JP7554035B2 - Printing stencil and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、印刷用孔版及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a printing stencil and its manufacturing method.
昨今、印刷により内部電極を形成する積層型電子部品においては、印刷位置精度の要求が非常に高くなってきている。例えば、電子部品の積層精度にかかる印刷位置精度や印刷物の滲みについて、数ミクロン単位の管理幅が求められるようになってきた。またコンデンサのような薄膜の内部電極を有する積層型電子部品においては、印刷膜厚が100nmを下回るようになってきている。このように、電子部品の内部電極印刷など薄膜印刷の分野において、より薄く、より印刷位置ずれのない高精度の印刷が安定して求められている。 Recently, there has been a strong demand for print position accuracy in multilayer electronic components in which internal electrodes are formed by printing. For example, there is now a demand for a control width of several microns for print position accuracy and bleeding of printed matter, which are related to the lamination accuracy of electronic components. Also, in multilayer electronic components with thin-film internal electrodes such as capacitors, the printing film thickness is falling below 100 nm. Thus, in the field of thin-film printing, such as printing of internal electrodes for electronic components, there is a steady demand for thinner, more precise printing with less print position misalignment.
印刷用孔版として最も普及している乳剤スクリーン版は、例えば、予め枠体に張られたステンレス、タングステン等、さらにはめっき電鋳法やエッチィング法により形成された金属メッシュやポリエステルなどの樹脂メッシュを支持体とし、該メッシュ表層に、流動性のある感光性乳剤をバケットで塗布するか、コーティングマシーンで塗布して感光性皮膜を形成した後、公知のフォトリソグラフィー法で露光現像しパターンニングすることで、パターンを有するスクリーン印刷版として製造される。また、前記乳剤の塗布に代えて、前記メッシュ表層に、フィルムの上に感光層をコーティングした感光性フィルムの感光層を貼り付けて乾燥した後、フィルムを剥がして、同様に露光現像し、印刷用パターニング部材を形成する方法(直間法)も知られている。
乳剤スクリーン版は、印刷パターン自体が柔らかい乳剤樹脂で構成されているため、耐刷性、耐拭きとり清掃性、及び清掃時に用いる溶剤への耐性が十分でないという問題があった。
The most popular emulsion screen printing stencils are made of a support made of stainless steel, tungsten, or a metal mesh formed by electroplating or etching, which is previously stretched on a frame, or a resin mesh such as polyester, and a photosensitive emulsion having fluidity is applied to the surface of the mesh by a bucket or a coating machine to form a photosensitive film, which is then exposed and developed by a known photolithography method to form a patterned screen printing plate.In addition, instead of applying the emulsion, a method is also known in which a photosensitive layer of a photosensitive film made by coating a film with a photosensitive layer is attached to the surface of the mesh, dried, and then the film is peeled off and exposed and developed in the same manner to form a printing patterning member (direct-indirect method).
Emulsion screen printing plates have problems in that the printing pattern itself is composed of a soft emulsion resin, and therefore the printing durability, the resistance to wiping and cleaning, and the resistance to the solvents used for cleaning are insufficient.
乳剤スクリーン版に比べて耐刷性、耐拭きとり清掃性、及び清掃時に用いる溶剤への耐性を向上させたマスクとして、印刷パターンを金属箔ないしメッキ箔で形成したメッシュ一体型メタルマスク(サスペンドメタルマスク)が知られている。これは、予め枠体に張られた金属メッシュの表層に、エッチィングやドリル、パンチなどの機械加工等、さらにはレーザ光を照射し穴明けする方法等により印刷パターンが形成された金属箔、又は電鋳法により印刷パターンが形成されたメッキ箔等を貼り付けたマスクである。しかし、前記印刷パターンを形成する金属箔ないしメッキ箔に、例えば、NiやNi合金、ステンレス鋼等の、めっきにて金属メッシュと接合可能な材質を使用したマスク以外は普及に至っていない。 A mesh-integrated metal mask (suspended metal mask) in which a printed pattern is formed from metal foil or plated foil is known as a mask that has improved printing durability, wipe-cleanability, and resistance to solvents used during cleaning compared to emulsion screen plates. This is a mask in which a metal foil on which a printed pattern is formed by mechanical processing such as etching, drilling, or punching, or a method of irradiating holes with laser light, or a plated foil on which a printed pattern is formed by electroforming, is attached to the surface of a metal mesh that is previously stretched over a frame. However, masks other than those that use a material that can be bonded to the metal mesh by plating, such as Ni, Ni alloy, or stainless steel, for the metal foil or plated foil that forms the printed pattern, have not yet become widespread.
上述した乳剤スクリーン版では、乳剤層を形成する際に、枠体に張設したスクリーンメッシュにバケットを使って液状乳剤を手塗りするのが通例で、印刷物の厚みを規定する乳剤層の厚みについて、そのばらつきを数百nmのオーダーに抑制することは困難であった。
また、上述した乳剤スクリーン版やメッシュ一体型メタルマスクでは、配線パターンの開口部にメッシュ織物の繊維糸の重なる「交点部」が必ず配置される。当該「交点部」は「瘤状」で、メッシュを構成する繊維糸1本の厚みより被印刷基板向きに凸状に厚くなっているため、転写された印刷配線パターン部における当該「交点部」に対応する箇所が、「瘤状」に対応する形状で窪む(薄くなる)状態、所謂「メッシュ痕」の発生が生じる。このようなメッシュ痕部は印刷膜厚が他の配線部分より薄くなるため、当該薄い部分の印刷配線の断面積が、配線全体の送電能力を律することになってしまい、送電上の損失の発生も問題であった。
In the case of the above-mentioned emulsion screen plate, when forming the emulsion layer, it is common to manually apply liquid emulsion using a bucket to a screen mesh stretched over a frame, and it has been difficult to suppress the variation in the thickness of the emulsion layer, which determines the thickness of the printed matter, to the order of several hundred nm.
Furthermore, in the above-mentioned emulsion screen plate and mesh-integrated metal mask, an "intersection" where the fiber threads of the mesh fabric overlap is always located at the opening of the wiring pattern. The "intersection" is "bump-shaped" and is thicker toward the printed substrate than the thickness of a single fiber thread that constitutes the mesh, so that the part of the transferred printed wiring pattern that corresponds to the "intersection" is depressed (thinned) in a shape corresponding to the "bump", that is, a so-called "mesh mark" is generated. Since the printing film thickness of such a mesh mark is thinner than other wiring parts, the cross-sectional area of the printed wiring in the thin part determines the power transmission capacity of the entire wiring, and power transmission loss is also a problem.
一方で、メッシュを用いない印刷用孔版として、ステンレス鋼などの金属板に、エッチィングやドリル、パンチなどの機械加工等、さらにはレーザ光を照射し穴明けする方法等により印刷パターン(開口部)を形成した、メタルマスクが知られている。また、該メタルマスクを電鋳法により作製する方法も公知になっている。電鋳法によりメタルマスクを作製する方法では、例えばメッキ母型と呼ばれる予め平滑に研磨されたステンレス鋼などの金属やガラスなどの板状部材の表層部にフォトレジスト等の感光性樹脂を用いてメッキレジスト層を形成した金型を用い、該金型にメッキを析出させてメッキ金属層を形成し、該金型からパターニングされたメッキ金属層を剥離することによりメタルマスクを得ている。 On the other hand, metal masks are known as printing stencils that do not use mesh, in which a printing pattern (openings) is formed on a metal plate such as stainless steel by mechanical processing such as etching, drilling, punching, or by irradiating holes with laser light. A method for producing such a metal mask by electroforming is also known. In a method for producing a metal mask by electroforming, for example, a die on which a plating resist layer is formed using a photosensitive resin such as photoresist on the surface layer of a plate-like member such as a metal such as stainless steel or glass that has been polished smoothly in advance, called a plating mother die, is used, a plating metal layer is formed by depositing plating on the die, and the patterned plating metal layer is peeled off from the die to obtain a metal mask.
メタルマスクのように開口部を有する印刷孔版では、乳剤層を形成する必要がないため、乳剤層厚みのばらつきに起因する印刷物の厚みのばらつきが生じず、しかも開口部にスクリーンメッシュが設置されていないため、前述した「メッシュ痕」が生じることもない。しかしながら、開口部にスクリーンメッシュが設置されていないことは、印刷パターン中にインクの透過体積を減少させるものが存在しないことも意味する。この場合、開口部の面積とマスクの厚みを掛けた体積分のインクが印刷時に当該開口部から転写されることとなるため、開口部を有する印刷孔版では、薄膜の印刷が困難であるという問題があった。 With printing stencils with openings, such as metal masks, there is no need to form an emulsion layer, so there is no variation in the thickness of the printed matter due to variations in the thickness of the emulsion layer, and because no screen mesh is installed at the openings, the aforementioned "mesh marks" do not occur. However, the absence of a screen mesh at the openings also means that there is nothing in the printing pattern that reduces the volume of ink that penetrates. In this case, the volume of ink that is the product of the area of the openings and the thickness of the mask is transferred from the openings during printing, so there is a problem with printing stencils with openings in that it is difficult to print thin films.
前述の問題を解決する手段として、マスクを、印刷パターンに対応するパターン開口を有するパターン部と、前記パターン開口に導電ペーストを供給するペースト供給口を有しスキージに接触するペースト供給部とからなる二重構造とすることが提案されている(特許文献1)。
また、多層(積層)構造の印刷用孔版として、印刷パターンが開口された、無機材料、有機材料又は無機と有機の複合材料からなる基材にカップリング剤層を介して膜厚100nm以上の有機高分子層が設けられていることを特徴とする印刷用孔版(特許文献2)、基板に印刷パターンの開口部が設けられた孔版印刷用のマスクであって、該基板が芳香族ポリイミド樹脂層を有し、且つ表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有することを特徴とする孔版印刷用のマスク(特許文献3)、及びマスク基体の外周面、或いは該マスク基体に形成された貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部分に硬質被膜が形成されたことを特徴とするマスク(特許文献4)、が提案されている。
As a means for solving the above-mentioned problems, it has been proposed to make the mask have a dual structure consisting of a pattern portion having a pattern opening corresponding to the printing pattern, and a paste supply portion having a paste supply port for supplying conductive paste to the pattern opening and in contact with the squeegee (Patent Document 1).
In addition, as printing stencils of a multilayer (laminate) structure, there have been proposed a printing stencil (Patent Document 2) characterized in that an organic polymer layer having a thickness of 100 nm or more is provided via a coupling agent layer on a substrate made of an inorganic material, an organic material, or an inorganic and organic composite material, in which a printing pattern is opened; a mask for stencil printing having openings for a printing pattern provided on a substrate, the substrate having an aromatic polyimide resin layer and a diamond-like carbon film on its surface (Patent Document 3); and a mask (Patent Document 4) characterized in that a hard coating is formed on the outer peripheral surface of a mask substrate or at least a portion of the inner wall surface of a through hole formed in the mask substrate.
