JP4168973B2 - スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、クリーム半田などのペーストを基板に印刷するスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関するものである。

電子部品を半田接合する方法として、半田バンプや半田プリコートによる方法が知られている。この方法では電子部品や基板などのワークの電極に、半田接合のために半田の突出電極である半田バンプや、または半田被膜である半田プリコートが形成される。これらの半田形成工程における半田供給方法として、スクリーン印刷が広く用いられている。この方法では、マスクプレートに設けられたパターン孔を介してクリーム半田がワーク上面に印刷される。このスクリーン印刷動作においては、スキージを移動させるスキージングの後に、基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れが行われる。この版離れ動作においては、印刷位置において基板を両側から挟み込むクランプ部材によって、マスクプレートの下面を支持した状態で基板を下降させることにより、基板をマスクプレートから離隔させる（例えば特許文献１参照）。
特開平７−２１４７４８号公報

ところで近年電子部品のファイン化が進み、ワークに形成される電極のピッチも微小化し、多数の電極が高密度で配置されるようになっている。そしてこれらの電極上にバンプを形成するために用いられるマスクプレートは、従来のプリント基板への半田印刷に用いられていたものと比較して、マスク厚が大幅に減少している。ところがこのような高密度の電極が形成されたワークを対象として薄いマスク厚のマスクプレートを用いて行うスクリーン印刷に、従来より用いられているスクリーン印刷方法をそのまま適用すると、以下に説明するような課題が生じる。

スクリーン印刷において良好な印刷品質を確保するためには、パターン孔内へ確実にクリーム半田を充填させる充填性とともに、充填後にマスクプレートをワークから離隔させる版離れの際に、クリーム半田をパターン孔から型くずれすることなく離隔させる版離れ性が良好であることが求められる。しかしながら、電極の高密度化とマスクの薄膜化に伴って印刷難度は増加し、特にワークの全面にわたって均一で良好な版離れ性を確保することが非常に困難となっている。

そこで本発明は、良好な版離れ性を確保することができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。

本発明のスクリーン印刷装置は、パターン孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記マスクプレート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記基板を下受けして前記マスクプレート下面側の印刷位置に保持する基板保持部と、前記基板を第１方向に搬送することにより前記基板保持部に基板を搬入し印刷後の基板を基板保持部から搬出する基板搬送部と、前記基板保持部に保持されマスクプレートの下面に当接した基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ手段と、前記基板保持部に保持された基板を前記第１方向と直交する第２方向から挟み込むとともに前記基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ時に前記基板の第２方向側の外方位置において前記マスクプレートの下面を支持するクランプ部材と、付勢手段によって上方へ付勢されて前記基板保持部と一体的に昇降自在に配設され、印刷動作時に前記基板の第１方向側の外方位置において前記マスクプレートの下面を支持するマスク撓み防止部材と、前記版離れ時において少なくとも基板がマスクプレートから離れ始める版離れ開始時に前記マスク撓み防止部材の上面高さを前記クランプ部材の上面高さと同一高さに保持する部材高さ保持手段とを備えた。

本発明のスクリーン印刷方法は、パターン孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記マスクプレート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、印刷対象の基板を基板搬送部により第１方向に搬送して基板保持部に搬入する基板搬入工程と、クランプ部材によって前記基板を第１方向と直交する第２方向から挟み込んでクランプするクランプ工程と、前記基板の第１方向側の外方位置においてＺ軸テーブルの上面に第２方向に配設されて付勢手段によって上方へ付勢されたマスク撓み防止部材、クランプ部材および基板に対して前記マスクプレートの下面を相対的に当接させるマスク装着工程と、前記マスクプレ
ート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスキージング工程と、前記付勢手段によって上方へ付勢された前記マスク撓み防止部材およびクランプ部材によって前記マスクプレートの下面を支持した状態で前記Ｚ軸テーブルを下降させることにより、前記付勢手段が圧縮された高さ分以上前記マスク撓み防止部材を下降させて前記基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ工程とを含む。

本発明によれば、基板の搬送方向側の外方位置において付勢手段によって上方へ付勢されてマスクプレートの下面に当接して支持するマスク撓み防止部材を備えることにより、基板を搬送直交方向から挟み込むクランプ部材とともに、マスクプレートを基板の４辺において支持してマスクプレートの下方への撓みを抑制した状態で版離れを行うことができ、基板の全面にわたって良好な版離れ性を確保することができる。

