JPH09123397A - 高解像度スクリーン印刷のためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、印刷スクリーンに到達する印刷液
の供給を制御するためのディスペンサーを有する高解像
度スクリーン印刷のための改良されたシステムと方法に
関する。 【解決手段】 本発明の実施例は、制御された印刷ヘッ
ドを１つかそれ以上の空圧カートリッジといったディス
ペンサーと結び付けることによって、印刷スクリーンの
表面上に印刷液を制御して供給する高解像度スクリーン
印刷システムと方法を含む。ディスペンサーはスキージ
と隣合って設置され、スキージがスクリーンを横切って
移動する際に、スクリーンに到達する誘電ペーストとい
った印刷液を供給する。この方法で、本発明では、印刷
中にスクリーンに到達するペーストの量は、ペーストを
追加するための中断なしに一定かつ最少に維持され、フ
ラッド・ブレードなどのスクリーンを印刷液に浸す手段
は使用しなくても良い。従って、開示されたスクリーン
印刷システムは、最終製品の厚みの均一性を大きく改善
する一方で、スクリーンを清掃する必要を低減し、時間
と生産資源を節約する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高解像度スクリーン
印刷に関する。より詳細には、本発明は、印刷スクリー
ンに到達する印刷液の供給を制御するためのディスペン
サーを有する高解像度スクリーン印刷のための改良され
たシステムと方法に関する。

【０００２】

【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】例
えばフォーマットＥ厚膜多層接続ボード（ＭＩＢ）とい
った回路基板製造での大面積の高解像度印刷は、印刷液
（例えば、誘電および導電ペースト）の適用に関連する
問題のために非常に複雑になっている。一般に、この種
のスクリーン印刷では、ステンシル処理またはパターン
処理された下面を有するメッシュ・スクリーンを基板
上、または基板に関連して機能的に配置し、印刷液をフ
ラッド・ブレードを使って基板上に置き伸ばし、スキー
ジがスクリーンの上を通過して基板上にパターンを印刷
した後で、スクリーンを基板からはがすと、基板の指定
された部分の上に均一なパターン処理されたペーストの
層が残ることが期待される。この同様な方法で、その後
の層が基板上に印刷され、多くのボード・レベルの１つ
を完成する。

【０００３】しかし、特に高粘着性ペーストによってＳ
ＥＭＥボードのような広いフォーマットのボードを印刷
する場合、１回の印刷と次の印刷との間で一定の厚さの
均一性を達成し、各ボード・レベルにわたる高い線解像
度と、ボード・レベル間の高いヴァイア解像度を維持す
ることは困難である。フラッド・ブレードが印刷液をス
クリーン上に完全かつ均一に広げない場合、最終的な印
刷パターンの均一な厚さは得られない。また、移動する
スキージのすぐ前方のスクリーン上のペーストの量が過
剰になる場合（そうなることが多いのだが）、結果とし
て得られる印刷面は、スクリーンが基板上の印刷層から
はがれず、印刷されたペーストによる変形や汚れを生じ
るものとなる。従って、線解像度は低下しその後の印刷
のためのスクリーンのヴァイア解像度も低下する。

【０００４】通常、これらの問題に対する直接の解決法
は、スクリーンを頻繁に、時には各ボード層を印刷する
毎に清掃することである。しかし、こうした頻繁な清掃
は、高価で、時間がかかり、一般に生産資源の浪費であ
るのに加えて、スクリーンのパターン形成またはガスケ
ッティングの質（すなわち、スクリーンが印刷中に印刷
液を通過させる能力）及びスクリーンの寿命（伸びによ
る）を大きく低減させる。