しかし、上述の手段によっても、十分に薄い印刷層の形成には至っていない。
開口部を有する印刷孔版によって薄膜を形成する他の手段として、開口部を飛び飛びの穴として加工形成し、印刷時に前記個々の開口部を通過したインクないしペーストの合流によって連続した所望の印刷パターンを得ることが挙げられるが、多くの場合、インクないしペーストは開口部の壁で分断されてしまい、連続した面状のパターンを形成することは困難である。
また、メタル板の厚み自体を薄くして印刷でのインク転写量を抑制する方法も挙げられるが、10μm未満の厚みの均一なメタル板自体の作製や入手は困難であり、さらにサブミクロンの厚みのものになると、仮に電鋳等で作製してもハンドリングが極めて困難である。
However, even the above-mentioned methods have not yet achieved the formation of a sufficiently thin printed layer.
Another method of forming a thin film using a printing stencil having openings is to process the openings into discrete holes and obtain a continuous desired printing pattern by the joining of ink or paste that passes through each of the openings during printing. However, in many cases, the ink or paste is divided by the walls of the openings, making it difficult to form a continuous planar pattern.
Another method is to reduce the thickness of the metal plate itself to reduce the amount of ink transferred during printing, but it is difficult to manufacture or obtain a uniform metal plate with a thickness of less than 10 μm, and when it comes to a thickness of submicron, handling is extremely difficult even if it is manufactured by electroforming or the like.
そこで、本発明は、上記問題点を解決し、印刷膜厚のばらつきが小さく、かつ薄い印刷層が得られる印刷孔版を提供することを課題とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide a printing stencil that has little variation in printing thickness and produces a thin printing layer.
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、印刷孔版を形成する基材の被印刷基板側の面に、印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部を備える硬質膜を、厚さのばらつきが小さくなるよう形成すると共に、該凹状部ないし孔部内から前記基材のスキージ側の面へと、印刷パターン形状部分を貫通する、開口面積が該印刷パターン形状部分の面積より小さい貫通孔を設けることで、前記課題を解決し得ることを見出した。 The inventors conducted extensive research to find a solution to the above-mentioned problems, and discovered that the above-mentioned problems could be solved by forming a hard film with recesses or holes that define the printing pattern on the surface of the substrate side of the base material that forms the printing stencil so that the thickness variation is small, and by providing through holes that penetrate the printing pattern shape portion from within the recesses or holes to the squeegee side surface of the base material, and have an opening area smaller than the area of the printing pattern shape portion.
すなわち、本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
<1>被印刷基板側の面と、これに対向するスキージ側の面とを有する板状の基材と、該基材の被印刷基板側の面に形成され、印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部を備える硬質膜と、前記凹状部ないし孔部内から前記基材のスキージ側の面へと、印刷パターン形状部分を貫通する、開口面積が該印刷パターン形状部分の面積より小さい貫通孔と、を備え、前記硬質膜が、厚さ1nm~5μmで、該厚さのばらつきが10%以内である、印刷用孔版。
<2>前記印刷パターン形状部分に、前記貫通孔が複数形成された、前記<1>の印刷用孔版。
<3>前記基材が、表面に微細な凹凸を備える、前記<1>又は<2>の印刷用孔版。
<4>前記基材が、表面に耐食層を備える、前記<1>~<3>のいずれかの印刷用孔版。
<5>前記基材が版枠に張設された、前記<1>~<4>のいずれかの印刷用孔版。
<6>前記硬質膜が、非晶質炭素膜、金属(Siを含む)酸化物膜、金属(Siを含む)窒化物膜、金属(Siを含む)炭化物膜並びに金属(Siを含む)酸窒化物膜から選択される1以上の膜である、前記<1>~<5>のいずれかの印刷用孔版。
<7>前記非晶質炭素膜が、N,O,Si,Ti,Al,Zr,B及びAsから選択される1以上の元素を含む、前記<6>の印刷用孔版。
<8>前記硬質膜のビッカース硬さ(Hv)が100以上である、前記<1>~<7>のいずれかの印刷用孔版。
<9>前記硬質膜のビッカース硬さ(Hv)が450以上である、前記<1>~<8>のいずれかの印刷用孔版。
<10>前記硬質膜の印刷基板面側に、さらに撥水層ないし撥水撥油層が形成された、前記<1>~<9>のいずれかの印刷用孔版。
<11>前記撥水層ないし撥水撥油層が、前記硬質膜と水素結合及び/又は縮合反応による-O-M結合(ここで、Mは、Si、Ti、Al、及びZrから成る群より選択されるいずれかの元素)を形成可能なフッ素含有カップリング剤を主成分とする、前記<1>~<10>のいずれかの印刷用孔版。
<12>被印刷基板側の面に硬質膜を備える印刷用孔版の製造方法であって、板状の基材を準備すること、前記基材の印刷パターン形状部分に、該印刷パターン形状部分の面積よりも開口面積の小さい貫通孔を形成すること、前記基材の被印刷基板側の面における前記印刷パターン形状部分を、マスキング材で被覆すること、前記マスキング材で被覆された前記基材の被印刷基板側の面に、ドライプロセスにより硬質膜を形成すること、及び前記硬質膜が形成された前記基材からマスキング材を除去すること、を含む、印刷用孔版の製造方法。
<13>被印刷基板側の面に硬質膜を備える印刷用孔版の製造方法であって、板状の基材を準備すること、前記基材の被印刷基板側の面に、ドライプロセスにより硬質膜を形成すること、前記基材の被印刷基板側の面における印刷パターン形状部分に位置する硬質膜の一部ないし全部を除去すること、及び前記基材の印刷パターン形状部分に、該印刷パターン形状部分の面積よりも開口面積の小さい貫通孔を形成すること、を含む、印刷用孔版の製造方法。
<14>前記印刷パターン形状部分に前記貫通孔を複数形成する、前記<12>又は<13>の印刷用孔版の製造方法。
<15>前記基材に硬質膜を形成する前に、前記基材の表面に微細な凹凸を形成することをさらに含む、前記<12>~<14>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<16>前記基材に硬質膜を形成する前に、前記基材表面に耐食層を形成することをさらに含む、前記<12>~<15>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<17>前記硬質膜が形成された基材を版枠に張設することをさらに含む、前記<12>~<16>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<18>前記硬質膜が、非晶質炭素膜、金属(Siを含む)酸化物膜、金属(Siを含む)窒化物膜、金属(Siを含む)炭化物膜並びに金属(Siを含む)酸窒化物膜から選択される1以上の膜である、前記<12>~<17>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<19>前記非晶質炭素膜が、N,O,Si,Ti,Al,Zr,B及びAsから選択される1以上の元素を含む、前記<18>の印刷用孔版の製造方法。
<20>前記硬質膜のビッカース硬さ(Hv)が100以上である、前記<12>~<19>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<21>前記硬質膜のビッカース硬さ(Hv)が450以上である、前記<12>~<20>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<22>前記硬質膜の印刷基板面側に、さらに撥水層ないし撥水撥油層が形成された、前記<12>~<21>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
<23>前記撥水層ないし撥水撥油層が、前記硬質膜と水素結合及び/又は縮合反応による-O-M結合(ここで、Mは、Si、Ti、Al、及びZrから成る群より選択されるいずれかの元素)を形成可能なフッ素含有カップリング剤を主成分とする、前記<12>~<22>のいずれかの印刷用孔版の製造方法。
That is, in order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
<1> A printing stencil comprising: a plate-shaped substrate having a surface facing a substrate to be printed and a surface facing a squeegee opposite thereto; a hard film formed on the substrate-to-substrate surface of the substrate, the hard film having recesses or holes defining a printing pattern; and through holes penetrating a portion shaped like a printing pattern from within the recesses or holes to the substrate surface facing the squeegee, the through holes having an opening area smaller than the area of the portion shaped like a printing pattern, the hard film having a thickness of 1 nm to 5 μm and a variation in thickness within 10%.
<2> The printing stencil according to <1>, wherein a plurality of the through holes are formed in the printing pattern shape portion.
<3> The printing stencil according to <1> or <2>, wherein the substrate has a surface having fine projections and recesses.
<4> The printing stencil according to any one of <1> to <3>, wherein the substrate has a corrosion-resistant layer on a surface thereof.
<5> The printing stencil according to any one of <1> to <4>, wherein the substrate is stretched over a printing frame.
<6> The printing stencil according to any one of <1> to <5>, wherein the hard film is one or more films selected from an amorphous carbon film, a metal (containing Si) oxide film, a metal (containing Si) nitride film, a metal (containing Si) carbide film, and a metal (containing Si) oxynitride film.
<7> The printing stencil according to <6>, wherein the amorphous carbon film contains one or more elements selected from the group consisting of N, O, Si, Ti, Al, Zr, B and As.
<8> The printing stencil according to any one of <1> to <7>, wherein the hard film has a Vickers hardness (Hv) of 100 or more.
<9> The printing stencil according to any one of <1> to <8>, wherein the hard film has a Vickers hardness (Hv) of 450 or more.
<10> The printing stencil according to any one of <1> to <9>, further comprising a water-repellent layer or a water- and oil-repellent layer formed on the printing substrate side of the hard film.
<11> The printing stencil according to any one of <1> to <10>, wherein the water-repellent layer or the water- and oil-repellent layer is mainly composed of a fluorine-containing coupling agent capable of forming a hydrogen bond and/or an -O-M bond (wherein M is any element selected from the group consisting of Si, Ti, Al, and Zr) with the hard film by a condensation reaction.
<12> A method for manufacturing a printing stencil having a hard film on a surface facing a printed substrate, comprising: preparing a plate-shaped substrate; forming a through hole having an opening area smaller than the area of the printed pattern shape portion in a printing pattern shape portion of the substrate; covering the printing pattern shape portion on the surface of the substrate facing the printed substrate with a masking material; forming a hard film by a dry process on the surface of the substrate facing the printed substrate that is covered with the masking material; and removing the masking material from the substrate on which the hard film has been formed.
<13> A method for manufacturing a printing stencil having a hard film on a surface facing a printed substrate, the method comprising: preparing a plate-shaped substrate; forming a hard film on the surface of the substrate facing the printed substrate by a dry process; removing a part or all of the hard film located in a printing pattern shape portion on the surface of the substrate facing the printed substrate; and forming a through hole in the printing pattern shape portion of the substrate, the opening area of which is smaller than the area of the printing pattern shape portion.
<14> The method for manufacturing a printing stencil according to <12> or <13>, further comprising forming a plurality of the through holes in the printing pattern portion.
<15> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <14>, further comprising forming fine irregularities on a surface of the substrate before forming a hard film on the substrate.
<16> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <15>, further comprising forming a corrosion-resistant layer on the surface of the substrate before forming the hard film on the substrate.
<17> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <16>, further comprising stretching the substrate on which the hard film is formed on a printing frame.
<18> The method for manufacturing a printing stencil according to any one of <12> to <17>, wherein the hard film is one or more films selected from an amorphous carbon film, a metal (containing Si) oxide film, a metal (containing Si) nitride film, a metal (containing Si) carbide film, and a metal (containing Si) oxynitride film.
<19> The method for producing a printing stencil according to <18>, wherein the amorphous carbon film contains one or more elements selected from the group consisting of N, O, Si, Ti, Al, Zr, B and As.
