JP2018069467A - Screen printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の状態に対応したスクリーン印刷機に関する。 The present invention relates to a screen printer corresponding to the state of a substrate.
スクリーン印刷機では、印刷パターン(印刷用の貫通孔)を有するマスクが保持され、その下に配置された基板に対してクリームはんだによるスクリーン印刷が行われる。そのスクリーン印刷機には、基板の搬送を行う基板搬送装置、搬送された基板を保持して印刷箇所に位置決めするための基板保持装置、マスクを位置決めして保持するためのマスク保持装置、更にスクリーンマスクに対して上面からクリームはんだを塗り延ばすスキージ装置などが設けられている。そして、ペースト状のクリームはんだが、スキージによってマスク上でローリングしながら印刷パターンに押し込まれ、下に位置する基板に対して塗布(印刷)が行われる。 In a screen printing machine, a mask having a printing pattern (printing through-hole) is held, and screen printing using cream solder is performed on a substrate disposed under the mask. The screen printing machine includes a substrate transfer device for transferring a substrate, a substrate holding device for holding the transferred substrate and positioning it at a printing location, a mask holding device for positioning and holding a mask, and a screen A squeegee device for spreading cream solder on the mask from above is provided. Then, the paste-like cream solder is pushed into the print pattern while rolling on the mask with a squeegee, and application (printing) is performed on the underlying substrate.
その際、マスク直下の印刷位置に基板が位置決めされる。つまり、基板は搬送装置によって機内に搬送された後、基板支持装置によって持ち上げられ、さらに基板保持装置によってクランプされる。その基板支持装置は、下記特許文献1に開示されているように、基板に対して実装される電子部品を避ける位置に、複数のバックアップピンがテーブルに立設され、そのテーブルが上昇することによって基板を下から支えるように構成されている。
At that time, the substrate is positioned at a printing position directly under the mask. That is, after the substrate is transported into the apparatus by the transport device, it is lifted by the substrate support device and further clamped by the substrate holding device. As disclosed in
ところで、バックアップピンによって支持される基板は、全てが平面状態を保って搬送されてくるわけではなく、上方に湾曲した上反り状態や下方に湾曲した下反り状態、或いは捻じれ状態のものなどがある。こうした状態は、例えば、基板が一次印刷、部品実装、そしてリフローの工程などを経て送られるため、はんだ溶融の際のリフロー熱によって生じ得る。そこで、基板の二次面を印刷する場合に、その基板が上反りの状態であると、高さが一定のバックアップピンは、高さが足りずに浮いた状態になってしまう。そして、その状態で基板に対し印圧を加えながらスキージが移動すると、支えの無い浮いた部分を通過する際に基板とマスクを変形させてしまい、印刷位置にズレを生じさせてしまうことなどがある。さらに、スキージが通過して基板とマスクの変形が戻ることにより、印刷形状が崩れてしまうという問題も生じ得る。 By the way, not all of the substrates supported by the backup pins are transported while maintaining a flat state, but those having an upward curved state, a downwardly curved downward state, or a twisted state, etc. is there. Such a state can be caused by reflow heat at the time of melting the solder, for example, because the substrate is sent through primary printing, component mounting, and reflow processes. Therefore, when the secondary surface of the substrate is printed, if the substrate is warped, the backup pin having a constant height is in a state where it is floated due to insufficient height. If the squeegee moves while applying printing pressure to the substrate in this state, the substrate and the mask may be deformed when passing through an unsupported floating portion, causing a shift in the printing position. is there. Furthermore, there may be a problem that the printed shape collapses due to the squeegee passing and the deformation of the substrate and the mask returning.
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、基板の状態に対応したスクリーン印刷機を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a screen printing machine corresponding to the state of a substrate in order to solve such a problem.
