JP2004042334A

JP2004042334A - スクリーン印刷機

Info

Publication number: JP2004042334A
Application number: JP2002200749A
Authority: JP
Inventors: Isao Abe; 阿部　猪佐雄; Hirokuni Kurihara; 栗原　弘邦
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP3991795B2

Abstract

【課題】本発明は基板搬送基準と製版基準が異なる場合や版枠寸法を変更する場合でも短時間で版枠の段取り替えが可能なスクリーン印刷機を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のスクリーン印刷機は、上下方向に伸縮自在の版枠ストッパ３０をスキージヘッド３に取付け、印刷機の搬送基準、マスク８の製版基準、版枠９の寸法、基板の寸法等をスクリーン印刷機の制御装置に入力することによって、制御装置は版枠の適正な位置を演算し、その結果に基づいて前記スキージヘッド３に取付けられた前記版枠ストッパ３０のロッド３０ａ当接面が版枠後端面９Ｓと一致する位置まで前記スキージヘッド３を自動的に移動させ、その後、版枠ストッパ３０のロッド３０ａを版枠後端面と接触する高さまで伸長し、前記版枠ストッパ３０のロッド３０ａに版枠９の後端面を接触させることによって版枠９の位置を決めるようにした。
【選択図】　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子回路基板にクリームはんだ等の電子材料ペーストを供給するために用いるスクリーン印刷機に係り、特に、製版基準が異なるスクリーン（マスク）を同一の印刷機で用いて印刷する場合において、段取り作業時間の短縮および、良好な印刷性能を得るために好適なスクリーン印刷機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクリーン印刷機としては、特開平１０―１５７０６０号公報や、特開２０００−２７２８９号公報に開示されたものがある。
【０００３】
特開平１０−１５７０６０号公報には、電極配置に合うパターン孔を形成したマスクと、マスクの真下に基板を位置決めする位置決め手段と、マスク上をスライドして前記パターン孔を介して基板の電極にクリーム半田を印刷するスキージと、前記スキージを移動させる移動手段と、前記位置決め手段と前記移動手段の動作を所定の印刷条件に基づいて制御する制御部と、印刷後のクリームはんだの印刷品質を検査する印刷状態検出部とを備え、前記印刷状態検出部によって検出された印刷品質に基づいて印刷条件を修正しながらスクリーン印刷行う装置において、制御部が品質優先モードと生産優先モードの２のモードを備え、品質優先モードの場合タクトタイムを犠牲にして品質がよくなる条件を、生産優先モードの時は、タクトタイムが短くなる印刷条件を選択するようにした装置が開示されている。
【０００４】
また、特開２０００−２７２０８９号公報には、印刷位置ずれを補正するため、位置認識基準マークを設けた被印刷物を印刷用テーブルに載置し、その被印刷物に対して印刷製版により印刷を行うと同時に、印刷位置認識マークを該位置認識基準マークの近傍に印刷し、この各マークの撮像カメラの同視野内で捉えてが像処理により位置認識マークのズレ量を測定し、その両マークのズレ量に応じて印刷テーブルをＸ，Ｙ，θ方向に修正し、印刷製版に対する被印刷物の位置合わせを行う装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術は、被印刷物は１種類であり、従って使用するマスクも１つのパターンのものを用いるものである。ところで、最近は、被印刷物の種類も多品種となり、品種に応じてマスク等も交換する必要が有る。そのため、製版基準が異なる版枠を用いる場合には版枠の位置を基板幅に応じて調整する必要があり、印刷機の段取り替え時に多くの作業時間を費やすことになる。その他、版枠の寸法が異なる場合にも版枠の設定には長時間を要することがある。
【０００６】
また、スクリーン印刷機によってクリームはんだ等の電子材料ペーストを供給される電子回路基板は、一般に複合材料によって構成されるため、均一な平板ではなく、反っていることがある。このような基板に電子材料ペーストを印刷する場合、例えば中高の基板では中央部の印圧が周辺部に比べて高くなるため、中央部でえぐれやにじみが発生しやすく、一方、基板の周辺部では印圧が低いためにマスク開口部へのペーストの充填が不十分になる等の問題が発生することがある。
