JP2011031588A - スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度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】キャリア１０に保持された複数の個片基板１１を対象とするスクリーン印刷において、マスクプレート１４に単一の個片基板１１に対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部１５を設け、マスクプレート１４およびそれぞれの個片基板１１をカメラユニット２３によって撮像して位置を認識し、この認識結果に基づいてキャリア１０に保持された状態の個片基板１１をキャビティ部１５に個別に位置合わせして順次印刷を行う。これにより、複数の個片基板１１をマスクプレート１４に一括して位置決めする際に各個片基板１１の位置のばらつきに起因して発生する位置誤差を排除することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリアに配置された個片基板などのワークにクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを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。

電子部品製造分野においては、基板上にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷する方法としてスクリーン印刷が広く用いられている。印刷対象の基板が個片に分割された小サイズの個片基板である場合には、複数の個片基板をハンドリング用のキャリアに配置された状態で印刷作業が行われる。このようなスクリーン印刷において用いられるキャリアとしては、矩形の板状部材に基板やワークを保持するためのワーク載置部を設けた構成のものが多用される（特許文献１参照）。

この特許文献に示す例では、個片基板をキャリアに設けられたワーク載置部内に嵌合させ、個片基板の相対向する２つのコーナ部を位置合わせ用のピンによって挟み込むことにより、各ワーク載置部においてそれぞれの個片基板を位置決めするようにしている。そしてこのようにしてキャリアに保持され個別に位置決めされた複数の個片基板に対して、一括してペーストが印刷される。

特開２００８−１４２９４９号公報

近年携帯電話などモバイル型の電子機器においては小型化・高機能化が進展し、搭載部品には従来に増して形状の小型化や実装形態の高密度化が求められている。このため、電子機器に搭載される個片基板などのワークにおいても実装ピッチが微細化し、スクリーン印刷に際しては高度な位置決め精度が要求されるようになっている。しかしながら上述の特許文献例を含めて従来技術においては、個片基板をピンによって挟み込む方式など、機械的手段によって位置決めを行う方式が大部分であったため、達成できる位置決め精度には限界があった。このため従来のスクリーン印刷においては、高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度を確保することが困難であった。

そこで本発明は、高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度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、キャリアに配置された複数のワークをマスクプレートに対して下面側から個別に順次当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージを摺動させることにより、前記ワークにペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記マスクプレートの下面から下方に突出して設けられ単一の前記ワークに対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部と、スクリーン印刷機構による印刷位置に前記ワークを前記キャリアとともに搬入し、印刷後の前記ワークを前記印刷位置から前記キャリアとともに搬出するキャリア搬送機構と、前記マスクプレートの下方に配設され前
記キャリアに保持された状態の前記ワークを前記キャビティ部に個別に位置合わせする位置合わせ手段とを備えた。

本発明のスクリーン印刷方法は、下面から下方に突出して設けられ単一のワークに対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部を有するマスクプレートに対してキャリアに保持された複数のワークを下面側から個別に順次当接させ、前記ワークにペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、スクリーン印刷機構による印刷位置に前記ワークを前記キャリアとともに搬入するキャリア搬入工程と、前記キャリアに配置された状態の前記ワークを前記キャビティ部に個別に位置合わせする位置合わせ工程と、前記ワークを前記キャビティ部に下面側から当接させるワーク当接工程と、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージを摺動させることにより、前記印刷パターンを介して前記ワークにペーストを印刷する印刷工程と、印刷後の前記ワークを前記印刷位置から前記キャリアとともに搬出するキャリア搬出工程とを含む。

本発明によれば、キャリアに配置された複数のワークを対象とするスクリーン印刷において、マスクプレートに単一のワークに対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部を設け、キャリアに配置された状態のワークをキャビティ部に個別に位置合わせして順次印刷を行うことにより、複数のワークをマスクプレートに一括して位置決めする際に各ワークの位置のばらつきに起因して発生する位置誤差を排除することができ、高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度を確保することができる。

本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置に使用されるキャリアの構造説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１、図２、図３を参照して、スクリーン印刷装置の構造を説明する。キャリアに配置された複数のワークとしての個片基板の上面に、クリーム半田や導電性ペーストなどの部品接合用のペーストを印刷する機能を有するものである。

図１において、スクリーン印刷装置は、キャリア位置決め部１の上方にスクリーン印刷機構１２を配設して構成されている。キャリア位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２、Ｘ軸テーブル３およびθ軸テーブル４を段積みし、更にθ軸テーブル４の上面に設けられた水平なベースプレート４ａの上面側に、第１のＺ軸テーブル５、第２のＺ軸テーブル６を組み合わせて構成されている。

