JP4840417B2 - Solder printing apparatus and solder printing method - Google Patents
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Description
本発明は、スクリーンマスクとスキージを用いる半田印刷装置および半田印刷方法に関するものである。 The present invention relates to a solder printing apparatus and a solder printing method using a screen mask and a squeegee.
スクリーン印刷は、基板の上面(半田を印刷する面)をマスクで覆い、スキージを用いてマスク上にクリーム状の半田を押し広げることで、マスクに設けられているパターン孔に半田を押し込んで基板の上面にパターン孔に倣った所定の形状に半田を印刷するという、電子部品の実装分野では広く用いられている印刷技術である。スキージは、マスク上の半田を掻き取りながらマスクの一端から他端に摺動して半田の印刷を行うので、印刷を終えたときにはマスクの他端側に半田の塊を形成する。スキージは、マスク上を一端から他端に摺動するものと、他端から一端に摺動するものとの一対で構成されており、一対のスキージを交互に用いることで、半田の塊をマスク上で移動させながら複数の基板に連続して半田を印刷する。1つの基板に半田の印刷を終えると、印刷に用いたスキージを上昇させてマスクから離し、代わりに他方のスキージを下降させてマスクに接触させるが、スキージをマスクから離すときに一部の半田がスキージに付着したまま追随して持ち上げられることがある。このため、マスク上に残存する半田の量が、実際に基板に印刷された量以上が減少することになり、想定した枚数の基板に印刷するのに必要な半田量が不足し、空印刷や印刷量不足等の印刷不良の問題が発生していた。このようなスキージへの半田の追随を把握するため、反射型光電センサを用いて半田による反射光の受光の有無によって半田の付着状態を検出する技術が存在している(特許文献1参照)。
スキージへの半田の付着状態を反射型光電センサ等の光学センサを用いて検出する場合、幅広のスキージに対しては検出可能範囲に応じて複数の光学センサが必要となり、コストや占有容積の点で不利である。また、半田の位置や形状によっては想定した位置に光が反射されない場合があり、この場合は半田の付着を検出できないという欠点がある。 When detecting the adhesion state of solder to the squeegee using an optical sensor such as a reflective photoelectric sensor, multiple optical sensors are required for wide squeegees depending on the detectable range. It is disadvantageous. In addition, depending on the position and shape of the solder, light may not be reflected at an assumed position. In this case, there is a disadvantage that the adhesion of solder cannot be detected.
本発明は、スキージへの半田の付着を遺漏なく検出することで印刷不良の発生を防止する半田印刷装置および半田印刷方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solder printing apparatus and a solder printing method that prevent the occurrence of printing defects by detecting the adhesion of solder to a squeegee without omission.
本発明は、第1に、スクリーンマスクに対してスキージを昇降させるシリンダ機構と、前記シリンダ機構に前記スキージを上昇させるための上昇圧と下降させるための下降圧を供給する手段と、半田印刷後に前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇した高さを測定する手段と、前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段と、を備えることを特徴とする半田印刷装置として構成した。一定の上昇圧のもとでは半田が付着量の多寡によってスキージの上昇高さが異なるので、実際にスキージが上昇した高さによって半田の付着状態の良否を判断する。 The present invention includes, firstly, a cylinder mechanism that raises and lowers a squeegee with respect to a screen mask, means for supplying an upper pressure increase and a lower pressure decrease for raising and lowering the squeegee to the cylinder mechanism, and after solder printing Means for measuring a height at which the squeegee is raised when a predetermined upper pressure is supplied to the cylinder mechanism, and means for judging whether the squeegee is attached to the solder based on the height at which the squeegee is raised; Are configured as a solder printing apparatus. Since the rising height of the squeegee varies depending on the amount of the solder attached under a constant upward pressure, whether the solder is attached or not is determined based on the actual height of the increased squeegee.
