JP2015508029A - ステンシルプリンターの印刷ヘッド - Google Patents

Abstract

電子基板に粘性材料を印刷するステンシルプリンターが、自身に孔が形成されているステンシルと、ステンシルの上方に位置決めされるとともに、ステンシルの孔内に粘性材料を堆積させるように構成される印刷ヘッドとを備える。印刷ヘッドは、細長いチャンバーを画定するハウジングと、粘性材料を細長いチャンバーに流入させるように位置決めされる入口を有する通路を画定する供給源ポートと、粘性材料が細長いチャンバーから流出することができる出口が設けられるスロットを画定する一対のブレードと、細長いチャンバー内の粘性材料の量を減少させるように、細長いチャンバーにおいて可動な細長いプランジャーと、細長いチャンバー内の粘性材料の圧力を検出する少なくとも１つのセンサーとを備える。

Description

表面実装型プリント回路基板の製造において、ステンシルプリンターを用いて、回路基板に半田ペーストを印刷することができる。通常、或るパッドパターン、または半田ペーストが堆積される何らかの他の導電性表面を有する回路基板が、ステンシルプリンターに自動的に給送される。回路基板の１または複数の小さい穴またはマーク（「フィデューシャルマーク」として知られる）を用いて、回路基板に半田ペーストを印刷する前に、回路基板がステンシルプリンターのステンシル、すなわちスクリーンに適切に位置合わせされる。いくつかのシステムにおいて、光学アライメントシステムを用いて、回路基板がステンシルと位置合わせされる。

上記プリンターにおいて、回路基板がステンシルと適切に位置合わせされると、回路基板はステンシルまで上昇されて、半田ペーストがステンシルに吐出される。ワイパーブレード（すなわちスクイージー）がステンシルを横断して、ステンシルの孔を通して基板に半田ペーストを圧出する。スクイージーがステンシルを横切るように移動する際、半田ペーストはブレードの前方において伸び広がる傾向がある。これにより、望ましくは半田ペーストの混合および剪断が生じ、スクリーンすなわちステンシルの孔を満たすのを容易にするのに所望の粘度が得られる。半田ペーストは、通常、標準的なカートリッジからステンシルに吐出される。

いくつかのステンシルプリンターにおいて、スクイージーがステンシルを完全に横断した後に、スクイージーが第２の回路基板に対する印刷に向けて自身の初期位置に戻ったとき、スクイージーの下に残留した過剰の半田ペーストがステンシルに残留する。いくつかのステンシルプリンターにおいて、第２のスクイージーが、第１のスクイージーの方向とは反対の方向にステンシルを横切るように移動する。第１のスクイージーおよび第２のスクイージーを交互になっている基板に対して用いて、ステンシルの孔上に半田ペーストのロールを連続的にわたし、各連続する回路基板に印刷を行う。２つのスクイージーを使用するステンシルプリンターにおいて、製造日の最後にまたはステンシルを交換するときに、通常、過剰な半田ペーストがステンシルに残留しており、その半田ペーストを手作業で取り除かなければならないという問題が依然として存在する。また、これらの既知のプリンターでは、半田ペーストから揮発性溶剤が漏出して、それにより、半田ペーストの粘度に影響を及ぼすため、所望の粘度を維持するのが困難である。

これらのステンシルプリンターでは、スクイージーブレードは、通常、ステンシルに対して所定の角度にあり、スクイージーがステンシルを横切るように移動する際、半田ペーストに対して下方へ圧力を印加し、半田ペーストをステンシルの孔に圧入する。ブレードの角度は、ブレードがステンシルを横断する速度に基づくとともに、ブレードによる半田ペーストに対する下方への所望の圧力に基づき選択される。スクイージーがステンシルを横断する際、半田ペーストにかかる一定の圧力を維持することが望ましい。しかし、通常のプリンターにおいては、生産工程全体を通したペースト粘度のばらつきに起因して、また、スクイージー駆動装置によって印加される圧力に起因するスクイージーの変形によって生じるスクイージーの角度のばらつきに起因して圧力が変動する。

上記の問題のうちのいくつかに応じて、改善された半田ペースト印刷ヘッドが、米国特許第5,947,022号、同第6,324,973号、同第6,453,810号、および同第6,955,120号に記載されている。これらの米国特許のそれぞれは、引用することにより、その全体が本明細書の一部をなす。これらの特許は、ポートを有するチャンバーを有する可動印刷ヘッドを記載している。ポートには、半田ペーストを供給する取外し可能カートリッジが結合される。半田ペーストは、取外し可能カートリッジからチャンバーに、次に吐出スロットからステンシルを通して回路基板に流れて、所望のパターンになる。

現在、特に印刷ヘッドの幅全体にわたる向上した圧力制御と、より大きい融通性と、縮小された維持管理と、操作者に対する増大した有用性とを有する印刷ヘッドが必要とされている。

本明細書に開示される改良された印刷ヘッドは、チャンバーから粘性材料を放出させる直接圧力制御システムを伴うチャンバーを有する。「粘性」材料は、材料が他の外力によらずに自然に（単なる重力の原理によって）流れて、チャンバーに充填されるとともにチャンバー内の吐出用領域から吐出されることがないように、所与の構成および条件下で十分な粘性を有する材料である。本開示の粘性材料印刷ヘッド（「吐出ヘッド」としても知られる）は、粘性材料（例えば、半田ペースト）を通して送ることができるチャンバーを有する。印刷ヘッドは、半田ペーストカートリッジ等の粘性材料の供給源に結合することができる少なくとも１つの供給源ポートと、粘性材料を通してチャンバーから流出させることができる吐出スロットとを有する。

