JP3593595B2 - PRINT HEAD AND PRINTING METHOD USING THE PRINT HEAD - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板などの基板上にマスクの開口部を通してペーストを転写塗布する印刷ヘッドと該印刷ヘッドを用いた印刷方法に関する。
【従来の技術】
従来、基板上に半導体装置や抵抗やコンデンサなどの電子部品を搭載した電子回路基板上に、閉じた空間内に配したスキージ等によりマスクの開口部を通して、はんだペーストを転写塗布する印刷ヘッドを持つ印刷機が知られている。
【0002】
この種の印刷ヘッドを備えた印刷機は、例えば特開平5−286115号公報に記載された如く、スキージ本体と容器との間に圧接調節機構を設け、他方のスキージ側に押圧力を付勢し、一方のスキージ側に作用する接触圧を吸収して圧接力のバランスを保つことにより、マスクに均等な荷重をかけてスキージ本体とマスクとの間の隙間の発生を防止し、更に前部および後部のヘッドバランサをスキージ本体の移動方向に応じて各シャフトの付勢力を可変とし、更に前方に移動させるとき前部のスキージを後部のスキージよりも強い押圧力とし、この逆方向に移動させるときは後部のスキージの押圧力が強くなるように調節可能としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の公報記載技術では、移動方向に対して前後のスキージ下端の平行性による印刷精度への影響については言及されていない。即ち、従来の印刷機では、移動方向に対して前後のスキージ下端のマスクと接触する縁は、全くの平行ではなく、スキージホルダの製作精度やスキージ研磨の程度や取り付け精度によりある程度の傾きを持っており、この状態でスクリーンマスクに均等な荷重がかかるようにスキージを接触させた場合、前後のスキージ下端の辺が為す傾き(誤差)によりスキージ下端の押圧力は長手方向に不均一となり、更に基板が移動方向を中心軸として左右にねじれている場合、不均一はさらに増大する。このスキージ下端押圧力の長手方向の不均一は、そのまま印刷形状、特に高さの不均一となって現れ、印刷不良の一因となると言う不具合があった。
更に従来技術は、移動速度を上昇させると前部スキージとマスクの摩擦とバランス動作により、前後スキージ間でピッチング振動が発生し、印刷性が低下すると言う不具合もあった。
【0004】
本発明の目的は、前述の従来技術による不具合を除去することであり、印刷中を含めてペーストを常に密閉状態に保つことによりペーストの寿命を延ばすと共に、スキージ下端押圧力を長手方向に均一にすることにより、安定した印刷が行える印刷ヘッド及び該印刷ヘッドを用いた印刷方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の印刷ヘッドは、一対のスキージを移動方向前後に対向するように配置し、前記一対のスキージの両端側にシール部を設け、前記スキージ及びシール部により内部を密閉する密閉部と、前記密閉部を移動方向に対して前後方向に回転させるピッチ機構及び直角方向に回転させるロール機構とを設けた駆動部とを備え、前記ピッチ機構が、前記外殻と回転板との間に略対向するように設けられ、回転板を回転させる回転力を付加するピストンと、外殻と回転板の長手方向端部側に設けられ、移動方向に対して前方側ステージのピッチング方向の変位量を制限するための複数のストッパとを含むことを第1の特徴とし、前記印刷ヘッドにおいて、密閉部と駆動部とをねじにより締結する構成としたことを第2の特徴とし、前記特徴の各印刷ヘッドにおいて、前記密閉部内に溶剤を供給する機構を設けたことを第3の特徴とし、前記いずれかの印刷ヘッドにおいて、密閉部内の空間を温度調節するための温度調節機構を設けたことを第4の特徴とする。
【0006】
更に本発明発による印刷方法は、移動方向の前後に設けた一対のスキージと、前記スキージ両端側に設けたシール部とマスクによって形成される密閉空間にペーストを供給し、移動方向前部のスキージよりも後部のスキージのマスクへの押圧力が高くなるように、前記密閉空間を移動方向に回転させると共に、前後のスキージの長手方向が略平行になるように回転力を与えながら印刷作業を行うことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による印刷ヘッド及び該印刷ヘッドを用いた印刷方法を図を用いて説明する。
図1は本実施形態による印刷ヘッドの概略構造を示す斜視図、図2は該印刷ヘッドの横断面、図3〜図5は本印刷ヘッドの動作を説明するための図、図は本印刷ヘッドの縦断面である。
【0008】
まず、本実施形態による印刷ヘッドの構成を図1、図2、図6を参照して説明する。本印刷ヘッドは、大別して基板上搭載されて内部空間を基板との間で密閉する密閉部1と、該密閉部1の上部に配置され、この密閉部1を上下移動する機能と移動方向に対して前後方向に回転させる機能と直角方向に回転させる機能を備えた駆動部2とから構成され、該駆動部2は、基板4に設けられた導体パターン5に対応する位置に開口部6が設けたマスク3への押圧力を制御する押圧力付加機構(図示せず)に接続されている。
【0009】
<密閉部1の説明>
前記密閉部1は、図2に示す如く、ジャケット14の内側に上部が閉じた形状の内殻11が固定され、該内殻11の内側にスキージホルダ9及び10が八の字型に開く様に傾斜して固定され、該スキージホルダ9及び10各々に湾曲する弾性力を持つスキージ7又は8の一端側が取付けられている。前記スキージ7及び8並びにキージホルダ9及び10は、スキージの移動方向に対して直角方向(ここでは長手方向と称する)の寸法が同一であり、スキージ7及び8の他端側は面一になっている。
【0010】
この密閉部1のジャケット14の長手方向の一端部側に流体導入孔47と他端部側に流体排出孔48(図1)が設けられている。このジャケット14と内殻との間に流体通過溝46が設けてあり、この流体通過溝46は流体導入孔47と流体排出孔48に通じている。
【0011】
更に前記内殻11の長手方向の両端部内側には、内殻11の両端を塞ぐようにサイドシール12及び13(図1も参照)が固定されている。このサイドシール12及び13並びにスキージ7及び8並びにマスク3との5面で囲まれた空間が密閉空間となるように、サイドシール12及び13端部(マスクとの接触部)もスキージ7及び8の他端部と面一になるように形成されている。
【0012】
この様に本実施形態による密閉部1は、内殻11に取り付けられたスキージホルダ9及び10と、該スキージホルダ9及び10の下端に取り付けられたスキージ7及び8と、内殻11の両端を閉じるサイドシール12及び13と、マスク3とによって密閉空間を形成している。
<駆動部2の説明>
次に駆動部2は、主に図2に示す如く、前記内殻11の上方に位置する外殻18と、該外殻18の上側に設けられ、長手方向の傾き(ローリング)を補正するためのロール機構を備えたロールバランス部15と、外殻18の内側に設けられ回転板19と、回転板19にスキージの移動方向(ここでは幅方向と称する)に回転力を作用させピッチ方向の補正をするためのピッチ機構部であるシリンダ部16及び17とから構成されている。
【0013】
