JP3591480B2 - スクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、プリント基板に電子部品の半田付けのためのクリーム半田を塗布するクリーム半田のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ、コンデンサチップ、抵抗チップなどの電子部品をプリント基板に表面実装するのに先立ち、スクリーン印刷装置によりプリント基板の回路パターンの電極に電子部品を半田付けするためのクリーム半田が塗布される。
【０００３】
この種スクリーン印刷装置は、一般に、例えば特開平４−６５２４３号公報に示されるように、プリント基板をスクリーンマスクの下面に近接させ、スクリーンマスク上をスキージをスライドさせることにより、スクリーンマスクに開孔されたパターン孔を通してプリント基板の所定の箇所にクリーム半田を塗布するようになっている。
【０００４】
図９は従来のスクリーン印刷装置の正面図であり、従来のスクリーン印刷装置によりプリント基板にクリーム半田を塗布している様子を示すものである。スクリーンマスク１は、枠型のホルダ３の下面にマスクプレート２を装着して構成されている。プリント基板４はテーブル５上に保持されている。テーブル５の両側部にはナット６ａ，６ｂが装着されており、ナット６ａ，６ｂには垂直な送りねじ７ａ，７ｂが螺合している。一方の送りねじ７ａはモータ８に駆動されて回転する。送りねじ７ａ，７ｂにはタイミングプーリ９ａ，９ｂが装着されており、タイミングプーリ９ａ，９ｂにはタイミングベルト１０が調帯されている。１１は送りねじ７ｂの軸受である。
【０００５】
モータ８を駆動すると一方の送りねじ７ａは回転し、この回転はタイミングプーリ９ａ，９ｂ及びタイミングベルト１０を介して他方の送りねじ７ｂに伝達され、両送りねじ７ａ，７ｂが同時に回転することにより、テーブル５とプリント基板４はマスクプレート２に対して昇降する。１２はマスクプレート２上をスライドするスキージ、１３はプリント基板４に塗布されるクリーム半田である。
【０００６】
次に動作を説明する。モータ８を正回転させてプリント基板４を上昇させ、プリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させる。次に図外の駆動手段によりスキージ１２をマスクプレート２上を左方ヘスライドさせると、マスクプレート２に開孔されたパターン孔（図示せす）を通してプリント基板４の上面にクリーム半田１３が塗布される。次にモータ８を逆回転させることにより、プリント基板４を下降させてマスクプレート２から分離し、クリーム半田１３の塗布工程が終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上述のようにクリーム半田１３を塗布する際には、マスクプレート２とプリント基板４の上面には若干のすき間（一般に「スナップオフ」と呼ばれる）が確保されていた。ところが、電子部品のリードが益々狭ピッチ化するのにともない、スナップオフは次第に小さくなっており、近年はスナップオフは零となってプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させてクリーム半田ｌ３の塗布を行うようになっている。
【０００８】
ところがこのようにプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させてクリーム半田１３の塗布を行うと、プリント基板４を下降させてマスクプレート２から分離させる際に、プリント基板４に塗布されたクリーム半田１３が形崩れしやすいという問題点があった。次に図１０を参照しながら形崩れの発生理由を説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は従来のスクリーン印刷装置の動作説明図である。
【０００９】
図１０（ａ）は、スキージ１２のスライドが終了したクリーム半田塗布直後の状態を示している。マスクプレート２のパターン孔にはスキージ１２をスライドさせたことによりクリーム半田１３が充填されているが、その粘着力のためにマスクプレート２の下面はプリント基板４の上面に貼着している。次にモータ８を逆回転させてプリント基板４を下降させると、マスクプレート２はクリーム半田１３の粘着力によってプリント基板４に貼着しているため自身の弾性により徐々に下方へたわむ（図１０（ｂ）参照）。プリント基板４が更に下降すると、図１０（ｃ）に示すようにマスクプレート２はプリント基板４から一気に剥離し、同図実線で示す水平な状態に自身の弾性力により復帰する。因みにマスクプレート２はステンレス鋼板のようなばね性を有する可撓性金属薄板にて形成されている。
【００１０】
以上のようにプリント基板４を下降させてプリント基板４とマスクプレート２を分離させる際には、プリント基板４がある程度下降した段階でマスクプレート２は自身の弾性により一気にプリント基板４から分離するので、その際の衝撃によりパターン孔内のクリーム半田１３が乱されてしまい、あるいはパターン孔内にクリーム半田１３が取り残されたりしてプリント基板４上のクリーム半田１３の形崩れを生じる訳である。
【００１１】
図１１は従来のスクリーン印刷装置により塗布されたクリーム半田の例示図である。図１１中、左側のクリーム半田１３ｂは良品、右側のクリーム半田１３ｃは上述した理由により形崩れした不良品であり、この例ではその縁部が上方へ不要に突出している。このように形崩れを生じたクリーム半田１３ｃによっては、電子部品のリードを正しく半田付けしにくい。このような版抜け性の悪化は、微小ピッチのパターン孔により微小ピッチでクリーム半田１３の塗布を行う場合に顕著であり、狭ピッチリードを有する電子部品をプリント基板４に表面実装する場合に特に問題となる。
【００１２】
