JP2005231230A - スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】経時変化し易い半田を使用した場合においても、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【解決手段】マスクプレート１２の貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷するスクリーン印刷において、マスクプレート１２の下面から基板７を離隔させる版離れに際し、基板１２の上面がマスクプレート１２の下面からマスクプレートの厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの初期ストロークＳ１の間は、低速の第１の下降速度Ｖ１で基板７を下降させ、次いで高速の第２の下降速度Ｖ１で基板７を下降させて版離れを行う。これにより、経時変化しやすい半田を使用した場合においても、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、クリーム状の半田を基板に印刷するスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関するものである。
電子部品を基板に半田接合する際の半田供給方法として、スクリーン印刷による方法が知られている。この方法では、マスクプレートに設けられたパターン孔を介してクリーム状の半田が基板の電極面に印刷され、マスクプレートの下面に基板を当接させた状態でマスクプレートの上面でスキージを摺動させるスクリーン印刷機構を備えたスクリーン印刷装置が用いられる（例えば特許文献１）。
スクリーン印刷において良好な印刷品質を確保するためには、パターン孔内へ確実にクリーム半田を充填させる充填性とともに、充填後にマスクプレートを基板の下面から離隔させる版離れの際に、クリーム半田をパターン孔から型くずれすることなく離脱させる版離れ性が良好であることが求められる。このため、スクリーン印刷動作においては、基板をマスクプレートから離隔させる際の動作速度や動作パターンを、使用される半田の性状に合わせて最適に設定する各種の試みがなされている。例えば、上述の特許文献例においては、基板がマスクプレートから十分に離れるまで基板を低速でマスクプレートから離隔させるようにしている。
特開平８−１１２８３号公報
近年電子部品の用途の多様化や環境保護の観点から、従来一般に用いられていた半田と異なる種類の半田が電子部品の半田接合用に用いられるようになっている。すなわち、環境保護の要請からは有害な半田成分をほとんど含まない鉛フリー半田が広く用いられるようになっており、また車載用の電子機器にはアクリル系などの車載用半田が用いられる。
これらの半田は従来の半田と比較して使用中の経時劣化の進行が大きく、同一ポットから取り出した半田を連続して使用している間にも性状が変化する。このため、予め版離れ動作パターンを半田の性状に応じて適正に設定していても、経時劣化によって粘度が増加するなど性状の変化があった場合には、もはや最適な版離れ動作パターンには合致せず、版離れ不良を生じる場合があった。このように、従来のスクリーン印刷においては、経時変化し易い半田を使用した場合に、良好な版離れ性を確保することが困難であるという問題点があった。
そこで本発明は、経時変化し易い半田を使用した場合においても、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
本発明のスクリーン印刷装置は、貫通孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷するスクリーン印刷装置であって、前記基板を下受けして保持する基板下受部と、前記基板下受部を昇降させることによりマスクプレートの下面から前記基板を離隔させる版離れ手段と、前記版離れ手段を制御する版離れ制御手段とを備え、前記版離れ制御手段は、前記マスクプレートの下面に基板が当接した状態から前記基板の上面がマスクプレートの下面からマスクプレートの厚み
の１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間第１の版離れ速度で前記基板下受部を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部を下降させるように前記版離れ手段を制御する。
本発明のスクリーン印刷方法は、貫通孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷するスクリーン印刷方法であって、前記マスクプレートの下面に前記基板を当接させるマスク装着工程と、装着された状態のマスクプレート上でスキージを移動させることにより前記貫通孔内に半田を充填させる充填工程と、前記マスクプレートの下面から基板を離隔させる版離れ工程とを含み、前記版離れ工程において、前記マスクプレートの下面に基板が当接した状態から前記基板の上面がマスクプレートの下面からマスクプレートの厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間第１の版離れ速度で前記基板下受部を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部を下降させる。
本発明によれば、マスクプレートの下面から基板を離隔させる版離れ工程において、基板の上面がマスクプレートの下面からマスクプレートの厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間第１の版離れ速度で基板下受部を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部を下降させることにより、経時変化しやすい半田を使用した場合においても、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することがことができる。
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側断面図、図３は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置によるスクリーン印刷動作の動作説明図、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷動作における版離れ動作の説明図である。
