JP2009034863A

JP2009034863A - 印刷装置

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Publication number: JP2009034863A
Application number: JP2007199788A
Authority: JP
Inventors: Takabumi Ogura; 高文小椋; Yoji Oro; 洋司大呂
Original assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】簡易な構成で低印圧印刷を精度よく行うことができる印刷装置を提供する。
【解決手段】気圧調整装置６３０、６３５から所定圧力の気体が供給されたエアーシリンダー６２０に連結されたスキージ部材８を、基板１上に載置された印刷マスク２に所定の当接力で当接させ、スキージ部材８と印刷マスク２とを相対移動させることで印刷マスク２に形成された開口部２０１にクリーム半田３を充填し、印刷マスク２と該基板１とを離間させることにより、基板１上に所定の印刷パターンのクリーム半田３を印刷する。上記エアーシリンダー６２０の動作可能圧力の下限値及び気圧調整装置６３０、６３５の調整可能圧力の下限値はそれぞれ０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲である。
【選択図】図６

Description

本発明は、印刷マスク及びスキージ部材を用いて印刷対象物上に所定の印刷パターンの印刷物質を印刷する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クリーム半田等の印刷物質をスキージングして基板等の印刷対象物上に載置された印刷マスクの開口部に印刷物質を充填した後、印刷マスクを印刷対象物上から取り除くことで、印刷対象物上に印刷物質が印刷される。このような印刷装置では、印刷マスクに対するスキージ部材の当接力（以下、適宜「印圧」という。）が高きすぎると、印刷マスクの印刷対象物側の開口部周縁部に印刷物質が滲み出て、印刷品質が低下することが知られている。

特許文献１には、上記印圧を制御するための荷重コントロールが可能な印刷装置が開示されている。この印刷装置は、スクリーンマスク（印刷マスク）に接地するスキージ部材に引き上げ力を付与する引張ばねおよび荷重を付与する圧縮ばねと、この引張ばねおよび圧縮ばねの長さを変えることにより引張ばねおよび圧縮ばねの合力で決定されるスキージ部材の荷重の大きさを調整する荷重コントロール手段とを備え、かつ、スキージ部材、引張ばね、圧縮ばね、荷重コントロール手段を一体的に組み付けて昇降ユニットとし、この昇降ユニットを昇降させることによりスキージ部材のスクリーンマスクに対する昇降をコントロールする高さコントロール手段が設けられている。
また、スキージ部材の荷重を粗く調整する主調整用エアーシリンダーとスキージ部材の荷重を粗く調整する微調整用エアーシリンダーとを備え、主調整用エアーシリンダーにより発生する力と微調整用エアーシリンダーにより発生する力との合力をスキージ部材に伝達するように構成した印刷装置も知られている。

特開平１１−１０８３１号公報

近年、印刷物であるクリーム半田を印刷する基板等の印刷対象物であるワークの小型化に伴い、その印刷に用いる印刷マスクの開口部の開口径が小さくなってきている。このように開口径が小さい開口部を従来の厚めのプラスチックシートに形成した印刷マスクを用いると、各開口部を通してワーク上に印刷されるクリーム半田の量がばらついて安定した印刷を行うことが難しい。そのため、従来よりも薄いプラスチックシートに開口径が小さい小サイズの開口部を形成した印刷マスクが用いられるようになってきている。

しかしながら、上記小サイズの開口部が形成された厚さが薄い印刷マスクを用い、スキージ部材を通常の印圧で印刷マスクに当接しながら印刷マスク上を移動させて印刷しようとすると、印刷箇所の位置ずれが発生しやすくなるという不具合がある。また、スキージ部材の先端の角が開口部の内部に食い込むことにより、印刷対象物（基板）上に印刷される印刷物質（クリーム半田）の上端部の形状がくずれ、所定形状の印刷物質を印刷することが難しいという不具合もあった。従って、上記小サイズの開口部が形成された厚さが薄い印刷マスクを用いる場合は、その印刷マスクに対してスキージ部材を低い当接力（印圧）で精度よく当接させる必要が生じてきている。
かかる低印圧の印刷を行うために上記特許文献１に開示されている印刷装置を採用することが考えられる。しかしながら、この印刷装置では、引っ張り力および圧縮力が不安定でばらつきが生じやすい引張ばねおよび圧縮ばねの長さを変えることによりスキージ部材の荷重の大きさを調整しているため、スキージ部材の荷重及びそれによって生じる印圧の精度が悪いという問題点がある。
また、上記従来の主調整用エアーシリンダー及び微調整用エアーシリンダーによりそれぞれ発生する力の合力をスキージ部材に加えるように荷重コントロール機構を構成した場合は、荷重コントロール機構の構成が複雑になってしまうという問題点がある。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で低印圧印刷を精度よく行うことができる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、気圧調整装置から所定圧力の気体が供給されたエアーシリンダーに連結されたスキージ部材を、印刷対象物上に載置された印刷マスクに所定の当接力で当接させ、該スキージ部材と該印刷マスクとを相対移動させることで該印刷マスクに形成された開口部に印刷物質を充填し、該印刷マスクと該印刷対象物体とを離間させることにより、該印刷対象物上に所定の印刷パターンの印刷物質を印刷する印刷装置であって、上記エアーシリンダーの動作可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であり、上記気圧調整装置の調整可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の印刷装置において、上記エアーシリンダーは、上記スキージ部材側に向かう下向きの力及び該スキージ部材とは反対側の上向きの力を互いに独立に該スキージ部材に付与可能に構成されていることを特徴とするものである。
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、上記エアーシリンダーは、上記スキージ部材の上記相対移動の方向と交差する長手方向における両端部が上下方向に揺動可能に連結されていることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの印刷装置において、上記スキージ部材の上記相対移動の方向と交差する長手方向における複数箇所に互いに異なる複数のエアーシリンダーが連結されていることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の印刷装置において、上記複数のスキージ部材は、上記スキージ部材の長手方向の中央部に連結された主エアーシリンダー及び該スキージ部材の両端部に連結された複数の副エアーシリンダーで構成され、上記主エアーシリンダーの本体部分を支持する主シリンダー支持部材と、上記複数の副エアーシリンダーの本体部分を支持するように上記スキージ部材の長手方向に沿って延在するとともに低摺動スライド部材を介して上記主シリンダー支持部材に連結された副シリンダー支持部材と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの印刷装置において、上記スキージ部材による印刷の印刷条件を検知する印刷条件検知手段と、該印刷条件検知手段の検知結果に基づいて上記エアーシリンダーに供給する気体の圧力を変更するように上記気圧調整装置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の印刷装置において、上記印刷条件検知手段で検知する印刷条件は、上記印刷マスク上に存在している印刷物質の量又は上記印刷マスクに対する上記スキージ部材の当接力上記印刷マスク上に存在している印刷物質の量又は上記印刷マスクに対する上記スキージ部材の当接力であることを特徴とするものである。