印刷ヘッドはフレームに取付けることができ、該フレームにステンシルも取付けられる。ステンシルは、印刷ヘッドの吐出スロットと基板（例えば、プリント回路基板）との間に位置決めされる。それに応じて、粘性材料を、印刷ヘッドからステンシルの孔を通して、基板の表面の選択された場所に吐出することができる。

本開示の態様は、電子基板に粘性材料を印刷するステンシルプリンターに関する。１つの実施形態において、該ステンシルプリンターは、自身に孔が形成されているステンシルと、前記ステンシルの上方に位置決めされるとともに、前記ステンシルの前記孔内に粘性材料を堆積させるように構成される印刷ヘッドとを備える。該印刷ヘッドは、細長いチャンバーを画定するハウジングと、粘性材料を前記細長いチャンバーに流入させるように位置決めされる入口を有する通路を画定する供給源ポートと、粘性材料が前記細長いチャンバーから流出することができる出口が設けられるスロットを画定する一対のブレードと、前記細長いチャンバー内の粘性材料の量を減少させるように、前記細長いチャンバーにおいて可動な細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内の前記粘性材料の圧力を検出する少なくとも１つのセンサーとを備える。

該ステンシルプリンターの実施形態は、前記印刷ヘッドに結合され、細長いプランジャーの動作を制御して前記粘性材料を所望の圧力に維持するコントローラーを更に具備する。前記印刷ヘッドはモーターを更に備えてもよく、該モーターは、前記印刷ヘッドの前記ハウジングおよび前記コントローラーに結合され、前記コントローラーの制御下で、前記細長いチャンバー内での前記細長いプランジャーの運動を駆動する。前記少なくとも１つのセンサーは、前記細長いチャンバーの壁に沿って設けられる圧力変換器を含んでもよい。該ステンシルプリンターは、前記細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内に位置する前記粘性材料との間に位置決めされる可撓性膜を更に備えてもよい。前記ブレードは互いに向かって傾斜していてもよい。該ステンシルプリンターは、前記細長いチャンバーの長さに沿って位置決めされる３つのセンサーを更に備えてもよい。

本開示の別の態様は、半田ペーストを印刷する方法において、粘性材料を印刷ヘッドの細長いチャンバーに供給することと、細長いプランジャーによって前記粘性材料に圧力を印加することであって、前記粘性材料を基板に移すことと、前記細長いチャンバー内の圧力を検知することであって、前記粘性材料を所望の圧力に維持することとを含む方法に関する。

本方法の実施形態は、前記細長いチャンバー内に位置決めされる多数の圧力変換器からの読取値を平均して、前記細長いチャンバー内の粘性材料の圧力を制御することによって、前記細長いチャンバー内の圧力を検知することを更に含む。該方法は、前記細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内に位置する前記粘性材料との間に可撓性膜を配置することを更に含んでもよい。該方法は、粘性材料を前記所望の圧力に維持しながら、前記細長いチャンバーに前記粘性材料を供給することを更に含んでもよい。圧力を検知することは、前記細長いチャンバーの左側および前記細長いチャンバーの右側において行われてもよい。該方法は、印刷ストローク中に前記細長いチャンバーから放出される前記粘性材料の量を、確実に制御することを更に含んでもよい。前記粘性材料は半田ペーストであってもよく、該方法は、前記半田ペーストが前記細長いチャンバーから放出される際、前記基板に選択的に堆積させるように、前記半田ペーストをステンシルに通すことを更に含んでもよい。

本開示の別の態様は、細長いチャンバーを画定するハウジングと、粘性材料を前記細長いチャンバーに流入させるように位置決めされる入口を有する通路を画定する供給源ポートと、前記粘性材料が前記細長いチャンバーから流出することができる出口が設けられるスロットを画定する一対のブレードと、前記細長いチャンバー内の粘性材料の量を減少させるように、前記細長いチャンバーにおいて可動な細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内の前記粘性材料の圧力を検出する手段とを備える印刷ヘッドに関する。

該印刷ヘッドの実施形態は、該印刷ヘッドに結合され、細長いプランジャーの動作を制御して前記粘性材料を所望の圧力に維持するコントローラーを更に備えてもよい。該印刷ヘッドはモーターを更に備えてもよく、該モーターは、該印刷ヘッドの前記ハウジングおよび前記コントローラーに結合され、前記コントローラーの制御下で、前記細長いチャンバー内での前記細長いプランジャーの運動を駆動する。前記圧力を検出する手段は、前記細長いチャンバーの壁に沿って設けられる圧力変換器を含んでもよい。該印刷ヘッドは、前記細長いチャンバー内の前記細長いプランジャーの下方に位置決めされる可撓性膜を更に備えてもよい。前記ブレードは互いに向かって傾斜していてもよい。前記圧力を検出する手段は、前記細長いチャンバーの長さに沿って位置決めされる３つのセンサーを含んでもよい。

添付図面は縮尺どおりに描かれることを意図されていない。図面では、種々の図に示す同一または略同一の各構成部材は同様の符号によって表される。明確であるために、全ての図面において全ての構成部材が符号を付けられていない場合がある。

