JP4471429B2 - スクリーン印刷装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせするスクリーン印刷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の実装に使用されるスクリーン印刷装置は、実装部品の微細化や狭隣接実装に伴い、高精度のクリームハンダ印刷が求められると共に、位置合わせ等に熟練作業を必要としない簡単な操作性が要求されている。ここでいうスクリーン印刷装置とは、例えば、特開平４−１９３５３５号公報に記載のものであり、以下、従来のスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷を図５〜図８を用いて説明する。
【０００３】
図５（ａ）は、スクリーン印刷装置の概略を示し、図５（ｂ）は基板認識位置の平面図を、図５（ｃ）は印刷位置の平面図を示す。
図５（ａ）に示すように、基板認識位置では、駆動機構１１が設けられたステージ２に基板１が保持・固定されている。ステージ２は、駆動機構１１によって同一平面内の任意の方向、すなわち互いに直交するＸ方向およびＹ方向と、ステージ２の上面に垂直な軸を回転軸とするΘ方向に対してそれぞれ移動可能に構成され、各方向についての位置調整が行われる。
【０００４】
図５（ｂ）に示すように、基板１には複数の認識マーク３やランド７が形成されており、基板１の上側に配置されたＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能なカメラ４によって、これらの認識マーク３やランド７が認識され、位置調整が行われる。
制御部としての主制御装置１３ｂには、駆動機構１１の動作制御を行うＸＹΘ駆動制御部１２、カメラ４の画像処理を行う画像処理装置９、外部から与えられた制御プログラムであるＮＣプログラムを内蔵したＮＣプログラムメモリ５ｂ、メモリ６、モニタ１０などが接続されており、所定のプログラムに従って動作制御される。
【０００５】
基板認識位置の基板１は、主制御装置１３ｂより与えられた制御プログラムに従って印刷位置まで搬送され、図５（ｃ）に示すように、基板１とスクリーン１５との位置あわせが行われる。このときのステージ２およびカメラ４の移動は、ＮＣプログラムメモリ５ｂに記憶されたＮＣプログラムの座標指示、もしくは作業者の座標教示によって制御される。
【０００６】
そして、パターンに応じた開口部が形成されたスクリーン１５を介してスキージ１４の移動によりクリーム半田１６が基板１に印刷される。なお、スクリーン１５には、基板１と位置合わせを行うための認識マーク（図示せず）が設けられている。
上記のように構成されたスクリーン印刷装置では、図６に示すテスト印刷が行なわれた後、図７に示す本格的なスクリーン印刷が開始される。
【０００７】
ここでは、説明を容易にするために、図８に示すように、複数ある認識マーク３のうちの左下の角部にある認識マーク３を例に挙げ、図８（ａ）の基板認識位置では、基板１の機械基準位置Ａからの認識マークの座標と傾きΘをＰ（Ｘ１、Ｙ１、Θ１）、図８（ｂ）の印刷位置での基板１の機械基準位置Ａからの認識マーク座標と傾きΘをＱ（Ｘ２、Ｙ２、Θ２）、スクリーン１５の機械基準位置Ａからの認識マーク座標と傾きをＲ（Ｘ３、Ｙ３、Θ３）として、基板１とスクリーン１５との位置合わせを説明する。
【０００８】
図６に示すテスト印刷では、ステップＳ１で図示しない供給ユニットより供給された基板１が、ステージ２に保持・固定される。
ステップＳ２では、基板認識位置でステージ２に保持・固定された基板１の認識マーク３がカメラ４により認識され、認識された画像が画像処理装置９に出力されて認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて、基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きＰ（Ｘ１、Ｙ１、Θ１）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともにメモリ６に記憶される。
【０００９】
画像処理装置９により検出された基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きに基づいて、駆動機構１１は基板１を所定位置に移動するようＸＹΘ駆動制御部１２によって方向と駆動量が制御されており、ステップＳ３では、ステップＳ２で検出したＰ（Ｘ１、Ｙ１、Θ１）に基づいて、基板１の印刷位置への移動が行われる。
【００１０】
