JP5392278B2

JP5392278B2 - スクリーン印刷機及びスクリーン印刷方法

Info

Publication number: JP5392278B2
Application number: JP2011034089A
Authority: JP
Inventors: 成孝阿部; 俊行村上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: WO2012114689A1; CN103380000B; CN103380000A; US20130291742A1; JP2012171154A

Description

本発明は、基板の上面に接触させたマスクに対してスキージを摺動させ、マスク上に供給されたペーストをスキージによりマスク上でローリングさせることによって基板にペーストを転写させて印刷するスクリーン印刷機及びスクリーン印刷方法に関するものである。

スクリーン印刷機は、基板上に設けられた複数の電極のそれぞれに半田ペーストや導電性ペースト等のペーストを転写させて印刷する装置であり、基板の電極配置に応じて形成された開口部を有したマスクを開口部と電極とが合致するようにして基板の上面に接触させ、マスク上にペーストを供給したうえで、箆状のスキージをマスク上で摺動させる。これによりペーストはマスクとスキージの間で回転（ローリング）させられながらマスク上を移動してマスクの開口部に充填されて基板上の電極にペーストが転写され、その後マスクを基板から離間させて版離れさせると、電極上にペーストが残って電極にペーストが印刷された状態となる。

このようなスクリーン印刷機の中には、マスク上でローリングされるペーストが効率的にマスクの開口部内に充填されるようにするため、スキージを保持するスキージホルダに設けた一対の漏れ防止部材をスキージとともにマスク上を摺動させることによってマスク上でローリング中のペーストがスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に漏れ出ることを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−３４６３８号公報

しかしながら、上記従来のスクリーン印刷機では、ペーストがスキージ及び漏れ防止部材によって形成される区画内に収まった状態でローリングされるようにするため、ペーストの最大高さが漏れ防止部材の高さを超えない状態でペーストのローリングを行っていたことから、ローリング中のペースト（このローリング中のペーストは全体として、スキージの長手方向に延びた柱形状とみなすことができる）の両端部には漏れ防止部材からの摩擦抵抗が作用し、これがペースト全体のスムーズなローリングの妨げとなって印刷状態が不良になる場合があるという問題点があった。

そこで本発明は、ペーストのスムーズなローリングを実現して印刷不良の発生を低減し得るようにしたスクリーン印刷機及びスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のスクリーン印刷機は、基板の上面に接触されるマスクと、基板の上面に接触されたマスクに対して摺動し、マスク上に供給されたペーストをマスク上でローリングさせることによって基板にペーストを転写させるスキージとを備えたスクリーン印刷機であって、スキージを保持するスキージホルダに設けられ、スキージとともにマスク上を摺動してマスク上でローリング中のペーストがスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に漏れ出ることを防止する漏れ防止部材を有し、マスク上のペーストの高さがマスクの上面からの漏れ防止部材の高さよりも高く、漏れ防止部材の高さよりも高い位置に位置するペーストが漏れ防止部材を超えてスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に流出しない状態でペーストのローリングを行う。

請求項２に記載のスクリーン印刷方法は、マスクを基板の上面に接触させる工程と、基板の上面に接触されたマスクに対してスキージを摺動させ、マスク上に供給されたペーストをスキージによりマスク上でローリングさせることによって基板にペーストを転写させる工程とを含み、スキージを保持するスキージホルダに設けられた漏れ防止部材をスキージとともにマスク上を摺動させることによってマスク上でローリング中のペーストがスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に漏れ出ることを防止するようにしたスクリーン印刷方法であって、マスク上のペーストの高さがマスクの上面からの漏れ防止部材の高さよりも高く、漏れ防止部材の高さよりも高い位置に位置するペーストが漏れ防止部材を超えてスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に流出しない状態でペーストのローリングを行う。