本開示の一実施形態のステンシルプリンターの正面斜視図である。 印刷ヘッドガントリシステムによって支持される印刷ヘッドの斜視図である。 図２に示す印刷ヘッドおよび印刷ヘッドガントリシステムの端面図である。 ステンシルプリンターの一端から見た印刷ヘッドの斜視図である。 ステンシルプリンターの反対端から見た、図４に示す印刷ヘッドの斜視図である。 ブレードが３０度の角度にある印刷ヘッドの断面図である。 ブレードが４５度の角度にある印刷ヘッドの断面図である。 印刷ヘッドの斜視断面図である。 本開示の別の実施形態の印刷ヘッドの断面図である。

例示のために、回路基板に半田ペーストを印刷するように用いられるステンシルプリンターを参照しながら、本開示の実施形態が以下に記載される。本装置および関連する方法は、多様な基板に、糊、接着剤、および封入剤等の他の粘性材料または印刷材料を吐出することを必要とする他の用途で用いてもよい。例えば、本装置は、チップスケールパッケージ用のアンダーフィルとして用いられるエポキシ樹脂を印刷するように用いてもよい。本開示の実施形態の印刷ヘッドはステンシルプリンターにおいて用いることができる。或る特定の実施形態において、ステンシルプリンターは、マサチューセッツ州フランクリン所在のSpeedline Technologies社によって提供されるAccela（商標）またはMomentum（商標）シリーズのステンシルプリンタープラットフォームを含んでもよい。

本開示の実施形態の印刷ヘッドは、自動ステンシル印刷作業のために印刷材料の制御された塗布を行うように設計される。上述したように、印刷材料は、半田ペースト、接着剤、または他の印刷材料としてもよい。材料は、周囲環境から保護されるとともに、調節されて制御された圧力下でステンシルに塗布される。印刷材料は細長いハウジングに含まれる。細長いハウジングの唯一の開口は底部にあり、開口は底部においてステンシルに対して近くに保持される。印刷ヘッドは、ハウジングの頂部に細長い機械的プランジャーを備え、このプランジャーは、材料に制御された圧力を印加してステンシルに移す手段を提供する。いくつかの圧力センサーが、ハウジングの長さに沿って設けられ、チャンバー内の内部材料圧力を測定する。動作中、考慮される２つの力が存在する。第１の力は、ハウジングを物理的にステンシルに押し当てる力であり、第２の力は、ステンシルに当てるようにハウジングのチャンバー内の材料に印加される圧力である。第１の力は印刷ヘッドのＺ軸制御によって制御され、第２の力はハウジングプランジャーによって制御される。

ここで、図面、より詳細には図１を参照すると、本開示の一実施形態のステンシルプリンターが全体として１０にて示す。示すように、ステンシルプリンター１０は、ステンシルプリンターの構成部材を支持するフレーム１２を備える。ステンシルプリンターの構成部材として、一部では、コントローラー１４と、ディスプレイ１６と、ステンシル１８と、全体として２０にて示す印刷ヘッド組立体または印刷ヘッドとを挙げることができる。印刷ヘッド組立体または印刷ヘッドは、以下でより詳細に記載される様式で半田ペーストを塗布するように構成される。

図１に示され、以下に記載されるように、ステンシルおよび印刷ヘッドは、フレーム１２に好適に結合するかまたは別様に連結してもよい。１つの実施形態において、印刷ヘッド２０は印刷ヘッドガントリ２２に取付けてもよい。印刷ヘッドガントリ２２はフレーム１２に取付けてもよい。印刷ヘッドガントリ２２は、印刷ヘッド２０が、コントローラー１４の制御下でｙ軸方向に移動することと、印刷ヘッドがステンシル１８に係合する際、印刷ヘッドに圧力を印加することとを可能にする。以下で更に詳細に記載するように、印刷ヘッド２０は、ステンシル１８の上方に配置してもよく、Ｚ軸方向に降下させて、ステンシルに接触し密封するように係合させてもよい。

また、ステンシルプリンター１０は、レール２４、２６を有するコンベヤーシステムを備えてもよい。このコンベヤーシステムは、プリント回路基板（本明細書では時々「プリント配線板」、「基板」または「電子基板」と呼ばれる）をステンシルプリンターの印刷位置に運ぶものである。レール２４、２６は、本明細書では時々「トラクター給送機構」と呼ばれる場合がある。レール２４、２６は、回路基板をステンシルプリンターの作業エリア（ステンシルプリンターの作業エリアは「プリントネスト」と呼ばれる場合がある）に給送、装填、または別様に送達するように、またプリントネストから回路基板を取り出すように構成される。

ステンシルプリンター１０は、回路基板を支持する支持組立体２８を有する。支持組立体２８は、印刷動作中に回路基板が安定するように、回路基板を上昇させて固定する。或る特定の実施形態において、基板支持組立体２８は特定の基板支持システムを更に含んでもよい。基板支持システムは、例えば、堅固な支持体、複数のピン、または柔軟な器具であり、回路基板が印刷位置にあるときは回路基板の下に位置決めされる。基板支持システムは、一部では、回路基板の内部領域を支持し、印刷動作中、回路基板の撓みまたは歪みを防止するように用いてもよい。

