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エレクトロニクス高品質スクリーン印刷の基礎と応用

  • Basis & Application of Advanced Screen Printing Techniques for Electronics
(2005年『エレクトロニクス高品質スクリーン印刷技術』普及版)

商品コード: B0958

  • 監修: 染谷隆夫/(編集)佐野康
  • 発行日: 2011年4月
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: A5判,271ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0312-3

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  • 導電率,コストパフォーマンス,太陽電池,半導体デバイス,製版,ペースト

刊行にあたって

 高精細印刷は我が国が世界に誇る最先端技術分野であり,この技術のエレクトロニクス応用が近年高い関心を集めています。印刷技術は究極の低環境負荷プロセスであると考えられ,低エネルギー消費によって短時間でデバイスが製造できると期待されています。また,初期投資額が大幅に低減でき,ターンラウンド時間も著しく短縮できるなど,エレクトロニクス分野における新製品開発・製造の際の競争力を強化できます。
 「印刷」というと,一般的には,インクジェットのような「版無し印刷」,またはグラビア印刷のような紙メディアでの高速複製技術を思い浮かべる人が多いのが現状です。しかし,実際には,セラミック部品や有機基板,フィルム製品などのエレクトロニクス業界で適用されている現在の印刷技術のほとんどは「スクリーン印刷」です。
 一方で,スクリーン印刷技術はグラフィックや捺染(繊維への印刷)でのいわゆる「シルクスクリーン印刷」としても知られており,このことがかえってエレクトロニクス用のプロセス技術としては,完成度の低いいわゆる職人技のようにも捉えられてきた面があります。
 エレクトロニクス関連の展示会において20μmラインや10μmラインなどの印刷サンプルも見受けられるようになり,高精細パターン形成プロセスとしてスクリーン印刷の期待がますます高まっています。
 エレクトロニクス用のスクリーン印刷技術は,高品質の装置やメッシュ,スクリーン版,さらには印刷性の高い機能性ペーストの開発により,これまで不可能と思われていた「50μm~10μmの領域」のパターンニング技術として適用できる実力を備えつつあります。
 現在のエレクトロニクス製造プロセスの中核技術である「フォトリソ技術」は,確かに優れた製造技術ではありますが,いわゆる「サブトラクティブプロセス」で,無駄に廃棄される材料が少なくありません。今後は,材料・エネルギー消費を最小限にするため,低環境負荷の印刷プロセスへと急速に技術が移行していくものと思われます。
 スクリーン印刷は汎用性がり,これまでに多様な利用の仕方をされてきました。このため,かえって「高品質スクリーン印刷」の正しい構築方法が理解されにくい状況であり,エレクトロニクス用の高品質なプロセス技術としては必ずしも適正な評価をされているとは言えません。
 例えば,セラミック電子部品でのスクリーン印刷とSMT実装技術でのクリーム半田の「コンタクト印刷」とは全く異なった原理であるにも関わらず同一のレベルで論じられたり,20年前のスクリーン印刷技術レベルや捺染のシルクスクリーン印刷のイメージで現在の技術ポテンシャルを判断されることも見受けられます。
 スクリーン印刷がエレクトロニクスの主要なプロセス技術として広く活用されるためには,「高品質スクリーン印刷」とは何か,「高品質スクリ―ン印刷」を構築への正しいアプローチのを広く理解して頂くことが重要であると考えます。
 このような状況のなか,「高品質スクリーン印刷」の各要素技術や応用分野の第一線で活躍する方々にご執筆頂き,書籍として刊行する運びとなりました。貴重な時間を割いてご尽力頂いた執筆者の皆様に,この場を借りて厚く御礼申し上げます。本書が,エレクトロニクス分野でスクリーン印刷を手がける研究・開発者の皆様の一助となり,スクリーン印刷がより多くの応用分野で活用されることを期待しています。

2005年12月  東京大学大学院工学系研究科 染谷隆夫

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2005年に『エレクトロニクス高品質スクリーン印刷技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2011年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

