JP2005225137A - 印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スキージ部材と印刷マスクとの当接圧（印圧）について大幅な調整と微調整の両方を容易かつ適正に行うことである。
【解決手段】 本印刷装置において、印圧は、メインシリンダ７６及び２つのサブシリンダ７８，７９によりそれぞれ発生する力の合力によって調整できる。２つのサブシリンダのピストン面積は、メインシリンダのものによりも小さいため、メインシリンダの方が大きな力を発生できる。一方で、エア供給量の変化量に応じた力の変化量は、メインシリンダよりもサブシリンダの方が小さい。したがって、メインシリンダを用いて印圧の大幅な調整を行うことができるとともに、サブシリンダを用いて印圧の微調整を行うことができる。しかも、上記合力は、スキージ７を揺動自在に支持するスキージホルダ７１の揺動軸７２ａに伝達され、これを介してスキージに伝達されるので、上記合力は、この揺動によって均一な印圧となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クリームはんだ、インク、接着剤、ペースト状の樹脂などの印刷材を印刷マスクを介して被印刷体上に印刷する際に用いるスキージ部材と印刷マスクとの当接圧を変更可能な印刷装置に関するものである。

この種の印刷装置は、一般に、スキージ部材により印刷材をスキージングして被印刷体上に載置された印刷マスクの印刷孔に印刷材を充填した後、印刷マスクを被印刷体上から取り除くことで、被印刷体上に印刷材を印刷する。このような印刷装置では、印刷マスクとスキージ部材との当接圧（以下、適宜「印圧」という。）が高きすぎると、印刷マスクの被印刷体対向面側の印刷孔周縁部に印刷材が滲み出て、印刷品質が低下することが知られている。また、本発明者らの実験により、図７に示すように、印圧が高くなるにつれて１つの被印刷体上の各印刷箇所間の印刷量のバラツキが大きくなることが確認された。なお、図７に示す実験結果は、多数の同一印刷孔をもった印刷マスクを用いて印刷材が印刷された単一の被印刷体の印刷面をカメラで撮像し、その撮像画像から各印刷箇所の印刷材付着面積を計測して、その面積のバラツキを評価したものである。具体的には、印刷材付着面積の標準偏差σとしたとき、印圧が１０［ｇ・ｍｍ］、１５［ｇ・ｍｍ］、２０［ｇ・ｍｍ］の場合についての３σを求めたものである。

特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、スキージ部材の自重だけで生じる印圧よりも低い印圧でスキージングを行うことができる印刷装置が記載されている。特許文献１及び特許文献２に記載の装置においては、スキージ部材に対して押し上げ及び押し下げを行う当接圧発生手段としての単一のエアシリンダが、スキージ部材の鉛直方向上方に配置されている。このエアシリンダの内部は、スキージ部材と連結するシャフトに固定されたピストンによって上下２つのエア収容部に分割されており、各エア収容部に対して個別にエアを供給できる構成となっている。上側のエア収容部にエアを供給すればスキージ部材を押し下げる力が高まり、下側のエア収容部にエアを供給すればスキージ部材を押し上げる力が高まるので、これらのエア供給を適宜調整することで、低い印圧を実現することができる。また、特許文献３に記載の装置では、スキージ部材を鉛直方向上方に押し上げるエアシリンダ（当接圧発生手段）と、スキージ部材を鉛直方向下方に押し下げる別のエアシリンダ（当接圧発生手段）とが個別に配置され、これらのシリンダ圧を適宜調整して低い印圧を実現している。

特開平１０−３３７８４４号公報 特開２００１−３１５３０３号公報 特開平９−３１４７９８号公報

通常、印刷対象となる被印刷体、使用する印刷材や印刷マスクなどの処理条件が変わると、その処理条件に最適な当接圧の大きさも変わってくる。そのため、このような処理条件が変わると、当接圧を大幅に調整する必要が生じ得る。一方で、最適な当接圧を得るには、最終的には当接圧を微調整しなければならない。ところが、上述した特許文献１及び特許文献２に記載の装置を用いて、様々な処理条件において印刷品質の高い印刷処理を行う場合、上記のような大幅な調整と微調整の両方を適正に行うことが困難である。具体的に説明すると、大幅な調整を行う場合には、調整可能な当接圧の幅を広くとる必要があるため、比較的大きな当接圧を発生可能な構成とすべく、大きなシリンダ径を有するエアシリンダを採用しなければならない。この場合、当接圧を微調整するには、非常に高い精度でシリンダ圧を調整する必要が生じ、その微調整が困難となる。一方で、小さなシリンダ径を有するエアシリンダを採用すれば、比較的容易に微調整を行うことができるが、大きな当接圧を得るには非常に大きなシリンダ圧が必要となる。よって、この場合には大きな当接圧を得ることが困難となり、様々な処理条件に応じた適切な印刷処理が難しくなる。なお、大きなシリンダ径を有するエアシリンダを採用した場合でも、非常に高精度なシリンダ圧の調整が可能なエア供給装置があれば当接圧を微調整することが可能となる。しかし、このようなエア供給装置があったとしても、これは非常に高価であってコストが高騰してしまい、現実的ではない。また、小さなシリンダ径を有するエアシリンダを採用した場合でも、非常に高圧なエア供給が可能なエア供給装置があれば、当接圧を大幅に調整することが可能となる。しかし、このようなエア供給装置も高価であってコストが高騰してしまい、現実的ではない。

