JP3733728B2 - クリーム半田のスクリーン印刷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を半田付けするためのクリーム半田を基板、チップ、ウェハなどのワークに塗布するクリーム半田のスクリーン印刷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を半田付けするためのクリーム半田を基板などのワークに塗布するスクリーン印刷装置は、基板上にスクリーンマスクを重ね、その状態でスクリーンマスク上をスキージを摺動させることにより、スクリーンマスクに開孔されたパターン孔を通して基板の電極上にクリーム半田を塗布するようになっている。
【０００３】
スキージの下端部をスクリーンマスクの上面に着地させて押し付ける押し付け力が小さいと、クリーム半田はパターン孔に完全に充てんされず、印刷不良となる。また押し付け力が大きすぎると、クリーム半田はパターン孔からスクリーンマスクの下面に回り込み、にじみを生じて印刷不良となる。このにじみは、基板の電極がファインピッチになる程、深刻な問題となる。以上のことから、スキージの押し付け力は最適になるように調整されねばならない。
【０００４】
そこで、押し付け力の微妙な調整を可能とする方法が提案されている（特開平７−１６４６１５号）。この方法は、圧縮ねじリコイルばねによりスキージを浮き上らせる方向のばね力を付与することによりスキージのスクリーンマスクに対する押し付け力を小さくし、必要な押し付け力をシリンダにより付与するようにしたものである。したがってこの方法によれば、殊に基板のファインピッチの電極に対しては、押し付け力をスキージの重量以下に減殺して、きわめて小さな押し付け力により電極上にクリーム半田をにじみなく印刷できる利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のものは、圧縮ねじリコイルばねのばね力を調整するために繰り返しクリーム半田を試し塗布せねばならないので、前準備に多大な時間と手間を要し、かつオペレータによって個人差が生じやすいという問題点があった。
【０００６】
また基板にはそりやうねりがあり、したがってスキージを摺動させると、スキージはこのそりやうねりに応じて上下動することから、この上下動にともなって圧縮ねじリコイルばねのばね力若しくはばね定数が変動し、このため押し付け力も変動して印刷不良を生じやすいものであった。
【０００７】
さらには、スキージがスクリーン上を摺動して印刷を行っているときの押し付け力を測定することは困難であることから、スキージが現にどの程度の大きさの押し付け力で印刷を行っているかは不明であり、したがって押し付け力の微妙な調整が難しいという問題点があった。
【０００８】
したがって本発明は、スキージの押し付け力の微妙かつ正確な調整を可能とし、最適の押し付け力でクリーム半田の印刷を行えるクリーム半田のスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のクリーム半田のスクリーン印刷方法は、第１の圧力制御部による流体の圧力を小さくしてスキージを上昇させ、この時のスキージの上向きの押し付け力を検出する工程と、検出した押し付け力より、第１の圧力制御部による流体の圧力とスキージの押し付け力との相関関係を求める工程と、相関関係より、目標の押し付け力でスキージをスクリーンマスクに押し付けるために必要な流体の圧力を算出する工程と、第１の圧力制御部により算出した圧力を上室に加えてスキージをスクリーンマスク上に下降させ、スキージを移動させてクリーム半田の印刷を行うようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、制御部の指令圧力と押し付け力の相関関係を予め求めることにより、最適の押し付け力を得るために必要な指令圧力を決定し、この指令圧力に基づいて基板などのワークに対するクリーム半田の印刷を行うことができる。
