JP3549705B2 - Printing method and printing apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、版に保持した印刷ペーストを被印刷体に転移させる印刷方法及び該印刷方法を実施する印刷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、クリーム半田をプリント回路基板のランド上に印刷する平板孔版(スクリーン)式印刷では、図18(A),(B)に示すように、プリント回路基板4のランド5に対応して所定パターンに配置された貫通孔1aを有するスクリーンマスク(メタルマスク)1を基板4上の所定位置に位置させて接触させる。次いで、図18(C)及び図19(A),(B)に示すように、スクリーンマスク1の一端にクリーム半田2を供給し、スキージ3でこのクリーム半田2をスクリーンマスク1の一端から所定方向に移動させることによりスクリーンマスク1の貫通孔1a内にクリーム半田2を充填する。次いで、図18(D)に示すように、スクリーンマスク1を基板4から取り外すことにより、スクリーンマスク1の貫通孔1a内のクリーム半田2を基板4のランド5上に移動させ、図18(E)に示すようにクリーム半田層2aを基板4のランド5上に形成するようにしている。
【0003】
しかしながら、上記構造のものでは、図19(C)に示すように、スクリーンマスク1を基板4から離すとき、クリーム半田2の一部がクリーム半田自体の粘性によりスクリーンマスク1の貫通孔1aの内壁面に付着して残り、この残ったクリーム半田2と基板4のランド5上に載置されたクリーム半田2との間にクリーム半田がまたがる現象が生じてしまう。この結果、スクリーンマスク1が基板4から離れるに従い、上記またがったクリーム半田の相対変形(ずり速度勾配)が大きくなってスクリーンマスク1と基板4との間の任意の部分で引きちぎられ、引きちぎられたクリーム半田の一部が図19(D)に示すように基板4上の上記ランド5以外の部分に付着し、スクリーンマスク1の基板側の裏面の貫通孔1aの周囲に付着して次回印刷時に印刷にじみの原因となったり、基板4上において隣接するクリーム半田層2aに誤って付着するブリッジが発生したり、クリーム半田がスクリーンマスク側に付着するため基板上に十分なクリーム半田層が形成されないといった問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、印刷ペーストが保持される版と基板との間で上記印刷ペーストを的確に引きちぎることができて、ブリッジを引き起こすことがなく、上記印刷ペーストが版側に残って印刷にじみの原因となることがなく、かつ、基板への印刷ペーストの供給が不足することがない印刷方法及び印刷装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために、本発明は、版の印刷ペーストを保持している部分の近傍部分の温度を上昇させて、上記印刷ペースト保持部分に付着する印刷ペーストの粘性を低下させ、印刷ペーストが上記保持部分から分離しやすくして被印刷体に印刷しやすくするように構成する。
本発明の第1態様によれば、温度上昇に伴い粘度が低下する特性を有する印刷ペーストを版に保持し、
上記版における上記印刷ペーストが保持された部分が電磁誘導加熱により加熱されてその温度を上昇させて上記保持された部分と接触する上記印刷ペーストの粘度を低下させて上記版と上記印刷ペーストとを分離しやすくし、
上記版に保持された印刷ペーストを上記版から分離して被印刷体に印刷し、
上記印刷ペーストが上記被印刷体に印刷された後、印刷状態を検出して、検出結果に基づき上記版の上記電磁誘導加熱の条件又は上記版と上記被印刷体との分離条件を制御するようにした印刷方法を提供する。
【0006】
本発明の第2態様によれば、第1態様において、上記版は、上記印刷ペーストを保持するための所定パターンの開口部を有し、上記版が上記被印刷体に接触したのち上記版と上記被印刷体とを相対的に分離させて上記開口部内の上記印刷ペーストを上記被印刷体上に印刷する印刷方法を提供する。
本発明の第3態様によれば、第2態様において、上記電磁誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置は上記版に対して非接触で電磁誘導加熱を行う印刷方法を提供する。
本発明の第4態様によれば、第3態様において、上記電磁誘導加熱装置と上記版との間隔は、上記電磁誘導加熱装置により上記版に対して所定の誘導電流が流れる寸法に構成されている印刷方法を提供する。
本発明の第5態様によれば、第2態様において、上記電磁誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置は上記版に対して接触して電磁誘導加熱を行う印刷方法を提供する。
【0007】
本発明の第6態様によれば、第2〜5態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱は、上記印刷ペーストの上記版の開口部への保持が終了したのちに行われる印刷方法を提供する。
本発明の第7態様によれば、第2〜6態様のいずれかにおいて、上記開口部は貫通孔であり、上記版はスクリーンマスクであってスキージの移動により上記印刷ペーストを上記貫通孔内に充填する印刷方法を提供する。
本発明の第8態様によれば、第2〜7態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱により、上記印刷ペーストは上記版に保持されている部分に接触している部分の温度が高く、その部分から離れるに従い徐々に温度が低下するような温度勾配を有する印刷方法を提供する。
本発明の第9態様によれば、第2〜8態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱を発生させるための誘導電流は、上記版の開口部の長手方向沿いに流れる印刷方法を提供する。
【0008】
本発明の第10態様によれば、版を被印刷体上に位置させて接触させ、上記版に印刷ペーストを供給し、スキージで上記印刷ペーストを上記版の一端から所定方向に移動させることにより上記版の開口部内に上記印刷ペーストを充填し、上記版を上記被印刷体から取り外すことにより、上記版の上記開口部内の上記印刷ペーストを上記被印刷体上に移動させて印刷ペースト層を上記被印刷体上に形成する印刷装置において、
温度上昇に伴い粘度が低下する特性を有する印刷ペーストを保持するための所定パターンの開口部を有する版と、
上記版における上記印刷ペーストが保持された部分の温度を電磁誘導加熱により上昇させて上記保持された部分と接触する上記印刷ペーストの粘度を低下させて上記版と上記印刷ペーストとを分離しやすくする電磁誘導加熱装置と、
上記版が上記被印刷体に接触したのち上記版と上記被印刷体とを相対的に分離させて上記版の上記開口部内に保持された印刷ペーストを上記版から分離して被印刷体に印刷する印刷ペースト分離装置と、
上記印刷ペーストが上記被印刷体に印刷された後、印刷状態を検出して、検出結果に基づき上記版の上記電磁誘導加熱の条件又は上記版と上記被印刷体との分離条件を制御する制御部と
を備えるようにした印刷装置を提供する。
【0009】
本発明の第11態様によれば、第10態様において、上記電磁誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置は上記版に対して非接触で電磁誘導加熱を行う印刷装置を提供する。
本発明の第12態様によれば、第11態様において、上記電磁誘導加熱装置と上記版との間隔は、上記電磁誘導加熱装置により上記版に対して所定の誘導電流が流れる寸法に構成されているように構成する印刷装置を提供する。
本発明の第13態様によれば、第10態様において、上記電磁誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置は上記版に対して接触して電磁誘導加熱を行うように構成する印刷装置を提供する。
本発明の第14態様によれば、第10〜13態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱は、上記印刷ペーストの上記版の開口部への保持が終了したのちに行われるように構成する印刷装置を提供する。
本発明の第15態様によれば、第10〜14態様のいずれかにおいて、上記開口部は貫通孔であり、上記版はスクリーンマスクであってスキージの移動により上記印刷ペーストを上記貫通孔内に充填する印刷装置を提供する。
【0010】
本発明の第16態様によれば、第10〜15態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱により、上記印刷ペーストは上記版に保持されている部分に接触している部分の温度が高く、その部分から離れるに従い徐々に温度が低下するような温度勾配を有する印刷装置を提供する。
本発明の第17態様によれば、第10〜16態様のいずれかにおいて、上記電磁誘導加熱を発生させるための誘導電流は、上記版の開口部の長手方向沿いに流れる印刷装置を提供する。
【0011】
上記本発明の上記態様の構成によれば、版自体を誘導加熱により加熱する結果、版に保持される印刷ペーストの部分(印刷ペーストの版の貫通孔の内壁面に当接した部分及びその近傍の部分)がその内側部分に比較して温度が上昇してその粘度が低下する。この結果、版と印刷ペーストとの間での印刷ペーストの粘着力が低下し、版から印刷ペーストが容易に分離する際の抵抗力が小さくなり、版離れ動作を良好に行うことができる。よって、印刷ペーストが版側に残らないので、次回の印刷時の印刷にじみを引き起こすことがなく、被印刷体側へも所定量すなわち所定形状及び所定位置に印刷ペーストを供給して印刷ペースト層を印刷形成することができる。また、本発明の上記態様によれば、版の貫通孔の内壁面部分での印刷ペーストの抵抗力が小さくなるので、従来の版離れ速度(例えば0.1mm/s以上1mm/s未満)よりも高速(例えば1mm/s以上3mm/s以下)に設定しても、又は速度制御無しでも、良好な印刷結果を得ることができる。