ステップＳ４では、印刷位置における基板１の認識マーク３がステップＳ２の基板認識位置と同様にカメラ４により認識され、認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて、基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きＱ（Ｘ２、Ｙ２、Θ２）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともにメモリ６に記憶される。
【００１１】
ステップＳ５ではスクリーン１５が印刷位置に固定され、スクリーン１５の認識マーク３がカメラ４により認識され、認識された画像を画像処理装置９に出力することで認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて機械基準位置Ａからの中心座標と傾きＲ（Ｘ３、Ｙ３、Θ３）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともに、メモリ６に記憶される。
【００１２】
ステップＳ７では、スクリーン１５の下に基板１が移動され、ステップＳ４で求めた基板１の座標Ｑ（Ｘ２、Ｙ２、Θ２）と、ステップＳ６で求めたスクリーン１５の座標Ｒ（Ｘ３、Ｙ３、Θ３）とが比較され、相対ズレが算出される。
ステップＳ８では、算出された相対ズレを補正するよう基板１が位置決めされて固定され、ずれが最小化される。
【００１３】
ステップＳ９では、スキージ１７によりスクリーン１５上のクリームハンダ１６が基板１に試し刷りされる。
試し刷りされた基板１の印刷パターンは、ステップＳ１０で検証され、スクリーン１５と基板１とのずれが大きい場合には、ステップＳ２〜ステップＳ１０のルーチンが繰り返され、ＮＣプログラムメモリ５ｂに記憶されたＮＣプログラムを変更する作業が所定の位置関係が得られるまで繰り返される。
【００１４】
試し刷りによる調整が完了すると、ステップＳ１１では基板１がステージ２から取り外され、テスト印刷が終了する。
次いで、図７に示すように、ステップＳ１で基板１がステージ２に保持・固定され、ステップＳ２で認識位置での基板１の機械基準位置からの中心座標Ｐ（Ｘ１、Ｙ１、Θ１）が求められ、この結果に基づいて、ステップＳ３では基板１の印刷位置への移動が行われる。
【００１５】
ステップＳ４では、印刷位置での基板１とスクリーン１５との相対ズレが算出され、ステップＳ５で上記と同様の位置補正が行なわれた後、ステップＳ６で印刷が実行され、ステップＳ７で印刷の終了した基板１がステージ２から取り外されてスクリーン印刷が完了する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のスクリーン印刷装置では、ＮＣプログラムメモリ５ｂに記憶されたＮＣプログラムは、機械基準位置Ａを基準に基板認識位置での認識マークの座標と傾きＰ（Ｘ１、Ｙ１、Θ１）、印刷位置での基板１の認識マーク座標と傾きＱ（Ｘ２、Ｙ２、Θ２）、印刷位置でのスクリーン１５の認識マーク座標と傾きＲ（Ｘ３、Ｙ３、Θ３）を定めているため、同一機種のスクリーン印刷装置を用いても、各機械間の部品や組立てのバラツキにより、基準となる機械基準位置Ａからの各座標が同じにならない。
【００１７】
従って、同じＮＣプログラム、同一機種であっても、各機械間で必ずしも前記の各認識マーク座標が同じ値とはならず、ＮＣプログラムの互換性がないという問題がある。
そのため、同一生産機種でありながら、各機種、各機械毎にそれぞれ専用のＮＣプログラムを持つか、毎回ＮＣプログラムを編集あるいは修正し直さなければならず、ＮＣプログラムの作成や管理が作業者の負担になる。
【００１８】
本発明は前記の問題点を解決し、同一機種のみならず異機種であってもＮＣプログラムの互換性を有するスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクリーン印刷装置は、オフセット量が設定される設定部を設けたことを特徴とする。
この本発明によると、同一機種のみならず異機種であっても制御プログラム（ＮＣプログラムなど）の互換性があって作業者の負担を軽減でき、生産性が高く、しかも基板に対して高精度に印刷できるスクリーン印刷装置が提供できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明のスクリーン印刷装置は、外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせし、前記スクリーンを介して前記基板に印刷するスクリーン印刷装置において、前記制御プログラムを実行して基板とスクリーンとを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部を設け、前記制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で制御を補正して位置合わせ制御を実行する制御部を設け、前記オフセット量は、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用することを特徴とする。