<20> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <19>, wherein the hard film has a Vickers hardness (Hv) of 100 or more.
<21> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <20>, wherein the hard film has a Vickers hardness (Hv) of 450 or more.
<22> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <21>, wherein a water-repellent layer or a water- and oil-repellent layer is further formed on the printing substrate side of the hard film.
<23> The method for producing a printing stencil according to any one of <12> to <22>, wherein the water-repellent layer or the water- and oil-repellent layer is mainly composed of a fluorine-containing coupling agent capable of forming a hydrogen bond and/or an -O-M bond (wherein M is any element selected from the group consisting of Si, Ti, Al, and Zr) with the hard film by a condensation reaction.
本発明によれば、印刷膜厚のばらつきが小さく、かつ薄い印刷層が得られる印刷孔版を提供することができる。 The present invention provides a printing stencil that has little variation in printing thickness and produces a thin printing layer.
以下、図面を参照しながら、本発明の構成及び作用効果について、技術的思想を交えて説明する。 The following describes the configuration and effects of the present invention, including technical concepts, with reference to the drawings.
[印刷用孔版]
本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」と記載する)に係る印刷用孔版は、図1に示すように、被印刷基板側の面11とスキージ側の面12とを有する板状の基材1、及び該基材1の被印刷基板側の面11に形成された硬質膜3の二層(又は多層)構造を基本とする。硬質膜3は、基板1の印刷パターン形状部分2に、後述する印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部を備える。そして、印刷パターン形状部分2には、前記凹状部ないし孔部内から基材1のスキージ側の面12へと貫通する、インクないしペーストを通すための貫通孔13が形成されている。各部の詳細について以下に説明する。
[Printing stencil]
As shown in Fig. 1, the printing stencil according to one embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "the present embodiment") is based on a two-layer (or multi-layer) structure of a plate-shaped substrate 1 having a surface 11 on the printed substrate side and a surface 12 on the squeegee side, and a hard film 3 formed on the surface 11 on the printed substrate side of the substrate 1. The hard film 3 has a concave portion or a hole portion that defines a printing pattern to be described later in a printing pattern shape portion 2 of the substrate 1. The printing pattern shape portion 2 has a through hole 13 formed therein for passing ink or paste, which penetrates from the concave portion or the hole portion to the surface 12 on the squeegee side of the substrate 1. Details of each part will be described below.
<基材>
本実施形態に係る印刷用孔版における基材1としては、特に限定されず、Fe,Cu,Ni,Al及びW等の各種金属単体、ステンレス鋼,クロム-モリブデン鋼,Ni-Co,Ni-W,Ni-Cr,アルミニウム合金,銅合金及び鉄合金等の各種合金、アモルファス金属、カーボン,カーボンクロス,ガラス,ガラスクロス及びセラミクス等の各種無機材料、並びにFRP,CFRP,その他各種エンジニアリングプラスチック等の無機と有機の複合材料、を用いることができる。また、基材表面にPET、PEN、PMMA、OPP、ポリイミド、ポリイミドアミド、塩化ビニル、ポリカーボネートなどの樹脂やゴム、及びセルロース(木材や紙等)が設けられた複合材料としても良い。
<Substrate>
The substrate 1 in the printing stencil according to this embodiment is not particularly limited, and may be any of various metal elements such as Fe, Cu, Ni, Al, and W, various alloys such as stainless steel, chromium-molybdenum steel, Ni-Co, Ni-W, Ni-Cr, aluminum alloys, copper alloys, and iron alloys, various inorganic materials such as amorphous metals, carbon, carbon cloth, glass, glass cloth, and ceramics, and inorganic and organic composite materials such as FRP, CFRP, and various other engineering plastics. Also, composite materials may be used in which resins such as PET, PEN, PMMA, OPP, polyimide, polyimide amide, vinyl chloride, and polycarbonate, rubber, and cellulose (wood, paper, etc.) are provided on the substrate surface.
基材1は、その厚みのばらつきが、そのまま印刷パターンの形状や厚みのばらつきに直結するため、厚さばらつきや表面粗さを低く抑制することが好ましい。基材1に要求される表面粗さは、印刷対象によって変動するため一概には言えないが、一例として、印刷転写厚み精度の必要な部分については、算術平均表面粗さ(Ra)で0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下とすることが挙げられる。さらに、コンデンサ印刷用の孔版の場合は、Raは0.05μm以下が好ましく、0.03μm以下がより好ましい。
一方、基材1の表面粗さが低すぎる場合(表面が平滑すぎる場合)には、印刷用孔版の被印刷基板側の面において、印刷を行う際の被印刷基板と面接触した状態からの版離れ時に、接触面に空気が導入されにくくなることで版離れ性が悪くなる虞がある。またこの場合、印刷用孔版のスキージ側の面において、スキージにて版面を移動するインクないしペーストが滑ってインクないしペーストが充填されにくくなる問題や、インクないしペーストの回転によるチクソ性が得難い問題などが生じる虞もある。このため、印刷精度や印刷作業性に影響を与えない範囲で、基材1全体又は必要な部分の表面粗さを粗くすることや、基材1の任意の部分に基材の表面粗さを超える深さのスリットや凹凸構造を意図的に形成することを行っても良い。本明細書において、このように形成された凹凸を総称して「微細な凹凸」という。該微細な凹凸の好ましい高さ(深さ)は、要求される印刷精度や使用するインクないしペーストの性状により異なるため一概には言えないが、一例として、算術平均表面粗さ(Ra)で0.01μm~0.1μm程度が挙げられる。
微細な凹凸の具体的な位置及び形状としては、例えば、300mmの矩形の印刷基板面を有する印刷用孔版面において、その中央部に、印刷パターン(群)を形成しない幅50mmの十字状の部分を設定し、該部分の面粗さのみ粗くすること、該部分にスリットを設けること、又は該部分に凹凸を設けることが挙げられる。また他の例としては、前記300mmの矩形の印刷基板面における各辺から100mm以内の距離にある額縁状の部分や、孔版の印刷シートとの版離れが最初に始まる特定の部分のみ面粗さを粗くすること、該各部分にのみスリット又は凹凸を設けること等が挙げられる。
Since the thickness variation of the substrate 1 directly leads to the variation of the shape and thickness of the printed pattern, it is preferable to suppress the thickness variation and surface roughness to a low level. The surface roughness required for the substrate 1 cannot be generally stated because it varies depending on the printing object, but as an example, the arithmetic mean surface roughness (Ra) of the part requiring the print transfer thickness accuracy is 0.2 μm or less, preferably 0.1 μm or less. Furthermore, in the case of a stencil for capacitor printing, Ra is preferably 0.05 μm or less, more preferably 0.03 μm or less.
On the other hand, if the surface roughness of the substrate 1 is too low (if the surface is too smooth), the surface of the printing stencil on the substrate side may be difficult to introduce air into the contact surface when the stencil is released from the surface contact state with the substrate to be printed during printing, which may result in poor stencil release properties. In this case, the surface of the printing stencil on the squeegee side may be prone to problems such as the ink or paste moving on the plate surface with the squeegee slipping, making it difficult to fill the ink or paste, or the thixotropy caused by the rotation of the ink or paste. For this reason, the surface roughness of the entire substrate 1 or a necessary portion may be roughened, or a slit or uneven structure having a depth exceeding the surface roughness of the substrate may be intentionally formed on any portion of the substrate 1, within a range that does not affect the printing accuracy or printing workability. In this specification, the unevenness formed in this way is collectively referred to as "fine unevenness". A preferred height (depth) of the fine irregularities varies depending on the required printing precision and the properties of the ink or paste used, and therefore cannot be generally stated; however, an example is an arithmetic mean surface roughness (Ra) of about 0.01 μm to 0.1 μm.
As the specific position and shape of the fine unevenness, for example, in a printing stencil surface having a rectangular printing substrate surface of 300 mm, a cross-shaped portion of width 50 mm is set in the center, which does not form a printing pattern (group), and the surface roughness of only this portion is roughened, a slit is provided in this portion, or an unevenness is provided in this portion. Other examples include making the surface roughness of only a frame-shaped portion located within a distance of 100 mm from each side of the 300 mm rectangular printing substrate surface, or a specific portion where the stencil sheet and the printing sheet start to separate first, and providing a slit or unevenness only in each portion.
基材1の厚さは、薄くなるほど印刷時のインクないしペースト供給量を抑えて薄い印刷パターンを形成できる一方で、強度が低くなるため耐久性やハンドリング性が低下する傾向がある。逆に、基材1が厚くなるほど耐久性やハンドリング性は向上するが、インクないしペースト供給量が増加し、薄い印刷パターンの形成が困難となる虞がある。このため、基材1の厚さは、形成しようとする印刷パターンの面積及び厚さ、並びに印刷孔版に要求される耐久性を考慮して決定される。基材1の厚さの一例としては、10μm~100μmが挙げられるが、該厚さに限定されるものではない。
基材1の厚さは、一枚の同一孔版中で変えることができる。例えば、印刷パターンが存在する部分を薄く設定し、印刷パターンの存在しないパターン周辺部分を厚くすることで、印刷用孔版の剛性を確保しつつ印刷膜厚を薄くする場合が挙げられる。
The thinner the thickness of the substrate 1, the thinner the printed pattern can be formed by suppressing the amount of ink or paste supplied during printing, but the strength is lower, so durability and handling tend to decrease. Conversely, the thicker the substrate 1, the better the durability and handling, but the amount of ink or paste supplied increases, which may make it difficult to form a thin printed pattern. For this reason, the thickness of the substrate 1 is determined in consideration of the area and thickness of the printed pattern to be formed, and the durability required for the printing stencil. An example of the thickness of the substrate 1 is 10 μm to 100 μm, but is not limited to this thickness.
The thickness of the substrate 1 can be changed within the same stencil sheet. For example, the thickness of the printing film can be reduced while maintaining the rigidity of the printing stencil sheet by making the portion where the printing pattern is present thinner and the peripheral portion where the printing pattern is not present thicker.
基材1の表面には、基材1の腐食を防止する耐食層が形成されていても良い。耐食層としては、基材1の腐食を防止できるものであれば特に限定されず、めっき等が例示される。 A corrosion-resistant layer that prevents corrosion of the substrate 1 may be formed on the surface of the substrate 1. The corrosion-resistant layer is not particularly limited as long as it can prevent corrosion of the substrate 1, and examples include plating.
