JP2006247942A - クリーム半田印刷機 - Google Patents

Abstract

【課題】 メタルマスクの状態を定量的に測定して、メタルマスクの状態を常に自動的に把握することで、印刷不良の発生を根本から断ち切り、良好なクリーム半田印刷を実現すると共に、メタルマスクの再作製時期等のメンテナンスを適時行うことができる。
【解決手段】 メタルマスク２４を使用してクリーム半田をプリント基板２２に印刷するクリーム半田印刷機２１は、メタルマスク２４の面形状を測定するレーザー等により構成した測定手段３０を備えており、測定手段３０は、メタルマスク２４上をＸ−Ｙ方向に移動可能に構成したＸ−Ｙテーブル２５に装着して構成して、メタルマスク２４の開口部３２付近における測定部３０ａからの距離寸法を測定すると共に、メタルマスク２４における不図示のスキージが押し付けられない部分を基準面とし、測定部３０ａからこの基準面までの距離寸法を測定して、基準寸法に対する距離寸法の差異値で、メタルマスク２４の変形を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント基板の製造に当り、電子部品をプリント基板に半田付けするために、プリント基板に予めクリーム半田を印刷するためのクリーム半田印刷機に関する。

近来、携帯電話やノートパソコンなどの代表される電子機器製品においては、小型化、高機能化が進んでおり、これら製品に搭載されるプリント基板も年々小型化、高密度実装化が進んでいる。

これに伴い、プリント基板に実装される電子部品も、従来広く使用されていた挿入部品に代わり、表面実装部品が主流となっている。

表面実装部品の実装方法は、プリント基板に予めクリーム半田印刷機においてメタルマスク上に半田を載せてスキージにより当該半田を押し付けることによりクリーム半田を印刷しておき、前記クリーム半田上にマウンタを用いて電子部品を搭載し、その後、リフロー炉と呼ばれる高温の炉内にプリント基板を通して、クリーム半田を溶融し、電子部品を半田付けするというものである。

近年では、表面実装部品は、外形が０．５ｍｍ程度の極小部品や実装効率のよいボールグリッドアレイタイプの採用が増えてきており、これらの電子部品は半田付け後の外観試験及び試験結果に基づく修正作業が困難であるという課題を有している。

この結果、クリーム半田印刷機によって、不具合なく確実に電子部品の半田付けが可能なプリント基板への製造プロセスの確率が必要となり、そのために重要な項目として、プリント基板にクリーム半田を確実かつ安定して印刷することが求められることになる。

これに伴い、クリーム半田の印刷原版ともいえるメタルマスクは、プリント基板上に正常な形状、位置および量のクリーム半田部が形成されるように、常に良好な状態に管理することが重要であり、印刷時のメタルマスクの裏面側への半田にじみ等の表面の汚れや開口部の目詰まりは、クリーム半田印刷不良の原因となってしまう。

このために、従来、クリーム半田印刷機において、メタルマスクの表面及び開口部の汚れや目詰まりをカメラ等の撮像装置で撮影して、この撮像画像をもとに自動検査を行い、自動的にメタルマスクの洗浄を行う技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平9-201953号公報(段落0012〜0057、図１等)。

上記従来のクリーム半田印刷機１によれば、図３に示すように、プリント基板２をクリーム半田印刷機１内に搬送し、基板保持テーブル３にて保持する。

その後、プリント基板２とメタルマスク４との位置決めを行うために、Ｘ−Ｙテーブル５にカメラ６を装着しており、Ｘ−Ｙテーブル５を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動調整しながら、カメラ６によりメタルマスク４に施された位置決め用基準マーク７とプリント基板２に施された位置決め用基準マーク８とを撮像し、両位置決め用基準マーク７，８の画像を基に、不図示の制御手段がプリント基板２及びメタルマスク４の位置を調節して所定の位置に位置決めする。

プリント基板２とメタルマスク４との位置決め完了後に、基板保持テーブル３が矢印Ｚ方向に上昇して、プリント基板２をメタルマスク４の下面に押し付ける（図４に示す状態）。

次に、図４に示すように、プリント基板２をメタルマスク４の上にクリーム半田９を載せ、スキージ１０が、メタルマスク４をプリント基板２に押し付けることによって、メタルマスク４とプリント基板２との間に介在したパッド１１を密着させながら、メタルマスク４上を移動し、クリーム半田９をメタルマスク４に設けたメタルマスク開口部１２内に埋設する。

その後、メタルマスク４とプリント基板２とを引き離すと、パッド１１上にクリーム半田９が転写印刷されることになる。

ところで、上記のクリーム半田印刷作業においては、繰り返しの印刷作業により、メタルマスク４の裏面側にクリーム半田９が滲み、その滲みによってプリント基板２の表面側にクリーム半田９が残存して汚していく。