【０００７】
このような印刷不良を減らすために、スクリーン印刷機では特殊な反り矯正手段が用いられる。その代表的な手段が基板吸着治具である。基板吸着治具は印刷テーブル上に設けられ、真空の吸引力によって基板を吸着して基板の反りを矯正するものである。印刷機に基板吸着治具を設けるためには、多孔吸着板、電磁弁、真空ポンプ、真空配管等を付加することが必要であり、その結果、印刷機が複雑・高価になるという問題がある。
【０００８】
本発明は基板搬送基準と製版基準が異なる場合や版枠寸法を変更する場合でも短時間で版枠の段取り替えが可能で高精度に印刷できるスクリーン印刷機を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は基板吸着治具のような特別は治具を用いることなく、簡便且つ効果的に基板の反りを矯正し、反りのある基板に対してもその全面に渡って均一な印刷性能を得るための手段を備えたスクリーン印刷機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のスクリーン印刷機は、上下方向に伸縮自在の版枠ストッパをスキージヘッドに取付け、印刷機の搬送基準、マスクの製版基準、版枠の寸法、基板の寸法等をスクリーン印刷機の制御装置に入力することによって、制御装置は版枠の適正な位置を演算し、その結果に基づいて前記スキージヘッドに取付けられた前記版枠ストッパの当接面が版枠後端面と一致する位置まで前記スキージヘッドを自動的に移動させ、その後、版枠ストッパを版枠後端面と接触する高さまで伸長し、作業者は前記版枠ストッパに版枠後端面を接触させることによって版枠の位置を決めるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のスクリーン印刷機の構成を示す概略図である。図１において、本体フレーム１上部に設けられた１対のガイドレール２によって案内され、図の前後方向に移動するスキージヘッド３を備えている。このスキージヘッド３は、本体フレーム１側に取付けられた駆動モータ４Ｍによって回転するボールスクリュ４によって移動する構成となっている。このスキージヘッド３には、スキージ昇降シリンダ６によって上下に移動するスキージ５が搭載されている。また、本体フレーム１には版枠受け７が設けられており、この版枠受け７には印刷パターンを開口として持つスクリーン（マスク）８を張った版枠９がセットされるように構成されている。この版枠９は印刷時には版枠クランプ７ａによって、版枠受け７に固定されている。
【００１２】
又本体上には、ＸＹθテーブル１１とテーブル昇降機構（図示せず）によって、ＸＹθ及びＺ方向に移動可能に印刷テーブル１０が設けてある。印刷テーブル１０上面には基板受け取りコンベア１２が設けられている。基板搬入コンベア１３により運ばれてきた基板１５を、コンベア１２で受取り、所定位置に停止させた後で、印刷テーブル１０を上昇させて印刷テーブル上に基板１５を載置し、位置決めをした後さらに印刷テーブル１０を上昇させてマスク８に接触させ、印刷を実行する。印刷が終了すると、印刷テーブル１０を降下させて、基板１５を基板受け取りコンベア１２に受け渡し、その後基板搬出コンベア１４を用いて装置外に基板を搬出する。
【００１３】
また、印刷テーブル１０とマスク８の間には、マスク８と基板１５のそれぞれに設けてある位置合わせマークを撮像して、それぞれの位置を認識するためのＣＣＤカメラ１６がＸＹ方向に移動可能に設けてある。ＣＣＤカメラ１６で位置ズレ量を計測すると、ＸＹθテーブルを駆動してそのズレを補正する。ＣＣＤカメラの駆動機構および動作に関しては説明を省略する。
【００１４】
さらに、本実施形態では、スキージヘッド３に版枠ストッパ３０が設けてある。この版枠ストッパ３０は空圧シリンダと、空圧シリンダの駆動力で上下に伸縮するロッド３０ａから構成されている。
【００１５】
次に、図２から図４に示すスクリーン印刷機の上面図を用いて、搬送基準及び製版基準について説明する。
【００１６】
基板１５の搬送に用いる搬入コンベア１３、基板受け取りコンベア１２、基板搬出コンベア１４の搬送幅は基板１５の幅寸法に合わせて調整が可能となっている。ここで、各基板搬送コンベアの幅を調整するに当って、片側にコンベアレールを固定し、もう一方のコンベアレールを移動させる方法と、両方のコンベアレールを同じ量だけ開閉して搬送幅を調整する方法がある。前者の方法において印刷機の手前側のレールを固定する場合には手前基準と呼び、後者の方法は中心基準と呼ぶ。これらの搬送基準によって製版基準が異なる。図２には搬送基準を手前基準とした時の一例を示している。
