JP2005219381A - スクリーン印刷用マスクおよびそれを用いた配線回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線回路基板上に均一な厚みで所定の物質を塗布することができるスクリーン印刷用マスクおよびそれを用いた配線回路基板の製造方法を提供することである。
【解決手段】 スクリーン印刷用マスク１００ａには、所望の形状を有する開口部２０が形成される。開口部２０は、仕切り２１で仕切られることにより複数の小孔１ａで構成される。スキージを所定の角度傾斜させてスクリーン印刷用マスク１００ａの表面に押圧させつつ、水平方向に移動させる。ペースト状クリームはんだが、開口部２０の複数の小孔１ａ内に入り込み端子形成用穴内に塗布される。スキージは、複数の小孔１ａを形成する仕切り２１により支持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線回路基板上に所定の物質を塗布するために用いられるスクリーン印刷用マスクおよびそれを用いた配線回路基板の製造方法に関する。

電子機器の小型化、高速化および多機能化に伴って、高密度に半導体部品、コンデンサ等の回路部品が基板に実装されている。例えば、配線回路基板に回路部品を実装する方法の１つとしてリフローソルダリング法がある。

リフローソルダリング法では、はんだ粉末にフラックスを加えてペースト状にしたもの（以下、ペースト状クリームはんだと呼ぶ。）を配線回路基板に形成したパッドに塗布し、回路部品のリードフレームを仮止めする。そして、リフロー炉を用いてクリームはんだを加熱して溶融することにより配線回路基板に回路部品をはんだ付けする。このようにして、多くの回路部品を短時間で配線回路基板にはんだ付けすることができる。

図１１および図１２は、リフローソルダリング法において配線回路基板上のパッドにペースト状クリームはんだを塗布する工程を説明するための断面図である（例えば、特許文献１参照）。

図１１に示すように、配線回路基板１０上には、回路部品の配置に応じてパッド４２が設けられる。スクリーン印刷用マスク５０には、パッド４２に応じて開口部５０ａが設けられる。

パッド４２と開口部５０ａとが対向するように、配線回路基板１０上にスクリーン印刷用マスク５０を配置する。スクリーン印刷用マスク５０の表面にペースト状クリームはんだ８を塗布する。続いて、スキージ５をスクリーン印刷用マスク５０の表面に押圧しつつ、矢印Ｘで示すように水平方向に移動させる。

この場合、図１２に示すように、スキージ５により下方に押圧されたスクリーン印刷用マスク５０が、配線回路基板１０上のパッド４２に密接する。そして、ペースト状クリームはんだ８が開口部５０ａ内に入り込みパッド４２上に塗布される。開口部５０ａからはみ出したペースト状クリームはんだ８は、スキージ５により除去される。

その後、スクリーン印刷用マスク５０を配線回路基板１０上から取り除くことにより、スクリーン印刷用マスク５０の厚みとほぼ同じ厚みのペースト状クリームはんだ８が配線回路基板１０のパッド４２上に塗布される。
特開平５−２００９７４号公報

しかしながら、回路部品のリードフレームが大きい場合、配線回路基板１０のパッド４２も大きくする必要がある。それにより、パッド４２上に均一な厚みでペースト状クリームはんだを塗布できない場合が生じる。

図１３は、リフローソルダリング法において配線回路基板１０上のパッド４２にペースト状クリームはんだ８を塗布する工程における問題点を説明する図である。

図１３に示すように、スキージ５には、上方から下方に向けて力Ｆが加えられる。スキージ５は例えばウレタンからなり、スクリーン印刷用マスク５０は例えば金属からなる。

この場合、スキージ５の下端部が開口部５０ａに入り込み、撓み５１が生じる。それにより、開口部５０ａ内のペースト状クリームはんだ８の厚みが均一とならない。その結果、パッド４２上に形成されるはんだの膜厚が不均一になり、回路部品と配線回路基板１０との接着力が低下する。