請求項１に係る印刷装置では、動作可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であるエアーシリンダーに、調整可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲である気圧調整装置から、微調整された圧力の気体が供給される。このように微調整された圧力の気体が供給された上記所定のエアーシリンダーによりスキージ部材に加える力を微調整し、スキージ部材を１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）で印刷マスクに当接させることができる。しかも、スキージ部材に加える微調整された力は、単一のエアーシリンダーで発生させることができるため、従来のばねを用いる場合に比してスキージ部材に加える力の精度がより高まるとともに、従来の複数のエアーシリンダーを組み合わせる場合に比較してより簡易な構成になる。

また、請求項２に係る印刷装置では、スキージ部材の重量のみによって発生する印刷マスクに対するスキージ部材の当接力が目標の当接力よりも低い場合は、エアーシリンダーによってスキージ部材側に向かう下向きの力を発生させることにより、スキージ部材の当接力を高めることができる。一方、スキージ部材の重量のみによって発生する印刷マスクに対するスキージ部材の当接力が目標の当接力よりも高い場合は、エアーシリンダーによってスキージ部材とは反対側に向かう上向きの力を発生させることにより、スキージ部材の当接力を低めることができる。このようにスキージ部材の重量にかかわらずスキージ部材を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

また、請求項３に係る印刷装置では、スキージ部材の長手方向について印刷マスクが傾いている場合にスキージ部材の長手方向の両端部が上下方向に揺動することにより、スキージ部材の各部が均一な当接力で印刷マスクに当接するようにスキージ部材の傾きが自己調整されるため、スキージ部材の長手方向における当接力のばらつきを小さくすることができる。

また、請求項４に係る印刷装置では、スキージ部材による印刷に使用される印刷マスク上の印刷物質の量及び粘度やスキージ部材の撓み量等がスキージ部材の長手方向でばらついている場合に、スキージ部材の長手方向における複数箇所それぞれに設けられた複数のエアーシリンダーによりスキージ部材の各部に加える力を互いに独立に微調整できる。従って、上記印刷マスク上の印刷物質の量及び粘度やスキージ部材の撓み量等のばらつきにかかわらず、スキージ部材の長手方向の各部を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

また、請求項５に係る印刷装置では、主エアーシリンダーによりスキージ部材の長手方向の中央部に加える力を微調整するとともに、複数のエアーシリンダーによりスキージ部材の長手方向の両端部それぞれに加える力を微調整することができる。このようにスキージ部材の中央部及び両端部それぞれに加える力を互いに独立に微調整することができるので、スキージ部材の長手方向の中央部及び両端部における印刷マスク上の印刷物質の量及び粘度やスキージ部材の撓み量等のばらつきにかかわらず、スキージ部材の長手方向の各部を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

また、請求項６に係る印刷装置では、スキージ部材による印刷の印刷条件の検知結果に基づいてエアーシリンダーに供給する気体の圧力を変更するように気圧調整装置が制御されるので、印刷ごとに又は印刷中に印刷条件が変化する場合でもスキージ部材を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

また、請求項７に係る印刷装置では、印刷マスク上に存在している印刷物質の量又は印刷マスクに当接しているスキージ部材の撓みの検知結果に基づいてエアーシリンダーに供給する気体の圧力を変更するように気圧調整装置が制御されるので、上記印刷物質の量や上記スキージ部材の撓みが印刷ごとに又は印刷中に変化する場合でもスキージ部材を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

本発明によれば、調整可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲である気圧調整装置によって微調整された所定圧力の気体を、動作可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であるエアーシリンダーに供給することにより、１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）でスキージ部材を印刷マスクに当接させるように、スキージ部材に加える微調整された力を発生させることができる。このように単一のエアーシリンダーにより上記所定の微調整された力を発生させることができるので、従来のばねを用いてスキージ部材を当接させる場合に比してスキージ部材に加える力の精度がより高まるとともに、従来の複数のエアーシリンダーを組み合わせてスキージ部材を当接させる場合に比較してより簡易な構成になる。従って、スキージ部材を印刷マスクに当接させる機構として単一のエアーシリンダーを用いる簡易な構成を採用した場合でも低印圧印刷を精度よく行うことができるという効果がある。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る印刷装置を用いる印刷工程を含む基板製造方法全体の一例を示す工程図である。また、図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の基板製造方法で製造する電子回路基板１の断面構造の一例を示す説明図及び平面図である。
基板１は、図２（ａ）に示すように第１の電子部品としての表面実装用の樹脂外装部品（以下、「樹脂外装チップ」という。）１ｂと、第２の電子部品としての表面実装用のベアチップ部品（以下、単に「ベアチップ」という。）１ｃとが実装された電子回路基板である。樹脂外装チップ１ｂは、樹脂で封止された半導体ＩＣ、抵抗、コンデンサー等の部品であり、ベアチップ１ｃは、樹脂で封止する前の裸の半導体ＩＣチップである。基板１とベアチップ１ｃとの間には、ベアチップ１ｃが基板１上に安定して固定されるように樹脂５５が充填されている。一方、基板１と樹脂外装チップ１ｂとの間には樹脂が充填されていない。