本発明に係るスクリーン印刷機は、印刷パターンが形成されたマスクが保持され、当該マスクの下に位置する基板に対してクリームはんだを印刷するものであり、マスクに対して上からクリームはんだを塗り延ばすスキージ装置と、前記マスクの下に基板を搬送する搬送装置と、搬送方向と直行する方向から基板を保持する基板保持装置と、先端の高さが異なる複数のバックアップピンを備えて基板を下から支える基板支持装置と、前記基板支持装置を昇降させる昇降装置とを有する。 The screen printing machine according to the present invention holds a mask on which a printing pattern is formed, prints cream solder on a substrate located under the mask, and applies cream solder to the mask from above. A squeegee device that extends, a transport device that transports the substrate under the mask, a substrate holding device that holds the substrate from a direction orthogonal to the transport direction, and a plurality of backup pins with different tip heights are provided to lower the substrate. A substrate support device that supports the substrate, and a lifting device that lifts and lowers the substrate support device.
本発明によれば、先端の高さが異なる複数のバックアップピンにより基板を下から支えるようにしたので、例えばその複数のバックアップピンからなるバックアップ部分が山形であれば、上反りした基板であっても、その基板の状態に対応してバックアップピンによって支持できる。 According to the present invention, since the substrate is supported from the bottom by a plurality of backup pins having different tip heights, for example, if the backup portion composed of the plurality of backup pins is a mountain shape, the substrate is warped. Also, it can be supported by a backup pin corresponding to the state of the substrate.
次に、本発明に係るスクリーン印刷機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、本実施形態のスクリーン印刷機の内部構成を簡易的に示した図である。スクリーン印刷機1は、基板に対して電子部品を実装する部品装着機の前工程を行うものとして構成されている。そのスクリーン印刷機1には、基板搬送装置3やスキージ装置4、基板を把持するクランプ装置5、基板を下方から支持する基板支持装置7および、基板を上下方向に移動させて位置決めする昇降装置8などが設けられている。そして、スクリーン印刷機全体を制御する制御装置が搭載され、各装置の駆動部に対する所定の制御が行われるようになっている。
Next, an embodiment of a screen printer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram simply showing the internal configuration of the screen printing machine according to the present embodiment. The
スクリーン印刷機1は、基板搬送装置3によって基板10の搬入および搬出が行われるが、その基板搬送装置3は、基板10の両サイドを支持する一対のコンベアベルト11によって構成され、図1の図面を貫く方向(機体幅方向)に基板10が送られるようになっている。そして、その基板搬送装置3と、基板10を保持するクランプ装置5が、昇降装置8に対して組み付けられている。よって、スクリーン印刷機1に搬入された基板10はクランプ装置5によって保持され、上昇することによりマスク9直下の印刷位置に位置決めされることとなる。なお、マスク9は、矩形の枠部材18に嵌め込まれ、水平な状態で取り付けられている。
In the