【0012】
また、上記誘導加熱によれば、版自体が発熱するため、誘導加熱動作の停止後はすぐに版の放熱が行え、版以外の他の部分が加熱されることがなく、次の印刷動作等や版の周囲の装置等に悪影響を及ぼすことがない。これに対して、熱風、輻射加熱(赤外線加熱)、又は伝導加熱のように版の外部から熱を放射して版を加熱する方法では、版の周囲の部材や空気も加熱されてしまうとともに、加熱装置自体も熱くなるため該加熱装置の周囲の部材や空気も加熱されてしまうため、次の印刷動作等や版の周囲の装置等に悪影響を及ぼすことがある。また、このように加熱装置から版に熱を伝える方法では、版のみならず、加熱装置や版の周囲の部材や空気に熱が伝わるため、加熱効率が悪いという欠点がある。
また、誘導加熱装置を版に接触させることなく非接触で誘導加熱を行う場合、版の表面の印刷ペーストに誘導加熱装置が接触しないため、誘導加熱装置が印刷ペーストにより汚れることがない。また、非接触にすることにより、被印刷体の下面に電子部品がある場合には、当該電子部品との距離が大きくなり、誘導加熱の際に電子部品に悪影響が生じるのを防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施形態を図1(A)〜図17,20,21,22に基づいて詳細に説明する。
本発明の一実施形態にかかる印刷方法は、図1(A)〜(D)に示すように、印刷ペースト、例えばクリーム半田をプリント回路基板のランド上に印刷する平板孔版(スクリーン)式印刷方法に関するものである。この実施形態にかかる印刷方法は以下のようなものである。まず、図1(A)に示すように、プリント回路基板14のランド15に対応して所定パターンに配置された貫通孔11aを有するスクリーンマスク(メタルマスク)11を基板14上の所定位置に位置させて接触させる。次いで、スクリーンマスク11の一端にクリーム半田12を供給し、スキージ13でこのクリーム半田12をスクリーンマスク11の一端から所定方向に移動させることによりスクリーンマスク11の貫通孔11a内にクリーム半田12を充填する。次いで、図1(B)に示すように、誘導加熱によりスクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面の温度を上昇させる。このとき、内壁面の温度が、使用するクリーム半田12の粘性が低下してスクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面に付着しにくくなる程度の温度になるまで上昇させる。次いで、図1(C)に示すように、スクリーンマスク11を基板14から取り外すことにより、スクリーンマスク11の貫通孔11a内のクリーム半田12を基板14のランド15上に移動させ、図1(D)に示すようにクリーム半田層12aを基板14のランド15上に形成するようにしている。このとき、誘導加熱によりクリーム半田12の粘性が低下しているため、スクリーンマスク11の貫通孔11a内のクリーム半田12が貫通孔11aの内壁面にほとんど付着することがない。よって、スクリーンマスク11を基板14から取り除いても貫通孔11a内のクリーム半田12がそのまま基板14のランド15上に形成されたままとなり、所定形状のクリーム半田層12aを所定位置に形成することができる。
【0014】
上記実施形態にかかる印刷方法は、図2,3に示す本発明の一実施形態にかかる印刷装置により実施することができる。この印刷装置により行われる印刷方法のより具体的な動作は図4のフローチャートに示されている。 図2において、上記印刷装置は、搬入装置21aと搬出装置21bとを備えた基板搬入・搬出装置21、基板サポート装置22、スクリーンマスク11、スキージヘッド駆動装置24、XYθ位置補正装置25と版離れ装置26とを備えたステージ部20、誘導加熱部28とタイマー29とを備えたスクリーンマスク加熱装置27が制御部34の制御の元に駆動されるようにしている。また、制御部34には、処理演算部31と認識カメラ部32とを備えた基板位置認識補正部30からの基板位置認識補正情報が入力されるとともに、処理演算部39と印刷状態検知手段40と検査基準記憶部41とを備えた印刷検査部38からは印刷検査情報が入力されるようになっている。また、処理演算部36と良品印刷データベース37とを備えたプロセスコントロール部35と上記制御部34との間ではプロセス情報を入出力するとともに、上記印刷検査部38から印刷状態の情報を入力して、プロセスコントロールを行うようにしている。また、制御部34は、必要に応じて、操作及び検査の結果、印刷されたクリーム半田12の状態などの情報を表示部33に表示するようにしている。
【0015】
上記基板14は基板搬入・搬出装置21の搬入装置21aにより上記ステージ部20まで搬入され、ステージ部20で位置補正されたのち印刷位置に移動され、該印刷位置で印刷された後は上記印刷位置から基板搬入・搬出装置21の搬出装置21bにより印刷装置外に搬出される。
上記ステージ部20では、まず、ステージ部20に配置された基板サポート装置22で基板14が位置保持される。基板14の位置保持の仕方は、例えば、基板サポート装置22の表面に開口した多数の吸引孔で基板14を真空吸引する方法や、基板14の下面を多数のバックアップピンにより支持する方法などがある。この基板14の位置保持状態で、基板位置認識補正部30の認識カメラ部32により基板14の位置補正用マーク(図示せず)を認識する。処理演算部31により、上記認識された基板14の位置とスクリーンマスク11の位置との間での位置ズレを演算しかつこの位置ズレを補正するための基板14の位置補正量を演算する。この演算結果をステージ部20のXYθ位置補正装置25に入力する。この入力された位置補正情報に基づき、ステージ部20のXYθ位置補正装置25で基板14のスクリーンマスク11に対する位置補正が行われる。すなわち、XYθ位置補正装置25により、上記位置補正情報に基づいてスクリーンマスク11に対して印刷装置の水平面沿いの直交するXY方向及び上下方向のZ軸回りのθ方向において基板14の位置補正が行われる。上記XYθ位置補正装置25は、X方向(基板搬入・搬出方向)沿いに移動可能なX方向テーブル25aの上にY方向に移動可能なY方向テーブル25bを載置し、さらにその上にθ方向に回転可能なθ方向テーブル25cを載置して構成して、それぞれの方向に位置補正量だけ各テーブルを移動させて基板14の位置補正を行うようにしている。なお、X方向の位置補正は、Y方向及びθ方向の位置補正が終了したのちでかつ、印刷位置まで基板14を移動させて停止させた後でスクリーンマスク11に基板14が接触する前に、X方向テーブル25aにより、行うようにしている。
【0016】
このX方向位置補正装置を兼ねたX方向駆動装置20xを図20に示す。図20において、X方向に延びる一対の直線ガイド25m沿いにX方向テーブル25aがX方向に移動可能に配置されており、駆動モータ25pの正逆回転駆動によりねじ軸25nを正逆回転させて、該ねじ軸25nと螺合したナット25rに固定されたX方向テーブル25aをX方向沿いに前後動させるようにしている。
上記基板サポート装置22で保持された基板14はステージ部20の上記X方向駆動装置20xによりX方向に印刷位置まで移動される。この印刷位置では基板14がスクリーンマスク11の下方に位置しており、版離れ装置26によりスクリーンマスク11の下面に基板14の上面が接触するまで上昇させられる。そして、スクリーンマスク11の下面が基板14の上面に接触した状態で、クリーム半田12がスクリーンマスク11上のX方向の一端に供給され、スキージ13を上記スキージヘッド駆動装置24によりスクリーンマスク11のX方向の上記一端から他端までX方向沿いに移動させてスクリーンマスク11の貫通孔11a内にクリーム半田12を充填させる。
上記スクリーンマスク11は、例えば厚さ150μm程度のニッケル又はステンレス製の板に上記基板14の銅製の導体パターン部(ランド)15に応じた貫通孔11aからなる開口部を形成して構成されている。
【0017】
上記スキージヘッド駆動装置24は、上記スクリーンマスク11の貫通孔11a内にクリーム半田12を充填するためのスキージ13をスクリーンマスク11上で移動させるものである。スキージ13は、平板より構成するか、又は断面側面形状が剣形(大略五角形)の板より構成し、モータ24cの駆動によりボールネジ24bを正逆回転させて該ボールネジ24bに螺合したスキージヘッド24aを上記ボールネジ24bの軸方向沿いに前後動してスキージ13をスクリーンマスク11上で移動させる。スキージヘッド24aはモータ24dの正逆回転により上下動することができる。また、スキージ13自体のスクリーンマスク11に対する傾斜角度もシリンダ24fにより調整することができる。すなわち、スキージ13が図示しない部分で回転可能に支持され、上記シリンダ24fを駆動させてスキージ13の一端を上下動させることにより上記支持点を支点としてスキージ13を回転させて傾斜調整可能としている。
上記スクリーンマスク11の貫通孔11aに充填されたクリーム半田12はその下端面が貫通孔11aに対応する基板14のランド15上に接触する状態となっており、上記版離れ装置26によりスクリーンマスク11を基板14から分離させることにより、基板14のランド15上にクリーム半田層12aが形成されるようにしている。
【0018】
上記版離れ装置26の一例を図21に示す。図21において、ACサーボモータ25tの正逆回転駆動によりベルト25uを介して駆動ナット25vを正逆回転させ、該ナット25vと螺合したねじ軸25wを上下動させ、このねじ上下動25wの上端に固定された基板サポート装置22を上下動させて基板14を昇降させるようにしている。よって、ステージ部20のX方向駆動装置20xにより基板14を基板位置補正動作位置からスクリーンマスク11下方の印刷位置までX方向沿いに移動させられたとき、上記版離れ装置26のACサーボモータ25tを駆動して、スクリーンマスク11の下面に基板14の上面が接触するまで基板14を上昇させる。一方、印刷終了後は、版離れ動作を行うため、上記版離れ装置26のACサーボモータ25tの駆動により、スクリーンマスク11に対して基板14を下降させる。なお、版離れした基板14は基板搬出装置21bで印刷装置外に搬出される。
