JP3661468B2 - スクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にクリーム半田などのペーストを印刷するスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品実装工程において、基板上にクリーム半田や導電性ペーストなどを印刷する方法としてスクリーン印刷が用いられている。この方法は、印刷対象部位に応じてパターン孔が開口されたスクリーンマスクを基板上に当設させスクリーンマスク上にペーストを供給してスキージを摺動させることにより、パターン孔を介して基板上にペーストを印刷するものである。
【0003】
このスクリーン印刷においては、スクリーンマスクを基板に対して正確に位置合わせする必要がある。このため、品種切り替え時にスクリーンマスクを新たに装着した場合には、スクリーンマスクの装着状態、すなわちX方向、Y方向、θ方向の位置ずれを検出して初期の位置ずれ量として記憶させ、生産対象基板をスクリーンマスクにセットする際には、この記憶された位置ずれ量に基づいて基板の位置決めを行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この位置合わせには従来より画像処理による位置認識が用いられており、基板およびスクリーンマスクのそれぞれの特徴部を撮像して得られた画像データを画像処理することにより基板およびスクリーンマスクの相対的な位置を検出していた。しかしながら、従来の方法では、基板およびスクリーンマスクをそれぞれ別個のカメラにて撮像することが行われていたため、基板およびスクリーンマスクの相対的な位置関係を正しく検出するためには、それぞれのカメラの光学系座標の相対関係を別途計測して求める必要があった。また、従来は基板およびスクリーンマスクの特徴部として用いられる認識マークや開口部などを作業者が手動操作により認識させるティーチング作業を必要としており、スクリーンマスクの位置合わせ作業には熟練した作業者による多大の労力と時間を必要とし、更に作業者ごとの練度の相違により精度がばらつくという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、スクリーンマスクの位置合わせを効率よく高精度で行うことができるスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【0006】
【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におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、前記スクリーンマスク上にペーストを供給してスキージを摺動させることにより基板にペーストを印刷するスクリーン印刷においてスクリーンマスクを基板に対して位置合わせするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記基板の特徴部およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段により撮像する工程と、この撮像データに基づいて画像処理部により前記基板およびスクリーンマスクの特徴部の位置を認識する画像処理工程と、認識結果に基づいて前記基板およびスクリーンマスクの相対的な位置ずれ量を計算し、計算結果を記憶部に記憶させる工程とを含み、前記基板およびスクリーンマスクの特徴部はそれぞれ基板表面に設けられた認識マークおよびスクリーンマスクに設けられた開口部であり、前記画像処理工程において認識パラメータ記憶部から前記認識マークおよび開口部の形状やサイズを表わす認識パラメータを読み出して認識マークおよび開口部のリファレンスパターンを自動作成し、このリファレンスパターンと入手された画像データをパターンマッチングしながら位置検索処理行うことにより前記認識マークおよび開口部の位置を検出するようにした。
【0008】
請求項2記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、請求項1記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記位置ずれ量は、前記基板に設けられた2つの認識マークを結ぶ線分と前記スクリーンマスクに設けられた2つの開口部を結ぶ線分との交角を角度ずれ量として含む。
【0009】
請求項3記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、請求項2記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記2つの認識マークを結ぶ線分と前記2つの開口部を結ぶ線分のそれぞれの中点を合わせさらに前記角度ずれ量を補正した状態で、前記カメラによって再度認識マークおよび開口部を撮像し、位置合わせの良否を自動判定するようにした。
【0010】
本発明によれば、基板およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段で撮像することにより光学系の位置合わせを不要にし、さらに好ましくは特徴部の認識を自動的に行えるようにすることにより、位置合わせ精度および位置合わせ作業効率の向上を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図、図2は同スクリーン印刷装置の平面図、図3(a),(b)、図4(a),(b)は同スクリーン印刷装置の部分平面図、図5は同スクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図、図6は同スクリーン印刷におけるカメラとスクリーンマスクとの位置合わせのフロー図、図7(a),(b),(c)は同スクリーンマスクの位置合わせの説明図である。
【0012】
まず図1、図2を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。図1において、基板位置決め手段である基板位置決め部1は、X軸テーブル2およびY軸テーブル3よりなる移動テーブル上にθ軸テーブル4を段積みし、さらにその上にZ軸テーブル5を配設して構成されており、Z軸テーブル5上には基板6をクランパ8によって保持する基板保持部7が設けられている。印刷対象の基板6は図2に示す搬入コンベア14によって基板位置決め部1に搬入される。基板位置決め部1を駆動することにより、基板6の位置を調整することができる。印刷後の基板6は、搬出コンベア15によって搬出される。
