JP3989505B2 - スクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路基板実装工程においてプリント基板等の被印刷物上に導体ペーストやクリーム半田などの印刷ペーストを高精度に印刷する全自動のスクリーン印刷装置に関する。

近年、スクリーン印刷装置は、電子回路基板実装工程におけるクリーム半田印刷工程に使用されているが、電子部品の小型化に伴って、電子回路実装基板の微細化が進み、それに対応して、クリーム半田の高精度印刷も要求されてきている。

従来のスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置の一例を図３〜図４を参照して説明する。図３は従来のスクリーン印刷装置を示す概略図である。図中、１はプリント基板で、このプリント基板１はステージ部３により位置決めされて固定されている。ステージ部３の上方には、スクリーン枠５により固着されたスクリーン版４が配置されている。６はスクリーン版４に置かれた印刷ペーストで、左スキージ７と右スキージ８がスクリーン版４上に当接しながら水平移動されることによりこの印刷ペースト６がプリント基板１に印刷される。また、左スキージ７と右スキージ８とは、印刷ヘッド９に昇降部材９ａ、９ｂを介して昇降自在なスキージホルダー９ｃ、９ｄに支持され、上下方向および水平方向に移動自在に構成される。なお、この種のスクリーン印刷装置としては例えば特許文献１等に開示されている。

上記構成のスクリーン印刷装置を使用して、プリント基板１へ印刷するスクリーン印刷方法について、図４を参照して説明する。
プリント基板１は、ステージ部３によって位置決めされて固定された後、図示しない昇降手段により、スクリーン枠５に固着されたスクリーン版４の直下まで上昇される。なお、位置合わせの際には、プリント基板１のランドパターンにスクリーン版４の開口パターンが一致するように位置決めされる。その後、待機位置にある左スキージ７（図４の（ａ）参照）が印刷開始位置であるスクリーン版４上に当接するまで垂直に下降され（図４の（ｂ）参照）、印刷ヘッド９により左スキージ７が水平移動されて印刷ペースト６がプリント基板１に印刷される（図４の（ｃ）参照）。その後、プリント基板１がステージ部３より解除され、プリント基板１が搬出される。その後、左スキージ７はスクリーン版４上から上昇され、次の印刷の待機位置まで移動する（図４の（ｄ）参照）。

前述の動作が繰り返されて、左右のスキージ７、８で交互にプリント基板１に印刷が行われる。
特開平４−１４２８８号公報

しかしながら、図３、図４に示すような従来のスクリーン印刷方法では、スキージ７、８を使用してスクリーン版４上の印刷ペースト６をローリングさせながら印刷し、印刷後、スキージ７、８を垂直方向に上昇させるため、印刷ペースト６がスキージ７、８から垂れ下がったように付着する（図４の（ｄ）参照）。

その後、次の印刷開始の際にスキージ７、８は垂直方向に下降し、スクリーン版４に当接するため、スキージ７、８の先端部に付着して垂れ下がっていた印刷ペースト６が、スクリーン版４上の印刷開始位置に印刷回数を重ねるごとに堆積し、堆積した印刷ペースト６がスキージ７、８の後ろ側に回り込み、印刷時にスキージ７、８とともにスクリーン版４上を引きずられて、印刷途中のスクリーン版４の開口部上などでちぎれる場合があった（図４の（ｃ）参照）。そして、そのちぎれた印刷ペースト６がプリント基板１上へ必要以上の印刷ペースト６を供給してしまい、リフロー後のプリント基板１にブリッジやはんだボールを発生させる要因の一つとなっていた。

また、スクリーン版４の開口部付近にちぎれて残った印刷ペースト６が、スクリーン版４の裏面のクリーニングの際に、バキューム力でスクリーン版４の上から開口部を通してスクリーン版４の裏面に回り込んでしまう場合が有り、その結果、次のプリント基板１の印刷時に、にじみやはんだボールといった不良を発生させることがあった。

近年の高密度実装に対応するためのプリント基板１は微細パターンや狭ピッチパターンが多く混在しているため、印刷ペースト６も改善されてきているが、粘度の低いものや高いものなど様々な種類の印刷ペースト６が登場しており、上記のような従来のスクリーン印刷方法では、微細パターンや狭ピッチパターンのプリント基板１に対して対応できない。

