JP2014083787A - スクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板とクランプ部材との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができるスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置を提供する。
【解決手段】下受け部材13で下受けされた基板11の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材12を当接させて下受け部材13上における基板11の水平方向の位置を規制するに際し、下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段を、基板11の上面11aをクランプ部材12の上面12aよりも上方に突出させるように制御する。これにより、クランプ部材12と基板11とを適正な相対位置とすることができ、基板11とクランプ部材12との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができる。
【選択図】図5

Description

本発明は、クリーム半田などの粘性体を基板に印刷するスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置に関するものである。
電子部品を基板に実装する際の接合方法として、半田接合が多用されている。この方法では半田接合に先立って基板の電極に、半田接合材料であるクリーム半田などの粘性体が供給される。この粘性体の供給方法として、スクリーンマスクに設けられたパターン孔を介して粘性体を基板に印刷するスクリーン印刷が広く用いられている。スクリーン印刷動作では、印刷対象の基板をクランプ部材によって水平方向の両側から挟み込んで位置を固定するとともに、基板を下受け部材によって下面側から支持した状態で、スクリーンマスクの下面に当接させる(例えば特許文献1参照)。
特開2004−322479号公報
スクリーン印刷において高品質の印刷結果を得るためには、スクリーンマスク上でスキージを摺動させるスキージングにおいて、基板の印刷面をスクリーンマスクに高精度で密着させる必要がある。この高精度の密着性を確保するためには、基板の上面とこの基板を挟み込むクランプ部材の上面との高さ方向の相対位置関係を適正に設定することが求められる。しかしながら上述の特許文献例を含め、従来技術においては印刷品質を確保するためのクランプ部材と基板との適正な相対位置関係が必ずしも明確にされていなかった。また印刷対象の基板にも厚みのばらつきや撓みなどの変形が存在するため、下受け部材によって下面から正しく支持した状態にあっても、基板上面は必ずしも適正な高さ位置に保持されているとは限らず、印刷品質を良好に確保する上での課題となっていた。
そこで本発明は、基板とクランプ部材との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができるスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。
本発明のスクリーン印刷方法は、パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板に印刷するスクリーン印刷方法であって、前記基板の下面を下受け部材で支持するとともにこの基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における前記基板の水平方向の位置を規制する基板クランプ工程と,前記基板と前記スクリーンマスクとを位置合わせした後、前記基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねる、または、接近させる基板マスク位置合わせ工程と、前記スクリーンマスクの上面に沿って印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷する印刷工程とを順次実行し、前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させた状態で前記印刷工程を行う。
本発明のスクリーン印刷装置は、パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷するスクリーン印刷装置であって、基板の下面を下受けする下受け部材と、前記下受け部材で下受けされた前記基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上におけるこの基板の水平方向の位置を規制するクランプ手段と、前記下受け部材を前記クランプ部材に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段と、前記下受け部材で下受けされた基板と前記スクリーンマスクとの水平方向の位置合わせを行なう位置合わせ手段と、前記位置合わせが行なわれた前記基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねるために、またはスクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために基板とスクリーンマスクとを相対的に接近させ、スクリーン印刷後は基板の上面からスクリーンマスクを版離れさせるために基板とスクリーンマスクとを相対的に上下方向に離隔させる第2の昇降手段と、前記スクリーンマスクの上面に沿って移動することにより前記パターン孔を介して粘性体を基板の上面に印刷する印刷ヘッドと、前記スクリーン印刷装置の動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させるように前記第1の昇降手段を制御する。