【0019】
また、図22には、別の版離れ装置を示す。図22において、402はステージ部(基板サポート装置)、417はACサーボコントローラー、414はACサーボコントローラー417で制御されるACサーボモータ、408はACサーボモータ414で正逆回転させられるボールネジ、409はボールネジ408の上部軸受け、410はボールネジ408の下部軸受け、411はボールネジ408側のプーリー、412はACサーボモータ414側のプーリー、413はタイミングベルト、415はステージ部402の昇降をガイドしているリニアガイドである。この版離れ装置は、ステージ部(基板サポート装置)402がACサーボコントローラー417とACサーボモータ414とボールネジ408により、任意に設定した速度及び範囲で昇降できるようになっており、基板14とスクリーンマスク11の版離れ速度を任意に調整することができる。
【0020】
上記版離れ動作を行う直前、言い換えれば、クリーム半田12の印刷が終了する直後に、スクリーンマスク11をスクリーンマスク加熱装置27による誘導加熱により加熱する。上記スクリーンマスク加熱装置27は、図5,6に示すように、スクリーンマスク11上に所定距離だけ離した状態で誘導加熱部28のリング状の誘導コイル28aを配置する。そして、クリーム半田12がスクリーンマスク11の貫通孔11a内に充填されたとき、タイマー29で設定された時間、例えば数msec〜数秒以内の時間の間だけ誘導コイル28aに電流を流して誘導磁界を発生させ、スクリーンマスク11自体に誘導電流を流して誘導加熱によりスクリーンマスク11自体を直接加熱するようにしている。この誘導コイル28aの一例としては、内側の線径が直径50mm、外側直径が170mm、厚さ2mmの円形ドーナツ形状をなし、35本のエナメル線又は銅線等の電気抵抗の低い(ジュール熱を発生しない)導線が巻き数h=21で巻かれて誘導コイルを構成している。誘導加熱条件としては、100V、60Hzのとき電力1400Wを数秒間だけ供給して誘導加熱を行う。本実施形態では、上記誘導コイル28aは図5に示すように所定間隔だけスクリーンマスク11の上面から離して非接触状態で配置されている。クリーム半田12の印刷時にはスクリーンマスク11の上方から退避してクリーム半田12の印刷を阻害しないようにする一方、誘導加熱時にはスクリーンマスク11の上方に移動して誘導加熱できるようにしてもよい。この誘導コイル28aと上記スクリーンマスク11との間隔は、上記誘導コイル28aにより上記スクリーンマスク11に対して所定の誘導電流が流れる寸法に構成されるのが好ましい。
【0021】
上記誘導加熱において、スクリーンマスク11は、ステンレス等の導電性材料より構成されるため誘導電流が流れるが、ステンレス等は銅と比較して抵抗が大きいためスクリーンマスク自体が発熱することになる一方、クリーム半田12は、半田粒子径が小さく又はフラックスによりクリーム状になっており導電性もないため、誘導電流が流れず、発熱はしない。よって、図7に示すように、誘導加熱によりスクリーンマスク11が加熱されると、スクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面の温度が上昇するため、クリーム半田12の上記貫通孔11aの内壁面に接触している部分及びその周囲の部分では温度が上昇する一方、クリーム半田12の中心部分では温度が上昇せず、クリーム半田12の中心部分と外周部分(貫通孔11aに接触する部分)との間で図7(B)に示すように温度勾配が形成されることになる。すなわち、クリーム半田12は、貫通孔11aの内壁面に接触する部分の温度が高く、当該部分からクリーム半田12の中心部分に向かうに従い、徐々に温度が低下するような温度勾配を有するようになる。この結果、図7(A)に示すように、クリーム半田12の粘度が中心部分に比較して外周部分の粘度が低下することになる。これは、クリーム半田12が図8に示すような特性、すなわち、温度が上昇するに伴い粘度が低下するという特性を有しているからである。この誘導加熱により、スクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面と該内壁面に接触するクリーム半田12との間でのクリーム半田12の粘度が低下することになり、クリーム半田12がスクリーンマスク11の貫通孔11aから分離しやすくなり、版離れが良好に行えることになる。
【0022】
なお、上記クリーム半田12の材質の1つの例としては、金属粉末90重量%とフラックス10重量%とを含むものが好ましい。上記金属粉末は、そのうちの62重量%程度が錫で、残りが鉛であり、粒径は20〜40μmである。上記フラックスは、溶剤としてアルコール等が75〜40重量%で、残りの固形分が25〜60重量%である。この固形分はロジン、活性剤、チクソ剤を含んでいる。具体的なクリーム半田の製品例としては、錫63重量%、鉛37重量%の製品番号MR7125のPanasonic製のクリーム半田が挙げられる。
また、上記スクリーンマスク11の材質としては、ニッケル・クロム系などのステンレス系(例えば、SUS304)や、ニッケル系などの金属が好ましい。また、ポリイミドなどの合成樹脂の表面及び貫通孔の内壁面に導電性の蒸着膜又はメッキ膜を形成したスクリーンマスクも使用できる。この場合、上記貫通孔の内壁面の導電性の蒸着膜又はメッキ膜の部分で電磁誘導を発生させることができる。
【0023】
さらに、上記被印刷体としての基板14は導電性に優れた銅より構成すれば、電磁誘導により基板14が発熱することがほとんどなく、基板上の電子部品等に悪影響を与えることがない。
また、印刷検査部38は、基板14のランド15上に形成されたクリーム半田層12aの形成状態すなわちクリーム半田層12aの形状及び位置を印刷状態検知手段40の一例としてのカメラ又はレーザ測長器により測定し、測定結果に基づき、処理演算部39によりクリーム半田層12aの体積や位置ズレ量を演算する。レーザ測長器はレーザをクリーム半田層12aに照射して反射光の位置からクリーム半田層12aの高さ等を算出するものである。上記演算結果を検査基準記憶部41に記憶された検査基準と比較し、印刷が良好か否かを判定し、その判定結果を制御部34に出力するとともに、印刷不良の場合にはその不良内容を数値的に表してその数値をも制御部34に出力する。この判定動作は、例えば、印刷状態検知手段40のカメラで取り込まれた画像又はレーザ測長器で測定された位置データからクリーム半田層12aの高さ、幅、体積などを算出し、検査基準記憶部41に記憶されたクリーム半田層の高さ、幅、体積などの判定データと上記算出された値とを上記処理演算部39で比較し、印刷が良好か否かを判定することにより行う。
【0024】
また、プロセスコントロール部35は、印刷検査部38により印刷後のクリーム半田層12の印刷状態のデータに基づき、印刷装置のパラメータの設定変更を行うものである。ここで、上記パラメータとは、一例として、良品印刷データベース37に記憶された各設備のパラメータ(例えば、印刷速度、スキージ13の傾き角度、印刷時の周囲温度(例えば、重要な順に挙げれば、スキージの温度、スクリーンマスクの温度、基板の温度や、それらの周囲の空気等の温度など)、印刷圧力言い換えればスキージ13がスクリーンマスク11へ押し当てられる圧力、基板14の版離れ速度及び加速度のプロファイルなど)及び誘導加熱条件(例えば、加熱出力、加熱時間、加熱開始タイミングなど)を意味する。このパラメータと印刷品質との関係をデータベースとして記憶させておき、プロセスコントロール部35の処理演算部36により最適パラメータを計算する。
【0025】
次に、上記印刷装置で実施される上記印刷方法を図4のフローチャートを元に説明する。なお、この一連の動作は制御部34により制御されている。
ステップS1では、基板搬入・搬出装置21の搬入装置21aにより基板11をステージ部20に搬入する。
次に、ステップS2では、ステージ部20に搬入された基板14を基板サポート装置22で保持する。
次に、ステップS3では、基板位置認識補正部30により、基板サポート装置22で保持された基板14の位置を認識するとともに、スクリーンマスク11に対する基板14の位置補正量を算出する。
次に、ステップS4では、上記算出された位置補正量に基づき、ステージ部20のXYθ位置補正装置25によりスクリーンマスク11に対する基板14のXYθ方向の位置をそれぞれ補正する。
次に、ステップS5では、ステージ部20によりスクリーンマスク11の下方の印刷位置に基板14を位置決めし、ステージ部20により基板14を上昇させてスクリーンマスク11が基板14の上面に接触するようにする。
【0026】
次に、ステップS6では、スキージ13をスクリーンマスク11上で移動させてクリーム半田12をスクリーンマスク11の貫通孔11a内に充填させる。
次に、ステップS7では、スクリーンマスク11を誘導加熱させるか否か判断する。貫通孔11aからクリーム半田12が分離しやすい場合など誘導加熱しない場合には、ステップS8に進む。誘導加熱する場合にはステップS9に進み、予め決められている加熱時間にタイマー29をセットして、ステップS10でクリーム半田12の印刷終了後直ちに誘導加熱部28の誘導コイル28aによりスクリーンマスク11を誘導加熱する。
そして、ステップS8では、誘導加熱を行った場合には、誘導加熱後、直ちに、版離れ動作を行う。すなわち、ステージ部20の版離れ装置26の駆動により、スクリーンマスク11に対して基板14を下降させて基板14をスクリーンマスク11から分離させて、クリーム半田12をスクリーンマスク11の貫通孔11a内から基板14のランド15上に転写する。また、誘導加熱を行わない場合には、クリーム半田12の印刷終了後に上記版離れ動作を行い、クリーム半田12をスクリーンマスク11の貫通孔11a内から基板14のランド15上に転写する。
【0027】
次に、ステップS12では、印刷検査部38で基板14上に形成されたクリーム半田層12aの形状や位置などを検査する。