【００１７】
以下、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クリーム半田のスクリーン印刷装置の側面図、図２、図３、図４は同押し付け力の制御系のブロック図、図５および図６は同シリンダの断面図、図７は同動作のフローチャート、図８は同指令圧力と押し付け力の相関関係図である。
【００１８】
まず、図１を参照して、クリーム半田のスクリーン印刷装置の全体構造を説明する。１は可動テーブルであり、その上に基板ホルダ２が載置されている。基板ホルダ２上には基板３が載せられている。可動テーブル１を駆動することにより、基板３は水平方向へ移動し、その位置が調整される。すなわち、可動テーブル１は基板３を所定の位置に位置決めする位置決め部である。
【００１９】
基板３上にはスクリーンマスク４が重ねられている。スクリーンマスク４には、基板３の上面の電極に対応するパターン孔が開孔されている。１０はスキージユニットであって、スキージホルダ１１に第１のシリンダ１２Ａと第２のシリンダ１２Ｂが左右２個備えられている。第１のシリンダ１２Ａと第２のシリンダ１２Ｂはエアー等の流体の圧力によって作動する。各々のシリンダ１２Ａ，１２Ｂのロッド１３にはスキージ１４が結合されている。シリンダ１２Ａ，１２Ｂのロッド１３が突没すると、スキージ１４は上下動する。図１の場合には、左側のスキージ１４は下降してスクリーンマスク４に着地しており、右側のスキージ１４は上昇位置に退去している。
【００２０】
この状態でスキージ１４を右方へ摺動させることにより、スクリーンマスク４を介して基板３の電極上にクリーム半田５を塗布し、次いで基板３をスクリーンマスク４から分離することにより、クリーム半田５は基板３の電極上に印刷される。左右のスキージ１４は、交互にスクリーンマスク４上に着地し、スクリーンマスク４上を交互に逆方向へ摺動することにより、クリーム半田５の印刷が行われる。
【００２１】
スキージホルダ１１の天井面には荷重センサとしてのロードセル１５Ａ，１５Ｂが左右２個装着されており、それぞれスキージ１４の押し付け力を測定する。この測定方法については後述する。
【００２２】
スキージホルダ１１はブラケット１６に結合されている。ブラケット１６の上端部にはナット１７が装着されており、ナット１７は水平な送りねじ１８に螺合している。したがってモータ１９の駆動により送りねじ１８が回転すると、ナット１７は送りねじ１８に沿って移動し、これによりスキージ１４はスクリーンマスク４上を摺動する。２０は送りねじ１８の支持フレームである。
【００２３】
次に、図２を参照して、左右のスキージ１４に押し付け力を付与するための押し付け力制御機構について説明する。第１のシリンダ１２Ａと第２のシリンダ１２Ｂの制御系は同じである。２１は制御部であり、ロードセル１５Ａ，１５Ｂから荷重データが入力される。シリンダ１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ切替バルブ２２Ａ，２２Ｂを介して制御部２１により制御される。切替バルブ２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ第１路ａと、第２路ｂを有している。シリンダ１２Ａ，１２Ｂの内部は、ピストン２７により上室Ａと下室Ｂに分割されており、切替バルブ２２Ａ，２２Ｂは各々の上室Ａに通じている。
【００２４】
制御部２１には、第１の圧力制御部２３と第２の圧力制御部２４が接続されており、これら第１の圧力制御部２３及び第２の圧力制御部２４は制御部２１からの圧力指令に基づく指令圧力をシリンダ２２Ａ，２２Ｂへ加える。第１の圧力制御部２３は電空レギュレータであり、各切替バルブ２２Ａ，２２Ｂの第２路ｂ側に接続されている。また第２の圧力制御部２４は圧力調整レギュレータであり、各シリンダ１２Ａ，１２Ｂの下室Ｂに通じている。第２の圧力制御部２４は、ロッド１３、スキージ１４、ピストン２７等のスキージ１４と共に昇降する昇降部を上方へ押し上げるのに十分な大きさの圧力を下室Ｂに常時送り込んでいる。
