JP5895130B2 - スクリーン印刷機及びスクリーン印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスク上で摺動部材を摺動させることで基板にペーストを転写させるスクリーン印刷機及びスクリーン印刷機方法に関するものである。

スクリーン印刷機は、パターン孔が設けられたマスクに対して基板を位置合わせした後、そのマスク上で摺動部材であるスキージを摺動させることにより、マスク上に供給されたペーストをパターン孔を介して基板に転写させる。ここでスキージはスキージ駆動モータに駆動されてマスク上を摺動し、その摺動速度はスキージ駆動モータの回転数によって調整される。

ところで近年、印刷パターンの狭ピッチ化が進んでおり、これに伴ってマスクのパターン孔は微細化し、かつ隣接するパターン孔同士の距離も短くなってきている。このような狭ピッチ用のマスクを用いてスクリーン印刷を行う場合には、パターン孔内へのペーストの充填率が不十分なものとなり易く、印刷精度の低下の原因となる場合があった。パターン孔内へのペーストの充填率を高める方法については、従来、スキージに振動を与える方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開昭６３−１９９６４３号公報

しかしながら、上記従来のようにスキージに振動を与えるものではスキージに取り付ける振動子が必要であり、製造コストが高くなる。また、スキージに与える振動状態を最適なものとするにはその振動の振幅及び周波数を同時に調節できることが好ましいが、スキージに振動子を取り付ける従来の構成では、振動の振幅は振動子の重さによって決まってしまうことから振動の振幅と振動数を独立して調節することはできず、スキージに最適の振動状態を与えにくい。

そこで本発明は、振動子を用いることなくパターン孔内へのペーストの充填率を高めて印刷精度を向上させることができ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、パターン孔が設けられ、基板と位置合わせされるマスクと、前記マスク上を所定の方向に摺動することで前記マスク上に供給されたペーストを前記パターン孔を介して前記基板に印刷する摺動部材と、前記摺動部材を前記マスク上で前記所定の方向へ摺動させる駆動手段と、前記駆動手段の作動制御を行う駆動手段制御部とを備え、前記駆動手段制御部は、前記摺動部材の前記マスクに対する速度を所定の基準速度まで上昇させた後、前記摺動部材が前記マスク上で加速と減速を繰り返しながら前記所定の方向へ摺動し、前記摺動部材の前記マスクに対する速度が前記基準速度に対して周期的に所定の振幅及び振動数で微少変化するように前記駆動手段を作動させる。

請求項２に記載のスクリーン印刷機は、請求項１に記載のスクリーン印刷機であって、前記駆動手段はモータから成り、前記駆動手段制御部は、前記モータの回転数制御を行うことにより前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数を調節する。

請求項３に記載のスクリーン印刷機は、請求項１又は２に記載のスクリーン印刷機であって、前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は外部からの操作によって変更可能である。

請求項４に記載のスクリーン印刷機は、請求項１乃至３の何れかに記載のスクリーン印刷機であって、前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は前記ペーストの特性に応じて設定される。

請求項５に記載のスクリーン印刷方法は、パターン孔が設けられたマスクと基板を位置合わせする位置合わせ工程と、前記摺動部材を前記マスク上で所定の方向に摺動させることで前記マスク上に供給されたペーストを前記パターン孔を介して前記基板に印刷する摺動工程とを含み、前記摺動工程において、前記摺動部材の前記マスクに対する速度を所定の基準速度まで上昇させた後、前記摺動部材が前記マスク上で加速と減速を繰り返しながら前記所定の方向へ摺動し、前記摺動部材の前記マスクに対する速度が前記基準速度に対して周期的に所定の振幅及び振動数で微少変化するように前記摺動部材を前記マスク上で前記所定の方向へ摺動させる駆動手段が作動される。

請求項６に記載のスクリーン印刷方法は、請求項５に記載のスクリーン印刷方法であって、前記摺動工程において、モータの回転数制御を行うことにより前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数を調節する。

請求項７に記載のスクリーン印刷方法は、請求項５又は６に記載のスクリーン印刷方法であって、前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は前記ペーストの特性に応じて設定される。

本発明では、マスク上で摺動部材を所定の方向に摺動させるにおいて、摺動部材がマスク上で加速と減速を繰り返しながら所定の方向へ摺動するようにしており、これによりスキージに接触した部分のペーストの粘度が低下してペーストがパターン孔内へ流入し易くなり、パターン孔内へのペーストの充填率が高まめられるので、高価な振動子を用いることなく、安価に、印刷精度を向上させることができる。