【００１７】
図２において、版枠９に貼られたマスク８には印刷パターン２１が開口部として製版されている。版枠９はパターン２１のほぼ真下に基板１５が搬入、固定されるように版枠受け７上にセットされる。図２において、破線で示したｂは基板受け取りコンベアの固定側レールであり、ｍ_１は基板幅Ｗ_１の基板に印刷するときの可動側レール端面を示す。同図において２点鎖線で示したｍ_２は基板幅Ｗ_２の基板に印刷するときの可動側レール端面の位置であり、２２はそのときの印刷パターンの配置である。すなわち、印刷パターンはその前端が固定側レールｂの端面位置と一致するように製版すれば版枠９の位置を基板１５の幅によって変更する必要がない。図２におけるＬはｂと版枠中心ｃとの距離を表わす記号である。
【００１８】
図３は中心基準の製版について説明する図である。中心基準の印刷機では、基板幅Ｗ_１の基板を印刷する場合のコンベアレールの端面位置は破線で示したｍ_１及びｍ_１’であり、２３はそのときの印刷パターンである。そして、基板幅Ｗ_２の基板を印刷する場合のコンベアレールの端面位置は２点鎖線で示したｍ_２及びｍ_２’であり、２２はそのときの印刷パターンの配置である。すなわち、印刷パターンはその中心線が版枠の中心線ｃと一致するように製版すれば版枠９の位置を基板１５の幅によって変更する必要がない。
【００１９】
ところで、中心基準で製版したマスク８を設けた版枠９を手前基準の印刷機を用いて印刷する場合には、版枠９の位置を基板１５の寸法に応じて変更する必要が生じる。図４は基板幅Ｗ_１の場合の印刷パターン２３を中心基準で製版し、それを手前基準の印刷機に用いる場合の版枠位置について説明するための図である。図４において用いた記号は図２及び図３で用いた記号と同じである。ここで、２点鎖線で示したのは中心基準で製版した版枠を中心基準の印刷機に載せたときの位置であり、実線で示したのが中心基準で製版した版枠を手前基準の印刷機に載せたときの位置である。両者の位置の差Δは
Δ＝Ｌ−Ｗ_１／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式１）
となり、版枠９の位置は基板幅Ｗによって変更する必要が生じる。
このように、異なる基準の版枠９を用いると、そのつど位置合わせが必要となる。
【００２０】
そこで本実施の形態では、この位置合わせを簡単に行うために、版枠ストッパ３０を用いて位置合わせを行うようにしたものである。図５に本発明のスクリーン印刷機の上面図を示す。この例の搬送基準は手前基準であり、セットされている版枠９の製版基準も手前基準としている。図５に示すように、スキージヘッド３は基板搬入、基板受け渡し、基板搬出の各コンベアに対して略直角に移動するように構成してある。また、版枠ストッパ３０はスキージヘッド３の一方端面側に２個設けてあり、スキージヘッド３と一緒に移動するように構成してある。又スキージヘッドは、１連の印刷が終了すると、必ず原点位置（始動開始位置）に戻る様にしてある。このため、版枠を交換した場合はスキージヘッドを原点位置からどの程度移動すれば、版枠ストッパが版枠後端部に接触する位置になるかを求めることができる。
【００２１】
図６は図５のＡ−Ａ矢視図である。版枠ストッパ３０のロッド３０ａは伸長した状態であり、版枠９の後端面９Ｓが版枠ストッパ３０のロッド３０ａに当接した状態を示している。このように製版基準及び搬送基準とも手前基準であるため、版枠ストッパ３０のロッド３０ａによって版枠９を製版基準位置まで移動させるものである。一般に製版基準が手前基準で、搬送基準も手前基準の場合、版枠９の前側の位置は一意に決められる。従って、版枠ストッパの停止位置を予め求めておいて、原点位置からその位置まで版枠ストッパを移動制御し、所定位置に版枠ストッパ３０をロッド３０ａを伸ばした状態で停止させて、そこに版枠９の後端側側から搬入して版枠ストッパ３０のロッド３０ａにぶつかるまで移動させることで、版枠９の位置決めを行うことができる。なお、前記実施形態では版枠ストッパ３０を版枠後端部を位置決めすることで説明したが、当然のことながら版枠前端部を位置決めすることもできる。
【００２２】
