2/5 スクリーン印刷の基礎と 実践的な高品質印刷プロセス構築手法

（株）エスピーソリューション　代表取締役　佐野 康　氏
【専門】スクリーン印刷全般

　スクリーン印刷は、その原理とメカニズムを正しく理解することで、最も安定した印刷工法だと納得することができます。スクリーン印刷は、スクリーン版上をゴム製のスキージが摺動し、版開口部からインキを基材上に押し出す原理により、高い膜厚均一性で、厚いインキ塗膜を印刷する事が出来ます。この事が、他の印刷工法に対するスクリーン印刷の最大の特長です。これまで多くの方が、スクリーン印刷が「管理困難」であると思い込んでいたのは、多くの場合、スキージやインキ、スクリーン版の適正化が不十分だったからだと思われます。

　スクリーン印刷にも実践的な理論があります。インキ、ペーストの身になって印刷プロセスを考える「ペーストプロセス理論」です。この理論は、私の四半世紀にわたるコンサル現場において、実践と検証を繰り返し実用性がある考え方として確立してきたものです。この考えは、エレクトロニクス分野のみならず、グラフィック、加飾、捺染、商業、工業印刷などでの高品質スクリーン印刷プロセス実践のためであればすべてに適用できます。スクリーン印刷に対するこれまでのネガティブな先入観を一旦忘れ、論理的整合性の観点からこの理論を検証いただければ、その正しさが理解していただけると思います。又、これまでの対策での成功の理由も失敗の理由も明確に説明ができるようになります。この理論を正しく実践することで、スクリーン印刷の経験が少ない方でも、高品質印刷プロセスを構築することが可能です。私のコンサルの経験から、かえって、未経験者の方が、先入観にとらわれずに短時間に目的を達成することが多いように思われます。

　印刷プロセスの適正化とは、先ず、スクリーン印刷本来の「あるべき姿」を達成するための多くの「前提条件」を適正化することです。
適正化できていない場合は、その理由、原因を見つけ出し、根本原因から対策することです。「前提条件」が適正であれば、最終的には、インキ・ペーストの有する固有の印刷性能で印刷品質と印刷安定性が決定されます。そして、インキ・ペーストの材料技術者は、適正化された「前提条件」に合わせ、機能を維持しながら、インキの印刷性能である「粘弾性」の見極めや適正化に注力できるようになります。

　本講演では、最初に、スクリーン印刷の原理やメカニズムの説明、そして、最近見いだされた「版離れ角度」と「版離れ力」の相関について解説します。次に、スキージやスクリーンメッシュなどの要素技術とその「標準」、さらに、インキ・ペーストの印刷性能に影響する分散安定性、揮発性、濡れ性及び粘弾性特性を分りやすく解説します。また、スクリーン印刷の一形態としてのメタルマスクを用いた「同期版離れコンタクト印刷」による0402部品用のクリームはんだ印刷のテスト結果について詳細に解説します。そして、加飾印刷関連での「トーンジャンプ」のないグラデーション印刷と、新技術であるベタパターンでの「サドル」無し印刷技術について紹介します。最後に、最新のスクリーン印刷関連技術として、印刷膜をウエット状態で5～10倍に増膜して基材上に移載できる「リバース転写技術」についても言及します。 

1．スクリーン印刷とは？
　　・スクリーン印刷は、原理を知れば最も安定な印刷工法です！
　　・版とインキを適正化すれば、手刷りで30μmラインも印刷可能な工程能力
　　・適正化できない最大の要因は、不適正なスキージ、版仕様かインキの印刷性能不足
　1-1．各種印刷工法の種類とインキの粘度範囲
　　・スクリーン印刷の各分野でのインキの粘度
　1-2．スクリーン印刷は「特殊印刷」、だから印刷安定性が高い
　1-3．現状のスクリーン印刷の多くは「技術限界」の50％以下のレベル？
　　・正しい考えでの適正化で大きな「伸びしろ」がある印刷技術

2．スクリーン印刷8つの適用工法
　　成膜（べた印刷）、パターニング、スルーホール印刷、ビアフィル印刷、
　　ドット印刷、（PDP）落とし込み印刷、積層印刷、転写印刷

3．「ペーストプロセス理論」の考え方の基本
　3-1．印刷条件のほとんどは、予め適正化可能な「前提条件」
　3-2．先ず、「版離れ」遅れの不具合を無くす事が最重要