まず図１、図２を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。このスクリーン印刷装置は、貫通孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷する機能を有している。図１において、基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２，Ｘ軸テーブル３、θ軸テーブル４およびＺ軸テーブル５を段積みした構成となっている。Ｚ軸テーブル５上には、印刷対象の基板７を下受けして保持する基板下受部６が配設されており、基板下受部６上の基板７はクランパ８によってクランプされている。
図２に示すように、θ軸テーブル４は、軸部１６によって垂直軸廻りにθ回転する回転プレート４ａを備えており、θモータ１５によってベルト１７を介して軸部１６を回転駆動することにより、回転プレート４ａは垂直軸廻りにθ回転する。Ｚ軸テーブル５はスライド軸１８にガイドされて昇降する昇降プレート５ａを備えており、昇降プレート５ａに固定されたナット２２には垂直な送りねじ２１が螺合している。送りねじ２１はウォーム機構２０を介してＺモータ１９によって回転駆動され、Ｚモータ１９を駆動することにより、昇降プレート５ａが昇降し、これにより基板下受部６上の基板７が昇降する。
Ｚモータ１９はＺ軸駆動部２３によって駆動され、Ｚ軸駆動部２３は制御部２４によって制御される。版離れパターン記憶部２５には、後述する版離れ動作パターンが記憶されており、スクリーン印刷動作において、制御部２４が版離れ動作パターンに基づいてＺ軸駆動部２３を制御することにより、基板７をマスクプレート１２から離隔させる版離れ動作を所定の動作パターンで行うことができる。したがって、Ｚモータ１９、送りねじ２１，ナット２２およびＺ軸駆動部２３は、基板下受部６を昇降させることによりマスクプレ
ート１２の下面から基板７を離隔させる版離れ手段となっており、制御部２４は、版離れ手段を制御する版離れ制御手段と成っている。
基板位置決め部１の上方には、スクリーン印刷部１０が配設されている。スクリーン印刷部１０は、枠形状のホルダ１１に保持されたマスクプレート１２を備えており、マスクプレート１２上には、スキージユニット１３がスキージ移動テーブル（図示省略）によってＹ方向に移動自在に配設されている。図１に示すように、スキージユニット１３はシリンダ１５によって上下動する一対のスキージ１４を備えており、基板７をマスクプレート１２の下面に当接させた状態で、シリンダ１５を駆動することにより、スキージ１４は下降してその下端部がマスクプレート１２の上面に当接する。
次に図３を参照してスクリーン印刷動作について説明する。ここで行われるスクリーン印刷は、基板７に半田バンプを形成するためにクリーム半田を印刷するものであり、パターン孔１２ａ（貫通孔）が高密度で形成された薄型のマスクプレート１２が使用される。このようなタイプのマスクプレートによる印刷は難度が高く、特にスキージング後の版離れ動作において基板の全範囲にわたって均一な版離れを行うことが難しい。
すなわち、パターン孔が高密度で存在するため版離れ時のタック力が大きい一方、マスクプレート自体は薄くて撓みやすいため、基板を下降させる版離れ動作時にはマスクプレートが下方に引っ張られ気味になりやすい。この結果、基板の外周部と中央部とで版離れのタイミングに差が生じ、均一な版離れ条件を適正に設定することが困難であった。本実施の形態に示すスクリーン印刷においては、このような難度が高い半田バンプ形成のためのスクリーン印刷を対象として、以下に示すような方法によって良好で均一な版離れ性の確保を実現している。
まず図３（ａ）に示すように、基板下受部６上の基板７をクランパ８によって挟み込んで保持させ、Ｚ軸テーブル５を駆動して基板下受部６を上昇させる。これにより基板７が上昇してマスクプレート１２の下面に当接する（マスク装着工程）。このとき、基板７の上面をマスクプレート１２の下面の正規高さ位置から、所定の突き上げ代ｈだけ高い位置まで上昇させ、基板７とマスクプレート１２との当接具合を突き上げ勝手に設定する。
次に図３（ｂ）に示すように、マスクプレート１２にスキージ１４を当接させ、マスクプレート１２上にクリーム状の半田９が供給された状態で、スキージ１４を水平移動させる。このスキージング動作により、図３（ｃ）に示すように、各パターン孔１２ａ内には半田９が充填される（充填工程）。
次いで版離れ動作が行われる。すなわち、Ｚ軸テーブル５を駆動して基板下受部６を下降させ、パターン孔１２ａ内に充填された半田９を基板７上に付着させたまま、基板７をマスクプレート１２の下面から離隔させる。このとき、図３（ｄ）に示すように、基板７とマスクプレート１２の離隔は基板７の外周部分から開始され、外周部の離隔が開始した状態においては、中央部はまだ密着状態にある。
この後、基板下受部６を更に下降させることにより、図３（ｅ）に示すように、基板７の全範囲においてマスクプレート１２が基板７の上面から離隔し、版離れが段階的に行われる（版離れ工程）。これにより、パターン孔１２ａを介して基板７の上面へ半田９を印刷するスクリーン印刷動作が完了する。
次に図４を参照して、上述のスクリーン印刷動作における版離れ動作の動作パターンについて説明する。図４（ａ）は、この版離れ動作におけるＺモータ１９によって駆動される基板下受部６の速度パターンを示している。ここでは、基板下受部６を下降させる際の
下降量を示す下降ストロークＳと下降速度Ｖ（版離れ速度）との関係によって、版離れ動作パターンを規定している。