また、上記基板１は、図２（ｂ）に示すように所定の機能を有する同じ形状及び回路の仕様を有する個別基板１ａを多数（例えば数１０個〜数１００個）並べて一括形成された基板である。この基板１は、上記樹脂外装チップ１ｂやベアチップ１ｃが実装され所定の機能検査が行われた後、各個別基板１ａに分離される。これらの分離された個別基板１ａの一つ一つが所定の機能を有する回路モジュール部品として用いられる。

図１に示す基板製造方法においては、まず、樹脂外装チップ１ｂやベアチップ１ｃが実装される前の基板１に、導電性の印刷物質（印刷剤）としてのクリーム半田３を印刷する半田印刷工程（Ｐ１）を実行される。この半田印刷工程の後、同一の１台の部品装着装置により、上記樹脂外装チップ１ｂを基板１の所定位置に装着する第１のマウント工程（Ｐ２）と、上記ベアチップ１ｃを基板１の所定箇所に装着する第２のマウント工程（Ｐ３）とが実行される。なお、第１のマウント工程と第２のマウント工程の順序は逆でもよい。
次に、上記樹脂外装チップ１ｂ及びベアチップ１ｃのマウント工程の後、リフロー工程（Ｐ４）を実行する。このように２つのマウント工程（Ｐ２，Ｐ３）を実行した後に、リフロー工程を実行することにより、基板１上の電子部品に対する加熱回数を低減することができる。
次に、上記リフロー工程の後、基板１とベアチップ１ｃとの隙間に、その隙間を埋める充填剤としての樹脂５５を充填する、アンダーフィル処理工程（Ｐ５）を実行する。
以上により、アンダーフィル処理を施さない外装チップ１ｂとアンダーフィル処理を施すベアチップ１ｃとを、同一の基板１上に混在実装することができる。

以上、本実施形態の基板製造方法によれば、基板１上に実装した電子部品に対する加熱回数を低減することができるので、これら電子部品に与えるヒートショック回数を低減することができる。また、従来では個別に実施されていた樹脂外装部品１ｂのリフロー工程とベアチップ１ｃのリフロー工程とを同時に実施するので、処理工程数を低減して作業性を向上させることができる。

上記基板製造方法を実現することができる基板製造システムは、例えば、基板１の所定の電極上にクリーム半田３を印刷する印刷装置と、基板１の所定位置に部品を位置決めして装着する部品装着装置としてのマウント装置と、ベアチップ１ｃ及び樹脂外装チップ１ｂが装着された基板１を加熱するリフロー装置と、ベアチップ１ｃと基板１との隙間に樹脂５５を充填するアンダーフィル装置とを用いて構成することができる。

図３は、上記印刷方法（半田印刷工程）に用いることができる印刷装置の一例を示す概略構成図である。この印刷装置は、シート状のプラスチック材からなる孔版マスクである印刷マスク２を用いて、導電性の印刷物質（印刷剤）としてのクリーム半田３を基板１に印刷するものである。印刷マスク２は、所定の印刷パターンに応じて形成された厚さ方向に貫通した複数の開口部２０１を備え、所定のテンションでマスク取付部材としての四角形のマスク取付枠２０に、紗膜を使用せずに直接貼り合わせられている。このマスク取付枠２０に取り付けられた印刷マスク２は、マスク支持手段としてのマスク枠保持部材４０で支持されている。

上記基板１は、電極が形成されている電極形成面（被印刷面）が上面になるようにステージ５上に保持されている。このステージ５の下面には、基板１の電極形成面（被印刷面）に垂直な上下方向に沿ってステージ５を直線状に進退移動させる駆動手段としての基板駆動ユニット７が設けられている。この基板駆動ユニット７は、正逆回転可能なステッピングモータ７００と、ボールネジ及びモータ７００で回転駆動される図示しないナット等からなるステージ上下動機構７０１とを用いて構成されている。このステッピングモータ７００を回転制御することにより、上記ステージ５を上下方向に駆動し、基板１を、印刷マスク２に接触する所定の印刷位置まで上昇させたり、印刷マスク２から離間させるように下降させたりすることができる。

また、上記印刷位置に移動したステージ５の上方には、印刷マスク２の開口部２０１にクリーム半田３を充填する充填手段が設けられている。この充填手段は、印刷マスク２の開口部２０１にクリーム半田３を刷り込むための充填部材であるスキージ部材８と、スキージ部材８を駆動するスキージ駆動ユニット６とを用いて構成されている。上記スキージ部材８は、ウレタンゴム等の所定の硬度を有する弾性体からなるスキージ本体８０と、スキージ本体８０の上端部を保持する保持部材としてのスキージホルダー８１とを有する。また、スキージ駆動ユニット６は、印刷時にスキージ部材８を印刷マスク２の表面に沿って図中矢印Ａ方向に移動させるスキージ移動機構６００と、スキージ部材８を印刷マスク２に離接させるように上下動させるとともにスキージ部材８の先端部の印刷マスク２に対する当接力（印圧）を調整する印圧調整機構６１０とを備えている。上記スキージ移動機構６００には、例えばモータで回転駆動されるベルトやボールネジを用いて構成することができる。