前記外殻18には、図1に示す如く、回転板19のピッチ方の変位量を制限するストッパ34、35、36が設けられている。尚、本装置の図1ではストッパが3つしか見えないが、ストッパ35に対向する部分にもストッパが設けられている。これら構成によって本実施形態による駆動部2は、スキージの進行方向に対して前後方向に回転可能なピッチ機構と、直角方向に回転可能なロール機構を設けて密閉部1を補正できるように構成してある。
【0014】
前記回転板19の長手方向の両端部には、前述の密閉部1とねじにより締結するための差込穴が設けられ、密閉部1を構成するジャケット14の差込穴の位置に対応する個所には、ねじ穴33が設けられ、回転板19は、長手方向の中央部に、幅方向に回転可能なようにピッチ軸24にて外殻18に支持されている。
【0015】
前記ロールバランス部15は、上板20と外殻18とをロール軸21を中心として回転するように結合されている。上板20は図示してはいないが、印刷装置側(押圧力付加機構)に水平度が保たれて固定されている。上板20の長手方向両端付近には、プランジャ22、23が配されている(図6参照)。このプランジャ22、23は、上板20と外殻18のロール軸21中心での回転角度に制限を加えるものである。更に、このプランジャ22、23は、内蔵されたばねにより回転をはじめる力(モーメント)にも制限を加え、印刷ヘッドがマスク3と接触していない場合に、中立状態になるように構成してある。
【0016】
前記回転板19には、はんだペーストを収納したシリンジ39が長手方向に2つ取付けられ、このシリンジ39と接触しないように外殻18や上板20等にはシリンジ39の径よりも大きな穴が設けられている。また、シリンジ39には、上面に孔42を設けたシリンジキャップ40で蓋がされている。また、シリンジ39の下側開口部は回転板19、ジャケット14と内殻11に設けた穴により密閉部1の密閉空間41へ通じている。
<動作説明>
次に、図3と図4を用いて印刷ヘッドの動作について説明する。図3は印刷動作時の印刷ヘッドの横断面図、図4はロールバランス部15による基板4やマスク3の傾きに対する動作を示す模式図である。
【0017】
まず、印刷機に搬入した基板4をマスク3と所望の位置関係となるように移動し、基板4上面とマスク3下面を接触させ固定する。次に、印刷機に付属している駆動部により、印刷ヘッドを印刷開始位置に移動させる。印刷作業開始時に、シリンジキャップ40上面の孔42に圧縮空気を導入すると、はんだペースト38が密閉空間41に供給される。このとき、所定の量のはんだペースト38が供給されるように孔42に圧縮空気の導入量を制御している。
【0018】
回転板19にはペーストセンサ43(図6参照)が設けられ、このペーストセンサ43により密閉空間41内のはんだペースト38の量を測定し、印刷作業中にペーストセンサ43の計測結果が任意の許容量以下になった場合、適宜はんだペーストの供給を実行する。尚、ペーストセンサ43を使わない他の方法としては、印刷開始からの時間と印刷枚数から、はんだペーストの供給タイミングと量を予め設定しておく方法もある。
【0019】
次に、駆動部2に接続された印刷機本体の押圧力付加機構により、印刷ヘッドを下に移動してマスク3接触させ、さらに押圧力を付加する。このときスキージ7、8の移動方向に対して前後に傾きを与えるためのシリンダ部16、17を動作させるための、空気導入孔30と31は大気開放状態としてある。
【0020】
シリンダ部16は、ケース25と、押え板27とピストン28とピストン蓋29及び弾性力を与えるダイアフラム26とから成る。そして、ケース25と押さえ板27で円形のダイアフラム26の外周部を挟み、ダイアフラム26の中心付近はピストン28とピストン蓋29で挟んだ構造となっている(図3参照)。ケース25は、外殻18の内面に固定されている。ピストン28が回転板19に密着して力を作用させることで、スキージ7、8を前、又は後ろ方向に傾きを持たせるように構成してある。
【0021】
また、外殻18、ケース25とダイアフラム26で構成される空間には、外殻18に配した空気導入孔30及び31を除いて密閉されている。押圧力付加機構により所定の押圧力でマスク3に押付けた後で、空気導入孔30から外殻18、ケース25とダイアフラム26で囲まれた空間内にコンプレッサ等から圧縮空気を導入し、このとき対向するシリンダ部17の空気導入孔31は大気開放状態を保持している。
【0022】
次にダイアフラム26がピストン28を押し出して回転板19に反時計方向の回転力を付加すると共に、外殻18に配した前方側のストッパ34、35に回転板19が接触するまで、ピッチ軸24を中心に反時計方向に回転する。このとき、ピストン28は直線状に移動するのではなく、円弧軌道で移動する。また、ダイヤフラム26を使用する構造としたことにより、通常のシリンダで発生する軸やシール部材のかじり等の不具合を防止している。
【0023】
前述の回転板19の回転により、スキージ7の下端がスキージ8の下端よりも下方に移動しようとするため、スキージ7は図3のようにマスク3への押圧力が集中し湾曲する。この湾曲によりスキージ8の下端はマスク3に軽く接触した状態を保持する。このサイドシール12及び13の全てまたは一部がゴムや発泡ポリエチレン等の弾性体で形成されている。このため、サイドシール自身の変形によりマスク3に隙間なく密着した状態を保持する。このため、前後のスキージ7、8と共に、密閉空間41の密閉度が確保される。
【0024】
次いで図3において、印刷ヘッドを矢印方向(右)に移動させると、はんだペースト38が回転しながら移動し、マスク3の開口部6に充填される。後部のスキージ7が全ての開口部6上を通過した後、印刷ヘッドをマスク3に密着させた状態で基板4とマスク3を剥離させることにより、基板4の導体パターン5上にはんだペースト38が転写される。逆の方向への印刷も以上の手順に準じて行われる。
【0025】
次に印刷動作中のロールバランス部15の働きを、図3及び図4により説明する。図3の印刷動作中において、スキージ7からの押圧力に対する反力は、スキージ8からの反力が無視できるほど大きい。このとき図4のように、基板4が移動方向に対して直角方向(図の左右方向)に傾いた場合を考える。この状態では、スキージ7からの押圧力に対する反力により、ロール軸21を中心に外殻18に接続されたロールバランス部15を除く駆動部2と密閉部1が長手方向に回転する。そのため、スキージ7下端での押圧力は長手方向に均一となる。同様に移動方向に対して前後のスキージの下端が取付け誤差等で平行でない場合でも、後部スキージの下端の押圧力は長手方向に均一となる。このときプランジャ22に内蔵しているばねが圧縮されるが、その反力は、押圧力の反力に比較すると無視できるほど小さい。
【0026】
従って印刷ヘッド移動終了後も印刷ヘッドを上昇させず、密閉部1の密閉空間41を確保するために内部のはんだペースト38の劣化が少なくすることができ、更にき空気導入孔30と31とを大気開放状態にすることによりマスク3のダメージを少なくすることができる。
【0027】