セットされたマスク9の上には、機体幅方向に線状のクリームはんだが供給される。クリームはんだは、スキージ装置4によってマスク9上でローリングしながら印刷パターンに押し込まれ、マスク9の下に位置する基板10に塗布される。そうしたスキージ装置4は、スキージを備えた一対のスキージヘッド401,402が、シリンダにより昇降可能な状態で走行台12に搭載されている。走行台12は、図面横方向(機体前後方向)に架設されたガイドロッド13に対して摺動可能に組み付けられ、水平方向に直線移動が可能なものである。また、スクリーン印刷機1には、ガイドロッド13と平行なネジ軸15が回転自在な状態で架設され、駆動モータによって回転が与えられるようになっている。そして、走行台12内部の固定ナットとネジ軸15とによってボールネジ機構が構成されている。
On the
次に、セットされたマスク9の下方側には、基板10を把持して位置決めするためのクランプ装置5および昇降装置8などが構成されている。先ず、昇降装置8は、垂直なガイドレール21に沿って摺動するように昇降台22が組み付けられ、その昇降台22は、ボールネジ機構24を介して昇降用モータ23に連結されている。そして、昇降台22の上には支持台25を介して基板搬送装置3やクランプ装置5などが搭載されている。なお、詳しい説明は省略するが、支持台25は、昇降台22に対してX−Y平面上のX方向及びY方向とθ方向に位置調整が可能な構成となっている。
Next, on the lower side of the
支持台25の上には、機体前後方向に一対のマスクサポート26が立設され、その間にクランプ装置5が配置されている。前後に位置する一対のマスクサポート26は、それぞれ機体幅方向に門型の脚体261が設けられ、その上面にはマスク9が接触するマスク支持プレート262が固定されている。一方のマスクサポート26には、脚体261内部の固定ナットと1本のネジ軸27とが螺合したボールネジ機構が構成されている。従って、ネジ軸27を回転させる駆動モータの制御によって他方のマスクサポート26との距離の調整が可能になる。
A pair of
クランプ装置5は、支持台31の前後に一対のサイドフレーム33が立設され、一方のサイドフレーム33には、内部の固定ナットにネジ軸36が螺合してボールネジ機構が構成され、ネジ軸36に対するクランプ用モータの回転によって他方のサイドフレーム33との距離が調整可能になっている。そして、サイドフレーム33の上端部にはクランプ部35が形成され、互いの距離の調整によって基板10を幅方向から把持できるようになっている。そうしたサイドフレーム33には、クランプ部35の下側にコンベアベルト11組み付けられ、一対のサイドフレーム33の間に基板10を搬送する基板搬送装置3が構成されている。
In the
また、一対のサイドフレーム33の間には基板支持装置7が設けられている。その基板支持装置7は、バックアップテーブル37に対して基板10に実装される電子部品を避けるように、複数のバックアップピン38が取り付けられている。そして、クランプ装置5の支持台31は、昇降用モータ41の回転出力を昇降運動に変換するボールネジ機構を介して支持されている。更に、支持台31に対して駆動モータ42が固定され、バックアップテーブル37が、昇降用モータ42の回転出力を昇降運動に変換するボールネジ機構を介して支持されている。
A
ところで、本実施形態の基板支持装置7は、複数のバックアップピン38が従来のように高さ一定ではなく、異なる高さのものによって構成されている。特に、本実施形態では、図2に示すように、図面の左右横方向(スキージの移動方向)に見て中央部分のバックアップピン381が最も背が高く、その左右に位置するバックアップピン382,383が中央部分から遠ざかるに従って背が低くなっている。図2は、基板支持装置7の一部を簡易的に示した図であるため、3段階に変化させたバックアップピン38(381,382,382)が描かれているが、更に多くのバックアップピンによって多段階に高さが変化するものであってもよい。
By the way, the board |
バックアップピン38の構成は、上反りの基板に対応するようにしたものである。つまり、複数のバックアップピン38からなるバックアップ部分全体が上反りの基板に合わせた山形になっているので、基板10に浮いた箇所が生じないように全体をバックアップピン38によって支えられるようになっている。ただし、バックアップ部分を山形にすることにより、スクリーン印刷機1に搬送されてきた基板が平面状態や下反り状態のものであっても、印刷時の基板10の状態が全て山形に変形することになる。
The configuration of the
印刷時の基板10は、バックアップピン38によって下から押し上げられ、その幅方向端部が一対のクランプ部35の間に配置される。このとき、平面状態や下反り状態の基板10を上反り状態にするため、上昇する基板10の端部はクランプ部35に対して摺動し、その摺動抵抗によって端部の進みが中央部分よりも遅くなり、基板10がバックアップピン38の山形に倣うようになっている。また、クランプ部35には、つば部351が形成されたトップ型のクランプレール350が取り付けられ、そのクランプレール350が基板10の幅方向側面に横方向から押し当てられるとともに、基板10の幅方向端部につば部351が上方から当てられ、当該幅方向端部の跳ね上がりが押え込まれるようになっている。
The