4．メタルマスクの「コンタクト印刷」にスクリーン印刷の「版離れ」を付与
　4-1．「コンタクト印刷」の「時差版離れ」は、型抜きでの「版剥がし」
　4-2．≪新技術≫メタルマスクでの「同期版離れ」コンタクト印刷工法
　4-3．≪新技術≫メタルマスクでの低粘度インキの定量塗布技術
　4-4. 0402チップ部品実装用クリームはんだ印刷のテスト結果

5．スクリーン印刷の4つのカニズムの理解
　5-1．「ローリング」のメカニズム
　5-2．「充てん・掻き取り」のメカニズム
　5-3．「版離れ」のメカニズム
　5-4．「レベリング」のメカニズム

6．≪新技術≫「版離れ角度」維持による等クリアランス版離れ改善機構
　6-1．印刷後半部での版離れ遅れ増加の原因は「版離れ角度」の漸減だった
　6-2．従来ピールオフ動作では、実質クリアランス量増加による寸法不具合が発生
　6-3．等クリアランス+「版離れ角度維持」動作で、「版離れ力」1.5倍

7．スクリーン印刷装置とスキージの重要性
　7-1．印刷機の種類とスクリーン版
　　・フラットベッド、曲面（シリンダー）、ロータリー印刷機
　　・フラットベッドと曲面印刷機は同一仕様のスクリーン版を使用
　　・ロータリー印刷機用の円筒形版はテンションの無いメッシュ版
　7-2．印刷位置合わせの方法
　7-3．スキージが最も重要な印刷パラメータの要素
　　・最適なスキージの選択方法 ・斜め研磨スキージの効果
　　・スキージエッジの面取り仕上げの重要性

8．4つの印刷条件の適正化と「標準」
　8-1．4つの印刷条件と印刷品質への影響
　8-2．二通りの印圧設定方法　「ストッパー（押し込み）」方式と「エアー圧」方式
　8-3．印刷膜厚均一性と「適正印圧」の定義
　8-4．スキージ角度、速度と「充てん力」との相関

9．スクリーンメッシュとスクリーン版
　9-1．ステンレスメッシュ開発の歴史とスクリーン印刷技術の進歩
　9-2．スクリーンメッシュの「弾性変形」と「塑性変形」
　9-3．スクリーンメッシュ開口率とインキの吐出性（印刷解像性）
　　・低開口率25％メッキ処理メッシュのにじみ抑制効果
　9-4．超高強度ステンレスメッシュでの課題解決「無変形スクリーン版」
　9-5．スクリーン製版工程の「コツ」　ポジフィルムとの密着と露光
　9-6．低溶剤臭のスクリーン版の洗浄作業　水スプレーでのリンス併用
　9-7．スクリーン版の高品質再製版システムの実際例

10．インキ・ペーストの印刷性能
　10-1．インキの分散安定性
　10-2．連続印刷中のインキの含有溶剤揮発と印刷膜厚変化
　10-3．インキと基板との濡れ性の影響
　10-4．インキの粘性特性と弾性特性
　　・ベタ印刷でのメッシュ起因の気泡発生のメカニズム

11．≪新技術≫「トーンジャンプ」のないグラデーション印刷
　11-1．なぜ、スクリーン印刷でグラデーション印刷が困難と思われていたか？
　11-2．「トーンジャンプ」を起こさない最適な網点形状
　11-3．原理的に「トーンジャンプ」が発生しない網点仕様と製版技術

12．≪新技術≫ベタ印刷での「サドル」の解消方法
　12-1．細線、中間ライン、ベタパターンでの印刷膜厚決定メカニズムの違い
　12-2．スクリーン印刷の宿命とされていたベタパーンでの「サドル」現象
　12-3．ベタ印刷での「サドル」不具合の解消方法

13．高品質スクリーン印刷プロセス実践のための具体的な対策手法
　13-1．印刷均一性を阻害する要因とその対策
　13-2．印刷寸法精度を損なう要因とその対策
　13-3．スクリーン印刷におけるその他の不具合対策
　　・乾燥のメカニズムとその重要性
　　・静電気とインキの糸引き対策

14．高品質スクリーン印刷の応用例
　≪新技術≫スクリーン印刷とリバース転写併用によるインキ厚盛技術
　　・マイクロ文字印刷　フレキシブル基板多層印刷　銀ナノインキ印刷など

質疑応答

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