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制御系統を示すブロック図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が実行するスクリーン印刷作業の手順を示すフローチャート （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が実行するスクリーン印刷作業の実行手順を説明する図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機が実行するスクリーン印刷作業の実行手順を説明する図 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機におけるスキージのマスクに対する摺動速度の時間に対する変化を示すグラフ 本発明の一実施の形態におけるスクリーン印刷機におけるペーストのマスクのパターン孔に対する充填度の分布を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１、図２及び図３に示すスクリーン印刷機１は、基板２の電極２ａに半田等のペーストＰｔをスクリーン印刷する装置であり、基台１０上に基板搬入コンベア１１、基板保持ユニット移動機構１２によって移動される基板保持ユニット１３及び基板搬出コンベア１４を備えるほか、基板保持ユニット１３の上方に水平姿勢に保持されたマスク１５、マスク１５の下方を移動自在に設けられたカメラユニット１６及びマスク１５の上方領域を移動自在に設けられた２つのスキージ１７（摺動部材）を有して構成されている。

基板搬入コンベア１１はスクリーン印刷機１の外部から投入された基板２を搬入して基板保持ユニット１３に受け渡す。基板搬出コンベア１４は基板保持ユニット１３から受け取った基板２をスクリーン印刷機１の外部に搬出する。すなわち、基板２は基板搬入コンベア１１、基板保持ユニット１３、基板搬出コンベア１４の順で搬送され、この基板２の移動方向をＸ軸方向（オペレータＯＰから見た左右方向）とする。また、このＸ軸方向と直交する水平面内方向をＹ軸方向（オペレータＯＰから見た前後方向）とし、上下方向をＺ軸方向とする。

図１において、マスク１５は矩形の板状部材から成り、その外縁は矩形枠状のマスク枠１５ｗによって支持されている。マスク１５の中央領域には基板２の電極２ａに対応するパターン孔１５ｈが設けられている。

図１において、基板２上の一の対角位置には２つの基板側マーク２ｍが設けられており、マスク１５上にはこれら２つの基板側マーク２ｍに対応して２つのマスク側マーク１５ｍが設けられている。２つの基板側マーク２ｍと２つのマスク側マーク１５ｍを上下に対向させた状態で基板２を上昇させてマスク１５に基板２を接触させると、基板２の電極２ａとマスク１５に設けられたパターン孔１５ｈとが合致した状態となる。

図２及び図３において、基板保持ユニット１３は、基台１０に対して昇降自在に設けられたベース部１３ａ、ベース部１３ａに取り付けられてＸ軸方向に基板２を搬送する基板搬送コンベア１３ｂ（図１も参照）、基板搬送コンベア１３ｂによって搬送されて所定の基板保持位置に位置決めされた基板２を下受け部材１３ｃによって下受けした状態で昇降させる基板昇降シリンダ１３ｄ及び基板昇降シリンダ１３ｄによって押し上げられた基板２をＹ軸方向からクランプして保持する一対のクランプ部材１３ｅ（図１も参照）を有して成る。

図４において、基板搬入コンベア１１、基板保持ユニット１３の基板搬送コンベア１３ｂ、基板搬出コンベア１４の作動制御、基板昇降シリンダ１３ｄの作動制御及び一対のクランプ部材１３ｅを駆動するクランプ部材駆動部１３Ａによる基板２のクランプ動作の制御は、スクリーン印刷機１が備える制御装置２０によってなされる。

基板保持ユニット移動機構１２はＸＹＺロボットから成り、制御装置２０によって作動制御されて基板保持ユニット１３を水平面内で移動（回転も含む）させるとともに、基板保持ユニット１３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる（図４）。

図３において、カメラユニット１６は撮像視野を下方に向けた下方撮像カメラ１６ａと撮像視野を上方に向けた上方撮像カメラ１６ｂを備えて成り、図示しない直交座標移動機構から成るカメラユニット移動機構１６Ｍ（図４）によってマスク１５の下方を水平面内方向に移動される。下方撮像カメラ１６ａの撮像動作制御及び上方撮像カメラ１６ｂの撮像動作制御は制御装置２０によってなされ、下方撮像カメラ１６ａの撮像動作によって得られた画像データ及び上方撮像カメラ１６ｂの撮像動作によって得られた画像データは制御装置２０に送られる。

