JP4436721B2 - スクリーン印刷方法、生産ライン及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、基板等のワークにクリームはんだ等のペーストを印刷するスクリーン印刷装置等に関し、特に、１つの生産ラインで異品種の基板をランダムに生産する技術に関する。

基板に電子部品等を面実装する分野では、電子部品を電気的に接続するとともに機械的に固着するためにスクリーン印刷装置を用いて基板にクリームはんだ等のペーストを印刷（塗布）する工程が行われる。スクリーン印刷装置は、基板の回路パターンにあわせて、様々なパターン孔が形成されたスクリーンマスクを基板の上に重ね、スクリーンマスク上でペーストをかき寄せるスキージをスライドさせることで、基板上のパターン孔の部分のみにペーストを塗布する。

ところが、生産する基板の品種を変更する場合には、スクリーンマスクを交換しなければならず、その段取り替えの作業が発生する。そのために、従来、スクリーンマスクを交換することなく、同一の生産ラインで異品種の基板に対して印刷を行うことが可能なスクリーン印刷装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

この従来のスクリーン印刷装置によれば、１枚のスクリーンマスクに複数の種類の基板に対応したパターン孔を形成しておき、搬入されてきた基板の種類に応じてパターン孔を使い分けて印刷が行われる。これによって、複数種類の基板に対してスクリーンマスクを交換することなく連続的に印刷が行われ、生産性が向上されるというものである。
特開平１０−１３８４５２号公報

しかしながら、上記従来のスクリーン印刷装置では、１枚のスクリーンマスクに複数の種類の基板に対応したパターン孔を形成しておく必要があるために、その面積上の制約から、サイズの大きな基板、つまり、スクリーンマスクと同程度のサイズの基板に対しては適用することができないという問題がある。

また、上記従来のスクリーン印刷装置では、搬入されてきた基板の種類に応じてスクリーンマスク上の対応するパターン孔が使用されるように位置合わせの制御を行わなければならず、制御が複雑化するという問題もある。さらに、スキージをスライドさせてペーストを塗布する際に、隣接する他の種類の基板用のパターン孔にペーストが触れることがないように規制するための機構及び制御が必要とされるという問題もある。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、大型の基板にも適用することができ、かつ、複雑な機構や制御が必要とされることなく、同一の生産ラインでランダムに投入される異機種の基板に対して基板の種類に応じた選択的な印刷を行うことができるスクリーン印刷方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るスクリーン印刷方法は、パターン孔が形成されたスクリーンマスクの下面にワークを当接させ、印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介してワークにペーストを印刷する第１及び第２のスクリーン印刷装置が連結された生産ラインにおけるスクリーン印刷方法であって、前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置の各々において実行される、認識部によりワークの特徴部を認識する認識ステップと、認識結果に基づいて前記ワークがペーストの印刷を行うワークであるか否かを判定する判定ステップと、印刷を行うワークであると判定された場合にだけ、前記ワークにペーストの印刷を行う印刷ステップと、ペーストの印刷が終了したワーク及び前記判定ステップで印刷を行うワークでないと判定されたワークを下流の装置に搬出する搬出ステップとを含み、前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置は、異なる種類のスクリーンマスクを備え、前記ワークの特徴部には、当該ワークが第１及び第２の種類のいずれであるかを識別するマークが形成され、前記第１のスクリーン印刷装置における印刷ステップでは、前記第１のスクリーン印刷装置による判定ステップで前記マークが第１の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行い、前記第２のスクリーン印刷装置における印刷ステップでは、前記第２のスクリーン印刷装置による判定ステップで前記マークが第２の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行うことを特徴とする。

なお、本発明は、スクリーン印刷方法として実現することができるだけでなく、そのスクリーン印刷方法を実行するスクリーン印刷装置及び生産ラインとして実現したり、そのスクリーン印刷方法をコンピュータで実行させるプログラムとして実現することもできる。

本発明により、同一の生産ラインで、スクリーン印刷装置のスクリーンマスクを交換することなく、ランダムに投入される複数の種類の基板に対して、選択的にペーストが印刷される。よって、１つの生産ラインで、異機種の基板のランダム生産が可能となる。

また、スクリーンマスクには１種類の基板に対応したマスク孔を形成しておくだけでよいので、大型の基板に対応した異機種生産が可能となる。
さらに、本発明に係るスクリーン印刷装置は、通常のスクリーン印刷装置に対して、基板の種別の判別と印刷の実行制御という簡単な制御プログラムを付加するだけで実現することが可能である。

