JP2002103562A - クリームはんだ印刷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】版離れ動作にかかる版離れ動作時間（版離れ動
作距離）の短縮化を図ることでプリント配線基板のラン
ド部にクリームはんだを印刷する印刷時間を短縮させ、
さらにプリント配線基板への転写品質の向上を図れ、実
装基板の生産性の向上を図ると共に、作業者の作業負担
を軽減できるクリームはんだ印刷装置を提供する。 【解決手段】 プリント配線基板１２を支持する基板テ
ーブル１０と、基板テーブル１０に支持されたプリント
配線基板１２とメタルマスク６０とを位置合わせして重
ね合わせる重ね合わせ機構と、プリント配線基板１２に
重ね合わせたメタルマスク６０上で摺動し、メタルマス
ク６０を介してプリント配線基板１２上にクリームはん
だを塗布するスキージユニット１４と、スキージユニッ
ト１４をメタルマスク６０に押接して移動させる駆動手
段とを備えるクリームはんだ印刷装置において、スキー
ジユニット１４をメタルマスク６０上の一回の塗布範囲
に亘って移動させた状態でスキージユニット１４がメタ
ルマスク６０を押接する高さ位置を保持して停止させる
停止機構を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クリームはんだ印
刷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの小型化や異形化
に伴い、プリント配線基板上に実装される半導体デバイ
スのリード線間のピッチがファイン化しており、ランド
部間のピッチも狭くなりつつある。このため、クリーム
はんだをプリント配線基板のランド部に印刷する前に、
まず、メタルマスクのマスクパターンとプリント配線基
板のランド部とを高精度に位置合わせして重ねることが
要求される。

【０００３】これに対応して、今日では、画像認識装置
が搭載されたクリームはんだ印刷装置が知られている。
この装置によれば、プリント配線基板上に設けられた基
準マークを画像認識用のＣＣＤカメラにより撮像し、上
記基準マークの位置ずれ量を算出してプリント配線基板
を所定のクリームはんだ充填位置に配置させることがで
きる。これによって、メタルマスクのマスクパターンと
プリント配線基板のランド部（プリント配線基板上の印
刷すべき箇所）とを高精度に位置合わせして重ねること
ができ、好適なクリームはんだ充填開始状態にセットで
きる。

【０００４】ところで、プリント配線基板は、ガラスエ
ポキシ樹脂基材やベークライト樹脂基材あるいはセラミ
ック基材等の材料を用いて形成されているため、温度変
化等の外界条件や外圧を受けることで、反り等の変形が
生じ、基板が凹凸面（湾曲面）に形成されてしまうこと
が多い。凹凸面に変形したプリント配線基板にメタルマ
スクを置いてクリームはんだを転写する場合、単にスキ
ージによってクリームはんだを充填したのでは、ランド
部によって、印刷されるクリームはんだの充填量にばら
つきが生じてしまう。すなわち、基板の凹部には、メタ
ルマスクが凹部表面から浮くことによって所定量以上の
クリームはんだが充填され、反対に、基板の凸部には所
定量以下の量のクリームはんだしか充填されなくなる。
これでは、次工程の半導体デバイスの実装工程の品質要
求を満たすことができない。

【０００５】このため、基板の反り具合に応じて、スキ
ージによりメタルマスクをプリント配線基板に押圧し、
メタルマスクがプリント配線基板の表面から浮き上がら
ないようにして充填する方法が行われている。この方法
によれば、クリームはんだ充填動作中は、メタルマスク
とプリント配線基板との印刷面が常に密着しているた
め、基板が反っている場合であっても、全ランド部にお
いて、所定量のクリームはんだを充填することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プリント配線基板は、
異なる製品の場合や製造ロットが異なる場合には基板の
反り量がばらつく。このため、基板の反り量（凹凸量）
に応じて、スキージがメタルマスクを押し込む押し込み
量（スキージの押し下げ限界位置）を作業者が予め調節
する調節機構を設けている。作業者が設定する上記押し
込み量は、基板の反り具合のばらつきが大きい場合のク
リームはんだ充填にあっては大きい値に設定し、反対
に、基板の反り具合が小さい場合のクリームはんだ充填
にあっては小さい値に設定する。