本発明では、マスク上のペーストの高さがマスクの上面からの漏れ防止部材の高さよりも高く、漏れ防止部材の高さよりも高い位置に位置するペーストが漏れ防止部材を超えてスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に流出しない状態でペーストのローリングを行うようになっており、漏れ防止部材によるスキージのからのペーストの漏れを防止しつつ、ローリング中のペーストの両端部に作用する漏れ防止部材からの摩擦抵抗を小さくすることができるので、ペースト全体のスムーズなローリングを実現でき、印刷不良の発生を低減することができる。

本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機の概略構成図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機の側面図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機の正面図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機の平面図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が備えるスキージユニットの（ａ）斜視図（ｂ）分解斜視図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が備えるスキージユニットの部分拡大図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が備えるスキージユニットの（ａ）部分側面図（ｂ）部分正面図本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機によるスクリーン印刷方法の実行手順を示すフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１、図２及び図３に示すスクリーン印刷機１は、基板２を搬入する動作、搬入した基板２上に設けられた複数の電極２ａ（図４）のそれぞれに半田ペーストや導電性ペースト等のペーストＰｓを印刷する動作及びペーストＰｓを印刷した基板２を搬出する動作から成る一連の工程を繰り返し実行する装置である。

図１、図２及び図３において、スクリーン印刷機１は基台３上に設けられて基板２の搬送、位置決め及び保持を行う基板保持部及び保持した基板２の移動を行う基板移動部としての基板保持移動ユニット４、基板保持移動ユニット４に保持された基板２上の電極２ａに開口部５ａ（図４）を合致させて基板２の上面に接触されるマスク５、基板２の上面に接触されたマスク５上を摺動してマスク５上に供給されたペーストＰｓをマスク５上で掻き寄せてローリング（回転）させることにより、マスク５の開口部５ａを介して基板２上の電極２ａにペーストＰｓを転写させるスキージング機構６、撮像動作を行うカメラユニット７及び各部の作動制御を行う制御装置８を備えている。

以下、説明の便宜上、スクリーン印刷機１において基板２を搬送する水平面内方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する水平面内方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸とする。更に、Ｙ軸方向をスクリーン印刷機１の前後方向、Ｘ軸方向をスクリーン印刷機１の横（左右）方向とし、前後方向のうち、スクリーン印刷機１に対してオペレータ（図示せず）が作業を行う側（図１及び図２の紙面右側）をスクリーン印刷機１の前方、その反対側（図１及び図２の紙面左側）を後方とする。

図２及び図３において、基板保持移動ユニット４は、基台３上に段積みされたＹテーブル１１、Ｘテーブル１２及びθテーブル１３の相対移動による基台３に対する水平面内での移動とθテーブル１３に対する上下動によって基台３に対する昇降移動が可能なベース部１４を備え、ベース部１４の上面にＹ軸方向に対向して設けられた一対の支柱１５には、Ｘ軸方向に延びた一対の搬送コンベア１６とＹ軸方向に開閉自在な一対のクランプ部材１７（図４も参照）が設けられている。また、ベース部１４の中央部には、ベース部１４に対して昇降自在な下受け部材１８が設けられている。

図２、図３及び図４において、一対の搬送コンベア１６は基板２のＹ軸方向の両端を下方から支持してＸ軸方向に搬送し、位置決めする。一対のクランプ部材１７はＹ軸方向に開閉し、搬送コンベア１６によって位置決めされた基板２のＹ軸方向の両端部をクランプする。下受け部材１８はベース部１４に対して昇降し、クランプ部材１７によってクランプされた基板２の中央部を下方から支持（下受け）する。

図４において、マスク５は平面視において矩形の枠状部材から成るマスク枠５Ｗによって四辺が支持されており、開口部５ａはマスク枠５Ｗによって囲まれた矩形の領域内に設けられている。

