JP2006289817A - 印刷装置および印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 オフコンタクト印刷を確実に行える印刷装置を提供する。
【解決手段】 本発明の印刷装置は、基板Wを両側から挟み込んで保持する一対のクランプ片31a,31bと、一対のクランプ片31a,31bにより保持した基板上方に位置されるステンシル51と、ステンシル上を摺動させることによりステンシル上のペーストSを拡張して基板Wに塗布するスキージ61と、を備える。クランプ片31a,31bの内側縁部に、基板保持状態において基板Wの側縁部に圧接するクランプエッジ32,32が設けられるとともに、そのクランプエッジ32,32の上端部に、内側に向けて突出するスペーサ片321,321が設けられる。クランプ片31a,31bにより保持した基板上にステンシル51が位置された状態においては、スペーサ片321が基板Wおよびステンシル51間に介在されることにより、その間に隙間Mが形成される。
【選択図】 図6

Description

この発明は、クリーム半田などのペーストを基板に対して印刷するようにした印刷装置および印刷方法に関する。
従来、印刷ステージにセットした基板上にスクリーン印刷用のステンシル(マスク)を配置し、ステンシル上に供給したクリーム半田などのペーストをスキージにより拡張させることにより、ステンシルに形成された開口部(パターン孔)を介して基板の所定位置にペーストを印刷(塗布)するようにしたスクリーン印刷装置は周知である。
このようなスクリーン印刷装置においては、ステンシルを基板に密着させてペーストを印刷するようにしたコンタクト印刷が主流であるが、特許文献1,2に示すように基板とステンシルとの間に隙間を形成した状態でペーストを印刷するようにしたオフコンタクト印刷も行われている。
特許第3137113号(図10) 特開2001−212935号(図1−3)
上記技術背景の下、近年になって、特に微細な印刷パターンを形成する場合、印刷直後における基板のステンシルからの版離れをスムーズに行えるように、オフコンタクト印刷が注目されている。従って、近年のスクリーン印刷技術においては、印刷時に基板とステンシルとの間に隙間を形成できて、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる技術の開発が望まれている。
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる印刷装置および印刷方法を提供することを目的とする。
本発明は下記の手段を提供する。
[1] 基板を両側から挟み込んで保持する一対のクランプ片と、
前記一対のクランプ片により保持した基板上方に位置されるステンシルと、
前記ステンシル上を摺動させることによりステンシル上のペーストを拡張して基板に塗布するスキージと、を備え、
前記クランプ片の内側縁部に、基板保持状態において基板の側縁部に圧接するクランプエッジが設けられるとともに、そのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられ、
前記クランプ片により保持した基板上に前記ステンシルが位置された状態においては、前記スペーサ片が基板およびステンシル間に介在されることにより、その間に隙間が形成されるようにしたことを特徴とする印刷装置。
[2] 前記スペーサ片は、厚みが0.5〜4mmに設定される前項1に記載の印刷装置。
[3] 前記クランプ片は、そのクランプエッジが着脱自在に構成される前項1または2に記載の印刷装置。
[4] 基板の側縁部上面が前記スペーサ片の下面に当接された状態で、基板が前記クランプ片により保持される前項1〜3のいずれか1項に記載の印刷装置。
[5] 前記クランプ片は、その上面に前記ステンシルを吸着する吸着手段が設けられる前項1〜4のいずれか1項に記載の印刷装置。
[6] 両側から一対のクランプ片により挟み込んで保持した基板上にステンシルを配置して、そのステンシル上に供給したペーストをスキージにより拡張させることにより、基板にペーストを印刷するようにした印刷方法であって、
前記クランプ片として、その内側縁部に基板保持状態において基板の側縁部に圧接するクランプエッジが設けられ、かつそのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられたものを準備しておき、