第2に、第1の構成において、前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記スキージが所定の時間内に所定の高さまで上昇したことによって前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する構成とした。一定の上昇圧のもとでは半田の付着量の多寡によってスキージの上昇速度が異なるので、スキージが所定の高さに到達するのに要する
時間によって半田の付着状態の良否を判断する。
Secondly, in the first configuration, the means for determining whether the squeegee is attached to the solder is good or bad when the squeegee is raised to a predetermined height within a predetermined time. It was set as the structure which judges. Since the squeegee ascending speed varies depending on the amount of solder adhesion under a certain upward pressure increase, the quality of the solder adhesion state is judged based on the time required for the squeegee to reach a predetermined height.
第3に、第1の構成において、前記スキージに半田が付着していない状態において前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇する高さを記憶する手段を備え、前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記記憶された高さと前記測定された高さとの比較結果に基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する構成とした。半田が付着していないスキージが上昇する高さと実際に測定された高さとの差によって半田の付着状態の程度を判断することができる。 Third, in the first configuration, the squeegee includes a means for storing a height at which the squeegee rises when a predetermined upper pressure is supplied to the cylinder mechanism in a state where no solder is attached to the squeegee. The means for judging whether or not the solder adhesion state is good is based on a result of comparison between the stored height and the measured height, and judges whether or not the solder adhesion state of the squeegee is good. The degree of solder adhesion can be determined by the difference between the height at which the squeegee to which no solder is attached rises and the actually measured height.
第4に、スクリーンマスクに対してスキージを下降させる下降圧を前記スキージに作用させながら基板に半田を印刷する工程と、半田印刷後に前記スキージを上昇させる所定の上昇圧を前記スキージに作用させる工程と、前記所定の上昇圧を作用させたときに前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態を判断する工程と、を含む半田印刷方法として構成した。 Fourth, a step of printing solder on the substrate while applying a lower pressure drop for lowering the squeegee to the screen mask to the squeegee, and a step of applying a predetermined upper pressure increase for raising the squeegee after the solder printing to the squeegee And a step of determining the state of solder attachment to the squeegee based on the height at which the squeegee is raised when the predetermined upper pressure is applied.
半田付着量の多寡によって異なるスキージの上昇高さに基づいて半田の付着状態の良否を判断するので、半田の位置や形状に影響されず、半田の付着を遺漏なく検出することができる。 Since the quality of the solder adhesion state is determined based on the rising height of the squeegee that varies depending on the amount of solder adhesion, it is possible to detect the adhesion of the solder without being affected by the position and shape of the solder.
本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。図1、図2、図3は本発明の実施の形態の半田印刷装置の側面図、図4は半田印刷装置に備えられたスキージ装置の側面図、図5は半田印刷時にエアシリンダに供給する圧力を示すグラフ、図6はエアシリンダに供給する圧力とスキージの高さの関係を示す側面図、図7は本発明の実施の形態の半田印刷装置の動作例を示すフローチャートである。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1, 2, and 3 are side views of a solder printing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a side view of a squeegee apparatus provided in the solder printing apparatus, and FIG. 5 is supplied to an air cylinder during solder printing. FIG. 6 is a side view showing the relationship between the pressure supplied to the air cylinder and the height of the squeegee, and FIG. 7 is a flowchart showing an operation example of the solder printing apparatus according to the embodiment of the present invention.