次に、ステップS13では、上記検査の結果、印刷状態が良好か否か判定する。印刷状態が良好であると判定された場合にはステップS14に進み、ステップS14で基板14を搬出装置21bにより上記印刷装置から搬出して一連の印刷動作終了する。ステップS13で印刷状態が不良であると判定された場合にはステップS15に進み、プロセスコントロール部35により、プロセスパラメータの設計変更が行われて一連の印刷動作を終了する。このステップS15で設計変更された最適な条件の情報に基づき、次のクリーム半田12の印刷が行われ、印刷後のステップS8の版離れ工程とステップS10のスクリーンマスク11の誘導加熱工程を行うようにしている。なお、場合によっては、印刷不良と判定されたクリーム半田層を取り除き、再度、ステップS15で設計変更された条件の元に、新たな印刷動作を行い、印刷後のステップS8の版離れ工程とステップS10のスクリーンマスク11の誘導加熱工程を行うようにしてもよい。
このフローチャートでは、一例として、版離れ条件を設計変更してステップS8の版離れ工程を行う場合と、誘導加熱条件を設計変更してステップS9,10の誘導加熱工程を行う場合が図示されている。このパラメータの設計変更は、すべてのパラメータの設計変更を同時に行うのではなく、印刷状態に応じて適宜選択されたパラメータのみの設計変更を行う。
【0028】
上記実施形態によれば、スクリーンマスク11自体を誘導加熱により加熱する結果、スクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面に接触するクリーム半田12の外周部分がその中心部分に比較して温度が上昇してその粘度が低下することになる。この結果、スクリーンマスク11の貫通孔11aの内壁面とクリーム半田12との間での粘着力が低下し、スクリーンマスク11からクリーム半田12が容易に分離することになり、版離れ動作を良好に行うことができる。よって、クリーム半田12がスクリーンマスク11側に残らないので、次回の印刷時の印刷にじみを引き起こすことがなく、基板14側へも所定量すなわち所定形状及び所定位置にクリーム半田12を供給してクリーム半田層12aを印刷形成することができる。
【0029】
また、上記誘導加熱によれば、スクリーンマスク11自体が発熱するため、誘導加熱動作の停止後はすぐにスクリーンマスク11の放熱が行えるとともに、スクリーンマスク11以外の他の部材を加熱することがなく、次の印刷動作等やスクリーンマスク11の周囲の装置等に悪影響を及ぼすことがない。これに対して、熱風、輻射加熱(赤外線加熱)、又は伝導加熱のようにスクリーンマスク11の外部から単に熱を放射してスクリーンマスク11を加熱する方法では、スクリーンマスク11の周囲の部材や空気も加熱されてしまうとともに、加熱装置自体も熱くなるため該加熱装置の周囲の部材や空気も加熱されてしまうため、次の印刷動作等やスクリーンマスク11の周囲の装置等に悪影響を及ぼすことがある。また、このように加熱装置からスクリーンマスク11に熱を伝える方法では、スクリーンマスク11のみならず、加熱装置やスクリーンマスク11の周囲の部材や空気に熱が伝わるため、加熱効率が悪いという欠点がある。
【0030】
また、誘導加熱部28をスクリーンマスク11に接触させることなく非接触で誘導加熱を行う場合、スクリーンマスク11の表面に残ったクリーム半田12に誘導加熱部28の誘導コイル28aが接触しないため、誘導コイル28aがクリーム半田12により汚れることがない。また、非接触にすることにより、基板14の下面に電子部品がある場合には、当該電子部品との距離が大きくなり、誘導加熱の際に電子部品に悪影響が生じるのを防止することができる。
ここで、誘導加熱により、どの程度、微細なパターンのクリーム半田12を貫通孔11aから良好に分離できるかを実験した。貫通孔の直径は約0.1mm、貫通孔の中心間の距離すなわち隣接する貫通孔のピッチは0.2mmであった。また、空気、クリーム半田、スクリーンマスク等の周囲温度は23℃であった。実験結果を図11(A),(B)に示す。図11(A),(B)に示すように、この実験においては、スクリーンマスク11の貫通孔11aに充填されたクリーム半田12の版離れ時の剪断力をみると、貫通孔のピッチが0.2mm以下の部分では剪断力の低下が見られず、微細印刷の限界としてはピッチ0.2mmが限界となり、貫通孔の内壁面からり距離dが0.05mm以下では大きな剪断力の低下が期待できないと思われた。
よって、本発明においては、誘導加熱を利用することにより、従来は困難であったピッチ0.3mmの微細印刷が十分に行えるほか、クリーム半田等の条件によってはピッチ0.2mm程度までの微細印刷も行うことができる。
【0031】
また、誘導加熱条件としては、1400Wの電力を1〜2秒供給することにより、ギャップ1mmでスクリーンマスク11は50〜70℃程度まで上昇させることができる。さらに、供給電力を2000W程度にすることにより、1秒以内で同等の温度上昇が可能となり、それにより貫通孔11a内のクリーム半田は貫通孔11aの内壁面とその中心部との間にさらに大きな温度差を実現することができる。また、誘導コイルをスクリーンマスク11に接触させることにより、より効率の良い温度上昇を図ることができる。
また、上記誘導加熱版離れ工法において、貫通孔11aの内壁面と貫通孔11aの中央部分との温度差は、その貫通孔幅に依存することになる。従って、複数種類の貫通孔幅を有するスクリーンマスクでは、誘導加熱の対象となる複数の貫通孔のなかで最小の貫通孔サイズに合わせて条件設定を行えばよい。すなわち、最小の貫通孔幅が0.15mm程度であれば、先に述べたように、誘導コイルへの電力供給が2000W、供給時間が1秒程度というように急激な制御が必要であるが、最小の貫通孔幅が1mmという比較的ラフな複数の貫通孔であれば、供給電力が1000W、供給電力が2〜3秒でよい。従って、スクリーンマスクのパターン(言い換えれば、貫通孔の配置及びサイズなど)により誘導コイルの加熱条件を事前に決定することができる。また、その際の、貫通孔サイズに合った誘導コイル加熱条件は、予め測定したクリーム半田の特性値(温度に対する粘度性、ずり応力値、降伏値)から求めた、各貫通孔に対する版離れに最適な特性値に近い加熱条件を選定しても良い。
【0032】
なお、上記スクリーンマスク11のマスククリーニングを行う際にも、誘導加熱による温度コントロールを行うことができる。これにより、スクリーンマスク貫通孔内、及び裏面に残ったクリーム半田がより効率よく除去できる。その際の条件は、版離れ時ほど厳密に制御する必要はなく、クリーム半田の流動性が良くなる程度に加熱できればよい。例えば、1000Wでクリーニング時間中、加熱させるようにしても良い。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【0033】
例えば、上記実施形態では、スクリーンマスク11と基板14とを相対的に分離させるために、スクリーンマスク11を静止させた状態で基板14を下降させるようにしている。しかしながら。これに限られるものではなく、基板14を静止させた状態でスクリーンマスク11を移動させるようにしてもよいとともに、スクリーンマスク11と基板14との両方を互いに分離させる方向に移動させるようにしてもよい。
また、印刷ペーストはクリーム半田12に限るものではなく、本発明が適用可能ならば任意の材料でもよい。例えば、クリーム半田に代えて、200μm程度以下の微小粒子径を有する金属粉末とフラックスとより構成するものでもよい。この金属粉末の例としては銀や銅などを挙げることができる。
また、スクリーン印刷の場合、スキージによる印刷ペーストの掻き取り動作終了後に誘導加熱を発生させるようにしているが、これに限らず、掻き取り動作と同時的に誘導加熱を発生させ始めて、最初は所定加熱温度より低い温度で加熱を行い、掻き取り動作終了後に誘導加熱により上記所定の温度まで印刷ペーストの外周部分を上昇させてその粘度を低下させるようにしてもよい。
【0034】
また、上記スクリーンマスク11の全体を均一に誘導加熱するものに限らず、クリーム半田12の回路パターンのうちの版離れの悪い部分に対してのみ部分的に誘導コイル28aを対向させて、当該部分のみを誘導加熱するようにしてもよい。
また、非接触で誘導加熱する場合に限らず、図9に示すように、誘導加熱部28をスクリーンマスク11の上面に接触させて誘導加熱するようにしてもよい。この場合には、誘導加熱部28の誘導コイル28aとスクリーンマスク11との距離が小さくなるため、効率良く、かつ、局所的に集中して誘導加熱することができる。なお、図9において28bは誘導磁界である。
また、誘導加熱の誘導電流の流れる方向沿いに長い貫通孔では、その内壁面が誘導加熱されやすい一方、上記誘導電流の流れる方向とは直交する方向に長い貫通孔の内壁面が誘導加熱されにくい傾向がある。よって、図10(A)に示すように、X方向沿いに長い貫通孔11aは、この貫通孔11aの長手方向沿いに誘導コイル28cを配置して、図10(A)において28cで示す線のように誘導コイルに電流を流して誘導電流を発生させるのが、発熱効率上、好ましい。よって、図10(B)に示すようにY方向に長い貫通孔11aもその長手方向沿いに誘導コイル28cを配置して、図10(B)において28cで示す線のように誘導コイルに電流を流して誘導電流を発生させるのが好ましい。この図10(B)において、仮に矢印28eの方向に誘導コイルを配置して該誘導コイルに電流を流すと、Y方向沿いの貫通孔11aの内壁面はさほど発熱しないことになる。図10(D)に示すようなQFP(Quad Flat Package)では隣接する辺の貫通孔11aの長手方向が45度に交差することになるため、図10(C)に示すようにV字状に誘導コイルを配置して、図10(C)において28cで示す線のように誘導コイルに電流を流して誘導電流を発生させることが、発熱効率上、好ましい。
【0035】