また本発明のスクリーン印刷方法は、パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板に印刷するスクリーン印刷方法であって、前記基板の対向する2辺の下面を支持するベルトコンベアによってこの基板を所定の位置へ搬送する基板搬送工程と、前記基板の下面を下受け部材で支持して前記ベルトコンベアからこの基板を持ち上げるとともに基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における基板の水平方向の位置を規制する基板クランプ工程と、前記基板とパターン孔が形成されたマスクとを位置合わせした後、この基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねる、または、接近させる基板マスク位置合わせ工程と、前記スクリーンマスクの上面に沿って印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷する印刷工程とを順次実行し、前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させた状態で前記印刷工程を行う。
さらに本発明のスクリーン印刷装置は、パターン孔が形成されたマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷するスクリーン印刷装置であって、前記基板の対向する2辺の下面を一対のベルトコンベアによって支持して所定の位置へ搬送する基板搬送手段と、前記所定の位置に搬送された前記基板の下面を下受けする下受け部材と、前記下受け部材を前記ベルトコンベアに対して相対的に昇降させることにより前記ベルトコンベア上から前記基板を持ち上げる第1の昇降手段と、前記第1の昇降手段によって前記ベルトコンベアから持ち上げられた基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における基板の水平方向の位置を規制するクランプ手段と、前記下受け部材で下受けされた前記基板と前記スクリーンマスクとの水平方向の位置合わせを行なう位置合わせ手段と、前記位置合わせが行なわれた基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねるために、またはスクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために基板とスクリーンマスクとを相対的に接近させ、スクリーン印刷後は基板の上面からスクリーンマスクを版離れさせるために基板とスクリーンマスクとを相対的に上下方向に離隔させる第2の昇降手段と、前記スクリーンマスクの上面に沿って移動することにより前記パターン孔を介して粘性体を基板の上面に印刷する印刷ヘッドと、前記スクリーン印刷装置の動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させるように前記第1の昇降手段を制御する。
本発明によれば、下受け部材で下受けされた基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて下受け部材上におけるこの基板の水平方向の位置を規制するに際し、下受け部材をクランプ部材に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段を、基板の上面をクランプ部材の上面よりも上方に突出させるように制御することにより、クランプ部材と基板とを適正な相対位置とすることができ、基板とクランプ部材との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができる。
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の動作説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の動作説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるスキージング動作の説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法における基板およびクランプ部材の高低差計測の説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法における基板とクランプの高低差計測の計測結果の説明図 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装置におけるクランプポジション設定処理を示すフロー図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるクランプポジション補正処理を示すフロー図
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を参照して、スクリーン印刷装置1の全体構造を説明する。スクリーン印刷装置1は、パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、半田ペーストなどの粘性体が供給されたスクリーンマスク上面でスキージを摺動させることにより、パターン孔を介して粘性体を基板の上面に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1は基板位置決め部2の上方に、スクリーンマスク14および印刷ヘッド17より成るスクリーン印刷機構を配設した構成となっている。基板位置決め部2は、Y軸テーブル3Y、X軸テーブル3X,Θ軸テーブル3Θを積層した構成の位置合わせ機構3の上部に、印刷対象の基板11をクランプして保持する基板保持部4を設けて構成されている。Θ軸テーブル3Θの上面には移動プレート3aが結合されており、移動プレート3aには、基板昇降機構5が配設されている。