なお版枠９の位置決めするための他の方法として、図示していないが装置本体側の版枠受けの前部又は後部に、駆動機構を備えた前端部ストッパ又は後端部ストッパを設ける方法がある。これは、版枠受けの前端部に水平方向（前後方向）に移動可能なストッパを設け、ストッパの位置を入力された版枠や基板の大きさのデータに応じて可変するものである。例えば、前端部に前記可変ストッパを設け、その位置を基板等の大きさに応じて合わせた後、版枠受け台上に版枠を載せて前述の版枠ストッパ３０によって基板を前方に押して、前端部ストッパに押し当てることで版枠の位置決めを行う方法もある。このように先の版枠ストッパ３０を版枠押し部材として用いて、自動的に版枠の位置決めを行うことも可能である。なお、位置決め機構のストッパとして、版枠受け部に位置決めピンを突出させる構成のものでも良い。さらに、装置本体側に設けてある版枠受け７に複数設けてある版枠クランプ７ａのうち版枠前端部側又は後端部側のもを、版枠前端部ストッパとして兼用することも可能である。
【００２３】
以上のように、版枠ストッパを設けることで印刷する基板の大きさ、及び版枠の大きさ等が変わっても、短時間で版枠位置を基板に合わせて変えることができ、少量多品種の印刷時に印刷時間の短縮を図ることができる。
【００２４】
図７は本発明のスクリーン印刷機における版枠の段取り手順を示すフローチャートである。以下、図７の手順は、スキージヘッド部に版枠ストッパを設けて、基板の大きさ、版枠の大きさ及び搬送基準、版枠基準のデータに基づいて、版枠ストッパの位置を決定しておき、その位置に版枠ストッパを停止後、版枠を装置前方側から搬入、セットする方式示したものである。
【００２５】
まず、版枠段取り作業を開始（１００）するに当り、印刷機の運転モードは単動運転の段取りモードを選択する（１０１）。次に版枠クランプ７ａを解除し（１０２）、版枠受け７にセットされていた版枠９を取り外す（１０３）。
【００２６】
その後、新たに用いるマスク８の製版基準、版枠９の寸法、基板１５の寸法をスクリーン印刷機の制御装置に入力する（１０４）。一般に、印刷機の搬送基準は印刷機固有の条件であり、予め制御装置内に設定されているため、改めて入力する必要はない。この状態で制御装置は搬送基準と製版基準とから版枠ストッパ３０の停止位置を演算し、スキージヘッド３が移動すべき位置の信号をスキージ駆動モータ４Ｍに出力する。
【００２７】
次に、版枠段取り開始ボタンを押すとスキージヘッド３は制御装置からの信号に基づいて位置決め動作を実行する（１０５）。その後、版枠ストッパ３０のロッド３０ａが伸長する（１０６）。
作業者はこの状態を確認した後に、新しい版枠９を版枠受け７に載せ、版枠９の後端面９Ｓが版枠ストッパ３０のロッド３０ａに当接するように突き当てる（１０７）。この動作によって版枠９の位置は適正な状態となる。この突き当て作業は、版枠搬入装置で自動的に行っても、作業者が手で行っても良い。
【００２８】
その後、版枠クランプ７ａによって版枠９を版枠受け７に固定し（１０８）、版枠ストッパ３０のロッド３０ａを縮小させ（１０９）、スキージ３を定位置に復帰させる（１１０）ことによって版枠９の段取り作業が終了する（１１１）。
【００２９】
なお、図７には本発明の基本的な手順のみを示したが、手順１０７の後でマーク認識用カメラ１６を動作させることによって版枠９が適正にセットされたことを画像で確認することや、認識マークがカメラ１６の視野に入っていないときにはスキージヘッド３を動かして版枠９を適正な位置に合わせること等の動作を付加することが本発明の趣旨に反するものではないことは言うまでもない。
【００３０】
ところで、上記の実施形態では搬入された基板が反りがなく平らであることを前提として説明したが、実際には基板は反りが発生して場合があり、ペーストを印刷時にはこの反りを矯正しなければ精度の良い印刷は行えない。そこで、基板を矯正する構成を図面を用いて説明する。本実施の形態は図１の装置のスキージ部分に基板矯正用ローラを設けたものである。図８にスキージ部の構成の該略を示す。スキージヘッド３にはその進行方向に応じて上下可能な２つのスキージ５が設けてある。図８に示すように、進行方向（図６（ａ）の矢印方向）に応じて、一方側のスキージ５をマスク８面を基板面に押し付ける位置まで降下させる上下駆動機構であるスキージ昇降シリンダ６と、スキージ５のマスク８面と接触する面と略同じ面上になるように、スキージ６と平行に回転可能で所定の押し付け力を作用させる矯正ローラ５１が設けてある。
【００３１】
図９にスキージ部を側面から見た図を示す。
【００３２】
図９において、スキージ５の両端にはローラ保持金具５２がねじ５３によって取付けられている。ローラ保持金具５２には基板反り矯正ローラ５１を回動および上下動自在に保持するための長穴５４を備えており、長穴５４は基板反り矯正ローラ５１の両端の軸５５を支承している。ここで、基板反り矯正ローラ５１はその軸線がスキージ５のペースト掻き取りエッジ５Ｅとほぼ平行になるように支承されている。