また、例えば、図10(A)のようにX方向に電流を流す第1誘導コイルと、図10(B)のようにY方向に電流を流す第2誘導コイルとを重ね合わせて1つの誘導加熱部として使用することもできる。このように2つの誘導コイルを重ね合わせて構成された誘導加熱部において、第1誘導コイルと第2誘導コイルとのいずれか一方に又は第1誘導コイルと第2誘導コイルとに交互に電力を供給することにより、貫通孔のパターンが異なっても、同一の誘導加熱部で、図10(A)のようなX方向沿いの貫通孔に対してはX方向のみに誘導コイルに電流を流したり、又は図10(B)のようなY方向沿いの貫通孔に対してはY方向のみに誘導コイルに電流を流したり、又は図10(C),(D)のようなX方向とY方向の両方向の貫通孔に対してはX方向とY方向に交互に2つの誘導コイルにそれぞれ電流を流すことができる。この結果、図10(C),(D)の貫通孔に対しては、X方向沿いの貫通孔11aとY方向沿いの貫通孔11aの両方を大略均等に誘導加熱することができる。また、図10(A),(B),(C),(D)のように貫通孔のパターンが異なっても、同一の誘導加熱部でX方向のみに誘導コイルに電流を流したり、又はY方向のみに誘導コイルに電流を流したり、又はX方向とY方向に交互に誘導コイルに電流を流すことができ、誘導加熱部の汎用性を高めることもできる。
【0036】
図12(A),(B)は、スクリーン印刷方式において、スキージに代えて充填ローラ100を使用してクリーム半田12を充填する本発明の実施形態を示している。この実施形態では、円柱状の充填ローラ100を回転することにより、印刷材料例えばクリーム半田12を巻き込み、強制的にスクリーンマスク11の貫通孔11a内にクリーム半田12を充填するものである。充填ローラ100の円柱形状は、図12(A)に示す鋸形状でかつ螺旋形状の溝100aのあるものでも可能である。なお、図12(A)において、101はクリーム半田掻き取り用スクレーパである。
また、ディスペンス方式に本発明を適用した実施形態では、図13(A)のようにピストン110による押し出し機能、又は、図13(B)のように圧縮エアーによる押し出し機能を持ったノズル111により、クリーム半田等の印刷材料112を強制的にスクリーンマスク11の貫通孔11aへ充填することも可能である。図13(B)において、112はノズル111の先端のクリーム半田掻き取り用スクレーパである。
【0037】
また、本発明は、スクリーン印刷に限らず、他の印刷方法にも適用することができる。
例えば、図14は、本発明を直刷り平版型の平版転写印刷方式に適用した場合の実施形態を示している。ここでは、平版120に所定パターンに供給された印刷材料122を被印刷体である基板114の所定位置115に直接転移させるものである。この図14では、印刷材料122が平版120に密着している面を誘導加熱することにより、平版120と印刷材料122との間の粘着力が低下し、被印刷体114の所定位置115に転写しやすくなるという効果がある。
また、図15(A),(B)は本発明をオフセット印刷方式に適用した場合の実施形態を示している。印刷材料142を溜めたタンク139から3個のローラ140により版胴136の凹部136aに上記印刷材料142を供給し、凹部136a内の印刷材料142をゴム胴137上に転移させ、ゴム胴137と圧胴138との間に挟み込まれる被印刷体としての紙135に、上記ゴム胴137上の印刷材料142を転移させて印刷するようにしている。この実施形態において、印刷材料122が版胴136に密着している凹部136aの内壁面を誘導加熱することにより、版胴136の凹部136aの内壁面と印刷材料122との間の粘着力が低下し、紙135に転写しやすくなるという効果がある。
【0038】
さらに、図16は本発明を平版型の凹版転写印刷方式に適用した場合の実施形態を示している。この実施形態では、スクリーン印刷方式と同様に、凹版150を誘導加熱して凹版150自体の温度を上昇させることにより、凹部150aの内壁面での印刷材料例えばクリーム半田152の剪断力が低下し、基板154のランド等の所定位置155への転写性が向上するといった効果が得られる。
また、図17は、本発明を凹版転写印刷方式(グラビア印刷方式)に適用した場合の実施形態を示している。タンク165内の印刷材料例えばクリーム半田162は供給ローラ166により版胴163の凹部163aに供給され、凹部163aの印刷材料162は版胴163と圧胴161との間に挟み込まれた基材160に転移して印刷されるようになっている。図17において、164はドクタであり、このドクタ164により凹部163aに充填された印刷材料162の余分な量の印刷材料162を掻き取るようにしている。この実施形態では、スクリーン印刷方式と同様に、版胴163を誘導加熱して版胴163自体の温度を上昇させることにより、凹部163aの内壁面での印刷材料162の剪断力が低下し、基材160への転写性が向上するといった効果が得られる。
【0039】
また、図23は、本発明の別の実施形態にかかる誘導コイルの斜視図であって、誘導コイルは円環状のものに限らず、正方形枠状又は長方形枠状の誘導コイル728であってもよい。
また、図24は、図23の誘導コイル728を728aと728bの2つ用意して、QFPが位置決めされるべき基板上の対角に位置する2つの角上にそれぞれ配置し、各貫通孔11aの長手方向沿いに誘導電流729が流れるようにした状態を示す斜視図である。2つの誘導コイル728aと728bは同時に作動させるようにするのが望ましい。
また、図25は、図23の誘導コイル728を728c,728d,728e,728fの4つ用意して、QFPが位置決めされるべき基板上の4つの角上にそれぞれ配置し、各貫通孔11aの長手方向沿いに誘導電流729が流れるようにした状態を示す斜視図である。この場合も4つの誘導コイル728c〜728fは同時に作動させるようにする。
また、図26は、図23の誘導コイル728gを1つ用意して、QFPが位置決めされるべき基板の部分の上方に配置し、かつ、貫通孔11aの配列方向に対して誘導コイル728gの一側縁が45度傾斜した形で配置し、各貫通孔11aに同じ量の誘導電流729が流れるようにした状態を示す斜視図である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は、それぞれ、本発明の一実施形態にかかる印刷方法を説明するための説明図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる印刷装置のブロック図である。
【図3】図2の印刷装置の斜視図である。
【図4】図2の印刷装置の印刷動作のフローチャートである。
【図5】上記印刷装置のスクリーンマスク加熱装置によるスクリーンマスクの加熱状態の断面図である。
【図6】図5の上記スクリーンマスク加熱装置の誘導コイルの斜視図である。
【図7】(A)〜(C)は、それぞれ、誘導加熱によるクリーム半田の粘度分布のグラフ、温度分布のグラフ、スクリーンマスクの貫通孔内のクリーム半田の状態を示す説明図である。
【図8】クリーム半田の温度と粘度との関係を示すグラフである。
【図9】スクリーンマスク加熱装置がスクリーンマスクに直接接触している本発明の一実施形態の断面図である。
【図10】(A)〜(D)は、それぞれ、X方向沿いに、Y方向沿いに、45度に交差するようにスクリーンマスクの貫通孔が並んでいる状態の説明図、図10(C)のような貫通孔のパターンを使用するQFPの斜視図である。
【図11】(A),(B)は、それぞれ、スクリーンマスクの貫通孔の内壁面からの距離と剪断力との関係を示すグラフ及びその説明図である。
【図12】(A),(B)は、それぞれ、スキージに代えて円柱状の充填ローラを使用する本発明の一実施形態における充填ローラの斜視図及び該充填ローラによる印刷状態の一部断面の説明図である。
【図13】(A),(B)は、それぞれ、スキージに代えて、ピストンによる押し出し機能を利用する本発明の一実施形態の説明図、圧縮エアーによる押し出し機能を利用する本発明の一実施形態の説明図である。
【図14】直刷り平版転写印刷方式に本発明を適用した場合の本発明の一実施形態の説明図である。
【図15】(A),(B)は、それぞれ、オフセット印刷方式に本発明を適用した場合の本発明の一実施形態の説明図である。
【図16】平版型の凹版転写印刷方式に本発明を適用した場合の本発明の一実施形態の説明図である。
【図17】凹版転写印刷方式(グラビア印刷方式)に本発明を適用した場合の本発明の一実施形態の説明図である。
【図18】(A)〜(E)は、それぞれ、従来のスクリーン印刷方式を示す説明図である。
【図19】(A)〜(D)は、それぞれ、従来のスクリーン印刷方式を示す説明図である。
【図20】本発明の上記実施形態にかかるX方向駆動装置の斜視図である。
【図21】本発明の上記実施形態にかかる版離れ装置(Z方向駆動装置)の斜視図である。
【図22】本発明の上記実施形態にかかる別の版離れ装置(Z方向駆動装置)の斜視図である。
【図23】本発明の別の実施形態にかかる長方形状の誘導コイルの斜視図である。
【図24】図23の誘導コイルを2つ用意してQFPの対角に位置する2つの角上にそれぞれ配置し、各貫通孔の長手方向沿いに誘導電流が流れるようにした状態を示す斜視図である。
【図25】図23の誘導コイルを4つ用意してQFPの4つの角上にそれぞれ配置し、各貫通孔の長手方向沿いに誘導電流が流れるようにした状態を示す斜視図である。
【図26】図23の誘導コイルを1つ用意してQFPの上方に配置し、かつ、貫通孔のパターンに対して45度傾斜した形で配置し、各貫通孔に同じ量の誘導電流が流れるようにした状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