ペースト塗布時に、前記スペーサ片を基板およびステンシル間に介在させて、その間に隙間を形成するようにしたことを特徴とする印刷方法。
上記発明[1]にかかる印刷装置によると、クランプエッジの上部に形成したスペーサ片を、基板およびステンシル間に介在させるものであるため、基板およびステンシル間に隙間を形成でき、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる。
上記発明[2]にかかる印刷装置によると、上記の効果をより確実に得ることができる。
上記発明[3]にかかる印刷装置によると、クランプエッジを取り換えることができ、その取り換えによってオフコンタクト量の変更や調整などを行うことができる。
上記発明[4]にかかる印刷装置によると、スペーサ片を、基板クランプ時の位置決め手段として利用することができる。
上記発明[5]にかかる印刷装置によると、ステンシルを強固に保持できるため、スキージをステンシルに沿って摺動させる際に、張力などによってステンシルが基板に対し位置ずれするなどの不具合を確実に防止することができる。
上記発明[6]によると、上記と同様の作用効果を有する印刷方法を提供できる。
図1は本発明の一実施形態にかかるスクリーン印刷装置の側面図、図2はその装置の正目図、図3はその装置の平面図、図4はその装置における主要部(印刷ステージ10)の斜視図である。これらの図に示すように、このスクリーン印刷装置の基台2上には、印刷ステージ10が設けられ、この印刷ステージ10を挟んで両側にプリント基板Wを印刷ステージ10上に搬入および搬出するための上流側コンベア11および下流側コンベア12がX軸方向(搬送方向)に沿って配置されている。
また印刷装置は、プリント基板Wをクランプするためのクランプユニット3と、印刷ステージ10の上方に設けられるステンシル保持ユニット5およびスキージユニット6とを備え、後述するようにクランプユニット3によりクランプされた基板Wがステンシル保持ユニット5のステンシル51に重装され、その状態で、スキージユニット6のスキージ61によってスクリーン印刷が施されるようにしている。
図1および図2に示すように、基台2上には、水平面内においてX軸方向と直交するY軸方向に沿ってレール211が配設されるとともに、このレール211にY軸テーブル21がY軸方向にスライド自在に取り付けられる。さらにY軸テーブル21および基台2間にはボールねじ機構(図示省略)が設けられており、このボールねじ機構が駆動することによってY軸テーブル21が基台2に対しY軸方向に移動するよう構成されている。
Y軸テーブル21の上にはX軸方向に沿ってレール221が配設されるとともに、このレール221にX軸テーブル22がX軸方向にスライド自在に取り付けられる。さらにX軸テーブル22およびY軸テーブル21間にはボールねじ機構(図示省略)が設けられており、このボールねじ機構が駆動することによってX軸テーブル22がY軸テーブル21に対しX軸方向に移動するよう構成されている。
X軸テーブル22には回転ユニット231を介して鉛直線(Z軸方向)の軸線回りに回転自在にR軸テーブル23が設けられている。このR軸テーブル23は、図示しない回転駆動手段によってZ軸回りに回転駆動するよう構成されている。
R軸テーブル23には、スライド支柱241を介して上下方向(Z軸方向)にスライド自在に昇降テーブル24が設けられるとともに、ボールねじ機構243によって昇降テーブル24がR軸テーブル23に対しZ軸方向(上下方向)に移動するよう構成されている。
昇降テーブル24上にはX軸方向に沿って一対のメインコンベア20が設けられている。このメインコンベア20は、昇降テーブル24が降下した状態においては、上流側端部および下流側端部が上記上流側コンベア11の端部および下流側コンベア12の端部にそれぞれ対向して配置される。なおこの対向状態において、メインコンベア20と両側コンベア11,12との隙間は、コンベア間を基板Wが乗り継ぎ可能な間隔に設定されており、具体的には5mm程度と小さく設定されている。このため本実施形態において、メインコンベア20は、両側コンベア11,12との干渉を避けるために、降下状態においては、X軸およびR軸テーブル22,23の移動によるX軸およびR軸方向の移動が規制されるとともに、両側コンベア11,12に対する位置ずれを防止するために、Y軸およびR軸テーブル21,23の移動によるY軸およびR軸方向の移動が規制されている。つまり、メインコンベア20は、降下状態においては、X軸、Y軸およびR軸テーブル21〜23の移動による水平方向(X軸、Y軸およびR軸方向)の移動が規制されている。