なお上記従来例は、スクリーンマスク１に対してプリント基板４を昇降させるスクリーン印刷装置を例にとって説明したが、プリント基板４に対してスクリーンマスク１を昇降させる方式のスクリーン印刷装置でも上述した場合と同様の問題点が生じる。
【００１３】
そこで本発明は、プリント基板とマスクプレートを分離させる際に、クリーム半田が形崩れするのを解消できるクリーム半田のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスクリーン印刷装置は、パターン孔が開口されたマスクプレートと、プリント基板を保持する基板支持部と、前記プリント基板の上面を前記マスクプレートの下面に接離させるために前記基板支持部を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させるモータと送りねじから成る昇降手段と、前記マスクプレートの下面に前記プリント基板の上面が当接している状態で前記マスクプレート上を移動して前記マスク上のクリーム半田を前記パターン孔へ充填するスキージと、前記パターン孔ヘクリーム半田を充填した後、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるように前記昇降手段を制御する制御部を備えた。
【００１５】
請求項２記載のスクリーン印刷方法は、パターン孔が開口されたマスクプレートの下面にプリント基板を接触させ、前記パターン孔にクリーム半田を充填した後に、モータと送りねじから成る昇降手段により前記プリント基板を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させて前記マスクプレートと前記プリント基板を分離させることにより前記プリント基板にクリーム半田を印刷するスクリーン印刷方法であって、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるようにした。
【００１６】
上記構成によりプリント基板とマスクプレートは移動と停止を複数回繰り返しながら徐々に分離していく。この過程においてマスクプレートのパターン孔の内壁面に接するクリーム半田の半田粒子間にずれ速度がくり返し発生してこの部分のクリーム半田の粘度が低下していく。これによりパターン孔の内壁面に対するクリーム半田の粘着力も弱まり、クリーム半田がパターン孔から容易に抜ける。従って版抜けの際のクリーム半田の型崩れをなくすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、本発明の一実施の形態を説明する。なお従来のスクリーン印刷装置を示す図８〜図１０における構成要素と同様の構成要素については同一符号を付すことにより説明を省略する。図１は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の斜視図である。
【００１８】
図１中、１４は基台、２０は基台１４上に設けられ、プリント基板４を位置決めする基板位置決め部である。基板位置決め部２０については、後に図２を参照しながら詳述する。７０は図示しないマガジン内のスクリーンマスクを保持するマスク保持部である。マスク保持部７０のうち、７１，７２はＹ方向に浴い、かつ相対向するように、基台１４に立設された支柱７３により支持されるマスクガイドであり、マスクガイド７１には、Ｙ方向に延び、モータ７１ａにより回転する送りねじ７５が回転自在に軸支され、この送りねじ７５には２つのスキージ１２を昇降自在に支持する支持板７７と一体的に連結された送りナット７６が螺合している。なお支持板７７はマスクガイド７１，７２の上面をＹ方向へ摺動自在に取付けられている。したがって、シリンダ７８のうちの一方を駆動してスキージ１２の一方を下降させ、モータ７１ａを駆動すると、マスクプレート２上においてスキージ１２を矢印Ｍ１方向あるいは矢印Ｍ２方向にスライドさせることができる。
【００１９】
次に図２を参照しながら、基板位置決め部２０について説明する。図２は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の基板位置決め部の正面図である。図２中、２１は図１に示すように基台１４上に載置され、Ｘモータ２２により駆動されるＸテーブル、２３はＸテーブル２１上に載置され、Ｙモータ２４により駆動されるＹテーブルである。２５はＹテ一ブル２３上に取付けられたプレート２３ａに回転自在に軸支される第１の送りねじ、２６は同様に軸支され、第１の送りネジ２５と同じねじ部を有する第２の送りねじである。第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６の下部にはそれぞれタイミングプーリ２７、タイミングプーリ２８が軸着され、タイミングプーリ２７、タイミングプーリ２８にはタイミングベルト２９が調帯されている。また第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６の上部には第１の昇降板３１に回転自在かつ昇降不能に軸支される送りナット３０が螺合している。さらに、第１の送りねじ２５にはプレート２３ａの下面に固定される第１のＺモータ３２の回転力が歯車列３３を介して伝動されるようになっている。したがって、第１のＺモータ３２を駆動すると、歯車列３３、タイミングプーリ２７、タイミングベルト２９、タイミングプーリ２８を介して、第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６を回転させることができ、これにより第１の昇降板３１が矢印Ｎ１方向に昇降するものである。
【００２０】