【０００７】実際の生産現場においては、反り具合の大
きな基板と反り具合の小さな基板とが混在しているか
ら、作業者は、ランド部への所定量のクリームはんだの
充填を確保するため、上記押し込み量を大きな反りに対
応できるように大きく設定する。しかし、メタルマスク
の押し込み量を大きく設定しまうと、クリームはんだ充
填終了時に行われるメタルマスクからプリント配線基板
を引き離すためにプリント配線基板を支持している基板
テーブルをゆっくりと降下させる版離れ動作に時間がか
かってしまう。すなわち、上記押し込み量を大きく設定
すると、クリームはんだ充填動作が終了して版離れ動作
に移行したにもかかわらず、スキージがメタルマスク
を、予め設定した押し込み量まで押し込み続けるといっ
たことになる。これは、版離れ動作が開始しているにも
かかわらず、設定された押し込み量どおりの押し込み作
用が解消するまでは、継続してスキージがメタルマスク
を押し続けるということであり、プリント配線基板を支
持する基板テーブルが、メタルマスクの押し込み量位置
からさらに降下してはじめて版離れがなされることを意
味する。これでは、クリームはんだ充填動作終了から版
離れ動作終了までに要する時間が増大することとなり、
生産全体にかかるサイクルタイムが増大してしまい、効
率的に生産を行うことができないといった課題がある。
スキージの押し込み量を調節しているのは、できるだけ
押し込み量を小さくして、この版離れ動作にかかる時間
を最小限に抑制するためであり、その都度、基板の反り
具合に応じて押し込み量を設定することは、作業者の作
業負担が増大するといった課題がある。

【０００８】上記版離れ動作は十分な時間をかけて行う
が、これは、メタルマスクの開口部内に充填されたクリ
ームはんだを確実にランド部へ転写させるためである。
版離れ動作が速いと、開口部の内壁面と該開口部内に充
填されたクリームはんだとの間に生じる摩擦係数（せん
断力）が大きくなり、該開口部内に充填されたクリーム
はんだ全てがランド部上に移行されず、ランド部上のク
リームはんだに、カケやツノといった不良転写が発生す
る。

【０００９】近年では、半導体デバイスの小型化や異形
化に伴い、ランド部が微細化しているために、版離れを
よりゆっくりと行わなければならなくなっている。例え
ば、ＢＧＡパッケージ又はＣＳＰといわれるような半導
体デバイスではランド部の平面積に比較してメタルマス
クが厚くなるため（アスペクト比が大きくなるため）、
版離れ動作中に生じる上記摩擦係数（せん断力）がより
大きくなり、版離れ動作にかける時間が一般の半導体デ
バイス以上に必要となる。このように、版離れ動作をよ
りゆっくりと行わなければならない場合には、より効率
的に印刷操作を行うことが求められる。

【００１０】そこで、本発明は、上記課題に対応すべく
なされ、その目的とするところは、版離れ動作にかかる
版離れ動作時間（版離れ動作距離）の短縮化を図ること
でプリント配線基板のランド部にクリームはんだを印刷
する印刷時間を短縮させ、さらにプリント配線基板への
転写品質の向上を図れ、実装基板の生産性の向上を図る
と共に、作業者の作業負担を軽減できるクリームはんだ
印刷装置を提供することにある。