本実施形態においては、ジャケット14と内殻11との間に流体通過溝46を設け、この流体通過溝46に流体導入孔47から所定の設定温度に調節された空気を流し、流体排出孔48から排出させることにより、密閉空間41内のはんだペースト38の温度を調節することもできる。前記密閉空間41に温度センサを設け、通過させる流体の温度を調節することも考えられるが、本実施形態の如く一定に調整した空気を流す方が印刷ヘッドへの質量や配線の負担が少なくなるため好適である。更に前述の循環させる流体は気体に限らないが、流出時の影響を考慮する必要がある。密閉空間41内を温度調整された窒素ガス等を通過させても、はんだペースト38の温度を調節できる。しかし、その場合は、はんだペースト38に含まれる揮発成分の蒸発を促進させるため注意が必要である。流体排出孔48から排出される流体は、そのまま排出させるよりも再度温度調節機を通して循環させるか、マスク3を乾燥させない位置で排出させるほうが望ましい。
【0028】
このような構成では、ジャケット14は断熱性が必要な上に、機械的な強度や耐薬品性が必要である。そのような材質の例としては、高強度のエンジニアリングプラスチックがある。内殻11とスキージホルダ9、10の材質は、熱伝導性が高く、機械的な強度や耐薬品性に優れたアルミやアルマイト処理を施したアルミ等を用いると良い。内殻11の放熱性を高めるため放熱フィンを設けると更に良い。
【0029】
その他の方法としては、内殻11をペルチェ素子等で温度調節する方法や、内殻11内側にペルチェ素子等を配し、密閉空間41内を直接ペルチェ素子等で温度調節しても良い。
【0030】
また、密閉部1を包含する密閉空間を別に設け、その空間を温度調節してもよい。密閉空間はマスク3またはマスク3の支持部材と接触させるか、わずかに隙間を持たせた構造とすると体積を小さくできる。この場合、別に設けた密閉空間は、印刷ヘッドと共に移動する構造としても良く、移動を妨げない構造であれば印刷ヘッドと共に移動しない構造としても良い。
【0031】
図5にマスク部にペーストが残留した状態で、印刷ヘッドを上下した時の状態を示す。図5(a)にはペーストがスキージ7側に残留している状態を、図5(b)には(a)の状態で印刷ヘッドを持ち上げた時の状態を、図5(c)にはペーストがスキージから離れた状態を、図5(d)には印刷ヘッドを移動してペーストをはみ出さないように印刷ヘッドを降ろした状態を示す。
【0032】
まず、図5(a)の如く、メンテナンス等の何らかの理由で、印刷動作後に印刷ヘッドを上昇させる。すると、図5(b)に示すように、密閉空間41内部のスキージ7に付着したはんだペースト38とマスク3に付着したはんだペーストとは引き合って伸展する。その後、図5(c)に示すように、伸展したはんだペーストの一部がスキージ7の下端の左側へ倒れる。この状態で、印刷ヘッドをそのまま下降するとペーストの一部は、密閉空間41外にはみ出した状態となる。そして、そのまま放置すると、はみ出たペーストは乾燥劣化する。
【0033】
本実施形態においては前記現象を防止するために、図5(c)の印刷ヘッドを下降させる前に印刷方向と逆方向(矢印P方向)に移動させた後、下降させる。逆方向に移動させる距離は、スキージ7の下端とスキージ8の下端の距離の半分程度が適切である。この移動動作は、下降完了までに行えば良く、上昇させるときに行っても良い。
【0034】
なお、印刷作業開始時のはんだペースト38の供給は以下の方法でも可能である。それは、印刷ヘッドをマスク3に接触させる前に、マスク3上にはんだペースト38をヘラ等で供給する方法である。この場合、スキージ7、8がマスク3に接触した時に、密閉部1の密閉空間41内にはんだペースト38が収まる様にする必要がある。この方を用いた場合は、シリンジ39等が不要なり構成は簡略化できる。
【0035】
さらに、密着部1を進行方向の前後方向に回転支持する方法として、回転動作を行うことができる他の構成のアクチュエータを用いても良い。例えば、押し出しと引き込み動作ができる複動式のシリンダと軸や、シール部材のかじりを防止する機構の組み合わせで回転させても良い。また、モータ等の回転するアクチュエータを使用しても効果は同じである。
【0036】
本実施形態の密閉部1と駆動部2は、回転板19に配した穴とジャケット14に配したネジ穴33を用いて、取付けネジ32で接続されているので、取外しが容易で密閉部の交換が可能である。取外しが容易に行えることは、スキージの交換等のメンテナンス時に有効であり、密閉部1の交換によって印刷する基板4の品種替えに対応したはんだペーストの品種替えも短時間で行うことができる。更に、寸法の違う密閉部1を数種準備することにより、基板4の大きさに応じて変更することが可能となる。これによって、密閉部1に供給するはんだペースト量を必要最低限に押えることができ、はんだペーストの消費量を低減できる。
【0037】
図6に示すように、回転板19には溶剤濃度センサ44が設けてある。この濃度センサは、密閉空間内のはんだペーストに使用されている溶剤成分の濃度を監視するものである。濃度センサ44が、溶剤成分の濃度が任意の設定値以下になったことを検出すると、溶剤供給孔45からはんだペーストに使用されている溶剤成分を密閉空間41に供給することにより、はんだペースト内の溶剤の蒸発を抑制したり、不足した溶剤成分を補充することができる。この溶剤成分は液状で供給すると、はんだペースト38の成分が不均一になり、印刷結果にムラが発生しやすいため、霧状や高濃度の溶剤を含む空気を供給したほうが良好である。その他には、溶剤濃度センサを用いずに、印刷開始からの時間と印刷枚数から溶剤の供給タイミングと量を規定しても良い。また、シリンジ39からソルダペーストを供給するときに、溶剤の含有量を高めたはんだペーストを供給するようにしても同様の効果がある。
【0038】
なお、ロール方向の補正に、前後のスキージ各々にロールバランスためのロール機構部を設けてもよい。しかし、ロール機構を駆動部と組み合わせて動くように構成しないと、進行方向に対して前側のスキージが摩擦により振動し、ピッチングを発生させるため印刷結果が悪くなる。
【0039】
この様に本実施形態による印刷ヘッド及び印刷方法によれば、スキージ等を設けた密閉部とは別に、駆動部側に、印刷ヘッド進行方向に対して前後方向に回転力を与える機構と、進行方向に対して直角方向に回転力を与える機構とを設けた構成とした。これにより、印刷時に印刷ヘッドの進行方向の後部側のスキージに大きな押付け力を作用させることが可能となると共に、前方側スキージもマスクとは離れることがなく密閉性を保持でき、良好な印刷を実現できる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の印刷ヘッド及び該印刷ヘッドを用いた印刷方法によれば、印刷作業中も含めペーストは常に密閉された空間内に置かれているため劣化を減少することができる。また、印刷性においてもスキージ下端の押圧力が長手方向に均一な状態で印刷を行うため、長期にわたって良好な印刷が安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態になる印刷ヘッドを示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態になる印刷ヘッドを示す横断面図である。
【図3】本発明の印刷動作時のピッチング補正動作を示す、印刷ヘッドの横断面図である。
【図4】本発明の印刷ヘッドのローリング補正動作を示す模式図である。