第１の昇降板３１には、昇降ガイド３４、昇降ガイド３５が立設され、昇降ガイド３４の上部には第１のブロック３６が固定されると共に、昇降ガイド３５の上部には第２のブロック３７が固定されている。また第１のブロック３６の上部には矢印Ｎ３方向にスライド自在なクランパ３８が設けられている。そして、クランパ３８の上面と第２のブロック３７の上面とはマスクプレート２の下受け部としての機能を有するものであり、同一レベルとなるようにしてある。また、第ｌのブロック３６の図２左部には、そのロッド４０が図２の左方向を向くようにスライドシリンダ３９が固定され、ロッド４０の左端部は、連杆４１を介してクランパ３８の図２左部に連結されている。したがって、スライドシリンダ３９を駆動して、ロッド４０を突没させると、クランパ３８を矢印Ｎ３方向に移動させることができ、これにより、クランパ３８と第２のブロック３７の間に存在するプリント基板４の側部を接離自在にクランプすることができる。即ちクランパ３８と第２のブロック３７は、クランプ手段に対応するものである。また、第１のブロック３６、第２のブロック３７の対向する部分に、プリント基板４を図２の紙面垂直方向に搬送するコンベア４２、コンベア４３が設けられている。
【００２１】
昇降ガイド３４、昇降ガイド３５には、ベアリング４５を介して第２の昇降板４４が矢印Ｎ２方向に昇降自在に案内され、第１の昇降板３１には送りナット４６が回転自在に軸支されている。また第１の昇降板３１の下部には歯車列４８を介して送りナット４６を回転させる第２のＺモータ４７が固定されており、送りナット４６には軸受５０によって上部が第２の昇降板４４に回転自在に軸支される第３の送りねじ４９が螺合している。さらに、第２の昇降板４４の上面であって、プリント基板４の真下にあたる位置にプリント基板４の下面を吸着するための吸引管５２が設けられた吸着ブロック５１が固定されている。したがって、第２のＺモータ４７が駆動すると、歯車列４８を介して送りナット４６及び第３の送りねじ４９を回転させることができ、これにより、第２の昇降板４４及び吸着ブロック５１を第１の昇降板３１に対して矢印Ｎ２方向に昇降させることができる。
【００２２】
このように、本実施の形態では、吸着ブロック５１がプリント基板４を保持する基板支持部に対応する。また、第１のＺモータ３２、歯車列３３、タイミングプーリ２７、タイミングベルト２９、タイミングプーリ２８、第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６、第２のＺモータ４７、歯車列４８、第３の送りねじ４９、送りナット４６が、基板支持部としての吸着ブロック５１に保持されたプリント基板４の上面の高さをマスクプレート２に対し相対的に昇降させる昇降手段に対応する。なお本実施の形態ではマスクプレート２を不動とし、プリント基板４側を昇降手段により昇降させるようにしたが、プリント基板４を不動としマスクプレート２を昇降手段により昇降させるようにすることも、本手段に含まれる。
【００２３】
図２において、６０はプリント基板４とマスクプレート２との分離速度をＶ、時刻をｔとしたＶ−ｔ線図において、Ｖ＝０で始まり、かつ途中でＶ＝０でない中間値を持ち、かつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組合せからなる速度パターン（後に詳述する）を記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などの速度パターン記憶部である。またこの動作パターンとして、本実施例で用いている台形パターンの他に、Ｖ＝０で始まりＶ＝０でない中間値を持ち、かつＶ＝０で終る三角パターンを採用しても良い。６１，６２はそれぞれ第１のＺモータ３２、第２のＺモータ４７を駆動するドライバなどからなる駆動部、６３は速度パターン記憶部６０を参照して、駆動部６１，６２に指令を出力することにより、第１のＺモータ３２、第２のＺモータ４７を制御するＣＰＵ（中央処理装置）などの制御部である。
【００２４】
図３は速度パターンの第１例を示している。本例では、同一の動作パターンＰ１をくり返して連続して行なう。最初の動作パターンＰ１は分離速度ＶがＶ＝０ではじまり、時刻ｔ１〜ｔ２までＶ＝Ｖ１の中間値を有し、時刻ｔ３でＶ＝０となる台形パターンである。１つの動作パターンでは、マスクプレート２とプリント基板４は、約数十ミクロン〜数百ミクロン程度離れるように設定してある。
【００２５】
本発明のスクリーン印刷装置の一実施の形態は以上の構成であり、次にその動作について図２、図７、図８（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
【００２６】
まずプリント基板４はコンベア４２，４３によって吸着ブロック５１の上方へ搬送されてくると、第２のＺモータ４７が駆動して吸着ブロック５１を上昇させ、プリント基板４を吸引管５２で吸着して保持すると共にその上面を第２のブロック３７の上面とクランパ３８の上面の高さに一致する高さまで持ち上げる。次にＸモータ２２、Ｙモータ２４が駆動してプリント基板４をマスクプレート２に位置決めし、第１のＺモータ３２を駆動してプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接する。その後図８に示すようにスキージ１２を、マスクプレート２の上面を移動させてマスクプレート２上のクリーム半田１３をパターン孔２ａ内に充填する。
【００２７】
マスクプレート２の全てのパターン孔２ａにクリーム半田１３の充填が完了すると制御部６３は、速度パターン記憶部６０に記憶されている速度パターン（図３参照）を読み出し、駆動部６１を介して第１のＺモータ３２を駆動してプリント基板４を、マスクプレート２の下面から分離していく。図８（ｂ）はこのときの様子を示す。クリーム半田１３は、フラックスに粒径が数十ミクロン程度の半田粒子を混合して作られている。このため、図３に示す速度パターンでプリント基板４を下降させるとパターン孔２ａの内壁面の近くの半田粒子間に相対的なずれ（せん断）、すなわちずれ速度ｖ（又はせん断速度ｖ）が発生する。
【００２８】