以上のように、本発明により、人手を要することなく、複数の種類の基板の生産が可能となり、特に、少量多品種の基板の製造が要求される生産ラインにおける生産性が飛躍的に向上され、その実用的価値は高い。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る基板の生産ラインの構成図である。この生産ラインは、ランダムに投入される異機種の基板に対して基板の種類に応じたスクリーン印刷と部品実装を行うラインであり、上流側より、基板ストッカ２、スクリーン印刷装置３、スクリーン印刷装置４及びチップマウンタ５から構成される。

基板ストッカ２は、部品実装の対象となる基板１５の収納庫であり、エレベータ機構等によって、上段から順次、基板をスクリーン印刷装置３に供給していく。なお、本実施の形態では、図示されるように、配線パターンの異なる２種類の基板（第１の種類の基板１５ａ及び第２の種類の基板１５ｂ）がランダムに基板ストッカ２に積まれている。２種類の基板１５ａ及び１５ｂは、基板上の予め決められた位置でのマーキング（ここでは、２つの円マーク８のいずれかが黒く塗りつぶされる）によって区別される。

スクリーン印刷装置３及び４は、いずれも、パターン孔が形成されたスクリーンマスクの下面にワーク（基板）を当接させ、印刷ヘッドを移動させることによりパターン孔を介してワークにペーストを印刷する装置であるが、それぞれ、異なる種類（第１及び第２の種類）のスクリーンマスクを備え、それぞれ、第１の種類の基板１５ａ及び第２の種類の基板１５ｂに対してだけ印刷を行う。

つまり、上流側のスクリーン印刷装置３は、第１の種類のスクリーンマスクを用いて印刷を行う装置であり、基板ストッカ２から基板１５が搬入されると、その基板１５上のマーク８を認識することによって基板１５の種類を判定し、搬入された基板１５が第１の種類の基板１５ａであると判定した場合にその基板１５ａに対して印刷を行い、第２の種類の基板１５ｂであると判定した場合には印刷を行うことなく、そのまま、基板１５を下流のスクリーン印刷装置４に搬出する。

一方、下流側のスクリーン印刷装置４は、第２の種類のスクリーンマスクを用いて印刷を行う装置であり、スクリーン印刷装置３から基板１５が搬入されると、その基板１５上のマークを認識することによって基板１５の種類を判定し、搬入された基板１５が第２の種類の基板１５ｂであると判定した場合にその基板１５ｂに対して印刷を行い、第１の種類の基板１５ａであると判定した場合には印刷を行うことなく、そのまま、基板１５を下流のチップマウンタ５に搬出する。

チップマウンタ５は、スクリーン印刷装置４から搬入されてきた基板１５に部品を実装する部品実装機であり、２種類の基板１５ａ及び１５ｂの実装に必要な全部品がセットされた部品供給部を備え、搬入されてきた基板１５の種類（基板１５ａ及び１５ｂ）に対応した選択的な部品実装を行う。

このように、本生産ライン１によれば、基板ストッカ２から供給された基板１５は、その種類に応じて、スクリーン印刷装置３及びスクリーン印刷装置４のいずれかで選択的に印刷が行われ、チップマウンタ５において基板１５の種類に対応した部品実装が行われる。よって、マスク交換等の人手作業を要することなく、１つの生産ラインで２種類の基板のランダム生産が可能となる。

以下、本生産ライン１を構成するスクリーン印刷装置３及び４について、より詳細に説明する。
図２は、スクリーン印刷装置３（スクリーン印刷装置４についても同様）の側面図（基板が流れる軸を直交する面で切断した断面図）である。このスクリーン印刷装置３は、基板にペーストを塗布する装置であり、印刷パターンとしてのマスク孔が形成されたスクリーンマスク１４、スクリーンマスク１４上でペーストをかき寄せるスキージ１２、スキージ１２をスライドさせるための印刷ヘッド１１、スクリーンマスク１４の位置及び基板１５の種類等を画像認識するための移動可能な認識部であるカメラ１３、基板１５を保持する基板クランパ１６、基板搬送レール１７、ペーストの塗布時に基板１５の裏面を支える基板下受１８、基板下受１８を昇降させる基板下受Ｚ軸１９及び基板位置決め部２０（基板位置決めＺ軸２１、θ軸テーブル２２、Ｘ軸テーブル２３、Ｙ軸テーブル２４）等から構成される。なお、本図には示されていないが、このスクリーン印刷装置３は、これらの機構部を制御するコントローラとしての制御部等も備える。