このような半田滲みや半田汚れによる印刷不良のプリント基板２を製作しないために、上記従来のクリーム半田印刷機１には、不図示の洗浄装置を備えている。

この洗浄装置は、所定回数印刷する毎にメタルマスク４をクリーニングし、クリーニング後に撮像手段によりメタルマスク４に残存しているクリーム半田９の画像データを取り込み、画像データを処理してメタルマスク４に残存しているクリーム半田９の状態を示すデータを求め、該データを判定基準と比較して適・不適を判定し、適の場合にはクリーム半田印刷を続けて行い、不適の場合には再度クリーニングを行うというものである。

しかしながら、メタルマスク４の半田滲みや半田汚れの発生原因は、クリーニング不足ばかりでなく、メタルマスク４自身の劣化や破損による変形の場合もある。

これについて、図５を用いて説明すると、狭ピッチのリード部品等では隣接するメタルマスク４のメタルマスク開口部１２同士の間隙が狭いため、例えば図５においてメタルマスク開口部１２間におけるメタルマスク残存部４ａの幅Ｗが０．２ｍｍ程度まで細くなる場合があり、このようなメタルマスク残存部４ａにおいては強度的に弱く、ステージ１０で繰り返しなぞることにより徐々に変形していく。

また、一般的にメタルマスク４は、その厚みが０．１５ｍｍ程度と非常に薄いことから、取扱い上の不注意でも簡単に変形してしまうことがある。

このように一旦メタルマスク４が変形し、図６に示すように、メタルマスク４の変形部位４ｂが生じてしまうと、変形部位４ｂにおいて、印刷時にパッド１１とメタルマスク４が密着せずに、隙間１３が明いてしまい、隙間１３から隣接するパッド１１間への半田滲み１４が発生してしまう。

このように隣接するパッド１１間に半田滲み１４の発生は、図７に示すように、プリント基板２上にブリッジ不良部１５の発生の大きな要因となる。

そして、上記した従来のクリーム半田印刷機１のように、プリント基板２へのクリーム半田９の印刷後にメタルマスク５を自動的にクリーニングしていたのでは、ブリッジ不良部１５の発生そのものを防止することはできず、印刷後のプリント基板２は全て不良品となってしまう。

また、印刷の度にメタルマスク４のクリーニングを行っていたのでは、メタルマスク４の清掃時間によるロスや清掃用拭き取り紙の無駄等が生じてしまう。

更には、メタルマスク４の変形が進むと、変形箇所にクリーム半田９が残存して溜まってしまい、いくらクリーニングを行っても充分に清掃できなくなってしまうこと起こることになるが、従来のクリーム半田印刷機１においては予めこの再作製時期を事前に把握することができず、再作製までの期間はプリント基板１の印刷作業が停止してしまうことになる。

このような事態を防ぐために、作業者の視覚によってメタルマスク４を常時検査して変形があるか否かをチェックすることも考えられるが、メタルマスク４の変形は視覚することができるものばかりでなく、視覚上判別できないような僅かな変形であっても半田滲みが発生してしまうことから、視覚によるメタルマスク４の変形を発見管理するのはほぼ不可能である。

そこで、本発明は、かかる点に鑑み、メタルマスクの状態を定量的に測定して、メタルマスクの状態を常に自動的に把握することで、印刷不良の発生を根本から断ち切り、良好なクリーム半田印刷を実現すると共に、メタルマスクの再作製時期等のメンテナンスを適時行うことができるクリーム半田印刷機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明に係るクリーム半田印刷機は、メタルマスクを使用してクリーム半田をプリント基板に印刷するクリーム半田印刷機であって、該クリーム半田印刷機が、前記メタルマスクの面形状を測定するレーザー等により構成した測定手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、クリーム半田印刷機内において、測定手段によりメタルマスクの面形状を数量的に把握して、メタルマスクの僅かな変形も見逃さず把握できることになり、メタルマスクの変形による半田滲みや半田汚れをクリーム半田印刷前に未然に防止して不良のプリント基板の作製を防止でき、しかも、メタルマスクの再作製時期の管理も行うことができ、これにしたがって新規のメタルマスクを事前に作製することによって、メタルマスクの新規作製までの期間プリント印刷作業を中断させることがない。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１の発明における測定手段が、メタルマスク上をＸ−Ｙ方向に移動可能に構成したＸ−Ｙテーブルに装着したことを特徴とするものである。