最初に半田印刷装置について説明する。半田印刷装置1は、基板支持装置2と、スクリーンマスク3と、スキージ装置4と、検査装置5とで構成されている。基板支持装置2は、印刷面を上向きにした基板6を水平に保持するクランプ7と、基板6の印刷面とクランプ7の上面とを同一平面上に揃えるために基板6の高さを調整する基板高さ調整機構8と、半田印刷時には基板6を上昇させて印刷面をスクリーンマスク3の裏面に密着させ、版離れ時には基板6を下降させてスクリーンマスク3から離反させる基板昇降機構9と、基板6をスクリーンマスク3に対して水平方向に移動させて基板6とスクリーンマスク3との位置合わせを行う基板水平移動機構であるXロボット10およびYロボット11とで構成されている。
First, the solder printing apparatus will be described. The
スクリーンマスク3は表裏面に貫通する複数の孔12を備え、表面側に供給されたクリーム状の半田13を孔12の形状に倣って基板6の印刷面に転写印刷する構造になっている。
The
スキージ装置4は、一対のスキージ14、15と、スキージ14、15を昇降させるスキージ昇降機構16とを備えている。スキージ14は、図2に示すようにスクリーンマスク3の表面を摺動して半田13を移動させながら孔12に充填する。孔12に充填された半田13は、版離れ時に孔12から抜けて基板6に追随する。これにより基板6は印刷面に孔12の位置および形状に倣った半田13が印刷された状態となる。
The
スキージ14、15はそれぞれ相反する方向に方向性を有している。図2でスクリーンマスク3に接触したスキージ14は、図3に示すように半田13を移動させた後に上昇してスクリーンマスク3から離反する。スキージ14によって半田が印刷された基板6は搬
出され新たな基板6が搬入されると、今度はスキージ15がスクリーンマスク3上の半田13を反対方向に移動させながら半田印刷を行う。
The
検査装置5は、上下方向をそれぞれ撮像するカメラ17、18を備えている。印刷終了後にスクリーンマスク3と基板6の間に移動して、スクリーンマスク3と基板6を撮像し、画像解析によってスクリーンマスク3の目詰まりや半田の印刷状態を検査する。この検査結果は図示しない表示装置や警告装置によってオペレータに通知される。
The
搬送レール19は、半田印刷装置1の前工程および後工程にあるそれぞれの装置と連結されており、前工程から印刷対象となる基板6を搬入し、印刷後の基板6を後工程に搬出する。
The
次にスキージ装置4について図4を参照して説明する。スキージ昇降装置16はスキージ14、15のそれぞれに対応して同じ構成のものが2つ備わっている。ここではスキージ14を例にとって説明を行う。
Next, the
機枠20に対してスキージ14を昇降させるスキージ昇降機構16はボールねじ機構とシリンダ機構を備えている。ボールねじ機構はスキージ14の高さを設定する機能を有しており、シリンダ機構はボールねじ機構で設定された高さからさらに下方にスキージ14を押し下げる機能を有している。
A
ボールねじ機構は、機枠20に鉛直軸周りに回転自在に取り付けられたボールねじ21と、ボールねじ21と螺合したナット22と、ボールねじ21に回転駆動を与えるモータ23と、ボールねじ21とモータ23の回転軸に取り付けられたプーリ24、25と、プーリ24、25に調帯されたベルト26とで構成されている。ナット22にはシリンダ機構が取り付けられており、ボールねじ機構の駆動によってシリンダ機構自体が昇降するようになっている。
The ball screw mechanism includes a
シリンダ機構は下方に向けてロッド30を伸縮するエアシリンダ31を備えている。ロッド30の先端には移動プレート32が取り付けられている。移動プレート32にはスキージロック爪33が取り付けられている。スキージロック爪33はスキージ14を着脱自在に固定することができる。スキージロック爪33はベアリング34を介して移動プレート32に取り付けられており、スキージロック爪33に取り付けられたスキージ14は移動プレート32に対して角度を変えながらマスクプレート3の傾きに追随することができる。
The cylinder mechanism includes an air cylinder 31 that extends and contracts the rod 30 downward. A moving plate 32 is attached to the tip of the rod 30. A squeegee lock claw 33 is attached to the moving plate 32. The squeegee lock claw 33 can detachably fix the
ボールねじ21を挟んで配された2本のシャフト35、36は、下端で移動プレート32と連結され、機枠20に取り付けられたブラケット37、38に鉛直方向に摺動自在に挿嵌されている。これらのシャフト35、36は、スキージ14の取り付け剛性を高めるとともにスキージ14の昇降を鉛直方向に規制し、さらにボールねじ21の回転に伴ってスキージ14が回転しないようにしている。
The two shafts 35 and 36 arranged with the
エアシリンダ31には2つのエア供給口41、42が備わっている。一方のエア供給口41からは図示しないレギュレータによって調圧されたエアが常時供給され、エアシリンダ31にはスキージ14を上昇させるための上昇圧が生じる。他方のエア供給口42からはレギュレータ43によって調圧されたエアが供給される。エア供給口42から供給するエアはスキージ14を下降させるためのものであり、このエアにより生じた圧力が常時作用している上昇圧より弱い場合であれば、エアシリンダ31は依然上昇圧が作用した状態に維持されるのでスキージ14は上昇する。これに対し常時作用している上昇圧より強い圧力であれば、エアシリンダ31にはスキージ14を下降させる下降圧が生じ、スキージ
14は下降する。