【００３３】
図１０に反りのある基板と矯正ローラの動作を説明するための図を示す。
【００３４】
図１０において、印刷テーブル１０上に搬入された基板１５はその中央部が高く反っている場合がある。このような基板１５に対して基板反り矯正ローラ５１を持たない従来の印刷機で印刷すると、スキージ１５からマスク８を介して基板１５に作用する圧力（印圧）は基板中央部が高く、基板周辺部が低くなる。そのため、マスク８の開口部に充填されるペーストの量が不均一になり、基板の中央部と周辺部で不均一な印刷結果となる。
【００３５】
それに対し、本発明の基板反り矯正ローラ５１を備えたスキージヘッド３を用いると、スキージ５の移動につれて、基板反り矯正ローラ５１の自重により基板１５の反りが矯正される。このとき、基板反り矯正ローラ５１は図９に示したように上下方向に移動自在に、長穴５４で支承されているため、スキージ５に基板反り矯正ローラ５１の反力が作用せず、従って、スキージ５からマスク８を介して基板１５に作用する圧力（印圧）は基板全面に渡って均一になる。そのため、マスク８の開口部に充填されるペーストの量が均一となり、基板基板全面に渡って均一な印刷結果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明を用いれば、基板搬送基準と製版基準が異なる場合や版枠寸法を変更する場合でも、短時間で版枠の段取り替えが可能とり、また、基板にそり等があっても精度の良い印刷が可能なスクリーン印刷機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクリーン印刷機の構成を示す概略図である。
【図２】搬送基準と製版基準によって版枠の設定位置が異なることを説明するための平面図である。
【図３】搬送基準と製版基準によって版枠の設定位置が異なることを説明するための平面図である。
【図４】搬送基準と製版基準によって版枠の設定位置が異なることを説明するための平面図である。
【図５】本発明のスクリーン印刷機の構成を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明のスクリーン印刷機の版枠段取り手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のスキージヘッド部の構成を説明する図である。
【図９】スキージヘッドの側面を示す図である。
【図１０】基板たわみを矯正する動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１…本体フレーム、３…スキージヘッド、５…スキージ、７…版枠受け、８…マスク、９…版枠、１０…印刷テーブル、１２…基板受け取りコンベア、１３…基板搬入コンベア、１４…基板搬出コンベア、１５…基板、３０…版枠ストッパ、５１…矯正ローラ、５２…ローラ保持金具。

Claims

印刷する基板の大きさ及びマスクの大きさを可変できるスクリーン印刷機において、上下方向に伸縮自在の版枠ストッパをスキージヘッドに設け、制御部に入力された印刷機の搬送基準、マスクの製版基準、版枠の寸法、基板の寸法を用いて版枠の位置を求め、その結果に基づいて前記版枠ストッパの当接面が版枠端面の位置になるように前記スキージヘッドを移動し、前記版枠ストッパに版枠端面を突き当てて版枠の位置決めを行うようにしたことを特徴とするスクリーン印刷機。
印刷する基板の大きさ及びマスクの大きさを可変できるスクリーン印刷機において、前記マスクを取付けた版枠を受ける版枠受け部のスキージヘッド移動方向の前方又は後方側端部のどちらか一方に、前後方向に移動し位置決め可能なストッパを設け、前記スキージヘッドに上下に伸縮自在な押し部材を設け、基板の寸法、基板の搬送基準、版枠の寸法、製版基準に基づいて前記ストッパ位置を求めて、その位置にストッパを移動し、前記押し部材にて版枠をストッパに当接するまで押す構成としたことを特徴とするスクリーン印刷機。
テーブル上に載置した基板に所望のパターンの開口を備えたマスクを押し当て、マスク上を移動してペーストを前記開口に押し込んで印刷するスキージを備えたスクリーン印刷機において、前記スキージのペースト掻き取りエッジと略平行に配置され、軸回りに回転可能で、かつ、スキージに対して上下方向に移動可能に取付けられた基板矯正ローラを備えたことを特徴とするスクリーン印刷機。