第１のＺ軸テーブル５は水平なベースプレート５ａを備えており、ベースプレート５ａは、昇降モータ５ｂを駆動源とするＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート５ａには１対の垂直フレーム５ｅが立設されており、垂直フレーム５ｅの上端部にはキャリア搬送機構８を構成する２条の搬送レール８ａが保持されている。搬送レール８ａはキャリ
ア搬送方向（Ｘ方向−−図１において紙面垂直方向）に平行に配設されており、これらの搬送レール８ａに設けられた搬送コンベアよって印刷対象の複数の個片基板１１が配置されたキャリア１０の両端部を支持して搬送する。

第１のＺ軸テーブル５を駆動することにより、キャリア搬送機構８によって保持された状態のキャリア１０を、搬送レール８ａとともに後述するスクリーン印刷機構１２に対して昇降させることができる。図２、図３に示すように、キャリア搬送機構８は上流側（図２、図３において左側）および下流側に延出し、上流側（図３に示す矢印ａ参照）から搬入されたキャリア１０はキャリア搬送機構８によって搬送され、さらにキャリア位置決め部１によってスクリーン印刷機構１２による印刷位置に位置決めされる。そしてスクリーン印刷機構１２によって印刷が行われた後のキャリア１０は、キャリア搬送機構８によって下流側に搬出される。すなわちキャリア搬送機構８は、スクリーン印刷機構１２による印刷位置に個片基板１１をキャリア１０とともに搬入し、印刷後の個片基板１１を印刷位置からキャリア１０とともに搬出する。

第２のＺ軸テーブル６は、キャリア搬送機構８とベースプレート５ａの中間に配設された水平なベースプレート６ａを備えており、ベースプレート６ａは、昇降モータ６ｂを駆動源とするＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート６ａの上面には下受け部７が装着されており、下受け部７の上面には、キャリア１０における個片基板１１の配列に対応した配置で、複数の当接部材７ａが設けられている。第２のＺ軸テーブル６を駆動することにより、当接部材７ａは下受け部７とともに上昇し、当接部材７ａはキャリア１０に保持された個片基板１１の下面に当接してキャリア１０から持ち上げる。当接部材７ａの上面には真空吸着孔（図示省略）が設けられており、個片基板１１を当接部材７ａによって吸着保持することにより、個片基板１１の水平方向の位置が保持される。

キャリア搬送機構８の上面にはクランプ機構９が配設されている。クランプ機構９は、左右対向して配置された２つのクランプ部材９ａを備えており、一方側のクランプ部材９ａを駆動機構９ｂによってＹ方向に進退させることにより、キャリア１０を両側からクランプして固定する（図３も参照）。

次に印刷対象となる個片基板１１および個片基板１１を取扱うために用いられるキャリア１０について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、キャリア１０は、長方形状の金属板の両端を下方に折曲げて、キャリア搬送機構８による搬送が可能な形状に製作されている。キャリア１０には、個片基板１１を個別に載置する複数のワーク載置部１０ａが所定の配列（ここでは、２×５の格子配列）で設けられている。個片基板１１は、ＢＧＡなどの半導体パッケージを製造するために用いられる小サイズの方形（ここでは正方形）の個片基板であり、複数の個片基板１１を同一の作業工程にて印刷対象とするため、キャリア１０に形成された複数のワーク載置部１０ａに個々に載置された状態で取り扱われる。個片基板１１の対角位置には、個々の個片基板１１の位置を認識するためのワーク基準マーク１１ｍが設けられている。

図４（ｂ）に示すように、ワーク載置部１０ａは個片基板１１の平面形状に応じた方形に設けられており、当接部材７ａによって個片基板１１の下面を下受けするために、底面が開口された開口部１０ｂを有する形状で形成されている。開口部１０ｂの縁部には、個片基板１１の下面を支持するためのワーク支持面１０ｃが設けられており、個片基板１１は各ワーク載置部１０ａにおいてワーク支持面１０ｃによって個片基板１１の下面の縁部を下方から支持される。

次にキャリア位置決め部１の上方に配設されたスクリーン印刷機構１２について説明する。図１、図２、図３において、マスクホルダ（図示省略）によって保持されたマスク枠
１３にはマスクプレート１４が展張されている。マスクプレート１４には、上面が凹入して下面から下方に突出した形状のキャビティ部１５が設けられている。図３に示すように、キャビティ部１５には個片基板１１の印刷ランド１１ａにペーストを印刷するためのパターン孔１５ａが形成されている。またマスクプレート１４の下面においてキャビティ部１５の近傍の対角位置には、パターン孔１５ａの位置を認識するための１対のマスク基準マーク１４ｍが形成されている。