この版離れ動作パターンに示すように、上述のスクリーン印刷方法における版離れ工程では、版離れ開始後から下降ストロークが後述する初期ストロークＳ１に到達するまで間は、下降速度を低速（例えば０．１ｍｍ／ｓ程度）の第１の下降速度Ｖ１（第１の版離れ速度）に設定し、基板下受部６をゆっくり下降させるようにしている。そして下降ストロークが初期ストロークＳ１に到達すると、一旦下降速度を零に戻した後再び下降速度を増速して第１の下降速度Ｖ１よりも高速（例えば５ｍｍ／ｓ程度）の第２の下降速度Ｖ２（第２の版離れ速度）で基板下受部６を下降させる。これにより基板下受部６は後期ストロークＳ２だけ下降して下降位置にて停止する。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、半田９はパターン孔１２ａ内に充填された状態から、図４（ｂ）に示すように、基板７の上面がマスクプレート１２の下面から初期ストロークＳ１だけ離隔するようになるまでの間、低速（第１の下降速度Ｖ１）で下降する。ここで、初期ストロークＳ１は、マスクプレート１２の厚みｔに応じて設定される。本実施の形態においては、厚みｔの１／２倍〜２倍の範囲（望ましくは１／２倍〜９／１０倍、さらに望ましくは２／３倍〜３／４倍の範囲）に設定される。
この初期ストロークＳ１の間は基板７の下降速度が０．１ｍｍ／ｓのオーダーの低速であることから、パターン孔１２ａ内の半田９のうち、パターン孔１２ａの側壁面に接触する位置にある半田９は、図４（ｃ）に示すように、基板７の下降開始後も側壁面に付着した状態のままパターン孔１２ａ内に残留する傾向が強い。そして基板７の上面に印刷されて基板７とともに下降する半田９とは、垂下状態で引き延ばされたクリーム半田９によって連結される。この傾向は半田９の性状に大きく左右されることなく、広い粘度範囲にわたって同様の傾向を示す。
図４（ｄ）は、後期ストロークＳ２における半田９の状態を示している。すなわち、図４（ｃ）のタイミングにおいて、下降速度は低速の第１の下降速度Ｖ１から第２の下降速度Ｖ２に急激に増速することから、図４（ｃ）においてパターン孔１２ａ内の側壁面に付着して一部が基板７上の半田９と連結状態にあった半田９は、増速時の衝撃的な引張り力により引きちぎられる。これにより、図４（ｂ）においてパターン孔１２ａ内に充填されていた半田９は、一部分をパターン孔１２ａの側壁面に残留させた状態で大部分が基板７とともに下降し、版離れが行われる。
すなわち、上述の版離れ動作パターンは、マスクプレート１２の下面に基板７が当接した状態から、基板７の上面がマスクプレート１２の下面からマスクプレート１２の厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間、第１の版離れ速度で基板下受部６を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部６を下降させるように、版離れ手段を制御する形態となっている。
これにより、印刷に用いられる半田９が経時変化によって粘度の変動が生じている場合においても、粘度状態によって版離れ性が大きく左右されることなく、いずれの場合においても許容範囲内の版離れ性を確保することができる。したがって、鉛フリー半田やアクリル系半田のように経時変化しやすい半田を使用した場合においても、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することができる。
なお、初期ストロークＳ１は、タクトタイムの面からはできるだけ小さく設定する方が有利であるが、前述のように連結状態の半田９を的確に引きちぎって印刷された半田９の型くずれを極力防止するためには、基板７がある程度以上マスクプレート１２の下面から
離れている方が望ましい。このため実際の初期ストロークＳ１の決定は、許容されるタクトタイムと必要とされる印刷品質とを比較衡量した上で行われる。
本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法は、良好な版離れ性と安定した印刷品質を確保することがことができるという効果を有し、経時変化しやすい半田を基板に印刷する用途に有用である。
本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置によるスクリーン印刷動作の動作説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷動作における版離れ動作の説明図
符号の説明
１ 基板位置決め部
６ 基板下受部
７ 基板
９ 半田
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージユニット
１４ スキージ
２５ 版離れパターン記憶部
Ｖ１ 第１の下降速度
Ｖ２ 第２の下降速度

Claims (2)

  1. 貫通孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷するスクリーン印刷装置であって、前記基板を下受けして保持する基板下受部と、前記基板下受部を昇降させることによりマスクプレートの下面から前記基板を離隔させる版離れ手段と、前記版離れ手段を制御する版離れ制御手段とを備え、
    前記版離れ制御手段は、前記マスクプレートの下面に基板が当接した状態から前記基板の上面がマスクプレートの下面からマスクプレートの厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間第１の版離れ速度で前記基板下受部を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部を下降させるように前記版離れ手段を制御することを特徴とするスクリーン印刷装置。
  2. 貫通孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記貫通孔を介して基板にクリーム状の半田を印刷するスクリーン印刷方法であって、前記マスクプレートの下面に前記基板を当接させるマスク装着工程と、装着された状態のマスクプレート上でスキージを移動させることにより前記貫通孔内に半田を充填させる充填工程と、前記マスクプレートの下面から基板を離隔させる版離れ工程とを含み、
    前記版離れ工程において、前記マスクプレートの下面に基板が当接した状態から前記基板の上面がマスクプレートの下面からマスクプレートの厚みの１／２倍〜２倍の間に設定される所定隙間だけ離隔するまでの間第１の版離れ速度で前記基板下受部を下降させ、次いで第１の版離れ速度よりも高速の第２の版離れ速度で基板下受部を下降させることを特徴とするスクリーン印刷方法。
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