一方、基板10の上に重ねられるマスク9は、枠部材18によって平面状態が保たれた状態で取り付けられている。そのため、印刷時の基板10が山形であると、マスク9と基板10との距離にバラツキが生じてしまう。例えば、最も背の高いバックアップピン381と最も背の低いバックアップピン383とは1〜2mm程度の差が設けられている。そのため、マスク9と基板10との距離の差が大きいと、スキージヘッド401,402から受ける印圧によってマスク9の撓む量が場所によって異なり、印刷品質に影響を及ぼすことになる。この点について、印刷時のマスク9が基板10の山形に倣うようにするための構成が採られている。すなわち、マスク9が接触するマスク支持プレート262に、上面に開口した複数の吸引孔263が形成され、その吸引孔263には不図示の真空装置が接続されている。
On the other hand, the
そこで、以上のような構成のスクリーン印刷機1では、先ず、一対のサイドフレーム33の間にコンベアベルト11によって基板10が搬入される。そして、昇降用モータ42の駆動によりバックアップテーブル37が上昇し、バックアップピン38に突き上げられるようにして基板10がコンベアベルト11から持ち上げられ、図2に示すように山形の状態で支持される。また、ネジ軸36に回転が与えられることにより一方のサイドフレーム33が移動し、両方のサイドフレーム33のクランプ部35によって基板10が挟み込まれる。
Therefore, in the
次に、昇降用モータ41の駆動により、基板10を保持した状態のクランプ装置5全体が上昇し、マスク支持プレート262の高さにクランプ部35と基板10の上面がほぼ揃えられた状態になる。その後、昇降用モータ23の駆動により昇降台22が上昇し、山形状態の基板10がマスク9の下面に軽く接触した印刷位置に停止し、同じく上昇したマスク支持プレート262もマスク9の直下に位置することになる。そこで、真空装置が駆動して吸引孔263を介して真空引きが行われることにより、マスク支持プレート262の上面にマスク9が吸着され、図2に示すように山形の基板10に倣うように撓んだマスク9の状態が維持される。
Next, by driving the lifting / lowering
そして、マスク9の上面側では、供給されたクリームはんだがスキージ装置4によってマスク9上でローリングしながら印刷パターンへの押し込みが行われる。これにより、印刷パターンの貫通孔を通ってマスク9の下に位置する基板10にクリームはんだが印刷される。このときスキージヘッド401,402は、マスク9上面の高さに応じて、移動しながらシリンダによる高さ調整が行われ、一定の印圧でクリームはんだのローリングが行われる。スキージヘッド401,402の高さ調整は、ロードセルなどを使用してマスク9の上面高さの変化を測定しながら行われる。或いは、複数あるバックアップピン38の高低差からマスク9表面の山形形状が把握できているため、予め入力した数値に基づいてスキージヘッド401,402の高さ調整を行うようにしてもよい。
Then, on the upper surface side of the
よって、本実施形態のスクリーン印刷機1によれば、複数のバックアップピン38(381,382,382)からなるバックアップ部分を山形し、印刷時の基板10の状態を全て山形に変形させるようにしたため、搬送されてきた基板10が上反りの状態であっても、バックアップピン38によって基板10の全体が支持されるので、印刷の位置ズレなど品質低下を防止することができる。
Therefore, according to the
続いて、スクリーン印刷機の基板支持装置7について他の実施形態を説明する。前記実施形態では、バックアップピン38の高さに従って基板10の状態が変化するように構成されていたが、基板10の状態に合わせてバックアップピンの高さが変化するようにしてもよい。図3は、第2実施形態の基板支持装置について、バックアップテーブル上のバックアップピンの配置について示した平面図である。バックアップテーブル53には複数のバックアップピンが縦横に規則正しく並べられている。そして、複数あるバックアップピンのうち、ハッチングを付して示したものが高さを上下に変化させることが可能な可変ピン51であり、それ以外のものが高さ一定の固定ピン52である。
Subsequently, another embodiment of the
可変ピン51と固定ピン52はほぼ半数ずつであり、バックアップテーブル53上に交互に配置されている。固定ピン52は、バックアップテーブル53に対して直立に固定されているが、可変ピン51は、図4に示すように直立姿勢のまま上下方向に変位可能な状態で組み付けられている。図4は、可変ピン51の組み付け構造を示した断面斜視図である。バックアップテーブル53は、図4に示すように上下2層のブロックに分けられ、更に平面視では図3に示すように、長手方向(図面横方向)に並べられた複数ピンの2列分あるいは1列分の横方向ブロック531,532,533に分けられている。
The variable pins 51 and the fixed pins 52 are approximately half of each other and are alternately arranged on the backup table 53. The fixed