【０００５】この問題を解決しようとして、スクリーン
の寸法とペーストの組成に対する要求といった要素に焦
点が当てられた。また、乳剤のガスケッティングの改善
と同時に液圧を増大してスキージに近づけることが検討
された。最大液圧点を移動してスキージ・チップに近づ
けることによって印刷パターンのヴァイアおよび線解像
度が改善されることが報告された。また、より良い解像
度を達成するために必要な印刷条件の改善には、印刷の
（スキージの）速度を高め、メッシュの打ち込み数の多
い細かいワイヤ・スクリーンを使用し、動作中のスキー
ジの前のペーストの量を最少にすることが含まれること
が確認された。しかし、スキージの前のスクリーン上の
ペーストの量を最少にすると、ほんの数回印刷する毎に
ペーストを追加することが必要になり、労働集約的で、
時間がかかり、概して非効率的である。従って、高解像
度スクリーン印刷に関連するいくつかの問題が一般に知
られているにも関わらず、満足の行く解決法がさらに確
立されなければならない。

【０００６】図１は従来の高解像度スクリーン・プリン
タ１０の一部を示す。一般に、スクリーン・プリンタ１
０は、機能的に取り付けられたフラッド・ブレード１６
とスキージ１８を持つ印刷ヘッド（図示せず）を有す
る。印刷ヘッドの動きと、それによるフラッド・ブレー
ド１６とスキージ１８の動きは、通常マイクロプロセッ
サに基づくコントローラ（図示せず）によって制御され
る。ツール・プレート（図示せず）が印刷される基板を
受け取り、基板のしかるべき領域に印刷するためのパタ
ーンを含む取り付けられたスクリーン２４の下の距離
（スナップ・オフ距離として知られる）を決める。

【０００７】従来のスクリーン印刷操作では、スクリー
ン２４が取り付けられると、技術上知られる厳密な調節
と印刷パラメータの調整が行われる。その後、スクリー
ン２４の第１の端３２の近くに印刷ヘッドが置かれる
と、多量の誘電ペーストのような印刷液がスクリーン２
４の第１の端３２の近くで、スキージ１８と第２の端３
４の間のスクリーン２４に適用される。印刷操作のこの
段階では、スキージ１８はスクリーン２４からわずかに
離れた位置にある。

【０００８】この時コントローラが印刷ヘッドをスクリ
ーン２４の第２の端３４の方向に横に動かすと、フラッ
ド・ブレード１６がスクリーン２４の上を通過し、スク
リーン２４をペーストに浸す（全体が３６として示され
る）。従来のスクリーン印刷操作では、ペースト３６
は、図示されるように、一般にスクリーン２４の上に均
一に浸されない、すなわち広がらないので、ある部分で
はペーストが過剰になり、別の部分ではペーストの量が
不足する。

【０００９】スクリーン２４がペースト３６で浸された
後、今はスクリーン２４の第２の端３４の近くにある印
刷ヘッドは、スキージ１８がスクリーン２４と機能的に
接触するまでスキージ１８を下げ、スキージ１８をスク
リーン２４を横切ってその第１の端３２まで動かし始め
る。スキージ１８がスクリーン２４を横切って移動する
に連れて、スキージ１８はスクリーン２４を下にある基
板に押しつけ、スクリーン２４のあらかじめ選択された
パターンを基板に印刷する。印刷が完了すると、スクリ
ーン２４は基板からはがされ、ツール・プレートはもと
の位置に復帰する。基板は取り除かれ、新しく印刷され
る基板と交換されて、このプロセスが繰り返される。