基板昇降機構5は、複数のガイド軸7によって移動プレート3aに対して垂直方向にスライド自在に保持された第2の昇降プレート5aを、第2モータ5b、ナット5c、送りねじ5dよりなる直動機構によって昇降させる構成となっている。さらに第2の昇降プレート5aには、基板下受昇降機構6が配設されている。基板下受昇降機構6は、複数のガイド軸8によって第2の昇降プレート5aに対して垂直方向にスライド自在に保持された第1の昇降プレート6aを、第1モータ6b、ナット6c、送りねじ6dよりなる直動機構によって昇降させる構成となっている。
第2の昇降プレート5aには2つの縦フレーム9がX方向に立設されており、それぞれの縦フレーム9の上端部には搬送レール10がX方向(基板搬送方向)に並設されている。それぞれの搬送レール10の内側には、図2に示すように、ベルトコンベア10a(図5も参照)が設けられている。これら1対のベルトコンベア10aによって基板11の対向する2辺(Y方向における両端部)を支持した状態で、ベルトコンベア10aを搬送駆動機構(図示省略)によって水平駆動することにより、基板11は所定の位置に搬送される。
第1の昇降プレート6aの上面にはブロック形状の下受け部材13が配設されており、所定の位置に搬送された基板11の下面11bは、第1の昇降プレート6aとともに上昇する下受け部材13によって下受けされる(図3参照)。搬送レール10、ベルトコンベア10aおよび搬送駆動機構は、基板11の対向する2辺の下面を一対のベルトコンベア10aによって支持して、スクリーン印刷のための所定の位置へ搬送する基板搬送手段を構成している。
それぞれの搬送レール10の上面には、細長形状のクランプ部材12がX方向に配設されており、これら1組のクランプ部材12のうち一方側のクランプ部材12は、クランプ部材駆動機構12bによってY方向に幅寄せ自在となっている。図2に示すように、下受け部材13で下受けされた基板11の対向する2辺の側面に、それぞれクランプ部材12を当接させてクランプ部材駆動機構12bを駆動することにより、基板11はクランプ部材12によって挟み込まれて下受け部材13上における基板11の水平位置が規制される。
なおここでは一組のクランプ部材12によって基板11挟み込む例を示しているが、X方向における複数位置にて複数組のクランプ部材12によって基板11を挟み込むようにしてもよい。クランプ部材12およびクランプ部材駆動機構12bは、少なくとも一組のクランプ部材12を当接させて、下受け部材13上における基板11の水平方向の位置を規制するクランプ動作を行うクランプ手段となっている。
上記構成において、基板下受昇降機構6を駆動することにより、下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させることができる。これにより、基板11のクランプにおいて基板11が位置すべきクランプ部材12との相対高さ位置を示すクランプポジションに、基板11を位置させることが可能となっている。したがって基板下受昇降機構6は、クランプポジションに基板11を位置させるために、下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段となっている。
そして前述のクランプ手段は、この第1の昇降手段によってベルトコンベア10aから持ち上げられた基板11の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材12を当接させて前述のクランプ動作を行う。さらに、上述の第1の昇降手段は、下受け部材13をベルトコンベア10aに対して相対的に昇降させることにより、ベルトコンベア10a上から基板11を持ち上げるようになっている。
スクリーンマスク14は、マスクホルダ15にマスクプレート16を展張して構成されており、マスクプレート16には基板11における印刷対象となる電極配置に対応して、複数のパターン孔16aが形成されている。スクリーンマスク14の上方に配設された印刷ヘッド17は、印刷ヘッド駆動機構17aによってY方向(スキージング方向)に水平移動自在(矢印a)となっており、それぞれスキージ昇降機構18によって昇降する1対のスキージ19を備えている。スクリーン印刷動作では、印刷ヘッド17の進行方向に応じていずれかのスキージ19を下降させてマスクプレート16の上面に当接させ、この状態で印刷ヘッド17を印刷ヘッド駆動機構17aによってマスクプレート16の上面に沿って水平移動させることにより、パターン孔16aを介して半田ペースト21が基板11の上面に印刷される。
スクリーンマスク14の下方には、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20b、距離測定器20cが一体となった中間ユニット20が、基板保持部4とスクリーンマスク14との間の空間で、中間ユニット駆動機構22(図7参照)によって水平移動可能に配設されている。中間ユニット20をマスクプレート16と基板11との間に位置させることにより、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20bはそれぞれ基板11の上面、マスクプレート16の下面を撮像する。この撮像結果を認識処理することにより、基板11およびマスクプレート16の位置が検出される。また距離測定器20cはレーザ変位計など下方に位置する対象物の高さ位置を非接触で計測する機能を有しており、計測面を下向きにして配設されている。
本実施の形態においては基板11の上面11aおよびクランプ部材12の上面12aが計測対象であり、これらの高さ計測の結果に基づいて下受け部材13によって基板11を下受けする際の基板11とクランプ部材12との高低差を計測する。すなわち距離測定器20cは、前述のクランプ手段によって基板11の位置を規制した状態で、基板11の上面11aおよびクランプ部材12の上面12aまでの高さ距離を計測し、クランプ部材12の上面12aと当該クランプ部材12の近傍の基板11の上面11aとの高低差を計測する高低差計測手段として機能する。