【図5】スキージにペーストが残留している状態で印刷ヘッドを上昇下降ときのペーストの状態を示す図。
【図6】本発明の印刷ヘッドの縦断面図である。
【符号の説明】
1…密閉部、2…駆動部、3…マスク、4…基板、7…スキージ、8…スキージ、11…内殻、12…サイドシール、13…サイドシール、15…ロールバランス部、18…外殻、26…ダイアフラム、32…ネジ、38…はんだペースト、41…密閉空間、42孔。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a printing head for transferring and applying a paste through an opening of a mask onto a substrate such as a printed circuit board, and a printing method using the printing head.
[Prior art]
Conventionally, there is a print head that transfers and applies solder paste through an opening in a mask with a squeegee etc. arranged in a closed space on an electronic circuit board on which electronic components such as semiconductor devices and resistors and capacitors are mounted on the board Printing presses are known.
[0002]
2. Description of the Related Art A printing machine having a print head of this type is provided with a press-contact adjusting mechanism between a squeegee main body and a container and urges a pressing force to the other squeegee side as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286115. By absorbing the contact pressure acting on one squeegee side and maintaining the balance of the pressure contact force, an even load is applied to the mask to prevent the formation of a gap between the squeegee body and the mask. In addition, the biasing force of each shaft is made variable according to the moving direction of the squeegee main body, and the front squeegee has a stronger pressing force than the rear squeegee, and is moved in the opposite direction when moving forward. At times, the squeegee at the rear can be adjusted to increase the pressing force.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique described in the above-mentioned publication does not mention the influence on the printing accuracy due to the parallelism of the lower ends of the squeegees before and after the moving direction. That is, in the conventional printing press, the edges of the lower end of the squeegee that come into contact with the mask in the moving direction are not completely parallel and have a certain degree of inclination due to the manufacturing accuracy of the squeegee holder, the degree of squeegee polishing, and the mounting accuracy. In this state, when the squeegee is brought into contact with the screen mask so that a uniform load is applied to the screen mask, the pressing force at the lower end of the squeegee becomes non-uniform in the longitudinal direction due to the inclination (error) formed by the front and rear lower ends. When the substrate is twisted right and left around the moving direction as the central axis, the non-uniformity is further increased. The unevenness in the longitudinal direction of the pressing force at the lower end of the squeegee appears as it is as the unevenness of the printing shape, particularly the height, and has a drawback that it contributes to poor printing.
Further, in the prior art, when the moving speed is increased, pitching vibration is generated between the front and rear squeegees due to friction and balance between the front squeegee and the mask, and printability is deteriorated.