【００１０】通常、従来のスクリーン印刷では、スクリ
ーン・プリンタ１０の操作は平均３回の印刷の後でスク
リーン２４を洗浄、乾燥するために中断されるが、これ
には合計して約３分を要する。これは、ＭＩＢの製造で
は、ボード１枚当たり誘電レベルが６あり、その各々が
３回の印刷を必要とすると仮定すると、ＭＩＢ４０枚の
ロット毎に約１２時間の休止時間に換算される（すなわ
ち、洗浄４０回×洗浄毎に３分×６レベル）。従って、
１週間に３〜４ロットのＭＩＢが出荷されると仮定する
と、スクリーン印刷のこの従来の方法に関連する問題に
起因する約３６〜４８時間の製造休止時間があることに
なる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は特許請求の範囲
によって定義される。その主な態様により広範に示され
る所によれば、本発明の実施例は、印刷液の印刷スクリ
ーンの表面上への供給を制御できる少なくとも１つの空
圧カートリッジのようなディスペンサーを伴う制御され
た印刷ヘッドを有する、高解像度スクリーン印刷のシス
テムと方法を含む。ディスペンサーはスキージに隣合っ
て設置され、スキージが印刷のために移動する際スクリ
ーンに到達する誘電ペーストのような印刷液を供給す
る。この方法で、本発明は、印刷中にスクリーンに到達
するペーストを、ペーストを追加するために操作を中止
することなく一定で最少の量に維持するので、フラッド
・ブレード等のスクリーンをペーストに浸すための手続
きを使う必要はなくなる。従って、開示されたスクリー
ン印刷システムは、最終製品の厚さの均一性を大きく改
善する一方で、スクリーンを拭く必要を低減し、時間と
生産資源を節約する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下の説明では、図面を単純化す
るために同じ部品は同じ参照番号で示される。ここで図
２−図３を参照すると、本発明に従うスクリーン印刷シ
ステム５０が示される。スクリーン・プリンタ５０は、
一次側の側面６４を持つスクリーンの表面６２の上を横
に移動する印刷ヘッド（略図で５２として示される）を
有する。ツール・プレート（図示せず）は一次側面６４
の反対のスクリーンの印刷面６２の二次側面（図示せ
ず）に関連して基板（図示せず）を受け取り、機能的に
位置決めする。スキージ７６は、スクリーンの印刷面６
２の一次側面６４の上を横に通過してそのパターンを基
板に印刷するために印刷ヘッド５２に機能的に接続され
る。印刷ヘッド５２の動きはコントローラ（略図で７４
として示される）によって制御されるが、このコントロ
ーラは、パソコンまたはマイクロプロセッサに基づくコ
ントローラといった何らかの適当なコントローラでよ
い。

【００１３】フラッド・ブレード（例えば、図１に示す
フラッド・ブレード１６）を使う代わりに、本発明によ
るスクリーン印刷システム５０は、印刷ヘッド５２を、
１つかそれ以上の詰め替え可能な空圧カートリッジ８４
のような印刷液ディスペンサー（全体が８２として示さ
れる）に機能的に接続する。カートリッジ８４はカート
リッジ・ホルダー８６のような何らかの適当なコネクタ
によって印刷ヘッド５２に接続され、スキージ７６が印
刷のために移動する際に、カートリッジ８４が、スキー
ジ７６の前に約１／８インチ下のスクリーン２４に到達
する印刷液を供給するように方向付けられる。

【００１４】ディスペンサー８２の印刷液供給動作はコ
ントローラ７４によって制御される。または、第２コン
トローラ９２がコントローラ７４に従属し、印刷ヘッド
５２の動きとディスペンサー８２の印刷液供給動作が独
立して制御されながらしかるべく連係させられるように
する。この連係関係は以下より詳細に論じられる。

【００１５】コントローラ９２は、ディスペンサー８２
がスキージ７６の印刷ストロークの直前に、すなわち、
スキージ７６がスクリーンの印刷面６２を横に移動し始
める直前に、スクリーンの印刷面６２の一次側面６４に
到達する印刷液の初期量を供給するように設定される。
コントローラ９２はまた、追加用の印刷液（図３で９４
として示される）が、印刷サイクルの間に、すなわち、
スキージ７６がスクリーンの印刷面を横切って移動する
際に、スキージ７６のすぐ前のスクリーンの印刷面６２
に（連続的または周期的に）追加されるように設定され
る。または、コントローラ９２は、ディスペンサー８２
が初期量の印刷液９４の供給を完了した後までスキージ
７６の印刷ストロークの開始を遅らせるように設定され
る。