図４において、基板２の対角位置には２つ一組の基板側マーク２ｍが設けられており（図４には一方の基板側マーク２ｍのみが図示されている）、マスク５には基板側マーク２ｍに対応して配置された２つ一組のマスク側マーク５ｍが設けられている（図４には一方のマスク側マーク５ｍのみが図示されている）。これら基板側マーク２ｍとマスク側マーク５ｍとが平面視において一致する状態で基板２をマスク５に接触させると、基板２の電極２ａとマスク５の開口部５ａとが合致する。

図２及び図３において、スキージング機構６はＹ軸方向に移動自在に設けられたスキージベース２１と、スキージベース２１の上面側に取り付けられた一対のスキージ昇降シリンダ２２と、これら一対のスキージ昇降シリンダ２２によってスキージベース２１の下方で互いに独立して昇降される一対のスキージユニット２３から成る。

図２、図３及び図５（ａ），（ｂ）おいて、スキージユニット２３は、スキージ昇降シリンダ２２のロッド２２ａの下端に取り付けられてＸ軸方向に延びたスキージホルダ３１と、Ｘ軸方向に延びた平板状の部材から成り、上部がスキージホルダ３１に保持されて下部がスキージホルダ３１の斜め下方に延出した箆状のスキージ３２と、スキージホルダ３１に設けられた一対の漏れ防止部材３３を備えている。ここで、一対の漏れ防止部材３３は、本実施の形態では、スキージ３２をその長手方向（Ｘ軸方向）の両端側から挟む位置に設けられている。

漏れ防止部材３３は図５（ａ），（ｂ）及び図６に示すように、Ｚ軸方向（垂直方向）に延びた垂直部３３ａ及び垂直部３３ａの下端からＹ軸方向（水平方向）に延びた水平部３３ｂを有して全体としてＬ字状に形成されており、垂直部３３ａの上端からは漏れ防止部材３３をスキージホルダ３１の背面（２つのスキージユニット２３と向かい合う側とは反対側の面）に取り付けるための取り付け部３３ｃがＸ軸方向に延びて設けられている。

図２及び図３において、カメラユニット７は撮像視野を下方に向けた第１カメラ７ａと撮像視野を上方に向けた第２カメラ７ｂを備えている。

基板保持移動ユニット４が備えるベース部１４の水平面内での移動動作及び上下動動作は、制御装置８が図示しないアクチュエータ等から成る基板保持移動ユニット作動機構４１（図１）の作動制御を行ってＹテーブル１１、Ｘテーブル１２及びθテーブル１３の水平面内方向での相対移動動作及びθテーブル１３に対するベース部１４のＺ軸回りの回転動作を行うことによってなされる。また、搬送コンベア１６による基板２の搬送及び位置決め動作、クランプ部材１７による位置決めされた基板２のクランプ動作並びに下受け部材１８による基板２の下受け動作も制御装置８が基板保持移動ユニット作動機構４１の作動制御を行うことによってなされる。

スキージング機構６が備えるスキージベース２１のＹ軸方向への移動は制御装置８が図示しないアクチュエータ等から成るスキージユニット移動機構４２（図１）の作動制御を行うことによってなされ、スキージベース２１に対する各スキージユニット２３の昇降動作は、制御装置８が昇降させようとするスキージユニット２３に対応するスキージ昇降シリンダ２２の作動制御を行うことによってなされる。

カメラユニット７の移動動作は制御装置８が図示しないアクチュエータ等から成るカメラ移動機構４３（図１）の作動制御を行うことによってなされ、カメラユニット７が備える第１カメラ７ａ及び第２カメラ７ｂによる撮像動作の制御は制御装置８によってなされる。第１カメラ７ａ及び第２カメラ７ｂの撮像動作によって得られた画像データは制御装置８に入力される（図１）。

このような構成のスクリーン印刷機１では、基板２の上面に接触されたマスク５上でスキージユニット２３を水平面内方向に移動させると（図６及び図７（ａ）中に示す矢印Ａ）、スキージ３２がマスク５に対して摺動し、マスク５上に供給されたペーストＰｓがスキージ３２によって掻き寄せられてローリングする（図６及び図７（ａ）。これらの図中に示す矢印Ｂ）。これによりマスク５の開口部５ａにペーストＰｓが充填されて基板２上の電極２ａにペーストＰｓが転写される。そして、その後にマスク５から基板２を離間させる版離れを行うと、基板２の電極２ａにペーストＰｓが印刷された状態となる。