本発明の目的は、配線回路基板上に均一な厚みで所定の物質を塗布することができるスクリーン印刷用マスクおよびそれを用いた配線回路基板の製造方法を提供することである。

第１の発明に係るスクリーン印刷用マスクは、板状体に開口部を有するスクリーン印刷用マスクであって、開口部を複数の小孔に分割する仕切りが形成されたものである。

第１の発明に係るスクリーン印刷用マスクにおいては、スクリーン印刷用マスクの開口部が、仕切りにより分割され、複数の小孔が形成される。

この場合、スキージが下方に押圧された場合でも、スキージの下端部が仕切りにより支持されるので、スキージの下端部が小孔に入り込まない。その結果、スキージの撓みを防止することができる。また、配線回路基板上に均一な厚みで所定の物質を塗布することができる。

複数の小孔の各々が、多角形からなるように仕切りが形成されてもよい。この場合、開口部の形状に応じて多角形からなる複数の小孔を効率よく規則的に配置することができる。

複数の小孔の各々が、六角形からなるように仕切りが形成されてもよい。この場合、小孔の形状を六角形にすることにより、開口部内にその複数の小孔を最密充填に配置できるとともに製造後のスクリーン印刷用マスクの撓みに対する強度を高く維持することができる。

板状体は、金属製であってもよい。この場合、スクリーン印刷用マスクの全体および仕切りの耐久性を高くすることができる。したがって、配線回路基板に塗布する所定の物質の塗布厚が厚くなる場合でも使用することができる。

第２の発明に係る配線基板回路の製造方法は、板状体に開口部を有するスクリーン印刷用マスクを用いて基板上に所定の物質を塗布する配線回路基板の製造方法であって、開口部を複数の小孔に分割する仕切りが形成されたスクリーン印刷用マスクを配線回路基板上に配置するステップと、スクリーン印刷用マスク上に所定の物質を供給してスキージにより複数の小孔を通して配線回路基板上に塗布するステップとを含むものである。

第２の発明に係る配線基板回路の製造方法においては、開口部を複数の小孔に分割する仕切りが形成されたスクリーン印刷用マスクが配線回路基板上に設けられ、スクリーン印刷用マスク上に所定の物質が供給され、スキージにより複数の小孔を通して配線回路基板上に塗布される。

この場合、スキージが下方に押圧された場合でも、スキージの下端部が仕切りにより支持されるので、スキージの下端部が小孔に入り込まない。その結果、スキージの撓みを防止することができる。したがって、配線回路基板上に均一な厚みで所定の物質を塗布することができる。

本発明によれば、配線回路基板上に均一な厚みで所定の物質を塗布することができる。

以下、本発明の第１〜第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクについて説明し、次いで第１〜第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクを用いて配線回路基板を製造する方法について説明する。本実施の形態においては、配線回路基板上に塗布する所定の物質は、導電性を有するペースト状クリームはんだである。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクの一部を示す平面図である。

図１のスクリーン印刷用マスク１００ａは金属板１００からなる。金属板１００の厚みは、３０μｍ以上３００μｍ以下であり、６０μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。

図１のスクリーン印刷用マスク１００ａには、所望の形状を有する開口部２０が形成される。開口部２０は、仕切り２１で仕切られることにより複数の小孔１ａで構成される。

開口部２０は、以下のように設計される。

まず、回路部品のリードフレームの大きさから後述する端子形成用穴の大きさが決定される。決定された端子形成用穴の大きさに従って、スクリーン印刷用マスク１００ａの開口部２０の形状および大きさが決定される。本実施の形態における開口部２０の形状は略円形であり、開口部２０の大きさを示す直径Ｌ１は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

次に、スクリーン印刷用マスク１００ａの開口部２０の大きさおよび形状に応じて小孔１ａの大きさ、個数、形状および仕切りの幅（以下、仕切り幅と呼ぶ。）Ｗａを決定する。

小孔１ａの形状は、円形、正方形、長方形、三角形および六角形等から選択される。本実施の形態において各小孔１ａは六角形である。小孔１ａの形状を六角形にすることにより、開口部２０内にその複数の小孔１ａを最密充填に配置できるとともに製造後のスクリーン印刷用マスク１００ａの撓みに対する強度を高く維持することができる。

