JP2936618B2 - スクリーン印刷方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スクリーン印刷方法および装置に関し、
詳しくは、配線回路板等の精密電子部品の製造工程にお
けるハンダペーストのパターン形成等に利用されるスク
リーン印刷方法、および、このスクリーン印刷方法に用
いる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

配線回路板の製造工程において、ハンダペーストや導
電ペースト、レジスト材料等のパターン形成を能率的に
行う方法として、スクリーン印刷法が採用されている。
具体的には、例えば、スクリーン印刷法で配線回路基板
にハンダペーストをパターン形成した後、ハンダペース
トの上に必要な電子部品を載せ、いわゆるリフローによ
り溶融させたハンダペーストで電子部品を配線回路に接
続搭載することが行われている。

上記ハンダペースト等の機能性材料の印刷形成におい
ては、印刷パターンの精度が最終製品の品質や性能に大
きな影響があるため、印刷品質の向上および安定化が特
に要求されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

スクリーン印刷法では、導電ペースト、抵抗ペース
ト、ハンダペースト等の印刷剤の性状や供給量の不適
正、印刷スクリーンの汚れなどを原因として印刷不良が
発生する。通常のスクリーン印刷法では、印刷スクリー
ンの傷みや汚れを考慮して、約2000回の印刷で版交換す
るようにしているが、印刷条件が不適正であったり、突
発的な原因が発生すれば、版交換の前に印刷不良が発生
することも多い。印刷不良が発生すれば、その印刷不良
が発生した製品は使用できないとともに、印刷不良の原
因を取り除かなければ、それ以後に印刷する製品は全て
不良品となる。

ところが、従来技術では、スクリーン印刷法で印刷さ
れた配線回路基板等は、そのまま前記したリフロー工程
もしくは電子部品の実装工程に供給されていた。そし
て、電子部品を実装した配線回路基板に対して、導通試
験等の電気的な試験を行ったときに不良品が出ることに
よって、初めてスクリーン印刷の印刷不良が発見されて
いた。

このようにして印刷不良が発見された段階では、不良
が発見された配線回路基板を廃棄するだけでなく、不良
が発見された時点までに電子部品の実装工程等を終了し
ている配線回路基板も当然印刷不良がある可能性が高い
ので廃棄しなければならず、高価な電子部品を無駄にし
たり、それまでの作業が無駄になるという問題があっ
た。また、電子部品の実装工程には入っていなくても、
印刷工程を終了した配線回路基板は全て廃棄しなければ
ならない。すなわち、印刷工程の終了後、次の工程がか
なり進行した段階まで印刷不良の発見が行われず、印刷
工程と印刷不良の発見が時間的に大幅にずれているの
で、この時間のズレによる廃棄製品の無駄および作業時
間の無駄は極めて重大なものであった。

さらに、前記したような電気的な試験では発見できな
い印刷不良があった場合には、配線回路板を最終的な機
器や製品に組み込んで、使用しているうちに、印刷不良
による故障や不都合が発生することもあり、最終製品の
信頼性や品質性能を低下させる原因にもなる。

そこで、この発明の課題は、印刷不良に伴う廃棄製品
の発生や無駄な作業を行うことがないようにして、スク
リーン印刷を含む各種製造工程の経済性を高め、最終的
な製品の品質および信頼性の向上を図ることのできるス
クリーン印刷方法および装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明のうち、請求項１記載
の発明は、被印刷体の上に近接して配置された印刷スク
リーン上にペースト状印刷剤を供給し、印刷スクリーン
を通して被印刷体の表面に印刷剤を塗布する塗布手段に
より印刷パターンを形成するスクリーン印刷方法におい
て、印刷工程を終了した直後に、印刷スクリーンの版面
を塗布手段に設けた撮像手段で撮像し、撮像された版面
画像を予め設定された版面と比較判断して印刷スクリー
ンの検査を行う。

請求項２記載の発明は、被印刷体の上に近接して配置
される印刷スクリーンと印刷スクリーン上に供給された
ペースト状印刷剤を、印刷スクリーンを通して被印刷体
の表面に塗布し印刷パターンを形成する塗布手段を有す
るスクリーン印刷装置において、印刷パターンを形成し
た後に印刷スクリーンの検査を行う検査手段として、印
刷スクリーンの版面を撮像する撮像手段を塗布手段に設
け、撮像された版面画像を比較して版面パターンの良否
を判断する解析手段とを備えている。