【0013】
位置決め部1の上方には、スクリーンマスク10が配設されており、スクリーンマスク10はホルダ11にマスクプレート12を装着して構成されている。基板6は基板位置決め部1によってマスクプレート12に対して位置合わせされ下方から当接する。スクリーンマスク10上には、スキージユニット13が水平方向に往復動自在に配設されている。基板6がマスクプレート12の下面に当接した状態で、マスクプレート12上にペーストであるクリーム半田を供給し、スキージユニット13のスキージをマスクプレート12の表面に当接させて摺動させることにより、基板6の表面にはマスクプレート12に設けられたパターン孔12a(図2参照)を介してクリーム半田が印刷される。
【0014】
スクリーンマスク10の上方には、単一の撮像手段であるカメラ20が設けられている。図2に示すように、カメラ20はX軸テーブル21およびY軸テーブル22によってXY方向に水平移動する。すなわちX軸テーブル21およびY軸テーブル22は移動手段となっている。カメラ20は基板6、クランパ8およびマスクプレート12に設けられた特徴点としての各認識マークを撮像する。そして撮像により得られた画像データに基づいて各認識マークの位置が求められる。
【0015】
図2に示すように、基板6には対角位置に特徴点である認識マーク6a,6bが設けられており、マスクプレート12には、基板6に設けられた認識マーク6a,6bに対応した位置に開口部12A(マスクプレート12の破断範囲内に位置しているため鎖線で示している),12Bが設けられている。マスクプレート10に対して基板6が正しい位置関係にある状態では、開口部12A,12Bを介して上方から認識マーク6a,6bを目視により視認またはカメラ20により撮像可能となっている。
【0016】
次に図3、図4を参照してカメラ20による上記各認識マークの撮像動作について説明する。これらの認識マークの撮像は、スクリーンマスク12を装着した後に行われるスクリーンマスク12の位置ずれ検出、また実際の印刷稼働時に搬入された基板6の位置を検出する際などに行われるものである。
【0017】
図3(a),(b)はマスクプレート12に設けられた開口部12A,12Bを撮像する際のカメラ20の動作を示している。まず図3(a)に示すように、X軸テーブル21、Y軸テーブル22を駆動してカメラ20を開口部12Aの上方に位置させ、開口部12Aを撮像する。次いで再びX軸テーブル21、Y軸テーブル22を駆動してカメラ20を開口部12Bの上方に移動させ同様に開口部12Bを撮像する。
【0018】
図4(a),(b)は、基板6に設けられた認識マーク6a,6bを撮像する際のカメラ20の動作を示している。図4(a)に示すように、Y軸テーブル3(図1参照)を駆動することにより基板位置決め部1の基板6をスクリーンマスク10の外に移動させ、この状態でX軸テーブル21およびY軸テーブル22を駆動してカメラ20を認識マーク6a上に位置させ、撮像する。次いで図4(b)に示すように、カメラ20を認識マーク6b上に位置させて同様に認識マーク6bを撮像する。
【0019】
次に、図5を参照してスクリーン印刷装置の制御系の構成について説明する。図5において、CPU30は全体制御部であり以下に説明する各部の全体制御を行う。認識マーク位置記憶部31は基板6の認識マーク6a,6bおよびマスクプレート12に設けられた開口部12A,12Bの位置を記憶する。印刷位置データ記憶部32は、認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bを認識することにより得られた基板6とマスクプレート12との位置ずれ量の計算結果、すなわち印刷時に基板6をマスクプレート12に位置合わせする際に補正すべき位置補正量を記憶する。認識パラメータ記憶部33は、特徴部として基板6に設けられた認識マーク6a,6bおよびマスクプレート12に設けられた開口部12A,12Bを画像認識によって特定するのに必要なパラメータ、すなわちマーク形状や寸法などの認識パラメータおよびカメラ20によって認識マーク6a,6bや開口部12A,12Bを撮像する際の照明データ記憶する。
【0020】
画像処理部34は、カメラ20によって基板6やマスクプレート12を撮像することによって得られた画像データを画像処理することにより、認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bの位置を検出する。ここでは、認識パラメータ記憶部33から認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bの形状やサイズを表す認識パラメータを読み出して認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bのリファレンスパターンを自動生成し、このリファレンスパターンと得られた画像データをパターンマッチさせながら位置検索処理を行うことにより、認識マーク6a,6bや開口部12A,12Bの位置を検出する。テーブル駆動部35は基板位置決め用のX軸テーブル2、Y軸テーブル3、θ軸テーブル4、Z軸テーブル5およびカメラ移動用のX軸テーブル21、Y軸テーブル22を駆動する。
【0021】
次に各図を参照して基板とスクリーンマスクの位置合わせ方法について図6のフローに沿って説明する。この位置合わせは、スクリーンマスクを基板品種に応じて交換した後に、装着された状態のスクリーンマスクと基板との相対的な位置ずれ量を検出することを目的として行われるものである。まず図1において基板6を搬入コンベア14によって搬入し、基板位置決め部1によって位置決めする。
【0022】
次いで前述のカメラ20による撮像動作に従って基板6を認識し、認識マーク6a,6bの位置を検出する(ST1)。ここでは、認識マーク6a,6bの光学座標上での座標値が検出され、検出結果は認識マーク位置記憶部31に記憶される。次に同様にマスクプレート12を撮像し開口部12A,12Bの位置を検出し(ST2)、開口部12A,12Bの座標値が認識マーク位置記憶部31に記憶される。図7(a)はこのようにして求められた認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bの座標を示している。
【0023】