<基材の貫通孔>
本実施形態に係る印刷用孔版の基材1は、印刷パターン形状部分2に、インクないしペーストを供給するための貫通孔13を有する。該貫通孔13は、従来の孔版構成部材の機能を代替する部分もあるが、その構造は大幅に異なる。従来の印刷用孔版は、印刷パターンを画定するための、実際の印刷パターンと略同一形状の「印刷パターン貫通孔部」を有するが、本実施形態における貫通孔13は、実際の印刷パターンよりも開口面積が小さく、その形状も、実際の印刷転写パターンと相似形である必要はない。
本実施形態では、印刷パターン形状部分2に対応する印刷パターンを被印刷基板(シート)上に形成可能であれば、貫通孔13の形状、大きさ、数及び位置は特に限定されない。例えば、貫通孔13の断面ないし開口の形状を丸、楕円、多角形、星、スリット又は不定形等に設定できる。なお、貫通孔13の断面ないし開口の形状が角部を有するものである場合、基材にテンションがかかった際に、角部に応力が集中し、角部から基材1が破損する虞があるため、角部が存在する形状の場合は、角部に曲線(R)を採った形状であることが好ましい。
<Through holes in substrate>
The substrate 1 of the printing stencil according to this embodiment has through holes 13 for supplying ink or paste to the printing pattern shape portion 2. The through holes 13 partially replace the functions of conventional stencil components, but their structures are significantly different. Conventional printing stencils have a "printing pattern through hole portion" that is approximately the same shape as the actual printing pattern to define the printing pattern, but the through holes 13 in this embodiment have an opening area smaller than the actual printing pattern, and their shape does not need to be similar to the actual printing transfer pattern.
In this embodiment, the shape, size, number and position of the through holes 13 are not particularly limited as long as a printing pattern corresponding to the printing pattern shape portion 2 can be formed on the printed substrate (sheet). For example, the shape of the cross section or opening of the through holes 13 can be set to a circle, an ellipse, a polygon, a star, a slit, an indefinite shape, or the like. If the cross section or opening shape of the through holes 13 has corners, stress is concentrated at the corners when tension is applied to the substrate 1, and the substrate 1 may be damaged from the corners. Therefore, in the case of a shape having corners, it is preferable that the corners have a curved shape (R).
<硬質膜>
本実施形態において、硬質膜3とは、基材1よりも大きなビッカース硬さHvを有する膜である。該硬質膜3は、基材1の被印刷基板側の面11に形成され、印刷パターン形状部分2に印刷パターンを画定する機能を有する。具体的には、印刷パターン形状部分2に対応する凹状部ないし孔部31を備え、該凹状部ないし孔部31に充填されたインクないしペーストが被印刷基板に転写されるように構成される。ここで、凹状部ないし孔部31とは、図2(a)に示すような、基材1上に硬質膜3が形成されていない部分(孔部に相当)、ないし図2(b)に示すような、硬質膜3が他の部分より薄く形成されている部分(凹状部に相当)を意味する。
硬質膜3の厚さは1nm~5μmである。硬質膜3が厚すぎる場合、印刷時やハンドリング時の基材の変形により、硬質膜3が剥離する虞がある。また、前記厚さのばらつきは10%以内である。硬質膜3の厚さのばらつきを小さくすることで、得られる印刷パターンの厚さのばらつきを小さくすることができる。
なお、本実施形態では、硬質膜3は基材1の一方の面(被印刷基板側の面11)にのみ形成されていれば良いが、薄い基材1を用いた場合等、硬質膜3を基材1の被印刷基板側の面11にのみ形成すると硬質膜3の有する残留応力で基材1が反ってしまう場合には、基材1の反対側の面(スキージ側の面12)にも硬質膜3を形成することで、前記反りを解消、または緩和することができる。
<Hard film>
In this embodiment, the hard film 3 is a film having a Vickers hardness Hv larger than that of the substrate 1. The hard film 3 is formed on the surface 11 of the substrate 1 facing the substrate to be printed, and has a function of defining a print pattern in the print pattern shape portion 2. Specifically, the hard film 3 is provided with a concave portion or hole portion 31 corresponding to the print pattern shape portion 2, and is configured so that the ink or paste filled in the concave portion or hole portion 31 is transferred to the substrate to be printed. Here, the concave portion or hole portion 31 means a portion (corresponding to a hole portion) where the hard film 3 is not formed on the substrate 1 as shown in FIG. 2(a), or a portion (corresponding to a concave portion) where the hard film 3 is formed thinner than other portions as shown in FIG. 2(b).
The thickness of the hard film 3 is 1 nm to 5 μm. If the hard film 3 is too thick, there is a risk that the hard film 3 may peel off due to deformation of the substrate during printing or handling. Furthermore, the variation in thickness is within 10%. By reducing the variation in the thickness of the hard film 3, the variation in the thickness of the obtained print pattern can be reduced.
In this embodiment, the hard film 3 only needs to be formed on one surface of the substrate 1 (surface 11 facing the printed substrate). However, in cases where a thin substrate 1 is used, for example, forming the hard film 3 only on the surface 11 facing the printed substrate of the substrate 1 would cause the substrate 1 to warp due to residual stress in the hard film 3. In such cases, the hard film 3 can be formed also on the opposite surface of the substrate 1 (surface 12 facing the squeegee) to eliminate or mitigate the warping.
前記硬質膜3としては、非晶質炭素膜、金属(Siを含む)酸化物膜、金属(Siを含む)窒化物膜、金属(Siを含む)炭化物膜並びに金属(Siを含む)酸窒化物膜が好適に使用可能である。前記非晶質炭素膜は、N,O,Si,Ti,Al,Zr,B及びAsから選択される1以上の元素を含むことがより好ましい。好適な硬質膜の具体例としては、ダイヤモンドライクカーボン(DLC),TiAlN,TiCrN,TiC,TiN,CrC,SiC,SiOX,ZrOx,c-BN等から選択された1種以上から成るものが挙げられる。 As the hard film 3, an amorphous carbon film, a metal (including Si) oxide film, a metal (including Si) nitride film, a metal (including Si) carbide film, and a metal (including Si) oxynitride film can be suitably used. More preferably, the amorphous carbon film contains one or more elements selected from N, O, Si, Ti, Al, Zr, B, and As. Specific examples of suitable hard films include those made of one or more selected from diamond-like carbon (DLC), TiAlN, TiCrN, TiC, TiN, CrC, SiC, SiO x , ZrO x , c-BN, and the like.
前記非晶質炭素膜は、窒素(N)、酸素(O)並びにケイ素(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びジルコニウム(Zr)等の金属元素を含有することで、膜の表層に水酸基などの極性の官能基が付着ないし結合しやすくなる。このため、後述するように硬質膜上に撥水層ないし撥水撥油層を形成する場合に、その成分であるフッ素含有シランカップリング剤等に含まれる極性の官能基と脱水縮合反応などの化学結合や、水素結合を形成し、撥水層ないし撥水撥油層との付着性を高めることができる。このようなDLC膜の例としては、炭素(C)及び水素(H)に加えてチタン(Ti)を含む膜(a-C:H:Ti膜)、並びに炭素(C)及び水素(H)に加えてケイ素(Si)を含む膜(a-C:H:Si膜)等が挙げられる。DLC膜がSiを含む場合、その含有量は、例えば、0.1~50原子%であり、好ましくは、10~40原子%である。 The amorphous carbon film contains nitrogen (N), oxygen (O) and metal elements such as silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al) and zirconium (Zr), which makes it easier for polar functional groups such as hydroxyl groups to adhere or bond to the surface layer of the film. Therefore, when a water-repellent layer or a water-repellent/oil-repellent layer is formed on a hard film as described below, a chemical bond such as a dehydration condensation reaction or a hydrogen bond is formed with the polar functional group contained in the fluorine-containing silane coupling agent, which is a component of the hard film, and the adhesion to the water-repellent layer or the water-repellent/oil-repellent layer can be improved. Examples of such DLC films include a film containing titanium (Ti) in addition to carbon (C) and hydrogen (H) (a-C:H:Ti film), and a film containing silicon (Si) in addition to carbon (C) and hydrogen (H) (a-C:H:Si film). When the DLC film contains Si, the content is, for example, 0.1 to 50 atomic %, and preferably 10 to 40 atomic %.
また、前記非晶質炭素膜に酸素又は窒素を含有させた場合、非晶質炭素膜の水に対する濡れ性(例えば、水性インクに対する濡れ性)を向上させることができる。したがって、上述したように、残留応力による基材の反り防止を目的として基材のスキージ側の面にも硬質膜を形成する場合に、該硬質膜を酸素又は窒素を含む非晶質炭素膜とすることで、スキージング時のインクないしペーストの濡れ広がりを促進し、濡れ性不足に起因する印刷物中のボイド(気泡)の発生、及びボイドの巻き込みによる印刷物のカスレ又はピンフォールの発生等を抑制することができる。 In addition, when oxygen or nitrogen is contained in the amorphous carbon film, the wettability of the amorphous carbon film to water (for example, wettability to water-based ink) can be improved. Therefore, as described above, when a hard film is also formed on the squeegee side of the substrate to prevent warping of the substrate due to residual stress, by making the hard film an amorphous carbon film containing oxygen or nitrogen, it is possible to promote the wetting and spreading of the ink or paste during squeegeeing, and to suppress the occurrence of voids (air bubbles) in the printed matter due to insufficient wettability, and the occurrence of smearing or pinfall in the printed matter due to the inclusion of voids.
さらに、前記非晶質炭素膜にSi、Si及び酸素又はSi及び窒素のいずれかを含有させた場合には、樹脂材料より成る接着剤との親和性が高いため、基材12が印刷用孔版として製版される際、枠体に接着剤を用いて確実に固定することができる。 Furthermore, when the amorphous carbon film contains either Si, Si and oxygen, or Si and nitrogen, it has a high affinity with an adhesive made of a resin material, so that when the substrate 12 is made into a printing stencil, it can be reliably fixed to a frame using an adhesive.
前述のような硬質膜3は、プラズマCVD法等のCVD(化学的蒸着)法や、プラズマスパッタリング法等の物理的蒸着(PVD)法、ECRプラズマ等の様々な方法で形成される。本実施形態において用いられるプラズマCVD法には、高圧DCマイクロパルスプラズマCVD法、高圧パルスプラズマCVD法、高周波放電を用いる高周波プラズマCVD法、直流放電を利用する直流プラズマCVD法、及びマイクロ波放電を利用するマイクロ波プラズマCVD法が含まれる。
また、硬質膜3は、湿式めっき法で形成することもできる。湿式めっきの方法は、基材上に硬質膜を十分な接合強度で形成できるものであれば適宜選定することが可能である。
The hard film 3 as described above is formed by various methods such as CVD (chemical vapor deposition) methods such as plasma CVD, physical vapor deposition (PVD) methods such as plasma sputtering, ECR plasma, etc. The plasma CVD methods used in this embodiment include high-voltage DC micropulse plasma CVD, high-voltage pulse plasma CVD, high-frequency plasma CVD using high-frequency discharge, direct-current plasma CVD using direct-current discharge, and microwave plasma CVD using microwave discharge.
The hard film 3 can also be formed by a wet plating method. Any wet plating method can be selected as appropriate as long as it can form a hard film on the base material with sufficient bonding strength.