本発明は上記問題点に鑑み、印刷途中においてスキージの外側に回り込んだ印刷ペーストがプリント基板に不良を発生させることを低減できるスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために本発明は、スキージをスクリーン版の上方にある所定の待機位置から前記スクリーン版に当接して印刷を開始する位置まで下降させる動作を行う印刷開始の際に、前記所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スクリーン版上に当接した後の前記スキージの印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させて前記スキージを前記スクリーン版に当接させ、印刷ペーストを前記スクリーン版の上からプリント基板にスクリーン印刷するスクリーン印刷方法であって、前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作を完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させるものである。

このスクリーン印刷方法により、印刷途中においてスキージの外側に回り込んだ印刷ペーストがプリント基板に不良を発生させることを低減できる。
また、本発明は、プリント基板を位置決め固定するステージ部と、前記ステージ部の上方に配置されたスクリーン版と、前記スクリーン版上を移動自在に配置されて印刷ペーストを印刷するスキージと、前記スキージを前記スクリーン版に対して昇降させる昇降手段と、前記スキージを前記スクリーン版に対して印刷方向および印刷方向とは反対の方向に移動させる移動手段と、前記スクリーン版の上方の所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スキージの前記印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させる制御手段と、を備えたスクリーン印刷装置であって、前記制御部は、前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作が完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させるものである。

本発明のスクリーン印刷方法によれば、スキージ開始位置に印刷ペーストが堆積することを低減でき、従来のようにスキージの外側に印刷ペーストが回り込んで印刷時に引きずられて途中でちぎれるということが無くなり、プリント基板印刷時の不良であるブリッジやにじみ、はんだボールの発生を防ぐことができる。

また、本発明のスクリーン印刷装置によれば、粘度の低いものや高いものなど様々な種類の印刷ペーストや微細パターンや狭ピッチパターンのプリント基板に対しても、スキージ先端部に付着し垂れ下がっていた印刷ペーストを、その量に関わらずスキージの内側に良好に回り込ませることができる。

請求項１記載の本発明は、スキージをスクリーン版の上方にある所定の待機位置から前記スクリーン版に当接して印刷を開始する位置まで下降させる動作を行う印刷開始の際に、前記所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スクリーン版上に当接した後の前記スキージの印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させて前記スキージを前記スクリーン版に当接させ、印刷ペーストを前記スクリーン版の上からプリント基板にスクリーン印刷するスクリーン印刷方法であって、前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作を完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させるものである。

上記方法によれば、スキージがスクリーン版上の印刷開始位置に当接したときには、スキージ先端部に付着して垂れ下がっていた印刷ペーストがスキージの内側に回り込むため、スキージ開始位置に印刷ペーストが堆積することを低減でき、従来のようにスキージの外側に印刷ペーストが回り込んで印刷時に引きずられて途中でちぎれるということが無くなり、プリント基板印刷時の不良であるブリッジやにじみ、はんだボールの発生を防ぐことができる。

請求項２記載の本発明は、プリント基板を位置決め固定するステージ部と、前記ステージ部の上方に配置されたスクリーン版と、前記スクリーン版上を移動自在に配置されて印刷ペーストを印刷するスキージと、前記スキージを前記スクリーン版に対して昇降させる昇降手段と、前記スキージを前記スクリーン版に対して印刷方向および印刷方向とは反対の方向に移動させる移動手段と、前記スクリーン版の上方の所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スキージの前記印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させる制御手段と、を備えたスクリーン印刷装置であって、前記制御部は、前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作が完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させるものである。

上記構成によれば、スクリーン版の上方にある所定の待機位置にあるスキージを、前記スキージによるスクリーン版当接後の印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させてスクリーン版に当接させる動作を行わせることにより、スキージの先端部に付着して垂れ下がっている印刷ペーストをスキージの内側に回り込ませながらスキージをスクリーン版に当接させることができ、これにより、スキージ開始位置に印刷ペーストが堆積することを確実に低減でき、従来のようにスキージの外側に印刷ペーストが回り込んで印刷時に引きずられて途中でちぎれるということが無くなり、プリント基板印刷時の不良であるブリッジやにじみ、はんだボールの発生を防ぐことができる。

以下、本発明のスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置の一実施の形態を図１〜図２に基づいて説明する。
先ず、本実施の形態のスクリーン印刷方法に使用するスクリーン印刷装置を図２に基づいて説明する。

本実施の形態の装置を、図２に示す。なお、従来のスクリーン印刷装置と同じ機能を有する構成部品については同一の符号をつけて、説明は省略するとともに動作説明も簡略化する。