一方、上記特許文献３に記載の装置は、スキージ部材を鉛直方向上方に押し上げるエアシリンダと、スキージ部材を鉛直方向下方に押し下げるエアシリンダが別々に備わっている。よって、これらのシリンダ径を互いに異なるように構成すれば、シリンダ径の大きい方のエアシリンダにより当接圧の大幅な調整を行い、シリンダ径の小さい方のエアシリンダにより当接圧の微調整を行うことは可能である。しかし、この装置は、スキージ部材の移動方向に対して直交する方向における中心部を通る鉛直線上に軸受を有し、この軸受に回転自在に取り付けられた回転体にスキージ部材が固定された構成となっており、この軸受を中心にスキージ部材が揺動自在になっている。そして、シリンダ径の大きい１つのエアシリンダで軸受を押し上げるとともに、シリンダ径の小さい２つのエアシリンダによりスキージ部材の長手方向両端部をそれぞれ押し下げる構成になっている。そのため、スキージ部材の全体的な印圧を適正に調整するには、シリンダ径の小さい２つのエアシリンダの圧バランスをとりながら微調整するという、高精度なエア供給制御を行う必要がある。このように２つのエアシリンダの圧バランスをとりながら最適な印圧に微調整することは困難である。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スキージ部材と印刷マスクとの当接圧（印圧）について大幅な調整と微調整の両方を容易かつ適正に行うことが可能な印刷装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被印刷体上に載置された印刷マスクとスキージ部材とを当接させながら相対移動させることで該印刷マスクに形成された印刷孔に印刷材を充填し、該印刷マスクを該被印刷体から離間させることにより、該被印刷体上に印刷材を印刷する印刷装置において、上記スキージ部材と上記印刷マスクとの当接領域に作用する当接圧を増圧させる増圧力及び該当接圧を減圧させる減圧力を発生する第１当接圧発生手段と、該当接圧付与手段により発生する増圧力及び減圧力よりもそれぞれ小さい増圧力及び減圧力の少なくとも一方を発生する第２当接圧発生手段と、該印刷マスクと該スキージ部材との相対移動方向に対して直交する方向であって印刷マスク面に対して平行な方向における該スキージ部材の中心を通る鉛直線上の箇所を揺動中心として該スキージ部材を揺動自在に支持するとともに鉛直方向へ変位可能なスキージ支持部材と、該第１当接圧発生手段により発生する力と該第２当接圧発生手段により発生する力との合力を、該スキージ支持部材に伝達する合力伝達手段とを有することを特徴とするものである。
この印刷装置において、スキージ部材と印刷マスクとの当接圧は、第１当接圧発生手段及び第２当接圧発生手段によりそれぞれ発生する増圧力若しくは減圧力又はその両方の力の合力（ベクトル和）によって調整できる。そして、本印刷装置においては、第２当接圧発生手段により発生する力は、第１当接圧発生手段により発生する力よりも小さい。したがって、第１当接圧発生手段を用いて当接圧の大幅な調整を行うことができるとともに、第２当接圧発生手段を用いて当接圧の微調整を行うことが可能である。しかも、本印刷装置では、第１当接圧発生手段及び第２当接圧発生手段により発生した力の合力は、スキージ部材と一緒に鉛直方向へ変位可能なスキージ支持部材に伝達され、これを介してスキージ部材に伝達される。ここで、スキージ部材は、印刷マスクとスキージ部材との相対移動方向に対して直交する方向におけるスキージ部材の中心を通る鉛直線上の箇所を揺動中心としてスキージ支持部材により揺動自在に支持されている。よって、そのスキージ支持部材に伝達された合力は、その揺動によってスキージ部材と印刷マスクとの当接圧が均一となるようにバランスがとられた状態で、スキージ部材に伝わる。よって、スキージ支持部材に伝達された合力は、スキージ部材と印刷マスクとの当接部分に均一な圧として作用する。したがって、本印刷装置によれば、複雑な圧バランス制御を行うことなく、均一な当接圧を得ることができる。
また、請求項２の発明は、請求項１の印刷装置において、上記第１当接圧発生手段及び上記第２当接圧発生手段として、上記合力伝達手段に接続されたピストンがシリンダチューブ内部の内圧変化によって変位するシリンダ機構をそれぞれ用い、該第２当接圧発生手段として用いるシリンダ機構は、そのチューブ内受圧面積が該第１当接圧発生手段として用いるシリンダ機構のチューブ内受圧面積よりも小さいものであることを特徴とするものである。
この印刷装置においては、第１当接圧発生手段及び第２当接圧発生手段として、互いにチューブ内受圧面積が異なる同様のシリンダ機構を採用するので、全く別の機構を採用する場合に比べて低コスト化を図ることができる。なお、本印刷装置においては、同じ内圧に設定した場合でも、第２当接圧発生手段として用いるシリンダ機構によって発生する力は、第１当接圧発生手段として用いるシリンダ機構のものよりも小さくなる。よって、内圧変動量に応じた力の変化量は、第１当接圧発生手段よりも第２当接圧発生手段の方が小さい。したがって、第２当接圧発生手段の方が第１当接圧発生手段よりも当接圧の微調整が容易となる。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の印刷装置において、上記第２当接圧発生手段は、上記減圧力のみを発生するものであることを特徴とするものである。
この印刷装置においては、第２当接圧発生手段として増圧力及び減圧力の両方を発生するものを採用する場合よりも、構成の簡略化を図ることができ、低コスト化を実現できる。加えて、上述したように、印刷マスクの被印刷体対向面側の印刷孔周縁部から印刷材が滲み出るのを抑制し、かつ、１つの被印刷体上の各印刷箇所間の印刷量のバラツキを小さく抑えるには、印刷マスクとスキージ部材との当接圧が小さい方が望ましい。本印刷装置においては、スキージ部材の自重とスキージ支持部材の自重により当接圧を増圧する力が作用するので、この当接圧を減圧する方向に調整する方が微調整しやすい。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の印刷装置において、上記第２当接圧発生手段を複数有し、該複数の第２当接圧発生手段は、互いに異なる大きさの力を発生するものであることを特徴とするものである。
この印刷装置においては、複数の第２当接圧発生手段による微調整の精度が互いに異なるので、当接圧の調整幅に応じて適切な第２当接圧発生手段を選択して微調整を行うことで、最適な当接圧を得ることが容易になる。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の印刷装置において、上記スキージ部材と上記印刷マスクとの当接圧を検知するための当接圧検知手段と、該当接圧検知手段の検知結果に基づいて、上記第１当接圧発生手段及び上記第２当接圧発生手段の少なくとも一方が発生する力の大きさを制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。
この印刷装置においては、制御手段により、当接圧検知手段の検知結果から適正な当接圧を設定することが可能になる。よって、オペレータが当接圧を計りながら手動で適正な当接圧に設定する場合に比べて、オペレータの作業負担を軽減することができる。
また、請求項６の発明は、請求項５の印刷装置において、上記制御手段は、上記被印刷体に対する印刷処理中の上記当接圧検知手段の検知結果に基づいて、該印刷処理中に上記力の大きさを制御することを特徴とするものである。
上記請求項５の印刷装置によれば、１つの被印刷体に対する印刷処理中の当接圧を検知した結果を、次の印刷処理の当接圧調整に反映させるという利用が可能である。しかし、このような利用法では、１つの被印刷体に対する印刷処理中に印刷材の粘度変化等によって当接圧が変動した場合、その当接圧の変動を修正することはできない。本請求項６の印刷装置においては、１つの被印刷体に対する印刷処理中の当接圧検知結果に基づいて、その印刷処理中の当接圧を調整することができる。したがって、１つの被印刷体に対する印刷処理中に当接圧が変動した場合でも、その当接圧の変動を修正することが可能になる。
また、請求項７の発明は、請求項６又は７の印刷装置において、上記当接圧検知手段として、上記スキージ部材の撓み量を検出する撓み検出手段を用いることを特徴とするものである。
この印刷装置においては、スキージ部材の撓み量から当接圧が検知される。当接圧を直接的に検知するのは困難であるが、スキージ部材の撓み量を直接的に検知することは比較的容易である。そして、当接圧とスキージ部材の撓み量との間には相関関係があるので、スキージ部材の撓み量が分かれば、その撓み量から当接圧を得ることができる。