【００２５】
第１の圧力制御部２３及び第２の圧力制御部２４は配管を通じて図外の圧力源に接続されている。２５は排気時の消音用サイレンサである。
【００２６】
図３は、第１のシリンダ１２Ａの上室Ａにエアを送ってピストン２７を押し下げてロッド１３を下降させ、また第２のシリンダ１２Ｂの上室Ａのエアを排気し、下室Ｂにエアを送ってピストン２７を押し上げてロッド１３を上昇させた状態を示している。このとき、第１のシリンダ１２Ａの上室Ａには第１路ａが接続され、第１の圧力制御部２３を通じて圧力が付与される。第１の圧力制御部２３は、第１のシリンダ１２Ａの下室Ｂの圧力に反してピストン２７を下方へ下降させるのに十分な圧力を、上室Ａに加えてスキージ１４を下降させる。また第２のシリンダ１２Ｂの上室Ａと切替バルブ２２Ｂの流路ｂを接続して上室Ａのエアを消音用サイレンサ２５より外部へ排気すると、下室Ｂの圧力によってピストン２７すなわちスキージ１４は上昇する。図４は図３と逆の状態、すなわち切替バルブ２２Ａ，２２Ｂを切替えて、各々のシリンダ１２Ａ，１２Ｂのロッド１３を上昇あるいは下降させた状態を示している。
【００２７】
図５は、第１のシリンダ１２Ａのロッド１３を下降させてスキージ１４をスクリーンマスク４に着地させた状態を示している。また図６は上室Ａに送り込む圧力を小さくしてロッド１３を上昇させてスキージ１４をスクリーンマスク４から浮き上らせた状態を示しており、この状態でロッド１３の上端部はロードセル１５Ａに押接し、その荷重が測定される。ロッド１３はスキージ１４及びピストン２７の中心に位置しており、スキージ１４と共に昇降する昇降部の重心にほぼ一致する。従ってこのロッド１３をロードセル１５Ａに押し付けることにより、正確な荷重を計測することができる。またロードセル１５Ａをスキージ１４の上方に配置しているので、スキージ１４の下降の妨げにはならず、スキージユニットの構造も簡単にできるといったメリットを有する。なお第２のシリンダ１２Ｂも、第１のシリンダ１２Ａと同様に図５および図６に示すように動作する。本実施の形態では第１のシリンダ１２Ａ，第２のシリンダ１２Ｂ，切替バルブ２２Ａ，２２Ｂ，第１の圧力制御部２３，第１の圧力制御部２４，制御部２１等が押し付け力制御機構を構成している。
【００２８】
まずこの押し付け力調整方法の原理について説明する。２個のスキージの押し付け力調整方法は同じであり、したがって第１のシリンダ１２Ａ側のスキージ１４を例にとって説明する。
【００２９】
図６に示すように、第１のシリンダ１２Ａの上室Ａに第１圧力Ｐ１を加え、また下室Ｂに第２圧力Ｐ２を加える。この第１圧力Ｐ１によって生じる下向きの力Ｆ１と第２圧力Ｐ２によって生じる上向きの力Ｆ２とスキージ１４と共に昇降する昇降部の自重Ｗの大きさの関係は、０＜Ｆ１＜（Ｆ２−Ｗ）である。本実施の形態では、第２圧力Ｐ２の大きさは一定に保たれる。そこで、第１圧力Ｐ１を上述の式を満足する範囲内で徐々に増しながら、ロードセル１５Ａに加えられる荷重Ｆｕを繰り返し測定する。
【００３０】
図８は、このように測定された第１圧力Ｐ１と荷重Ｆｕの相関関係を示すグラフである。荷重Ｆｕと第１圧力Ｐ１は直線の式（Ｆｕ＝ａ・Ｐ１＋ｂ）で示される関係にある。従って測定された複数の荷重Ｆｕと第１圧力Ｐ１のデータより、係数ａ，ｂを算出すればこの直線式が求められる。図８に直線の式（Ｆｕ＝ａ・Ｐ１＋ｂ）を示すと、第１圧力Ｐ１がある値を超えると、荷重Ｆｕの値がマイナス値となるが、これは第１圧力Ｐ１によって生じる力Ｆ１が（Ｆ２−Ｗ）＜Ｆ１となってスキージ１４が下降することを意味している。すなわちＦｕ＜０の範囲は、スキージ１４がスクリーンマスク４に押し付けられる押し付け力Ｆｃを示している。従って、ロードセル５Ａによって測定した荷重Ｆｕは押し付け力と同一（方向が上下で異なるのみ）と見なすことができ、このロードセル５Ａを使用することによって第１圧力Ｐ１と押し付け力Ｆｃの正確な相関関係を求めることができる。そしてこの相関関係が判明したならば目標押し付け力Ｆｍを得るのに必要な第１圧力Ｐ１ｍの大きさを簡単に算出することができる。なお、この目標押し付け力Ｐ１ｍは、予め実験等で決定した値等を使用する。