[0004]
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages caused by the conventional technique, to extend the life of the paste by always keeping the paste in a sealed state even during printing, and to uniformly press the squeegee bottom pressing force in the longitudinal direction. Accordingly, an object of the present invention is to provide a print head capable of performing stable printing and a printing method using the print head.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a print head according to the present invention includes a pair of squeegees disposed so as to face each other in a moving direction, seals are provided at both ends of the pair of squeegees, and the inside of the print head is formed by the squeegee and the seal. And a driving unit provided with a pitch mechanism for rotating the sealing unit in the front-rear direction with respect to the moving direction and a roll mechanism for rotating the sealing unit in a direction perpendicular to the moving direction, wherein the pitch mechanism includes the outer shell and A piston which is provided substantially opposite to the rotating plate and which applies a rotating force for rotating the rotating plate; and a stage which is provided on the outer shell and the longitudinal end of the rotating plate and which is on the front side in the moving direction. of that includes a plurality of stoppers for limiting the pitching direction of the displacement of the first aspect, in the print head configuration and the second to the sealing portion and the driver unit are fastened with screws In a third aspect, in each of the print heads having the above-described features, a mechanism for supplying a solvent into the closed section is provided, and in any one of the print heads, a temperature for adjusting a temperature of a space in the closed section is provided. A fourth feature is that an adjustment mechanism is provided.
[0006]
Further, according to the printing method of the present invention, the paste is supplied to a closed space formed by a pair of squeegees provided before and after in the moving direction, and a seal portion and a mask provided on both ends of the squeegee, The closed space is rotated in the moving direction so that the pressing force of the rear squeegee on the mask is higher than that of the squeegee, and the printing operation is performed while applying a rotating force so that the longitudinal directions of the front and rear squeegees are substantially parallel. It is characterized by the following.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a print head and a printing method using the print head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a perspective view showing a schematic structure of a print head according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross section of the print head, FIGS. 3 to 5 are diagrams for explaining the operation of the print head, and FIGS. FIG.
[0008]
First, the configuration of the print head according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 6. FIG. The print head is roughly divided into a sealing portion 1 mounted on a substrate and sealing an internal space between the substrate and the substrate, and is disposed above the sealing portion 1, and has a function of moving the sealing portion 1 up and down and a moving direction. The drive unit 2 has a function of rotating in the front-rear direction and a function of rotating in the right-angle direction. The drive unit 2 has an opening 6 at a position corresponding to the conductor pattern 5 provided on the substrate 4. It is connected to a pressing force applying mechanism (not shown) for controlling the pressing force applied to the mask 3 provided.
[0009]
<Description of Sealing Unit 1>
As shown in FIG. 2, the sealing portion 1 has an inner shell 11 having a closed upper portion fixed to the inside of a jacket 14, and squeegee holders 9 and 10 opened in an eight-shape inside the inner shell 11. One end of a squeegee 7 or 8 having an elastic force that bends is attached to each of the squeegee holders 9 and 10. The squeegees 7 and 8 and the squeegee holders 9 and 10 have the same dimension in the direction perpendicular to the direction of movement of the squeegee (here, referred to as the longitudinal direction), and the other ends of the squeegees 7 and 8 are flush. I have.
[0010]
A fluid introduction hole 47 is provided on one end side of the jacket 14 of the closed portion 1 in the longitudinal direction, and a fluid discharge hole 48 (FIG. 1) is provided on the other end side. A fluid passage groove 46 is provided between the jacket 14 and the inner shell. The fluid passage groove 46 communicates with a fluid introduction hole 47 and a fluid discharge hole 48.
[0011]
Furthermore, side seals 12 and 13 (see also FIG. 1) are fixed inside both ends of the inner shell 11 in the longitudinal direction so as to cover both ends of the inner shell 11. The end portions of the side seals 12 and 13 (contact portions with the mask) are also squeegees 7 and 8 so that the space surrounded by the five surfaces of the side seals 12 and 13, the squeegees 7 and 8, and the mask 3 is a closed space. Is formed so as to be flush with the other end of the.
[0012]
As described above, the sealing unit 1 according to the present embodiment includes the squeegee holders 9 and 10 attached to the inner shell 11, the squeegees 7 and 8 attached to the lower ends of the squeegee holders 9 and 10, and both ends of the inner shell 11. A closed space is formed by the closed side seals 12 and 13 and the mask 3.
<Description of drive unit 2>
Next, as shown in FIG. 2, the drive unit 2 is provided with an outer shell 18 located above the inner shell 11 and an upper side of the outer shell 18 to correct a longitudinal inclination (rolling). A roll balance portion 15 provided with a roll mechanism, a rotating plate 19 provided inside the outer shell 18, and a rotating force acting on the rotating plate 19 in the moving direction of the squeegee (herein referred to as the width direction) to cause the rotating plate 19 to rotate in the pitch direction. It is composed of cylinder units 16 and 17 which are pitch mechanism units for performing correction.
[0013]
To the outer shell 18, as shown in FIG. 1, the stopper 34, 35, and 36 are provided to limit the displacement of the pitch Direction of the rotating plate 19. Although only three stoppers are visible in FIG. 1 of the present apparatus, stoppers are also provided at portions facing the stopper 35. With these configurations, the drive unit 2 according to the present embodiment is configured such that a pitch mechanism rotatable in the front-rear direction with respect to the traveling direction of the squeegee and a roll mechanism rotatable in a direction perpendicular to the squeegee can be provided to correct the sealing unit 1. It is.
[0014]
At both ends in the longitudinal direction of the rotary plate 19, insertion holes for fastening with the above-mentioned sealing portion 1 by screws are provided, and portions corresponding to the positions of the insertion holes of the jacket 14 constituting the sealing portion 1. Is provided with a screw hole 33, and the rotating plate 19 is supported by the outer shell 18 at a central portion in the longitudinal direction by a pitch shaft 24 so as to be rotatable in the width direction.
[0015]
The roll balance unit 15 is coupled so that the upper plate 20 and the outer shell 18 rotate about a roll shaft 21. Although not shown, the upper plate 20 is fixed to the printing apparatus side (pressing force applying mechanism) while maintaining the levelness. Plungers 22, 23 are disposed near both ends in the longitudinal direction of the upper plate 20 (see FIG. 6). The plungers 22 and 23 limit the rotation angle of the upper plate 20 and the outer shell 18 about the center of the roll shaft 21. Further, the plungers 22 and 23 are configured to limit the force (moment) of starting rotation by a built-in spring, and to be in a neutral state when the print head is not in contact with the mask 3.