The air cylinder 31 is provided with two air supply ports 41 and 42. Air that has been regulated by a regulator (not shown) is constantly supplied from one air supply port 41, and an upward pressure increase is caused in the air cylinder 31 to raise the
スキージ装置4はスキージ14の高さを検出する検出機構として、移動プレート32取り付けられたドグ44と、機枠20に取り付けられた高さ検出センサ45を備えている。高さ検出センサ45は移動プレート32に伴って昇降するドグ44を検出することでスキージ14の高さを検出する。
The
次にエアシリンダが発生する圧力について図5を参照して説明する。半田印刷装置1は半田印刷に際してスキージ14をスクリーンマスク3の表面に押し付け、半田13に圧力(印圧)をかけながら印刷を行う。この印圧はシリンダ機構の駆動によって付与する。すなわち、ボールねじ機構によってスクリーンマスク3に対するスキージ14の高さを調整し、シリンダ機構によってスキージ14をさらに下降させることで印圧を付与する。印圧はレギュレータ43で調整する。
Next, the pressure generated by the air cylinder will be described with reference to FIG. The
半田印刷時はエアシリンダ31にスキージ14を下降させる下降圧(印圧p1)を供給する。下降したスキージ14はスクリーンマスク3に押接し、半田13に印圧p1を加えながら孔12に充填する。
During solder printing, a lower pressure drop (printing pressure p1) for lowering the
版離れ時はエアシリンダ31にバランス圧p2を供給する。バランス圧p2はスキージ14を上昇も下降もしない状態に維持する圧力であり、この状態においてスキージ14はスクリーンマスク3に軽く接触しているだけになる。
When the plate is released, the balance pressure p2 is supplied to the air cylinder 31. The balance pressure p2 is a pressure that maintains the
版離れが終了したらエアシリンダ31に検出圧p3を供給する。検出圧p3はスキージ14を上昇させる上昇圧であり、スキージ14に少量の半田が付着している程度であれば所定の時間内に所定の高さまでスキージ14を上昇させることが可能であるが、大量の半田が付着することで総重量が増大したスキージ14であれば所定の時間内に所定の高さまで上昇させることが不可能となる上昇圧である。
When the plate separation is completed, the detection pressure p3 is supplied to the air cylinder 31. The detection pressure p3 is a rising pressure that raises the
図6(a)はバランス圧p2供給時のスキージ14の高さを示している。エアシリンダにバランス圧p2が供給されたことでスキージ下端はスクリーンマスク3に軽く接触した状態にある。スキージ14には印刷時に印圧p1が加えられた半田13が接触したままの状態である。図6(b)、(c)は検出圧p3供給時のスキージ14の高さを示している。検出圧p3の供給開始によりスキージ14には上昇圧が作用するが、印圧p1の作用で押し付けられた半田13がスキージ14に付着しているような場合には、図6(b)に示すように半田13の一部がスキージ14に付着したまま持ち上げられることがある。付着した半田量が少量であればスキージ14の重量増加の影響は小さいので、スキージ14は円滑に上昇し、所定時間内にドグ44が高さ検出センサ45の検出高さに到達する。
FIG. 6A shows the height of the
これに対し、多量の半田の付着によりスキージ14の総重量が大幅に増加したり、図6(c)に示すように半田13が塊のままスキージ14に固着したりするなどスキージ14の円滑な上昇が阻害されるような場合には、ドグ44は所定時間内に検出高さに到達することができない。
On the other hand, the total weight of the
半田印刷装置1は検出圧p3の供給を開始してから所定時間を経過する間に高さ検出センサ45がドグ44を検出するか否かによってスキージ14の半田の付着状態の良否を判断する。所定時間内に高さ検出センサ45がドグ44を検出した場合には半田の付着状態は正常と判断し、検出しない場合には異常と判断する。
The
次に半田印刷装置1が行う半田の印刷動作について図7を参照して説明する。半田印刷装置1は搬入された基板6の印刷面に半田を印刷し、その後、基板6とスクリーンマスク
3を離反させる(ST1)。版離れが終了したらエアシリンダ31に検出圧p3を供給する(ST2)。検出圧p3の供給開始直後からの経過時間を確認する(ST3)。所定時間(ここでは2秒に設定)を経過する前にスキージ14が所定の高さまで上昇し、高さ検出センサ45がドグ44を検出した場合は(ST4)、印刷を継続する(ST5)。スキージ14の上昇が確認できたことで、スキージ14に付着している半田が少量であること、すなわちスクリーンマスク3上に十分な量の半田が残存していることが確認できたので、そのまま印刷を継続しても半田量に関しては何ら問題がないからである。
Next, a solder printing operation performed by the
これに対し、検出圧p3の供給を開始してから2秒経過しても高さ検出センサ45がドグ44を検出せず、スキージ14の上昇が確認できない場合には、印刷を中断し、スキージ14の清掃や半田の補充等を促す異常警告を出す(ST6)。スキージ14の上昇が確認できないということは、スキージ14に大量の半田が付着し、スクリーンマスク3上に残存する半田量が不足しているか、半田が流動性を失って塊として固着し、もはや印刷には適さない状態となっていると考えられるので、そのまま印刷を継続すると印刷不良の問題を招くおそれあるからである。