〔作用〕

スクリーン印刷による印刷工程を終えた直後に、印刷
に使用された印刷スクリーンの良否を検査した後、被印
刷体を次の工程に供給するようにしておき、前記検査工
程で印刷スクリーンの不良が発見されると、直ちに、印
刷スクリーンの交換や清拭その他の印刷工程の修正を行
うようにすれば、印刷スクリーンの不良に基づく印刷不
良品が、後工程に送られることがないとともに、印刷工
程を常に良好な状態で行うことができる。

印刷スクリーンの良否を検査する方法として、印刷ス
クリーンの版面を撮像手段で撮像すれば、得られた版面
画像には、版面に詰まった印刷剤や表面に付着した汚
れ、版面の損傷、変形等が捉えられている。この版面画
像と、予め判っている適性な版面のパターンとを比較解
析すれば、印刷スクリーンの不良が検査できる。印刷ス
クリーンに不良が発見されれば、当然、被印刷体の印刷
パターンにも不良が発生している。印刷不良の原因のう
ち大部分は、印刷スクリーンの不良にもとづいて発生す
るので、印刷スクリーンの不良を検査することによっ
て、被印刷体の印刷パターンの良否が判断できる。すな
わち、印刷スクリーンの版面を検査することにより、間
接的に被印刷体の印刷パターンの良否が検査できるので
ある。

スクリーン印刷装置に、印刷スクリーンの検査を行う
検査手段として、印刷スクリーンの版面を撮像する撮像
手段と、撮像された版面画像を解析して前記版面パター
ンの良否を判断する解析手段とを備えておけば、前記し
たスクリーン印刷工程後の印刷スクリーンの良否検査が
能率的に行える。

〔実 施 例〕

ついで、この発明の実施例を、図面を参照しながら以
下に説明する。

第２図はスクリーン印刷装置の概略構造を示してお
り、配線回路基板等の被印刷体10が送られてくる搬送路
20の上方に、スクリーン枠40に貼られた印刷スクリーン
42が設けられている。印刷スクリーン42は、ステンレス
の薄板やメッシュ等からなり、所望の印刷パターンを形
成するための版面が構成されている。

搬送路20の途中で印刷スクリーン42の下方には昇降基
台30が設けられている。昇降基台30は、駆動モータ36の
垂直なねじ軸34にねじ込み支持されており、駆動モータ
36を回転駆動することによって、昇降基台30が上下に昇
降するようになっている。昇降基台30の昇降機構は、上
記した駆動モータ36およびねじ軸34による機構以外に
も、通常の機械装置で利用されている各種の昇降機構に
変更できる。昇降基台30の昇降機構をNC制御等で精密に
制御すれば、印刷品質の向上を図れる。昇降基台30の上
面には、被印刷体10を載置するための収容凹部32が設け
られている。収容凹部32の中央は、少し凹んでいて、そ
の中に蛍光灯等の通常の照明手段からなる照明源72が設
けられている。

印刷スクリーン42の上方には、駆動モータ64により回
転駆動される水平方向のねじ軸62に、移動台60がねじ込
み取り付けされている。したがって、駆動モータ64を回
転駆動することによって、移動台60が印刷スクリーン42
の上方を一方の側方から他方の側方まで移動する。移動
台60の移動機構は、通常の機械装置で利用されている各
種の移動機構に変更できる。移動機構をNC制御等で制御
すれば、後述する撮像手段やスキージ50の移動を精密に
制御することができ、検査精度あるいは印刷品質の向上
に有効である。

移動台60の下方には、伸縮自在な支持軸52を介して、
ゴム等からなるスキージ50が取り付けられている。支持
軸52の伸縮機構は、シリンダ等の通常の伸縮機構が用い
られる。スキージ50は、通常のスクリーン印刷で用いら
れているものと同様の材料および構造からなるものが使
用できる。

移動台60の下方には、スキージ50とは別の位置に、水
平方向に伸びる支持腕66を介して、撮像手段となるライ
ンセンサ70が取り付けられている。ラインセンサ70は、
直線状に並んだ撮像阻止で、線状範囲の画像情報を同時
に撮像できる装置であり、通常の工業検査等で利用され
ているのと同様の構造ラインセンサが用いられる。ライ
ンセンサ70は、下方に向けて取り付けてあり、印刷スク
リーン42の版面を撮像できるようになっている。ライン
センサ70は、電気配線76を介して、マイクロコンピュー
タ等からなる画像解析装置74に接続されている。画像解
析装置74は、ラインセンサ70で撮像された画像情報を解
析して、印刷スクリーン42の版面の良否を判断し、その
検査結果を表示器に表示したり、外部機器に出力したり
する。撮像手段としては、ラインセンサ70以外にも、面
状範囲の画像を同時に撮像できる面センサやテレビカメ
ラ等、通常の工業検査に利用されている各種撮像手段が
使用できる。