以上、請求項１乃至７の発明によれば、複雑な圧バランス制御を行うことなく、均一な当接圧を得ることができるとともに、その当接圧の大幅な調整と微調整の両方を適正に行うことが可能となるという優れた効果が奏される。
特に、請求項２の発明によれば、第１当接圧発生手段及び第２当接圧発生手段として全く別の機構を採用する場合に比べて低コスト化を図ることができるという優れた効果が奏される。
また、請求項３の発明によれば、低コスト化を図ることができるとともに、当接圧の微調整を容易化できるという優れた効果が奏される。
また、請求項４の発明によれば、最適な当接圧を得ることが容易になるという優れた効果が奏される。
また、請求項５の発明によれば、適正な当接圧を設定するにあたり、オペレータの作業負担を軽減することができるという優れた効果が奏される。
また、請求項６の発明によれば、１つの被印刷体に対する印刷処理中に当接圧が変動した場合でも、その当接圧の変動を修正することが可能なので、すべての被印刷体の印刷品質の低下を抑制することが可能になるという優れた効果が奏される。
また、請求項７の発明によれば、当接圧を簡易な構成で間接的に検知することができるので、低コスト化を図ることができるという優れた効果が奏される。

以下、本発明を、印刷マスクを用いてスキージングにより被印刷体としてのウエハー上にバンプを形成する印刷装置に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態で使用する印刷マスクの構成について説明する。
図２（ａ）は本実施形態で使用する印刷マスク１０Ａの斜視図であり、図２（ｂ）はその印刷マスク１０Ａの側面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示す印刷マスク１０Ａは、ペースト状の印刷材を被印刷体に印刷するための印刷孔が形成されたマスク材２Ａを有する。このマスク材２Ａの対向する２つの辺には、一対のマスク取付部材１Ａ，１Ｂが取り付けられている。このマスク取付部材１Ａ，１Ｂは、後述する印刷装置に対してマスク材２Ａをほぼ平坦に保持して取り付ける機能を果たす棒状部材であり、マスク材２Ａにテンションを付与しないように取り付けられている。各マスク取付部材１Ａ，１Ｂとマスク材２Ａとは、図２（ｂ）に示すように、例えば２液エポキシなどの接着剤５を介して互いに強固に固定されている。なお、比較的粘着力の強い両面テープなどを用いて固定してもよい。