左スキージ７と右スキージ８とは、それぞれスキージホルダー９ｃ，９ｄに取り付けられており、これらのスキージホルダー９ｃ，９ｄは昇降部材９ａ、９ｂを介して印刷ヘッド９に昇降自在に支持されている。そして、左スキージ７と右スキージ８とは、昇降部材９ａ、９ｂを介して昇降手段としての昇降モータ１０により昇降されるとともに、印刷ヘッド９に螺合するねじ軸１５を介して移動手段としての水平駆動モータ１１により水平方向に移動される。これらの昇降モータ１０や水平駆動モータ１１は制御手段としてのコントローラ１２によりその動作が制御され、コントローラ１２には制御機能に加えて演算機能や記憶機能も備えている。また、コントローラ１２には、データ入力装置１３や、スキージ７、８の先端とスクリーン版４の上面までの距離を計測するために用いる計測手段としてのセンサ１４も接続されている。

そして、実際の印刷動作に先立って、スキージ７、８の先端部をスクリーン版４に当接させ、その時のスキージ７、８の待機位置からの距離Ｌ２をセンサ１４にて感知してコントローラ１２の記憶部（図示せず）に記憶させるようになっている。また、予め試験的に実際の印刷動作と同等の条件で印刷を行い、スキージ７、８の先端部に付着して垂れ下がっている印刷ペースト６（図１参照）の量を観察しておき、その量に応じて、印刷方向とは反対の方向に移動する距離Ｌ１とその時のスキージ移動速度Ｖ１とその時のスキージ下降速度Ｖ２とをデータ入力装置１３から入力して設定しておくようになっている。なお、これらの距離Ｌ１、スキージ移動速度Ｖ１、スキージ下降速度Ｖ２は、印刷ペースト６の量に応じてコントローラ１２にて演算させて自動的に設定させるようにしてもよい。

また、スキージ７、８は、その先端部がスクリーン版４に当接する直前までは印刷方向とは反対の方向に移動されるように制御される一方、スクリーン版４に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了するようにコントローラ１２にて設定される。

上記構成のスクリーン印刷装置を使用して、プリント基板１へ印刷する動作について、図１を参照して説明する。
プリント基板１はステージ部３によって位置決め固定された後、図示しない昇降手段によりスクリーン枠５に固着されたスクリーン版４の直下まで上昇される。その後、図１（ａ）に示すように待機位置にある左スキージ７が、印刷開始位置であるスクリーン版４上に当接するまで印刷方向とは反対の方向（図１（ａ）、（ｂ）においては左方向）に移動しながら下降される。

つまり、左スキージ７をスクリーン版４の上方にある図１（ａ）に示すような所定の待機位置からスクリーン版４に当接して印刷を開始する位置まで下降させる動作を行う印刷開始の際に、印刷方向とは反対の方向の水平方向の距離Ｌ１と上下方向の距離Ｌ２とに基いて設定されたスキージ移動速度Ｖ１とその時のスキージ下降速度Ｖ２にしたがい、左スキージ７は所定の設定角度で左下方に移動される。

これにより、左スキージ７がスクリーン版４上の印刷開始位置に接近して当接するまでの際に、左スキージ７の先端部に付着して垂れ下がっていた印刷ペースト６が、図１（ｂ）に示すように、左スキージ７の内側（右側）に回り込み、左スキージ７による印刷開始位置に印刷ペースト６が堆積することを低減できる。また、左スキージ７の先端部に付着して垂れ下がっている印刷ペースト６の量に応じて、左スキージ７の斜め下方に移動する動作が設定されているため、印刷ペースト６を左スキージ７の内側に回り込ませることをより確実に行うことができる。この結果、従来のようにスキージの外側に印刷ペーストが回り込んで印刷時に引きずられて途中でちぎれるということが無くなり、プリント基板印刷時の不良であるブリッジやにじみ、はんだボールの発生を防ぐことができる。

また、この際に、左スキージ７の先端部がスクリーン版４に当接する直前までは印刷方向とは反対の方向に移動される一方、スクリーン版４に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了するようにコントローラ１２にて制御する。このように、左スキージ７がスクリーン版４上に当接するまでには印刷方向と反対方向のスキージ移動は完了しているため、左スキージ７がスクリーン版４上に当接した状態で印刷方向と反対方向に移動することが防止されて、左スキージ７の先端のエッジ部をスクリーン版４上で引きずることが無くなり、左スキージ７の摩耗寿命を短縮することがなくなる。

その後、印刷ヘッド９により左スキージ７が右方向に水平移動されて印刷ペースト６がプリント基板１に印刷される〔図１（ｃ）参照〕。その後、プリント基板１がステージ部３から解除され、プリント基板１が搬出される。その後、左スキージ７はスクリーン版４上から上昇されて、次の印刷の待機位置まで移動される〔図１（ｄ）参照〕。