１つの実施形態において、以下でより詳細に記載するように、印刷ヘッド２０は、ディスペンサー等の供給源から半田ペーストを受け取るように構成してもよい。供給源は、例えば、半田ペーストカートリッジである。半田ペーストカートリッジは、印刷動作中、印刷ヘッドに半田ペーストを提供する。半田ペーストを供給する他の方法をカートリッジの代わりに用いてもよい。例えば、半田ペーストは、ブレード間にまたは外部供給源から手動で堆積させてもよい。さらに、或る特定の一実施形態において、コントローラー１４は、ステンシルプリンター１０の動作を制御する特定用途向けソフトウェアとともに、Microsoft DOS（登録商標）またはWindows XP（登録商標）オペレーティングシステム等の好適なオペレーティングシステムを有するパーソナルコンピューターを用いるように構成してもよい。コントローラー１４は、回路基板を作製する製造ラインを制御するように用いられるマスターコントローラーとネットワーク接続してもよい。

１つの構成において、ステンシルプリンター１０は以下のように動作する。回路基板が、コンベアレール２４、２６を用いてステンシルプリンター１０に装填される。支持組立体２８は、回路基板を印刷位置に上昇させて固定する。次に、印刷ヘッドのブレードが所望の圧力でステンシル１８に接触するまで、印刷ヘッド２０がＺ軸方向に降下される。次に、印刷ヘッド２０が印刷ヘッドガントリ２２によってｙ軸方向にステンシル１８を横切るように移動される。印刷ヘッド２０が、ステンシル１８の孔を通して回路基板に半田ペーストを堆積させる。印刷ヘッドが孔を横切って完全にステンシル１８を横断すると、印刷ヘッドがステンシルから上昇し、回路基板は降下されてコンベアレール２４、２６に戻される。回路基板が解放されてステンシルプリンター１０から運ばれ、それにより、第２の回路基板をステンシルプリンターに装填してもよい。第２の回路基板に印刷を行うように、印刷ヘッドが、Ｚ軸方向に降下されてステンシルに接触し、第１の回路基板に用いた方向とは反対の方向にステンシル１８を横切るように動かされる。

図１を参照すると、印刷前にステンシル１８を回路基板と位置合わせするために、また、印刷後に回路基板を検査するように、撮像システム３０を設けてもよい。１つの実施形態において、撮像システム３０は、ステンシル１８と、回路基板がその上に支持される支持組立体２８との間に配置してもよい。撮像システム３０は、撮像システムを移動させるように撮像ガントリ３２に結合される。１つの実施形態において、撮像ガントリ３２は、フレーム１２に結合してもよく、フレーム１２のサイドレール間に延在するビームを含み、回路基板の上方でｙ軸方向に撮像システム３０を往復運動させる。さらに、撮像ガントリ３２は、撮像システム３０を収容するキャリッジ機構を含んでもよく、ビームの長さに沿ってｘ軸方向に動くように構成される。撮像システム３０を移動させるように用いられる撮像ガントリ３２の構成は、半田ペースト印刷の技術分野において十分に既知である。この構成は、撮像システム３０がステンシル１８の下方および回路基板の上方の任意の位置に配置されて、それぞれ回路基板またはステンシルの所定のエリアの画像を捕捉してもよいようになっている。他の実施形態において、印刷位置外に撮像システムが位置決めされるとき、撮像システムはステンシルおよび回路基板の上方または下方に配置されてもよい。

図２、３を参照すると、印刷ヘッド２０および印刷ヘッドガントリ２２が示す。示すように、印刷ヘッドガントリ２２は一対のレール３４、３６に沿って動き、印刷ヘッドガントリおよび印刷ヘッド２０のｙ軸方向の移動を達成する。ドライブモーター（図示せず）に結合されるボールねじ３８が、印刷ヘッドガントリ２２のレールに沿ったｙ軸方向の移動を駆動するように設けられる。別の実施形態において、ボールねじ駆動機構の代わりに印刷ヘッドガントリ２２のレールに沿った移動を達成するように、ベルトおよびプーリー機構を設けてもよい。印刷ヘッド２０を印刷ヘッドガントリ２２に対してＺ軸方向に移動させるように、ドライブ組立体４０が設けられる。この構成は、ボールねじ３８が、コントローラー１４のコマンドを受けて、印刷ヘッドガントリ２２および印刷ヘッド２０を移動させて印刷ストロークを実行するようになっている。以下でより詳細に記載するように、印刷ヘッド２０は、印刷ストローク中に印刷ヘッド２０がｙ軸方向に移動する際、Ｚ軸方向に移動して、ステンシルの孔内に粘性材料（例えば、半田ペースト）を堆積させるよう、ステンシル１８に係合するように構成される。

印刷ヘッドガントリ２２は印刷ヘッド２０の作業部材を支持する。示すように、印刷ヘッド２０は支持ブラケット４２を備える。支持ブラケット４２は、印刷ヘッドが印刷ヘッドガントリの中心に位置決めされるように、印刷ヘッドガントリ２２に好適に固定される。印刷ヘッド２０は細長いチャンバーハウジング４４を更に具備する。細長いチャンバーハウジング４４は、支持ブラケット４２、プランジャー４６、およびプランジャーアクチュエーター組立体４８に固定される。プランジャーアクチュエーター組立体４８は、チャンバーハウジングに対して垂直にプランジャーを移動させるように設計される。