バックアップテーブル53は、下層のベースブロック55と上層のシリンダブロック56とが重ねられている。ベースブロック55には、上方に開口したピン穴551が鉛直方向に形成され、そこに可動ピン51が挿入されている。可動ピン51は、下端にピストン511が形成され、ピン穴551の底面との間にスプリング57が装填されている。一方、シリンダブロック56には、開口した横穴であるシリンダ穴61が形成され、底側端部がエア流路62に連通している。そして、シリンダ穴61には、その中の気密性を維持して摺動できるように、Oリングを備えたロック用ピストン58が挿入されている。
In the backup table 53, a
可変ピン51は、シリンダ穴61を横切るようにしてシリンダブロック56を貫通している。従って、シリンダブロック56には、シリンダ穴61の位置で貫通したピン貫通孔63が上下に形成されている。シリンダ穴61内に挿入されているロック用ピストン58は、そのシリンダ穴61を貫通した可変ピン51よりも奥のエア流路62側に配置されている。すなわち、シリンダ穴61は、ロック用ピストン58によって閉じられた空間が作動室611になっており、エア圧によってシリンダ穴61内をロック用ピストン58が移動可能な構成になっている。シリンダ穴61の作動室611との反対側は、大気解放するように開口し、そのため横方向ブロック531,532,533の間には隙間が設けられている。
The
エア流路62は、図3において破線で示すように形成されており、エアホースを介して不図示のエア圧調整装置に接続されている。そのため、エア圧調整装置によって作動室611内の状態を正圧または負圧にコントロールすることができ、正圧の場合にはロック用ピストン58が可変ピン51側に移動し、負圧の場合にはロック用ピストン58が可変ピン51から離れる方向に移動するようになっている。そして、正圧によって作動するロック用ピストン58は、ゴム材で形成された先端部分が可変ピン51に押し当てられ、その摩擦抵抗によって可変ピン51の上下方向の移動を拘束するようになっている。つまり、スプリング57を押し縮めた可変ピン51が一時的に所定の高さで維持されることになる。一方、負圧によってロック用ピストン58が離れた可変ピン51は、スプリング57によって元の高さに戻される。また、このとき負圧ではなく、作動室611内を大気解放させるようにしてもよい。ロック用ピストン58との摩擦抵抗が小さくなった可変ピン51は、スプリング57により元の高さに戻されるからである。
The
そこで、こうした基板支持装置を備えたスクリーン印刷機1では、前述したように基板10が搬入されると、昇降用モータ42の駆動によってバックアップテーブル53が上昇し、バックアップピン51,52に突き上げられるようにして基板10がコンベアベルト11から持ち上げられる。このとき、基板10が平面状態の場合には、その基板10からの反力によってスプリング57が押し縮められ、可変ピン51が下降することになる。固定ピン52の高さが平面状態の基板10に対応しているため、可変ピン51の高さがほぼ固定ピン52の高さに揃うことになる。また、基板10が下反り状態の場合にも、下方に撓んだ部分が押し上げられて基板10が平面状態になるため、可変ピン51の高さはほぼ固定ピン52の高さに揃うことになる。
Therefore, in the
一方で、基板10が上反り状態の場合には、上方に反っている部分で可変ピン51が押し下げられても、固定ピン52の高さまで下がることなく途中で止まることになる。従って、上反り状態の場合には、基板10の反力によって複数ある可変ピン51が下降するが、各々が異なる高さで止まることになる。この点は、基板10が捻じれた状態であっても、基板の各個所の高さに応じて可変ピン51が変位し、基板10の全体を可変ピン51と固定ピン52とで支えることになる。ただし、複数ある固定ピン52のうち、場所によっては基板10に高さが届かないものもあるが、そうした固定ピン52の周りでは可変ピン51が基板10を支えている。
On the other hand, when the
そして、このように基板支持装置の上昇によって可変ピン51が変位した後は、エア圧調整装置から作動エアによるエア圧よって作動室611内が正圧になり、ロック用ピストン58が可変ピン51側に押し当てられる。そのため、基板10の反力によって押し下げられた可変ピン51は、ロック用ピストン58との摩擦抵抗により上端を基板10に当てた状態でその高さが維持される。その後、基板10を保持したクランプ装置5全体が上昇し、マスク支持プレート262の高さにクランプ部35と基板10の上面がほぼ揃えられた状態になる。
Then, after the
更に、昇降台22が上昇することにより、基板10がマスク9の下面に軽く接触した印刷位置に停止し、同じく上昇したマスク支持プレート262もマスク9の直下に位置することになる。そして、真空装置が駆動して吸引孔263を介して真空引きが行われる。マスク9の上面側では、供給されたクリームはんだがスキージ装置4によってマスク9上でローリングしながら印刷パターンへの押し込みが行われる。これにより、印刷パターンの貫通孔を通ってマスク9の下に位置する基板10にクリームはんだが印刷される。このときスキージヘッド401,402は、マスク9上面の高さに応じた調整をしながら移動し、一定の印圧でクリームはんだのローリングが行われる。