開口部２０を分割する仕切り２１の仕切り幅Ｗａは、０．０６ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．０６ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。

それにより、仕切り２１の強度が確保されるとともに、ペースト状クリームはんだ８が十分に開口部２０の全域にわたって通過することができる。

また、小孔１ａの形状が多角形である場合、複数の小孔１ａの大きさは、一辺の長さＬ２が、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましい。これらの複数の小孔１ａは、エッチング加工、電気鋳造およびレーザ加工等を用いて形成される。

このように、本実施の形態においては、開口部２０を仕切り２１で分割することにより複数の六角形からなる小孔１ａが形成される。この場合、例えばウレタンからなるスキージが下方に押圧された場合でも、スキージの下端部が仕切り２１により支持されるので、スキージの下端部が小孔１ａに入り込まない。その結果、スキージの撓みを防止することができる。

なお、本実施の形態では、スクリーン印刷用マスク１００ａの材質として金属を用いることとしているが、これに限定されず、スクリーン印刷用マスク１００ａの材質として樹脂等の他の材料を用いてもよい。

また、設計時に塗布すべきペースト状クリームはんだの塗布厚が厚くなると判断した場合には、スクリーン印刷用マスク１００ａの材質としてステンレスまたはニッケル等の金属を用いることがより好ましい。

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ｂを示す模式図である。

第２の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ｂが第１の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ａと異なるのは、以下の点である。

第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の方法で開口部２０および仕切り２１を設計する。

第２の実施の形態においては、各小孔１ａは円形である。小孔１ａの形状を円形にすることにより、スクリーン印刷用マスク１００ｂの加工容易性を高めることができる。

開口部２０を分割する仕切り２１の仕切り最小幅Ｗｂは、０．０６ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．０６ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、複数の小孔１ａの直径Ｌ３は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましい。

このように、第２の実施の形態においては、開口部２０を仕切り２１で分割することにより複数の円形からなる小孔１ａが形成される。この場合、例えばウレタンからなるスキージが下方に押圧された場合でも、スキージの下端部が仕切り２１により支持されるので、スキージの下端部が小孔１ａに入り込まない。その結果、スキージの撓みを防止することができる。

（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ｃを示す模式図である。第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ｃが第１の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ａと異なるのは、以下の点である。

図３（ａ）に示すように第３の実施の形態においては、開口部２０の中央部分に小孔１ａが形成されず、六角形の仕切り２１ａが形成されている。

このように、第３の実施の形態においては、開口部２０を仕切り２１，２１ａで分割することにより複数の六角形からなる小孔１ａが形成される。この場合、例えばウレタンからなるスキージが下方に押圧された場合でも、スキージの下端部が仕切り２１により支持されるので、スキージの下端部が小孔１ａに入り込まない。その結果、スキージの撓みを防止することができる。

さらに、開口部２０の中央部分に仕切り２１ａが形成されているので端子形成用穴の中央部にペースト状クリームはんだが塗布されない。詳細は後述する。

（配線回路基板の製造工程）
続いて、第１〜第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスク１００ａ〜１００ｃを用いて配線回路基板にペースト状クリームはんだを塗布する工程について説明する。

図４は、図１または図２のスクリーン印刷用マスク１００ａを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための模式的断面図である。図５は、図４の一部拡大図である。図６は、図１または図２のスクリーン印刷用マスク１００ａを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための斜視図であり、（ａ）は小孔１ａが六角形の場合を示し、（ｂ）は小孔１ａが円形の場合を示す。

図４に示すように、配線回路基板１０上に回路部品のリードフレームの配置に応じて凹形状を有する端子形成用穴２が設けられる。端子形成用穴２に応じてスクリーン印刷用マスク１００ａの開口部２０が設けられる。

端子形成用穴２と開口部２０とが対向するように、配線回路基板１０上にスクリーン印刷用マスク１００ａを配置する。スクリーン印刷用マスク１００ａの表面にペースト状クリームはんだ８を塗布する。