【００３１】
このクリーム半田のスクリーン印刷装置は上記のような構成より成り、次にその使用方法と動作について説明する。このクリーム半田のスクリーン印刷装置により基板３にクリーム半田５を印刷するのに先立って、スキージ１４の押し付け力調整が行われる。図７は、押し付け力ティーチ動作を示すフローチャートであり、この押し付け力ティーチによって押し付け力Ｆｕと第１圧力Ｐ１の相関関係が求められる。この押し付け力のティーチはまず第１のシリンダ１２Ａについて行われる。はじめにバルブ２２Ａを「ＯＮ」にして第１の圧力制御部２３と第１のシリンダ１２Ａの上室Ａとを接続する（ＳＴ１）。このときバルブ２２ＢはＯＦＦである。次に第１の圧力制御部２３より第１圧力Ｐ１を上室Ａに供給する（ＳＴ２）。このときの第１圧力Ｐ１は０＜Ｆ１＜（Ｆ２−Ｗ）を満足する大きさである。次にロードセル１５Ａでロッド１３から加えられる荷重Ｆｕを計測し（ＳＴ３）、計測した荷重Ｆｕとこのときの第１圧力Ｐ１のデータを制御部２１内の記憶部に記憶する（ＳＴ４）。この計測が所定回数行われたかを確認し（ＳＴ５）、行われていなければ第１圧力Ｐ１を０＜Ｆ１＜（Ｆ２−Ｗ）を満足する範囲で変更し（ＳＴ６）、所定回数計測するまでＳＴ３〜ＳＴ６をくり返す。
【００３２】
次に所定回数計測が完了するとバルブ２２Ａを「ＯＦＦ」にし、バルブ２２Ｂを「ＯＮ」にして第１の圧力制御部２３と第２のシリンダ１２Ｂの上室Ａとを接続する（ＳＴ７）。その後、第２のシリンダ１２ＢについてＳＴ２〜ＳＴ６と同様に荷重Ｆｕの計測を行う（ＳＴ８〜ＳＴ１２）。そして第２のシリンダ１２Ｂについての計測が完了したら第１のシリンダ１２Ａにおける第１圧力Ｐ１と荷重Ｆｕ、すなわち押し付け力Ｆｃとの相関関係を求める（ＳＴ１３）。本実施の形態では、Ｆｃ＝ａ・Ｐ１＋ｂの係数ａ，ｂを最小二乗法等により算出する。同様に第２のシリンダ１２Ｂについても相関関係を求める（ＳＴ１４）。
【００３３】
以上のように、第１圧力Ｐ１と押し付け力Ｆｃとの相関関係が求まれば目標押し付け力Ｆｍを得るために必要な第１圧力Ｐ１ｍが決定される。なお、目標押し付け力Ｆｍは、予め実験等で求められた値であり、制御部２１の記憶部に入力されている。制御部２１は、この目標押し付け力Ｆｍを得るための第１圧力Ｐ１ｍを第１のシリンダ１２Ａ、第２のシリンダ１２Ｂについてそれぞれ算出する。
【００３４】
以上のようにして目標押し付け力Ｆｍを得るための第１圧力Ｐ１ｍの大きさが決定されたならば、この決定結果にしたがい、基板３に対するクリーム半田５の印刷が開始される。
【００３５】
なお上記実施の形態では、第２圧力を一定にし、第１圧力Ｐ１を変えながら図８に示すデータを入手したが、逆に第１圧力Ｐ１を一定にして第２圧力Ｐ２を制御部からの圧力指令に基づいて変更するようにしてもよく、要は上記した式を満足させながら第１圧力Ｐ１や第２圧力Ｐ２を変えればよいものである。したがって第２圧力Ｐ２は必ずしも一定にする必要はないが、これを一定にした方が制御を容易に行うことができる。
【００３６】
また押し付け力Ｆｕと第１圧力Ｐ１との相関系を直線式で表現したが、この表現の形式はこれに限定される必要はなく、必要な押し付け力Ｆｕから第１圧力Ｐ１の大きさを決定できる形式であればよい。さらに本実施の形態では、エアの圧力を利用してシリンダを駆動しているが、オイル等の液体を利用するものにも本発明を適用することができる。また押し付け力Ｆｕの代わりに印圧Ｆｐを使用してもよい。この印圧Ｆｐは、スキージ１４の長さＬで押し付け力Ｆｕを除したものであり、Ｆｕ＝Ｆｐ・Ｌの関係が成立する。