このようなスクリーン印刷の過程において、スキージユニット２３が（すなわちスキージ３２が）マスク５上で摺動されるとスキージ３２を両端側から挟む位置に設けられた一対の漏れ防止部材３３もマスク５上を摺動するので、マスク５上でローリング中のペーストＰｓは、スキージ３２の中央からスキージ３２の幅方向（Ｘ軸方向）に沿ってスキージ３２の両側方に漏れ出ようとするところを一対の漏れ防止部材３３によって堰き止められる。このため、マスク５上をローリング中のペーストＰｓはスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に漏れ出る（流出する）ことが防止され、ペーストＰｓは効率的にマスク５の開口部５ａ内に充填される。

ここで、スキージ３２及び一対の漏れ防止部材３３によって区画される領域内でローリングするペーストＰｓは、全体としてスキージ３２の長手方向（Ｘ軸方向）に延びた柱形状とみなすことができるが、その両端部（Ｘ軸方向の両端部）には漏れ防止部材３３からの摩擦抵抗が作用し、これがペーストＰｓ全体のスムーズなローリングの妨げとなるところである。

しかし、ローリング中の柱形状のペーストＰｓでは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、マスク５の上面から一定の高さ（図７（ｂ）中に示す高さＨ）までの部分にはスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方（幅方向の外側）へ向けて流れ出ようとする力が働く（したがって漏れ防止部材３３から反力を受ける）ものの、高さＨよりも上の部分には、スキージ３２の端部からその側方へ向けて流れ出ようとする力は働かず（図７（ｂ）中に示す水平方向に向く複数の矢印参照）、したがって高さＨよりも上の部分の側方に漏れ防止部材３３が存在していなくても、ローリング中のペーストＰｓがスキージ３２の側方に流れ出ることはない。

すなわち、スキージ３２をその両端側から挟む位置に設けられてスキージ３２とともにマスク５上を摺動し、マスク５上でローリング中のペーストＰｓがスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に漏れ出る（流出する）ことを防止する漏れ防止部材３３を備えたスクリーン印刷機１では、漏れ防止部材３３の高さ（詳細には水平部３３ｂの高さ。図７（ａ））Ｈｍは、ローリング中のペーストＰｓがスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に流れ出ようとする力がなくなる高さＨ、換言すると、ペーストＰｓの流出を防止するためにローリング中のペーストＰｓの幅方向の側方を支持しなければならない高さＨ（以下、最小漏れ防止高さＨｓと称する。図７（ｂ））以上の高さを有しているのであれば、必ずしもローリング中のペーストＰｓの高さ（最大高さ）Ｈ０（図７（ａ））を超えている必要はない。

このため本実施の形態におけるスクリーン印刷機１では、実際にマスク５上でペーストＰｓをローリングさせる等してペーストＰｓの最小漏れ防止高さＨｓを求め、その求めた最小漏れ防止高さＨｓよりも高く、かつ、ローリング中のペーストＰｓの高さＨ０よりも低くなる高さＨｍを有するものとして作製された漏れ防止部材３３がスキージホルダ３１に取り付けられている。

このようにして作製された漏れ防止部材３３を備えたスキージユニット２３を用いたスクリーン印刷では、マスク５上のペーストＰｓの高さＨ０はマスク５の上面からの漏れ防止部材３３の高さＨｍよりも高く、かつ漏れ防止部材３３の高さＨｍよりも高い位置に位置するペーストＰｓが漏れ防止部材３３を超えてスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に流出しない状態でペーストＰｓがローリングされることになる。