図３〜図５を参照すると、チャンバーハウジング４４は、上壁５２および２つの側壁５４、５６を有する矩形の本体５０を有する。本体５０の端において、チャンバーハウジング４４は一対の端キャップ５８、６０によって密閉され、一対の端キャップ５８、６０は、それぞれの材料供給カートリッジ６２、６４を支持する。具体的には、図３に示す左側供給カートリッジ６２は、端キャップ５８に固定されるフィッティング６６に連結されるとともに、フィッティング６６によって支持され、粘性材料がチャンバーハウジング４４の左側に送出される。同様に、右側供給カートリッジ６４は、端キャップ６０に固定されるフィッティング６８に連結されるとともに、フィッティング６８によって支持され、粘性材料がチャンバーハウジング４４の右側に送出される。この構成は、粘性材料がチャンバーハウジング４４の両端に送出され、吐出動作中、好適な量の粘性材料がチャンバーハウジングに位置することを確実にするようになっている。より長い印刷ヘッドの場合、１または複数の更なる供給カートリッジを、チャンバーハウジング４４の長さに沿って好適に設け、粘性材料をチャンバーハウジングの内部領域に送出してもよい。

ここで特に図４、５を参照すると、細長いプランジャー４６がチャンバーハウジング４４に設けられる細長いチャンバー内に密着嵌合するように設計されるとともに、チャンバーハウジングの上壁５２に形成される開口７０を通してアクセス可能である。示すように、細長いプランジャー４６は、細長いチャンバー内で往復運動する幅狭の本体部７２と、本体部よりも幅広の頂端フランジ部７４とを有する。プランジャーアクチュエーター組立体４８は、細長いプランジャー４６の頂端フランジ部７４に固定されるプランジャーアクチュエーター７６と、支持ブラケット４２に対するプランジャーアクチュエーターのＺ軸運動を可能にする一対のボールねじ７８、８０と、ベルト８６および支持ブラケットに取付けられる１つのステッパーモーター８８によって駆動される一対のプーリー８２、８４とを含む。ステッパーモーター８８は、支持ブラケット４２の頂面に取付けられて示すが、別の実施形態において、ステッパーモーターは、支持ブラケットの下のプランジャーアクチュエーター７６によって画定されるスペースに取り付けて、空間を節約してもよい。回路基板９０が、コントローラー１４に結合されて、ステッパーモーター８８および印刷ヘッド２０の他の構成部材の動作を制御するように設けられる。この構成は、ステッパーモーター８８の動作の際、ベルト８６およびプーリー８２、８４が自身のそれぞれのボールねじ７８、８０を回転させ、プランジャーアクチュエーター７６をＺ軸方向に移動させるようになっている。作動される際、細長いプランジャー４６の本体部７２がチャンバーハウジング４４のチャンバーに入り、粘性材料に圧力が印加される。

図６Ａ、６Ｂを参照し、更に図７を参照すると、印刷ヘッド２０のチャンバーハウジング４４が、チャンバーハウジングの本体５０に形成されるチャンバー９２を更に有する。示すように、チャンバー９２は、開口７０を通してアクセス可能であるとともに、自身のそれぞれの供給カートリッジ６２または６４と流体連通するポート（例えば、図６Ａ、６Ｂに示すポート９４）から粘性材料を受け取るように構成される。チャンバー９２内の粘性材料は、プランジャーがプランジャーアクチュエーター組立体４８によってＺ軸方向下方に移動されると、細長いプランジャー４６によって加圧される。

印刷ヘッド２０は一対のブレード９６、９８を更に備え、一対のブレード９６、９８は、ピボット機構１００、１０２によってそれぞれの端キャップ（図６Ａ、６Ｂに示す端キャップ５８）に枢着される。示すように、各ブレード９６、９８は互いに向かう方向に傾き、粘性材料が通って吐出されるスロット１０４を画定する。動作中、印刷ヘッド２０はドライブ組立体４０によって下降されてステンシル１８に係合し、それにより、ブレード９６、９８が所定の圧力でステンシルに係合する。十分に係合すると、チャンバー９２内の粘性材料は、細長いプランジャー４６によって加圧され、ステンシルに形成される孔に入り、電子基板に粘性材料が堆積される。図６Ａは、水平面に対して３０度傾いたブレード９６、９８を示している。図６Ｂは、水平面に対して４５度傾いたブレード９６、９８を示している。ブレード９６、９８の傾きは、電子基板に堆積される粘性材料の種類および他の動作パラメーターに基づき選択してもよい。ピボット機構１００、１０２がブレード９６、９８に連結される、端キャップ５８、６０を設けることにより、異なる角度を有するブレードの素早い脱着が可能になる。

戻って図５を参照し、更に図６Ａ、６Ｂを参照すると、チャンバー９２内での粘性材料の調節された圧力を達成するように、細長いハウジング４４の後面５６に、それぞれ１０６にて示すいくつかの圧力変換器が設けられる。合わせて、圧力変換器１０６は、例えば、コントローラー１４および回路基板９０を用いてチャンバー内の圧力を平均することによって、チャンバーハウジング４４のチャンバー９２内の圧力を測定するように構成される。４つの圧力変換器１０６が図５に示すが、任意の数の圧力変換器、例えば、３つの圧力変換器を設けて、チャンバー９２内での粘性材料の圧力を測定してもよい。

図６Ａ、６Ｂに示すように、プランジャー４６がプランジャーアクチュエーター組立体４８のプランジャーアクチュエーター７６によってＺ軸方向に移動されて細長いチャンバー９２に入ると、チャンバー内の粘性材料が加圧される。或る特定の実施形態において、所望のまたは事前設定された圧力が、印刷ヘッド２０から材料が最適に吐出されるようにもたらされる。各圧力変換器１０６が、１０８においてコントローラー１４および／または回路基板９０に結合される。コントローラーは、プランジャーアクチュエーターを操作して、事前設定された圧力を達成するように構成される。具体的には、コントローラー１４は、圧力変換器１０６から取得される読取値に応答して、プランジャーアクチュエーター組立体４８によるプランジャー４６の動作と、供給カートリッジ６２、６４によってチャンバー９２に提供される粘性材料の供給とを制御するように構成される。この構成は、材料の供給および材料の加圧が、印刷ヘッド２０のこの機能を制御するようにコントローラー１４（および／または回路基板９０）によって自動的に実行される点で、「閉ループ」システムと呼ばれる場合がある。