第１図および第３図は、上記のような構造のスクリー
ン印刷装置を用いるスクリーン印刷方法を示しており、
第４図には、具体的な工程の流れ図を示している。

まず、第３図に示すように、搬送路20の上を運ばれて
きた被印刷体10が、走行基台30の収容凹部32に移された
後、昇降基台30が上昇して、被印刷体10が印刷スクリー
ン42の下面に配置される。移動第60の支持軸52が伸び
て、スキージ50が下降し、印刷スクリーン42の上面に配
置される。印刷スケリーン42の上面にハンダペースト等
の印刷剤80を供給し、移動台60を水平移動させると、ス
キージ50が印刷剤80を引きのばしながら、印刷スクリー
ン42の版面パターンにしたがって被印刷体10の表面に印
刷剤80を塗布していく。

被印刷体10に、印刷剤80による印刷パターン82が形成
されれば、スキージ50を上昇させて元の位置に復帰さ
せ、昇降基台30を下降させた後、収容凹部32から被印刷
体10を取り出して、搬送路20へ送り出す。

つぎに、第１図に示すように、印刷スクリーン42の下
面から、昇降基台30内の照明源72で照明を行いながら、
移動台60のラインセンサ70で、印刷スクリーン42の版面
を撮像する。ラインセンサ70は、移動台60の水平移動に
より、版面全体を往復走査させる。印刷スクリー42に下
面からの照明を当てることにより、透過光による鮮明か
つ微細な版面画像が得られる。但し、照明源72をライン
センサ70と同じ側に設けて、印刷スクリーン42を反射光
で照明することもでき、撮像手段の感度がよければ、照
明がなくてもよい場合もある。撮像手段が、印刷スクリ
ーン42の版面全体を同時に撮像できる面センサであれ
ば、撮像手段の往復走査は不要である。

ラインセンサ70で撮像された画像情報は、画像解析装
置74に入力され、予め入力されていた、適性な版面パタ
ーンと比較される。印刷スクリーン42の版面に、印刷剤
80による汚れや印刷スクリーン42の損傷などがあれば、
その状態が検出される。検出された不良点の情報を元に
して、画像解析装置74から表示手段や外部機器への制御
情報が出力される。

不良検出後の作業を詳しく説明すると、画像解析装置
74で印刷スクリーン42の不良が検出されれば、直前に印
刷された被印刷体10は、不良マークを打刻するなどして
工程ラインから外し、不良品として排出されるととも
に、不良の発生やその状態が表示手段に表示される。ま
た、不良状態に対応して、印刷スクリーン42の清拭作業
や交換作業等の不良改善工程を自動的に制御することも
できる。画像解析装置74におけるデータ処理や信号の入
出力処理は、マイクロコンピュータの演算機能や記憶機
能を利用して適当な処理をプログラミングしておけばよ
い。

なお、印刷不良の原因としては、印刷剤80の不足や印
刷スクリーン42の目づまり、スキージ50の動作不良、印
刷圧力の不適正、その他があり、それによる印刷不良の
現象としては、カスレやライン切れ、膜厚不良、パター
ンズレ等が生じる。そして、上記のような印刷不良を解
消する対策としては、ペースト補給や版交換、印刷スク
リーン42のクリーニング、スキージ押込量の調整等が考
えられる。これらの印刷不良の現象のうち、印刷スクリ
ーン42の版面状態の変化を生じるものについては、その
現象と原因および必要な対策の相関関係を予め見出して
おけば、前記した検査によって得られた版面画像を画像
解析装置70で解析して、印刷不良の原因を判断し、その
原因に応じた対策をディスプレイに表示させたり、印刷
スクリーンを清拭や版交換等の対策を自動的に実行させ
るように制御することが可能である。