[0016]
Two syringes 39 each containing a solder paste are attached to the rotating plate 19 in the longitudinal direction, and a hole larger than the diameter of the syringe 39 is formed in the outer shell 18 and the upper plate 20 so as not to contact the syringe 39. Is provided. The syringe 39 is covered with a syringe cap 40 having a hole 42 on the upper surface. The lower opening of the syringe 39 communicates with the closed space 41 of the closed part 1 through holes provided in the rotating plate 19, the jacket 14 and the inner shell 11.
<Operation description>
Next, the operation of the print head will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the print head during a printing operation, and FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the operation of the roll balance unit 15 with respect to the inclination of the substrate 4 and the mask 3.
[0017]
First, the substrate 4 carried into the printing machine is moved so as to have a desired positional relationship with the mask 3, and the upper surface of the substrate 4 and the lower surface of the mask 3 are brought into contact and fixed. Next, the print head is moved to a printing start position by a drive unit attached to the printing press. When compressed air is introduced into the holes 42 on the upper surface of the syringe cap 40 at the start of the printing operation, the solder paste 38 is supplied to the closed space 41. At this time, the amount of compressed air introduced into the hole 42 is controlled so that a predetermined amount of the solder paste 38 is supplied.
[0018]
The rotating plate 19 is provided with a paste sensor 43 (see FIG. 6). The paste sensor 43 measures the amount of the solder paste 38 in the closed space 41. When the capacity becomes less than or equal to the capacity, the supply of the solder paste is appropriately performed. As another method that does not use the paste sensor 43, there is a method in which the supply timing and the amount of the solder paste are set in advance from the time from the start of printing and the number of printed sheets.
[0019]
Next, the printing head is moved downward by the pressing force applying mechanism of the printing press main body connected to the driving unit 2 to come into contact with the mask 3 and further applies a pressing force. At this time, the air introduction holes 30 and 31 for operating the cylinder portions 16 and 17 for tilting the squeegees 7 and 8 back and forth with respect to the moving direction are open to the atmosphere.
[0020]
The cylinder section 16 includes a case 25, a holding plate 27, a piston 28, a piston lid 29, and a diaphragm 26 that provides elastic force. The outer periphery of the circular diaphragm 26 is sandwiched between the case 25 and the holding plate 27, and the center of the diaphragm 26 is sandwiched between the piston 28 and the piston lid 29 (see FIG. 3). The case 25 is fixed to the inner surface of the outer shell 18. The squeegees 7 and 8 are configured to be inclined forward or rearward by applying a force by the piston 28 being in close contact with the rotating plate 19.
[0021]
The space formed by the outer shell 18, the case 25 and the diaphragm 26 is sealed except for the air introduction holes 30 and 31 provided in the outer shell 18. After pressing against the mask 3 with a predetermined pressing force by the pressing force applying mechanism, compressed air is introduced from a compressor or the like into the space surrounded by the outer shell 18, the case 25 and the diaphragm 26 from the air introducing hole 30. The air introduction hole 31 of the opposed cylinder portion 17 is kept open to the atmosphere.
[0022]
Next, the diaphragm 26 pushes out the piston 28 to apply a counterclockwise rotating force to the rotating plate 19, and the pitch shaft 24 until the rotating plate 19 comes into contact with the stoppers 34 and 35 on the front side arranged on the outer shell 18. Rotate counterclockwise around. At this time, the piston 28 does not move linearly but moves in an arc trajectory. Further, by employing the structure using the diaphragm 26, problems such as galling of the shaft and the seal member, which occur in a normal cylinder, are prevented.
[0023]
Since the lower end of the squeegee 7 tends to move below the lower end of the squeegee 8 by the rotation of the rotating plate 19, the pressing force on the mask 3 is concentrated on the squeegee 7 as shown in FIG. Due to this curvature, the lower end of the squeegee 8 is kept in a state of lightly contacting the mask 3. All or a part of the side seals 12 and 13 are formed of an elastic material such as rubber or foamed polyethylene. Therefore, the state in which the side seal itself is in close contact with the mask 3 without any gap is maintained. For this reason, the tightness of the closed space 41 is ensured together with the front and rear squeegees 7 and 8.
[0024]
Next, in FIG. 3, when the print head is moved in the direction of the arrow (right), the solder paste 38 moves while rotating and fills the opening 6 of the mask 3. After the rear squeegee 7 has passed over all the openings 6, the print head is brought into close contact with the mask 3 and the substrate 4 and the mask 3 are peeled off, so that the solder paste 38 is formed on the conductor pattern 5 of the substrate 4. Transcribed. Printing in the opposite direction is performed according to the above procedure.
[0025]
Next, the operation of the roll balance unit 15 during the printing operation will be described with reference to FIGS. During the printing operation in FIG. 3, the reaction force against the pressing force from the squeegee 7 is so large that the reaction force from the squeegee 8 can be ignored. At this time, consider a case where the substrate 4 is tilted in a direction perpendicular to the moving direction (left-right direction in the figure) as shown in FIG. In this state, the driving unit 2 and the sealing unit 1 except for the roll balance unit 15 connected to the outer shell 18 rotate in the longitudinal direction around the roll shaft 21 due to the reaction force against the pressing force from the squeegee 7. Therefore, the pressing force at the lower end of the squeegee 7 becomes uniform in the longitudinal direction. Similarly, even when the lower ends of the front and rear squeegees are not parallel to the moving direction due to an attachment error or the like, the pressing force of the lower end of the rear squeegee becomes uniform in the longitudinal direction. At this time, the spring contained in the plunger 22 is compressed, but the reaction force is negligibly small compared to the reaction force of the pressing force.
[0026]
Therefore, even after the print head movement is completed, the print head is not lifted, and the deterioration of the internal solder paste 38 can be reduced in order to secure the sealed space 41 of the sealed portion 1. The mask 3 can be less damaged by opening to the atmosphere.