図８を参照すると、１つの実施形態において、可撓性膜１１０が、細長いプランジャー４６と、細長いチャンバー９２内に位置する粘性材料との間に位置決めされる。可撓性膜１１０は、細長いプランジャー４６を粘性材料から分離して、チャンバー９２内の粘性材料の圧力をより良好に制御するように設けられる。

或る特定の一実施形態において、細長いチャンバー９２内での細長いプランジャー４６の運動を駆動するステッパーモーター８８は、チャンバー内の粘性材料（例えば、半田ペースト）の振動を引き起こすようにコントローラー１４（および／または回路基板９０）によってプログラムされてもよい。プランジャー４６の振動が、ステンシルに設けられる空孔を満たすとき、粘性材料を印刷ヘッド２０からステンシル１８に移すのを援助する。他の実施形態において、圧電装置等の別の装置を用いて、細長いプランジャー４６を、特により高い振動数で振動させてもよい。このような装置は、ステッパーモーター８８、細長いプランジャー４６、およびプランジャーアクチュエーター組立体４８から独立してもよい。

動作中、印刷ヘッド２０のいくつかの動作モードを達成することができる。「印刷準備完了」モードにおいて、適切な量の材料が印刷ヘッド２０の細長いチャンバー９２に送出され、ブレード９６、９８が、ハウジングに対する力がゼロであるとともに材料に対する圧力がゼロの状態で、ステンシル１８に接触する。

「印刷」モードにおいて、ブレード９６、９８は、規定の力によってステンシル１８に係合するかまたは別様にステンシル１８に当接するように動かされる。このとき、粘性材料は細長いプランジャー４６によって付勢されて細長いチャンバー９２内に保持される。この間に、印刷ヘッド２０が、印刷ヘッドガントリ２２によって、規定の距離および速度でステンシルおよび基板を横切るように駆動される。「印刷」モードにある間、細長いチャンバー９２内の内部材料圧力は監視され、細長いプランジャー４６の位置が、コントローラー１４（および／または回路基板９０）によって規定の圧力が維持されるように、連続的に調整される。また、震動または振動をプランジャー４６に印加して、粘性材料をステンシル１８の孔に均等に移送させて孔を埋めるのを援助することができる。この動作も、コントローラー１４（および／または回路基板９０）の制御下にある。

「材料充填」モードにおいて、印刷ヘッド２０のブレード９６、９８は、規定の力によって支持されたステンシル１８または平坦な表面に当接して保持される。最初に、細長いプランジャー４６は、印刷動作移動端の下側端にあるか若しくは下側端よりも下にあるか、または既存の量の材料の頂端に接触している。粘性材料がそれぞれの供給カートリッジ６２、６４によってポート９４を通して細長いチャンバー９２に給送される際、内部材料圧力は監視され、細長いプランジャー４６が、規定の充填圧力が維持されるように上昇される。このように、細長いプランジャー４６の運動は、コントローラー１４（および／または回路基板９０）によって材料の充填と協調される。充填は、細長いプランジャー４６が印刷動作移動範囲の頂端に達するまで続く。材料の充填が進行する間、上述した震動がプランジャー４６に印加され、材料がハウジングチャンバー９２全体に均等に分散するのを援助することができる。

「清掃」モードにおいて、細長いプランジャー４６が細長いハウジング４４のチャンバー９２から上昇され、プランジャーおよびハウジングを清掃するのを援助することができる。

「上昇」モードにおいて、細長いハウジング４４はステンシル１８から上昇されて、ステンシルを清掃または交換するのを援助することができる。「上昇」モードは、Ｚ軸運動ルーチンを用いて、印刷ヘッド２０とステンシル１８との密着を解くことができる。

１つの実施形態において、印刷ヘッドは、各端部において標準的な３オンスまたは６オンス半田ペーストカートリッジを受けるように構成される供給源ポートを有する。上記カートリッジは、印刷動作中、半田ペーストを印刷ヘッドに提供する。カートリッジのそれぞれは空圧エアホースの一端に結合され、エアホースの他端は、半田ペーストをカートリッジから印刷ヘッドに圧入するエアコンプレッサーに結合される。当業者には容易に理解されるように、印刷ヘッドは、他の標準的若しくは非標準的なカートリッジまたは他の半田ペースト供給源を受けるようになっていることができる。ピストン等の機械装置を、空圧に加えてまたは空圧の代わりに用いて、半田ペーストをカートリッジから印刷ヘッドに圧入してもよい。

任意の数の供給源ポートを印刷ヘッドに設けて、より多いまたはより少ないカートリッジを印刷ヘッドに結合することができる。カートリッジの数は、印刷ヘッドの長さおよび用いられるカートリッジの容量に基づき選択される。印刷ヘッドの長さは、一部では、印刷される電子基板（例えば、回路基板）の幅に基づき決定される。回路基板のサイズが変更される場合、印刷ヘッドは、新たな回路基板に合わせた寸法の長さを有する新たな印刷ヘッドと交換してもよい。また、吐出スロットの有効長さ（長さは示す部分の平面に対して垂直の軸に沿って測定される）を、スロットの一部を部分的に覆うことによって、より小さい回路基板に適合するように減じてもよい。或る特定の一実施形態において、吐出スロットは長さが約２０ｃｍ〜約６０ｃｍ（８インチ〜２４インチ）である。