本発明によれば、Ｘ−Ｙテーブルは元々メタルマスクとプリント基板との位置決めを行うために使用するものとしてクリーム半田印刷機には装備されているものであることから、測定手段を設置するために新たな装着手段を備えなくても、測定手段を装着することができる。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の測定手段が、その測定部から前記メタルマスクの面までの距離寸法を測定して、該距離寸法を前記メタルマスクの基準面の基準寸法と比較して、前記距離寸法と基準寸法との差異値によって、前記メタルマスクの面形状の劣化或いは破損の状態を測定するようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、測定手段の測定値を定量的に把握することができ、メタルマスクのほんの僅かな変化も見逃さず把握することができ、メタルマスクの変形を確実に発見してプリント基板の不良品の発生を未然に防ぐことができ、しかも、メタルマスクの新規作成管理も確実に行えることになる。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の距離寸法が前記メタルマスクに形成された開口部周辺部位の面形状を測定するように構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、測定手段が測定する部位をメタルマスクの開口部周辺部位の面形状に限定することにより、測定時間を短縮することができ、印刷作業の効率化を図ることができる。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の開口部がプリント基板に実装する狭ピッチのリード部品、極小チップ或いはボールグリッドアレイ等のプリント基板への半田付け後に修正が困難な部品を装着するための部位に相当する開口部であることを特徴とするものである。

本発明によれば、開口部周辺部位として狭ピッチのリード部品等を装着する部位に相当する互いに隣接する開口部間の部位に限定することにより、メタルマスクの変形が出やすい部位を集中的に測定して、メタルマスクの変形を効率よくしかも確実に把握することができると共に測定時間を短縮することができ、印刷作業の効率化を図ることができる。

上記のように構成する本発明において、クリーム半田印刷機内において、測定手段によりメタルマスクの面形状を数量的に把握して、メタルマスクの僅かな変形も見逃さず把握できることになり、メタルマスクの変形による半田滲みや半田汚れをクリーム半田印刷前に未然に防止して不良のプリント基板の作製を防止でき、しかも、メタルマスクの再作製時期の管理も行うことができ、これにしたがって新規のメタルマスクを事前に作製することによって、メタルマスクの新規作製までの期間プリント印刷作業を中断させることがない。

次に、図１を用いて、本発明を実施するための最良の実施の形態の一について説明する。

図１は本発明にかかるクリーム半田印刷機を描画した構成概略図である。

図１によれば、クリーム半田印刷機２１は、不図示のストック場所より搬送されたプリント基板２２を保持し、メタルマスク２４に対して上下方向(ズ中、Ｚ方向)に昇降可能に構成した基板保持テーブル２３と、プリント基板２２とメタルマスク２４との位置決めを行うＸ−Ｙテーブル２５とを有して構成している。

Ｘ−Ｙテーブル２５には、従来と同様に、カメラ２６が装着されていると共に、メタルマスク２４の裏面側（図中では下面側）測定するレーザー等により構成した測定手段３０が装着されている。

プリント基板２２にクリーム半田を印刷するに当って、基板保持テーブル２３上に保持されたプリント基板２２とメタルマスク２４との位置決めを行うために、Ｘ−Ｙテーブル２５を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動調整しながら、Ｘ−Ｙテーブル２５に装着されたカメラ２６によりメタルマスク２４に施された位置決め用基準マーク２７とプリント基板２に施された位置決め用基準マーク２８とを撮像し、両位置決め用基準マーク２７，２８の画像を基に、不図示の制御手段がプリント基板２２及びメタルマスク２４の位置を調節して所定の位置に位置決めする。

また、これとは別に、Ｘ−Ｙテーブル２５に装着された測定手段３０は、その測定部３０ａがメタルマスク２４の裏面側を移動することによって、メタルマスク２４の面形状を測定する。

この面形状の測定は、メタルマスク２４の全面を行うこともあるが、測定作業の効率を考慮して、例えば図２に示すように、メタルマスク２４の互いに隣り合う開口部３２，３２との間における周辺部例えばメタルマスク残存部２４ａを含むａ―ａ′方向及びこれと交叉するような、メタルマスク２４の開口部３２範囲外におけるｂ−ｂ′方向に部分的又は連続的に測定することによって行われる。

また、面形状の測定は、このように測定した測定部３０ａからメタル残存部２４ａ付近の距離寸法を測定することによって行われる。

そして、同じように、測定手段３０は、測定部３０ａによって、例えば、メタルマスク２４における不図示のスキージが押し付けられない部分を選択して、ここを基準面とし、測定部３０ａからこの基準面までの距離寸法を測定して、基準寸法を把握しておく。

なお、基準面は、スキージが押付けられる部分であっても、測定を複数面で行うことにより、基準寸法として選択可能である。

次に、上記測定部３０ａからメタル残存部２４ａ付近の距離寸法と基準寸法とを比較して、基準寸法に対する距離寸法の差異値を求める。

この差異値によって、メタルマスク２４の変形を検知して、差異値が予め設定した閾値に到達した場合には、メタルマスク２４の交換時期として把握して、新規のメタルマスク２４と交換して、プリント基板２２の不良品作製を事前に防止することになる。