【００１１】

【発明を解決するための手段】本発明に係るクリームは
んだ印刷装置は、プリント配線基板を支持する基板テー
ブルと、該基板テーブルに支持された前記プリント配線
基板とメタルマスクとを位置合わせして重ね合わせる重
ね合わせ機構と、前記プリント配線基板に重ね合わせた
前記メタルマスク上で摺動し、該メタルマスクを介して
前記プリント配線基板上にクリームはんだを転写するス
キージユニットと、該スキージユニットを前記メタルマ
スクに押接して移動させる駆動手段とを備えるクリーム
はんだ印刷装置において、前記スキージユニットを前記
メタルマスク上の一回のクリームはんだ充填範囲に亘っ
て移動させた状態で該スキージユニットが前記メタルマ
スクを押接する高さ位置を保持して停止させる停止機構
を設けたことを特徴とする。これによれば、版離れ動作
にかかる版離れ動作時間（版離れ動作距離）の短縮化を
図ることでプリント配線基板のランド部にクリームはん
だを印刷するタクトタイムを短縮させ、実装基板の生産
性の向上を図ると共に、作業者の作業負担を軽減でき
る。また、前記停止機構は、前記スキージユニットを支
持して昇降駆動させるシリンダの駆動ロッドの突出入動
作を強制的に停止させると好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るクリームはん
だ印刷装置の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説
明する。図１は、本実施の形態に係るクリームはんだ印
刷装置の全体構成を示す正面図である。図１に示すクリ
ームはんだ印刷装置１００は、従来公知の構造を備え
る。すなわち、１０はプリント配線基板１２を移動可能
に支持する基板テーブル、１４は下端部に一対の印刷ヘ
ッド１４ａ、１４ｂを備えるスキージユニット、１８は
画像認識装置として用いられるＣＣＤカメラユニット、
２０は基板テーブル１０を移動させてプリント配線基板
１２の位置を補正する位置合わせ機構を有する基板位置
補正ユニット、２２は搬入用コンベア、２４は搬出用コ
ンベアである。

【００１３】次に、図１に示すスキージユニット１４の
構成について、図２及び図３と共に詳細に説明する。図
２はスキージユニット１４の正面図、図３はスキージユ
ニット１４の側面図である。図２において、２６、２８
は昇降手段としてのエアシリンダであり、シリンダ支持
板３０上にボルト２９による螺合手段によって固定され
ている。２６ａ、２８ａはエアシリンダ２６、２８の駆
動ロッドであり、下端部には印刷ヘッド１４ａ、１４ｂ
が設けられている。印刷ヘッド１４ａ、１４ｂは、駆動
ロッド２６ａ、２８ａが上下方向に伸縮することで昇降
可能になっている。

【００１４】３２は所要の厚みを有したヘッド支持板で
あり、下端面に所要の深さの溝３２ａが形成されてい
る。３２ｂは取付孔であり、ヘッド支持板３２の幅方向
に貫通して形成されている。３４は連結板であり、厚み
が溝３２ａの溝幅よりも若干肉薄に形成され、横長の板
状体に形成されている。連結板３４は、長手方向の中央
部に突部３４ａが形成されている。３４ｂは取付孔であ
り、連結板３４の中央部に幅方向に貫通して設けられて
いる。連結板３４は、突部３４ａが溝３２ａ内に嵌め込
まれてヘッド支持板３２の外方からヒンジピン３６が挿
通され、ヒンジピン３６を抜き差しすることでヘッド支
持板３２に着脱可能に固定されている。連結板３４は、
ヘッド支持板３２にヒンジピン３６によって固定されて
いるため、連結板３４はヒンジピン３６を支点として円
弧状に軌跡を描いて若干の回動ができるようになってい
る。

【００１５】３８はスキージホルダーであり、連結板３
４に所定の角度を持たせて固定されている。４０は所要
の厚みを有するウレタン製のスキージ（へら状の塗布
板）であり、下端面４０ａがスキージホルダー３８の下
端面３８ａよりも若干下方に突出してスキージホルダー
３８の長手方向に沿って張設されている。４２は取っ手
であり、スキージホルダー３８のスキージ４０が張設さ
れた面とは反対側の前端面から外方に延出して設けられ
ている。４３はハンダガイドであり、スキージ４０がメ
タルマスク６０面上を摺動する印刷時に、クリームはん
だが摺動範囲外に広がるのを防止する。４４、４４は微
調整部であり、平板４７の両端部に設けられている。平
板４７は、エアシリンダ２６の駆動ロッド２６ａの下端
部に駆動ロッド２６ａの伸縮方向と略直角に連結されて
いる。平板４７とヘッド支持板３２とはボルト４５、４
５によって固定されている。調整部４４、４４は、下端
面がテーパ面に形成されたアジャストネジ４６と、バラ
ンスネジ５０と、バランスバネ４８と、ストッパ５２と
からなる。