論じたように、印刷ヘッドは、細長いチャンバーを画定するハウジングを備える。１つの実施形態において、チャンバーは、可撓性膜（図８）によって作動用領域と吐出用領域とに分離される。特定の実施形態において、吐出用領域は、２０ｃｍ〜６０ｃｍの長さおよび約１ｃｍの直径／幅を有する。膜は、ラテックスまたはシリコン樹脂等の可撓性ポリマーから形成することができる。

更に論じたように、印刷ヘッドがステンシルと接触するように印刷ヘッドが降下された印刷位置にあるとき、ステンシルプリンターは、半田ペーストをカートリッジから吐出用領域に給送することによって動作する。吐出用領域が半田ペーストで満たされた状態で、圧縮ガス供給源がガスを作動用領域に圧送し、それにより、可撓性膜に圧力が印加される。この圧力の結果として可撓性膜がスロットに向かって変位する。それにより、半田ペーストが吐出用領域からスロットを通して、チャンバーを出るように駆動される。次に、吐出された半田ペーストが、プリント回路基板等の基板上に位置決めされたステンシルに流れ、半田はステンシルの孔を通してプリント回路基板に流れて所定のパターンになる。

２つのブレード間で半田ペーストが加圧される。加圧される半田ペーストが、ブレードとステンシルとの接触面に生じる密着を解消するのを防止するよう、印刷ヘッドをステンシルに押し当てるように印刷ヘッドに力が印加される。力は、空圧アクチュエーターによって印加することができる。印刷ヘッドによるステンシルを横切るストロークの終端において、印刷ヘッドが戻って反対方向にステンシルを横切るように通過する際、以前は後方ブレードであったブレードが、前方ブレードになる。

或る特定の一実施形態において、印刷ヘッドはコントローラーに結合され、コントローラーは、記憶媒体に記憶されたソフトウェアコードを実行するようにプロセッサに結合されるコンピューター可読記憶媒体を有する。

上記移送機構（可撓性膜を伴うかまたは伴わない）の使用により、以下のような印刷ヘッド設計が可能になる。すなわち、その設計では、チャンバーの移送用領域がチャンバーの長軸に対して垂直の平面において非常に小さい断面を有することができるにもかかわらず、半田ペーストを、スロットの長さに沿ってスロットを通して、略均等に吐出することができる。比較的小さい吐出用領域の使用と、チャンバーからの半田ペーストの均等な流れとが、半田ペーストの圧縮を減少させるかまたは圧縮開始を遅らせるのに役立つ。さらに、移送機構は、半田ペーストのスロットを通した流れに対する応答性の高い統御を可能にする。

他の実施形態において、上述した装置および方法を用いて、半田ペースト以外の粘性材料が印刷される。１つの実施形態において、印刷ヘッドから液体エポキシ樹脂が印刷される。液体エポキシ樹脂は、チップスケールパッケージ用のアンダーフィルとして用いることができる。この場合、エポキシ樹脂はプリント回路基板の約１ｃｍ²の面積に堆積され、次にチップがエポキシ樹脂上に取り付けられる。

このように、本開示の実施形態の印刷ヘッドは、印刷動作中、印刷ヘッドのチャンバー内の圧力を正確に制御することが可能であることが認識されるべきである。印刷ヘッドによって達成される正確な圧力制御は、印刷動作の質を向上させる。具体的には、印刷ヘッドは、チャンバー内の粘性材料の一定の圧力を維持することが可能であり、電子基板全体の幅にわたる印刷堆積物の完全性を向上させる。

実施形態は、以下の記載において述べられまたは図面に示す構成の詳細および構成部材の配置構成に適用が限定されない。また、本明細書において用いた言い回しおよび用語は、説明のためのものであり、限定するものとしてみなされるべきではない。本明細書における「有する、含む、備える（including）」、「有する、含む、備える（comprising）」または「有する（having）」、「含む（containing）」、「伴う（involving）」という用語およびそれらの変形は、以下に記載される事項およびそれらの均等物並びに更なる事項を包含することが意図される。

このように、少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を記載したが、種々の変形、変更、および改良が当業者には容易に想到されることが理解される。そのような変形、変更、および改良は、本開示の一部であることが意図されるとともに、本発明の範囲内にあることが意図される。したがって、前述の記載および図面は単に例としてのものである。

１０ ステンシルプリンター
１２ フレーム
１４ コントローラー
１６ ディスプレイ
１８ ステンシル
２０ 印刷ヘッド
２２ 印刷ヘッドガントリ
２４ コンベアレール
２６ コンベアレール
２８ 基板支持組立体
３０ 撮像システム
３２ 撮像ガントリ
３４ レール
３６ レール
４０ ドライブ組立体
４２ 支持ブラケット
４４ チャンバーハウジング
４６ プランジャー
４８ プランジャーアクチュエーター組立体
５０ 本体
５２ 上壁
５４ 側壁
５６ 後面
５８ 端キャップ
６０ 端キャップ
６２ 左側供給カートリッジ
６４ 右側供給カートリッジ
６６ フィッティング
６８ フィッティング
７０ 開口
７２ 本体部
７４ 頂端フランジ部
７６ プランジャーアクチュエーター
８２ プーリー
８４ プーリー
８６ ベルト
８８ ステッパーモーター
９０ 回路基板
９２ ハウジングチャンバー
９４ ポート
９６ ブレード
９８ ブレード
１００ ピボット機構
１０２ ピボット機構
１０４ スロット
１０６ 圧力変換器
１１０ 可撓性膜