上記スキージ部材８を用いる印刷条件は、例えば次のように設定する。
（１）スキージ材質：ウレタン（硬度８０〜９５度）、又は、メタル+ウレタン
（２）スキージ断面形状：先端部が薄くなった２ステップ形状、又は、厚さが均一の平形状
（３）スキージ傾き角度（進行方向下流側でスキージ側面と印刷マスクとがなす角度）：４５〜６０度
（４）印刷中のスキージ移動速度：１０〜４０ｍｍ／ｓ

上記基板１上に印刷されるクリーム半田３は、印刷対象物である基板１や半田付けされる電子部品の種類に応じて、所定の半田や添加物を含有するものが用いられる。例えば、上記微細パターンの印刷マスク２を用いて印刷するときに用いるクリーム半田としては、例えば半田の平均粒径が１０μｍ以下であり、フラックス成分の含有率が１１質量％程度のものが好ましい。

上記印刷用マスク２には、各種電子部品が実装される電極にそれぞれ対応する複数の開口部２０１が設けられている。この開口部２０１は、印刷マスクの厚さ方向に貫通した貫通孔であり、その印刷面方向における形状及び寸法は、印刷対象の電極の寸法や形状等に応じて設定される。例えば微小印刷パターンの印刷を行う場合、開口部２０１の寸法及び形状は、一辺が１００〜２００μｍ程度の四角形や、同様な寸法の直径を有する円形である。また、印刷マスク２のベースシートとしては、例えば、厚さが数１０〜数１００μｍ（より好適な具体例としては約１５０μｍ）の２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はポリイミド等のプラスチックシートを用いる。また、ベースシートに対してレーザ照射、放電加工、プレス加工などを行うことにより開口部２０１が形成される。この開口部２０１の内壁面は、クリーム半田３の抜け性がよくなるように平滑かつ撥水性があるのが好ましい。また、開口部２０１の内壁面にはクリーム半田３の抜け抵抗を小さくする溝を形成してもよい。

また、上記印刷マスク２の印刷対象物に接する側の表面には、ベースシートよりも熱収縮率が大きい被膜として、カーボンを含有させたポリウレタン樹脂からなる導電性被膜を形成してもよい。このように導電性被膜を形成しておくと、印刷マスク２を用いて印刷する場合に、スキージングや印刷マスクの剥離時の静電気による印刷対象物（基板）上のデバイスの破損を防止することができる。

また、図３に示すように、スキージ駆動ユニット６及び基板駆動ユニット７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの備えるコンピュータ装置で構成された制御手段としての主制御部１００によって制御される。主制御部１００は、入力装置１０１からオペレータが入力した処理指示に基づいて、ハードディスクなどで構成された記憶装置１０２からプログラムや各種制御用データを読み込み、読み込んだプログラムを実行することにより所定の印刷工程を行うようにスキージ駆動ユニット６及び基板駆動ユニット７等を制御する。

上記印刷装置のように小サイズの開口部が形成された厚さが薄い印刷マスク２を用いてクリーム半田３を印刷する場合、印刷マスク２に対するスキージ部材８の当接力（印圧）が大きいと、クリーム半田３が印刷される印刷箇所の位置ずれが発生するおそれがある。また、スキージ部材８の先端の角が印刷マスク２の開口部２０１の内側に食い込むことにより、基板１上に印刷されるクリーム半田３の上端部の形状がくずれ、所定形状（例えば円柱、角柱、円錐、角錐等の形状）のクリーム半田３を印刷することができないおそれもある。そこで、本実施形態では、印刷マスク２に対するスキージ部材８の単位長あたりの当接力（印圧）を１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）に精度よく調整できる印圧調整機構６２０を有する超低印圧型の印刷装置を用いて印刷を行っている。スキージ部材８の適切な当接力の範囲は、基板１のサイズ、クリーム半田３の量及び粘度、スキージ部材８の長さによって変わる。例えば、基板１が小さく、クリーム半田３の量が少なく、クリーム半田３の粘度が低く、スキージ部材８の長さが短いほど、クリーム半田３の印刷の必要なスキージ部材８の当接力は低くて済み、１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）に設定される。

図４は、上記印刷装置のスキージ駆動ユニット６の印圧調整機構６１０の一構成例を示す概略構成図である。この印圧調整機構６１０は、スキージ部材８の長手方向の中央部に連結されたエアーシリンダー６２０と、エアーシリンダー６２０の所定圧力の気体を供給する気圧調整装置としてのレギュレータ６３０とを備えている。

エアーシリンダー６２０は、動作可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲にある低摺動型のエアーシリンダーである。このエアーシリンダー６２０は、主シリンダー支持部材６１１の長手方向中央部に装着され、シリンダー本体６２１と、シリンダー本体６２１の内部のシリンダー室６２１ａを移動可能なピストンロッド６２２とを備えている。シリンダー本体６２１のシリンダー室６２１ａはピストンによって上部シリンダー室と下部シリンダー室とに区画されている。そして、上部シリンダー室の側壁に形成されている加圧用ポートに、レギュレータ６３０で所定の気圧に調整された気体が供給パイプ６３１を介して供給される。

上記エアーシリンダー６２０としては、例えば、ＳＭＣ株式会社製のシリンダー（型式：ＭＱＱシリーズ，ＭＱＭシリーズ，ＭＱＰシリーズ、製品名：「低摩擦シリンダー」）を用いることができる。

エアーシリンダー６２０のピストンロッド６２２の先端に設けられている連結部６２３が、スキージ部材８のスキージホルダー８１の長手方向中央部に設けられている連結部８１０に回動自在に連結されている。このようにピストンロッド６２２の先端部に連結されたスキージ部材８は、その連結部８１０にある回転軸８１１を中心にして長手方向両端部が上下方向（図中の矢印Ｄ，Ｅ方向）に揺動可能になっている。