図５に示すように、マスクプレート１４のキャビティ部１５に設けられたパターン孔１５ａの位置は、個片基板１１にそれぞれ設けられた印刷ランド１１ａにおけるペーストの印刷位置に対応しており、これらの複数のパターン孔１５ａは、個片基板１１にペーストを印刷する印刷パターンを構成する。すなわち、キャビティ部１５には、単一の個片基板１１に対応する印刷パターンが形成されている。キャリア１０に配置された複数の個片基板１１へのペーストのスクリーン印刷は、個片基板１１をキャビティ部１５の下面に個別に位置合わせして順次当接させることにより行われる。

まずキャリア１０のワーク載置部１０ａに載置された個片基板１１を当接部材７ａによって下面側から持ち上げて（矢印ｂ）、ワーク支持面１０ｃから離隔させた状態で、個片基板１１を当接部材７ａによって吸着保持し、水平方向の位置を固定する。次いで、キャリア位置決め部１を駆動して印刷対象の個片基板１１をキャビティ部１５に水平方向に位置合わせするとともに、第１のＺ軸テーブル５を駆動することにより個片基板１１を上昇させてキャビティ部１５の下面に当接させる。

なお、複数の個片基板１１が配置されるキャリア１０としては、本実施の形態に示すように単に開口部１０ｂおよびワーク支持面１０ｃが設けられたワーク載置部１０ａを有する構成以外にも、キャリア１０自体に個片基板１１の下受け機能を有するものや、水平方向の位置固定機能を有するものなど、各種の構成を用いることができる。キャリア１０自体が、下受け機能、水平方向の位置固定機能を備えている場合には、当接部材７ａは不要となる。

マスクプレート１４の上方には、スキージユニット１６が配設されている。スキージユニット１６は、対向配置された１対のスキージ１９をそれぞれ昇降させる２つのスキージ昇降機構１８を水平なプレート１７に配設した構成となっている。スキージ昇降機構１８を駆動することにより、スキージ１９は昇降してマスクプレート１４の上面に当接する。プレート１７の下面に固着されたナット２２には、スキージ移動モータ２０により回転駆動される送りねじ２１が螺合しており、スキージ移動モータ２０を駆動することにより、スキージ１９はプレート１７とともにＹ方向に水平移動する。図２に示すように、縦フレーム２４上に配置されたブラケット２５上にはガイドレール２６がＹ方向に配設されており、ガイドレール２６にスライド自在に嵌合したスライダ２７は、プレート１７の両端に結合されている。これにより、スキージユニット１６はＹ方向にスライド自在となっている。

図２において縦フレーム２４上にはガイドレール３０がＹ方向に配設されており、ガイドレール３０にスライド自在に嵌合したスライダ３１は、ヘッドＸ軸テーブル２９にブラケット２９ａを介して結合されている。これにより、ヘッドＸ軸テーブル２９はＹ方向にスライド自在となっている。ヘッドＸ軸テーブル２９は、ナット３３、送りねじ３２および送りねじ３２を回転駆動するヘッド移動用モータ（図示省略）より成るヘッドＹ軸移動機構２８により、Ｙ方向に水平移動する。

図１、図２に示すように、ヘッドＸ軸テーブル２９には、カメラヘッドユニット２３が装着されている。カメラヘッドユニット２３は、キャリア１０に保持された個片基板１１
を上方から撮像するためのワーク認識カメラ２３ａと、マスクプレート１４を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ２３ｂとを備えている。ヘッドＹ軸移動機構２８、ヘッドＸ軸テーブル２９を駆動してカメラヘッドユニット２３を移動させることにより、ワーク認識カメラ２３ａ、マスク認識カメラ２３ｂはマスクプレート１４とキャリア１０との間に進出する。

そしてワーク認識カメラ２３ａによって個片基板１１に形成されたワーク基準マーク１１ｍ（図４参照）を撮像し、撮像結果を認識処理部４３（図６）によって認識処理することにより、印刷ランド１１ａの位置が検出される。またマスク認識カメラ２３ｂによってマスクプレート１４に形成されたマスク基準マーク１４ｍ（図３参照）を撮像し、撮像結果を認識処理部４３（図６）によって認識処理することにより、キャビティ部１５におけるパターン孔１５ａの位置が検出される。カメラヘッドユニット２３による個片基板１１やマスクプレート１４の認識を行わないときには、図１に示すように、カメラヘッドユニット２３はキャリア位置決め部１の上方から側方に退避した位置にある。