そして本実施の形態においては、距離測定器20cは下受け部材13で下受けされた基板11の上方を中間ユニット駆動機構22(図7)によって水平移動する中間ユニット20に、基板11の基板認識マーク11c(図6参照)を撮像する基板認識カメラ20aおよびスクリーンマスク14の認識マーク(図示省略)を撮像するマスク認識カメラ20bとともに装着された形態となっている。
このようにして下受け部材13によって下受けされ、クランプ部材12によってクランプされた基板11は、マスクプレート16に対して水平方向に位置合わせされる。この位置合わせは、基板11およびマスクプレート16の位置検出結果に基づき、位置合わせ機構3を駆動することにより行われる。したがって位置合わせ機構3は、下受け部材13で下受けされた基板11とスクリーンマスク14との水平方向の位置合わせを行なう位置合わせ手段となっている。
そしてスクリーン印刷に際しては、位置合わせが行われた基板11の上面にマスクプレート16重ねるために、または印刷形態が基板11の上面とマスクプレート16とを接触させないオフコンタクト印刷の場合には、スクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために、基板11とクランプ部材12とを相対的に接近させる。そしてスクリーン印刷後は、基板11の上面からスクリーンマスク14を版離れさせるために基板11とスクリーンマスク14とを相対的に上下方向に離隔させる。これらの昇降動作は、基板昇降機構5を駆動して第2の昇降プレート5a、縦フレーム9とともに搬送レール10を昇降させることによって行われる。
したがって、基板昇降機構5は、位置合わせが行なわれた基板11の上面にスクリーンマスク14を重ねるために、またはスクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために基板11とスクリーンマスク14とを相対的に接近させ、スクリーン印刷後は基板11の上面からスクリーンマスク14を版離れさせるために基板11とスクリーンマスク14とを相対的に上下方向に離隔させる第2の昇降手段となっている。
次に図3,図4を参照して、スクリーン印刷装置1によるスクリーン印刷方法における作業動作工程を説明する。まず搬送レール10のベルトコンベア10aによって、図3(a)に示すように、基板11を下受け部材13の上方の所定の位置へ搬送する(基板搬送工程)。この搬送動作は、基板11の対向する2辺の下面をベルトコンベア10aによって支持することにより行われる(図2参照)。
次いで、図3(b)に示すように、基板11の下面11bを下受け部材13で支持して、ベルトコンベア10aから基板11を持ち上げるとともに、基板11の対向する2辺の側面に一組のクランプ部材12を当接させて、下受け部材13上における基板11の水平方向の位置を規制する(基板クランプ工程)。すなわち基板下受昇降機構6を駆動して(矢印b)、第1の昇降プレート6a上の下受け部材13を所定のクランプポジションまで上昇させ、下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる。これにより、基板11の下面11bに当接させて基板11を持ち上げ、次いでクランプ部材駆動機構12bを駆動してクランプ部材12を幅寄せし、基板11を挟み込んでクランプする。
このとき、基板11の上面11aをクランプ部材12の上面12aよりも突出量(高低差Dh)だけ上方に突出させるように、クランプポジションが予め設定されている。これにより、図5(a)に示すように、基板11は下受け部材13によってベルトコンベア10aから持ち上げられて、上面11aが上面12aから高低差Dhだけ上方に突出した状態でクランプされる。
この後、図4(a)に示すように、中間ユニット20を基板保持部4とスクリーンマスク14との間の空間に進出させ(矢印c)、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20bによってそれぞれ基板11、マスクプレート16を認識して位置を検出する(基板認識工程およびマスク認識工程)とともに、基板11とクランプ部材12との高低差を距離測定器20cによって計測する(高低差計測工程)。そして基板11、マスクプレート16の位置検出結果に基づき位置合わせ機構3を駆動することにより、基板保持部4に保持した基板11をマスクプレート16に対して水平方向に位置合わせする。
ここで図6を参照して、距離測定器20cによる高低差検出について説明する。図6(a)は、検出対象となるクランプ部材12の上面12aと当該クランプ部材12の近傍の基板11の上面11aとの高低差を計測するための計測点の設定例を示している。1対のクランプ部材12の上面12aにおいて基板11との当接線の近傍には、計測点C1〜C5、および計測点C6〜C10がそれぞれ定ピッチで列状に設定されている。また基板11の上面11aにおいてクランプ部材12との当接線の近傍には、計測点C1〜C5、および計測点C6〜C10に対応して、それぞれ計測点P1〜P5、および計測点P6〜P10が設定されている。
高低差計測工程では、図6(b)に示すように、まずクランプ部材12上へ距離測定器20cを移動させ、計測点Ciの高さ計測を行う。すなわち、距離測定器20cから計測光L1を計測点Ciに対して照射し、その反射光L2を受光することにより、距離測定器20cの基準位置から計測点Ciまでの高さ寸法HCiが計測される。次いで距離測定器20cをクランプ部材12において計測点Ciに対応する計測点Pi上へ距離測定器20cを移動させ、同様に計測点Piの高さ計測を行い、距離測定器20cの基準位置から計測点Piまでの高さ寸法HPiを計測する。そして高さ寸法HCiと高さ寸法HPiとの差を演算することにより、高低差Dihが求められる。
図7は、上述の高低差計測の計測結果の例を示している。図7において、横軸に示す高低差Dih(i=1〜10)は、計測点Ciと対応する計測点Piとの組み合わせを示しており、縦軸は高低差Dh、すなわち基板11の上面11aのクランプ部材12の上面12aからの突出量を示している。本実施の形態では、これら複数の高低差Dhの値のうち、最も小さい値を示す高低差Dmhが、予め規定された範囲(0.05mm〜0.15mm)となるよう、クランプポジションが設定される。