11…スクリーンマスク、11a…貫通孔、12…クリーム半田、12a…クリーム半田層、13…スキージ、14…基板、15…ランド、20…ステージ部、21…基板搬入・搬出装置、22…基板サポート装置、24…スキージヘッド駆動装置、25…XYθ位置補正手段、26…版離れ手段、27…スクリーンマスク加熱装置、28…誘導加熱部、28a…誘導コイル、28b…誘導磁界、28c…誘導電流、29…タイマー、30…基板位置認識補正部、31…処理演算部、32…認識カメラ部、33…表示部、34…制御部、35…プロセスコントロール部、36…処理演算部、37…良品印刷データベース、38…印刷検査部、39…処理演算部、40…印刷状態検知手段、41…検査基準記憶部、100…充填ローラ、101…クリーム半田掻き取り用スクレーパ、110…ピストン、111…ノズル、112…クリーム半田掻き取り用スクレーパ、114…基材、115…所定位置、120…平版、122…印刷材料、135…紙、136…版胴、136a…凹部、137…ゴム胴、138…圧胴、139…タンク、140…供給ローラ、142…印刷材料、150…凹版、150a…凹部、152…印刷材料、154…基材、155…所定位置、160…基材、161…圧胴、162…印刷材料、163…版胴、163a…凹部、164…ドクタ、165…タンク、166…供給ローラ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a printing method for transferring a printing paste held on a plate to a printing medium, and a printing apparatus for performing the printing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in flat plate stencil (screen) printing in which cream solder is printed on lands of a printed circuit board, as shown in FIGS. 18A and 18B, corresponding to the
[0003]
However, in the above structure, as shown in FIG. 19C, when the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention is to solve the above problems, it is possible to accurately tear the printing paste between the plate and the substrate holding the printing paste, without causing a bridge, It is an object of the present invention to provide a printing method and a printing apparatus in which the printing paste does not remain on the plate side to cause printing bleeding and the supply of the printing paste to the substrate does not become insufficient.
[0005]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, the present invention increases the temperature of a portion near a portion of a printing plate that holds a printing paste, reduces the viscosity of the printing paste attached to the printing paste holding portion, and reduces the printing paste. Is configured to be easily separated from the holding portion to facilitate printing on a printing medium.
According to the first aspect of the present invention, a printing paste having a property of decreasing the viscosity with increasing temperature is held on the plate,
Portion of the plate where the printing paste is heldIs heated by electromagnetic induction heating.Raise the temperature of the printing paste that comes into contact with the held portion to reduce the viscosity of the printing paste to facilitate separation of the printing plate and the printing paste,
Separate the printing paste held by the plate from the plate and print it on the printing substrateAnd
After the printing paste is printed on the printing medium, a printing state is detected, and the condition of the electromagnetic induction heating of the plate or the separation condition of the printing plate and the printing medium is controlled based on the detection result. A printing method is provided.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the plate has an opening having a predetermined pattern for holding the printing paste, and the plate contacts the printing medium after the plate contacts the printing medium. A printing method for printing the printing paste in the opening on the printing medium by relatively separating the printing medium from the printing medium.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the printing method according to the second aspect, wherein the electromagnetic induction heating device for performing the electromagnetic induction heating performs the electromagnetic induction heating on the plate in a non-contact manner.
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, an interval between the electromagnetic induction heating device and the printing plate is set to a size such that a predetermined induction current flows through the printing plate by the electromagnetic induction heating device. Provide a printing method.
According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect, there is provided a printing method in which the electromagnetic induction heating device for performing the electromagnetic induction heating contacts the plate to perform the electromagnetic induction heating.
[0007]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the printing method according to any one of the second to fifth aspects, wherein the electromagnetic induction heating is performed after the holding of the printing paste in the opening of the plate is completed. .
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the second to sixth aspects, the opening is a through hole, the printing plate is a screen mask, and the printing paste is moved into the through hole by moving a squeegee. A printing method for filling is provided.