続いて、スキージ５を所定の角度θ傾斜させてスクリーン印刷用マスク１００ａの表面に押圧させつつ、矢印Ｘで示すように水平方向に移動させる。

この場合、図５に示すように、スキージ５により下方に押圧されたスクリーン印刷用マスク１００ａが、配線回路基板１０上の端子形成用穴２に密接する。そして、ペースト状クリームはんだ８が、開口部２０の複数の小孔１ａ内に入り込み端子形成用穴２内に塗布される。この際、スキージ５は、図６に示すように、複数の小孔１ａを形成する仕切り２１により支持される。それにより、スキージ５の下端部が開口部２０に入り込まない。複数の小孔１ａからはみ出したペースト状クリームはんだ８は、スキージ５により除去される。

その後、スクリーン印刷用マスク１００ａを配線回路基板１０上から取り除く。それにより、スクリーン印刷用マスク１００ａの厚みとほぼ同じ厚みのペースト状クリームはんだ８が配線回路基板１０上の端子形成用穴２上に塗布される。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、スクリーン印刷用マスク１００ａの開口部２０には、仕切り２１が形成されているので、例えばウレタンからなるスキージ５が、下方に押圧された場合でも、仕切り２１によりスキージ５の撓みを防止することができる。それにより、配線回路基板１０の端子形成用穴２上に均一な厚みでペースト状クリームはんだ８を塗布することができる。

図７は、図３のスクリーン印刷用マスク１００ｃを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴２にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための模式的断面図である。

図７に示すように、配線回路基板１０ａおよび端子形成用穴２の中央部には固定用ピン孔４０，４１が設けられている。スクリーン印刷用マスク１００ｃの開口部２０の中央部分に仕切り２１ａが形成されている。それにより、配線回路基板１０および端子形成用穴２の中央部分の固定用ピン孔４０，４１には、ペースト状クリームはんだ８が塗布されない。その結果、固定用ピン孔４０，４１に固定用ピンを挿入することができる。

なお、第１〜第３の実施の形態においては、所定の物質としてペースト状クリームはんだ８を用いることとしたが、これに限定されず、銅、銀、アルミニウム、またはその他の導電性粒子を含む導電性ペーストを用いてもよい。また、本実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクは、配線回路基板にソルダレジストを印刷する場合にも用いることができる。

実施例では、図１に示したスクリーン印刷用マスク１００ａを作製した。

スクリーン印刷用マスク１００ａとして、厚み８０μｍのステンレス板を用いた。レーザ加工により六角形の複数の小孔１ａを１８０個均一に形成した。開口部２０の直径Ｌ１は５．５ｍｍである。各小孔１ａの一辺の長さＬ２は０．２ｍｍであり、仕切り幅Ｗａは０．０８ｍｍである。

（比較例１）
図８は、比較例で作製したスクリーン印刷用マスク１００ｄの一部を示す平面図である。

図８に示すスクリーン印刷用マスク１００ｄとして、実施例と同様の厚み８０μｍのステンレス板を用いた。このスクリーン印刷用マスク１００ｄの開口部５０ａの形状は略円形であり、開口部５０ａの直径Ｌ１は５．５ｍｍである。

（評価）
実施例および比較例において作製したスクリーン印刷用マスク１００ａ，１００ｄを用い、ペースト状クリームはんだ８をウレタンからなるスキージ５（以下ウレタンスキージと呼ぶ）により以下のように配線回路基板１０に塗布した。

図９は、配線回路基板の一部を示す断面模式図である。

図９に示すように、配線回路基板１０ａは、ポリイミド層３０、接着剤層３１、銅３２、接着材層３１およびポリイミド層３０の積層構造を有する。

また、配線回路基板１０ａには、直径Ｌ１０および深さｈ１０の端子形成用穴２が形成されている。この配線回路基板１０ａを４０個用意した。

実施例のスクリーン印刷用マスク１００ａを用いて、２０個の配線回路基板１０ａにペースト状クリームはんだ８を塗布し、同様に、比較例のスクリーン印刷用マスク１００ｄを用いて、２０個の配線回路基板１０ａにペースト状クリームはんだ８を塗布した。