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は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるマスクプレートの支持状態の説明図、図５、図６は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の動作説明図である。

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、基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２およびＸ軸テーブル３およびＺ軸テーブル４よりなる移動テーブル上に、基板保持部５を段積みして構成されている。基板保持部５の上面には、基板６を吸着して保持する基板保持面が設けられており、基板保持部５は基板６を下受けして後述するスクリーン印刷部のマスクプレート下面側の印刷位置に保持する。

Ｙ軸テーブル２およびＸ軸テーブル３の駆動を制御することにより、基板保持部５に保持された基板６をＸ方向およびＹ方向に移動させてスクリーン印刷時の基板６の位置を調整することができる。またＺ軸テーブル４の駆動を制御することにより、基板保持部５に保持された基板６を任意の高さ位置まで昇降させることができる。

基板位置決め部１の上方には、１対の搬送レール７が水平に配設されており、搬送レール７は上流側から受け取った基板６を基板位置決め部１までＸ方向（第１方向）に搬送する。そして基板位置決め部１にて後述するスクリーン印刷部１０によって印刷が行われた後の基板６は、同様に搬送レール７によって下流側に搬出される。すなわち搬送レール７は、基板６をＸ方向に搬送することにより、基板保持部５に基板６を搬入し、印刷後の基板６を基板保持部５から搬出する基板搬送部となっている。

対をなす搬送レール７はそれぞれクランプ部材８を備えており、一方側のクランプ部材８はクランプ駆動機構９の移動ロッド９ａと結合されて水平方向に可動となっている。移動ロッド９ａが突出した状態では、クランプ部材８は基板６の側端部から離れた位置にあり、クランプ解除状態にある。また移動ロッド９ａが戻り動作をすることにより可動側のクランプ部材８は矢印ａに示すようにＹ方向（第２方向）に移動し、基板保持部５に保持された基板６の側端部の端面を両側から挟み込んでクランプする。搬送レール７は搬送部昇降機構（図示省略）によって昇降可能となっており、印刷動作時にクランプ部材８によってクランプした基板６をマスクプレート１２の下面に当接させることができる。

基板位置決め部１の上方には、スクリーン印刷部１０が配設されている。スクリーン印刷部１０は、矩形のホルダ１１に展張され複数のパターン孔１２ａが設けられたマスクプレート１２の上方に、スキージユニット１３を配置した構成となっている。スキージユニット１３は、水平なベース１４に垂直に配設された２つのスキージ昇降機構１５によってスキージ１６を昇降自在に配置した構成となっており、図示しないスキージ移動機構によって、Ｙ方向に往復移動する。

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、マスクプレート１２の下面に当接する。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１６をマスクプレート１２の上面に当接させて摺動させることにより、基板６の表面にはパターン孔１２ａを介してクリーム半田が印刷される。このスクリーン印刷動作においては、基板６はクランプ部材８によって両側からクランプされて、水平方向の位置が保持される。

図２に示すように、Ｚ軸テーブル４の上面にはクランプ部材８のＸ方向の前後端部にそれぞれ位置して、２つの長尺板状のマスク撓み防止部材１７がＹ方向に配設されている。マスク撓み防止部材１７の両端部の上方には、２つの搬送レール７に固着された高さ規制部材１８がＹ方向に延出している。図３（ａ）は、図２におけるＡ−Ａ断面を示しており、マスク撓み防止部材１７はＺ軸テーブル４の上面に基板保持部５と一体的に昇降自在に配設されている。

マスク撓み防止部材１７は圧縮バネ１９によって上方に付勢されるとともに、圧縮バネ１９の圧縮代だけ伸縮自在となっている。そしてマスク撓み防止部材１７の両側端面から外側に延出して設けられたストッパ１７ａの上方には、高さ規制部材１８の下面を部分的に切り欠いて設けられた高さ規制面１８ａが位置している。Ｚ軸テーブル４を上昇させることによりマスク撓み防止部材１７もともに上昇し、ストッパ１７ａは高さ規制面１８ａに当接する。