【００１６】コントローラ９２は、カートリッジ８４か
ら供給される印刷液９４の供給時間と圧力を調整できる
ように設定される。こうした調整は、カートリッジ８４
のための適当な口径を持つノズルを選択することとあい
まって、各印刷サイクルの前やその間に供給される印刷
液９４の量の非常に精密な制御を可能にする。さらに、
こうした調整をしかるべく変更することによって、スク
リーン印刷システム５０をほとんどの寸法の印刷領域や
ほとんどの粘度の印刷液に適応させられる。適当なノズ
ル寸法とコントローラの調整は個別のスクリーン印刷の
適用例によって決まるが、本技術に熟練したものなら
ば、わずかの実験で決定できる。

【００１７】本発明によるスクリーン印刷システム５０
の有利な部分を利用することによって、より実際的なス
クリーン印刷法が、従来のスクリーン印刷法より優れた
結果を生み出すために使用される。本発明に従って、ス
クリーンの印刷面６２が最初に設置され、既知の精密な
調節と印刷パラメータの調整が行われる。その後、印刷
の対象となる基板が、一次側面６４の反対のスクリーン
の印刷面６２の二次側面に関連して機能的に位置決めさ
れる。

【００１８】実際のスクリーン印刷操作の前に、印刷ヘ
ッド５２は、スキージ７６とカートリッジ８４をスクリ
ーンの印刷面６２の近くに位置決めする。次いで、印刷
ヘッド５２はスキージ７６を下げ、スキージ７６がスク
リーンの印刷面６２の一次側面と接触して、スキージ７
６の印刷ストロークとカートリッジ８４による印刷液９
４の初期の制御された供給を開始するようにする。上記
で論じたように、コントローラ９２がスキージ７６の印
刷ストロークの開始を遅らせるように設定されている場
合、印刷ヘッド５２は、供給時間遅延が行われ望ましい
量の印刷液９４が供給されるまで、ディスペンサー８２
とスキージ７６の、スクリーンの印刷面６２を横切る動
きを開始しない。

【００１９】印刷ヘッド５２がスキージ７６をスクリー
ンの印刷面６２の端９８の方向に動かすに連れて、スキ
ージ７６はスクリーンの印刷面６２の一部を一時的に基
板に押しつけ、しかるべきパターン（全体が９９として
示される）を基板に印刷する。前に示したように、追加
用の印刷液９４が、印刷サイクルの間に、すなわち、印
刷ヘッド５２がスクリーンの印刷面６２を横切ってスキ
ージ７６を動かす際に、スクリーンの印刷面６２に追加
される。

【００２０】従って、動作の際に、スクリーン印刷シス
テム５０は、印刷サイクルの初めにスクリーンの印刷面
６２に到達する既定の量の印刷液９４を供給し、さらに
必要な場合には、印刷サイクルの間に、全体的な印刷プ
ロセスを中断することなく、追加用の印刷液９４を追加
する。この方法で、ある印刷サイクルのための印刷液９
４の充分な量が、１つの基板に均一にパターンを描き、
スクリーンの印刷面６２とスキージ７６に、次の基板を
印刷するための印刷液を充分に塗布するために制御され
る。

【００２１】本発明に従って、ここに説明された高解像
度スクリーン印刷を使うことによって、印刷ボード・レ
ベル間のヴァイア解像度が大いに改善され、厚さの均一
性が改善され、生産量が増大する。また、それによって
材料の浪費と労働コストが低減され、スクリーン上で乾
燥する印刷液が最少となり、環境にさらされることによ
るペーストの粘度の変化が除去される。