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the second to seventh aspects, the electromagnetic induction heating causes the printing paste to have a high temperature at a portion in contact with a portion held by the plate, Provided is a printing method having a temperature gradient such that the temperature gradually decreases as the distance from the part increases.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the printing method according to any one of the second to eighth aspects, wherein the induction current for generating the electromagnetic induction heating flows along a longitudinal direction of the opening of the plate.
[0008]
According to the tenth aspect of the present invention, a printing plate is placed on and contacted with a printing medium, a printing paste is supplied to the printing plate, and the printing paste is moved in a predetermined direction from one end of the printing plate by a squeegee. By filling the printing paste in the opening of the plate, and removing the plate from the printing medium, the printing paste in the opening of the plate is moved onto the printing medium to form a printing paste layer. In a printing apparatus formed on a printing medium,
A plate having an opening of a predetermined pattern for holding a printing paste having a property of decreasing viscosity with increasing temperature,
The temperature of the portion where the printing paste is held in the plate is increased by electromagnetic induction heating to reduce the viscosity of the printing paste that comes into contact with the held portion and facilitate separation of the printing paste from the plate. An electromagnetic induction heating device,
After the printing plate comes into contact with the printing medium, the printing plate and the printing medium are relatively separated from each other, and the printing paste held in the opening of the printing plate is separated from the printing plate and printed on the printing medium. Printing paste separating device,
After the printing paste is printed on the printing medium, a printing state is detected, and control for controlling conditions of the electromagnetic induction heating of the plate or separation conditions of the printing plate and the printing medium based on the detection result is performed. Department
The present invention provides a printing apparatus provided with:
[0009]
The present invention11According to the aspect, the second10In an embodiment, the electromagnetic induction heating device for performing the electromagnetic induction heating provides a printing device that performs the electromagnetic induction heating on the plate in a non-contact manner.
According to a twelfth aspect of the present invention,11In an aspect, the present invention provides a printing apparatus configured such that a distance between the electromagnetic induction heating device and the printing plate is set to a size such that a predetermined induction current flows through the printing plate by the electromagnetic induction heating device.
The present inventionThirteenAccording to the aspect, the second10In another aspect, the present invention provides a printing apparatus configured to perform the electromagnetic induction heating by contacting the plate with the electromagnetic induction heating apparatus that performs the electromagnetic induction heating.
The present invention14According to the aspect, the tenth to the tenthThirteenIn any of the aspects, there is provided a printing apparatus configured so that the electromagnetic induction heating is performed after the holding of the printing paste in the opening of the plate is completed.
The present inventionFifteenAccording to the aspect, the tenth to the tenth14In any one of the embodiments, a printing device is provided in which the opening is a through hole, and the plate is a screen mask, and the printing paste is filled in the through hole by moving a squeegee.
[0010]
The present invention16According to the aspect, the tenth to the tenthFifteenIn any one of the aspects, by the electromagnetic induction heating, the printing paste has a temperature gradient such that the temperature of a portion in contact with a portion held by the plate is high, and the temperature gradually decreases as the distance from the portion increases. And a printing device having the same.
The present invention17According to the aspect, the tenth to the tenth16In any of the aspects, there is provided a printing device wherein the induction current for generating the electromagnetic induction heating flows along a length of the plate opening.
[0011]
According to the configuration of the above aspect of the present invention, as a result of heating the plate itself by induction heating, the portion of the printing paste held by the plate (the portion in contact with the inner wall surface of the through hole of the printing paste plate and its vicinity) The temperature rises and its viscosity decreases as compared with the inner part. As a result, the adhesive strength of the printing paste between the plate and the printing paste is reduced, the resistance when the printing paste is easily separated from the plate is reduced, and the plate separating operation can be performed well. Therefore, since the printing paste does not remain on the printing plate side, it does not cause printing bleeding at the time of next printing, and supplies the printing paste to the printing medium side in a predetermined amount, that is, a predetermined shape and a predetermined position, and prints the printing paste layer. Can be formed. Further, according to the above aspect of the present invention, the resistance of the printing paste on the inner wall surface portion of the through hole of the plate is reduced, so that the printing paste is separated from the conventional plate separation speed (eg, 0.1 mm / s or more and less than 1 mm / s). A good printing result can be obtained even if the speed is set to a high speed (for example, 1 mm / s or more and 3 mm / s or less) or without speed control.
[0012]
Further, according to the induction heating, the plate itself generates heat, so that the plate can be radiated immediately after the induction heating operation is stopped, and other parts other than the plate are not heated, and the next printing operation or the like is performed. And the devices around the plate are not adversely affected. On the other hand, in a method of heating the plate by radiating heat from the outside of the plate such as hot air, radiant heating (infrared heating), or conduction heating, the members and air around the plate are also heated, Since the heating device itself also becomes hot, the members and air surrounding the heating device are also heated, which may adversely affect the next printing operation and the like and the devices around the plate. Further, such a method of transferring heat from the heating device to the plate has a disadvantage that the heat is transmitted not only to the plate but also to members around the heating device, the plate, and air, resulting in poor heating efficiency.
In addition, when induction heating is performed in a non-contact manner without bringing the induction heating device into contact with the plate, the induction heating device does not contact the printing paste on the surface of the plate, so that the induction heating device is not stained by the printing paste. In addition, by making it non-contact, when there is an electronic component on the lower surface of the printing medium, the distance from the electronic component is increased, and it is possible to prevent the electronic component from being adversely affected during induction heating. it can.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 (A) to 17, 20, 21, and 22. FIG.
As shown in FIGS. 1A to 1D, a printing method according to an embodiment of the present invention is a flat-plate stencil (screen) printing method for printing a printing paste, for example, cream solder, on a land of a printed circuit board. It is about. The printing method according to this embodiment is as follows. First, as shown in FIG. 1A, a screen mask (metal mask) 11 having through
[0014]
The printing method according to the above embodiment can be carried out by the printing apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. A more specific operation of the printing method performed by the printing apparatus is shown in a flowchart of FIG. In FIG. 2, the printing device includes a substrate loading /
[0015]
The
In the
[0016]
FIG. 20 shows an
The
The
[0017]
The squeegee
The lower end surface of the
[0018]
FIG. 21 shows an example of the
[0019]
FIG. 22 shows another plate separating device. 22,
[0020]
Immediately before performing the above-described plate separating operation, in other words, immediately after printing of the
[0021]
In the above induction heating, the
[0022]
As one example of the material of the
As a material of the
[0023]
Further, when the
The
[0024]
The
[0025]
Next, the printing method performed by the printing apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that this series of operations is controlled by the
In step S <b> 1, the
Next, in step S2, the
Next, in step S <b> 3, the position of the
Next, in step S4, the position of the
Next, in step S5, the
[0026]
Next, in step S6, the
Next, in step S7, it is determined whether or not the
In step S8, when the induction heating is performed, the plate separating operation is performed immediately after the induction heating. That is, by driving the
[0027]
Next, in step S12, the shape and position of the
Next, in step S13, as a result of the inspection, it is determined whether the printing state is good. When it is determined that the printing state is good, the process proceeds to step S14, and in step S14, the
In this flowchart, as an example, a case where the plate separation condition is changed in design and the plate separation process in step S8 is performed, and a case where the induction heating condition is changed in design and the induction heating process in steps S9 and S10 is performed are illustrated. . The design change of the parameters does not change the design of all the parameters at the same time, but changes the design of only the parameters appropriately selected according to the printing state.
[0028]
According to the above-described embodiment, as a result of heating the
[0029]
According to the induction heating, since the
[0030]
Further, when induction heating is performed without contacting the
Here, an experiment was conducted to determine how finely the
Therefore, in the present invention, by using induction heating, fine printing with a pitch of 0.3 mm, which was conventionally difficult, can be sufficiently performed, and fine printing with a pitch of about 0.2 mm may be performed depending on conditions such as cream soldering. Can also be done.
[0031]
Further, as the induction heating condition, by supplying 1400 W of electric power for 1 to 2 seconds, the
Further, in the above-described induction heating plate separating method, the temperature difference between the inner wall surface of the through
[0032]
It should be noted that temperature control by induction heating can also be performed when performing the mask cleaning of the
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in other various modes.
[0033]
For example, in the above embodiment, in order to relatively separate the
The printing paste is not limited to the
In the case of screen printing, induction heating is performed after the scraping operation of the printing paste by the squeegee. However, the invention is not limited to this, and the induction heating is started simultaneously with the scraping operation. Heating may be performed at a temperature lower than the heating temperature, and after the scraping operation is completed, the peripheral portion of the printing paste may be raised to the above-mentioned predetermined temperature by induction heating to reduce the viscosity thereof.