ここでこの当接状態において、マスク撓み防止部材１７の上面がクランプ部材８の上面と面一となるように、マスク撓み防止部材１７と高さ規制部材１８の各部寸法が設定されている。そしてマスク撓み防止部材１７は圧縮バネ１９によって上方に付勢されていることから、一旦ストッパ１７ａが高さ規制面１８ａに当接した後は、マスク撓み防止部材１７の高さ位置はＺ軸テーブル４の高さ位置に関わらず所定高さに規制される。

図３（ｂ）は、スクリーン印刷部１０によって基板保持部５に保持された基板６に対して印刷動作を実行する時のクランプ部材８およびマスク撓み防止部材１７の高さ位置を示している。この印刷動作においては、搬送部昇降機構によって搬送レール７がクランプ部材８とともに上昇し、クランプ部材８はマスクプレート１２に当接した状態にある。そしてＺ軸テーブル４によって基板６を保持した基板保持部５およびマスク撓み防止部材１７がともに上昇し、ストッパ１７ａが高さ規制面１８ａによって高さ規制されるることにより、マスク撓み防止部材１７がクランプ部材８の上面と面一となって同様にマスクプレー
ト１２の下面に当接する。

これにより図４に示すように、マスクプレート１２は下面に当接した基板６の周囲において、Ｘ方向の２辺についてはクランプ部材８によって、またＹ方向の２辺についてはマスク撓み防止部材１７によって、それぞれの方向の外方位置を下面から支持される。そしてスクリーン印刷部１０による印刷動作はこの支持状態で行われる。

また印刷動作後に基板６をマスクプレート１２の下面から離隔させる版離れ動作は、図４に示すマスクプレート１２の支持状態で、Ｚ軸テーブル４によって基板保持部５を下降させることによって行われる。このとき版離れ開始時においては、圧縮バネ１９が圧縮された高さ分だけＺ軸テーブル４が下降する間は、圧縮バネ１９の付勢力によってストッパ１７ａが高さ規制面１８ａに押しつけられてた状態を保つ。これにより、基板６がマスクプレート１２から離れ始める版離れ開始時において、マスク撓み防止部材１７の上面はクランプ部材８の上面高さと面一の状態に保持されて、マスクプレート１２の下面を下方から支持する。

すなわち上記構成において、Ｚ軸テーブル４は、基板保持部５に保持されマスクプレート１２の下面に当接した基板６を、マスクプレート１２の下面から離隔させる版離れ手段となっている。そしてクランプ部材８は、基板保持部５に保持された基板６をＸ方向と直交するＹ方向から挟み込むとともに、基板６をマスクプレート１２の下面から離隔させる版離れ時に、基板６のＹ方向側の外方位置においてマスクプレート１２の下面を支持する。

またマスク撓み防止部材１７は、Ｚ軸テーブル４によって基板保持部５と一体的に昇降自在に配設され、印刷動作時に基板６のＸ方向側の外方位置においてマスクプレート１２の下面を支持する。そして、圧縮バネ１９は、マスク撓み防止部材１７を上方に付勢する付勢手段となっており、高さ規制面１８ａは、マスク撓み防止部材１７の上限位置を規制する高さ規制手段となっている。さらに、圧縮バネ１９および高さ規制面１８ａは、版離れ時において少なくとも基板６がマスクプレート１２から離れ始める版離れ開始時に、マスク撓み防止部材１７の上面高さをクランプ部材８の上面高さと同一高さに保持する部材高さ保持手段となっている。

なお図４において、対象とする基板６のＸ方向のサイズがクランプ部材８の長さサイズよりも小さい場合には、マスク撓み防止部材１７と基板６との間にはマスクプレート１２が下方から支持されない不支持エリア（鎖線で示すエリアＣ）が発生する。この場合、マスク撓み防止部材１７の平面形状をエリアＣをカバーするような形状（例えば基板側に向けて張り出しを設けた形状）で基板６のサイズに応じて製作し、基板６に応じて交換するようにすれば、不支持エリアを極力なくすことができる。

また、対象とする基板６のＸ方向のサイズがほぼ一定している場合には、マスク撓み防止部材１７をエリアＣ内に配置して基板６との隔たりを極力小さくすることが望ましい。この場合には、搬送レール７に固定された高さ規制部材１８の替わりに、クランプ部材８に高さ規制面を設けるようにする。