図３は、図２に示されたスクリーン印刷装置３（スクリーン印刷装置４についても同様）の平面図である。ここでは、カメラ１３、スクリーンマスク１４等が示され、スクリーンマスク１４の下方には、基板搬送レール１７に乗った基板１５が保持されている様子が示されている。

図４は、スクリーン印刷装置３（スクリーン印刷装置４についても同様）の構成を示す機能ブロック図である。このスクリーン印刷装置３は、図２及び図３に示される機構部３０、機構部３０を制御するコンピュータ装置である制御部４０、操作者とのインターフェースとなるキーボード等の入力部４１及びＬＣＤ等の出力部４２から構成される。制御部４０は、制御プログラムを格納しているメモリやマイコン等からなり、入力部４１を介した操作者からの指示によって起動されると、制御プログラムに従って機構部３０を制御することで、順次搬入されてくる基板１５に対して選択的な印刷（基板１５ａ及び基板１５ｂのうちの一方だけの印刷）を行い、下流装置に搬出する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、スクリーン印刷装置３及び４の動作を示すフローチャートである。つまり、スクリーン印刷装置３及び４の制御部４０による制御手順を示す。

図５（ａ）に示されるように、上流側のスクリーン印刷装置３は、基板ストッカ２から送られてきた基板１５を搬入すると（Ｓ１０）、その基板１５の特徴部（ここでは、マーク８）をカメラ１３で画像認識することで基板１５の種類を判定する（Ｓ１１）。その結果、マーク８を構成する２つの円マークのうち、上の円マークが黒く塗られていると認識した場合には、その基板１５が第１の種類の基板１５ａであると判定し（Ｓ１２でＹ）、その基板１５ａに対して印刷を行い（Ｓ１３）、一方、下の円マークが黒く塗られていると認識した場合には、その基板１５が第２の種類の基板１５ｂであると判定し（Ｓ１２でＮ）、印刷を行うことなく、そのまま、基板１５を下流のスクリーン印刷装置４に搬出する（Ｓ１４）。

同様に、図５（ｂ）に示されるように、下流側のスクリーン印刷装置４は、スクリーン印刷装置３から送られてきた基板１５を搬入すると（Ｓ２０）、その基板１５の特徴部（ここでは、マーク８）をカメラ１３で画像認識することで基板１５の種類を判定する（Ｓ２１）。その結果、マーク８を構成する２つの円マークのうち、下の円マークが黒く塗られていると認識した場合には、その基板１５が第２の種類の基板１５ｂであると判定し（Ｓ２２でＹ）、その基板１５ｂに対して印刷を行い（Ｓ２３）、一方、上の円マークが黒く塗られていると認識した場合には、その基板１５が第１の種類の基板１５ａであると判定し（Ｓ２２でＮ）、印刷を行うことなく、そのまま、基板１５を下流のチップマウンタ５に搬出する（Ｓ２４）。

このように、スクリーン印刷装置３及び４は、それぞれ、第１及び第２の種類の基板１５ａ及び１５ｂだけに対して印刷を行う。
図６〜図９は、スクリーン印刷装置３及び４において選択的に印刷が行われるプロセスを示す図である。ここでは、図１に示された生産ライン１において、まず、第１の種類の基板１５ａが投入され、続いて、第２の種類の基板１５ｂが投入された場合の２台のスクリーン印刷装置３及び４における動作が示されている。

いま、第１の種類の基板１５ａが上流側のスクリーン印刷装置３に搬入されると（図６（ａ））、スクリーン印刷装置３は、いま搬入された基板１５ａがスクリーンマスク１４の真下となるように、基板位置決め部２０によって基板１５ａの位置決めを行う（図６（ｂ））。

続いて、スクリーン印刷装置３は、Ｙ軸テーブル２４によって基板１５ａをＹ軸方向に移動させるとともにカメラ１３をＸ軸方向に移動させることで基板１５ａの特徴部（マーク８）をカメラ１３の直下に移動させ、カメラ１３で基板１５ａ上のマーク８を撮像することで、基板認識を行う（図７（ａ））。ここでは、マーク８の配色より、スクリーン印刷装置３は、第１の種類の基板１５ａ、つまり、印刷対象の基板であると認識する。そして、スクリーン印刷装置３は、基板１５ａ及びカメラ１３を元の位置に移動させ、基板１５にスクリーンマスク１４を重ねた後に印刷ヘッド１１をスライドさせることで、基板１５ａにペーストを塗布（印刷）する（図７（ｂ））。これによって、第１の種類の基板１５ａに対する印刷が完了する。