[0027]
In the present embodiment, a fluid passage groove 46 is provided between the jacket 14 and the inner shell 11, air adjusted to a predetermined temperature is flowed from the fluid introduction hole 47 through the fluid passage groove 46, and a fluid discharge hole 48 is provided. , The temperature of the solder paste 38 in the closed space 41 can be adjusted. It is conceivable to provide a temperature sensor in the closed space 41 to adjust the temperature of the fluid to be passed. However, it is possible to reduce the load on the print head by reducing the mass and wiring to the print head by flowing the air adjusted to be constant as in the present embodiment. Therefore, it is suitable. Furthermore, the fluid to be circulated is not limited to gas, but it is necessary to consider the effect at the time of outflow. The temperature of the solder paste 38 can also be adjusted by passing a temperature-controlled nitrogen gas or the like through the closed space 41. However, in that case, care must be taken to promote the evaporation of volatile components contained in the solder paste 38. It is desirable that the fluid discharged from the fluid discharge hole 48 be circulated again through the temperature controller or discharged at a position where the mask 3 is not dried, rather than being discharged as it is.
[0028]
In such a configuration, the jacket 14 needs to have heat insulation properties, and also needs mechanical strength and chemical resistance. Examples of such materials include high strength engineering plastics. As the material of the inner shell 11 and the squeegee holders 9 and 10, it is preferable to use aluminum having high thermal conductivity, excellent mechanical strength and chemical resistance, or anodized aluminum. It is more preferable to provide a heat radiation fin in order to enhance the heat radiation of the inner shell 11.
[0029]
As other methods, a method of adjusting the temperature of the inner shell 11 using a Peltier element or the like, or a method of disposing a Peltier element or the like inside the inner shell 11 and directly adjusting the temperature inside the sealed space 41 with a Peltier element or the like may be used.
[0030]
Further, a closed space including the closed portion 1 may be provided separately, and the temperature of the space may be adjusted. The volume of the closed space can be reduced if it is brought into contact with the mask 3 or the support member of the mask 3 or if it has a structure with a slight gap. In this case, the separately provided closed space may be configured to move with the print head, or may be configured to not move with the print head as long as the structure does not hinder the movement.
[0031]
FIG. 5 shows a state where the print head is moved up and down with the paste remaining on the mask portion. FIG. 5A shows a state in which the paste remains on the squeegee 7 side, FIG. 5B shows a state in which the print head is lifted in the state of FIG. 5A, and FIG. FIG. 5D shows a state in which the paste is separated from the squeegee, and FIG. 5D shows a state in which the print head is moved down so that the paste does not protrude.
[0032]
First, as shown in FIG. 5A, for some reason such as maintenance, the print head is raised after the printing operation. Then, as shown in FIG. 5B, the solder paste 38 attached to the squeegee 7 inside the closed space 41 and the solder paste attached to the mask 3 attract and extend. Thereafter, as shown in FIG. 5C, a part of the spread solder paste falls to the left side of the lower end of the squeegee 7. In this state, when the print head is lowered as it is, a part of the paste comes out of the closed space 41. Then, if left as it is, the protruding paste is dried and deteriorated.
[0033]
In the present embodiment, in order to prevent the above phenomenon, the print head shown in FIG. 5C is moved in the direction opposite to the printing direction (the direction of arrow P) before being lowered, and then lowered. It is appropriate that the distance moved in the opposite direction is about half the distance between the lower end of the squeegee 7 and the lower end of the squeegee 8. This movement operation may be performed until the descent is completed, and may be performed when the descent is performed.
[0034]
The supply of the solder paste 38 at the start of the printing operation can be performed by the following method. That is, before the print head is brought into contact with the mask 3, a solder paste 38 is supplied onto the mask 3 with a spatula or the like. In this case, when the squeegees 7 and 8 come into contact with the mask 3, it is necessary that the solder paste 38 be contained in the closed space 41 of the closed portion 1. When this is used, the syringe 39 and the like are not required, and the configuration can be simplified.
[0035]
Further, as a method of supporting the contact portion 1 for rotation in the front-rear direction of the traveling direction, an actuator having another configuration capable of performing a rotation operation may be used. For example, it may be rotated by a combination of a double-acting cylinder and a shaft capable of pushing and retracting, and a mechanism for preventing galling of the seal member. The effect is the same even if a rotating actuator such as a motor is used.
[0036]
The sealing unit 1 and the driving unit 2 of the present embodiment are connected by the mounting screws 32 using the holes provided on the rotating plate 19 and the screw holes 33 provided on the jacket 14, so that the sealing unit 1 and the driving unit 2 can be easily removed, and Exchange is possible. The easy removal is effective at the time of maintenance such as replacement of a squeegee, and the type of the solder paste corresponding to the type of the substrate 4 to be printed by replacing the sealing portion 1 can be changed in a short time. Furthermore, by preparing several kinds of sealing portions 1 having different dimensions, it is possible to change the size according to the size of the substrate 4. As a result, the amount of solder paste supplied to the sealing portion 1 can be minimized, and the consumption of solder paste can be reduced.
[0037]
As shown in FIG. 6, the rotating plate 19 is provided with a solvent concentration sensor 44. This concentration sensor monitors the concentration of the solvent component used in the solder paste in the closed space. When the concentration sensor 44 detects that the concentration of the solvent component has fallen below an arbitrary set value, the solvent component used in the solder paste is supplied from the solvent supply hole 45 to the closed space 41, so that the inside of the solder paste is removed. Can suppress the evaporation of the solvent, or can replenish the insufficient solvent component. When this solvent component is supplied in a liquid state, the components of the solder paste 38 become non-uniform, and the printing result tends to be uneven. Therefore, it is better to supply air containing a mist or a high-concentration solvent. Alternatively, the supply timing and amount of the solvent may be defined based on the time from the start of printing and the number of printed sheets without using the solvent concentration sensor. Further, when supplying the solder paste from the syringe 39, a similar effect can be obtained by supplying a solder paste having an increased solvent content.