このようなスクリーン印刷では、漏れ防止部材３３によるスキージ３２からのペーストＰｓの漏れを防止しつつ、ローリング中のペーストＰｓの両端部に作用する漏れ防止部材３３からの摩擦抵抗を小さくしてペーストＰｓ全体のスムーズなローリングを実現することができる。

次に、図８を参照して本実施の形態におけるスクリーン印刷機１によるスクリーン印刷方法を説明する。スクリーン印刷機１によるスクリーン印刷方法では、制御装置８は先ず、基板保持移動ユニット４の作動制御を行い、搬送コンベア１６によってスクリーン印刷機１の上流工程側の装置から送られてきた基板２を受け取って搬入し、作業位置に位置決めする。そして、基板２を作業位置に位置決めしたら、一対のクランプ部材１７によって基板２の両側部を挟んでクランプするとともに、下受け部材１８を上昇させて基板２の下面に接触させ、基板２を保持する（図８に示すステップＳＴ１）。

制御装置８は基板２を保持したら、カメラ移動機構４３の作動制御を行ってカメラユニット７を基板保持移動ユニット４に保持されている基板２とマスク５の間の領域に進出させたうえで、第１カメラ７ａによって基板側マーク２ｍを上方から撮像するとともに、第２カメラ７ｂによってマスク側マーク５ｍを上方から撮像する。そして、得られた両画像の画像認識を行って基板２とマスク５の位置関係を算出し、基板側マーク２ｍがマスク側マーク５ｍの直下に位置するように基板保持移動ユニット４を移動させてマスク５に対する基板２の位置合わせを行う（図８に示すステップＳＴ２）。

制御装置８は、マスク５に対する基板２の位置合わせを行ったら、基板保持移動ユニット４の作動制御を行ってベース部１４を上昇させ、基板２の上面をマスク５の下面に接触させる。これにより基板２上の電極２ａとマスク５の開口部５ａが合致した状態となる（図８に示すステップＳＴ３）。

このようにステップＳＴ３は、本実施の形態におけるスクリーン印刷方法において、マスク５を基板２の上面に接触させる工程となっている。

制御装置８は、基板２の上面をマスク５の下面に接触させたら、オペレータによるマスク５上へのペーストＰｓの供給待ちの状態に入り、オペレータが別途用意したペースト供給装置によってマスク５上にペーストＰｓの供給を行って所定の操作を行うと、制御装置８はスキージング機構６によるペーストＰｓのスキージング作業を行う（図８に示すステップＳＴ４）。

このスキージング作業は、スキージベース２１に対して下降させた一方のスキージユニット２３が備えるスキージ３２の下端部をマスク５上に当接させたうえでスキージベース２１を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させ、スキージ３２をマスク５上で摺動させることによって行う（図１参照）。これによりペーストＰｓはマスク５上でローリングし、ペーストＰｓがマスク５の開口部５ａ内に充填される。

ここで、スキージベース２１をスクリーン印刷機１の前方から後方に（図１及び図２では紙面の右方から左方に）移動させるときには前方に位置するスキージ３２をマスク５上に当接させてスキージングを行い、スキージベース２１をスクリーン印刷機１の後方から前方に（図１及び図２では紙面の左方から右方に）移動させるときには後方に位置するスキージ３２をマスク５上に当接させてスキージングを行う。

このようにスキージ３２は、本実施の形態におけるスクリーン印刷機１において、基板２の上面に接触されたマスク５に対して摺動し、マスク５上に供給されたペーストＰｓをマスク５上でローリングさせることによって基板２にペーストＰｓを転写させるものとなっている。

また、ステップＳＴ４は、本実施の形態におけるスクリーン印刷方法において、基板２の上面に接触されたマスク５に対してスキージ３２を摺動させ、マスク５上に供給されたペーストＰｓをスキージ３２によりマスク５上でローリングさせることによって基板２にペーストＰｓを転写させる工程となっている。

