JP7002181B2 - スクリーン印刷機 - Google Patents

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Description

本発明は、基板における通常時の高さがマスク清掃時の位置より高くなるようにしたスクリーン印刷機に関する。
スクリーン印刷機は、パターン孔の形成されたマスクが取り付けられ、その下側に搬送された基板が保持される。そして、その基板が上昇してマスクの下面に接触し、反対のマスク上面側からスキージ装置によってクリームはんだが塗り延ばしされることで、パターン孔を通ったクリームはんだが基板上に印刷される。このようなスクリーン印刷機は、下記特許文献1に示すように、マスクとその下側に位置決めされた基板との間にカメラユニット(撮像装置)が進入し、マスクの下面に付された基準マークと基板の上面に付された基準マークが順番に撮像される。そして、各基準マークの位置が画像処理によって確認され、ズレが生じている場合には補正が行われる。
また、スクリーン印刷機にはマスクの汚れを拭き取るクリーニングユニット(クリーニング装置)が設けられている。そのクリーニングユニットは、カメラユニットと同様に、マスクと基板との間を移動することが可能な構成となっている。特に、この従来例では連結機構が設けられ、クリーニングユニットとカメラユニットとを着脱することが可能になっている。両ユニットを移動させるのはカメラユニット側に設けられた駆動装置であり、通常時は、クリーニングユニットがカメラユニットから切り離されてカメラユニットのみが移動可能であり、マスクの清掃時には、カメラユニットに連結されることによってクリーニングユニットの移動が可能になっている。
特開2015-80870号公報
ところで、スクリーン印刷機に設けられたクリーニングユニットは、ロール状のクリーニングペーパや、そのクリーニングペーパをマスク下面に押し当てるためのシリンダを有するなど、構造的にカメラユニットよりも高さ寸法が大きくなってしまう。そのため、クリーニングユニットが進入する空間を確保するため、マスクと基板との間隔を広くとる必要があり、従来のスクリーン印刷機は、印刷時に基板をマスクまで移動させる昇降距離が長くなってしまっていた。そのため、従来のスクリーン印刷機には、基板の昇降距離に応じてサイクルタイムが長くなってしまう問題があった。また、基板の移動距離が長い分、移動方向の僅かな誤差が基板とマスクとのズレ量を大きくしてしまい、印刷精度を低下させてしまうなどの問題もあった。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、基板の位置を撮像装置の高さ寸法に対応させるスクリーン印刷機を提供することを目的とする。
本発明の一態様におけるスクリーン印刷機は、マスクを保持するマスク保持装置と、前記マスク保持装置によって保持されたマスクに対して上方からクリームはんだを塗り延ばすスキージ装置と、前記マスクの下に基板を搬送する搬送装置と、前記搬送装置によって搬送された基板を保持し、前記マスクに対する上下方向の位置決めを行う基板保持昇降装置と、前記マスクの下面を拭き取り清掃するクリーニング装置と、前記マスクの基準マークと前記基板の基準マークとを撮像する撮像装置と、前記マスクと前記基板保持昇降装置との間を、前記撮像装置および前記クリーニング装置を移動させる駆動装置と、前記各装置を制御するものであって、前記基板保持昇降装置に対して、その昇降部を前記撮像装置のサイズに応じた基準高さに設定し、前記クリーニング装置の移動時には当該クリーニング装置のサイズに応じて前記基準高さから下降させる制御装置とを有する。
前記構成によれば、マスク保持装置により保持されたマスクの下側には搬送装置によって基板が搬送された後、その基板が基板保持昇降装置によって保持され、マスクの下面に接するようにして位置決めされる。そして、マスクの上方からクリームはんだがスキージ装置により塗り延ばしされ、基板に対する印刷が行われる。また、こうした基板印刷の際には、マスクと基板の間に撮像装置が駆動装置によって進入し、基準マークの撮像が行われ、所定回数の印刷処理の後には、クリーニング装置が進入してマスク下面の拭き取り清掃が行われる。そして、基板保持昇降装置は、印刷が行われる通常時には、昇降部が撮像装置のサイズに応じた基準高さに設定されるため、保持した基板がマスクと近い距離に配置され、マスクの清掃時には、昇降部が下降することによりクリーニング装置との干渉が回避される。
スクリーン印刷機の内部構造を簡略化して示した側面図である。 スクリーン印刷機の基板保持昇降装置の構造を簡略化して示した図である。 カメラユニットおよびクリーニングユニットの移動周辺を簡略化して示した図である。 通常時の基板の高さを示した図である。 クリーニングユニットが移動する清掃時の基板の高さを示した図である。 基板、マスクおよびカメラユニットの位置関係を概念的に示した図である。