【００２３】
この構成によると、同一機種のみならず異機種であってもＮＣプログラムの互換性を持つことができる。また、ＮＣプログラムの作成や管理などの作業者の負担を軽減できる。
【００２４】
以下、本発明の位置決め方法を用いたスクリーン印刷装置を、図１〜図４を用いて説明する。
なお、従来例を示す図５〜図８と同様の作用をなすものには、同一の符号を付けて説明する。
【００２５】
図１（ａ）は、スクリーン印刷装置の構成を示し、図１（ｂ）は基板認識位置の平面図を、図１（ｃ）は印刷位置の平面図を示す。
この実施の形態におけるスクリーン印刷装置では、従来例を示す図５と同様に構成された装置において、制御プログラムを実行して基板１とスクリーン１５とを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部としてのオフセットメモリ１７を設け、制御プログラムを実行するときにオフセットメモリ１７から読み出したオフセット量で制御を補正して位置あわせ制御を実行するように制御部としての主制御装置１３ａを構成した点で異なる。
【００２６】
オフセットメモリ１７には、オフセット量が生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定されている。
詳細には、図１（ａ）に示すように、基板認識位置では、駆動機構１１が設けられたステージ２に基板１が保持・固定されている。ステージ２は、同一平面内の任意の方向、すなわち互いに直交するＸ方向およびＹ方向と、ステージ２の上面に垂直な軸を回転軸とするΘ方向に位置調整可能となっており、駆動機構１１は、ＸＹΘ方向についての制御機能を有するＸＹΘ駆動制御部１２から方向と駆動量に関するデータを受けとって、ステージ２を該当する方向に所定量駆動し、画像処理装置９により求められたずれを最小化する。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、基板１には複数の認識マーク３やランド７が形成されており、基板１の上側には、認識マーク３を撮像するためのＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能なカメラ４が配置されている。
制御部としての主制御装置１３ａには、駆動機構１１の動作制御を行うＸＹΘ駆動制御部１２、カメラ４の画像処理を行う画像処理装置９、外部から与えられた制御プログラムであるＮＣプログラムを内蔵したＮＣプログラムメモリ５ａ、メモリ６、モニタ１０、機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットが記憶されたオフセットメモリ１７などが接続され、各部間のデータの授受や各部の動作タイミングの制御など、装置全体は、所定のプログラムに従って主制御装置１３ａによって制御される。
【００２８】
基板認識位置の基板１は、主制御装置１３ａより与えられた制御プログラムに従って印刷位置まで搬送され、図１（ｃ）に示すように、基板１とスクリーン１５との位置あわせが行われる。このときのステージ２およびカメラ４の移動は、ＮＣプログラムメモリ５ａに記憶されたＮＣプログラムの座標指示、もしくは作業者の座標教示によって制御される。
【００２９】
そして、パターンに応じた開口部が形成されたスクリーン１５を介してスキージ１４の移動によりクリーム半田１６が基板１に印刷される。なお、スクリーン１５には、基板１と位置合わせを行うための認識マーク（図示せず）が設けられている。
上記のように構成されたスクリーン印刷装置では、従来例に示す図７に示すフローチャートに従ってスクリーン印刷を行う前に、図２に示す工程に従ってスクリーン１５と基板１を位置合わせする為のＮＣプログラムが作成される。ただし、予めＮＣプログラムがある場合には、この工程は不要である。
【００３０】
ここでは、説明を容易にするために、図３に示すように、複数ある認識マーク３のうちの左下の角部にある認識マーク３を例に挙げ、図３（ａ）の基板認識位置での機械基準位置Ａからの中心座標と傾きをα（Ｘ１＋ｘ１＋Δｘ１、Ｙ１＋ｙ１＋Δｙ１、Θ１＋θ１＋Δθ１）、図３（ｂ）の印刷位置での基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きをβ（Ｘ２＋ｘ２＋Δｘ２、Ｙ２＋ｙ２＋Δｙ２、Θ２＋θ２＋Δθ２）、スクリーン１５の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きをγ（Ｘ３＋ｘ３＋Δｘ３、Ｙ３＋ｙ３＋Δｙ３、Θ３＋θ３＋Δθ３）、として、基板１とスクリーン１５との位置合わせを説明する。
【００３１】