次に図５，図６を参照して、上記スクリーン印刷装置によるスクリーン印刷動作について説明する。なお図５，図６においては、中心線から左側には図２のＢ−Ｂ断面における各部の状態を、また左側には図２のＡ−Ａ断面における各部の状態を示す。まず図５（ａ）に示すように、印刷対象の基板６を搬送レール７によって第１方向に搬送して、基板位置決め部１の基板保持部５に搬入し（基板搬入工程）、次いでＺ軸テーブル４によって基板保持部５が上昇し基板６の下面に当接して基板６を下受けする。このとき、マスク撓み
防止部材１７は上限を規制されることなく圧縮バネ１９によって上方に伸長した状態にある。

この後図５（ｂ）に示すように、Ｚ軸テーブル４によって基板保持部５をさらに上昇させて、基板６の上面をクランプ部材８の上面と面一に合わせ、基板６の両端面をクランプ部材８によってＹ方向から挟み込んでクランプする（クランプ工程）。このとき、マスク撓み防止部材１７もともに上昇し、ストッパ１７ａが高さ規制面１８ａに当接することにより、マスク撓み防止部材１７の上面もクランプ部材８の上面と面一になる。

次いで図５（ｃ）に示すように、搬送部昇降機構によって搬送レール７を上昇させて、基板６のＸ方向側の外方位置に配設されたマスク撓み防止部材１７、クランプ部材８および基板６に対して、マスクプレート１２の下面を相対的に当接させる（マスク装着工程）。これにより、マスクプレート１２は、平面視して図４に示す支持配置で下面側から支持された状態となる。そしてこの状態で、マスクプレート１２上面でスキージ１６を摺動させることにより、パターン孔１２ａを介して基板６にクリーム半田２０を印刷する（スキージング工程）。

次いで版離れが行われる。すなわち、図６（ａ）に示すように、Ｚ軸テーブル４によって基板保持部５を下降させ、基板保持部５の上面に吸着保持された基板６をマスクプレート１２の下面から離隔させる（版離れ工程）。このとき、クランプ部材８はマスクプレート１２の下面に当接した状態のままにあり、マスク撓み防止部材１７は圧縮バネ１９が圧縮された高さ分を超えてＺ軸テーブル４が下降するまでの間は、圧縮バネ１９によって上方に付勢されてストッパ１７ａが高さ規制面１８ａに当接した状態を保ち、これによりマスク撓み防止部材１７の上面はマスクプレート１２の下面に当接して下方から支持した状態を保持する。

そしてＺ軸テーブル４がさらに下降することにより、図６（ｂ）に示すように、基板保持部５に保持された基板６が下降して搬送レール７に載置される。これとともにマスク撓み防止部材１７は、圧縮バネ１９が圧縮された高さ分以上Ｚ軸テーブル４が下降することにより、マスクプレート１２の下面から離れる。この後図６（ｃ）に示すように、搬送レール７を下降させることにより、クランプ部材８をマスクプレート１２の下面から引き離し、次いで印刷後の基板６を搬送レール７によって下流側に搬出して、１枚の基板６を対象とした一連のスクリーン印刷動作を終了する。

上述のスクリーン印刷動作においては、マスクプレート１２が図４に示すような支持状態、すなわちマスクプレート１２は下面に当接した基板６の周囲において、Ｘ方向の２辺についてはクランプ部材８によって、またＹ方向の２辺についてはマスク撓み防止部材１７によって、それぞれの方向の外方位置を下面から支持された状態で版離れが行われることから、マスクプレート１２の下面に当接した状態から基板６が下降して基板６の上面とマスクプレート１２の下面が離隔する際に生じやすい、「マスク張り付き」による不具合を防止することができる。

すなわち、一般にスキージング後の状態においては、基板の上面とマスクプレートの下面とは、パターン孔内のクリーム半田のみならず基板の上面とマスクプレートの下面との間に滲み出たクリーム半田によって張り付いた状態にあり、版離れ動作開始時にはマスクプレートは基板に引っ張られて下方に撓む傾向がある。そしてマスクプレートの撓み量がある限度に達して、この撓みを元の状態に戻そうとする復元力がマスクプレートと基板との張り付け力を超えた時点で、基板の上面はマスクプレートの下面から離れる。