図１、図２及び図３において、基台１０の四隅には４つの垂直支柱２１が立設されており、これら４つの垂直支柱２１のうちＹ軸方向に対向するもの同士の間にはＹ軸方向に延びたボール螺子２２が架け渡されている。これら２つのボール螺子２２はＸ軸方向に延びて設けられた移動ベース２３の両端部を貫通して螺合おり、２つのボール螺子２２が２つのスキージ駆動モータ２４によって同期回転されることで移動ベース２３がＹ軸方向に移動するようになっている。

移動ベース２３には前述の２つのスキージ１７がＹ軸方向に並んで設けられている。各スキージ１７は移動ベース２３の上面に設けられた空圧シリンダから成るスキージ昇降シリンダ２５によって移動ベース２３の下方を互いに独立して昇降自在になっている。

２つのスキージ駆動モータ２４の駆動による２つのスキージ１７のＹ軸方向への移動動作及び２つのスキージ昇降シリンダ２５の駆動による各スキージ１７の昇降動作は制御装置２０によってなされる（図４）。

次に、スクリーン印刷機１によるスクリーン印刷作業の実行手順を図５のフローチャートを用いて説明する。

スクリーン印刷作業では、制御装置２０は先ず、スクリーン印刷機１の外部から投入された基板２を基板搬入コンベア１１によって搬入して基板搬送コンベア１３ｂに受け渡し、前述の所定の作業位置に位置決めする（図５に示すステップＳＴ１）。そして、基板昇降シリンダ１３ｄによる基板２の押し上げ（図６（ａ）中に示す矢印Ａ）とクランプ部材１３ｅによる基板２のクランプ（図６（ａ）中に示す矢印Ｂ）を行って基板２を保持する（ステップＳＴ２。図６（ａ））。

制御装置２０は、上記のようにして基板２を保持したら、カメラユニット移動機構１６Ｍの作動制御を行ってカメラユニット１６を移動させ、下方撮像カメラ１６ａによる基板側マーク２ｍの撮像と、上方撮像カメラ１６ｂによるマスク側マーク１５ｍの撮像を行わせ、得られた基板側マーク２ｍの画像データとマスク側マーク１５ｍの画像データからマスク１５に対する基板２の相対位置を把握する。そして、基板保持ユニット１３を水平面内方向に移動させ、基板側マーク２ｍとマスク側マーク１５ｍとが上下に対向するようにして、マスク１５に対する基板２の水平面内方向の位置合わせを行う（ステップＳＴ３）。

このように本実施の形態において、ステップＳＴ３は、マスク１５と基板２を位置合わせする位置合わせ工程となっている。

制御装置２０は、マスク１５に対する基板２の位置合わせが終わったら、基板保持ユニット移動機構１２の作動制御を行って基板保持ユニット１３を基台１０に対して上昇させ（図６（ｂ）中に示す矢印Ｃ１）、一対のクランプ部材１３ｅにより保持した基板２の上面をマスク１５の下面に接触させることによって、マスク１５に基板２を接触させる（ステップＳＴ４。図６（ｂ））。これにより基板２上の電極２ａとマスク１５のパターン孔１５ｈとが合致した状態となる。

制御装置２０は基板２をマスク１５に接触させたら、２つのスキージ１７のうちの一方を下動させ（図７（ａ）中に示す矢印Ｄ１）、マスク１５の上面に当接させた状態を維持したまま２つのスキージ駆動モータ２４を同期回転させてスキージ１７を（直接的には移動ベース２３を）水平方向に移動（図７（ａ）中に示す矢印Ｅ）させる。これによりマスク１５上でスキージ１７が摺動し、予めマスク１５上に供給されたペーストＰｔは、スキージ１７によって掻き寄せられてマスク１５のパターン孔１５ｈ内に押し込まれて充填される（ステップＳＴ５）。

このように本実施の形態において、ステップＳＴ５は、スキージ１７をマスク１５上で所定の方向（ここではＹ軸方向）に摺動させることでマスク１５上に供給されたペーストＰｔをパターン孔１５ｈを介して基板２に印刷する摺動工程となっている。