次いで、基板11とパターン孔16aが形成されたマスクプレート16とを位置合わせした後、図4(b)に示すように、基板11の上面にマスクプレート16を重ねる(基板マスク位置合わせ工程)。すなわち、ここでは基板昇降機構5を駆動して第2の昇降プレート5aを上昇させることにより(矢印d)、基板11を保持した基板保持部4全体を上昇させる。なおオフコンタクト印刷の場合には、基板11の上面にマスクプレート16を重ねる代わりに、所定距離まで基板11とマスクプレート16とを接近させる。
この後、印刷ヘッド17においてスキージ昇降機構18を駆動してスキージ19を下降させ(矢印e)、マスクプレート16の上面に当接させる。そして予め半田ペースト21が供給されたマスクプレート16の上面で印刷ヘッド17をスキージング方向へ移動させる。これにより、図5(b)に示すように、スキージ19が半田ペースト21を掻き寄せながらマスクプレート16の上面で摺動し(矢印f)、基板11の上面にはパターン孔16aを介して半田ペースト21が印刷される(印刷工程)。
この印刷工程は、上面11aの上面をクランプ部材12の上面12aよりも前述の突出量(高低差Dh)だけ上方に突出させた状態で行われる。なお、基板11の上面11aのクランプ部材12の上面12aからの突出量は、当該基板11の厚さtの半分以下に設定される。そして具体的な数値範囲としては、突出量(高低差Dh)は0.01mm〜0.5mmの範囲に設定される。
次に図8を参照して、制御系の構成を説明する。制御部25はCPU機能を有しており、記憶部29に記憶された各種の動作・処理プログラム,各種データに基づいて、以下に説明する各部を統括して制御することにより、スクリーン印刷装置1によるスクリーン印刷作業動作や各種の制御処理を実行させる。記憶部29には上述の各種の動作・処理プログラム、各種データのほか、クランプ部材12によって基板11をクランプする際のクランプ部材12に対する基板11の突出量の上限および下限を示す突出量上限値29a、突出量下限値29b、対象となる基板11の厚さを示す基板厚さデータ29cが記憶されている。
制御部25は、クランプ部材駆動機構12b、基板下受昇降機構6、基板昇降機構5、位置合わせ機構3、印刷ヘッド駆動機構17a、距離測定器20c,基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20b、中間ユニット駆動機構22、表示部23、操作・入力部24と接続されている。制御部25がクランプ部材駆動機構12b、基板下受昇降機構6、基板昇降機構5、位置合わせ機構3、印刷ヘッド駆動機構17aを制御することにより、スクリーン印刷作業動作が実行される。
また制御部25は画像認識機能を備えており、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20bによる撮像結果を認識処理することにより、基板11の基板認識マーク11c(図6参照)やマスクプレート16のマスク認識マークの位置認識が行われる。また制御部25が中間ユニット駆動機構22を制御することにより、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20bによる撮像時および距離測定器20cによる高低差計測における中間ユニット20の位置制御が行われる。
スクリーン印刷作業動作において制御部25は、記憶部29に記憶された突出量上限値29a、突出量下限値29b、基板厚さデータ29cに基づいて、基板11の上面11aをクランプ部材12の上面12aよりも上方に突出させるように、第1の昇降手段である基板下受昇降機構6を制御する。すなわち制御部25は、基板11の厚さとクランプ部材12の上面12aからの当該基板11の突出量を記憶する記憶部29を備え、基板11の厚さと突出量上限値29a、突出量下限値29bに基づいて第1の昇降手段を制御する。
表示部23は、液晶パネルなどの表示装置であり、操作・入力部24による操作・入力時の案内画面の表示や、各種の報知画面の表示を行う。操作・入力部24はキーボードやタッチパネルスイッチなどの入力手段であり、スクリーン印刷装置1を稼働させるための操作指令や、各種のデータ入力が行われる。
また制御部25は、内部処理機能として高低差計測処理部26、クランプポジション設定処理部27、クランプポジション補正処理部28を有している。高低差計測処理部26は、距離測定器20cによる高さ計測結果に基づいて、基板11の上面11aとクランプ部材12の上面12aとの高低差を求める処理を行う。クランプポジション設定処理部27は、クランプポジション,すなわち基板11のクランプにおいて基板11が位置すべきクランプ部材12との相対高さ位置を設定する処理を行う。この処理は、スクリーン印刷装置1による印刷対象となる基板品種の切り替えの都度、生産開始前に実行される。またクランプポジション補正処理部28は、生産途中において必要が生じた場合にクランプポジションを補正する処理を行う。すなわち制御部25は、高低差計測手段である距離測定器20cの計測結果に基づいて、クランプポジションを補正するクランプポジション補正処理を行う。
次に、クランプポジション設定処理部27によって実行されるクランプポジション設定処理について、図9のフローに則して各図を参照しながら説明する。前述のように、クランプポジションとは基板11がクランプ部材12によってクランプ固定された状態における基板11とクランプ部材12との高さ方向の相対位置関係を規定するものであることから、本実施の形態のように、昇降する下受け部材13によって基板11を下受けして高さ位置を保持する構成においては、下受け部材13の高さ位置がクランプポジションを規定する。なお、クランプ部材12が昇降して基板11とクランプ部材12との高さ方向の相対位置関係を規定する構成であれば、クランプ部材12の高さ位置がクランプポジションを規定する。