このとき撓み量が大きいと、パターン孔からクリーム半田が抜ける際の状態がマスクプレート全面にわたって均一とならず、パターン孔内に半田が残留したり不規則な形状で半田が抜ける半田形崩れなどの印刷不良を生じやすい。このため、版離れ時のマスクプレートの撓みを極力抑制することを目的として、基板６の外縁に極力近い位置でマスクプレー
ト１２の下面を支持することが望ましい。

本実施の形態においては、前述のように基板６の４辺方向の外側位置において、すなわちＸ方向の２辺についてはクランプ部材８によって、またＹ方向の２辺についてはマスク撓み防止部材１７によって、マスクプレート１２の下面を支持していることから、版離れ時におけるマスクプレート１２の撓みを極力抑制することが可能となっている。これにより、ファインピッチ電極が高密度で形成された基板を対象とする場合にあっても、基板の全面にわたって均一で良好な版離れ性を確保することができる。

本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法は、良好な版離れ性を確保することができるという効果を有し、基板にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷する分野に対して有用である。

本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置におけるマスクプレートの支持状態の説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の動作説明図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の動作説明図

符号の説明

１ 基板位置決め部
５ 基板保持部
６ 基板
７ 搬送レール
８ クランプ部材
１０ スクリーン印刷部
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージユニット
１６ スキージ
１７ マスク撓み防止部材
１８ 高さ規制部材
１９ 圧縮バネ

Claims (5)

1. パターン孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記マスクプレート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記基板を下受けして前記マスクプレート下面側の印刷位置に保持する基板保持部と、前記基板を第１方向に搬送することにより前記基板保持部に基板を搬入し印刷後の基板を基板保持部から搬出する基板搬送部と、前記基板保持部に保持されマスクプレートの下面に当接した基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ手段と、前記基板保持部に保持された基板を前記第１方向と直交する第２方向から挟み込むとともに前記基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ時に前記基板の第２方向側の外方位置において前記マスクプレートの下面を支持するクランプ部材と、付勢手段によって上方へ付勢されて前記基板保持部と一体的に昇降自在に配設され、印刷動作時に前記基板の第１方向側の外方位置において前記マスクプレートの下面を支持するマスク撓み防止部材と、前記版離れ時において少なくとも基板がマスクプレートから離れ始める版離れ開始時に前記マスク撓み防止部材の上面高さを前記クランプ部材の上面高さと同一高さに保持する部材高さ保持手段とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
2. 前記部材高さ保持手段は、前記マスク撓み防止部材を上方に付勢する前記付勢手段と、マスク撓み防止部材の上限位置を規定する高さ規制手段とを含むことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
3. 前記マスク撓み防止部材の外側に延出するストッパがあり、このストッパがその上方の前記高さ規制手段に当接することにより、前記マスク撓み防止部材の上面が前記クランプ部材の上面と面一になるようにしたことを特徴とする請求項２記載のスクリーン印刷装置。
4. パターン孔が形成されたマスクプレートの下面に基板を当接させ、前記マスクプレート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、印刷対象の基板を基板搬送部により第１方向に搬送して基板保持部に搬入する基板搬入工程と、クランプ部材によって前記基板を第１方向と直交
   する第２方向から挟み込んでクランプするクランプ工程と、前記基板の第１方向側の外方位置において版離れ手段であるＺ軸テーブルの上面に第２方向に配設されて付勢手段によって上方へ付勢されたマスク撓み防止部材、クランプ部材および基板に対して前記マスクプレートの下面を相対的に当接させるマスク装着工程と、前記マスクプレート上面でスキージを摺動させることにより前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷するスキージング工程と、前記付勢手段によって上方へ付勢された前記マスク撓み防止部材およびクランプ部材によって前記マスクプレートの下面を支持した状態で前記Ｚ軸テーブルを下降させることにより、前記付勢手段が圧縮された高さ分以上前記マスク撓み防止部材を下降させて前記基板をマスクプレートの下面から離隔させる版離れ工程とを含むことを特徴とするスクリーン印刷方法。
5. 前記マスク撓み防止部材から外側に延出して設けられたストッパと、このストッパの上方にあって前記マスク撓み防止部材の上限位置を規制する高さ規制手段とがあり、前記マスク装着工程において、前記ストッパがその上方の前記高さ規制手段に当接することにより、前記マスク撓み防止部材の上面が前記クランプ部材の上面と面一になるようにしたことを特徴とする請求項４記載のスクリーン印刷方法。

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