硬質膜3のビッカース硬さHvは、100以上であることが好ましく、450以上であることがより好ましい。Hvの大きな硬質膜3を備えることで、磨耗ないし摩滅しにくい印刷パターン開口部が形成可能となる。ビッカース硬さHvを100以上とすることで、汎用の基材であるステンレス鋼(Hv=100~200)の硬さを上回る膜となる。また、上述したDLC,TiAlN,TiCrN,TiN等のセラミクス被膜では、450以上のHvが得られ、高硬度のものでは4000近いHvも達成可能である。 The Vickers hardness Hv of the hard film 3 is preferably 100 or more, and more preferably 450 or more. By providing a hard film 3 with a high Hv, it is possible to form a print pattern opening that is resistant to wear or abrasion. By making the Vickers hardness Hv 100 or more, the film becomes harder than the hardness of stainless steel (Hv = 100 to 200), which is a general-purpose base material. In addition, ceramic coatings such as the above-mentioned DLC, TiAlN, TiCrN, and TiN can achieve an Hv of 450 or more, and those with high hardness can achieve an Hv of nearly 4000.
本実施形態に係る印刷孔版は、インクないしペーストを供給する貫通孔13の開口面積が、印刷パターン形状部分2の面積よりも小さく構成されることで、該印刷パターン形状部分2に形成された印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部31に供給されるインクないしペーストの量を少量に抑えることができる。そして、前記印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部31を、非常に薄く均一な厚さを有する硬質膜で形成することで、前記貫通孔13から供給される少量のインクないしペーストを、非常に薄く均一な厚さを有する印刷パターンへと成形することを可能とする。なお、1つの凹状部ないし孔部に貫通孔が複数開口する場合には、各貫通孔に供給されたインクないしペーストが凹状部ないし孔部内で合流することで、1つの印刷パターンとなる。
また、本実施形態に係る印刷孔版は、貫通孔13及びこれが形成された基材1が、印刷時に被印刷基板に直接接触することがない。このため、従来のメッシュを備えたスクリーン版のように、印刷パターンにメッシュの交点部に由来するメッシュ痕が形成されたり、インクないしペーストが通過する開口部を飛び飛びの穴として加工形成した孔版のように、印刷パターンが開口部の壁で分断されたりすることがない。
In the printing stencil according to this embodiment, the opening area of the through hole 13 for supplying the ink or paste is configured to be smaller than the area of the printing pattern shape portion 2, so that the amount of ink or paste supplied to the concave portion or hole portion 31 defining the printing pattern formed in the printing pattern shape portion 2 can be reduced. The concave portion or hole portion 31 defining the printing pattern is formed of a hard film having a very thin and uniform thickness, so that the small amount of ink or paste supplied from the through hole 13 can be formed into a printing pattern having a very thin and uniform thickness. When a plurality of through holes are opened in one concave portion or hole portion, the ink or paste supplied to each through hole merges in the concave portion or hole portion to form one printing pattern.
In addition, in the printing stencil according to this embodiment, the through holes 13 and the base material 1 in which they are formed do not come into direct contact with the substrate to be printed during printing. Therefore, unlike a conventional screen stencil with a mesh, mesh marks are not formed in the printing pattern due to the intersections of the mesh, and the printing pattern is not divided by the walls of the openings, as in a stencil stencil in which the openings through which the ink or paste passes are processed and formed as discrete holes.
本実施形態に係る印刷用孔版は、鉄製の鋳物やアルミニウム合金、木材、その他任意の材質よりなる支持枠(版枠)を伴うものでも良い。該版枠は額縁状のものに限らず、例えばロータリー印刷版などの円筒形状を有するものであっても良い。さらには、枠を有しない平板状で、印刷時に印刷機や版枠等にチャックされて使用される構造のものなどでも良い。 The printing stencil according to this embodiment may be accompanied by a support frame (plate frame) made of cast iron, aluminum alloy, wood, or any other material. The plate frame is not limited to a frame-shaped one, but may be cylindrical, such as a rotary printing plate. Furthermore, it may be a flat plate without a frame, and may be chucked to a printing machine or plate frame during printing.
<撥水層/撥水撥油層>
本実施形態に係る印刷孔版は、基材1ないし硬質膜3上に、撥水層ないし撥水撥油層4を形成したものであっても良い。図3は、撥水層ないし撥水撥油層4を硬質膜3上に形成した印刷孔版の断面概略図を示している。撥水層ないし撥水撥油層4の形成により、硬質膜3のUV散乱防止作用、硬質膜3の雰囲気ガスとの接触を防止するガスバリア作用、硬質膜3の防食作用、硬質膜3の耐磨耗性や摺動性の向上作用、印刷時に使用するインクないしペーストの成分である軟質金属の硬質膜への凝着防止作用、及び印刷時のインクないしペーストのニジミや基材1への回り込みを防止する作用、等が得られる。
<Water-repellent layer/water- and oil-repellent layer>
The printing stencil according to this embodiment may have a water-repellent layer or a water-repellent/oil-repellent layer 4 formed on the substrate 1 or the hard film 3. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a printing stencil having a water-repellent layer or a water-repellent/oil-repellent layer 4 formed on the hard film 3. The formation of the water-repellent layer or the water-repellent/oil-repellent layer 4 provides the following: UV scattering prevention effect of the hard film 3; gas barrier effect for preventing contact of the hard film 3 with atmospheric gas; anticorrosion effect of the hard film 3; improvement of the abrasion resistance and slidability of the hard film 3; prevention of adhesion of soft metal, which is a component of the ink or paste used during printing, to the hard film; and prevention of bleeding of the ink or paste or of its wrapping around the substrate 1 during printing.
撥水層ないし撥水撥油層4の構成は、特に限定されないが、フッ素含有カップリング剤からなる薄膜であることが好ましい。さらに、前記フッ素を含有するカップリング剤が、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコネート系カップリング剤及びアルミネート系カップリング剤のうちいずれかであると、印刷用孔版の開口部に安定した撥水撥油性の表面を付与することが可能となり得るため、より好ましい。
前記フッ素を含有するカップリング剤は、概ね10~20nmの薄膜で形成することが可能であり、孔版の開口パターンの形状精度の劣化を抑制できる点でも好ましい。
The water-repellent layer or the water- and oil-repellent layer 4 is preferably a thin film made of a fluorine-containing coupling agent, although the composition is not particularly limited. Furthermore, if the fluorine-containing coupling agent is any one of a silane coupling agent, a titanate coupling agent, a zirconate coupling agent, and an aluminate coupling agent, it is more preferable because it is possible to provide a stable water- and oil-repellent surface to the openings of the printing stencil.
The fluorine-containing coupling agent can be formed into a thin film of about 10 to 20 nm, and is also preferable in that it can suppress deterioration of the shape precision of the aperture pattern of the stencil.
撥水層ないし撥水撥油層4は、印刷用孔版の被印刷基板側の面、印刷パターン形状部分2の壁面、スキージ側の面等、印刷用途の必要に応じて必要な部分に適宜形成することができる。
本実施形態に係る印刷用孔版は、被印刷基板に対してオフセットせずに(隙間を空けることなく)接触配置した後、スキージ側の面に供給されたインクないしペーストをスキージでスライドして貫通孔13を通過させる方法で使用される場合が多い。この印刷方法の場合、通常のスクリーン印刷に比べてインクないしペーストが滲み易くなり、また孔版の印刷基板からの離型性(版離れ)が悪くなる傾向がある。加えて、薄膜印刷に使用されるインクには、粘度が低く、水のような高い流動性を有するものもあり、孔版の印刷パターン形状部どおりに印刷するのが難しい場合もある。このため、本実施形態に係る印刷用孔版では、撥水処理ないし撥水撥油処理をインクの滲みやすい必要部分に行うこと、逆にインクの充填障害になる不要部分には行わないことが極めて有効になる場合がある。具体的には、本実施形態に係る印刷用孔版が薄膜印刷に使用される場合、撥水層ないし撥水撥油層4は、「被印刷基板に対向する(接触する)面」と「印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部の内壁」とを有する硬質膜3における「被印刷基板に対向する(接触する)面」にのみ形成することが好適である。薄膜印刷に使用されるインクないしペーストはその粘度が低いため、「印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部の内壁」に撥水処理ないし撥水撥油処理を行うと、印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部31へのインクないしペーストの充填が阻害される虞があるためである。また、スキージ側の面に撥水層ないし撥水撥油層4を形成した場合には、スキージ側の面にインクないしペーストをスクレイパー等でプレコートした際の濡れ広がりや厚みの均一性が阻害される場合があるためである。一方、「被印刷基板に対向する(接触する)面」に撥水処理ないし撥水撥油処理を行うことは、流動性が高い低粘度のインクないしペーストの印刷パターン開口部外への滲み出しや孔版の被印刷基板側への回り込みを防止する上で極めて有効である。なお、インクないしペーストの粘度が比較的高い場合は、前記「被印刷基板に対向する(接触する)面」及び「印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部の内壁」の両方に撥水処理ないし撥水撥油処理を行うことも可能であり、またこれらに加えて印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部の底面(孔版基材の表面の場合もある)に撥水処理ないし撥水撥油処理を合わせて行うことも可能であり、さらには基材1に開けた貫通孔13の内壁に撥水処理ないし撥水撥油処理を行うことも可能である。
The water-repellent layer or the water- and oil-repellent layer 4 can be appropriately formed on the required parts according to the printing application, such as the surface of the printing stencil facing the substrate to be printed, the wall surface of the printing pattern shape portion 2, the surface facing the squeegee, etc.
The printing stencil according to this embodiment is often used in such a way that the ink or paste supplied to the surface on the squeegee side is slid by the squeegee to pass through the through holes 13 after being placed in contact with the substrate without offset (without leaving a gap). In this printing method, the ink or paste tends to bleed more easily than in normal screen printing, and the releasability (plate release) of the stencil from the printing substrate tends to be poor. In addition, some inks used in thin film printing have low viscosity and high fluidity like water, and it may be difficult to print according to the printing pattern shape of the stencil. For this reason, in the printing stencil according to this embodiment, it may be extremely effective to perform water repellent treatment or water-repellent and oil-repellent treatment on the necessary parts where the ink is likely to bleed, and conversely, not to perform the treatment on the unnecessary parts that will hinder the filling of the ink. Specifically, when the printing stencil according to this embodiment is used for thin-film printing, it is preferable to form the water-repellent layer or water- and oil-repellent layer 4 only on the "surface facing (contacting) the substrate to be printed" of the hard film 3 having the "surface facing (contacting) the substrate to be printed" and the "inner wall of the concave portion or hole that defines the printing pattern". Since the viscosity of the ink or paste used in thin-film printing is low, if the water-repellent treatment or water- and oil-repellent treatment is performed on the "inner wall of the concave portion or hole that defines the printing pattern", there is a risk that the filling of the ink or paste into the concave portion or hole 31 that defines the printing pattern may be hindered. In addition, when the water-repellent layer or water- and oil-repellent layer 4 is formed on the surface on the squeegee side, the wetting spread and the uniformity of the thickness may be hindered when the ink or paste is precoated on the surface on the squeegee side with a scraper or the like. On the other hand, applying water-repellent or water- and oil-repellent treatment to the "surface facing (contacting) the printed substrate" is extremely effective in preventing the highly fluid, low-viscosity ink or paste from seeping out of the opening of the printed pattern or from wrapping around the printed substrate side of the screen. If the viscosity of the ink or paste is relatively high, it is possible to apply water-repellent or water- and oil-repellent treatment to both the "surface facing (contacting) the printed substrate" and the "inner wall of the recessed portion or hole that defines the printed pattern." In addition to these, it is also possible to apply water-repellent or water- and oil-repellent treatment to the bottom surface of the recessed portion or hole that defines the printed pattern (which may also be the surface of the screen substrate), and further it is also possible to apply water-repellent or water- and oil-repellent treatment to the inner wall of the through hole 13 opened in the substrate 1.