なお、マスク取付部材１Ａ，１Ｂが取り付けられていない側の他の２辺が印刷の繰り返しによって破損したり伸びたりするおそれがある。よって、図３に示す印刷マスク１０ＡＢのように、マスク取付部材１Ａ，１Ｂが取り付けられていない側のマスク材２Ａの他の２辺に、帯状の補強部材６を設けてもよい。この補強部材６としては、印刷の繰り返しによるマスク材２Ａの破損や伸びを防止できるものであれば、どのような素材で構成されていてもよいが、本実施形態においては可撓性や弾性を有する薄手のプラスチック板やステンレス版などのような素材で構成することが好ましい。また、この補強部材６は、印刷時におけるマスク材２Ａと被印刷体との密着を阻害しないようするために、マスク材２Ａの印刷材補給面側（上面側）に設けることが好ましい。ただし、マスク材２Ａが被印刷体の印刷面よりも十分に大きな面積を有していて、補強部材６が被印刷体から外れた位置に臨むような場合にはこの限りでない。また、マスク材２Ａへの補強部材６の取り付け方法としては、例えば、マスク材２Ａに対して補強部材６を接着固定する方法を採用できる。また、例えば、補強部材６の側面にスリットを形成し、このスリットでマスク材２Ａの各辺を挟み込むように保持して、補強部材６の両端部を各マスク取付部材１Ａ，１Ｂに固定する方法を採用してもよい。この方法によれば、補強部材６の湾曲によってマスク材２Ａにストレスがかかる不具合を解消することができる。

上述のように、本実施形態に係る印刷マスク１０Ａ，１０Ｂは、マスク取付部材１Ａ，１Ｂがマスク材２Ａに取り付けられた状態ではマスク材２Ａにテンションが付与されない。したがって、これらの印刷マスク１０Ａ，１０Ｂにおいては、例えば、マスク材２Ａに開口率の高い開口を形成する時や、マスク材２Ａに各マスク取付部材１Ａ，１Ｂを取り付けるときなどに、各印刷孔間のリブが伸ばされて各印刷孔の寸法精度に狂いが生じたり、各印刷孔の中心位置に位置ズレが生じたりするということがない。また、これらの印刷マスク１０Ａ，１０Ｂにおいては、被印刷体に印刷パターンを印刷する際に、マスク材自体にテンションがかけられていないので、その各印刷孔の形状や位置が経時的に歪んだりズレたりすることが少ないない。したがって、これらの印刷マスク１０Ａ，１０Ｂでは、例えば、プラズマディスプレイパネルのバリアリブを形成する場合のように、同一の印刷パターンを繰り返し重ねて印刷する場合でも、印刷パターンがずれたり歪んだりすることが少なく、極めて高品質な印刷を実現できる。

次に、本印刷装置により、上記印刷マスク１０Ａを用いて被印刷体としてのウエハー３０上にバンプを形成する場合について説明する。なお、この印刷マスク１０Ａのマスク材２Ａには、ウエハー３０に形成されるバンプの配列や形状に見合った多数の印刷孔（貫通孔）からなる所定の印刷パターンが予め形成されている。
図４は、本実施形態に係る印刷装置の主要部の概略構成を示す斜視図である。この印刷装置は、処理対象となるウエハー３０を載置してこれを保持するウエハー載置台３１が設けられている。ウエハー３０をウエハー載置台３１上に載せると、ウエハー載置台３１の上面に設けられた図示しない吸引孔からの吸引により、ウエハー３０がウエハー載置台３１上に保持される。また、本印刷装置は、各マスク取付部材１Ａ，１Ｂを移動自在に保持する一対の保持アーム４１Ａ，４１Ｂを備えている。この保持アーム４１Ａ，４１Ｂは、マスク材２Ａをウエハー３０に接触させる第１の保持位置と、マスク材２Ａをウエハー３０から離間させる第２の保持位置との間で移動できる。各マスク取付部材１Ａ，１Ｂは、保持アーム４１Ａ，４１Ｂにより、それぞれ個別に移動させることができる。各マスク取付部材１Ａ，１Ｂには、図２に示したように、各保持アーム４１Ａ，４１Ｂに各マスク取付部材１Ａ，１Ｂを取り付けるための取付穴１ａ，１ｂが設けられている。一方、各保持アーム４１Ａ，４１Ｂには、取付穴１ａ，１ｂと対応する部位に、各マスク取付部材１Ａ，１Ｂを保持するための長穴状に形成された保持穴４１ａ，４１ｂが設けられている。図４に示すように、ボルトやピンなどからなる保持部材４２が、各マスク取付部材１Ａ，１Ｂの取付穴１ａ，１ｂを通して、上記各保持アーム４１Ａ，４１Ｂの保持穴４１ａ，４１ｂに取り付けられる。これにより、印刷マスク１０Ａは、マスク材２Ａにテンションを付与せず、かつ、マスク材２Ａを撓ませないように印刷装置にセットされる。