制御装置８は上記スキージング作業が終了したら、ベース部１４を下降させて、基板２をマスク５から離間させる。これにより版離れが行われ、基板２上の電極２ａにペーストＰｓが印刷された状態となる（図８に示すステップＳＴ５）。

制御装置８は上記版離れが終了したら、クランプ部材１７による基板２のクランプを解除したうえで下受け部材１８を下降させることによって基板２の保持を解除する（図８に示すステップＳＴ６）。そして、搬送コンベア１６を作動させて、スクリーン印刷機１の下流工程側の装置（例えば基板２に部品を装着する部品装着機）に搬出する（図８に示すステップＳＴ７）。これにより基板２の１枚当たりのスクリーン印刷工程が終了する。

以上説明したように、本実施の形態におけるスクリーン印刷機１及びスクリーン印刷方法では、マスク５上のペーストＰｓの高さがマスク５の上面からの漏れ防止部材３３の高さＨｍよりも高く、漏れ防止部材３３の高さＨｍよりも高い位置に位置するペーストＰｓが漏れ防止部材３３を超えてスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に流出しない状態でペーストＰｓのローリングを行うようになっており、漏れ防止部材３３によるスキージ３２からのペーストＰｓの漏れを防止しつつ、ローリング中のペーストＰｓの両端部に作用する漏れ防止部材３３からの摩擦抵抗を小さくすることができるので、ペーストＰｓ全体のスムーズなローリングを実現することができ、これにより印刷不良の発生を低減することができる。

なお、上述した漏れ防止部材３３の形状は一例に過ぎず、スキージ３２とともにマスク５上を摺動してマスク５上でローリング中のペーストＰｓがスキージ３２の中央から幅方向に沿ってスキージ３２の両側方に漏れ出ることを防止することができるものであれば、その形状は限定されない。

また、本実施の形態では、一対の漏れ防止部材３３が、スキージ３２をその長手方向（Ｘ軸方向）の両端側から挟む位置に設けられた構成となっていたが、一対の漏れ防止部材３３は、スキージ３２の端部よりも中央側に寄った位置に設けられているのであっても構わない。

ペーストのスムーズなローリングを実現して印刷不良の発生を低減し得るようにしたスクリーン印刷機及びスクリーン印刷方法を提供する。

１スクリーン印刷機
２基板
５マスク
３１スキージホルダ
３２スキージ
３３漏れ防止部材
Ｐｓペースト
Ｈｍ漏れ防止部材の高さ
Ｈ０ペーストの高さ

Claims

基板の上面に接触されるマスクと、基板の上面に接触されたマスクに対して摺動し、マスク上に供給されたペーストをマスク上でローリングさせることによって基板にペーストを転写させるスキージとを備えたスクリーン印刷機であって、
スキージを保持するスキージホルダに設けられ、スキージとともにマスク上を摺動してマスク上でローリング中のペーストがスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に漏れ出ることを防止する漏れ防止部材を有し、
マスク上のペーストの高さがマスクの上面からの漏れ防止部材の高さよりも高く、漏れ防止部材の高さよりも高い位置に位置するペーストが漏れ防止部材を超えてスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に流出しない状態でペーストのローリングを行うことを特徴とするスクリーン印刷機。
マスクを基板の上面に接触させる工程と、基板の上面に接触されたマスクに対してスキージを摺動させ、マスク上に供給されたペーストをスキージによりマスク上でローリングさせることによって基板にペーストを転写させる工程とを含み、スキージを保持するスキージホルダに設けられた漏れ防止部材をスキージとともにマスク上を摺動させることによってマスク上でローリング中のペーストがスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に漏れ出ることを防止するようにしたスクリーン印刷方法であって、
マスク上のペーストの高さがマスクの上面からの漏れ防止部材の高さよりも高く、漏れ防止部材の高さよりも高い位置に位置するペーストが漏れ防止部材を超えてスキージの中央から幅方向に沿ってスキージの両側方に流出しない状態でペーストのローリングを行うことを特徴とするスクリーン印刷方法。