[0034]
In addition, the
The present invention is not limited to the case where the induction heating is performed in a non-contact manner. The induction heating may be performed by bringing the
In addition, in a through-hole that is long along the direction in which the induction current of induction heating flows, the inner wall surface is easily subjected to induction heating, but the inner wall surface of the through-hole that is long in the direction orthogonal to the direction in which the induction current flows is difficult to be induction-heated Tend. Therefore, as shown in FIG. 10 (A), the through-
[0035]
For example, as shown in FIG. 10A, a first induction coil for flowing current in the X direction and a second induction coil for flowing current in the Y direction as shown in FIG. It can also be used as a heating unit. In the induction heating unit configured by stacking two induction coils in this manner, power is alternately applied to one of the first induction coil and the second induction coil or to the first induction coil and the second induction coil. By supplying, even if the pattern of the through-holes is different, the same induction heating unit can flow a current through the induction coil only in the X-direction for the through-holes along the X-direction as shown in FIG. 10B, a current flows through the induction coil only in the Y direction for a through hole along the Y direction as shown in FIG. 10B, or an X direction and a Y direction as shown in FIGS. 10C and 10D. The current can flow through the two induction coils alternately in the X direction and the Y direction through the through holes in both directions. As a result, with respect to the through-holes of FIGS. 10C and 10D, both the through-
[0036]
FIGS. 12A and 12B show an embodiment of the present invention in which the
Further, in an embodiment in which the present invention is applied to a dispensing method, a
[0037]
Further, the present invention is not limited to screen printing, and can be applied to other printing methods.
For example, FIG. 14 shows an embodiment in which the present invention is applied to a direct printing planographic planographic transfer printing system. Here, the
FIGS. 15A and 15B show an embodiment in which the present invention is applied to an offset printing method. The
[0038]
FIG. 16 shows an embodiment in which the present invention is applied to a lithographic intaglio transfer printing method. In this embodiment, similarly to the screen printing method, by inductively heating the
FIG. 17 shows an embodiment in which the present invention is applied to an intaglio transfer printing method (gravure printing method). The printing material in the
[0039]
FIG. 23 is a perspective view of an induction coil according to another embodiment of the present invention. The induction coil is not limited to an annular coil, and may be a square frame-shaped or rectangular frame-shaped
FIG. 24 shows two
FIG. 25 shows four
FIG. 26 shows a case where one induction coil 728g of FIG. 23 is prepared, arranged above the portion of the substrate where the QFP is to be positioned, and one of the induction coils 728g is arranged in the arrangement direction of the through
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are explanatory views for explaining a printing method according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a block diagram of a printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of the printing apparatus of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart of a printing operation of the printing apparatus in FIG. 2;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a state where the screen mask is heated by the screen mask heating device of the printing apparatus.
FIG. 6 is a perspective view of an induction coil of the screen mask heating device of FIG.
FIGS. 7A to 7C are explanatory diagrams showing a graph of a viscosity distribution of a cream solder by induction heating, a graph of a temperature distribution, and a state of the cream solder in a through hole of a screen mask, respectively.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature and the viscosity of cream solder.
FIG. 9 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention in which the screen mask heating device is in direct contact with the screen mask.
FIGS. 10A to 10D are explanatory views showing a state in which through-holes of a screen mask are arranged at 45 degrees along the X direction and along the Y direction, respectively, and FIGS. FIG. 2 is a perspective view of a QFP using a pattern of through holes as shown in FIG.
FIGS. 11A and 11B are a graph and a diagram illustrating a relationship between a distance from an inner wall surface of a through hole of a screen mask and a shearing force, respectively.
12A and 12B are a perspective view of a filling roller according to an embodiment of the present invention using a cylindrical filling roller instead of a squeegee, and a partial cross section of a printing state by the filling roller. FIG.
FIGS. 13A and 13B are explanatory views of an embodiment of the present invention using a pushing function by a piston instead of a squeegee, and an embodiment of the present invention using a pushing function by compressed air, respectively. It is explanatory drawing of a form.
FIG. 14 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention when the present invention is applied to a direct printing planographic transfer printing method.
FIGS. 15A and 15B are explanatory diagrams of an embodiment of the present invention when the present invention is applied to an offset printing method.
FIG. 16 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention when the present invention is applied to a planographic intaglio transfer printing method.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention when the present invention is applied to an intaglio transfer printing method (gravure printing method).
FIGS. 18A to 18E are explanatory diagrams each showing a conventional screen printing method.
FIGS. 19A to 19D are explanatory views showing a conventional screen printing method.
FIG. 20 is a perspective view of the X-direction drive device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view of a plate separating device (Z-direction driving device) according to the embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a perspective view of another plate separating device (Z-direction driving device) according to the embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a perspective view of a rectangular induction coil according to another embodiment of the present invention.
24 is a perspective view showing a state in which two induction coils of FIG. 23 are prepared and arranged on two corners located at diagonal sides of the QFP, and an induction current flows along the longitudinal direction of each through hole. FIG.
FIG. 25 is a perspective view showing a state in which four induction coils of FIG. 23 are prepared and arranged on four corners of the QFP, and an induction current flows along the longitudinal direction of each through hole.
26 shows a case where one induction coil of FIG. 23 is prepared and arranged above the QFP, and is arranged at a 45-degree angle to the pattern of the through-holes; It is a perspective view which shows the state which made it flow.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (17)
上記版における上記印刷ペーストが保持された部分が電磁誘導加熱により加熱されてその温度を上昇させて上記保持された部分と接触する上記印刷ペーストの粘度を低下させて上記版と上記印刷ペーストとを分離しやすくし、
上記版に保持された印刷ペーストを上記版から分離して被印刷体に印刷し、
上記印刷ペーストが上記被印刷体に印刷された後、印刷状態を検出して、検出結果に基づき上記版の上記電磁誘導加熱の条件又は上記版と上記被印刷体との分離条件を制御する印刷方法。Holding a printing paste having the property of decreasing the viscosity with the temperature rise on the plate,
The portion of the plate where the printing paste is held is heated by electromagnetic induction heating to increase the temperature and reduce the viscosity of the printing paste in contact with the held portion to reduce the viscosity of the printing paste and the printing paste. Easy to separate,
Printing paste held on the plate is separated from the plate and printed on a printing medium,
After the printing paste is printed on the printing medium, a printing state is detected, and printing for controlling the electromagnetic induction heating condition of the plate or the separation condition between the printing plate and the printing medium based on the detection result is performed. Method.
温度上昇に伴い粘度が低下する特性を有する印刷ペーストを保持するための所定パターンの開口部を有する版と、
上記版における上記印刷ペーストが保持された部分の温度を電磁誘導加熱により上昇させて上記保持された部分と接触する上記印刷ペーストの粘度を低下させて上記版と上記印刷ペーストとを分離しやすくする電磁誘導加熱装置と、
上記版が上記被印刷体に接触したのち上記版と上記被印刷体とを相対的に分離させて上記版の上記開口部内に保持された印刷ペーストを上記版から分離して被印刷体に印刷する印刷ペースト分離装置と、
上記印刷ペーストが上記被印刷体に印刷された後、印刷状態を検出して、検出結果に基づき上記版の上記電磁誘導加熱の条件又は上記版と上記被印刷体との分離条件を制御する制御部と
を備える印刷装置。The printing paste is supplied into the opening of the printing plate by placing the printing plate on the printing medium and bringing the printing paste into contact with the printing plate, supplying the printing paste to the printing plate, and moving the printing paste in one direction from one end of the printing plate with a squeegee. Filling and removing the plate from the printing medium, a printing apparatus that moves the printing paste in the opening of the plate onto the printing medium to form a printing paste layer on the printing medium. ,
A plate having an opening of a predetermined pattern for holding a printing paste having a property of decreasing viscosity with increasing temperature,
The temperature of the portion where the printing paste is held in the plate is increased by electromagnetic induction heating to reduce the viscosity of the printing paste that comes into contact with the held portion and facilitate separation of the printing paste from the plate. An electromagnetic induction heating device,
After the printing plate comes into contact with the printing medium, the printing plate and the printing medium are relatively separated from each other, and the printing paste held in the opening of the printing plate is separated from the printing plate and printed on the printing medium. Printing paste separating device,
After the printing paste is printed on the printing medium, a printing state is detected, and control for controlling conditions of the electromagnetic induction heating of the plate or separation conditions of the printing plate and the printing medium based on the detection result is performed. And a printing device.
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