また、各保持アーム４１Ａ，４１Ｂには、上記第１の保持位置と上記第２の保持位置との間で、各マスク取付部材１Ａ，１Ｂを個別に移動させる取付部材移動装置５０Ａ，５０Ｂが配設されている。これらの取付部材移動装置５０Ａ，５０Ｂは、各マスク取付部材１Ａ，１Ｂの長手方向（Ｙ軸方向）に対して直交するＸ軸方向にほぼ沿うように回転自在に配設された進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂと、Ｚ軸方向にほぼ沿うように回転自在に配設された昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂと、進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂ及び昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂの回転によってＸ軸方向及びＺ軸方向に移動される移動体５３Ａ，５３Ｂと、この進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂ及び昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂを個別に回転駆動するため図示しない複数個の駆動モータ等で構成されている。進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂの軸受け部は、昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂの回転による移動体５３Ａ，５３Ｂの昇降動作に追従するように、Ｚ軸方向に沿って移動自在に構成されている。また、昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂの軸受け部は、進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂの回転による移動体５３Ａ，５３Ｂの進退動作に追従するように、Ｘ軸方向に沿って移動自在に構成されている。昇降自在に構成されている。本実施形態では、取付部材移動装置５０Ａ，５０Ｂ及び保持アーム４１Ａ，４１Ｂによりマスク離間手段が構成されている。

また、印刷装置の印刷マスク１０Ａがセットされる部位の、マスク材２Ａの上面と対応する部位には、マスク材２Ａの上面に沿ってＸ軸方向に往復移動されるスキージ部材としてのスキージ７が配設されている。ウエハー３０は、その印刷面３０ａが印刷マスク１０Ａのマスク材２Ａを挟んでスキージ７の往復経路に対向し、かつ、マスク材２Ａの被印刷体対向面（下面）に対してほぼ平行となるように、上記ウエハー載置台３１上にセットされる。

次に、本発明の特徴部分である、スキージ７と印刷マスク１０Ａとの当接圧（印圧）を調整する印圧調整機構について説明する。
図１は、本実施形態における印圧調整機構７０を示す概略構成図である。この印圧調整機構は、スキージ７を揺動自在に支持するスキージ支持部材としてのスキージホルダ７１を備えている。このスキージホルダ７１は、スキージ７の鉛直方向上方にリンク機構７２を有している。このリンク機構は、スキージ７との移動方向に対して直交する方向（図１中横方向）におけるスキージ中心を通る鉛直線上の箇所に、固定軸７２ａを有している。また、このリンク機構７２は、この固定軸７２ａに軸受７２ｂを介して回動自在に取り付けられた回動部７２ｃを有し、この回動部７２ｃはスキージ保持部７３に固定されいる。また、スキージ保持部７３は、スキージ７を一体的に保持しているので、スキージ７は、リンク機構７２の固定軸７２ａを中心に揺動自在に構成されている。

また、上記印圧調整機構は、上記リンク機構７２の鉛直方向上方に、シリンダ機構を有している。このシリンダ機構は、上記リンク機構７２の固定軸７２ａに固定されたシリンダ支持台７４を有している。このシリンダ支持台７４の端部は、固定配置されたシリンダケース７５に摺動自在に保持されたシャフト７５ａに固定されており、シリンダ支持台７４は、このシャフト７５ａに案内されながらリンク機構７２と一体的に移動可能に構成されている。また、シリンダ支持台７４の中心部、すなわち、上記固定軸７２ａの鉛直方向真上に位置する部分には、第１当接圧発生手段としてのメインシリンダ７６のピストンロッド７６ａが固定されている。このピストンロッド７６ａは、メインシリンダ７６のシリンダチューブ内を上下２つのシリンダ室に分割するピストン７６ｂに固定されている。メインシリンダ７６には、シリンダ室ごとに、図示しないエア供給装置からのエア供給、排出を行う開口がそれぞれ設けられており、各開口はそれぞれ別個のエア供給装置に接続されている。よって、各エア供給装置により、各シリンダ室の内圧を個別に制御することができるようになっている。また、メインシリンダ７６のピストンロッドは、メインシリンダ７６の上面から外部に突出しており、その部分に可動板７７が取り付けられている。メインシリンダ７６は、上記シリンダケース７５に固定されている。したがって、メインシリンダ７６の各シリンダ室の内圧変化によりピストン７６ｂが上下に移動すると、ピストンロッド７６ａが移動し、これに固定されたシリンダ支持台７４及び可動板７７が上下に移動する。そして、シリンダ支持台７４の上下移動に伴ってリンク機構７２の固定軸７２ａも上下に移動し、これによりスキージ７も上下に移動する。

また、可動板７７には、２つのサブシリンダ７８，７９のシリンダ本体が固定されている。このシリンダ本体は、シリンダケース７５により摺動自在に保持されており、可動板７７の移動に伴って上下に移動する。これらのサブシリンダ７８，７９は、それぞれ、ピストン７８ｂ，７９ｂとこれに固定されたピストンロッド７８ａ，７９ａを備えている。各ピストンロッド７８ａ，７９ａは、シリンダケース７５の底部に固定されている。また、各サブシリンダ７８，７９のシリンダチューブ内には、ピストン７８ｂ，７９ｂの上部空間であるシリンダ室に対して図示しないエア供給装置からのエア供給、排出を行う開口がそれぞれ設けられている。よって、各エア供給装置により、各サブシリンダ７８，７９のシリンダ室の内圧を個別に制御することができるようになっている。各サブシリンダ７８，７９のシリンダ室にエアが供給されると、それぞれのシリンダ室の内圧が高まり、可動板７７を押し上げる力が作用する。本実施形態においては、可動板７７が下側に向かう力を受けると、スキージ７と印刷マスク１０Ａとの当接圧（印圧）が増圧され、可動板７７が上側に向かう力を受けると、印圧が減圧される。よって、各サブシリンダ７８，７９のシリンダ室の内圧が高まることにより可動板に働く押し上げ力は、印圧を減圧する方向に作用する。