続いて、スクリーン印刷装置３は、いま印刷が完了した基板１５ａを下流のスクリーン印刷装置４に搬出するとともに、新たな基板１５ｂを搬入する（図８（ａ））。そして、スクリーン印刷装置３及び４は、それぞれ、いま搬入した基板１５ｂ及び１５ａがスクリーンマスク１４の真下となるように、基板位置決め部２０によって基板１５ｂ及び１５ａの位置決めを行う（図８（ｂ））。

続いて、スクリーン印刷装置３及び４は、Ｙ軸テーブル２４によって基板１５ａをＹ軸方向に移動させるとともにカメラ１３をＸ軸方向に移動させることで、それぞれ、基板１５ｂ及び１５ａの特徴部（マーク８）をカメラ１３の直下に移動させ、カメラ１３で基板１５ｂ及び１５ａ上のマーク８を撮像することで、基板認識を行う（図９（ａ））。ここでは、マーク８の配色より、スクリーン印刷装置３及び４は、それぞれ、第２の種類の基板１５ｂ及び第１の種類の基板１５ａ、つまり、いずれも、印刷対象でない基板であると認識する。そして、スクリーン印刷装置３及び４は、基板１５ａ及びカメラ１３を元の位置に移動させた後に、いずれも、印刷を行うことなく、それぞれ、基板１５ｂ及び１５ａを下流のスクリーン印刷装置４及びチップマウンタ５に搬出する（図９（ｂ））。なお、この後、スクリーン印刷装置３からスクリーン印刷装置４に搬入された基板１５ｂは、スクリーン印刷装置４において、そのマーク８の配色より、印刷対象の基板と認識され、印刷が行われる。

図１０は、上記図６〜図９に示された印刷工程をまとめた概略フロー図である。第１の種類の基板１５ａは、スクリーン印刷装置３において印刷が行われ、スクリーン印刷装置４においては印刷が行われることなくそのまま通過し、一方、第２の種類の基板１５ｂは、スクリーン印刷装置３においては印刷が行われることなくそのまま通過し、スクリーン印刷装置４において印刷が行われる。

以上のように、本実施の形態における生産ライン１によれば、スクリーン印刷装置のスクリーンマスクを交換することなく、１つの生産ラインで２種類の基板に対する印刷と部品実装が可能であり、異種ランダム生産が可能となる。また、スクリーン印刷装置のスクリーンマスクには１種類の基板に対応したマスク孔が形成されるので、複数の基板に対応した複数の種類のマスク孔を形成する必要がある従来のスクリーン印刷装置と異なり、スクリーンマスクと同程度のサイズの大型基板に対しても適用することができる。さらに、本実施の形態におけるスクリーン印刷装置は、通常のスクリーン印刷装置に対して、基板の種別判別と印刷する／しない（選択的な印刷）の制御という簡単な制御を付加するだけで実現することができる。

以上、本発明に係る生産ライン及びスクリーン印刷装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
たとえば、本実施の形態では、基板の種別を判別するマークは２つの円マークであったが、本発明に係るスクリーン印刷装置はこのようなマークだけに適用されるのではなく、図１１（ａ）に示されるような３以上の種類の基板を判別することが可能なマーク８ａであってもよい。このような基板は、基板の種類に対応した台数（例えば、３台以上）のスクリーン印刷装置を直列に接続した生産ラインで選択的に製造することができる。

また、基板上に形成するマークとしては、複数の円マークのいずれかだけが黒色に塗りつぶされる択一的な選択方式だけに限られず、例えば、図１１（ｂ）に示されるように、１つの領域に塗られる色又は濃淡によって基板の種別を判別するマーク８ｂであってもよい。

さらに、基板上に形成するマークに代えて、図１１（ｃ）に示されるようなバーコード８ｃ、図１１（ｄ）に示されるような無線ＩＣタグ８ｄを用いてもよい。このときには、スクリーン印刷装置に、バーコードリーダ、あるいは、無線ＩＣタグ用リーダを備えることで、スクリーン印刷装置は、基板上のバーコード８ｃが示す識別コード、あるいは、無線ＩＣタグ８ｄに格納された識別コードによって、基板の種別を判別し、選択的な印刷を行うことができる。

本発明は、基板にクリームはんだ等のペーストを印刷するスクリーン印刷装置やスクリーン印刷装置を含む生産ライン等として、特に、１つの生産ラインで異品種の基板をランダムに生産するためのスクリーン印刷装置及び生産ラインとして利用することができる。