【００１６】このように、ヘッド支持板３２と連結板３
４とがヒンジピン３６によって連結されると共に、バラ
ンスネジ５０がバランスバネ４８の付勢力によって、常
時ストッパ５２を弾性的に押圧することによって、連結
板３４をヒンジピン３６を軸として揺動可能にスキージ
４０がメタルマスク６０の摺動面上を摺動するときにプ
リント配線基板１２の左右の高さの相違による傾斜にな
らうようにして連結板３４の左端部と右端部とでメタル
マスク６０の摺動面全体を均一に押圧することができ
る。

【００１７】５４は駆動ロッド位置検出手段としてのシ
リンダセンサーであり、駆動ロッド２６ａ、２８ａの上
下方向の位置を検出することで、印刷ヘッド１４ａ、１
４ｂの上下方向の位置を検出できる。図３において、５
６は速度調節手段としてのスピコンであり、駆動ロッド
２６ａ、２８ａの上下の伸縮速度を調節することで印刷
ヘッド１４ａ、１４ｂの昇降速度を調節する。

【００１８】図２において、７０は停止機構を有したブ
レーキユニットであり、駆動ロッド２６ａ、２８ａの伸
縮動作の作動及び制止を制御するためのものである。す
なわち、ブレーキユニット７０は、図４に示すように、
駆動ロッド２６ａ、２８ａを挟んで対向して配されたブ
レーキシュー（摩擦材）７２、７２と、周溝７４ａが形
成されたコレットリング７４と、周溝７４ａに設けられ
た剛球７６と、ブレーキピストン７８と、スプリング８
０とを備える。これによって、Ａ室内の空気が排気され
ると、ブレーキピストン７８がスプリング８０により押
圧されて図の上方向に移動し、ブレーキピストン７８の
内側テーパ面に接する剛球７６が内側に押圧され、コレ
ットリング７４がブレーキシュー（摩擦材）７２、７２
を加圧することで、駆動ロッド２６ａ、２８ａを締め付
ける。この駆動ロッド２６ａ、２８ａの締め付け作用
は、クリームはんだ充填が終了すると同時に作用し、版
離れ動作が行われている間、作用するようになってい
る。なお、ブレーキユニット７０は、駆動ロッド２６
ａ、２８ａの伸縮動作を所要時間制止させることができ
る構造であればよく、必ずしも図４に示す構造である必
要はなく、他の制止手段を採用し得ることは勿論のこと
である。

【００１９】図３において、５８は垂直支持部材であ
り、メタルマスク６０の周縁部６０ａを下方から支持す
るマスク受け板６２上に外側面をマスク受け板６２の外
側面と同一面位置にそろえられて立設されてボルト５９
によって固定されている。垂直支持部材５８とマスク受
け板６２は、図示しない基台に固定されている。６４は
エアシリンダであり、垂直支持部材５８の内側面に取り
付けられたＬ型金具６６上に取り付けられている。６８
はクランパーであり、エアシリンダ６４の駆動ロッド６
４ａの下端部に設けられている。クランパー６８は、駆
動ロッド６４ａが伸縮することでメタルマスク６０の周
縁部６０ａ上面に当接したりあるいは離れたりすること
で、メタルマスク６０をマスク受け板６２との間で押圧
挟持したりあるいは非挟持状態にしたりする。