上記レギュレータ６３０は、調整可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲にある精密調整型のレギュレータである。このレギュレータ６３０は、図示しないエアーコンプレッサから供給された高圧空気を、例えば０．００１ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内の所定の圧力まで減圧調整して出力する。このレギュレータ６３０から出力される気体の圧力は、０．００１ＭＰａ単位でデジタル表示する圧力スイッチを操作して手動で設定してもいいし、主制御部１００からの制御指令に基づいて０．００１ＭＰａ単位で設定するようにしてもよい。

上記レギュレータ６３０としては、例えば、ＳＭＣ株式会社製のレギュレータ（型式：ＩＲシリーズ、製品名：「精密レギュレータ」）を用いることができる。

また、主シリンダー支持部材６１１の長手方向における両端部それぞれにはスキージ回転防止手段が設けられている。このスキージ回転防止手段は、主シリンダー支持部材６１１の両端部に設けられた低摺動スライド部材６４１，６４２と、各低摺動スライド部材の可動部下端から下方に延びた連結ロッド６４３，６４４とを備えている。各連結ロッド６４３，６４４の下端部はそれぞれ、スキージ部材８のスキージホルダー８１の長手方向両端部側に設けられている連結部８１２，８１３に回動自在に連結されている。このスキージ回転防止手段により、ピストンロッド６２２を中心としたスキージ部材８の回転を防止するとともに、エアーシリンダー６２０のピストンロッド６２２に加わる負荷を軽減することができる。

上記低摺動スライド部材６４１，６４２としては、例えば、ＴＨＫ株式会社製のスライドガイド（型式：ＶＲシリーズ，ＶＢシリーズ、製品名：「クロスローラガイド」）を用いることができる。

図５は、印圧調整機構６１０の他の構成例を示す概略構成図である。この印圧調整機構６１０では、スキージ部材８の自重による当接力（印圧）をキャンセルして減少させるように、エアーシリンダー６２０の内部空間６２１ａの下部シリンダー室にも所定圧力の気体が供給されている。なお、図５において、図４の印圧調整機構６１０と同様な部分については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図５の印圧調整機構６１０では、エアーシリンダー６２０の下部シリンダー室の側壁に減圧用ポートが形成されており、この減圧用ポートに、レギュレータ６３５で所定の気圧に調整された気体が供給パイプを介して供給される。また、減圧用のレギュレータ６３５も、上記加圧用のレギュレータ６３０と同様に、調整可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲にある精密調整型のレギュレータである。

上記図５の印圧調整機構６１０を用いた場合は、スキージ部材８の重量のみによって発生する印刷マスク２に対するスキージ部材８の当接力が目標の当接力よりも低い場合は、上記上部シリンダー室に所定圧力の気体が供給されたエアーシリンダー６２０によってスキージ部材８側に向かう下向きの力を発生させることにより、スキージ部材８の当接力を高めることができる。一方、スキージ部材８の重量のみによって発生する印刷マスク２に対するスキージ部材８の当接力が目標の当接力よりも高い場合は、上記下部シリンダー室に所定圧力の気体が供給されたエアーシリンダー６２０によってスキージ部材８とは反対側に向かう上向きの力を発生させることにより、スキージ部材８の当接力を低めることができる。このようにスキージ部材８の重量にかかわらずスキージ部材８を所定の当接力で印刷マスク２に当接させることができる。

図６は、印圧調整機構６１０の更に他の構成例を示す概略構成図である。なお、図６の印圧調整機構６１０は、スキージ部材８の長手方向中央部だけでなく両端部側についてもエアーシリンダーで独立に当接力（印圧）を微調整できるように構成されている。なお、図６において、図４、５の印圧調整機構６１０と同様な部分については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図６の印圧調整機構６１０では、スキージ部材８の長手方向の中央部に力を付与するエアーシリンダー（以下、図６の例では「主エアーシリンダー」という。）６２０のほか、スキージ部材８の両端部それぞれに連結された複数の副エアーシリンダー６６０、６７０が設けられている。主エアーシリンダー６２０は、主シリンダー支持部材６１１の長手方向中央部に装着され支持されている。この主エアーシリンダー６２０のピストンロッド６２２は、副シリンダー支持部材６５０及び延長ロッド６２４を介して、スキージ部材８の長手方向中央部の連結部８１０に連結されている。

上記副シリンダー支持部材６５０はスキージ部材８の長手方向に沿って延在し、その両端部で副エアーシリンダー６６０、６７０の本体部分を支持している。そして、副シリンダー支持部材６５０の両端部における副エアーシリンダー６６０、６７０が装着されている部分に隣接する上面部が、低摺動スライド部材６４１，６４２を介して主シリンダー支持部材６１１に連結されている。図６の例では、主シリンダー支持部材６１１の両端部に装着されている低摺動スライド部材６４１，６４２の可動部下端から下方に延びた連結ロッド６４３，６４４の先端部はそれぞれ、副シリンダー支持部材６５０の上面部に固定されている。

上記副シリンダー支持部材６５０の両端部に装着されている副エアーシリンダー６６０、６７０は、主エアーシリンダー６２０と同様に、動作可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲にある低摺動型のエアーシリンダーである。これらの副エアーシリンダー６６０、６７０はそれぞれ、シリンダー本体６６１、６７１と、シリンダー本体６６１、６７１の内部のシリンダー室を移動可能なピストンロッド６６２、６７２とを備えている。各シリンダー本体６６１、６７１のシリンダー室はピストンによって上部シリンダー室と下部シリンダー室とに区画されている。そして、上部シリンダー室の側壁に形成されている加圧用ポートに、互いに独立のレギュレータ６８０、６９０で所定の気圧に調整された気体が供給パイプ６８１、６９１を介して供給される。

各副エアーシリンダー６６０、６７０に所定圧力の気体を供給するレギュレータ６８０、６９０はそれぞれ、主エアーシリンダー６２０用のレギュレータ６３０、６３５と同様に、調整可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲にある精密調整型のレギュレータである。各レギュレータ６８０、６９０は、図示しないエアーコンプレッサから供給された高圧空気を所定の圧力まで減圧調整して出力する。これらのレギュレータ６８０、６９０から出力される気体の圧力は手動で設定してもいいし、主制御部１００からの制御指令に基づいて設定するようにしてもよい。