ペースト状クリームはんだ８を塗布する際の条件として、ウレタンスキージ５の移動速度は７０ｍｍ／秒であり、傾斜角度θ（図４および図５参照）は７０度であり、配線回路基板１０ａとスクリーン印刷用マスク１００ａ，１００ｄとの間隔（マスクギャップ）は０ｍｍである。

図１０は、実施例および比較例において作製したスクリーン印刷用マスク１００ａ，１００ｄを用いてペースト状クリームはんだ８を塗布した配線回路基板１０ａを示す図である。

実施例及び比較例のペースト状クリームはんだ８の高さＨ２０をマイクロメータにて測定した。その結果を以下の表１に示す。

表１に示すように、比較例においては、ペースト状クリームはんだ８の高さＨ２０は、平均１４６μｍであり、標準偏差は、平均１９μｍであり、最小値は９７μｍであり、最大値は１８４μｍであった。

一方、実施例においては、ペースト状クリームはんだ８の高さＨ２０は平均１４１μｍであり、標準偏差は平均８μｍであり、最小値は１２６μｍであり、最大値は１８４μｍであった。

以上のように、比較例のスクリーン印刷用マスク１００ｄを用いてペースト状クリームはんだ８を塗布した場合よりも、実施例のスクリーン印刷用マスク１００ａを用いてペースト状クリームはんだ８を塗布した場合の方が、ペースト状クリームはんだ８の高さＨ２０の標準偏差が低くなった。その結果、スクリーン印刷用マスク１００ａを用いることにより、ウレタンスキージ５の撓み５１を防止することができ、配線回路基板１０ａ上に均一な厚みでペースト状物質を塗布できることがわかった。

本発明によれば、配線回路基板上に所定の物質を塗布する際に利用することができる。

第１の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクの一部を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクを示す模式図である。 第３の実施の形態に係るスクリーン印刷用マスクを示す模式図である。 図１または図２のスクリーン印刷用マスクを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための模式的断面図である。 図４の一部拡大図である。 図１または図２のスクリーン印刷用マスクを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための斜視図である。 図３のスクリーン印刷用マスクを用いて配線回路基板に形成された端子形成用穴にペースト状クリームはんだを印刷する工程を説明するための模式的断面図である。 比較例で作製したスクリーン印刷用マスクの一部を示す平面図である。 配線回路基板の一部を示す断面模式図である。 実施例および比較例において作製したスクリーン印刷用マスクを用いてペースト状クリームはんだを塗布した配線回路基板を示す図である。 リフローソルダリング法において配線回路基板上のパッドにペースト状クリームはんだを塗布する工程を説明するための断面図である。 リフローソルダリング法において配線回路基板上のパッドにペースト状クリームはんだを塗布する工程を説明するための断面図である。 リフローソルダリング法において配線回路基板上のパッドにペースト状クリームはんだを塗布する工程における問題点を説明する図である。

符号の説明

１ａ，１ａ 複数の小孔
２ 端子形成用穴
５ スキージ
８ ペースト状クリームはんだ
１０，１０ａ 配線回路基板
２０ 開口部
２１ 仕切り
４０ 凹形状
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ スクリーン印刷用マスク

Claims (5)

1. 板状体に開口部を有するスクリーン印刷用マスクであって、
   前記開口部を複数の小孔に分割する仕切りが形成されたことを特徴とするスクリーン印刷用マスク。
2. 前記複数の小孔の各々が、多角形からなるように前記仕切りが形成されたことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷用マスク。
3. 前記複数の小孔の各々が、六角形からなるように前記仕切りが形成されたことを特徴とする請求項１または２記載のスクリーン印刷用マスク。
4. 前記板状体は、金属製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクリーン印刷用マスク。
5. 前記板状体に開口部を有するスクリーン印刷用マスクを用いて基板上に所定の物質を塗布する配線回路基板の製造方法であって、
   前記開口部を複数の小孔に分割する仕切りが形成されたスクリーン印刷用マスクを前記配線回路基板上に配置するステップと、
   前記スクリーン印刷用マスク上に前記所定の物質を供給してスキージにより前記複数の小孔を通して前記配線回路基板上に塗布するステップとを含むことを特徴とする配線回路基板の製造方法。

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