On the other hand, if the
高さ検出センサ45は、スキージ14の上昇に伴って上昇するドグ44の移動経路に点として配置し、ドグ44が高さ検出センサ45の検出高さを通過したことをもってスキージ14の上昇を確認するようにしてもよいし、ドグ44の移動経路に沿って連続した線状に配置し、スキージ14の高さを測定するようにしてもよい。この場合、半田が付着していない状態にあるスキージ14が検出圧p3を供給したときに上昇する高さを予め記憶しておき、実際に上昇した高さと比較することで半田の付着状態を判断する。記憶された高さと実際に測定された高さの差の程度に応じて半田の付着状態の程度を判断することが可能である。
The
本発明はスクリーンマスクとスキージを用いて半田の印刷を行う実装分野において利用可能である。 The present invention can be used in the mounting field in which solder is printed using a screen mask and a squeegee.
1 半田印刷装置
3 スクリーンマスク
6 基板
14、15 スキージ
31 エアシリンダ
43 レギュレータ
44 ドグ
45 高さ検出センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記シリンダ機構に前記スキージを上昇させるための上昇圧と下降させるための下降圧を供給する手段と、
半田印刷後に前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇した高さを測定する手段と、
前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段と、
を備えることを特徴とする半田印刷装置。 A cylinder mechanism that raises and lowers the squeegee relative to the screen mask;
Means for supplying the cylinder mechanism with upper and lower pressures for raising and lowering the squeegee;
Means for measuring the height at which the squeegee is raised when a predetermined upper pressure is supplied to the cylinder mechanism after solder printing;
Means for determining whether the soldering state of the squeegee is attached based on the height of the squeegee;
A solder printing apparatus comprising:
前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記記憶された高さと前記測定された高さとの比較結果に基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断することを特徴とする請求項1に記載の半田印刷装置。 Means for storing a height at which the squeegee rises when a predetermined upper pressure is supplied to the cylinder mechanism in a state where no solder is attached to the squeegee;
The means for judging whether the soldering state of the squeegee is in good condition determines whether the soldering state of the squeegee is in good condition based on a comparison result between the stored height and the measured height. The solder printing apparatus according to claim 1.
半田印刷後に前記スキージを上昇させる所定の上昇圧を前記スキージに作用させる工程と、
前記所定の上昇圧を作用させたときに前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態を判断する工程と、
を含む半田印刷方法。 A step of printing solder on the substrate while acting on the squeegee a lower pressure drop that lowers the squeegee with respect to the screen mask;
A step of applying a predetermined upward pressure to the squeegee to raise the squeegee after solder printing;
Determining the adhesion state of the solder of the squeegee based on the height at which the squeegee is raised when the predetermined upper pressure is applied;
A solder printing method comprising:
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