従って目標となる印圧Ｆｐとスキージ１４の長さＬのデータを制御部２１に入力して押し付け力Ｆｕを求めることができるので実質的に本発明と同一である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板にクリーム半田をスクリーン印刷するのに必要なスキージの最適押し付け力を正確に決定することができるものであり、殊にスキージの自重よりも小さな押し付け力が要求されるファインピッチの電極に対するクリーム半田の印刷にその長所を発揮する。また押し付け力は客観的なデータに基づいて決定されるので、オペレータによる個人差を解消できる。さらには、シリンダの特性は、ピストンとシリンダ内面の摺接摩擦力の変動のために変化しやすいものであるが、本発明によれば押し付け力の決定を適宜行ってデータを修正することにより、シリンダの特性変化に対応して最適押し付け力を設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のクリーム半田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クリーム半田のスクリーン印刷装置の押し付け力の制御系のブロック図
【図３】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置の押し付け力の制御系のブロック図
【図４】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置の押し付け力の制御系のブロック図
【図５】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置のシリンダの断面図
【図６】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置のシリンダの断面図
【図７】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置の動作のフローチャート
【図８】本発明の一実施の形態のクリーム半田のスクリーン印刷装置の指令圧力と押し付け力の相関関係図
【符号の説明】
３ 基板
４ スクリーンマスク
５ クリーム半田
１０ スキージユニット
１２Ａ，１２Ｂ シリンダ
１４ スキージ
１５Ａ，１５Ｂ ロードセル
２１ 制御部
２２Ａ，２２Ｂ 切替バルブ
２３ 第１の圧力制御部
２４ 第２の圧力制御部

Claims (1)

1. ワークを位置決めする位置決めテーブルと、この位置決めテーブルに位置決めされたワークの上方に配置されるスクリーンマスクと、スクリーンマスク上を摺動す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ワークにクリーム半田を塗布するスキージと、スキージのスクリーンマスクに対する押し付け力を制御する押し付け力制御機構とを備え、この押し付け力制御機構が、下端部にスキージが結合された垂直なロッドを有するシリンダと、前記シリンダの上室に流体の圧力を付与する第１の圧力制御部と、前記シリンダの下室に、スキージと共に昇降する昇降部を上方へ押し上げるのに十分な大きさの圧力を付与する第２の圧力制御部と、前記第１の圧力制御部による流体の圧力を制御することにより、スキージのスクリーンマスクに対する押し付け力を制御する制御部とを備えたスクリーン印刷方法であって、
   第１の圧力制御部による流体の圧力を小さくしてスキージを上昇させ、この時のスキージの上向きの押し付け力を検出する工程と、
   検出した押し付け力より、第１の圧力制御部による流体の圧力とスキージの押し付け力との相関関係を求める工程と、
   前記相関関係より、目標の押し付け力でスキージをスクリーンマスクに押し付けるために必要な流体の圧力を算出する工程と、
   第１の圧力制御部により算出した圧力を前記上室に加えてスキージをスクリーンマスク上に下降させ、スキージを移動させてクリーム半田の印刷を行うことを特徴とするクリーム半田のスクリーン印刷方法。

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