[0038]
Note that a roll mechanism for roll balance may be provided for each of the front and rear squeegees to correct the roll direction. However, unless the roll mechanism is configured to move in combination with the drive unit, the squeegee on the front side in the advancing direction vibrates due to friction, and pitching occurs, resulting in poor printing results.
[0039]
As described above, according to the print head and the printing method according to the present embodiment, separately from the sealed portion provided with the squeegee or the like, a mechanism for applying a rotational force in the front-rear direction with respect to the print head advancing direction is provided on the drive unit side. And a mechanism for applying a rotational force in a direction perpendicular to the direction. As a result, a large pressing force can be applied to the squeegee on the rear side in the traveling direction of the print head at the time of printing, and the front squeegee can maintain the airtightness without being separated from the mask, thereby achieving good printing. realizable.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the print head and the printing method using the print head of the present invention, deterioration can be reduced because the paste is always placed in the closed space even during the printing operation. . In addition, since the printing is performed in a state where the pressing force at the lower end of the squeegee is uniform in the longitudinal direction, good printing can be stably performed over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a print head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a print head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a print head showing a pitching correction operation during a printing operation according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a rolling correction operation of the print head of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of the paste when the print head is moved up and down while the paste remains on the squeegee.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the print head of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sealing part, 2 ... Drive part, 3 ... Mask, 4 ... Substrate, 7 ... Squeegee, 8 ... Squeegee, 11 ... Inner shell, 12 ... Side seal, 13 ... Side seal, 15 ... Roll balance part, 18 ... Outside Shell, 26: diaphragm, 32: screw, 38: solder paste, 41: closed space, 42 holes.

Claims (5)

基板上に開口部を有するマスクを固定し、該マスクの開口部を通して基板上にペーストを転写するためのスキージを外殻に備えた印刷ヘッドにおいて、移動方向前後に対向するように配置した一対のスキージと、前記一対のスキージの両端側に配置したシール部、前記スキージ及びシール部及びマスクとで囲まれる空間を密閉する密閉部と、前記外殻の内側に設けられ回転板と、前記密閉部を移動方向に対して前後方向に回転させるピッチ機構と、前記密閉部を移動方向に対して直角方向に回転させるロール機構とを設けた駆動部とを備え、前記ピッチ機構が、前記外殻と回転板との間に略対向するように設けられ、回転板を回転させる回転力を付加するピストンと、外殻と回転板の長手方向端部側に設けられ、移動方向に対して前方側ステージのピッチング方向の変位量を制限するための複数のストッパとを含むたことを特徴とする印刷ヘッド。A mask having an opening on the substrate is fixed, and a pair of squeegees for transferring a paste onto the substrate through the opening of the mask are provided on the outer shell of the printing head. a squeegee, a sealing portion disposed on the both ends of the pair of squeegee, a sealing portion for sealing the space surrounded by the squeegee and the seal portion and the mask, a rotating plate provided inside of the outer shell, the sealing A drive mechanism provided with a pitch mechanism for rotating the unit in the front-rear direction with respect to the movement direction, and a roll mechanism for rotating the sealing unit in a direction perpendicular to the movement direction, wherein the pitch mechanism includes the outer shell. And a piston that is provided so as to substantially oppose the rotating plate and applies a rotational force to rotate the rotating plate, and is provided on the outer shell and the longitudinal end side of the rotating plate, and is on the front side with respect to the moving direction. S Print head, characterized in that it comprises a plurality of stoppers for limiting the pitching direction of displacement of the over-di. 請求項1記載の印刷ヘッドにおいて、前記密閉部と駆動部とをねじにより締結する構成としたことを特徴とする印刷ヘッド。The print head according to claim 1, wherein the sealing unit and the driving unit are fastened with a screw. 請求項1又は2に記載の印刷ヘッドおいて、前記密閉部内に溶剤を供給する機構を設けたことを特徴とする印刷ヘッド。3. The print head according to claim 1, further comprising a mechanism for supplying a solvent into the closed portion. 請求項1から3のいずれか1項に記載の印刷ヘッドにおいて、密閉部内の空間を温度調節するための温度調節機構を設けたことを特徴とする印刷ヘッド。The print head according to any one of claims 1 to 3, further comprising a temperature adjustment mechanism for adjusting a temperature of a space in the sealed portion. 基板上に開口部を有するマスクを固定し、該マスクの開口部を通して基板上にペーストを転写するためのスキージを外殻に備えた印刷ヘッドを用いる印刷方法であって、移動方向の前後に設けた一対のスキージと、前記スキージ両端側に設けたシール部とマスクによって形成される密閉空間にペーストを供給し、前記外殻と回転板との間に略対向するように設けられ、回転板を回転させる回転力を付加するピストンと、外殻と回転板の長手方向端部側に設けられ、移動方向に対して前方側ステージのピッチング方向の変位量を制限するための複数のストッパとを含むピッチ機構が、移動方向前部のスキージよりも後部のスキージのマスクへの押圧力が高くなるように、前記密閉空間を移動方向に回転させると共に、前後のスキージの長手方向が略平行になるように回転力を与えながら印刷作業を行うことを特徴とする印刷方法。A printing method using a print head having a squeegee provided on an outer shell for fixing a mask having an opening on a substrate and transferring a paste onto the substrate through the opening of the mask, provided before and after the moving direction. A pair of squeegees, a paste is supplied to a sealed space formed by a seal portion and a mask provided at both ends of the squeegee, and the paste is provided so as to be substantially opposed between the outer shell and the rotating plate. Including a piston for applying a rotating force to rotate, and a plurality of stoppers provided on an outer shell and a longitudinal end side of the rotating plate for limiting a displacement amount of a front stage in a pitching direction with respect to a moving direction. pitch mechanism, as the pressing force in the moving direction front portion of the rear squeegee mask than the squeegee is increased, along with rotating the sealed space in the moving direction, the longitudinal direction of the squeegee before and after Printing method and performing printing operation while applying a rotational force to be substantially parallel.
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