また、スキージ１７は、マスク１５上を所定の方向（ここではＹ軸方向）に摺動することでマスク１５上に供給されたペーストＰｔをパターン孔１５ｈを介して基板２に印刷する摺動部材として機能し、スキージ駆動モータ２４は、スキージ１７をマスク１５上で上記所定の方向へ摺動させる駆動手段として機能する。また、制御装置２０は、駆動手段であるスキージ駆動モータ２４の作動制御を行う駆動手段制御部として機能する。

上記摺動工程では、制御装置２０は、図８に示すように、スキージ１７のマスク１５に対する速度（摺動速度）を所定の基準速度Ｒｖまで上昇させた後、その基準速度Ｒｖに対して周期的に微少変化するようにスキージ駆動モータ２４の回転数制御を行う。ここでいう「周期的に微少変化するように」とは、図８に示すように、スキージ１７のマスク１５に対する摺動速度を所定の振幅及び振動数で変化させることを指す。このようにスキージ駆動モータ２４の回転数を制御することにより、スキージ１７がマスク１５上で加速と減速を繰り返しなら所定の方向へ摺動するようにする。

図９は上記のようにしてスキージ１７がマスク１５上で加速と減速を繰り返しながら摺動するようにした場合のペーストＰｔのマスク１５のパターン孔１５ｈに対する充填度の分布ＢＰ１を示しており、この図９中の一点鎖線は、スキージ１７が一定の速度で摺動する場合のペーストＰｔの充填度の分布ＢＰ２を示している。このようにスキージ１７がマスク１５上で加速と減速を繰り返しながら摺動する場合には、スキージ１７と接触した部分のペーストＰｔの粘度が低下し、ペーストＰｔがパターン孔１５ｈ内へ流入し易くなるので、パターン孔１５ｈ内へのペーストＰｔの充填率が高められ、印刷速度を高めることができる。

すなわち本実施の形態では、上記ステップＳＴ５の摺動工程において、スキージ１７はマスク１５上で加速と減速を繰り返しながら所定の方向へ摺動するように作動されるようになっている。また、制御装置２０は、スキージ駆動モータ２４の回転数制御を行うことにより、スキージ１７のマスク１５に対する速度変化の振幅及び振動数を調節する。そして、スキージ１７のマスク１５に対する摺動速度が所定の振幅及び振動数で変化するようにスキージ駆動モータ２４を作動させる。

ここで、スキージ１７のマスク１５に対する速度変化の振幅及び振動数はペーストＰｔの特性に応じて設定されるようになっていることが好ましい。これにより、ペーストＰｔの種類によらず、高い印刷精度で印刷することができる。また、スキージ１７のマスク１５に対する速度変化の振幅及び振動数は、図４に示す入力装置２６から（すなわち外部から）の操作によって変更可能になっている。このためオペレータＯＰは、ペーストＰｔの種類の変更等をするときには、そのペーストＰｔの種類に応じたスキージ１７の適切な速度変化パラメータを選択することができ、生産効率を高めることができる。

制御装置２０は、基板２の電極２ａにペーストＰｔを充填させたら、マスク１５に当接させていたスキージ１７を上動させたうえで（図７（ｂ）中に示す矢印Ｄ２）、基板保持ユニット移動機構１２を作動させ、基板保持ユニット１３を下降させることによって基板２をマスク１５から離間させ（図７（ｂ）中に示す矢印Ｃ２）、版離れを行う（ステップＳＴ６。図７（ｂ））。これにより基板２の電極２ａ上にペーストＰｔが残留し、基板２の電極２ａにペーストＰｔが印刷された状態となる。

このよう本実施の形態において、基板保持ユニット移動機構１２は、パターン孔１５ｈにペーストＰｔが充填された状態のマスク１５から基板２を離間させる版離れ手段となっている。

制御装置２０は版離れを行って基板２の電極２ａにペーストＰｔを印刷させたら、基板保持ユニット１３の作動制御を行って基板２の保持を解除する（ステップＳＴ７）。この基板２の保持の解除は、具体的は、制御装置２０が、クランプ部材駆動部１３Ａの作動制御を行ってクランプ部材１３ｅを開かせたうえで、基板昇降シリンダ１３ｄを作動させて基板２を下降させ、基板２の両端を一対の基板搬送コンベア１３ｂ上に降ろすことによって行う（図３）。

制御装置２０は基板２の保持を解除したら、基板保持ユニット移動機構１２を作動させて基板保持ユニット１３を水平面内で移動させ、基板搬送コンベア１３ｂの向きを整えたうえで基板搬送コンベア１３ｂ及び基板搬出コンベア１４を作動させ、基板２をスクリーン印刷機１の外部に搬出する（ステップＳＴ８）。これにより一連のスクリーン印刷作業が終了する。