次いで検出されたこれらの位置データより基板6とマスクプレート12の位置ずれ量を求め、必要な位置補正量を算出する(ST3)。ここでは、図7(b)に示すように、位置補正量として認識マーク6a,6bおよび開口部12A,12Bをそれぞれ結ぶ2つの線分L1,L2のそれぞれの中点M1,M2相互のずれ量および線分L1,L2のなす交角αを求める。そしてこの位置補正量に基づいて基板位置決め部1の各軸テーブルを駆動することにより基板6をマスクプレート12に位置合わせする(ST4)。すなわち、図7(c)に示すように、これらの中点M1,M2を合わせるとともに、基板6を交角αだけ回転させて線分L1,L2を重ね合わせる。
【0024】
この後、印刷位置確認が行われる(ST5)。すなわちここでは、基板6をマスクプレート12に合わせた状態で、認識マーク6a,6bが開口部12A,12Bを通して上方から確認できるか否かをチェックすることにより、基板6とマスクプレート12との位置合わせの良否を確認する。この確認方法としてはカメラ20によって開口部12A,12Bを撮像し、開口部12A,12B内に認識マーク6a,6bを検出することにより行う。もちろん、カメラ20による撮像を行わず、作業者が目視により確認する方法を用いてもよい。
【0025】
そしてここで確認結果が良好であれば、この位置補正量を印刷位置データ記憶部32に登録する(ST6)。またST5において確認結果が不良であればST1に戻り、以下同様のステップを繰り返し、最終的に印刷位置を確認することにより位置合わせ処理を終了する。
【0026】
このようにスクリーンマスクの基板に対する位置合わせを、基板とスクリーンマスクを同一のカメラで撮像して得られた画像データに基づいて行うことにより、個別のカメラを用いる場合に必要な光学系の位置合わせを不要にすることができる。また、基板やスクリーンマスクに設けられた認識マークや開口部の位置認識に際してリファレンスパターンを認識パラメータに基づいて自動的に生成することにより、位置合わせ時の作業者毎のばらつきを排除し位置合わせ精度および位置合わせ作業効率を向上させることができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、基板およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段で撮像するようにしたので、従来必要であった光学系の位置合わせを不要にし、さらに特徴部の認識を自動的に行えるようにしたので、位置合わせ精度および位置合わせ作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図
【図2】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図
【図3】(a)本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
(b)本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
【図4】(a)本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
(b)本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
【図5】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図
【図6】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷におけるカメラとスクリーンマスクとの位置合わせのフロー図
【図7】(a)本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
(b)本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
(c)本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
【符号の説明】
1 基板位置決め部
6 基板
6a、6b 認識マーク
10 スクリーンマスク
12a パターン孔
12A、12B 開口部
20 カメラ
31 認識マーク位置記憶部
32 印刷位置データ記憶部
33 認識パラメータ記憶部
34 画像認識部
Claims (3)
- パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、前記スクリーンマスク上にペーストを供給してスキージを摺動させることにより基板にペーストを印刷するスクリーン印刷においてスクリーンマスクを基板に対して位置合わせするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記基板の特徴部およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段により撮像する工程と、この撮像データに基づいて画像処理部により前記基板およびスクリーンマスクの特徴部の位置を認識する画像処理工程と、認識結果に基づいて前記基板およびスクリーンマスクの相対的な位置ずれ量を計算し、計算結果を記憶部に記憶させる工程とを含み、前記基板およびスクリーンマスクの特徴部はそれぞれ基板表面に設けられた認識マークおよびスクリーンマスクに設けられた開口部であり、前記画像処理工程において認識パラメータ記憶部から前記認識マークおよび開口部の形状やサイズを表わす認識パラメータを読み出して認識マークおよび開口部のリファレンスパターンを自動作成し、このリファレンスパターンと入手された画像データをパターンマッチングしながら位置検索処理行うことにより前記認識マークおよび開口部の位置を検出することを特徴とするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
- 前記位置ずれ量は、前記基板に設けられた2つの認識マークを結ぶ線分と前記スクリーンマスクに設けられた2つの開口部を結ぶ線分との交角を角度ずれ量として含むことを特徴とする請求項1記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
- 前記2つの認識マークを結ぶ線分と前記2つの開口部を結ぶ線分のそれぞれの中点を合わせさらに前記角度ずれ量を補正した状態で、前記カメラによって再度認識マークおよび開口部を撮像し、位置合わせの良否を自動判定することを特徴とする請求項2記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
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