本発明に係る基板の生産ラインの構成図である。 スクリーン印刷装置の側面図である。 図２に示されたスクリーン印刷装置の平面図である。 スクリーン印刷装置の構成を示す機能ブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、上流側及び下流側のスクリーン印刷装置の動作を示すフローチャートである。 ２台のスクリーン印刷装置において選択的に印刷が行われる過程を示す図（その１）である。 ２台のスクリーン印刷装置において選択的に印刷が行われる過程を示す図（その２）である。 ２台のスクリーン印刷装置において選択的に印刷が行われる過程を示す図（その３）である。 ２台のスクリーン印刷装置において選択的に印刷が行われる過程を示す図（その４）である。 図６〜図９に示された印刷工程をまとめた概略フロー図である。 基板上に付されるマークの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 生産ライン
２ 基板ストッカ
３、４ スクリーン印刷装置
５ チップマウンタ
８、８ａ〜８ｄ 基板特徴部（マーク等）
１１ 印刷ヘッド
１２ スキージ
１３ カメラ
１４ スクリーンマスク
１５ 基板
１５ａ 第１の種類の基板
１５ｂ 第２の種類の基板
１６ 基板クランパ
１７ 基板搬送レール
１８ 基板下受
１９ 基板下受Ｚ軸
２０ 基板位置決め部
２１ 基板位置決めＺ軸
２２ θ軸テーブル
２３ Ｘ軸テーブル
２４ Ｙ軸テーブル
３０ 機構部
４０ 制御部
４１ 入力部
４２ 出力部

Claims (4)

1. パターン孔が形成されたスクリーンマスクの下面にワークを当接させ、印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介してワークにペーストを印刷する第１及び第２のスクリーン印刷装置が連結された生産ラインにおけるスクリーン印刷方法であって、
   前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置の各々において実行される、
   認識部によりワークの特徴部を認識する認識ステップと、
   認識結果に基づいて前記ワークがペーストの印刷を行うワークであるか否かを判定する判定ステップと、
   印刷を行うワークであると判定された場合にだけ、前記ワークにペーストの印刷を行う印刷ステップと、
   ペーストの印刷が終了したワーク及び前記判定ステップで印刷を行うワークでないと判定されたワークを下流の装置に搬出する搬出ステップとを含み、
   前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置は、異なる種類のスクリーンマスクを備え、
   前記ワークの特徴部には、当該ワークが第１及び第２の種類のいずれであるかを識別するマークが形成され、
   前記第１のスクリーン印刷装置における印刷ステップでは、前記第１のスクリーン印刷装置による判定ステップで前記マークが第１の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行い、
   前記第２のスクリーン印刷装置における印刷ステップでは、前記第２のスクリーン印刷装置による判定ステップで前記マークが第２の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行う
   ことを特徴とするスクリーン印刷方法。
2. 前記認識ステップでは、前記マークを画像認識することによって前記複数の種類のいずれかを識別する
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷方法。
3. パターン孔が形成されたスクリーンマスクの下面にワークを当接させ、印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介してワークにペーストを印刷する第１及び第２のスクリーン印刷装置が連結された生産ラインであって、
   前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置の各々は、
   ワークの特徴部を認識する認識手段と、
   前記認識手段による認識結果に基づいて前記ワークがペーストの印刷を行うワークであるか否かを判定する判定手段と、
   印刷を行うワークであると判定された場合にだけ、前記ワークにペーストの印刷を行う印刷手段と、
   ペーストの印刷が終了したワーク及び前記判定手段で印刷を行うワークでないと判定されたワークを下流の装置に搬出する搬出手段とを備え、
   前記第１及び前記第２のスクリーン印刷装置はさらに、異なる種類のスクリーンマスクを備え、
   前記ワークの特徴部には、当該ワークが第１及び第２の種類のいずれであるかを識別するマークが形成され、
   前記第１のスクリーン印刷装置の印刷手段は、前記第１のスクリーン印刷装置の判定手段で前記マークが第１の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行い、
   前記第２のスクリーン印刷装置の印刷手段は、前記第２のスクリーン印刷装置の判定手段で前記マークが第２の種類であると判定した場合にだけ、当該ワークにペーストの印刷を行う
   ことを特徴とする生産ライン。
4. パターン孔が形成されたスクリーンマスクの下面にワークを当接させ、印刷ヘッドを移動させることにより前記パターン孔を介してワークにペーストを印刷する第１及び第２のスクリーン印刷装置が連結された生産ラインのためのプログラムであって、
   請求項１記載のスクリーン印刷方法に含まれるステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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