図9において、まずクランプポジションAの初期値を設定する(ST1)。ここでは、暫定値としてのA0を初期値として入力する。この後図3(a)に示すように、スクリーン印刷装置1に基板11が搬入され(ST2)、下受け部材13の上方の所定の位置まで搬送される。次いで下受け部材13を上昇させ、基板11の下面11bを下受けする(ST3)(基板下受け工程)。
すなわち、図3(b)に示すように、下受け部材13をクランプポジションAまで、すなわち初期値として暫定的に設定された仮のクランプポジションA0に基板11を位置させるために、基板下受昇降機構6を駆動して基板11を下受けした下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる(下受け部材移動工程)。次いでクランプが実行され(ST4)、クランプ部材駆動機構12bを駆動してクランプポジションに位置する基板11の対向する2辺の側面にクランプ部材12を当接させて、下受け部材13上の基板11をクランプする(基板クランプ工程)。
そしてこの状態で、高低差計測処理が実行される(ST5)(高低差計測工程)。すなわち図4(a)に示すように、中間ユニット20を基板保持部4の上方へ移動させ、図6にて説明したように、基板11をクランプした状態のクランプ部材12の上面12aと当該クランプ部材12の近傍の基板11の上面11aの高低差を複数箇所にて計測する。
次いで、高低差計測によって取得された計測結果により示される高低差寸法、すなわち基板11の上面11aがクランプ部材12の上面12aから突出する突出量が、突出量上限値29a、突出量下限値29bにて規定された範囲内であるか否かを判断する(ST6)。ここで取得された突出量が規定された範囲内であれば、この段階におけるクランプポジションAを、最終的なクランプポジションAfとして設定する(クランプポジション設定工程)。
これに対し(ST6)にて突出量が規定された範囲外である場合には、仮のクランプポジションAを徐々に更新しながら、(ST3)に示す下受け部材移動工程および(ST5)に示す高低差計測工程を順次行う試行処理を複数回反復して実行する。すなわちまず当該段階におけるクランプポジションAに予め設定された増分bを加えたA+bを以て新たなクランプポジションAとする(ST7)。次いでクランプ部材12によるクランプを解除した後(ST8)、(ST3)に戻って(ST6)までの処理を実行する。
これらの処理は、(ST6)にて取得された突出量が規定された範囲内と判断されるまで反復実行され、その時点におけるクランプポジションAが、最終的なクランプポジションAfとして設定される。すなわち前述の試行処理を反復実行する過程において、高低差計測手段の計測結果である複数箇所の高低差(図6参照)が所定の範囲に含まれることが確認された試行処理における仮のクランプポジションを、最終のクランプポジションとして設定し(クランプポジション設定工程)、これによりクランプポジション設定処理が終了する。
次に印刷処理実行途中において、クランプポジション補正処理部28によって実行されるクランプポジション補正処理について、図10のフローに則して各図を参照しながら説明する。図10において、まず図3(a)に示すように、スクリーン印刷装置1に基板11が搬入され(ST11)、下受け部材13の上方の所定の位置まで搬送される。次いで下受け部材13を上昇させ、基板11の下面11bを下受けする(ST12)(基板下受け工程)。すなわち、図3(b)に示すように、クランプポジションAに基板11を位置させるために、基板下受昇降機構6を駆動して基板11を下受けした下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる(下受け部材移動工程)。次いでクランプが実行され(ST13)、クランプ部材駆動機構12bを駆動してクランプポジションに位置する基板11の対向する2辺の側面にクランプ部材12を当接させて、下受け部材13上の基板11をクランプする(基板クランプ工程)。
そしてこの段階で、クランプポジションの補正処理を実行する必要の有無を判断する(ST14)。すなわち印刷処理実行の過程において特定の条件、例えば対象基板のロット変更がなされたとき、累積印刷回数が規定数に到達したとき、連続稼働継続時間が規定時間に到達したとき、など予め設定された条件となった場合には、クランプポジションの補正処理の実行が必要と判断され、破線枠で囲まれた(ST15)〜(ST20)が実行される。
この補正処理では、まず図9に示す(ST5)と同様に、距離測定器20cによって基板11をクランプした状態のクランプ部材12の上面12aと当該クランプ部材12の近傍の基板11の上面11aの高低差を複数箇所にて計測する(高低差計測工程)(ST15)。次いで図9に示す(ST6)と同様に、高低差計測によって取得された計測結果により示される突出量が、突出量上限値29a、突出量下限値29bにて規定された範囲内であるか否かを判断する(ST16)。ここで取得された突出量が規定された範囲外である場合には、クランプポジションの補正を行う(ST17)(クランプポジション補正工程)。このクランプポジション補正工程においては、(ST15)にて高低差計測の対象となった複数個所における基板11の上面11aがクランプ部材12の上面12a以上の高さとなるように、クランプポジションを補正する処理が行われる。
そしてこのクランプポジション補正工程の後には、補正されたクランプポジションに基づいて下受け部材移動工程を行い、その後高低差計測工程とクランプポジション補正工程が再度実行される。すなわち、まず基板11のクランプを解除し(ST18)、補正されたクランプポジションに基づいて下受け部材13を昇降させる下受け部材高さ調整が実行され(ST19)、この状態で基板11を再度クランプする(ST20)。この後、(ST15)に戻って同様の処理が反復実行され、(ST16)にて取得された計測結果により示される突出量が規定された範囲内であると判断されたならば、クランプポジションの補正処理を完了して、通常の印刷処理工程に戻る。