[印刷用孔版の製造方法]
本実施形態に係る印刷用孔版は、図4に示すように、板状の基材1を準備すること、基材1の印刷パターン形状部分2に、該印刷パターンの面積よりも開口面積の小さい貫通孔13を形成すること、基材1の被印刷基板側の面11における印刷パターン形状部分2をマスキング材5で被覆すること、マスキング材5で被覆された基材1の被印刷基板側の面11に、ドライプロセスにより硬質膜3を形成すること、及び硬質膜3が形成された基材1からマスキング材5を除去すること、を含む方法により好適に製造される。各操作の詳細について以下に説明する。
[Method of manufacturing printing stencils]
The printing stencil according to this embodiment is preferably manufactured by a method including the steps of preparing a plate-shaped substrate 1, forming through holes 13 having an opening area smaller than the area of the printing pattern in the printing pattern shape portion 2 of the substrate 1, covering the printing pattern shape portion 2 on the surface 11 of the substrate 1 facing the substrate to be printed with a masking material 5, forming a hard film 3 by a dry process on the surface 11 of the substrate 1 facing the substrate to be printed that is covered with the masking material 5, and removing the masking material 5 from the substrate 1 on which the hard film 3 has been formed. Details of each operation are described below.
<基材の準備>
使用する基材1としては、通常入手可能な板材をそのまま利用しても良く、電鋳法で形成しても良い。電鋳法で基材を形成する場合には、貫通孔の無い平板としても良く、また予め貫通孔が形成された状態の平板としても良い。
<Preparation of substrate>
The substrate 1 used may be a commonly available plate material as it is, or may be formed by electroforming. When the substrate is formed by electroforming, it may be a flat plate without through holes, or a flat plate with through holes formed in advance.
また、基材1の表面状態を調整するために、電鋳法にて基材部を形成する際に、電鋳浴中のレベリング剤等の添加材の種類や量を調整して、鏡面状に仕上げたり、逆に梨地状に仕上げたりしても良く、基材部形成後に電解研磨などによる鏡面仕上げを行ったり、ブラスト、ホーニング加工、梨地仕上げ、ヘアライン加工、レーザ加工、罫書き、ドリル加工、プレス加工及びエッチィング等の各種加工を行ったり、湿式や乾式のメッキ被膜により耐食層を形成したりしても良い。基材のスキージ側の面に、上述した「微細な凹凸」を形成する場合には、これらの表面状態調整方法によって、印刷時、移動するスキージの進行方向に対して直交する、あるいは斜めに交わるような配置で、任意の部分に、一以上の溝や開口部、その他凹凸、ウネリの構造を形成できる。 In order to adjust the surface condition of the substrate 1, when forming the substrate part by electroforming, the type and amount of additives such as leveling agents in the electroforming bath may be adjusted to give a mirror finish or a matte finish. After forming the substrate part, a mirror finish may be performed by electrolytic polishing or other processes such as blasting, honing, matte finish, hairline processing, laser processing, scoring, drilling, pressing, and etching, or a corrosion-resistant layer may be formed by a wet or dry plating coating. When the above-mentioned "fine irregularities" are formed on the squeegee-side surface of the substrate, these surface condition adjustment methods can be used to form one or more grooves, openings, other irregularities, or wavy structures in any part in an arrangement perpendicular or oblique to the direction of travel of the moving squeegee during printing.
基材1中に、他の部分より厚さの薄い部分を形成する場合には、該当する部分を部分的にエッチィング(ハーフエッチィング)したり、該当する部分以外にC.O.Bマスクと呼ばれる凸部を溶接などで形成して厚さを増加したりする。 When forming a portion of the substrate 1 that is thinner than other portions, the corresponding portion is partially etched (half-etched), or a protrusion called a C.O.B. mask is formed by welding or other methods to increase the thickness of the portion other than the corresponding portion.
<基材への貫通孔形成>
基材1への貫通孔13の形成は、ドリル、パンチ、プレス等の機械加工、レーザ光や集束イオンビーム等の高エネルギーのイオンや電子線の照射、高圧液体(水)の照射、エッチィング又は前記各手法の複合手法等、特に限定されず様々な方法により行うことができる。
<Formation of through holes in substrate>
The through holes 13 can be formed in the substrate 1 by various methods, including, but not limited to, mechanical processing such as drilling, punching, pressing, etc., irradiation with high-energy ions or electron beams such as laser light or focused ion beams, irradiation with high-pressure liquid (water), etching, or a combination of the above methods.
本発明の実施形態において、カーボンファイバークロス、ガラスクロス等の細かな繊維の集合体である基材1に貫通孔13を形成した場合、貫通孔13の開口部近傍又は内壁から繊維が抜け出る虞がある。これを防止するために、前記クロスの表層に公知の湿式めっき法やドライ薄膜の形成により表面処理を行って繊維を固定してから穴空け加工を行うことや、クロスに穴開けを行った後、公知の湿式めっき法やドライ薄膜の形成により表面処理を行って繊維を固定することが有効な場合がある。
繊維の集合体の中でも、カーボンファイバークロスは堅牢で耐食性も高く、導電性でもあるため湿式めっきを行いやすく、またレーザ加工での穴開けも容易であることから、基材1として好適に用いることができる。
In the embodiment of the present invention, when through holes 13 are formed in a substrate 1 which is an aggregate of fine fibers such as carbon fiber cloth or glass cloth, there is a risk that the fibers may escape from the vicinity of the opening or the inner wall of the through holes 13. In order to prevent this, it may be effective to perform a surface treatment on the surface layer of the cloth by a known wet plating method or formation of a dry thin film to fix the fibers before performing the hole drilling process, or to drill holes in the cloth and then perform a surface treatment by a known wet plating method or formation of a dry thin film to fix the fibers.
Among fiber aggregates, carbon fiber cloth is suitable for use as the substrate 1 because it is robust, highly corrosion resistant, and conductive, making it easy to perform wet plating, and also easy to drill holes in by laser processing.
貫通孔13の形成は、孔版を作成する工程のいずれかの任意、適切な時点で行えばよい。例えば、基材1における、印刷パターン形状部分2に予め貫通孔13を形成しても良く、基材1の表層に硬質膜3を形成した後に貫通孔13を形成しても良く、硬質膜3の表層にさらに撥水層ないし撥水撥油層4を形成した後に貫通孔13を形成しても良い。撥水層ないし撥水撥油層4を形成した後に、レーザ光で貫通孔13を形成する場合は、レーザ照射部分において、予め形成した硬質膜3や撥水層ないし撥水撥油層4を破壊することも可能である。 The through holes 13 may be formed at any appropriate time during the process of creating the screen. For example, the through holes 13 may be formed in advance in the print pattern shape portion 2 of the substrate 1, the through holes 13 may be formed after forming a hard film 3 on the surface layer of the substrate 1, or the through holes 13 may be formed after forming a water-repellent layer or a water-repellent/oil-repellent layer 4 on the surface layer of the hard film 3. When the through holes 13 are formed with laser light after forming the water-repellent layer or the water-repellent/oil-repellent layer 4, it is also possible to destroy the hard film 3 and the water-repellent layer or the water-repellent/oil-repellent layer 4 that have been formed in advance in the laser irradiated portion.
<マスキング>
基材1へのマスキングは、硬質膜3の形成に先立って、印刷パターン形状部分2の形状でマスキング材5を基材1上に配置することで行われる。マスキング材5の種類は特に限定されず、硬質膜3を形成する際に、マスキング材を配置した箇所に硬質膜3が形成されないようにできるものであればインクでも良く、フィルムでも良く、立体形状物でも良い。微細なマスキング部分を位置精度良く基材1上に形成する場合は、公知のフォトリソグラフィーにて使用されるレジスト液又はレジストフィルムが好適である。レジスト液又はレジストフィルムで基材1をマスキングする場合には、基材1の被印刷基板側の面11とする面全体に前記レジスト液又はレジストフィルムを塗布ないし配置した後、印刷パターン形状部分2の位置及び形状に合わせてレーザ光等のレジストを変質可能な光線をレジスト液又はレジストフィルムに照射(走査)し、印刷パターン形状部分2に位置するレジストのみを感光させる「直接描画法」(ダイレクトイメージング法)で露光した後、現像を行う。なお、基材1上に形成したレジストにパターニングした他の露光用のマスクを配置し、レジストの必要部分(露出部分)を変質させることももちろん可能であり、方法は特に限定されない。
<Masking>
Masking of the substrate 1 is performed by disposing a masking material 5 on the substrate 1 in the shape of the print pattern shape portion 2 prior to the formation of the hard film 3. The type of masking material 5 is not particularly limited, and may be an ink, a film, or a three-dimensional object as long as it can prevent the hard film 3 from being formed at the location where the masking material is disposed when the hard film 3 is formed. When forming a fine masking portion on the substrate 1 with good positional accuracy, a resist liquid or resist film used in known photolithography is suitable. When masking the substrate 1 with a resist liquid or resist film, the resist liquid or resist film is applied or disposed on the entire surface of the substrate 1 to be the surface 11 on the printed substrate side, and then the resist liquid or resist film is irradiated (scanned) with a light beam capable of altering the resist, such as a laser beam, in accordance with the position and shape of the print pattern shape portion 2, and exposed to light by a "direct imaging method" (direct imaging method) in which only the resist located in the print pattern shape portion 2 is exposed to light, and then development is performed. It is of course possible to place another patterned exposure mask on the resist formed on the substrate 1 and modify the necessary portions (exposed portions) of the resist, and the method is not particularly limited.
<硬質膜の形成>
基材1表面への硬質膜3の形成方法は、所望の膜厚及び表面粗さを有する硬質膜が得られるものであれば限定されないが、厚さのばらつきが小さい薄膜を形成できる点で、ドライプロセスが好ましく、真空プラズマプロセスがより好ましい。以下、硬質膜3として非晶質炭素膜を形成する場合を例に、その具体的手法を説明する。
<Formation of hard film>
The method for forming the hard film 3 on the surface of the substrate 1 is not limited as long as it can provide a hard film having a desired thickness and surface roughness, but a dry process is preferred, and a vacuum plasma process is more preferred, in that it can form a thin film with small thickness variations. A specific method will be described below using an example in which an amorphous carbon film is formed as the hard film 3.
非晶質炭素膜をプラズマCVD法により形成する場合には、原料となる反応ガスとして、例えば、メタン、アセチレン、ベンゼン等の炭化水素ガスを用いる。成膜する際の基材温度、ガス濃度、圧力、時間などの条件は、作製する非晶質炭素膜(a-C:H膜)の組成、膜厚に応じて、公知の方法で適宜設定される。 When forming an amorphous carbon film by plasma CVD, a hydrocarbon gas such as methane, acetylene, or benzene is used as the raw reactive gas. The conditions for film formation, such as the substrate temperature, gas concentration, pressure, and time, are appropriately set by known methods according to the composition and film thickness of the amorphous carbon film (a-C:H film) to be produced.