ここで、本実施形態では、メインシリンダ７６のチューブ内受圧面積がサブシリンダ７８，７９のチューブ内受圧面積よりも大きく形成されている。具体的には、メインシリンダ７６のチューブ内受圧面積が直径４０ｍｍであるのに対し、第１サブシリンダ７８のチューブ内受圧面積は直径１２ｍｍであり、第２サブシリンダ７９のチューブ内受圧面積は直径２５ｍｍである。したがって、同じ内圧となるようにエア供給を行っても、２つのサブシリンダ７８，７９の方がメインシリンダ７６よりも小さな力で可動板７７を押し上げ又は押し下げることになる。よって、エア供給量に対する力の変化量は、サブシリンダ７８，７９の方がメインシリンダ７６よりも小さくなる。よって、サブシリンダ７８，７９の方がメインシリンダ７６よりも、可動板７７に作用させる力を細かく調整することができる。
加えて、図中右側に配置されている第１サブシリンダ７８のチューブ内受圧面積は、他方の第２サブシリンダ７９のチューブ内受圧面積よりも小さく形成されている。したがって、同じ内圧となるようにエア供給を行っても、第２サブシリンダ７９の方が第１サブシリンダ７８よりも大きな力で可動板７７を押し上げることができる。また、第１サブシリンダ７８における内圧変動量に応じた力の変化量は、第２サブシリンダ７８よりも小さいため、第１サブシリンダ７８の方が第２サブシリンダ７８よりも、可動板７７の押し上げ力を細かく調整することができる。

次に、本実施形態に係る印刷装置の動作について説明する。
本印刷装置を用いて印刷処理を行う場合、まず、ウエハー載置台３１上にウエハー３０がセットされる。その後、取付部材移動装置５０Ａ，５０Ｂの昇降用ボールネジ５２Ａ，５２Ｂの回転により、各移動体５３Ａ，５３Ｂが下降する。これにより、保持アーム４１Ａ，４１Ｂに保持された各マスク取付部材１Ａ，１Ｂが、マスク材２Ａがウエハー３０の印刷面３０ａに接触する第１の保持位置まで下降される。このとき、マスク材２Ａに対してテンションが付与されないようにすべく、取付部材移動装置５０Ａ，５０Ｂの進退用ボールネジ５１Ａ，５１Ｂも適宜回転して、各移動体５３Ａ，５３ＢがＸ軸方向に沿って個別に移動される。なお、マスク材２Ａに対してテンションが付与されないように各移動体５３Ａ，５３ＢをＸ軸方向に沿って個別に移動する制御は、例えば、移動体５３Ａ，５３Ｂの駆動系にトルクセンサを配置し、該トルクセンサの出力の有無等に基づいて前記各駆動モータを個別にオン／オフすることによって達成できる。

次いで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すスキージング工程を実施する。スキージング工程前においては、印圧調整機構７０のメインシリンダ７６は、制御部１００の制御の下、エア供給装置によってシリンダチューブ内の下部シリンダ室にエアが供給されている。よって、そのピストン７６ｂには上側に向かう力が働き、可動板７７に押し上げ力が働いた状態になっている。これにより、スキージ７は、印刷マスクから離間した状態になっている。そして、マスク材２Ａの上面に、印刷に必要な所定量の印刷材であるペースト８を補給した後、スキージング工程を開始する。スキージング工程が開始すると、まず、制御部１００は、印圧調整機構７０のエア供給装置を制御し、メインシリンダのシリンダチューブ内の上部シリンダ室にエアを供給する。これにより、ピストン７６ｂは下側に移動し、これに伴って可動板７７も下側に移動する。その結果、スキージ７が下側に移動し、スキージ７と印刷マスク１０Ａとが当接した状態になる。

本実施形態のスキージ７には、当接圧検知手段としての撓み検出手段であるストレインゲージ７ａが設けられている。このストレインゲージ７ａは、スキージ７の先端部分の撓み量に応じた検出信号を、制御部１００に出力する。これにより、制御部１００は、リアルタイムでスキージ７の先端部分の撓み量を認識することができる。この撓み量は、印圧に対して一定の関係を有するため、制御部１００は、この撓み量から印圧を把握することができる。ここで、本実施形態では、先端部分が胴部よりも薄く形成されたスキージ７を用いている。この場合、同じ印圧が加わっていても、その撓み量は胴部よりも先端部分の方が大きいため、印圧変化量に対応する撓み量の変化量は、胴部よりも先端部分の方が大きい。よって、本実施形態では、この薄く形成された先端部分にストレインゲージ７ａを設けている。これにより、より精度の高い印圧検知を行うことができる。また、このストレインゲージ７ａは、スキージ７の移動方向正面側ではなく、背面側に設けるのが望ましい。