図６の印圧調整機構６１０では、主エアーシリンダー６２０によりスキージ部材８の長手方向中央部に加える力を微調整するとともに、副エアーシリンダー６６０、６７０によりスキージ部材８の長手方向両端部それぞれに加える力を微調整することができる。このようにスキージ部材８の中央部及び両端部それぞれに加える力を互いに独立に微調整することができるので、スキージ部材８の長手方向の中央部及び両端部における印刷マスク上の印刷物質の量及び粘度やスキージ部材の撓み量等のばらつきにかかわらず、スキージ部材８の長手方向の各部を所定の当接力で印刷マスクに当接させることができる。

上記構成の印圧調整機構６１０を有する印刷装置では、例えば、次のようにスキージ部材８による印刷が行われる。ここでは、図６の印圧調整機構６１０を有する印刷装置の場合について説明する。

まず、基板１上に印刷マスク２がセットされ、印刷マスク２の上面の所定領域に、印刷に必要な所定量の印刷物質であるペースト半田３が補給された後、スキージング工程が開始される。

スキージング工程が開始されると、主制御部１００は、印圧調整機構６０のレギュレータ６３０、６３５を制御し、主エアーシリンダー６２０の上部シリンダー室及び下部シリンダー室に必要に応じて所定圧力の気体を供給することにより、ピストンロッド６２２が下側に移動する。例えば、予め設定した所定の印圧になるようにレギュレータ６３０から主エアーシリンダー６２０の上部シリンダー室に下降用エアを供給したまま、またはその下降用エアを入れると同時に、レギュレータ６３５をオフして解放し主エアーシリンダー６２０の下部シリンダー室の上昇用エアを抜くことにより、印刷を調整する。また、下部シリンダー室から上昇用エアを抜いた後、上部シリンダー室の下降用エアポートから真空ポンプ等によって吸引することにより、スキージ部材８の自重より軽くする印圧に調整してもよい。また、下部シリンダー室の上昇用エアを一度抜いた後、レギュレータ６３５からの上昇用エアを下部シリンダー室の上昇エアポートから供給することにより、スキージ部材８の自重よりも軽い印圧に調整してもよい。

上記ピストンロッド６２２の下降により、スキージ部材８が下側に移動し、スキージ部材８のスキージ本体８０の中央部が印刷マスク２に所定の当接力（印圧）で当接するように調整される。

更に、主制御部１００は、印圧調整機構６０のレギュレータ６８０、６９０を制御し、上記主エアーシリンダー６２０の場合と同様に、副エアーシリンダー６６０、６７０の上部シリンダー室に所定圧力の気体を供給する。これにより、各ピストンロッド６６２、６７２が下側に移動する。これにより、スキージ部材８のスキージ本体８０の両端部がそれぞれ印刷マスク２に所定の当接力（印圧）で当接するように調整される。その結果、スキージ部材８のスキージ本体８０は、長手方向の全体にわたって均一且つ精度よく調整された所定の当接力（印圧）で印刷マスク２に当接するようになる。この当接力（印圧）は、例えば１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）に調整される。

このように最適な当接力（印圧）に設定されるスキージ部材８の下降移動端の位置が図示しないセンサー等で検知された後、スキージ移動機構６００によりスキージ部材８が印刷マスク２の表面に沿った横移動（スキージ動作）を開始する。ここで、スキージ部材８の下降移動端の位置が検知された後（センサー等の検知信号出力後）、予め設定した所定時間が経過したタイミングで、スキージ部材８の横移動（スキージ動作）を開始してもよい。

上記スキージ部材８の横移動（スキージ動作）は、印刷マスク２の開口部形成領域の端縁より最低２０ｍｍ以上手前から開始される。このようにスキージ部材８の助走動作を行うことにより、ペースト半田３のローリングが十分に行われ、ペースト半田３の粘度が均一になり、安定した印刷が可能となる。但し、ペースト半田３の粘度やスキージ速度により助走距離を長くする必要がある場合もある。スキージ部材８の横移動速度（スキージ速度）を速くするとローリング速度が速くなりペースト半田３がよく攪拌されるので、チキソ性により、ペースト半田３の粘度を低く（柔らかく）することが可能となる。しかし、スキージ部材８の横移動速度（スキージ速度）を速くすると、印刷スキージにかかる応力も大きくなり、撓みが生じる。そのため、スキージ部材８を押し付ける力（印圧）が低くなり、ペースト半田３の掻き残しが生じやすくなる。そのようにならないためには、使用するペースト半田３の特性（粘度、チキソ性）とスキージ速度の関係を予め調査しておき、それに基づいた必要な印圧を自動的にあるいは手動により、ペースト半田３の掻き残し無く且つ印刷形状の安定する領域に設定する。ここで、使用するペースト半田３の特性は被印刷対象物である製品の用途によって異なり、個別による調査が必要となるが、品種（製品の型式）によってペースト半田３の特性の仕様値（範囲）が決まっているので、ペースト半田３の選定の段階における調査で特性を調査したデータを使用する。