この後、右スキージ８が、左スキージ７とは左右方向に関して逆方向となるようにして同様の移動動作が行われ、このような動作が繰り返されて、左右のスキージ７、８で交互にプリント基板１に印刷が行われる。

このスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法により実際に印刷評価を行い、従来のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法と比較した。具体的には、評価に使用した印刷ペースト６の粘度は約２００Ｐａ・ｓであり、平スキージ７、８を取り付け角度６０度でセットし、スキージ７、８の先端からスクリーン版４上までの距離Ｌ２は１０ｍｍ、スキージ移動距離Ｌ１は３０ｍｍ、スキージ移動速度Ｖ１は４５ｍｍ／ｓｅｃ、スキージ下降速度Ｖ２は１０ｍｍ／ｓｅｃで印刷した場合と、従来どおりスキージ７、８を垂直に下降させて印刷した場合（Ｌ１＝０ｍｍ，Ｌ２＝１０ｍｍ、Ｖ１＝０ｍｍ／ｓｅｃ、Ｖ２＝１０ｍｍ／ｓｅｃ）との比較を行った。

どちらのスキージ７、８の先端にも印刷ペースト６が付着しており、その付着量はスキージ先端よりおよそ８〜９ｍｍ程度垂れ下がった状態で連続印刷を行い、印刷後のプリント基板１の不良の発生数を比較した。それぞれの方法で印刷した基板印刷枚数５０枚のうち、本発明のスクリーン印刷装置および方法で印刷したものは、不良発生は０件で有り、それに対して、従来のスクリーン印刷方法で印刷したものは５件不良が発生した。

このように、本発明のスクリーン印刷装置および方法により、プリント基板印刷時の不良であるブリッジやにじみ、はんだボールの発生を防ぐことが確認できた。

（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷方法の各工程を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構成の要部を示す概略図である。 従来のスクリーン印刷装置の構成の要部を示す概略図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ従来のスクリーン印刷方法の各工程を示す図である。

符号の説明

１ プリント基板
３ ステージ部
４ スクリーン版
６ 印刷ペースト
７ 左スキージ
８ 右スキージ
９ 印刷ヘッド
９ａ、９ｂ スキージ部昇降部材
９ｃ、９ｄ スキージホルダー
１０ 昇降用モータ（昇降手段）
１１ 水平移動用モータ（移動手段）
１２ コントロール部（制御手段）
１３ データ入力装置
１４ センサ（計測手段）

Claims (2)

1. スキージをスクリーン版の上方にある所定の待機位置から前記スクリーン版に当接して印刷を開始する位置まで下降させる動作を行う印刷開始の際に、前記所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スクリーン版上に当接した後の前記スキージの印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させて前記スキージを前記スクリーン版に当接させ、印刷ペーストを前記スクリーン版の上からプリント基板にスクリーン印刷するスクリーン印刷方法であって、
   前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作を完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させるスクリーン印刷方法。
2. プリント基板を位置決め固定するステージ部と、
   前記ステージ部の上方に配置されたスクリーン版と、
   前記スクリーン版上を移動自在に配置されて印刷ペーストを印刷するスキージと、
   前記スキージを前記スクリーン版に対して昇降させる昇降手段と、
   前記スキージを前記スクリーン版に対して印刷方向および印刷方向とは反対の方向に移動させる移動手段と、
   前記スクリーン版の上方の所定の待機位置にある前記スキージを、前記スキージの先端部が印刷開始位置である前記スクリーン版上に当接する直前までは、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストが前記スキージの前記印刷方向側に回りこむように、前記印刷方向とは反対の方向に斜め下方に移動させ、前記スクリーン版上に当接した時点ではその反対方向への移動動作を完了させる制御手段と、
   を備えたスクリーン印刷装置であって、
   前記制御部は、前記スキージを、前記所定の待機位置から前記印刷開始位置まで、前記反対方向に斜め下方に移動させるときに、前記所定の待機位置にある前記スキージの先端部と前記スクリーン版との間の距離と、前記スキージの先端部に付着して垂れ下がる印刷ペーストの量に応じて設定された前記スキージを前記反対方向へ移動させる距離と、に基づいて設定された前記スキージを前記反対方向に移動させるときの移動速度および下降速度にしたがい、前記スキージの先端部が前記スクリーン版に当接するまでに前記反対方向への移動動作が完了するように前記スキージを所定の設定角度で斜め下方に移動させ、その斜め下方への移動に際して、前記スキージが前記スクリーン版上で引きずることがないように前記スキージを動作させる
   スクリーン印刷装置。

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