制御部１００は、リアルタイムでスキージ７の先端部分の撓み量を認識しながら、本印刷処理の処理条件に応じて予め設定されている最適な印圧を越えるまで、メインシリンダ７６のシリンダチューブ内の上部シリンダ室にエアを供給させる。ここで、メインシリンダ７６は、上述したように、エア供給量に対する力の変化量が比較的大きいので、メインシリンダ７６におけるシリンダチューブ内の上下のシリンダ室に対するエア供給量を調節して最適な印圧に設定することが困難である。そこで、本実施形態では、まず、メインシリンダ７６によって最適な印圧を越える印圧を与えた後、２つのサブシリンダ７８，７９によって印圧を徐々に減らすようにして最適な印圧に調整する。具体的には、制御部１００は、ストレインゲージ７ａによる検知結果を参照しながら、まず、比較的調整幅の大きい第２サブシリンダ７９のエア供給装置を制御して、印圧を減らしながら微調整する。そして、印圧が最適な印圧近くになったら、制御部１００は、調整幅が最も小さい第１サブシリンダ７８のエア供給装置を用いて最終的な微調整を行う。このような制御を行うことで、印圧を最適なものに容易かつ適切に設定することができる。

このようにして、最適な印圧に設定した後、スキージ移動装置１０１によりスキージ７がＸ軸方向に沿って移動してマスク材２Ａ上に補給されたペースト８がスキージングされる。これにより、マスク材２Ａの各印刷孔内にペースト８が充填される。なお、スキージ７の移動速度（スキージング速度）は、制御部１００によってコントロールされる。スキージ移動装置１０１が例えばスキージ７を所定の移動方向に沿って往復移動させるボールネジやタイミングベルトを駆動モータで駆動するような構成である場合には、その駆動モータの回転数を制御部１００によって制御することで、スキージング速度を調整することができる。

また、本実施形態では、上記スキージング工程中に、スキージ７によるペースト８のスキージング動作に追従して、取付部材移動装置５０Ａの昇降用ボールネジ５２Ａの回転により、一方の移動体５３Ａのみが徐々に上昇される。これにより、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、保持アーム４１Ａによって保持された印刷開始側のマスク取付部材１Ａのみが上昇して、スキージングを終えた部分のマスク材２Ａがウエハー３０の印刷面３０ａから離間される。なお、保持アーム４１Ａによって保持された印刷開始側のマスク取付部材１Ａが上昇するときに、印刷マスク１０Ａのマスク材２Ａに対して撓みが生じたりテンションが付与されないようにするために、取付部材移動装置５０Ａの進退用ボールネジ５１Ａが適宜回転して、移動体５３ＡがＸ軸方向に沿って個別に制御移動される。これにより、図５（ｂ）に示すように、保持アーム４１Ａによって保持された印刷開始側のマスク取付部材１Ａのみが、マスク材２Ａに撓みを生じさせたりマスク材２Ａに対してテンションを付与したりしない位置に移動される。これにより、マスク材２Ａに形成された印刷パターンが、ウエハー３０の印刷面３０ａにオフコンタクト印刷される。このオフコンタクト印刷モードでは、スキージング工程と版離れ工程とが同時に実行されるので、印刷処理に要する処理時間を短縮できる。

ここで、スキージングにより、マスク材２Ａの印刷孔２ａにペースト８が充填されるメカニズムについて説明する。
図６は、スキージング工程においてペーストが充填されるメカニズムを説明するための概略断面図である。マスク材２Ａに当接したスキージ７が図中矢印の向きに移動すると、マスク材２Ａ上に補給されたペースト８がスキージ７に押されるようにして同方向に移動される。このペースト８の移動により、スキージ７の移動方向下流側のマスク材２Ａの印刷孔２ａのエッジ２ｃによってペースト８が削られることにより、ペースト８が印刷孔２ａ内に掻き落とされるようにして充填される。ここで、図示しないペースト補給装置から補給されるペースト８の粘度は経時的に変化し、徐々にペースト８の粘性が高まる。ペースト８の粘性が高まるにつれて、印刷孔２ａに掻き落とされるペースト量が少なくなっていく。そのため、印圧が当初最適なものに設定されていても、ペースト８の粘性が高まるにつれて印刷孔２ａへのペースト８の充填量が減っていき、最終的にはその充填量が不充分なものとなって不良品が発生する。

そこで、本実施形態においては、ペースト８の粘性を上記ストレインゲージ７ａにより検知し、粘性の高まりに応じて印圧が高くなるような制御を行っている。具体的に説明すると、スキージ７の移動に伴って移動するペースト８は、図６中の矢印Ａで示す向きに回転流動する。この回転力が働いたペースト８は、スキージ７を押し上げる力を発揮する。その結果、スキージ７に働く力が高まり、スキージ７が僅かに撓む結果、この撓みがストレインゲージ７ａにより検知される。したがって、制御部１００は、このストレインゲージ７ａの検知結果から、ペースト８の粘性が高まったことを把握することができる。よって、制御部１００は、当初の印圧よりも高い印圧を与えるように、２つのサブシリンダ７８，７９へのエア供給量を制御する。これにより、印圧が高まる結果、ペースト８に対するスキージの押しつけ力を大きくすることができる。したがって、スキージ移動中にペースト８の粘性が高くなるように変動しても、その変動後の粘性に応じた最適な印圧が付与され、印刷孔２ａへのペースト８の充填量を適量に維持することができる。