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機１を用いたスクリーン印刷方法では、基板２と接触したマスク１５上で摺動部材であるスキージ１７を所定の方向に摺動させるにおいて、スキージ１７をマスク１５上で加速と減速を繰り返しながら所定の方向へ摺動するようにスキージ１７の駆動制御を行う。これによりスキージ１７に接触した部分のペーストＰｔの粘度が低下してペーストＰｔがパターン孔１５ｈ内へ流入し易くなり、パターン孔１５ｈ内へのペーストＰｔの充填率が高められるので、高価な振動子を用いることなく、安価に、印刷精度を向上させることができる。

また、スキージ１７をマスク１５上で摺動させるにおいては、スキージ１７のマスク１５に対する速度（摺動速度）がペーストＰｔの特性等に応じた所定の振幅及び振動数で変化するようになっていることか好ましく、このとき、駆動手段であるスキージ駆動モータ２４の回転数制御行うことによって、スキージ１７のマスク１５に対する速度変化の振幅及び振動数を調節するようになっているのであれば、スキージ１７に与える振動の振幅及び振動数をそれぞれ独立して調節することができるので、スキージ１７に最適な振動状態を与え易く、印刷精度のより一層の向上を図ることができる。

なお、上述の実施形態では、スクリーン印刷機１は、マスク１５に基板２を接触させた状態でスキージ１７がマスク１５上を摺動する構成であったが、本発明は、マスク１５が基板２に対して非接触の状態でスキージ１７がマスク１５上を摺動し、このスキージ１７の摺動時にマスク１５が基板２に接触し基板２上にペーストＰｔを印刷する構成のスクリーン印刷機に対しても適用することができる。

振動子を用いることなくパターン孔内へのペーストの充填率を高めて印刷精度の向上を図ることができ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
１５ マスク
１５ｈ パターン孔
１７ スキージ（摺動部材）
２０ 制御装置（駆動手段制御部）
２４ スキージ駆動モータ（駆動手段）
Ｐｔ ペースト

Claims (7)

1. パターン孔が設けられ、基板と位置合わせされるマスクと、
   前記マスク上を所定の方向に摺動することで前記マスク上に供給されたペーストを前記パターン孔を介して前記基板に印刷する摺動部材と、
   前記摺動部材を前記マスク上で前記所定の方向へ摺動させる駆動手段と、
   前記駆動手段の作動制御を行う駆動手段制御部とを備え、
   前記駆動手段制御部は、前記摺動部材の前記マスクに対する速度を所定の基準速度まで上昇させた後、前記摺動部材が前記マスク上で加速と減速を繰り返しながら前記所定の方向へ摺動し、前記摺動部材の前記マスクに対する速度が前記基準速度に対して周期的に所定の振幅及び振動数で微少変化するように前記駆動手段を作動させることを特徴とするスクリーン印刷機。
2. 前記駆動手段はモータから成り、前記駆動手段制御部は、前記モータの回転数制御を行うことにより前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数を調節することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷機。
3. 前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は外部からの操作によって変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン印刷機。
4. 前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は前記ペーストの特性に応じて設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスクリーン印刷機。
5. パターン孔が設けられたマスクと基板を位置合わせする位置合わせ工程と、
   前記摺動部材を前記マスク上で所定の方向に摺動させることで前記マスク上に供給されたペーストを前記パターン孔を介して前記基板に印刷する摺動工程とを含み、
   前記摺動工程において、前記摺動部材の前記マスクに対する速度を所定の基準速度まで上昇させた後、前記摺動部材が前記マスク上で加速と減速を繰り返しながら前記所定の方向へ摺動し、前記摺動部材の前記マスクに対する速度が前記基準速度に対して周期的に所定の振幅及び振動数で微少変化するように前記摺動部材を前記マスク上で前記所定の方向へ摺動させる駆動手段が作動されることを特徴とするスクリーン印刷方法。
6. 前記摺動工程において、モータの回転数制御を行うことにより前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数を調節することを特徴とする請求項５に記載のスクリーン印刷方法。
7. 前記摺動部材の前記マスクに対する速度変化の振幅及び振動数は前記ペーストの特性に応じて設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載のスクリーン印刷方法。

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