また、印刷を繰り返していると、ペースト半田３も劣化して粘度が高く（硬く）なるので、それらを監視管理し、適正な印刷形状（不良にならない）に印刷条件（印圧、スキージ速度、アタック角度）を自動調整したり、もしくは手動で印刷条件（印圧、スキージ速度、アタック角度）の設定を変更したりする。上記ペースト半田３の粘度の監視管理方法としては、次の（１）乃至（３）のような方法を採用することができる。
（１）印刷検査機からの体積、面積、高さ、形状、検査結果の良否率の変化や推移からペースト半田３の粘度を監視し、適正な印刷条件の設定値を呼び出したり、または適正な印刷条件を指定したりする。これらの印刷条件の元データは、ペースト半田３の選定や基板１の量産前後で取得したデータから算出したものを使用する。
（２）スキージ部材８を移動させるスキージ移動機構６００でトルクモニタリング、スキージの撓みを監視する変位計の値を使用してペースト半田３の粘度を監視する。
（３）使用中のペースト半田３を採取して、成分分析等で酸化の度合いや含有成分の変化や粘度を測定し、その測定の結果を使用してペースト半田３の粘度を監視する。

以上のようにスキージ移動機構６００によりスキージ部材８が印刷マスク２の表面に沿って移動して印刷マスク２上に補給されたペースト半田３がスキージングされる。これにより、印刷マスク２の各開口部２０１内にペースト半田３が充填される。

なお、上記スキージ動作時のスキージ部材８の移動速度（スキージング速度）は、主制御部１００によって制御される。例えばスキージ移動機構６００がスキージ部材８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主制御部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。

上記スキージ部材８の横移動（スキージ動作）は、次のスキージ開始位置を考慮した位置で停止し、スキージ部材８の上昇は、印刷マスク２と基板１とを離す版離れの後に行われる。

次に、スキージ部材８を下降させたまま版離れを行う。版離れを先に行う理由は次の通りである。先にスキージ部材８を上昇させると、ペースト半田３の粘度により、印刷マスク２も基板１の印刷基板面から離れ、僅かな隙間を生じさせる。やがて、印刷マスク２のテンションが勝り、印刷マスク２と印刷基板面が再び接することになる。このとき、印刷マスク２の開口部２０１と基板１に印刷された印刷形状がピタリと同じ位置に収まることはなく、また、印刷マスク２は細かなバウンドを繰り返すため印刷形状を崩し、また、印刷マスク２の裏面を汚すことにより、クリーニングに時間を要したり、安定した印刷を継続することを阻害したりする可能性が生じるおそれがある。

上記印刷マスク２と基板１とを離す版離れが行われた後、スキージ部材８を上昇させ、これにより、印刷工程の１サイクルが終了する。

以上、本実施形態によれば、調整可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲である精密型のレギュレータ６３０によって微調整された所定圧力の気体を、動作可能圧力の下限値が０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であるエアーシリンダー６２０に供給することにより、１２×１０^−２Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力（印刷条件によっては１２×１０^−３Ｎ／ｍｍ以下の低い当接力）でスキージ部材８を印刷マスク２に当接させるように、スキージ部材８に加える微調整された力を発生させることができる。このように単一のエアーシリンダー６２０により上記所定の微調整された力を発生させることができるので、従来のばねを用いてスキージ部材を当接させる場合に比してスキージ部材８に加える力の精度がより高まるとともに、従来の複数のエアーシリンダーで発生させた力の合力をスキージ部材の中央部に加える場合に比較してより簡易な構成になる。従って、スキージ部材８を印刷マスク２に当接させる機構として単一のエアーシリンダー６２０を用いる簡易な構成を採用した場合でも低印圧印刷を精度よく行うことができる。

なお、上記各実施形態において、スキージ部材８による印刷の印刷条件を検知し、その検知結果に基づいてエアーシリンダーに供給する気体の圧力を変更するようにレギュレータを制御するように構成してもよい。例えば、図６の印圧調整機構６１０において、スキージ部材８の長手方向の中央部と両端部について、印刷マスク２上に存在しているクリーム半田３の量や、印刷マスク２に当接しているスキージ部材８のスキージ本体８０の撓みを検知し、その検知結果に基づいて各エアーシリンダー６２０、６６０、６７０に供給する気体の圧力を変更するようにレギュレータ６３０、６３５、６８０、６９０を制御するように構成してもよい。

図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、印刷マスク２上に存在しているクリーム半田３の量を検知する半田量センサー１１０、１１１、１１２を装着したスキージ部材８の構成例を示す側面図及び正面図である。半田量センサー１１０、１１１、１１２はそれぞれ、スキージ部材８の長手方向の中央部と両端部に設けられる。各半田量センサー１１０、１１１、１１２は、スキージ本体８０となす角度が鋭角になっている印刷マスク２上の半田保持領域（スキージ部材移動方向の下流側の領域）に存在しているクリーム半田３の量を検知するように、例えばスキージ部材８のスキージホルダー８１の側面に設けられている。この半田量センサー１１０、１１１、１１２としては例えば検知対象のクリーム半田３の表面で反射される反射光を測定する光センサーを用いることができる。この光センサーで検知された反射光の強度や位相の変化からクリーム半田３の量を把握することができる。

図８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、スキージ部材８のスキージ本体８０の撓みを検知する撓みセンサー１２０、１２１、１２２を装着したスキージ部材８の構成例を示す側面図及び正面図である。撓みセンサー１２０、１２１、１２２はそれぞれ、スキージ部材８の長手方向の中央部と両端部に設けられる。各撓みセンサー１２０、１２１、１２２は、スキージ部材移動方向の上流側のスキージ本体８０の側面に設けられている。この撓みセンサー１２０、１２１、１２２としては、例えばスキージ本体８０が撓んだときに発生するスキージ本体８０の歪みを検知するストレインゲージを用いることができる。このストレインゲージは例えば歪みの大きさに応じて電気抵抗が変化するものである。

図９は、上記各センサーの検知結果に基づくレギュレータの制御を行う制御系のブロック図である。各センサー１１０、１１１、１１２（１２０、１２１、１２２）で検知された信号は、図示しないセンサー回路を介して主制御部１００に送られる。主制御部１００は、各センサーで検知された検知結果と予め求めておいた制御テーブルとに基づいて、各レギュレータ６３０、６３５、６８０、６９０における圧力の制御値を決定し、その圧力の制御値に基づいて各レギュレータ６３０、６３５、６８０、６９０に制御指令を送って制御する。