以上のように、本実施形態では、スキージ７と印刷マスク１０Ａとの当接圧（印圧）は、メインシリンダ７６及び２つのサブシリンダ７８，７９によりそれぞれ発生する力の合力（ベクトル和）によって調整できる。そして、本印刷装置においては、サブシリンダ７８，７９により発生する力は、メインシリンダ７６により発生する力よりも小さい。したがって、メインシリンダ７６を用いて当接圧の大幅な調整を行うことができるとともに、サブシリンダ７８，７９を用いて当接圧の微調整を行うことができる。しかも、本印刷装置では、メインシリンダ７６により発生する力と２つのサブシリンダ７８，７９により発生する力との合力が、可動板７７、メインシリンダ７６のピストンロッド７６ａ及びシリンダ支持台７４から構成される合力伝達手段によって、スキージ７を揺動自在に支持するリンク機構７２の固定軸７２ａに伝達される。よって、この合力は、その揺動によってスキージ７と印刷マスク１０Ａとの当接領域全体に均一になるように分散してバランスがとられる。したがって、本印刷装置によれば、複雑な圧バランス制御を行うことなく、均一な当接圧を得ることができる。

なお、上述した実施形態では、ウエハー３０にペースト８を印刷する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限られることはなく、その他の印刷処理について広く適用することができる。

本実施形態に係る印刷装置の印圧調整機構を示す概略構成図。 （ａ）は、同印刷装置で使用される印刷マスクの斜視図。（ｂ）は、同印刷マスクの側面図。 印刷マスクの他の例に係る外観を示す概略斜視図。 同印刷装置の要部のみを示す概略斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は、同印刷装置を用いてオフコンタクト印刷を行う動作を説明するための説明図。 スキージング工程においてペーストが充填されるメカニズムを説明するための概略断面図。 印圧と印刷箇所間の印刷量のバラツキとの関係を示す実験結果のグラフ。

符号の説明

７ スキージ
７ａ ストレインゲージ
８ ペースト
１０Ａ，１０Ｂ 印刷マスク
３０ ウエハー
７０ 印圧調整機構
７１ スキージホルダ（スキージ支持部材）
７２ リンク機構
７４ シリンダ支持台
７５ シリンダケース
７６ メインシリンダ（第１当接圧発生手段）
７７ 可動板
７８ 第１サブシリンダ（第２当接圧発生手段）
７９ 第２サブシリンダ（第２当接圧発生手段）
１００ 制御部
１０１ スキージ移動装置

Claims (7)

1. 被印刷体上に載置された印刷マスクとスキージ部材とを当接させながら相対移動させることで該印刷マスクに形成された印刷孔に印刷材を充填し、該印刷マスクを該被印刷体から離間させることにより、該被印刷体上に印刷材を印刷する印刷装置において、
   上記スキージ部材と上記印刷マスクとの当接領域に作用する当接圧を増圧させる増圧力及び該当接圧を減圧させる減圧力を発生する第１当接圧発生手段と、
   該当接圧付与手段により発生する増圧力及び減圧力よりもそれぞれ小さい増圧力及び減圧力の少なくとも一方を発生する第２当接圧発生手段と、
   該印刷マスクと該スキージ部材との相対移動方向に対して直交する方向であって印刷マスク面に対して平行な方向における該スキージ部材の中心を通る鉛直線上の箇所を揺動中心として該スキージ部材を揺動自在に支持するとともに鉛直方向へ変位可能なスキージ支持部材と、
   該第１当接圧発生手段により発生する力と該第２当接圧発生手段により発生する力との合力を、該スキージ支持部材に伝達する合力伝達手段とを有することを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１の印刷装置において、
   上記第１当接圧発生手段及び上記第２当接圧発生手段として、上記合力伝達手段に接続されたピストンがシリンダチューブ内部の内圧変化によって変位するシリンダ機構をそれぞれ用い、
   該第２当接圧発生手段として用いるシリンダ機構は、そのチューブ内受圧面積が該第１当接圧発生手段として用いるシリンダ機構のチューブ内受圧面積よりも小さいものであることを特徴とする印刷装置。
3. 請求項１又は２の印刷装置において、
   上記第２当接圧発生手段は、上記減圧力のみを発生するものであることを特徴とする印刷装置。
4. 請求項１、２又は３の印刷装置において、
   上記第２当接圧発生手段を複数有し、
   該複数の第２当接圧発生手段は、互いに異なる大きさの力を発生するものであることを特徴とする印刷装置。
5. 請求項１、２、３又は４の印刷装置において、
   上記スキージ部材と上記印刷マスクとの当接圧を検知するための当接圧検知手段と、
   該当接圧検知手段の検知結果に基づいて、上記第１当接圧発生手段及び上記第２当接圧発生手段の少なくとも一方が発生する力の大きさを制御する制御手段とを有することを特徴とする印刷装置。
6. 請求項５の印刷装置において、
   上記制御手段は、上記被印刷体に対する印刷処理中の上記当接圧検知手段の検知結果に基づいて、該印刷処理中に上記力の大きさを制御することを特徴とする印刷装置。
7. 請求項６又は７の印刷装置において、
   上記当接圧検知手段として、上記スキージ部材の撓み量を検出する撓み検出手段を用いることを特徴とする印刷装置。

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