佐野 康    (株)エスピーソリューション 代表取締役
浅田茂雄    アサダメッシュ(株) 製造部 取締役製造部長 
佐野裕樹    (現)(株)NBCメッシュテック スクリーン印刷研究所 リーダー
住田勲勇    NBC(株) スクリーン印刷研究所
下山 茂    (現)東京プロセスサービス(株) 営業部 次長
村上泰藏    (現)(株)ムラカミ 取締役 マスク事業部長
髙橋 孝    (現)(株)ソノコム 技術部 グループリーダー
市川隆司    ニューロング精密工業(株) 相談役
久米 篤    マイクロ・テック(株) 技術開発部 課長 プロセス技術担当
小林大介    (現)東海商事(株) SST(システム・ソリューション・チーム) 室長
永瀬和郎    (現)(株)ミノグループ 東京支店 常務取締役支店長
板谷昇次    バンドー化学(株) バンコラン部 副部長
江口龍太    (現)江口孔版(株) 常務取締役
長谷川博己   ナミックス(株) 技術本部 機能部材技術ユニット FPDグループ 主任技師
師岡 功    (株)アサヒ化学研究所 専務取締役
本多俊之    藤倉化成(株) 電子材料事業部 技術開発部 部長
         (現)藤倉化成(株) 品質保証部 部長
ウィンモーソー  (株)ピーアイ技術研究所 開発部 取締役
五島敏之    (株)ピーアイ技術研究所 開発部 マネージャ
中島慎太郎   (株)ピーアイ技術研究所 開発部 チーフ
井上晃男    (現)(株)サワーコーポレーション 溶剤課 課長
帆刈良海    (株)キヨウワテマス 技術部 部長 
西村直美    横浜油脂工業(株) 技術開発部 開発セミクリーングループ
細川英彦    (株)ヤマザキ電機 営業統括 取締役
川合貴之    (現)光洋サーモシステム(株) 電子科学機器装置部 販売技術グループ 主任
小山幸宏    TDK(株) セラミック材料グループ 製版製造部 統括課長 
木下 順    KOA(株) ものづくりイニシアティブ KSPセンター 製品開発第2グループマネージャー
柴田 浩    (現)デュポン(株) デュポンエレクトロニクスセンター 電子材料研究所 電子材料事業 技術開発部 主任研究員
鈴木利儀    双葉電子工業(株) 電子部品事業部 電子管工場 製造技術グループ 製造技術ユニット ユニットリーダー
厚見民典    (元)(株)エバテック PDPプロジェクトチーム
染谷隆夫    (現)東京大学 大学院工学系研究科 電気系工学専攻 教授
関谷 毅    (現)東京大学 大学院工学系研究科 電気系工学専攻 講師
野口儀晃    東京大学 工学系研究科 量子相エレクトロニクス研究センター
下赤善男    (現)京セラ(株) 薄膜部品開発部 サーマル開発1課 責任者

執筆者の所属表記は,注記以外は2005年当時のものを使用しております。

目次

第1章 スクリーン印刷の概要
1. エレクトロニクス業界におけるスクリーン印刷技術
1.1 はじめに
1.2 捺染,グラフィック分野でのスクリーン印刷技術との比較
1.3 エレクトロニクス分野でのスクリーン印刷技術の変遷
1.4 クリームはんだの「コンタクト印刷」技術
1.5 スクリーン印刷の応用と具体的な適用方法
1.6 おわりに

2. 「ペーストプロセス」としてのスクリーン印刷の考え方
2.1 はじめに
2.2 スクリーン印刷の四つのメカニズム
2.3 スクリーン印刷の三つの要素の適正化手順
2.3.1 印刷条件の適正化
2.3.2 スクリーン版の仕様と品質の適正化
2.3.3 ペーストの適正化
2.4 実際の高品質スクリーン印刷の実践方法
2.4.1 均一性の確保
2.4.2 寸法安定性の向上
2.4.3 解像性の向上
2.4.4 膜厚の整合
2.5 おわりに