上記各センサーの検知結果に基づくレギュレータの制御により、印刷マスク２上のクリーム半田３の量やスキージ部材８のスキージ本体８０の撓みが印刷ごとに又は印刷中に変化する場合でも、スキージ部材８のスキージ本体８０を所定の当接力で印刷マスク２に当接させることができる。

なお、上記各実施形態において、クリーム半田３を充填するように印刷マスク２の表面に沿って移動させるスキージ部材８の印刷時の横方向駆動は、片方向駆動でもいいし両方向駆動でもよい。
片方向駆動では、印刷マスク２の一方の端部の印刷開始位置から他方の端部の印刷終了位置へスキージ部材８を移動する往路駆動のときだけ、スキージ部材８を印刷マスク２に当接させクリーム半田３を充填する。そして、スキージ部材８を元の印刷開始位置に戻すときには、スキージ部材８を印刷マスク２に当接しないように上方に退避させておく。
また、両方向駆動では、印刷マスク２の一方の端部と他方の端部との間の往路駆動及び復路移動のいずれにおいてもスキージ部材８を印刷マスク２に当接させクリーム半田３を充填する。この場合、印刷マスク２の端部にスキージ部材８が到達したとき、そのスキージ部材８を一旦上昇させ、スキージ角を反転させるようにスキージ部材８を回転させる。また、スキージ部材８及び印圧調整機構６１０を２組設けてもよい。この場合は、２つのスキージ部材のスキージ角を互いに反転させて配置しておく。そして、往路移動で印刷に使用した一方のスキージ部材が印刷マスク２の端部に到達したとき、そのスキージ部材を上昇させて退避させるとともに、もう一方のスキージ部材を下降させて復路移動での印刷に使用する。

また、上記実施形態では、印刷対象物が基板１である場合について説明したが、本発明は、印刷対象物として基板１以外の半導体ウェーハなどの電子部品の表面に印刷する場合にも適用できる。

本発明の実施形態に係る印刷装置を用いる印刷工程を含む基板製造方法全体の一例を示す工程図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本実施形態の基板製造方法で製造する電子回路基板１の断面構造の一例を示す説明図及び平面図。本発明の実施形態に係る印刷装置の一例を示す概略構成図。同印刷装置のスキージ駆動ユニットの印圧調整機構の一構成例を示す概略構成図。印圧調整機構の他の構成例を示す概略構成図。印圧調整機構の更に他の構成例を示す概略構成図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ半田量センサーを装着したスキージ部材の構成例を示す側面図及び正面図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ撓みセンサーを装着したスキージ部材の構成例を示す側面図及び正面図。センサーの検知結果に基づくレギュレータの制御を行う制御系のブロック図。

符号の説明

１基板
２印刷マスク
３クリーム半田
６スキージ駆動ユニット
７基板駆動ユニット
８スキージ部材
２０マスク取付枠
８０スキージ本体
８１スキージホルダー
１００主制御部
２０１開口部
６００スキージ移動機構
６１０印圧調整機構
６２０主エアーシリンダー
６３０レギュレータ
６４１、６４２低摺動スライド部材
６６０、６７０副エアーシリンダー
６８０、６９０レギュレータ

Claims

気圧調整装置から所定圧力の気体が供給されたエアーシリンダーに連結されたスキージ部材を、印刷対象物上に載置された印刷マスクに所定の当接力で当接させ、該スキージ部材と該印刷マスクとを相対移動させることで該印刷マスクに形成された開口部に印刷物質を充填し、該印刷マスクと該印刷対象物体とを離間させることにより、該印刷対象物上に所定の印刷パターンの印刷物質を印刷する印刷装置であって、
上記エアーシリンダーの動作可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であり、
上記気圧調整装置の調整可能圧力の下限値が、０．００１ＭＰａ以上且つ０．０１ＭＰａ以下の範囲であることを特徴とする印刷装置。
請求項１の印刷装置において、
上記エアーシリンダーは、上記スキージ部材側に向かう下向きの力及び該スキージ部材とは反対側の上向きの力を互いに独立に該スキージ部材に付与可能に構成されていることを特徴とする印刷装置。
請求項１又は２の印刷装置において、
上記エアーシリンダーは、上記スキージ部材の上記相対移動の方向と交差する長手方向における両端部が上下方向に揺動可能に連結されていることを特徴とする印刷装置。
請求項１乃至３のいずれかの印刷装置において、
上記スキージ部材の上記相対移動の方向と交差する長手方向における複数箇所に互いに異なる複数のエアーシリンダーが連結されていることを特徴とする印刷装置。
請求項４の印刷装置において、
上記複数のスキージ部材は、上記スキージ部材の長手方向の中央部に連結された主エアーシリンダー及び該スキージ部材の両端部に連結された複数の副エアーシリンダーで構成され、
上記主エアーシリンダーの本体部分を支持する主シリンダー支持部材と、
上記複数の副エアーシリンダーの本体部分を支持するように上記スキージ部材の長手方向に沿って延在するとともに低摺動スライド部材を介して上記主シリンダー支持部材に連結された副シリンダー支持部材と、を備えたことを特徴とする印刷装置。
請求項１乃至５のいずれかの印刷装置において、
上記スキージ部材による印刷の印刷条件を検知する印刷条件検知手段と、
該印刷条件検知手段の検知結果に基づいて上記エアーシリンダーに供給する気体の圧力を変更するように上記気圧調整装置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする印刷装置。
請求項６の印刷装置において、
上記印刷条件検知手段で検知する印刷条件は、上記印刷マスク上に存在している印刷物質の量又は上記印刷マスクに当接している上記スキージ部材の撓みであることを特徴とする印刷装置。