図７はクリーム半田に発生するすれ速度ｖと粘度ηの関係を示す特性図である。クリーム半田１３は、練ることにより半田粒子の間にずれ速度を発生させると粘度ηが低下することが知られており、一度低下した粘度は、しばらく時間が経過しないと元に回復しないことも知られている。このような性質はチキソ性と呼ばれているが、上述したようにプリント基板４を断続的に下降させることによりパターン孔２ａ付近のクリーム半田１３ａにずれ速度ｖが発生して粘度ηが下がる。図７で具体的に説明すると、パターン孔２ａに充填された直後のクリーム半田１３の粘度ηをη１とすると、１回目の動作パターンＰ１で内壁面付近のクリーム半田１３ａにずれ速度ｖが発生し、曲線ｍ１に沿って粘度が低下してη２となる。プリント基板４が停止すると粘度は、η３に上昇するが、すぐに次の動作パターンＰ１によるずれ速度ｖが発生するので粘度は曲線ｍ２に沿って低下してη４→η６と変化していく。従来の方法では、プリント基板４を停止させることなく一気に下降させていたためパターン孔２ａの内壁面付近のクリーム半田１３ａに効果的なずれ速度ｖが発生せずクリーム半田１３の粘度が低下しなかったため印刷不良が発生していたのである。
【００２９】
図８（ｃ）は分離が完了した後のクリーム半田１３の状態を示している。本方法では、パターン孔２ａの中央部のクリーム半田１３の粘度には変化を与えず、内壁面の近くのクリーム半田１３ａの粘度のみを低下させているのでプリント基板４に印刷されたクリーム半田１３がたれて型崩れする心配もなくきわめて良好な状態でクリーム半田１３を印刷することができる。
【００３０】
図４では速度パターンの第２例を示している。本例では、中間値が正の値Ｖ２である動作パターンＰ２と中間値が負の値Ｖ３である動作パターンＰ３とを交互に繰り返している。このようにすれば、第１例で述べた効果の他に、プリント基板４を下方のみならず上方にも移動させているので一層粘度ηを低下促進でき、クリーム半田１３の版抜け性を向上できる。
【００３１】
図５では速度パターンの第３例を示している。図５で示すように、本例では、第１番目の動作パターンＰ４の中間値を第２番目以後の動作パターンＰ５，Ｐ６，Ｐ７・・・の中間値よりも大きく、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるようにしている。このようにすれば、昇降手段の駆動開始直後、即ちクリーム半田１３の粘度ηが大きいうちに、速度Ｖを大きく変化させパターン孔２ａの内壁面の近くのクリーム半田１３ａにある程度衝撃を与えて、一気に粘度ηを低下させることができ好適である。また第３例では、各動作パターンＰ４〜Ｐ８における移動距離が一定になるようにし、第２番目以後の動作パターンＰ５〜Ｐ８の中間値を徐々に上昇させるようにしてある。
【００３２】
図６では速度パターンの第４例を示している。本例では、第３例に加えて、負に中間値を持つ動作パターンを加えている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法によれば、プリント基板とマスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する過程で、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるようにし、マスクプレートのパターン孔の内壁面付近のクリーム半田に集中的にずれ速度を作用させて粘度を低下させるので、クリーム半田の版抜け性が向上し型崩れのないクリーム半田をプリント基板に印刷できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の基板位置決め部の正面図
【図３】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図４】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図５】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図６】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図７】本発明の一実施の形態におけるクリーム半田の粘度特性を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態におけるマスクプレートとプリント基板の分離動作の説明図
【図９】従来のスクリーン印刷装置の正面図
【図１０】（ａ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
（ｂ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
（ｃ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
【図１１】従来のスクリーン印刷装置により塗布されたクリーム半田の例示図
【符号の説明】
２ マスクプレート
２ａ パターン孔
３ ホルダ
４ プリント基板
１２ スキージ
３２ 第１のＺモータ
４７ 第２のＺモータ
５１ 吸着ブロック
６０ 速度パターン記憶部
６３ 制御部
【発明が属する技術分野】
本発明は、プリント基板に電子部品の半田付けのためのクリーム半田を塗布するクリーム半田のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ、コンデンサチップ、抵抗チップなどの電子部品をプリント基板に表面実装するのに先立ち、スクリーン印刷装置によりプリント基板の回路パターンの電極に電子部品を半田付けするためのクリーム半田が塗布される。
【０００３】
この種スクリーン印刷装置は、一般に、例えば特開平４−６５２４３号公報に示されるように、プリント基板をスクリーンマスクの下面に近接させ、スクリーンマスク上をスキージをスライドさせることにより、スクリーンマスクに開孔されたパターン孔を通してプリント基板の所定の箇所にクリーム半田を塗布するようになっている。