次に図６を参照して、制御系の構成を説明する。図６において、制御部４０は記憶部４１に記憶された動作プログラム、処理プログラムおよび各種のデータに従って、以下に説明する各部を制御し、これによりキャリア１０に保持された個片基板１１を対象としたスクリーン印刷作業が実行される。機構駆動部４２は、制御部４０によって制御されて、キャリア搬送機構８、キャリア位置決め部１、スクリーン印刷機構１２を駆動する。

認識処理部４３は、ワーク認識カメラ２３ａによる撮像データを認識処理することにより、ワーク基準マーク１１ｍの位置を認識し、これにより個片基板１１の位置を検出する。したがってワーク認識カメラ２３ａおよび認識処理部４３は、ワークである個片基板１１に設けられたワーク基準マーク１１ｍを光学的に認識するワーク認識部を構成する。また、認識処理部４３は、マスク認識カメラ２３ｂによる撮像データを認識処理することにより、マスク基準マーク１４ｍの位置を認識し、これによりキャビティ部１５の位置を検出する。したがってマスク認識カメラ２３ｂおよび認識処理部４３は、マスクプレート１４に設けられたマスク基準マーク１４ｍを光学的に認識するマスク認識部を構成する。

そしてマスク認識部とワーク認識部による認識結果に基づいて、制御部４０がキャリア位置決め部１を制御することにより、キャリア１０に配置されて当接部材７ａによって吸着保持された状態の個片基板１１をマスクプレート１４の下面から突出したキャビティ部１５に個別に位置合わせすることができる。すなわち前述のマスク認識部、ワーク認識部、キャリア位置決め部１および制御部４０は、マスクプレート１４の下方に配設されキャリア１０に配置された状態の個片基板１１をキャビティ部１５に個別に位置合わせする位置合わせ手段を構成する。

次にこのスクリーン印刷装置によって、キャリア１０に保持された複数の個片基板１１に部品接合用のペーストを印刷するスクリーン印刷方法について、図７，図８を参照して説明する。ここでは、単一の個片基板１１に対応するキャビティ部１５を有するマスクプレート１４に対して、個片基板１１を順次個別に当接させて、スクリーン印刷を行うようにしている。

まず図７（ａ）に示すように、スクリーン印刷機構１２による印刷位置、すなわちマスクプレート１４の下方に、キャリア１０に保持された複数の個片基板１１をキャリア１０とともにキャリア搬送機構８の搬送レール８ａに沿って搬入する（キャリア搬入工程）。次いで、図７（ｂ）に示すように、下受け部７を上昇させて、キャリア１０に保持された個片基板１１を当接部材７ａによって持ち上げるとともに、個片基板１１を当接部材７ａによって吸着保持する。

この後、キャリア１０に配置された状態の個片基板１１を、マスクプレート１４のキャビティ部１５に個別に位置合わせする（位置合わせ工程）。この位置合わせ工程は、以下のように行われる。すなわち、図７（ｃ）に示すように、カメラヘッドユニット２３をマスクプレート１４とキャリア１０との間に進出させて、マスクプレート１４に設けられたマスク基準マーク１４ｍをマスク認識カメラ２３ｂによって撮像して光学的に認識し、個片基板１１に設けられれたワーク基準マーク１１ｍをワーク認識カメラ２３ａによって撮像して光学的に認識する。

そしてマスク基準マーク１４ｍ、ワーク基準マーク１１ｍの認識結果に基づいて、キャリア位置決め部１を制御部４０によって制御して、個片基板１１を水平方向に移動させ、個片基板１１をキャビティ部１５に対して水平方向に位置合わせする。次いで、第１のＺ軸テーブル５を駆動して、図７（ｄ）に示すように、キャリア１０および下受け部７を上昇させる（矢印ｃ）ことにより、個片基板１１をキャビティ部１５に下面側から当接させる（ワーク当接工程）。

これにより、図８（ａ）に示すように、パターン孔１５ａが個片基板１１の上面の印刷ランド１１ａに位置する。次いで、ペースト３４が供給されたキャビティ部１５上でスキージ１９をスキージング方向（矢印ｄ）に摺動させることにより、図８（ｂ）に示すように、キャビティ部１５内のパターン孔１５ａにペースト３４が充填される。そして第１のＺ軸テーブル５を駆動して個片基板１１を下降させる版離れ動作（矢印ｅ）を行わせることにより、図８（ｃ）に示すように、印刷パターンを介して個片基板１１にはペースト３４が印刷される（印刷工程）。