図1〜4に示すように、昇降テーブル24に設けられるクランプユニット3は、一対のメインコンベア20の上方にX軸方向に沿って配置される一対の帯板状のクランプ片31a,31bを具備している。一方側クランプ片31aは、昇降テーブル24に固定されるとともに、他方側クランプ片31bは、Y軸方向にスライド自在に取り付けられ、一方側クランプ片31aに対し接離自在に構成されている。そして図示しないクランプ駆動手段によって、他方側クランプ片31bが一方側クランプ片31aに対し接離することによって、一対のクランプ片31a,31bが開閉して、基板Wを保持/解除できるよう構成されている。
図6に示すように、一対のクランプ片31a,31bの対向側(内側)の縁部に、つまり基板保持状態において基板Wの側縁部に圧接する部分に、クランプエッジ32,32が設けられている。このクランプエッジ32は、クランプ片31a,31bに対しねじなどの固着具33を介して着脱自在に取り付けられており、クランプ片31a,31bに対し、クランプエッジ32を取り換え可能に構成されている。これにより、クランプ片31a,31bには、複数種のクランプエッジ32の中から選択的に所望のクランプエッジ32を取り付けることができるよう構成されている。
クランプエッジ32は、その内側面における上端に、Y軸方向内側に突出するようにスペーサ片321が形成されるとともに、その内側面におけるスペーサ片321よりも下側の領域が、基板Wの両側端面に圧接する圧接面322として形成される。
このスペーサ片321は、厚みTが0.5〜4.0mmに設定され、好ましくは1mm以上、より好ましくは2〜3mmに設定される。さらにこのスペーサ片321の突出量pは、0.5〜2mmに設定される。
このスペーサ片321は、後述するように、基板Wとステンシル51との間に介在されて、両者間にオフコンタクト印刷用の隙間Mを形成するものであり、その隙間サイズ(オフコンタクト量)とスペーサ片321の厚さtとが対応している。従って本実施形態においては、このスペーサ片321の厚みtが、上記の規定範囲内に設定されることにより、基板Wおよびステンシル51間に所望のサイズの隙間Mを形成できる可能性が高くなる。換言すればスペーサ片321の厚みtが、上記の規定範囲を逸脱する場合には、基板Wおよびステンシル51間に所望のサイズの隙間Mを形成することが困難になる可能性が高くなる。
図3,4に示すように両クランプ片31a,31bの上面には、複数の吸引孔35が設けられている。各吸引孔35は、図示しない吸引手段によって負圧に設定されるよう構成されている。そして後述するようにクランプ片31a,31b上にステンシル51が重装された状態において、各吸引孔35が負圧に設定されることにより、ステンシル51がクランプ片31a,31bの上面に吸着保持されるよう構成されている。
図1〜4に示すように昇降テーブル24には、一対のメインコンベア20間に対応し、スライド支柱291を介して上下方向に昇降自在に載置テーブル29が設けられている。さらに載置テーブル29は、ボールねじ機構などの駆動手段(図示省略)によって、昇降テーブル24に対し上下方向に移動するよう構成されている。この載置テーブル29は、上昇することによってメインコンベア20上の基板Wが載置テーブル29上に移載されて上方へ移動されるとともに、下降することによって載置テーブル29上の基板Wがメインコンベア20側に移載されるよう構成されている。
なお図1〜4に示すように、両クランプ片31a,31bの外側には、一対の帯板状のステンシル支持板41a,41bからなるステンシル支持ユニット4が設けられている。ステンシル支持板41a,41bは、常時、クランプ片31a,31bの両側に配置されている。さらにこの配置状態においては、ステンシル支持板41a,41bの上面が、クランプ片31a,31bの上面と同一水平面内に配置されている。
また昇降テーブル24の四隅には、位置決め板支持用の支持部材としての支柱44が立設されている。そしてステンシル支持板41a,41bが支柱44に支持されることにより、後述するスキージ61によるペースト拡張時の印圧(荷重)を支持できるよう構成されている。