この場合において、炭素(C)及び水素(H)に加えてケイ素(Si)を含む非晶質炭素膜(a-C:H:Si膜)を形成する際には、原料となる反応ガスとして、例えば、テトラメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、及びテトラメチルシクロテトラシロキサン等を用いる。 In this case, when forming an amorphous carbon film (a-C:H:Si film) that contains silicon (Si) in addition to carbon (C) and hydrogen (H), for example, tetramethylsilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, dimethoxydimethylsilane, and tetramethylcyclotetrasiloxane are used as the raw reactant gas.
また、この場合において、炭素(C)及び水素(H)に加えてチタン(Ti)を含む非晶質炭素膜(a-C:H:Ti膜)を形成する際には、前述のプラズマCVD法において、原料となる反応ガスとして、例えば、チタンクロライド(TiCl4)、チタンアイオダイド(TiI4)、チタンイソプロポキシド(Ti(OC3H7)4)等のTiを含むガスと、アセチレン、エチレン、メタンなどの炭化水素系のガスを混合したガスを用いる。 In this case, when forming an amorphous carbon film (a-C:H:Ti film) containing titanium (Ti) in addition to carbon (C) and hydrogen (H), a gas containing Ti such as titanium chloride (TiCl 4 ), titanium iodide (TiI 4 ), titanium isopropoxide (Ti(OC 3 H 7 ) 4 ), or the like, mixed with a hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, or methane is used as a raw reactive gas in the above-mentioned plasma CVD method.
非晶質炭素膜をプラズマCVD法で成膜する際に、膜中に酸素(O)を含有させる場合には、成膜時に主原料ガスと共に酸素を導入する方法を採用できる。得られる硬質膜中の酸素含有量は、主原料ガスと酸素との総流量に占める酸素の流量割合を調整することによって決定される。該流量割合は、例えば0.01~12%、好ましくは0.5~10%である。また、非晶質炭素膜に酸素(O)を含有させる他の手段として、予め形成した膜に酸素プラズマを照射する方法を採用しても良い。 When forming an amorphous carbon film by plasma CVD, if oxygen (O) is to be contained in the film, a method of introducing oxygen together with the main raw material gas during film formation can be used. The oxygen content in the resulting hard film is determined by adjusting the flow rate of oxygen in the total flow rate of the main raw material gas and oxygen. The flow rate is, for example, 0.01 to 12%, preferably 0.5 to 10%. Another method of incorporating oxygen (O) into the amorphous carbon film may be to irradiate a previously formed film with oxygen plasma.
非晶質炭素膜には、窒素(N)を含有させることもできる。この場合には、成膜された非晶質炭素膜に窒素プラズマを照射する方法が採用できる。 The amorphous carbon film can also contain nitrogen (N). In this case, a method can be used in which the formed amorphous carbon film is irradiated with nitrogen plasma.
非晶質炭素膜に対してプラズマ照射により酸素(O)ないし窒素(N)を導入する場合には、非晶質炭素膜の成膜装置で非晶質炭素膜を成膜した後、同装置内において、真空をブレイクすることなくプラズマ照射を行うことが可能であり、非晶質炭素膜の成膜と膜中への酸素(O)ないし窒素(N)の導入とを連続的に行うことができる。 When oxygen (O) or nitrogen (N) is introduced into an amorphous carbon film by plasma irradiation, after the amorphous carbon film is formed in an amorphous carbon film forming apparatus, plasma irradiation can be performed in the same apparatus without breaking the vacuum, and the formation of the amorphous carbon film and the introduction of oxygen (O) or nitrogen (N) into the film can be performed continuously.
非晶質炭素膜は、物理蒸着法(PVD法)で形成することもできる。この場合には、成膜装置内に基材1を設置し、該装置内を真空雰囲気とした後、所定の圧力及び流量のスパッタリングガス(例えば、アルゴンガス等の不活性ガス)を導入し、炭素ターゲットをスパッタリングすることで、基材1上に非晶質炭素膜を形成する。その際、SiターゲットないしTiターゲットを炭素ターゲットと同時にスパッタリングすることで、Si及び/又はTiを含む非晶質炭素膜を形成することができる。
また、SiターゲットないしTiターゲットをスパッタリングするガスに、アセチレン等の炭化水素系のガス、酸素(O)、窒素(N)又はそれらの混合ガスを混合することで、反応性スパッタリング法により、ケイ素、チタン、炭素と水素、酸素又は窒素を含む非晶質炭素膜を形成することもできる。
The amorphous carbon film can also be formed by a physical vapor deposition method (PVD method). In this case, the substrate 1 is placed in a film forming apparatus, the inside of the apparatus is made into a vacuum atmosphere, and then a sputtering gas (e.g., an inert gas such as argon gas) is introduced at a predetermined pressure and flow rate to sputter a carbon target, thereby forming an amorphous carbon film on the substrate 1. In this case, an Si target or a Ti target is sputtered simultaneously with the carbon target, thereby forming an amorphous carbon film containing Si and/or Ti.
In addition, by mixing a hydrocarbon gas such as acetylene, oxygen (O), nitrogen (N) or a mixed gas of these with the gas used for sputtering a Si target or Ti target, an amorphous carbon film containing silicon, titanium, carbon and hydrogen, oxygen or nitrogen can be formed by a reactive sputtering method.
上述のように基材1表面に硬質膜3を形成した後、マスキング材5を除去することで、基材1における被印刷基板側の面11の印刷パターン形成部分2に印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部31を備える硬質膜3が形成された、本実施形態に係る印刷用孔版が得られる。 After forming the hard film 3 on the surface of the substrate 1 as described above, the masking material 5 is removed to obtain a printing stencil according to this embodiment, in which the hard film 3 is formed with recesses or holes 31 that define the printing pattern in the printing pattern forming portion 2 on the surface 11 of the substrate 1 facing the printed substrate.
本実施形態に係る印刷用孔版を製造する際には、基材1の全面を硬質膜3で被覆した後、該硬質膜3の一部ないし全部をレーザ光やイオンビームの照射等により除去することで、印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部31を形成することも可能である。
特に、硬質膜3の一部のみを除去して印刷パターンを画定する凹部31を形成する方法によれば、基材1は貫通孔13を除いて硬質膜で覆われることとなるため、耐食性等の化学的耐久性が低い素材を基材に用いることができる。このため、強度等の機械的特性は良好であるものの化学的耐久性に劣るために印刷孔版に使用できなかった材料を、基材1として利用できる可能性がある。例えば、機械構造用中炭素鋼(S45C)(ヤング率205GPa,ずれ弾性82GPa,降伏強さ727MPa,引張強さ828MPa、伸び22%)、高張力鋼(HT80)(ヤング率203GPa,ずれ弾性率73GPa,降伏強さ834MPa,引張強さ865MPa、伸び26%)、クロムモリブデン鋼(SCM440)(降伏強さ833MPa,引張強さ980MPa,伸び12%)、ニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM439)(降伏強さ1471MPa,引張強さ1765MPa,伸び8%)、析出硬化型ステンレス鋼(SUS631)(ヤング率204GPa,降伏強さ1029MPa,引張強さ1225MPa、伸び4%)、マルテンサイト系ステンレス鋼(SUS410)(ヤング率200GPa,降伏強さ345MPa,引張強さ540MPa,伸び25%)、ハステロイ(登録商標)X(ヤング率197GPa,ずれ弾性率75GPa,降伏強さ384MPa,引張強さ775MPa,伸び43%)、熱間金型用工具鋼(SKD6)、ばね鋼(SUP7)、低温圧力容器用9%Ni鋼(SL9N590)、マルエージング鋼(350級)、モネルメタル、ニクロム(GNC108)、チタン6Al-4V合金(60種)及びチタン5-2.5合金等は、印刷孔版用基材として汎用されているステンレス鋼(SUS304)(ヤング率197GPa,ずれ弾性率74GPa,降伏強さ205MPa,引張強さ520MPa,伸び40%)及びニッケル(99.99Ni)(ヤング率204GPa,ずれ弾性率81GPa,降伏強さ58MPa,引張強さ335MPa、伸び28%)の機械的特性を鑑みれば、基材1として利用できる可能性が高い。
When manufacturing the printing stencil according to this embodiment, the entire surface of the substrate 1 is covered with a hard film 3, and then part or all of the hard film 3 is removed by irradiation with laser light or an ion beam, etc., to form recesses or holes 31 that define the printing pattern.
In particular, according to the method of forming the recesses 31 that define the printing pattern by removing only a part of the hard film 3, the substrate 1 is covered with the hard film except for the through holes 13, so that a material with low chemical durability such as corrosion resistance can be used for the substrate. Therefore, it is possible to use a material that has good mechanical properties such as strength but is poor in chemical durability and therefore cannot be used for a printing stencil as the substrate 1. For example, medium carbon steel for machine construction (S45C) (Young's modulus 205 GPa, shear elasticity 82 GPa, yield strength 727 MPa, tensile strength 828 MPa, elongation 22%), high tensile steel (HT80) (Young's modulus 203 GPa, shear elasticity 73 GPa, yield strength 834 MPa, tensile strength 865 MPa, elongation 26%), chromium molybdenum steel (SCM440) (yield strength 833 MPa, tensile strength 980 MPa, elongation 12%), etc. ), nickel chrome molybdenum steel (SNCM439) (yield strength 1471 MPa, tensile strength 1765 MPa, elongation 8%), precipitation hardening stainless steel (SUS631) (Young's modulus 204 GPa, yield strength 1029 MPa, tensile strength 1225 MPa, elongation 4%), martensitic stainless steel (SUS410) (Young's modulus 200 GPa, yield strength 345 MPa, tensile strength 540 MPa, elongation 25%) , Hastelloy (registered trademark) X (Young's modulus 197 GPa, shear modulus 75 GPa, yield strength 384 MPa, tensile strength 775 MPa, elongation 43%), hot die tool steel (SKD6), spring steel (SUP7), 9% Ni steel for low-temperature pressure vessels (SL9N590), maraging steel (350 grade), Monel metal, Nichrome (GNC108), titanium 6Al-4V alloy (60 types), and titanium 5-2.5 alloy, etc. Considering the mechanical properties of stainless steel (SUS304) (Young's modulus 197 GPa, shear modulus 74 GPa, yield strength 205 MPa, tensile strength 520 MPa, elongation 40%) and nickel (99.99Ni) (Young's modulus 204 GPa, shear modulus 81 GPa, yield strength 58 MPa, tensile strength 335 MPa, elongation 28%), which are widely used as substrates for printing stencils, there is a high possibility that they can be used as the substrate 1.