なお、大文字はＮＣプログラム、小文字は機種毎の固定値、Δ付きの小文字は機械毎のバラツキのオフセットを示す。
図２に示すＮＣプログラムの作成工程では、ステップＳ１で図示しない供給ユニットより供給された基板１が、ステージ２に保持・固定される。
ステップＳ２では、基板認識位置でステージ２に保持・固定された基板１の認識マーク３がカメラ４により認識され、認識された画像が画像処理装置９に出力されて認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて、基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きα（Ｘ１＋ｘ１＋Δｘ１、Ｙ１＋ｙ１＋Δｙ１、Θ１＋θ１＋Δθ１）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともにメモリ６に記憶される。
【００３２】
ステップＳ３では、基板１の印刷位置への移動が行われる。
ステップＳ４では、印刷位置における基板１の認識マーク３がステップＳ２と同様にカメラ４により認識され、認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて、基板１の機械基準位置Ａからの中心座標と傾きβ（Ｘ２＋ｘ２＋Δｘ２、Ｙ２＋ｙ２＋Δｙ２、Θ２＋θ２＋Δθ２）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともにメモリ６に記憶される。
【００３３】
ステップＳ５ではスクリーン１５が印刷位置に固定され、スクリーン１５の認識マーク３がカメラ４により認識され、認識された画像を画像処理装置９に出力することで認識マーク３の座標が検出される。この座標に基づいて機械基準位置Ａからの中心座標と傾きγ（Ｘ３＋ｘ３＋Δｘ３、Ｙ３＋ｙ３＋Δｙ３、Θ３＋θ３＋Δθ３）が求められ、モニタ１０に画像が表示されるとともに、メモリ６に記憶される。
【００３４】
ステップＳ７では、スクリーン１５の下に基板１が移動され、ステップＳ４で求めた基板１の座標β（Ｘ２＋ｘ２＋Δｘ２、Ｙ２＋ｙ２＋Δｙ２、Θ２＋θ２＋Δθ２）と、ステップＳ６で求めたスクリーン１５の座標γ（Ｘ３＋ｘ３＋Δｘ３、Ｙ３＋ｙ３＋Δｙ３、Θ３＋θ３＋Δθ３）とが比較され、相対的な位置ずれ量が検出される。
【００３５】
ステップＳ８では、ＸＹθ駆動制御部１２は、ステップＳ７で検出された相対的な位置ずれ量を入力して、位置ずれ量を最小化するために、ステージ２を駆動機構１により任意の方向、すなわち、互いに直交するＸ方向およびＹ方向の２直線方向と、ステージ２の上面と垂直な縦軸を回転軸とするΘ方向である回転方向とに駆動して位置調整が行なわれる。
【００３６】
この結果、印刷位置におけるスクリーン１５と基板１との相対的な位置ずれは高精度に補正される。
ステップＳ９では、図示しない基板搬出ユニットによって基板１がステージ２がとりはずされる。
上記のように作成されたＮＣプログラムは、機種が変わると、小文字で表した機種毎の固定値が反映され、機械が変わると、Δ付きの小文字で表した機械毎のバラツキのオフセットが反映される。このように、ＸＹΘの各軸に機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットを備えた構成とすることで、同一機種のみならず機械が変わってもそれにあった互換性のあるＮＣプログラムとなる。従って、作業者の負担を軽減でき、生産性を高めることができる。
【００３７】
上記の工程によりＮＣプログラムが作成されると、従来例と同様に図７に示すフローチャートで生産が開始され、スキージ１４の移動によりスクリーン１５上のクリームハンダ１６が基板１に印刷される。この場合、スクリーン１５と基板１との相対的な位置関係は、ＸＹΘ駆動制御部１２により高精度に位置決めされているので、位置ずれ等を生じることなく良好なクリームハンダの印刷が実現できる。
【００３８】
このように制御プログラムを実行する実行装置の側に、制御対象物を目標位置に近づけるに必要なオフセット量を設定し、制御プログラムを実行するときに前記オフセット量で制御を補正して位置合わせすることで、長時間の調整作業が不要となり、高精度の位置決めが実現できる。
なお、上記説明では、基板１とスクリーン１５とを図３に示すように配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図４に示すように異なった配置としても、上記と同様に機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットについての構成を適応でき、ＮＣプログラムに互換があるものとなる。
【００３９】