またステンシル支持板41a,41bには、複数の吸引孔45が設けられている。各吸引孔45は、吸引パイプ46を介して図示しない吸引手段によって負圧に設定されるよう構成されている。そして後述するようにステンシル支持板41a,41b上にステンシル51が重装された状態において、吸引孔45が負圧に設定されることにより、ステンシル51がステンシル支持板41a,41bの上面に吸着保持されるよう構成されている。
印刷ステージ10の上方に設けられるステンシル保持ユニット5は、半田塗布部分に開口部(パターン孔)を有するステンシル51を水平配置で張り渡した状態に保持できるよう構成されている。
ステンシル保持ユニット5の上側に設けられるスキージユニット6は、Y軸方向に沿って移動自在なスキージホルダー62を有し、このスキージホルダー62に一対のスキージ61,61がそれぞれ昇降自在に設けられている。そして一方のスキージ61を降下させた状態でY軸方向一方側に移動させることにより、ステンシル51上でクリーム半田SをY軸方向一方側に向けてローリング(混練)させつつ拡張できるとともに、他方のスキージ61を降下させた状態でY軸方向他方側に移動させることにより、ステンシル51上でクリーム半田SをY軸方向他方側に向けてローリングさせつつ拡張できるよう構成されている。
本実施形態のスクリーン印刷装置は、以下のような動作が行われる。なお初期状態としては、昇降テーブル24および載置テーブル29はそれぞれ降下状態にあり、メインコンベア20は、上流側コンベア11および下流側コンベア12に対応する位置に配置されている。さらにクランプユニット3のクランプ片31a,31bは開放状態にある。
この状態から、上流側コンベア11からプリント基板Wがメインコンベア20に搬入され、図7(a)に示すようにその基板Wがメインコンベア20によって所定位置まで搬送される。
その後、同図(b)に示すように載置テーブル29が上昇し、基板Wの上面がクランプ片31a,31bにおけるスペーサ片321の下面に当接し、上方向の位置決めが図られたところで、同図(c)に示すように、クランプ片31a,31bが閉じることにより、クランプエッジ32,32の圧接面322,322が基板Wの両側端面に圧接して、基板Wがクランプ31a,31bにより保持される。この保持状態においては、基板Wの上面が、スペーサ片321の厚さの分だけ、クランプ片31a,31bの上面よりも下側に配置される。すなわちスペーサ片321は、クランプ片31a,31bに対する基板WのZ軸方向の位置決めとして機能する。
なお本実施形態においては、降下状態の印刷ステージ10とステンシル保持ユニット5との間には図1に示すように、水平方向に移動自在なカメラ17と、Y軸方向に移動自在なクリーナー18が設けられている。そしてカメラ17によって、基板Wの位置や種類(品番)およびステンシル51の位置や種類などが識別されて、その識別情報に基づいて、後述するように個体差などに起因する位置の微調整(補正)などが行われるよう構成されている。さらにクリーナー18によって、所定枚数の基板Wを処理する毎などにステンシル51がクリーニングされるよう構成されている。
次に図8(a)に示すように昇降テーブル24が少量上昇して、メインコンベア20が両側コンベア11,12の上方に抜け出したところで、必要に応じて、Y軸テーブル21、X軸テーブル22およびR軸テーブル23が適宜、Y軸、X軸およびR軸方向に移動し、基板Wのステンシル51に対する水平方向の位置が微調整(補正)される。
こうして位置が補正されると、同図(b)に示すように昇降テーブル24が上昇し、ステンシル支持板41a,41bおよびクランプ片31a,31bの上面がステンシル保持ユニット5のステンシル51の下面に重ね合わされるように重装される。この状態においては、スペーサ片321が基板Wの両側縁部上面とステンシル51との間に介在されることにより、基板Wおよびステンシル51間にスペーサ片321の厚みtに相当する分だけ隙間Mが形成されている。