【０００４】
図９は従来のスクリーン印刷装置の正面図であり、従来のスクリーン印刷装置によりプリント基板にクリーム半田を塗布している様子を示すものである。スクリーンマスク１は、枠型のホルダ３の下面にマスクプレート２を装着して構成されている。プリント基板４はテーブル５上に保持されている。テーブル５の両側部にはナット６ａ，６ｂが装着されており、ナット６ａ，６ｂには垂直な送りねじ７ａ，７ｂが螺合している。一方の送りねじ７ａはモータ８に駆動されて回転する。送りねじ７ａ，７ｂにはタイミングプーリ９ａ，９ｂが装着されており、タイミングプーリ９ａ，９ｂにはタイミングベルト１０が調帯されている。１１は送りねじ７ｂの軸受である。
【０００５】
モータ８を駆動すると一方の送りねじ７ａは回転し、この回転はタイミングプーリ９ａ，９ｂ及びタイミングベルト１０を介して他方の送りねじ７ｂに伝達され、両送りねじ７ａ，７ｂが同時に回転することにより、テーブル５とプリント基板４はマスクプレート２に対して昇降する。１２はマスクプレート２上をスライドするスキージ、１３はプリント基板４に塗布されるクリーム半田である。
【０００６】
次に動作を説明する。モータ８を正回転させてプリント基板４を上昇させ、プリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させる。次に図外の駆動手段によりスキージ１２をマスクプレート２上を左方ヘスライドさせると、マスクプレート２に開孔されたパターン孔（図示せす）を通してプリント基板４の上面にクリーム半田１３が塗布される。次にモータ８を逆回転させることにより、プリント基板４を下降させてマスクプレート２から分離し、クリーム半田１３の塗布工程が終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上述のようにクリーム半田１３を塗布する際には、マスクプレート２とプリント基板４の上面には若干のすき間（一般に「スナップオフ」と呼ばれる）が確保されていた。ところが、電子部品のリードが益々狭ピッチ化するのにともない、スナップオフは次第に小さくなっており、近年はスナップオフは零となってプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させてクリーム半田ｌ３の塗布を行うようになっている。
【０００８】
ところがこのようにプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接させてクリーム半田１３の塗布を行うと、プリント基板４を下降させてマスクプレート２から分離させる際に、プリント基板４に塗布されたクリーム半田１３が形崩れしやすいという問題点があった。次に図１０を参照しながら形崩れの発生理由を説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は従来のスクリーン印刷装置の動作説明図である。
【０００９】
図１０（ａ）は、スキージ１２のスライドが終了したクリーム半田塗布直後の状態を示している。マスクプレート２のパターン孔にはスキージ１２をスライドさせたことによりクリーム半田１３が充填されているが、その粘着力のためにマスクプレート２の下面はプリント基板４の上面に貼着している。次にモータ８を逆回転させてプリント基板４を下降させると、マスクプレート２はクリーム半田１３の粘着力によってプリント基板４に貼着しているため自身の弾性により徐々に下方へたわむ（図１０（ｂ）参照）。プリント基板４が更に下降すると、図１０（ｃ）に示すようにマスクプレート２はプリント基板４から一気に剥離し、同図実線で示す水平な状態に自身の弾性力により復帰する。因みにマスクプレート２はステンレス鋼板のようなばね性を有する可撓性金属薄板にて形成されている。
【００１０】
以上のようにプリント基板４を下降させてプリント基板４とマスクプレート２を分離させる際には、プリント基板４がある程度下降した段階でマスクプレート２は自身の弾性により一気にプリント基板４から分離するので、その際の衝撃によりパターン孔内のクリーム半田１３が乱されてしまい、あるいはパターン孔内にクリーム半田１３が取り残されたりしてプリント基板４上のクリーム半田１３の形崩れを生じる訳である。
【００１１】
図１１は従来のスクリーン印刷装置により塗布されたクリーム半田の例示図である。図１１中、左側のクリーム半田１３ｂは良品、右側のクリーム半田１３ｃは上述した理由により形崩れした不良品であり、この例ではその縁部が上方へ不要に突出している。このように形崩れを生じたクリーム半田１３ｃによっては、電子部品のリードを正しく半田付けしにくい。このような版抜け性の悪化は、微小ピッチのパターン孔により微小ピッチでクリーム半田１３の塗布を行う場合に顕著であり、狭ピッチリードを有する電子部品をプリント基板４に表面実装する場合に特に問題となる。
【００１２】
なお上記従来例は、スクリーンマスク１に対してプリント基板４を昇降させるスクリーン印刷装置を例にとって説明したが、プリント基板４に対してスクリーンマスク１を昇降させる方式のスクリーン印刷装置でも上述した場合と同様の問題点が生じる。
【００１３】
そこで本発明は、プリント基板とマスクプレートを分離させる際に、クリーム半田が形崩れするのを解消できるクリーム半田のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスクリーン印刷装置は、パターン孔が開口されたマスクプレートと、プリント基板を保持する基板支持部と、前記プリント基板の上面を前記マスクプレートの下面に接離させるために前記基板支持部を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させるモータと送りねじから成る昇降手段と、前記マスクプレートの下面に前記プリント基板の上面が当接している状態で前記マスクプレート上を移動して前記マスク上のクリーム半田を前記パターン孔へ充填するスキージと、前記パターン孔ヘクリーム半田を充填した後、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるように前記昇降手段を制御する制御部を備えた。