すなわち、図4(b)にて説明したように、基板認識カメラ20a、マスク認識カメラ20bにより基板11、マスクプレート16を認識した結果に基づいて基板11の上面にマスクプレート16を重ねる基板マスク位置合わせ工程が実行され(ST21)、次いで、図5(b)にて説明したように、スキージ19が半田ペースト21を掻き寄せながらマスクプレート16の上面で摺動し、基板11の上面にパターン孔16aを介して半田ペースト21を印刷する印刷工程が実行される(ST22)。
この後、第2の昇降手段である基板昇降機構5を駆動して基板保持部4を下降させることにより、基板11をマスクプレート16の下面から離隔させる版離れ工程が行われる(ST23)。次いで基板11のクランプ部材12によるクランプを解除した後、下受け部材13を下降させて、基板11の下受け状態を解除する(ST24)。これにより印刷処理が終了し、印刷済みの基板11は搬送レール10によって下流側へ搬出される。
上記説明したように、本実施の形態に示すスクリーン印刷においては、下受け部材13で下受けされた基板11の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材12を当接させて下受け部材13上における基板11の水平方向の位置を規制するに際し、下受け部材13をクランプ部材12に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段を、基板11の上面11aをクランプ部材12の上面12aよりも上方に突出させるように制御する。
またクランプ手段によって基板11の位置を規制した状態でクランプ部材12の上面12aと当該クランプ部材12の近傍の基板11の上面12aとの高低差を計測した計測結果に基づいて、基板11のクランプにおいて基板11が位置すべきクランプ部材12との相対高さ位置を示すクランプポジションを設定するクランプポジション設定処理または設定されたクランプポジションを補正するクランプポジション補正処理を行うようにしている。
これにより、下受け部材13の寸法精度や基板11の厚みのばらつき、撓み変形などが存在する場合にあっても、基板11の上面11aをクランプ部材12に対して常に適正な高さ位置に保持することが可能となり、基板11とクランプ部材12との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができる。
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、基板とクランプ部材との相対高さに起因して生じる印刷品質不良を防止することができるという効果を有し、基板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分野において有用である。
1 スクリーン印刷装置
2 基板位置決め部
3 位置合わせ機構
4 基板保持部
10 搬送レール
11 基板
11a 上面
12 クランプ部材
12a 上面
13 下受け部材
14 スクリーンマスク
16 マスクプレート
17 印刷ヘッド
19 スキージ
20 中間ユニット
20a 基板認識カメラ
20b マスク認識カメラ
20c 距離測定器
Ci、Pi 計測点
Dh、Dih 高低差

Claims (16)

  1. パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板に印刷するスクリーン印刷方法であって、
    前記基板の下面を下受け部材で支持するとともにこの基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における前記基板の水平方向の位置を規制する基板クランプ工程と、
    前記基板と前記スクリーンマスクとを位置合わせした後、前記基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねる、または、接近させる基板マスク位置合わせ工程と、
    前記スクリーンマスクの上面に沿って印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷する印刷工程とを順次実行し、
    前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させた状態で前記印刷工程を行うことを特徴とするスクリーン印刷方法。
  2. 前記基板クランプ工程において、前記下受け部材を前記クランプ部材に対して相対的に昇降させることにより前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させることを特徴とする請求項1記載のスクリーン印刷方法。
  3. 前記基板の上面の前記クランプ部材の上面からの突出量が当該基板の厚さの半分以下であることを特徴とする請求項1または2記載のスクリーン印刷方法。
  4. 前記基板の上面の前記クランプ部材の上面からの突出量が0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項1または2記載のスクリーン印刷方法。
  5. パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷するスクリーン印刷装置であって、
    基板の下面を下受けする下受け部材と、
    前記下受け部材で下受けされた前記基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上におけるこの基板の水平方向の位置を規制するクランプ手段と、
    前記下受け部材を前記クランプ部材に対して相対的に昇降させる第1の昇降手段と、
    前記下受け部材で下受けされた基板と前記スクリーンマスクとの水平方向の位置合わせを行なう位置合わせ手段と、