次に、クランプ片31a,31bの吸引孔35およびステンシル支持板41a,41bの吸引孔45が負圧に設定されて、クランプ片31a,31bおよびステンシル支持板41a,41bにステンシル51が吸着固定された後、スキージユニット6の一方側スキージ61が降下して、図8(c)に示すように一方側スキージ61がステンシル51を下方に押し付けた状態でステンシル51上に沿ってY軸方向に移動する。これにより、ステンシル51上に供給されたペーストとしてのクリーム半田Sが拡張されて、クリーム半田Sが、ステンシル51のパターン孔を介して基板Wの所定位置に印刷(塗布)される。なおこの印刷時において、スキージ通過中は、スキージ61の押圧力によって、ステンシル51が下方に押されて基板Wに密着して半田Sが塗布されるとともに、スキージ通過後は、スキージ61による押圧が解除されて、ステンシル51が自身の張力によって基板Wから離間する。従ってスキージ61の摺動移動が完了した時点で、基板Wのステンシル51からの版離れが完了する。
なお本実施形態において半田塗布を行う際には、スキージ61は、例えば一方側ステンシル支持板41aおよび一方側クランプ片31aに対応するステンシル51上の領域(一方側助走エリア)を助走した後、基板Wの上方に対応するステンシル51上の領域(印刷エリア)上を摺動させるようにしている。このため、基板Wにクリーム半田Sを塗布する前に、助走エリアにおいてクリーム半田Sは、ローリング(混練)されて粘度が低下する。これによりクリーム半田Sがステンシル51のパターン孔に確実に充填されて、基板Wに精度良く塗布される。
こうして、基板Wにクリーム半田Sが塗布された後、昇降テーブル24が少量降下した後、必要に応じて、Y軸テーブル21、X軸テーブル22およびR軸テーブル23が適宜、Y軸、X軸およびR軸方向に移動し、基板Wの水平位置が元の位置に戻される。
続いて昇降テーブル24が降下すると同時に、クランプ片31a,31bが開放されて基板Wへの保持が解除される。そして昇降テーブル24が初期の降下位置まで降下しつつ、載置テーブル29が降下して、載置テーブル29上から基板Wがメインコンベア20に移載される。
次に、メインコンベア20によって基板Wが下流側コンベア12に搬送されて、下流側コンベア12を介して次工程に送り出される。
このように基板Wが下流側コンベア12に搬出される一方、次の基板Wが上流側コンベア11によってメインコンベア20に搬送されて、上記と同様の印刷処理が行われる。こうして、基板Wが順次送り込まれて順次印刷処理される。
なお本実施形態においては、印刷処理される基板W毎に、一方側および他方側スキージ61,61を交互に用いるものである。すなわち一方側スキージ61をY軸方向一方側に向けて摺動させる一方向移動の印刷処理と、他方側スキージ61をY軸方向他方側に向けて摺動させる他方向移動の印刷処理とが、処理される基板W毎に交互に行われるものである。
以上のように本実施形態の印刷装置によれば、クランプエッジ32,32の上端部に形成したスペーサ片321,321を、基板Wの両側縁部上面とステンシル51との間に介在させるだけで簡単に、基板Wおよびステンシル51間に隙間Mを形成でき、オフコンタクト印刷を確実に行うことができる。
またクランプエッジ32にスペーサ片321を形成するだけのものであるため、構造の簡素化およびコストの削減を図ることができる。
さらに本実施形態においては、クランプエッジ32,32をクランプ片31a,31bに対し着脱自在に構成しているため、例えばスペーサ片321の厚み(オフコンタクト量)が異なる複数種類のクランプエッジ32,32を準備しておけば、クランプエッジ32,32を取り換えるだけで、オフコンタクト量の変更や調整を簡単に行うことができる。このため、基板Wのサイズや半田Sの種類、ステンシル51の種類(パターン孔の大きさ、形状、孔数等)に応じて、オフコンタクト量を的確に設定できて、印刷精度を格段に向上させることができる。その上さらに微細パターンを印刷する場合であっても、版離れをスムーズに行うことができ、印刷性能を向上させることができる。
またクランプ片31a,31bにより基板Wを保持する際に、基板Wの両側縁部上面をスペーサ片321,321の下面に当接させ、基板Wのクランプ片31a,31bに対する上下方向の位置決めを図るものである。このようにスペーサ片321を、基板Wの位置決め手段として兼用させるものであるため、位置決め手段を別途設ける必要がなく、より一層小型簡素化を図ることができる。
また本実施形態においては、クランプ片31a,31bおよびステンシル支持板41a,41bの上面に吸引孔35,45を設けて、クランプ片31a,31bおよびステンシル支持板41a,41bにステンシル51を吸着しているため、ステンシル51を強固に保持することができる。このためスキージ61をステンシル51に沿って摺動させる際に、スキージ61の押圧に伴う張力などによってステンシル51が基板Wに対し位置ずれするのを確実に防止でき、より一層印刷精度を向上させることができる。