画像解析装置74による解析検査で印刷スクリーン42に
異常がなければ、前記した印刷工程を再び開始する。

図示した実施例では、前記したように、印刷スクリー
ン42に照明源72による透過照明を当てて撮像している。
印刷スクリーン42の版面は、貫通個所と非貫通個所のパ
ターンによって構成されているので、貫通個所と非貫通
個所では照明の透過および非透過の差が明確に生じ、ラ
インセンサ70等の撮像手段で鮮明かつ微細な画像を撮像
することができる。その結果、貫通個所にわずかでも印
刷剤が残存していたり、版面の損傷があったりすれば、
はっきりと検出することができ、検査精度を向上させる
ことができる好ましい方法である。これは、例えば、印
刷された被印刷体10の印刷パターン82を直接撮像するよ
りも、却って明確に不良個所を検出できる場合もある。

以上に説明した、この発明にかかるスクリーン印刷方
法および装置は、前記した配線回路板の製造工程におけ
るハンダペーストの印刷形成だけでなく、各種電子部品
や精密部品の製造分野において、導電ペーストやレジス
ト材料その他の機能性材料をパターン形成する場合にも
適用できる。

〔発明の効果〕 以上に述べた、この発明にかかるスクリーン印刷方法
および装置によれば、スクリーン印刷を終了した段階
で、次の工程に移る前に、印刷スクリーンの検査を行
い、その検査結果を直ちに印刷工程にフィードバックす
ることができるので、印刷不良、特に印刷スクリーンの
不良に伴う印刷不良の発生を最小限に抑えることができ
るとともに、印刷不良を知らずに後工程を行うような作
業の無駄がなくなり。その結果、印刷不良による後工程
への影響を無くし印刷不良に伴う製品不良や品質性能の
低下を無くすことができる。

印刷スクリーンの検査方法として、印刷スクリーンの
版面を撮像し、この版面画像を解析することにより印刷
スクリーンの良否を判断しているので、印刷スクリーン
等に触れることなく、印刷工程を長時間中断させること
もなく、迅速かつ正確に印刷スクリーンの検査が行え
る。しかも、印刷スクリーンの版面は貫通個所と非貫通
個所の相違による明確な形状パターンを有しているの
で、被印刷体に形成された印刷パターンを直接検査する
よりも、却って正確かつ容易に不良を検出できる場合も
ある。さらに、印刷スクリーンに生じた小さな不良点や
欠陥が、将来、被印刷体の印刷パターンに印刷不良とし
て表れる場合もあり、このような場合には、印刷不良が
発生する前に、印刷スクリーンの交換や清拭作業を行う
こともできる。

スクリーン印刷装置としては、印刷スクリーンの版面
を撮像可能な位置に撮像手段を配置できるようになって
いるだけでよいので、基本的な印刷工程のための機構や
構造は、通常の印刷装置と同様のものがそのまま利用で
き、装置全体の構造は従来と変わらず、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる実施例の印刷スクリーン検査
工程を示す断面図、第２図はスクリーン印刷装置の全体
構造図、第３図は印刷工程を示す断面図、第４図は工程
全体の流れ図である。 10……被印刷体、30……昇降台、42……印刷スクリー
ン、50……スキージ（塗布手段）、70……ラインセンサ
（撮像手段）、74……画像解析装置（解析手段）、82…
…印刷パターン

フロントページの続き (72)発明者 川端 統夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−126891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41F 15/08 303 B41F 15/12 B41F 15/40 - 15/46 H05K 3/12 610 H05K 3/34 505

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被印刷体の上に近接して配置された印刷ス
   クリーン上にペースト状印刷剤を供給し、印刷スクリー
   ンを通して被印刷体の表面に印刷剤を塗布する塗布手段
   により印刷パターンを形成するスクリーン印刷方法にお
   いて、前記印刷工程を終了した直後に、印刷スクリーン
   の版面を前記塗布手段に設けた撮像手段で撮像し、前記
   撮像された版面画像を予め設定された版面と比較判断し
   て印刷スクリーンの検査を行うことを特徴とするスクリ
   ーン印刷方法。
2. 【請求項２】被印刷体の上に近接して配置される印刷ス
   クリーンと印刷スクリーン上に供給されたペースト状印
   刷剤を印刷スクリーンを通して被印刷体の表面に塗布し
   印刷パターンを形成する塗布手段を有するスクリーン印
   刷装置において、前記印刷パターンを形成した後に印刷
   スクリーンの検査を行う検査手段として、印刷スクリー
   ンの版面を撮像する撮像手段を前記塗布手段に設け、撮
   像された版面画像を比較して前記版面パターンの良否を
   判断する解析手段とを備えたことを特徴とするスクリー
   ン印刷装置。