Claims (20)

1. 電子基板に粘性材料を印刷するステンシルプリンターにおいて、
   自身に孔が形成されているステンシルと、
   前記ステンシルの上方に位置決めされるとともに、前記ステンシルの前記孔内に粘性材料を堆積させるように構成される印刷ヘッドとを具備し、
   該印刷ヘッドが、
   細長いチャンバーを画定するハウジングと、
   粘性材料を前記細長いチャンバーに流入させるように位置決めされる入口を有する通路を画定する供給源ポートと、
   粘性材料が前記細長いチャンバーから流出することができる出口が設けられるスロットを画定する一対のブレードと、
   前記細長いチャンバー内の粘性材料の量を減少させるように、前記細長いチャンバーにおいて可動な細長いプランジャーと、
   前記細長いチャンバー内の前記粘性材料の圧力を検出する少なくとも１つのセンサーとを具備するステンシルプリンター。
2. 前記印刷ヘッドに結合され、細長いプランジャーの動作を制御して前記粘性材料を所望の圧力に維持するコントローラーを更に具備する請求項１に記載のステンシルプリンター。
3. 前記少なくとも１つのセンサーは、前記細長いチャンバーの壁に沿って設けられる圧力変換器を含む請求項２に記載のステンシルプリンター。
4. 前記印刷ヘッドはモーターを更に備え、該モーターは、前記印刷ヘッドの前記ハウジングおよび前記コントローラーに結合され、前記コントローラーの制御下で、前記細長いチャンバー内での前記細長いプランジャーの運動を駆動する請求項２に記載のステンシルプリンター。
5. 前記細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内に位置する前記粘性材料との間に位置決めされる可撓性膜を更に具備する請求項１に記載のステンシルプリンター。
6. 前記ブレードは互いに向かって傾いている請求項１に記載のステンシルプリンター。
7. 前記細長いチャンバーの長さに沿って位置決めされる３つのセンサーを更に具備する請求項１に記載のステンシルプリンター。
8. 半田ペーストを印刷する方法において、
   粘性材料を印刷ヘッドの細長いチャンバーに供給することと、
   細長いプランジャーによって前記粘性材料に圧力を印加することであって、前記粘性材料を基板に移すことと、
   前記細長いチャンバー内の圧力を検知することであって、前記粘性材料を所望の圧力に維持することとを含んで成る方法。
9. 前記細長いチャンバー内の圧力を検知することは、前記細長いチャンバー内に位置決めされる多数の圧力変換器からの読取値を平均することであって、前記細長いチャンバー内の粘性材料の圧力を制御することを含む請求項８に記載の方法。
10. 前記細長いプランジャーと、前記細長いチャンバー内に位置する前記粘性材料との間に可撓性膜を配置することを更に含む請求項８に記載の方法。
11. 粘性材料を前記所望の圧力に維持しながら、前記細長いチャンバーに前記粘性材料を供給することを更に含む請求項８に記載の方法。
12. 圧力を検知することは、前記細長いチャンバーの左側および前記細長いチャンバーの右側において行われる請求項８に記載の方法。
13. 印刷ストローク中に前記細長いチャンバーから放出される前記粘性材料の量を、確実に制御することを更に含む請求項８に記載の方法。
14. 前記粘性材料は半田ペーストであり、
    前記方法は、前記半田ペーストが前記細長いチャンバーから放出される際、前記基板に選択的に堆積させるように、前記半田ペーストをステンシルに通すことを更に含む請求項８に記載の方法。
15. 細長いチャンバーを画定するハウジングと、
    粘性材料を前記細長いチャンバーに流入させるように位置決めされる入口を有する通路を画定する供給源ポートと、
    前記粘性材料が前記細長いチャンバーから流出することができる出口が設けられるスロットを画定する一対のブレードと、
    前記細長いチャンバー内の粘性材料の量を減少させるように、前記細長いチャンバーにおいて可動な細長いプランジャーと、
    前記細長いチャンバー内の前記粘性材料の圧力を検出する手段とを具備する印刷ヘッド。
16. 前記印刷ヘッドに結合され、細長いプランジャーの動作を制御して前記粘性材料を所望の圧力に維持するコントローラーを更に具備する請求項１５に記載の印刷ヘッド。
17. 前記印刷ヘッドはモーターを更に備え、該モーターは、前記ハウジングおよび前記コントローラーに結合され、前記コントローラーの制御下で、前記細長いチャンバー内での前記細長いプランジャーの運動を駆動する請求項１６に記載の印刷ヘッド。
18. 前記圧力を検出する手段は、前記細長いチャンバーの壁に沿って設けられる圧力変換器を含む請求項１５に記載の印刷ヘッド。
19. 前記細長いチャンバー内の前記細長いプランジャーの下方に位置決めされる可撓性膜を更に具備する請求項１５に記載の印刷ヘッド。
20. 前記圧力を検出する手段は、前記細長いチャンバーの長さに沿って位置決めされる３つのセンサーを含む請求項１５に記載の印刷ヘッド。

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