第2章 スクリーンメッシュメーカー
1. 金属メッシュスクリーンの特徴と今後の展開
1.1 はじめに
1.2 メッシュと線材
1.3 スクリーン印刷用メッシュの金属素材
1.4 金属メッシュAD-Screen?とその構成
1.5 BS,MS,HSのメッシュ引張強度比較
1.6 今後の開発テーマ・方向性
1.6.1 パターニング技術
1.6.2 成膜技術
1.7 おわりに

2. 合成繊維メッシュスクリーンの特徴と今後の展開
2.1 はじめに
2.2 Vスクリーンの原糸「ベクリー」について
2.3 Vスクリーンについて
2.4 軸強伸度試験・紗張り
2.5 製版
2.6 印刷寸法精度について
2.7 ペーストの透過性について
2.8 印刷の実用例
2.8.1 実際に使用されている分野
2.8.2 今後展開が期待される分野
2.9 おわりに

第3章 製版(スクリーンマスク)
1. スクリーンマスクの製造工程と大型PDP用スクリーンマスク
1.1 はじめに
1.2 スクリーンマスク製造プロセス
1.3 大型PDP用スクリーンマスク
1.4 おわりに

2. 感光乳剤及びスクリーン製版
2.1 はじめに
2.2 スクリーン印刷用感光乳剤の構成
2.2.1 バインダーポリマー
2.2.2 感光基
2.2.3 充填剤
2.2.4 添加剤
2.3 直間法フィルム
2.4 高解像性感光乳剤
2.5 高精度・高精細スクリーン製版
2.5.1 コンビネーション製版
2.5.2 露光機について
2.5.3 ステンレス製スクリーンメッシュへのブラスト加工
2.6 おわりに

3. スクリーン製版及びメタルマスク
3.1 スクリーン製版
3.1.1 はじめに
3.1.2 リジダイズドスクリーン
3.1.3 サスペンドメタルマスク
3.1.4 高オープニング率サスペンドメタルマスク
3.2 メタルマスク
3.2.1 はじめに
3.2.2 エッチング法
3.2.3 電鋳法
3.2.4 レーザ法

第4章 装置メーカー
1. スクリーン印刷機1
1.1 はじめに
1.2 PDP用大型全自動スクリーン印刷機 LZ-2300STVA
1.2.1 架台フレーム
1.2.2 印刷テーブル
1.2.3 サーボモータ10軸コントロールシステム"crab-S"
1.2.4 スキージヘッド
1.2.5 版枠ホルダー
1.2.6 モニタ
1.2.7 ガラス搬送システム
1.2.8 安全装置
1.3 真空スクリーン印刷機
1.3.1 LS-340VTVAオートアライメント付半自動印刷機
1.3.2 全自動有機ELDシール用真空印刷機
1.4 超高精度印刷機 LZ-250IP
1.4.1 スキージヘッド
1.4.2 枠ホルダー
1.4.3 テーブル
1.4.4 特殊スキージ(Iスキージ)

2. スクリーン印刷機2
2.1 はじめに
2.2 高精度スクリーン印刷機としての特徴
2.2.1 高剛性を有する版枠部の構造
2.2.2 低印圧方式
2.2.3 駆動方式と印刷位置精度に関する特徴
2.3 印刷機としてのその他の応用例
2.4 おわりに

3. 印刷装置から次世代への技術対応(SERIAからのアプローチ)
3.1 はじめに
3.2 次世代技術対応―1 データに基づいた検証
3.3 次世代技術対応―2 既存技術の組み合わせと試行から「真空コーターSVM」
3.3.1 プロファイル
3.4 次世代の技術対応