【００１５】
請求項２記載のスクリーン印刷方法は、パターン孔が開口されたマスクプレートの下面にプリント基板を接触させ、前記パターン孔にクリーム半田を充填した後に、モータと送りねじから成る昇降手段により前記プリント基板を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させて前記マスクプレートと前記プリント基板を分離させることにより前記プリント基板にクリーム半田を印刷するスクリーン印刷方法であって、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるようにした。
【００１６】
上記構成によりプリント基板とマスクプレートは移動と停止を複数回繰り返しながら徐々に分離していく。この過程においてマスクプレートのパターン孔の内壁面に接するクリーム半田の半田粒子間にずれ速度がくり返し発生してこの部分のクリーム半田の粘度が低下していく。これによりパターン孔の内壁面に対するクリーム半田の粘着力も弱まり、クリーム半田がパターン孔から容易に抜ける。従って版抜けの際のクリーム半田の型崩れをなくすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、本発明の一実施の形態を説明する。なお従来のスクリーン印刷装置を示す図８〜図１０における構成要素と同様の構成要素については同一符号を付すことにより説明を省略する。図１は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の斜視図である。
【００１８】
図１中、１４は基台、２０は基台１４上に設けられ、プリント基板４を位置決めする基板位置決め部である。基板位置決め部２０については、後に図２を参照しながら詳述する。７０は図示しないマガジン内のスクリーンマスクを保持するマスク保持部である。マスク保持部７０のうち、７１，７２はＹ方向に浴い、かつ相対向するように、基台１４に立設された支柱７３により支持されるマスクガイドであり、マスクガイド７１には、Ｙ方向に延び、モータ７１ａにより回転する送りねじ７５が回転自在に軸支され、この送りねじ７５には２つのスキージ１２を昇降自在に支持する支持板７７と一体的に連結された送りナット７６が螺合している。なお支持板７７はマスクガイド７１，７２の上面をＹ方向へ摺動自在に取付けられている。したがって、シリンダ７８のうちの一方を駆動してスキージ１２の一方を下降させ、モータ７１ａを駆動すると、マスクプレート２上においてスキージ１２を矢印Ｍ１方向あるいは矢印Ｍ２方向にスライドさせることができる。
【００１９】
次に図２を参照しながら、基板位置決め部２０について説明する。図２は本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の基板位置決め部の正面図である。図２中、２１は図１に示すように基台１４上に載置され、Ｘモータ２２により駆動されるＸテーブル、２３はＸテーブル２１上に載置され、Ｙモータ２４により駆動されるＹテーブルである。２５はＹテ一ブル２３上に取付けられたプレート２３ａに回転自在に軸支される第１の送りねじ、２６は同様に軸支され、第１の送りネジ２５と同じねじ部を有する第２の送りねじである。第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６の下部にはそれぞれタイミングプーリ２７、タイミングプーリ２８が軸着され、タイミングプーリ２７、タイミングプーリ２８にはタイミングベルト２９が調帯されている。また第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６の上部には第１の昇降板３１に回転自在かつ昇降不能に軸支される送りナット３０が螺合している。さらに、第１の送りねじ２５にはプレート２３ａの下面に固定される第１のＺモータ３２の回転力が歯車列３３を介して伝動されるようになっている。したがって、第１のＺモータ３２を駆動すると、歯車列３３、タイミングプーリ２７、タイミングベルト２９、タイミングプーリ２８を介して、第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６を回転させることができ、これにより第１の昇降板３１が矢印Ｎ１方向に昇降するものである。
【００２０】
第１の昇降板３１には、昇降ガイド３４、昇降ガイド３５が立設され、昇降ガイド３４の上部には第１のブロック３６が固定されると共に、昇降ガイド３５の上部には第２のブロック３７が固定されている。また第１のブロック３６の上部には矢印Ｎ３方向にスライド自在なクランパ３８が設けられている。そして、クランパ３８の上面と第２のブロック３７の上面とはマスクプレート２の下受け部としての機能を有するものであり、同一レベルとなるようにしてある。また、第ｌのブロック３６の図２左部には、そのロッド４０が図２の左方向を向くようにスライドシリンダ３９が固定され、ロッド４０の左端部は、連杆４１を介してクランパ３８の図２左部に連結されている。したがって、スライドシリンダ３９を駆動して、ロッド４０を突没させると、クランパ３８を矢印Ｎ３方向に移動させることができ、これにより、クランパ３８と第２のブロック３７の間に存在するプリント基板４の側部を接離自在にクランプすることができる。即ちクランパ３８と第２のブロック３７は、クランプ手段に対応するものである。また、第１のブロック３６、第２のブロック３７の対向する部分に、プリント基板４を図２の紙面垂直方向に搬送するコンベア４２、コンベア４３が設けられている。