【００２０】次に、クリームはんだ印刷装置１００の動
作について、図１及び図５に基づいて説明する。まず、
図１に示すように、プリント配線基板１２を搬入用コン
ベア２２により基板テーブル１０上の所定位置にセット
する。そして、ＣＣＤカメラ１８によってプリント配線
基板１２上に形成された基準マーク１２ｂ、１２ｂを画
像認識処理させ、基板位置補正ユニットにより位置補正
してプリント配線基板１２のランド部１２ａとメタルマ
スク６０のマスクパターン６０ａとが位置ずれしないよ
うに重ね合わせて位置合わせを行い、クリームはんだ充
填開始状態にセットされる。

【００２１】次に、スキージユニット１４を作動させ
て、メタルマスク６０の上方から左右いずれか一方の印
刷ヘッド（１４ａあるいは１４ｂ）をヘッドダウンさせ
て、スキージ４０によりクリームはんだをローリングさ
せながらメタルマスク６０面上を摺動させる。すると、
図５に示すように、メタルマスク６０の開口部６０ｂ内
にクリームはんだが充填される。こうして、プリント配
線基板１２に形成されたランド部１２ａ上にクリームは
んだ９０が印刷される（図５（ａ）参照）。

【００２２】クリームはんだ充填が終了すると同時にブ
レーキユニット７０が作動して、前記印刷ヘッド（１４
ａ、１４ｂのいずれか一方）の昇降動作を制御する駆動
ロッド（２６ａ、２８ａのいずれか一方）の伸縮動作
が、その駆動ロッドの位置で強制的に停止される。そし
て、基板テーブル１０が下動して、プリント配線基板１
２がメタルマスク６０から離される版離れ動作が行われ
る。なお、ブレーキユニット７０が作用して駆動ロッド
（２６ａ、２８ａのいずれか一方）の伸縮動作を暫定的
に停止させる時間は、少なくともこの版離れ動作が開始
して終了するまでの時間を含むようになっている。

【００２３】この状態下で、基板テーブル１０を下動さ
せると、印刷ヘッド（１４ａ、１４ｂのいずれか一方）
は高さ位置が固定して支持されているから、メタルマス
ク６０は印刷終了時の高さ面よりも下方に押し下げられ
て撓むことはないため、開口部６０ｂ内に充填されたク
リームはんだ９０全てを開口部６０ｂの内壁面に引っ掛
けることなく、また、該内壁面に残留させることなく開
口部６０ｂに充填されたパターンのままの形状でプリン
ト配線基板１２のランド部１２ａ上に移行させることが
できる（図５（ｂ）参照）。

【００２４】なお、基板テーブル１０を下動させる版離
れ速度は、開口部６０ｂの内壁面と開口部６０ｂ内に充
填されたクリームはんだ９０の外表面との間に生じる摩
擦係数（せん断力）がなるべく小さくなるように版離れ
速度を設定すればよいが、版離れ動作にかかる版離れ動
作時間の短縮化を図るために、版離れ動作終了時に開口
部６０ｂの内壁面にクリームはんだ９０の一部が残留し
ない範囲内の版離れ最高速度に設定すれば、一層のタク
トタイムの短縮化を図ることができる。もちろん、クリ
ームはんだ９０のランド部１２ａへの不良塗布を生じさ
せないようにクリームはんだ印刷装置１００を稼動する
ために、ある程度、版離れ動作にかける時間に余裕を持
たせてもよい。

【００２５】このように、クリームはんだ充填が終了す
ると同時に駆動ロッド（２６ａ、２８ａのいずれか一
方）の伸縮動作が強制的に停止されるため、版離れ動作
中は、メタルマスク６０は、スキージ１４によって印刷
終了時の高さ面以下に押圧されて撓むことはなく、この
高さ面が版離れ動作中におけるメタルマスク６０の摺動
面の下限位置となる。このため、基板テーブル１０を所
要の低速度で下動させて版離れ動作を行いさえすれば、
開口部６０ｂ内に充填されたクリームはんだ９０を確実
にランド部１２ａ上に移行させることができ、開口部６
０ｂ内に充填されたクリームはんだ９０を開口部６０ｂ
の内壁面に引っ掛けたりする等してランド部１２ａ上の
クリームはんだにカケやツノといった不良塗布の発生を
なくすことができるのである。