第5章 スキージ及びスキージ研磨装置
1. スキージ
1.1 スキージ(ミノグループ)
1.1.1 はじめに
1.1.2 製品選択や形状に関して
1.1.3 コアブレード
1.1.4 幅広スキージ
1.1.5 大判印刷用スキージ
1.1.6 スキージの研磨
1.1.7 スキージのエッジ仕上げ
1.1.8 スキージのメンテナンス
1.1.9 スキージの機械的調整
1.1.10 おわりに

1.2 バンコランスキージ
1.2.1 スキージの形状による分類
1.2.2 各種スキージの材質による分類
1.2.3 バンコランスキージの体系
1.2.4 静電防止スキージ
1.2.5 大型PDP,液晶用スキージ
1.2.6 TAB印刷用Sスキージ
1.2.7 おわりに

2. スキージ研磨装置
2.1 高品位印刷・ファインパターン印刷におけるスキージ研磨の有用性について
2.2 研磨工程(フラットパターン)
2.2.1 本機での研磨の流れ
2.3 研磨機の応用
2.3.1 全R
2.3.2 角R
2.3.3 角度付き研磨

第6章 インキ,ペースト
1. スクリーン印刷用厚膜ペースト
1.1 はじめに
1.2 厚膜ペーストの分類
1.3 製造方法
1.4 品質管理
1.4.1 粘度
1.4.2 製造における管理
1.4.3 ペースト品質が及ぼす影響
1.4.4 保管
1.5 ペーストの設計
1.5.1 ペースト適性
1.5.2 設計の要素
1.6 印刷性
1.6.1 ペーストレオロジーの違いによる比較
1.6.2 基板の違いによる比較
1.6.3 繰り返し印刷での安定性
1.6.4 高品質印刷の具体例
1.7 熱処理との関係
1.7.1 乾燥
1.7.2 焼成
1.8 おわりに

2. ポリマー厚膜ペース
2.1 はじめに
2.2 ポリマー厚膜材料の概要(PTF;Polymer Thick Film)
2.3 ポリマー厚膜ペーストの種類
2.3.1 ポリマー導電ペースト
2.3.2 ポリマー抵抗体ペースト
2.3.3 ポリマー厚膜ペーストに使用される樹脂バインダー
2.4 ポリマー厚膜ペーストの塗布方法
2.5 ポリマー厚膜ペーストの実用例
2.5.1 ポリマー抵抗体ペーストを用いた受動部品の内蔵化技術
2.5.2 ポリマー抵抗体を用いた自動車用センサー技術
2.5.3 FPC基板でのEMI(Electro Magnetic Insulation)加工
2.6 おわりに

3. 低温焼結型ペースト
3.1 はじめに
3.2 導電性の発現機構
3.3 低温硬化・高導電性への取り組み
3.3.1 低融点金属
3.3.2 ナノ金属粒子
3.3.3 有機銀化合物と酸化銀
3.4 新しい材料の成膜原理
3.4.1 酸化銀微粒子の還元
3.4.2 有機銀化合物
3.4.3 併用
3.4.4 プロトタイプ配合
3.5 印刷適性の改善
3.6 銅箔との比較
3.7 おわりに

4. スクリーン印刷用ブロック共重合ポリイミドインク
4.1 はじめに
4.2 開発動向
4.3 可溶性ブロック共重合ポリイミドの特徴
4.4 要素技術
4.5 スクリーン印刷用ポリイミドインク開発
4.6 パターン印刷用ポリイミドインクの特徴
4.7 カバーレイスクリーン印刷用ポリイミドインク
4.8 おわりに

第7章 周辺機器
1. スクリーン洗浄
1.1 スクリーン版と洗浄
1.1.1 はじめに
1.1.2 洗浄方法・方式
1.2 スクリーン洗浄装置(帆刈良海)
1.2.1 はじめに
1.2.2 洗浄剤
1.2.3 洗浄機
1.2.4 スクリーン洗浄装置(キョウワテマス製)
1.2.5 おわりに