Further, when the
よって、本実施形態のスクリーン印刷機1によれば、バックアップピンを複数の可変ピン51と固定ピン52によって構成したため、基板10が上反り状態や捻じれ状態などであって、基板10に届かない固定ピン52があったとしても、可変ピン51が基板10を支持することにより印刷の位置ズレなどの品質低下を防止することができる。特に、その可変ピン51と固定ピン52はほぼ半数ずつであり、バックアップテーブル53上に交互に配置されているため、高さが足りない固定ピン52の周りを可変ピン51によって支えることができる。
Therefore, according to the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記第2実施形態の可変ピン51の組み付け構造は、米国特許公報US7942394に開示されたピン構造を改良したものであるが、そのほかの構造であってもよい。
また、第2実施形態では、分かり易くするため複数のバックアップピンを縦横に規則正しく並べたものを示したが、電子部品を避ける場合には、その個所のバックアップピンを除くようにすれば良い。更に、複数のバックアップピンは、不規則に配置したものであってもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, the assembly structure of the
Further, in the second embodiment, a plurality of backup pins are regularly arranged vertically and horizontally for easy understanding. However, in order to avoid an electronic component, the backup pins at that location may be removed. Further, the plurality of backup pins may be irregularly arranged.
また、前記第2実施形態の可変ピン51は、基板10からの反力によってスプリング57が押し縮められ、その先端の高さが基板10の状態に倣うように構成されている。このほかにも例えば、図4に示すピン穴551内であってピストン511の下方側へ連通するエア流路を形成し、エア圧によって上昇させた可動ピン51の先端を基板10の状態に倣うようにしてもよい。
Further, the
1…スクリーン印刷機 3…基板搬送装置 4…スキージ装置 5…クランプ装置 7…基板支持装置 8…昇降装置 9…マスク 10…基板 11…コンベアベルト 35…クランプ部 38…バックアップピン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
マスクに対して上からクリームはんだを塗り延ばすスキージ装置と、
前記マスクの下に基板を搬送する搬送装置と、
搬送方向と直行する方向から基板を保持する基板保持装置と、
先端の高さが異なる複数のバックアップピンを備えて基板を下から支える基板支持装置と、
前記基板支持装置を昇降させる昇降装置と
を有することを特徴とするスクリーン印刷機。 In a screen printing machine that holds a mask on which a printed pattern is formed and prints cream solder on a substrate located under the mask,
A squeegee device for spreading cream solder on the mask from above;
A transfer device for transferring a substrate under the mask;
A substrate holding device for holding the substrate from a direction perpendicular to the transport direction;
A substrate support device that supports a substrate from below with a plurality of backup pins with different tip heights, and
A screen printing machine comprising: a lifting device that lifts and lowers the substrate support device.
5. The screen printing machine according to claim 4, wherein the substrate support device includes a plurality of the variable pins and the fixed pins arranged on a table in a substantially uniform state.
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