<撥水層/撥水撥油層の形成>
基材1ないし硬質膜3に、上述の撥水層ないし撥水撥油層4を形成する場合、その形成方法は特に限定されず、適宜選択することができる。例えば、該撥水層ないし撥水撥油層4を形成する箇所に、液状の出発材料(カップリング剤液)を、不織布等に浸透させての手塗り、刷毛塗り、スキージ塗り、ローラ塗り等により塗布してもよく、スプレー等で噴霧しても良い。また、カップリング剤液に孔版をディップしても良く、バーコータ、スピンコーターで被覆しても良く、スクリーン印刷で塗布しても良い。さらに、抵抗加熱法、その他公知の真空プロセスで形成してもよい。真空プロセスの例としては、CF4やC6F6等の少なくともフッ素を含む原料ガスを真空中や大気圧中でプラズマ化(大気圧プラズマ)して、基材1ないし硬質膜3にフッ素を付与したり、基材1ないし硬質膜3上にフッ素を含む層を形成したりすることが挙げられる。
<Formation of Water-Repellent Layer/Water- and Oil-Repellent Layer>
When the above-mentioned water-repellent layer or water- and oil-repellent layer 4 is formed on the substrate 1 or hard film 3, the method of formation is not particularly limited and can be appropriately selected. For example, a liquid starting material (coupling agent liquid) may be applied to the portion where the water-repellent layer or water- and oil-repellent layer 4 is to be formed by penetrating a nonwoven fabric or the like, by hand coating, brush coating, squeegee coating, roller coating, or the like, or may be sprayed with a spray or the like. In addition, a screen may be dipped in the coupling agent liquid, or it may be coated with a bar coater or spin coater, or it may be applied by screen printing. Furthermore, it may be formed by a resistance heating method or other known vacuum process. Examples of the vacuum process include plasmatizing a raw material gas containing at least fluorine, such as CF4 or C6F6 , in a vacuum or at atmospheric pressure (atmospheric pressure plasma) to give fluorine to the substrate 1 or hard film 3, or forming a layer containing fluorine on the substrate 1 or hard film 3.
一辺が400mmの矩形状で厚さが30μmのSUS304製ステンレス板を準備し、該SUS板中央の50mm×50mmの領域に、1個のコンデンサの内部電極の印刷パターンに相当する、幅150μm、長さ400μmの長方形を、100μm間隔で仮想的に配置した。次いで、前記仮想的に配置された長方形の内部に、公知のYAGレーザ光により、φ20μmの穴を30μm間隔で等ピッチに形成し、メッシュ状にした。その後、前記SUS板を、フッ酸を主成分とするエッチィング液に浸漬してドロスを除去し、続いて公知の電解研磨法にてスマットを除去し、表面をRa0.03μm程度に平滑化した板を作成した。
続いて、前記SUS板の一方の面(印刷孔版において被印刷基板側の面となる面)の中央部分の50mm四方の印刷パターンエリア全面に、厚さ25μmの公知のフォトレジストフィルム(日立化成RYシリーズ RY3325 厚さ25μm)を貼り、前記仮想的に配置した長方形の領域に前記フォトレジストフィルムが残るように、UVレーザ光のダイレクトイメージング装置(大日本スクリーン LI9500 (Mercurex マーキュレックス))にて直接パターン描画した。
続いて、フォトレジストフィルムでマスクされた前記SUS板を、高圧DCマイクロパルスプラズマCVD装置の真空容器中に配置し、当該真空容器を1×10-3Paまで真空排気した。その後、前記真空容器に圧力1Paのアルゴンガスを流量30SCCMで導入し、-3kVpの印加電圧によって基材表面を10分間プラズマクリーニングした。前記真空容器からアルゴンガスを排気後、圧力1Paのトリメチルシランガスを流量30SCCMで前記真空容器に導入し、-5kVpの電圧を印加して、前記SUS板のフォトレジストフィルムでマスクされた面(印刷孔版において被印刷基材側の面となる面)に厚さ300nmのSi含有非晶質炭素膜(硬質膜)を形成した後、真空をブレイクして前記SUS基板を取り出し、前記フォトレジストフィルム(パターン部)を公知の方法で現像除去した。
得られたSUS板を、縦650mm、横550mmの鋳物枠に、公知の方法で張設して製版し、印刷用孔版とした。
A SUS304 stainless steel plate with a rectangular shape of 400 mm on each side and a thickness of 30 μm was prepared, and in a 50 mm×50 mm area in the center of the SUS plate, rectangles with a width of 150 μm and a length of 400 μm, which correspond to the printing pattern of the internal electrodes of one capacitor, were virtually arranged at intervals of 100 μm. Next, holes of φ20 μm were formed at equal intervals of 30 μm inside the virtually arranged rectangles by a known YAG laser beam to form a mesh shape. After that, the SUS plate was immersed in an etching solution mainly composed of hydrofluoric acid to remove dross, and then a known electrolytic polishing method was used to remove smut, and a plate with a surface smoothed to about Ra 0.03 μm was produced.
Next, a known photoresist film (Hitachi Chemical RY series RY3325, thickness 25 μm) having a thickness of 25 μm was applied to the entire surface of a 50 mm square printing pattern area in the center of one side of the SUS plate (the side that faces the printed substrate in the printing stencil), and a pattern was directly drawn using a UV laser light direct imaging device (Dainippon Screen LI9500 (Mercurex)) so that the photoresist film remained in the virtually arranged rectangular area.
Next, the SUS plate masked with the photoresist film was placed in a vacuum chamber of a high-pressure DC micro-pulse plasma CVD apparatus, and the vacuum chamber was evacuated to 1×10 −3 Pa. Then, argon gas at a pressure of 1 Pa was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 30 SCCM, and the substrate surface was plasma-cleaned for 10 minutes by applying a voltage of −3 kVp. After argon gas was evacuated from the vacuum chamber, trimethylsilane gas at a pressure of 1 Pa was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 30 SCCM, and a voltage of −5 kVp was applied to form a 300 nm thick Si-containing amorphous carbon film (hard film) on the surface of the SUS plate masked with the photoresist film (the surface that is the surface of the printing stencil that faces the substrate to be printed), and then the vacuum was broken to remove the SUS substrate, and the photoresist film (pattern portion) was developed and removed by a known method.
The obtained SUS plate was stretched over a casting frame measuring 650 mm in length and 550 mm in width by a known method and made into a printing stencil.
得られた印刷用孔版は、400mm×400mmの矩形のSUS板の、被印刷基板側の面の印刷パターンエリアに、φ20μmの穴がメッシュ状に形成された幅150μm、長さ400μmの長方形の印刷パターン部分が、厚さ300nmのSi含有非晶質炭素膜に囲まれて形成されていた。前記長方形の印刷パターン部分は、被印刷基板側から見て、前記Si含有非晶質炭素膜に形成面より300nm(Si含有非晶質炭素膜の膜厚に相当)窪んでいた。すなわち、前記印刷パターン部分に位置するSUS板は、前記Si含有非晶質炭素膜を被印刷基板に接触させた際に、該被印刷基板との間に300nmのスペースを有することとなる。 The resulting printing stencil had a rectangular printing pattern area on the surface of a 400 mm x 400 mm rectangular SUS plate facing the printed substrate, with a 150 μm wide, 400 μm long rectangular printing pattern portion with a mesh of φ20 μm holes formed therein, surrounded by a 300 nm thick Si-containing amorphous carbon film. When viewed from the printed substrate side, the rectangular printing pattern portion was recessed by 300 nm (corresponding to the film thickness of the Si-containing amorphous carbon film) from the surface on which the Si-containing amorphous carbon film was formed. In other words, when the Si-containing amorphous carbon film was brought into contact with the printed substrate, the SUS plate located in the printing pattern portion had a space of 300 nm between the printed substrate and the Si-containing amorphous carbon film.
次に、基材上に形成されたSi含有非晶質炭素膜(硬質膜)の膜厚及びそのばらつきを確認した。
前記印刷用孔版を分解し、前記印刷パターンエリアの四隅及び中央部の計5箇所から、サイズが概ね5mm×5mmとなるよう試験片を切り出し、その断面を電子顕微鏡観察することで、各試験片におけるSi含有非晶質炭素膜の膜厚を測定し、比較した。
その結果、5個の試験片における一番厚いものと一番薄いものとの膜厚差は10%以内(30nmの範囲内)であることが確認された。このような狭い膜厚バラツキを再現良く工業的に達成することは乳剤樹脂液をスクリーンメッシュ上にバケットを接触させながら手塗りする方法では困難であり、本発明の有効性が確認できた。
Next, the thickness and the variation in thickness of the Si-containing amorphous carbon film (hard film) formed on the substrate were confirmed.
The printing stencil was disassembled, and test pieces measuring approximately 5 mm x 5 mm were cut out from a total of five locations, including the four corners and the center of the printing pattern area. The cross sections were observed under an electron microscope to measure and compare the film thickness of the Si-containing amorphous carbon film in each test piece.
As a result, it was confirmed that the difference in film thickness between the thickest and thinnest of the five test pieces was within 10% (within a range of 30 nm). It is difficult to achieve such a narrow film thickness variation industrially with good reproducibility by manually applying the emulsion resin liquid while contacting a bucket onto a screen mesh, and the effectiveness of the present invention was confirmed.
本発明に係る印刷用孔版によれば、薄膜印刷パターンを精度良く形成することができる。このため、本発明に係る印刷用孔版は、ステンシル孔版をはじめ、オフセット版等に好適に使用できる。 The printing stencil of the present invention allows thin-film printing patterns to be formed with high precision. Therefore, the printing stencil of the present invention can be suitably used for stencil stencils, offset printing plates, etc.
1 基材
11 被印刷基板側の面
12 スキージ側の面
13 貫通孔
2 印刷パターン形状部分
3 硬質膜
31 凹状部ないし孔部
4 撥水層ないし撥水撥油層
5 マスキング材
REFERENCE SIGNS LIST 1 Substrate 11 Surface on the printed substrate side 12 Surface on the squeegee side 13 Through hole 2 Print pattern shape portion 3 Hard film 31 Concave portion or hole portion 4 Water-repellent layer or water- and oil-repellent layer 5 Masking material
Claims (10)
該基材の被印刷基板側の面に形成され、印刷パターン形状部分に印刷パターンを画定する凹状部ないし孔部を備える硬質膜と、
前記凹状部ないし孔部内から前記基材のスキージ側の面へと、該印刷パターン形状部分を貫通する、開口面積が該印刷パターン形状部分の前記凹状部ないし孔部により画定される前記印刷パターンの面積より小さい複数の貫通孔と、
を備え、
前記硬質膜が、厚さ300nm~5μmで、該厚さのばらつきが10%以内である、メッシュを備えない印刷用孔版。 a plate-shaped substrate having a single layer and a surface facing a substrate to be printed and a surface facing a squeegee;
a hard film formed on the surface of the base material facing the printed substrate and having a concave portion or a hole portion that defines the printing pattern in the printing pattern shape portion;
a plurality of through holes penetrating the printing pattern shape portion from within the recessed portion or hole portion to the squeegee side surface of the base material, the opening area of which is smaller than the area of the printing pattern defined by the recessed portion or hole portion of the printing pattern shape portion;
Equipped with
The hard film has a thickness of 300 nm to 5 μm, and the variation in thickness is within 10%.
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