2. スクリーンマスクの洗浄
2.1 はじめに
2.2 洗浄剤の特長
2.3 洗浄剤の成分
2.4 部材への影響
2.5 物理的特長
2.6 主要製品

3. 乾燥機
3.1 はじめに
3.2 乾燥の原理
3.2.1 日常生活の乾燥
3.2.2 乾燥の速度
3.2.3 乾燥速度の要因
3.3 加熱の要素
3.3.1 加熱方法
3.3.2 電気加熱
3.3.3 対流加熱
3.3.4 輻射加熱
3.3.5 赤外線[INFRARED RAYS]
3.3.6 赤外線ヒーターと加熱
3.4 印刷乾燥
3.4.1 スクリーン印刷の場合
3.4.2 コーター印刷の場合
3.5 今後の予測
3.6 備考

4. 焼成炉
4.1 はじめに
4.2 焼成について
4.3 加熱の基本
4.4 焼成炉
4.4.1 焼成炉の分類
4.4.2 バッチ式炉
4.4.3 コンベア形連続式炉
4.4.4 焼成の要求条件
4.5 おわりに

第8章 応用
1. チップコンデンサMLCC
1.1 はじめに
1.2 製造プロセスの全体像
1.3 積層チップコンデンサへの市場要求,及び他コンデンサの置換戦略

2. 極小チップ0402サイズ抵抗器
2.1 0402チップ抵抗器の開発
2.1.1 はじめに
2.1.2 電気的仕様
2.1.3 機械的仕様
2.1.4 性能
2.2 0402チップ抵抗器の開発の進め方
2.3 0402チップ抵抗器の実装技術
2.3.1 部品
2.3.2 はんだ濡れ性
2.3.3 セルフアライメント性
2.4 今後の動き
2.5 おわりに

3. LTCC(低温同時焼成セラミック)
3.1 はじめに
3.2 最近のLTCC製造技術の動向
3.3 ファインライン/ファインビア化技術
3.3.1 メッシュ材
3.3.2 エマルジョン
3.3.3 メタルプレート材(ファインビア用)
3.3.4 印刷機
3.3.5 ペースト材料
3.4 無収縮焼成プロセス
3.4.1 無加圧焼成(PLAS)
3.4.2 加圧焼成(PAS)
3.5 おわりに

4. 蛍光表示管の製造に適用するスクリーン印刷技術について
4.1 蛍光表示管の概要
4.1.1 蛍光表示管の特徴
4.1.2 構造・動作原理
4.2 蛍光表示管の製造に適用するスクリーン印刷技術
4.2.1 一般蛍光表示管(直視型)の特徴と製造プロセス
4.2.2 タイプ別蛍光表示管の特徴
4.3 技術動向

5. PDPのスクリーン印刷
5.1 FPD製品とスクリーン印刷
5.2 タイル型PDP
5.2.1 100インチを超えるPDP
5.2.2 顧客の個別要望に柔軟に対応可能
5.2.3 小規模設備での消費地直結生産
5.3 スクリーン印刷とタイル型PDP
5.3.1 銀電極のスクリーン印刷
5.3.2 リブのスクリーン印刷
5.3.3 蛍光体のスクリーン印刷
5.4 今後の課題
5.4.1 タイルPDPの特長を更に伸張させる
5.4.2 スクリーン印刷の更なる解明

6. 有機トランジスタ
6.1 はじめに(有機トランジスタの特徴)
6.2 有機トランジスタの研究と大面積エレクトロニクス
6.3 印刷で作る有機トランジスタ
6.4 おわりに―スクリーン印刷と有機トランジスタ
6.4.1 印刷による有機トランジスタの微細化
6.4.2 均一膜の作製
6.4.3 微細化と密着性

7. サーマルヘッドへのドライバICの実装
7.1 はじめに
7.2 サーマルヘッドとフリップチップIC
7.3 無電解めっきによるUBM形成
7.4 スクリーン印刷によるバンプ形成
7.5 おわりに

はじめての高品質スクリーン印刷
1. スクリーン印刷の準備
2. スクリーン印刷機の部位説明
3. スクリーン印刷の手順
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