なお上記実施形態においては、昇降テーブル24を上昇させてテーブルの基板上方にステンシル51を配置させる印刷装置を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明は、基板側を上昇させずにステンシルを降下させて、そのステンシルを基板上方に配置するようにしたステンシル昇降タイプの印刷装置にも適用することができる。
また上記実施形態では、載置手段としてテーブルタイプのもの(載置テーブル29)を用いるようにしているが、それだけに限られず、本発明は、載置手段として複数のピンからなるピンタイプのものを用いても良い。
また上記実施形態においては、クランプ片31a,31bおよびステンシル支持板41a,41bに設けた吸引孔35,45を負圧に設定して、ステンシル51をクランプ片31a,31bおよびステンシル支持板41a,41bに吸着させるようにしているが、本発明において、吸着手段はそれだけに限られず、例えば電磁石を用いて吸着する等、他の吸着手段を用いるよういしても良い。
この発明の一実施形態にかかる印刷装置の側面図である。 上記印刷装置を示す正面図である。 上記印刷装置を概略的に示す平面図である。 上記印刷装置における主要部を示す斜視図である。 上記印刷装置のクランプユニット周辺を示す側面図である。 上記印刷装置におけるクランプ片のクランプエッジ周辺を拡大して示す断面図である。 上記印刷装置の動作を説明するための側面図であって、同図(a)は基板搬入時の側面図、同図(b)は基板上昇時の側面図、同図(c)は基板クランプ時の側面図である。 上記印刷装置の動作を説明するための側面図であって、同図(a)は昇降テーブル上昇中の側面図、同図(b)は昇降テーブル上昇後の側面図、同図(c)は半田拡張時の側面図である。
符号の説明
31a,31b クランプ片
32 クランプエッジ
321 スペーサ片
35 吸引孔(吸着手段)
51 ステンシル
61 スキージ
M 隙間
S クリーム半田(ペースト)
W プリント基板

Claims (6)

  1. 基板を両側から挟み込んで保持する一対のクランプ片と、
    前記一対のクランプ片により保持した基板上方に位置されるステンシルと、
    前記ステンシル上を摺動させることによりステンシル上のペーストを拡張して基板に塗布するスキージと、を備え、
    前記クランプ片の内側縁部に、基板保持状態において基板の側縁部に圧接するクランプエッジが設けられるとともに、そのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられ、
    前記クランプ片により保持した基板上に前記ステンシルが位置された状態においては、前記スペーサ片が基板およびステンシル間に介在されることにより、その間に隙間が形成されるようにしたことを特徴とする印刷装置。
  2. 前記スペーサ片は、厚みが0.5〜4mmに設定される請求項1に記載の印刷装置。
  3. 前記クランプ片は、そのクランプエッジが着脱自在に構成される請求項1または2に記載の印刷装置。
  4. 基板の側縁部上面が前記スペーサ片の下面に当接された状態で、基板が前記クランプ片により保持される請求項1〜3のいずれか1項に記載の印刷装置。
  5. 前記クランプ片は、その上面に前記ステンシルを吸着する吸着手段が設けられる請求項1〜4のいずれか1項に記載の印刷装置。
  6. 両側から一対のクランプ片により挟み込んで保持した基板上にステンシルを配置して、そのステンシル上に供給したペーストをスキージにより拡張させることにより、基板にペーストを印刷するようにした印刷方法であって、
    前記クランプ片として、その内側縁部に基板保持状態において基板の側縁部に圧接するクランプエッジが設けられ、かつそのクランプエッジの上部に、内側に向けて突出するスペーサ片が設けられたものを準備しておき、
    ペースト塗布時に、前記スペーサ片を基板およびステンシル間に介在させて、その間に隙間を形成するようにしたことを特徴とする印刷方法。
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