    前記位置合わせが行なわれた前記基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねるために、またはスクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために基板とスクリーンマスクとを相対的に接近させ、スクリーン印刷後は基板の上面からスクリーンマスクを版離れさせるために基板とスクリーンマスクとを相対的に上下方向に離隔させる第2の昇降手段と、
    前記スクリーンマスクの上面に沿って移動することにより前記パターン孔を介して粘性体を基板の上面に印刷する印刷ヘッドと、
    前記スクリーン印刷装置の動作を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させるように前記第1の昇降手段を制御することを特徴とするスクリーン印刷装置。
  6. 前記制御部は、前記基板の厚さと前記クランプ部材の上面からの当該基板の突出量を記憶する記憶部を備え、前記基板の厚さと前記突出量に基づいて前記第1の昇降手段を制御することを特徴とする請求項5記載のスクリーン印刷装置。
  7. 前記突出量が当該基板の厚さの半分以下であることを特徴とする請求項6記載のスクリーン印刷装置。
  8. 前記突出量が0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項6記載のスクリーン印刷装置。
  9. パターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板に印刷するスクリーン印刷方法であって、
    前記基板の対向する2辺の下面を支持するベルトコンベアによってこの基板を所定の位置へ搬送する基板搬送工程と、
    前記基板の下面を下受け部材で支持して前記ベルトコンベアからこの基板を持ち上げるとともに基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における基板の水平方向の位置を規制する基板クランプ工程と
    前記基板とパターン孔が形成されたマスクとを位置合わせした後、この基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねる、または、接近させる基板マスク位置合わせ工程と、
    前記スクリーンマスクの上面に沿って印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷する印刷工程とを順次実行し、
    前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させた状態で前記印刷工程を行うことを特徴とするスクリーン印刷方法。
  10. 前記基板クランプ工程において、前記下受け部材を前記クランプ部材に対して相対的に昇降させることにより前記基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させることを特徴とする請求項9記載のスクリーン印刷方法。
  11. 前記基板の上面の前記クランプ部材の上面からの突出量が当該基板の厚さの半分以下であることを特徴とする請求項9または10記載のスクリーン印刷方法。
  12. 前記基板の上面の前記クランプ部材の上面からの突出量が0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項9または10記載のスクリーン印刷方法。
  13. パターン孔が形成されたマスクを基板の上面に重ね、前記パターン孔を介して粘性体を前記基板の上面に印刷するスクリーン印刷装置であって、
    前記基板の対向する2辺の下面を一対のベルトコンベアによって支持して所定の位置へ搬送する基板搬送手段と、
    前記所定の位置に搬送された前記基板の下面を下受けする下受け部材と、
    前記下受け部材を前記ベルトコンベアに対して相対的に昇降させることにより前記ベルトコンベア上から前記基板を持ち上げる第1の昇降手段と、
    前記第1の昇降手段によって前記ベルトコンベアから持ち上げられた基板の対向する2辺の側面に少なくとも一組のクランプ部材を当接させて前記下受け部材上における基板の水平方向の位置を規制するクランプ手段と、
    前記下受け部材で下受けされた前記基板と前記スクリーンマスクとの水平方向の位置合わせを行なう位置合わせ手段と、
    前記位置合わせが行なわれた基板の上面に前記スクリーンマスクを重ねるために、またはスクリーン印刷が可能な距離まで接近させるために基板とスクリーンマスクとを相対的に接近させ、スクリーン印刷後は基板の上面からスクリーンマスクを版離れさせるために基板とスクリーンマスクとを相対的に上下方向に離隔させる第2の昇降手段と、
    前記スクリーンマスクの上面に沿って移動することにより前記パターン孔を介して粘性体を基板の上面に印刷する印刷ヘッドと、
    前記スクリーン印刷装置の動作を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、基板の上面を前記クランプ部材の上面よりも上方に突出させるように前記第1の昇降手段を制御することを特徴とするスクリーン印刷装置。
  14. 前記制御部は、基板の厚さと前記クランプ部材の上面からの基板の突出量を記憶する記憶部を備え、前記基板の厚さと前記突出量に基づいて前記第1の昇降手段を制御することを特徴とする請求項13記載のスクリーン印刷装置。
  15. 前記突出量が当該基板の厚さの半分以下であることを特徴とする請求項14記載のスクリーン印刷装置。
  16. 前記突出量が0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項14記載のスクリーン印刷装置。
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