【００２１】
昇降ガイド３４、昇降ガイド３５には、ベアリング４５を介して第２の昇降板４４が矢印Ｎ２方向に昇降自在に案内され、第１の昇降板３１には送りナット４６が回転自在に軸支されている。また第１の昇降板３１の下部には歯車列４８を介して送りナット４６を回転させる第２のＺモータ４７が固定されており、送りナット４６には軸受５０によって上部が第２の昇降板４４に回転自在に軸支される第３の送りねじ４９が螺合している。さらに、第２の昇降板４４の上面であって、プリント基板４の真下にあたる位置にプリント基板４の下面を吸着するための吸引管５２が設けられた吸着ブロック５１が固定されている。したがって、第２のＺモータ４７が駆動すると、歯車列４８を介して送りナット４６及び第３の送りねじ４９を回転させることができ、これにより、第２の昇降板４４及び吸着ブロック５１を第１の昇降板３１に対して矢印Ｎ２方向に昇降させることができる。
【００２２】
このように、本実施の形態では、吸着ブロック５１がプリント基板４を保持する基板支持部に対応する。また、第１のＺモータ３２、歯車列３３、タイミングプーリ２７、タイミングベルト２９、タイミングプーリ２８、第１の送りねじ２５、第２の送りねじ２６、第２のＺモータ４７、歯車列４８、第３の送りねじ４９、送りナット４６が、基板支持部としての吸着ブロック５１に保持されたプリント基板４の上面の高さをマスクプレート２に対し相対的に昇降させる昇降手段に対応する。なお本実施の形態ではマスクプレート２を不動とし、プリント基板４側を昇降手段により昇降させるようにしたが、プリント基板４を不動としマスクプレート２を昇降手段により昇降させるようにすることも、本手段に含まれる。
【００２３】
図２において、６０はプリント基板４とマスクプレート２との分離速度をＶ、時刻をｔとしたＶ−ｔ線図において、Ｖ＝０で始まり、かつ途中でＶ＝０でない中間値を持ち、かつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組合せからなる速度パターン（後に詳述する）を記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などの速度パターン記憶部である。またこの動作パターンとして、本実施例で用いている台形パターンの他に、Ｖ＝０で始まりＶ＝０でない中間値を持ち、かつＶ＝０で終る三角パターンを採用しても良い。６１，６２はそれぞれ第１のＺモータ３２、第２のＺモータ４７を駆動するドライバなどからなる駆動部、６３は速度パターン記憶部６０を参照して、駆動部６１，６２に指令を出力することにより、第１のＺモータ３２、第２のＺモータ４７を制御するＣＰＵ（中央処理装置）などの制御部である。
【００２４】
図３は速度パターンの第１例を示している。本例では、同一の動作パターンＰ１をくり返して連続して行なう。最初の動作パターンＰ１は分離速度ＶがＶ＝０ではじまり、時刻ｔ１〜ｔ２までＶ＝Ｖ１の中間値を有し、時刻ｔ３でＶ＝０となる台形パターンである。１つの動作パターンでは、マスクプレート２とプリント基板４は、約数十ミクロン〜数百ミクロン程度離れるように設定してある。
【００２５】
本発明のスクリーン印刷装置の一実施の形態は以上の構成であり、次にその動作について図２、図７、図８（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
【００２６】
まずプリント基板４はコンベア４２，４３によって吸着ブロック５１の上方へ搬送されてくると、第２のＺモータ４７が駆動して吸着ブロック５１を上昇させ、プリント基板４を吸引管５２で吸着して保持すると共にその上面を第２のブロック３７の上面とクランパ３８の上面の高さに一致する高さまで持ち上げる。次にＸモータ２２、Ｙモータ２４が駆動してプリント基板４をマスクプレート２に位置決めし、第１のＺモータ３２を駆動してプリント基板４の上面をマスクプレート２の下面に当接する。その後図８に示すようにスキージ１２を、マスクプレート２の上面を移動させてマスクプレート２上のクリーム半田１３をパターン孔２ａ内に充填する。
【００２７】
マスクプレート２の全てのパターン孔２ａにクリーム半田１３の充填が完了すると制御部６３は、速度パターン記憶部６０に記憶されている速度パターン（図３参照）を読み出し、駆動部６１を介して第１のＺモータ３２を駆動してプリント基板４を、マスクプレート２の下面から分離していく。図８（ｂ）はこのときの様子を示す。クリーム半田１３は、フラックスに粒径が数十ミクロン程度の半田粒子を混合して作られている。このため、図３に示す速度パターンでプリント基板４を下降させるとパターン孔２ａの内壁面の近くの半田粒子間に相対的なずれ（せん断）、すなわちずれ速度ｖ（又はせん断速度ｖ）が発生する。
【００２８】
図７はクリーム半田に発生するすれ速度ｖと粘度ηの関係を示す特性図である。クリーム半田１３は、練ることにより半田粒子の間にずれ速度を発生させると粘度ηが低下することが知られており、一度低下した粘度は、しばらく時間が経過しないと元に回復しないことも知られている。このような性質はチキソ性と呼ばれているが、上述したようにプリント基板４を断続的に下降させることによりパターン孔２ａ付近のクリーム半田１３ａにずれ速度ｖが発生して粘度ηが下がる。図７で具体的に説明すると、パターン孔２ａに充填された直後のクリーム半田１３の粘度ηをη１とすると、１回目の動作パターンＰ１で内壁面付近のクリーム半田１３ａにずれ速度ｖが発生し、曲線ｍ１に沿って粘度が低下してη２となる。プリント基板４が停止すると粘度は、η３に上昇するが、すぐに次の動作パターンＰ１によるずれ速度ｖが発生するので粘度は曲線ｍ２に沿って低下してη４→η６と変化していく。従来の方法では、プリント基板４を停止させることなく一気に下降させていたためパターン孔２ａの内壁面付近のクリーム半田１３ａに効果的なずれ速度ｖが発生せずクリーム半田１３の粘度が低下しなかったため印刷不良が発生していたのである。
