とを分離する分離動作を開始する。所定期間ｐ１についても後述する。
【００８６】
分離動作の終了時刻がｔ４である。すなわち、時刻ｔ４において、はんだペースト１４６は印刷マスク１０１から抜けきる。図３では、分離動作の終了と同時に表面金属層１１１への電圧の印加を停止している。分離動作の終了と電圧印加の停止は同時でなくてもよいが、分離動作が終了するまでは電圧を印加し続ける。分離動作の途中で発熱体層１１６からの加熱が無くなると、再び粘度が上昇して、貫通孔１０９内にはんだペースト１４６の一部が残留する恐れがあるからである。以上の加熱シーケンスにより、より高い抜け率での転写が可能となる。
【００８７】
次に、前述の所定温度ｈ２、所定期間ｐ１について説明する。はんだペースト１４６の粘度は一般的に温度の上昇により低下する。このため、はんだペースト１４６の発熱体層１１６との接触面の温度を上げれば、該接触面の粘度が低下して、抜け率は向上する。しかし発熱体層１１６の温度があまりにも大きかったり、または加熱時間が長かったりすると、はんだペースト１４６の全体が加熱されたり、基板１３６のランド１４１が加熱されたりして、抜け率向上効果が得られない恐れがある。そこで、前述した加熱シーケンスでは、発熱体層１１６の温度や加熱時間を定めて、はんだペースト１４６の転写を行なっている。
【００８８】
一般的なはんだペーストの単位面積あたりの粘着力と温度との関係は、例えば特開平１０−５８６５０号公報の図８に示されている。すなわち、一般的なはんだペーストには粘着力が極小値となる温度が存在する。本実施形態に用いた、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペーストでは約８０℃で粘着力が極小となることが確認された。また、一般的なパターンである、直径２００μｍの貫通孔１０９を有する厚さ１００μｍの一般的な印刷マスクを用いた場合、約４０℃において、発熱体層１１６とはんだペースト１４６との粘着力と、ランド１４１とはんだペースト１４６との粘着力とが釣り合うことが確認された。よって、温度を４０℃以上８０℃以下に保てば、抜け率向上の効果が得られることになる。本実施形態では、所定温度ｈ２を４０℃〜８０℃の範囲内の温度とする。
【００８９】
また、所定期間ｐ１の有効な値を調べるために、所定期間ｐ１の値を変えて抜け率の測定を行った。測定には平均粒径２０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだペーストと、直径１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍの貫通孔１０９を有した厚さ１２０μｍの印刷マスクとを用いた。図４は、所定温度ｈ２を８０℃としたときの、貫通孔１０９の直径（横軸）と、はんだペースト１４６の抜け率（縦軸）との関係を表す図である。図中の○は所定期間ｐ１を０秒、△は所定期間ｐ１を１秒、◇は所定期間ｐ１を３秒、としたときの測定結果をそれぞれ示している。
【００９０】
測定により、厚さ１２０μｍの印刷マスクの場合は電圧印加から１秒後に分離動作を開始することで、直径２００μｍの、より小さな貫通孔１０９において抜け率の大幅な向上が可能であることが確認された。また、電圧印加から３秒後に分離動作を開始した場合において抜け率が向上していないのは、所定期間ｐ１を３秒間とすると加熱時間が長くなりすぎ、はんだペースト１４６の全体、または、ペースト１４６のランド１４１との接触面が加熱されてしまい、ペースト１４６の発熱体層１１６との接触面とペースト１４６内部との間、またはペースト１４６のランド１４１との接触面との間に十分な温度差が得られなかったからと考える。よって本実施形態では、所定期間ｐ１は３秒未満、好ましくは１秒以下の期間とする。
【００９１】
また別の実施形態では、基板１３６の下降動作終了後、次の基板１３６が印刷マスク１０１下に搬送されるまでに、または搬送された後に、印刷マスク１０１の基板１３６との接触面を洗浄する洗浄工程を行う。この洗浄工程は、印刷マスク１０１と基板１３６との分離のために基板１３６を下降させる下降動作が完了した後に、印刷マスク１０１の基板１３６との接触面を、洗浄手段である洗浄用布などで拭き取る工程である。また、洗浄工程の実施中の少なくとも一部の期間中、表面金属層１１１に電圧を印加し続ける。これによって、拭き取り中も貫通孔１０９内は加熱され、残留したはんだペーストの抜け率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の一形態である印刷マスク１０１の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施の一形態であるはんだペースト印刷装置および印刷方法を示す模式的断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の一形態であるはんだペースト印刷装置および印刷方法を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態であるはんだペースト印刷方法の加熱シーケンスの概略図である。
【図４】所定温度ｈ２を８０℃としたときの、貫通孔１０９の直径と、はんだペースト１４６の抜け率との関係を表す図である。
【図５】従来の印刷方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０１  印刷マスク
１０６  基材
１０９  貫通孔
１１１  表面金属層
１１６  発熱体層
１３１  はんだペースト
１２６  スキージ
１３６  基板
１４１  ランド
１４６  充填されたはんだペースト
１５１  電源
【図１】
2009166470.tif 000003
【図２Ａ】
2009166470.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
2009166470.tif 000006
【図４】
2009166470.tif 000007
【図５】
2009166470.tif 000008