【００２６】すなわち、版離れ動作中は、前記下限位置
以下においては、メタルマスク６０のスキージ４０が摺
動する摺動面とプリント配線基板１２とが接触すること
はないため、版離れ動作にかかる無駄な時間を省くこと
ができ、印刷の開始から終了までに要する印刷時間を短
縮できるため、実装基板の生産性の向上を図ることがで
き、また、作業者が、印刷開始前に、予めプリント配線
基板１２の反り量（凹凸量）に応じて、スキージ４０が
メタルマスク６０を押し込む押し込み量を調節する必要
がなくなるため、作業者の作業負担を軽減できるのであ
る。

【００２７】スキージ４０は一方向へ移動して印刷操作
を行った後、他方向へ戻る方向に移動して、同様に印刷
操作を行う。他方向へスキージ４０を戻してクリームは
んだ充填した場合も、上述したと同様に、ブレーキユニ
ット７０により強制的に駆動ロッド（２６ａ、２８ａの
いずれか一方）の突出入動作を停止させ、版離れを行
う。こうして、往復動作させながら印刷を行うことがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係るクリームはんだ印刷装置に
よれば、前記スキージユニットを前記メタルマスク上の
一回のクリームはんだ充填範囲に亘って移動させた状態
で該スキージユニットが前記メタルマスクを押接する高
さ位置を保持して停止させる停止機構を設けたため、版
離れ動作にかかる版離れ動作時間（版離れ動作距離）の
短縮化を図ることでプリント配線基板のランド部にクリ
ームはんだを印刷する印刷時間を短縮させ、さらにプリ
ント配線基板への転写品質の向上を図れ、実装基板の生
産性の向上を図ると共に、作業者の作業負担を軽減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクリームはんだ印刷装置の正面図
である。

【図２】スキージユニットの正面図である。

【図３】スキージユニットの側面図である。

【図４】ブレーキユニットの部分断面図である。

【図５】本実施の形態のクリームはんだ印刷装置で版離
れ動作時の経過を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 基板テーブル １２ プリント配線基板 １２ａ ランド部 １２ｂ 基準マーク １４ スキージユニット １４ａ、１４ｂ 印刷ヘッド ２６、２８ シリンダ ２６ａ、２８ａ 駆動ロッド ３８ スキージホルダー ４０ スキージ ６０ メタルマスク ６０ａ マスクパターン ６０ｂ 開口部 ７０ ブレーキユニット ７２ ブレーキシュー（摩擦材） ７４ コレットリング ７６ 剛球 ７８ ブレーキピストン ９０ クリームはんだ １００ クリームはんだ印刷装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント配線基板を支持する基板テーブ
   ルと、 該基板テーブルに支持された前記プリント配線基板とメ
   タルマスクとを位置合わせして重ね合わせる重ね合わせ
   機構と、 前記プリント配線基板に重ね合わせた前記メタルマスク
   上で摺動し、該メタルマスクを介して前記プリント配線
   基板上にクリームはんだを転写するスキージユニット
   と、 該スキージユニットを前記メタルマスクに押接して移動
   させる駆動手段とを備えるクリームはんだ印刷装置にお
   いて、 前記スキージユニットを前記メタルマスク上の一回のク
   リームはんだ充填範囲に亘って移動させた状態で該スキ
   ージユニットが前記メタルマスクを押接する高さ位置を
   保持して停止させる停止機構を設けたことを特徴とする
   クリームはんだ印刷装置。
2. 【請求項２】前記停止機構は、前記スキージユニットを
   支持して昇降駆動させるシリンダの駆動ロッドの突出入
   動作を強制的に停止させることを特徴とする請求項１記
   載のクリームはんだ印刷装置。