【００２９】
図８（ｃ）は分離が完了した後のクリーム半田１３の状態を示している。本方法では、パターン孔２ａの中央部のクリーム半田１３の粘度には変化を与えず、内壁面の近くのクリーム半田１３ａの粘度のみを低下させているのでプリント基板４に印刷されたクリーム半田１３がたれて型崩れする心配もなくきわめて良好な状態でクリーム半田１３を印刷することができる。
【００３０】
図４では速度パターンの第２例を示している。本例では、中間値が正の値Ｖ２である動作パターンＰ２と中間値が負の値Ｖ３である動作パターンＰ３とを交互に繰り返している。このようにすれば、第１例で述べた効果の他に、プリント基板４を下方のみならず上方にも移動させているので一層粘度ηを低下促進でき、クリーム半田１３の版抜け性を向上できる。
【００３１】
図５では速度パターンの第３例を示している。図５で示すように、本例では、第１番目の動作パターンＰ４の中間値を第２番目以後の動作パターンＰ５，Ｐ６，Ｐ７・・・の中間値よりも大きく、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるようにしている。このようにすれば、昇降手段の駆動開始直後、即ちクリーム半田１３の粘度ηが大きいうちに、速度Ｖを大きく変化させパターン孔２ａの内壁面の近くのクリーム半田１３ａにある程度衝撃を与えて、一気に粘度ηを低下させることができ好適である。また第３例では、各動作パターンＰ４〜Ｐ８における移動距離が一定になるようにし、第２番目以後の動作パターンＰ５〜Ｐ８の中間値を徐々に上昇させるようにしてある。
【００３２】
図６では速度パターンの第４例を示している。本例では、第３例に加えて、負に中間値を持つ動作パターンを加えている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のスクリーン印刷装置及びスクリーン印刷方法によれば、プリント基板とマスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する過程で、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるようにし、マスクプレートのパターン孔の内壁面付近のクリーム半田に集中的にずれ速度を作用させて粘度を低下させるので、クリーム半田の版抜け性が向上し型崩れのないクリーム半田をプリント基板に印刷できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の基板位置決め部の正面図
【図３】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図４】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図５】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図６】本発明の一実施の形態における速度パターンの例示図
【図７】本発明の一実施の形態におけるクリーム半田の粘度特性を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態におけるマスクプレートとプリント基板の分離動作の説明図
【図９】従来のスクリーン印刷装置の正面図
【図１０】（ａ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
（ｂ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
（ｃ）従来のスクリーン印刷装置の動作説明図
【図１１】従来のスクリーン印刷装置により塗布されたクリーム半田の例示図
【符号の説明】
２ マスクプレート
２ａ パターン孔
３ ホルダ
４ プリント基板
１２ スキージ
３２ 第１のＺモータ
４７ 第２のＺモータ
５１ 吸着ブロック
６０ 速度パターン記憶部
６３ 制御部
Claims (2)
- パターン孔が開口されたマスクプレートと、プリント基板を保持する基板支持部と、前記プリント基板の上面を前記マスクプレートの下面に接離させるために前記基板支持部を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させるモータと送りねじから成る昇降手段と、前記マスクプレートの下面に前記プリント基板の上面が当接している状態で前記マスクプレート上を移動して前記マスク上のクリーム半田を前記パターン孔へ充填するスキージと、前記パターン孔ヘクリーム半田を充填した後、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるように前記昇降手段を制御する制御部を備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
- パターン孔が開口されたマスクプレートの下面にプリント基板を接触させ、前記パターン孔にクリーム半田を充填した後に、モータと送りねじから成る昇降手段により前記プリント基板を前記マスクプレートに対して相対的に昇降させて前記マスクプレートと前記プリント基板を分離させることにより前記プリント基板にクリーム半田を印刷するスクリーン印刷方法であって、前記プリント基板と前記マスクプレートを、分離速度ＶがＶ＝０で始まりＶが０以外の値の中間値をもちかつＶ＝０で終る複数の動作パターンの組み合わせからなる速度パターンに基づいて分離する際に、第１番目の動作パターンの正の値の中間値が第２番目以後の動作パターンの正の値の中間値よりも大きくなるように、しかも第１番目の動作パターンの加速度を第２番目以後の動作パターンの加速度よりも大きくなるようにすることを特徴とするスクリーン印刷方法。
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