【００２２】＜例＞ＥＦＤ社製の空圧ディスペンサー・
システムが標準型ＡＭＩ１５０５型厚膜スクリーン・プ
リンタに取り付けられた。フラッド・ブレードは、１つ
が３０ｃｃ〜５５ｃｃ以内の能力の６つのディスペンサ
ー・カートリッジを持つ、特別に設計されたカートリッ
ジ・ホルダーに交換された。６つのディスペンサー・カ
ートリッジは、印刷液（詳細には、誘電ペースト）がス
キージのすぐ前でスクリーンに適用されるような方法で
カートリッジ・ホルダーに設置された。１：３エア・マ
ニホールドを有する２つの空圧コントローラが取り付け
られ、各コントローラが３つのディスペンサー・カート
リッジに空気圧を供給するようにした。この特定の例で
は、コントローラ＃１はディスペンサー・カートリッジ
１、３、５に空気圧を供給し、コントローラ＃２はディ
スペンサー・カートリッジ２、４、６に空気圧を供給し
て、ペーストがより均一に分配されるようにした。各デ
ィスペンサー・カートリッジのノズルの口径と空気圧
は、供給されるペーストの量が１枚のボードを印刷する
のに必要な量の約１０５％（約２グラム）となり、ペー
ストがスキージの移動する前方のエッジの近くに供給さ
れるように調整された。また、供給時間は確実な印刷サ
イクルが得られるように調整された。

【００２３】スキージをスクリーンに下ろすための信号
が、スキージの前方への印刷ストロークの直前に供給サ
イクルを開始するために使用された。印刷厚さを増大す
るために印刷速度を上げると、ディスペンサー・システ
ムが印刷層の欠けを防ぐのに充分な早さでペーストを置
けなくなることが発見された。各印刷ストロークの開始
前に充分なペーストが置かれるようにするには、約１〜
１０秒の前方向ストロークの遅延が必要であると判断さ
れた。その結果、新しい４８６パソコンに基づく印刷コ
ントローラが、元のＡＭＩプロセス・コントローラの代
わりに取り付けられた。新しい４８６パソコンに基づく
印刷コントローラは、スキージの移動遅延時間のプログ
ラムを可能にした。その結果、空圧ディスペンサーを装
備した改造形１５０５プリンタは、速度範囲全体にわた
って最大供給能力での毎秒３インチ以内のスキージ速度
が可能である。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】上記の例で説明され添付の表に示されたよ
うに、本発明は、表Ｉに示すように、同じ高粘着性ペー
ストを使って、より大きなスキージの速度とより低いス
ナップ・オフ距離で、同様に広い範囲の印刷を可能にす
る。また、表IIに示すように、ヴァイア解像度が改善さ
れ、ヴァイア・テーパが上から下までのヴァイアの寸法
の５０％近くから約２０％まで低減され、ヴァイアの寸
法は基板全体を通じて１２μｍ以内である。最後に、日
常作業としてスクリーンを洗浄する必要がなくなり、そ
れによる節約は、１週間当たりの印刷器の動作時間の約
５０％になる。

【００２７】上記の例の結果は非常に好ましいが、それ
らは本発明の範囲を制限しようとするものではない。理
論的には、スキージの速度は、使用される装置の物理的
・機械的限度によってのみ制限される。さらに、上記の
実験は比較的広い印刷面積と比較的高粘度のペーストを
使って行われたが、これらはどちらも満足な結果を得る
ことを困難にするものである。

【００２８】当業者には、添付の特許請求の範囲に定義
された本発明の精神と範囲から離れることなく、ここで
説明された高解像度スクリーン印刷システムに多くの変
更や追加が行われ得ることが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高解像度スクリーン印刷システムの部分
斜視図である。