この後、他の印刷未済の個片基板１１を対象として、図７（ｃ）〜図８（ｃ）の動作が反復して実行される。この複数の個片基板１１を対象としたスクリーン印刷を順次反復する過程において、ペースト３４の印刷はマスクプレート１４の下面から突出したキャビティ部１５を介して行われることから、印刷済みの個片基板１１の上面のペースト３４がマスクプレート１４の下面に接触して付着する不具合を生じることなく、連続して印刷動作を反復することが可能となっている。

なお、ワーク認識カメラ２３ａによる個片基板１１を対象とした撮像は、個別の個片基板１１を対象とした印刷動作毎に行ってもよく、またカメラヘッドユニット２３を進出させる１回の撮像動作で、すべての個片基板１１を対象として一括して撮像を行ってもよい。そしてこのようにして、全ての個片基板１１へのペースト３４の印刷動作が完了したならば、印刷後の個片基板１１を印刷位置からキャリア１０とともに搬出する（キャリア搬出工程）。

上記説明したように本発明は、キャリア１０に配置された複数のキャリア１０を対象とするスクリーン印刷において、マスクプレート１４に単一のキャリア１０に対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部１５を設け、キャリア１０に配置された状態の個片基板１１をキャビティ部１５に個別に位置合わせして順次印刷を行うようにしたものである。これにより、複数の個片基板１１をマスクプレート１４に一括して位置決めする際に各個片基板１１の位置のばらつきに起因して発生する位置誤差を排除することができる。したがって、高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度を確保することができる。

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、高度な位置決め精度が必要とされるタイプのワークを対象とする場合において、必要な印刷位置精度を確保すること
ができるという効果を有し、キャリアに保持された個片のワークにクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷するスクリーン印刷分野等に有用である。

１ キャリア位置決め部
８ キャリア搬送機構
１０ キャリア
１０ａ ワーク載置部
１１ 個片基板
１１ｍ ワーク基準マーク
１２ スクリーン印刷機構
１４ マスクプレート
１４ｍ マスク基準マーク
１５ キャビティ部
１５ａ パターン孔

Claims (4)

1. キャリアに配置された複数のワークをマスクプレートに対して下面側から個別に順次当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージを摺動させることにより、前記ワークにペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、
   前記マスクプレートの下面から下方に突出して設けられ単一の前記ワークに対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部と、
   スクリーン印刷機構による印刷位置に前記ワークを前記キャリアとともに搬入し、印刷後の前記ワークを前記印刷位置から前記キャリアとともに搬出するキャリア搬送機構と、
   前記マスクプレートの下方に配設され前記キャリアに配置された状態の前記ワークを前記キャビティ部に個別に位置合わせする位置合わせ手段とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
2. 前記位置合わせ手段は、前記マスクプレートに設けられたマスク基準マークを光学的に認識するマスク認識部と、前記ワークに設けられたワーク基準マークを光学的に認識するワーク認識部と、前記キャリアを保持して所定位置に位置決めするキャリア位置決め部と、前記マスク認識部およびワーク認識部による認識結果に基づいて前記キャリア位置決め部を制御する制御部とを含むことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
3. 下面から下方に突出して設けられ単一のワークに対応する印刷パターンが形成されたキャビティ部を有するマスクプレートに対してキャリアに配置された複数のワークを下面側から個別に順次当接させ、前記ワークにペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、
   スクリーン印刷機構による印刷位置に前記ワークを前記キャリアとともに搬入するキャリア搬入工程と、
   前記キャリアに配置された状態の前記ワークを前記キャビティ部に個別に位置合わせする位置合わせ工程と、
   前記ワークを前記キャビティ部に下面側から当接させるワーク当接工程と、
   ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージを摺動させることにより、前記印刷パターンを介して前記ワークにペーストを印刷する印刷工程と、
   印刷後の前記ワークを前記印刷位置から前記キャリアとともに搬出するキャリア搬出工程とを含むことを特徴とするスクリーン印刷方法。
4. 前記位置合わせ工程において、前記マスクプレートに設けられたマスク基準マークおよび前記ワークに設けられたワーク基準マークを光学的に認識し、前記キャリアを保持して所定位置に位置決めするキャリア位置決め部を前記マスク基準マークおよびワーク基準マークの認識結果に基づいて制御することを特徴とする請求項３に記載のスクリーン印刷方法。

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