そして、メタルマスク２４の表面寸法を測定する場合、メタルマスク２４の開口部３２に付近特にプリント基板に実装する狭ピッチのリード部品、極小チップ或いはボールグリッドアレイ等のプリント基板への半田付け後に修正が困難な部品を装着するための部位に相当する開口部３２の周辺部位に限定して測定することによって、測定時間の短縮を図り生産効率を高めることができ、しかも、測定によって得られた距離寸法の時間的変化を把握することによって、任意に設定した閾値に達した場合には警告を発するように構成して、メタルマスク２４が劣化又は破損を起していることを作業者若しくは管理者が把握することができる。

また、測定した距離寸法は、メタルマスク２４の耐久性を把握するためのデータとして使用することもでき、例えば、あるメタルマスク２４の開口部３２付近の距離寸法に対して、印刷作業を何回行うと、メタルマスク２４がどの程度変形するというような情報を得ることもできる。

これにより、メタルマスク２４の劣化の進行具合や寿命予測を行うことができ、このために、印刷不良が発生する前に事前にメタルマスク２４の再作製等の対策を取ることが可能となり、また、上記距離寸法情報をメタルマスク２４の設計情報としてフィードバックすることで、耐久性等を考慮したメタルマスクの改良設計にも役立てることができる。

更に、上記のようにメタルマスク２４の状態を管理し、確実なクリーム半田印刷を保証できれば、クリーム半田印刷の後工程で行われるクリーム半田印刷状態の検査を不必要となる。

一般に、この後工程におけるクリーム半田印刷状態の検査は検査機による自動検査となって、設備が大型で高価であり検査プログラムを必要とするため、設備スペース及び設備コストの観点から、容易に導入することができる設備ではなく、段取り作業や検査プログラムの追加等も必要となる。

このために、応々にして目視検査をしてしまうが、この目視検査の場合、クリーム半田作業ラインにおいて、検査要員が常時必要となり、また目視検査を行うとしても、近年の実装の高密度化等により目視検査を非常に困難なものにしているのが現状である。

このような課題を、本発明による上記実施の形態においては、測定手段３０によりメタルマスク２４の面形状を数量的に把握することによって悉く解決することができるのである。

以上説明したように、本発明は、クリーム半田印刷機内において、測定手段によりメタルマスクの面形状を数量的に把握して、メタルマスクの僅かな変形も見逃さず把握できることになり、メタルマスクの変形による半田滲みや半田汚れをクリーム半田印刷前に未然に防止して不良のプリント基板の作製を防止でき、しかも、メタルマスクの再作製時期の管理も行うことができ、これにしたがって新規のメタルマスクを事前に作製することによって、メタルマスクの新規作製までの期間プリント印刷作業を中断させることがないために、プリント基板の製造に当り電子部品をプリント基板に半田付けするために、プリント基板に予めクリーム半田を印刷するためのクリーム半田印刷機等に好適である。

本発明にかかるクリーム半田印刷機を描画した構成概略図である。 図１に示すクリーム半田印刷機に装着した測定手段が測定するプリント基板の部位を説明する説明図である。 従来の技術におけるクリーム半田印刷機を描画した構成概略図である。 図３におけるクリーム半田をプリント基板に印刷する状態の説明図である。 同じく、クリーム半田をプリント基板に印刷した状態の説明図である。 同じく、メタルマスクが変形した場合の状態の説明図である。 図６に示す変形したメタルマスクを使用してクリーム半田を印刷した状態の説明図である。

符号の説明

２１ クリーム半田印刷機
２２ プリント基板
２４ メタルマスク
２５ Ｘ−Ｙテーブル
３０ 測定手段
３０ａ 測定部
３２ 開口部

Claims (5)

1. メタルマスクを使用してクリーム半田をプリント基板に印刷するクリーム半田印刷機において、該クリーム半田印刷機は、前記メタルマスクの面形状を測定するレーザー等により構成した測定手段を備えたことを特徴とするクリーム半田印刷機。
2. 前記測定手段は、前記メタルマスク上をＸ−Ｙ方向に移動可能に構成したＸ−Ｙテーブルに装着したことを特徴とするクリーム半田印刷機。
3. 前記測定手段は、その測定部から前記メタルマスクの面までの距離寸法を測定して、該距離寸法を前記メタルマスクの基準面の基準寸法と比較して、前記距離寸法と基準寸法との差異値によって、前記メタルマスクの面形状の劣化或いは破損の状態を測定するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーム半田印刷機。
4. 前記距離寸法は、前記メタルマスクに形成された開口部周辺部位の面形状を測定するように構成したことを特徴とする請求項３記載のクリーム半田印刷機。
5. 前記開口部は、プリント基板に実装する狭ピッチのリード部品、極小チップ或いはボールグリッドアレイ等の前記プリント基板への半田付け後に修正が困難な部品を装着するための部位における開口部であることを特徴とする請求項４記載のクリーム半田印刷機。

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