【図２】本発明に従う高解像度スクリーン印刷システム
の部分斜視図と略図である。

【図３】スキージと空圧ディスペンサーの１つを示す、
図２の高解像度スクリーン印刷システムの部分斜視図で
ある。

【符号の説明】５０ 印刷システム ６２ スクリーン表面 ６４ 一次側面 ７６ スキージ ８２ 印刷液ディスペンサー ８４ カートリッジ ８６ カートリッジ・ホルダー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリーン印刷のための機器であって、
   前記機器が表面を持つ基板と共に使うためのものであ
   り、 第１の端と第２の端を持ち、前記基板の表面がパターン
   処理されたスクリーンから印刷されるために位置決めさ
   れるような方法で、前記基板を受け取り位置決めするた
   めのツール・プレートを有するパターン処理されたスク
   リーンと、 前記パターン処理されたスクリーンに関連して機能的に
   位置決めされる印刷ヘッドと、 前記印刷ヘッドに機能的に取り付けられ、前記パターン
   処理されたスクリーンを前記基板の表面に押しつけるた
   めに位置決めされるスキージと、 前記印刷ヘッドに機能的に取り付けられ、前記スキージ
   に隣合って位置決めされ、印刷液を前記パターン処理さ
   れたスクリーンに供給できるディスペンサーと、 前記スキージを、前記パターン処理されたスクリーンを
   横切って前記第１と第２の端の間で動かし、前記パター
   ン処理されたスクリーンを通じて前記基板の表面に前記
   印刷液を印刷できる、前記印刷ヘッドと、 前記印刷ヘッドの前記パターン処理されたスクリーンを
   横切る動きを制御する、前記印刷ヘッドと前記ディスペ
   ンサーに機能的に取り付けられ、前記ディスペンサーか
   らの印刷液の供給を制御し、前記印刷ヘッドの動きを前
   記ディスペンサーによる印刷液の供給と連係させるコン
   トローラとを含む機器。
2. 【請求項２】 前記ディスペンサーが空圧液体ディスペ
   ンサーをさらに含み、前記コントローラが前記空圧液体
   ディスペンサーによって供給される前記印刷液の頻度と
   量を制御する、請求項１に記載の機器。
3. 【請求項３】前記ディスペンサーが１つかそれ以上の空
   圧カートリッジをさらに含む、請求項１に記載の機器。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの前記第１、第２コント
   ローラがマイクロプロセッサに基づくコントローラをさ
   らに含む、請求項１に記載の機器。
5. 【請求項５】 スクリーン印刷のための方法であって、
   前記方法が基板と共に使うためのものであり、 パターン処理されたスクリーン、機能的に取り付けられ
   たスキージと液体ディスペンサーのついた印刷ヘッドを
   有するスクリーン・プリンタを供給し、前記パターン処
   理されたスクリーンが前方の端と反対側の後方の端を持
   つステップと、 前記パターン処理されたスクリーンに関連して前記基板
   を機能的に位置決めするステップと、 前記スキージと前記液体ディスペンサーが前記パターン
   処理されたスクリーンの前記後方の端に機能的に位置決
   めされるように前記印刷ヘッドを位置決めするステップ
   と、 前記スキージが前記パターン処理されたスクリーンを前
   記基板に押しつけるような方法で、前記スキージが前記
   パターン処理されたスクリーンの上を前記後方の端から
   前記前方の端まで通過するように前記印刷ヘッドを制御
   して動かすステップと、 前記スキージが前記パターン処理されたスクリーンを前
   記基板に押しつける時、パターンが前記基板の上に印刷
   されるような方法で、前記印刷液を前記スキージと前記
   パターン処理されたスクリーンの前記前方の端の間の前
   記パターン処理されたスクリーンの上に制御して供給す
   るステップとを含み、 前記移動・供給ステップが機能的に接続されたコントロ
   ーラによって制御されお互いに連係する方法。
6. 【請求項６】 前記スキージが前記前方の端の方向に動
   く際に、前記スキージと前記前方の端の間の前記パター
   ン処理されたスクリーンに到達する前記印刷液を供給す
   るステップをさらに含む、請求項５に記載の機器。
7. 【請求項７】 前記移動ステップの前に、前記ディスペ
   ンサーが、前記スキージと前記パターン処理されたスク
   リーンの前記前方の端の間の前記パターン処理されたス
   クリーンの前記後方の端に到達する前記印刷液の初期量
   を供給する供給時間インターバルを開始するステップを
   さらに含む、請求項５に記載の機器。
8. 【請求項８】 前記供給ステップが供給される前記印刷
   液の供給時間と圧力を制御するステップをさらに含む、
   請求項５に記載の機器。
9. 【請求項９】 前記供給ステップが、前記スキージから
   約１／８インチ下に印刷液を供給する、請求項５に記載
   の機器。