また、上記説明では、スクリーン１５を固定してステージ２を駆動機構１１により移動させるよう構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステージ２を固定とし、スクリーン１５に駆動機構１１と同様の駆動機構を設けて移動させるよう構成してもよい。
また、上記説明では、基板１の認識マーク３を認識するよう構成したが、認識マーク３を設けずに基板１のランド７等を認識するようにしても良い。また、スクリーン１５にも認識マーク３を設けたが、認識マーク３を設けずに基準となる部分として、スクリーン１３ａの開口部などを認識するようにしても良い。
【００４０】
また、基板１およびスクリーン１５に対して１台のカメラ４を設けたが、カメラの移動時間短縮のため、カメラ４の台数を複数にしてもよい。
また、上記説明では、スクリーン印刷装置の印刷工程を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、外部から与えられた制御プログラムに従って制御対象物を目標位置に位置合わせするように制御する場合であれば、印刷工程以外の処理工程にも適用できる。この時の、制御対象物体は特に限定されるものではなく、ガラス基板やウエハ等の位置決めにも適用できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明のスクリーン印刷装置によると、あらかじめ必要なオフセット量が設定される設定部を設け、制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で基板とスクリーンとの位置合わせ制御を行う制御部を設け、前記オフセット量が、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用することで、単一プログラムで複数台のスクリーン印刷装置を運転する場合に、各スクリーン印刷装置のバラツキがあっても、各回毎に制御プログラムを編集あるいは修正する必要がなくなり、制御プログラムの作成や管理などの作業者の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構成図および基板認識位置と印刷位置における平面図
【図２】本発明の実施の形態におけるＮＣプログラムの作成工程を示すフローチャート図
【図３】本発明の実施の形態におけるＮＣプログラムの構成を説明する図
【図４】本発明の別の実施の形態におけるＮＣプログラムの構成を説明する図
【図５】従来のスクリーン印刷装置の構成図および基板認識位置と印刷位置における平面図
【図６】従来のスクリーン印刷装置のテスト印刷の工程を示すフローチャート図
【図７】従来のスクリーン印刷装置の動作を説明するフローチャート図
【図８】従来のスクリーン印刷装置のＮＣプログラムの構成を説明する図
【符号の説明】
１ 基板
３ 認識マーク
５ａ ＮＣメモリ
１０ オフセットメモリ
１３ａ 主制御装置
１５ スクリーン

Claims (2)

1. 外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせし、前記スクリーンを介して前記基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
   前記制御プログラムを実行して基板とスクリーンとを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部を設け、
   前記制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で制御を補正して位置合わせ制御を実行する制御部を設け、
   前記オフセット量は、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、
   前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用する
   スクリーン印刷装置。
2. 前記制御プログラムは、基板に予め設定されている第１マークの基板認識位置および印刷位置における機械基準位置からの座標および傾きのデータと、スクリーンに予め設定されている第２マークの印刷位置における前記機械基準位置からの座標および傾きのデータを有し、それらの座標および傾きのデータはオフセット量のパラメータを含み、
   前記制御部は、前記制御プログラムを実行するときに、前記第１マークの前記機械基準位置からの座標および傾きのデータに含まれるオフセット量のパラメータ、ならびに前記第２マークの前記機械基準位置からの座標および傾きのデータに含まれるオフセット量のパラメータに、前記設定部から読み出したオフセット量を反映させる
   請求項１記載のスクリーン印刷装置。

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