次に、本発明に係るスクリーン印刷機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、スクリーン印刷機の内部構造を簡略化して示した側面図である。このスクリーン印刷機1は、基板に対してクリームはんだを印刷するものであり、例えば印刷状態を検査する検査機や基板に電子部品の装着を行う部品装着機などと共に回路基板生産ラインを構成するものである。本実施形態では、図示するスクリーン印刷機1の機体前後方向をY軸方向、機体幅方向をX軸方向、そして機体高さ方向をZ軸方向として説明する。
スクリーン印刷機1は、機体内部にマスクが配置され、その下に基板が搬送および保持され、印刷パターン孔を通してマスク上面から下側の基板にクリームはんだが塗布される。そこで、スクリーン印刷機1には、上部側にマスクホルダ2があり、マスクの取り付けができるようになっている。マスクホルダ2の上方側には、マスク上のクリームはんだを機体前後方向に塗り延ばしするスキージ装置3が設置されている。一方、マスクホルダ2の下側には、搬送された基板を保持して上下方向に移動させる基板保持昇降装置4が設けられている。
スクリーン印刷機1は、図示するように機体カバー19によって覆われているが、機体幅方向の両側面部に搬送口191が形成され、基板の搬入及び搬出が行われるようになっている。そのため、マスクホルダ2の下側には、機体幅方向に基板を搬送させるための基板搬送装置が設けられている。更に、マスクホルダ2の下側には、基板を機体前後方向にクランプするためのクランプ装置、そして基板をクランプ位置へと上下させるバックアップ装置などが昇降装置に組み付けられている。本実施形態では、クランプ装置や昇降装置などをまとめて基板保持昇降装置4と称する。図2は、そうしたスクリーン印刷機1の基板保持昇降装置4の構造を簡略化して示した図である。
先ず、昇降装置8は、鉛直方向のガイドレール11に対して昇降台12が摺動可能に取り付けられ、その昇降台12がボールネジ13を介して昇降用モータ14に連結されている。昇降台12の上部には、支持台15を介して基板搬送装置5やクランプ装置6などが搭載されている。支持台15には機体前後方向(Y軸方向)に一対のマスクサポート21が設けられ、それぞれ脚体上面にマスク20に接触するマスク支持プレート28が固定されている。図面右側のマスクサポート21にはボールネジ22が構成され、マスクサポート用モータによって図面左側のマスクサポート21との距離の調整が可能となっている。
クランプ装置6は、機体前後方向に一対のサイドフレーム25が配置され、それぞれ支持台23に組み付けられている。図面右側のサイドフレーム25にはボールネジ26が構成され、基板クランプ用モータによって図面左側のサイドフレーム25との距離の調整が可能となっている。一対のサイドフレーム25には、その上端部にクランプ部27が形成され、クランプ部27同士が近づくことにより、基板10を挟み込んだ保持が可能になっている。そして、サイドフレーム25の内側には、コンベアベルト29からなる基板搬送装置5が組み付けられている。
一対のサイドフレーム25の間には、基板10を支持するバックアップ装置7が設けられている。バックアップ装置7は、複数のバックアップピン32を備えたバックアップテーブル31がボールネジを介して支持され、バックアップ用モータ34によって昇降するよう構成されている。また、クランプ装置6の支持台23は、ボールネジを介して支持され、昇降用モータ33によって昇降するよう構成されている。そして、クランプ装置6やバックアップ装置7を支持する支持台15は、昇降台12に対してX-Y平面上のX方向及びY方向とθ方向に位置調整が可能な構成となっている。つまり、保持された基板10とマスク20との位置調整を行う補正装置が構成されている。
スクリーン印刷機1は、このようにマスク20の下側に、昇降装置8にクランプ装置6やバックアップ装置7などが組み付けられた基板保持昇降装置4が構成され、基板10の高さを段階的に変化させるよう構成されている。特に本実施形態では、図2に示す昇降台12の位置が基準高さKとして構成されているが、この基準高さKは、基板搬送装置5によって搬送する基板10の搬送高さを特定するものである。すなわち、基準高さに昇降台12が位置決めされ、クランプ装置6およびバックアップ装置7が図2に示す下降した状態において、そのクランプ装置6に組み付けられた基板搬送装置5が搬送位置となる。
クランプ装置6には、クランプ部27より低い位置に基板搬送装置5を構成するコンベアベルト29が組み付けられている。従って、搬送された基板10は、クランプ部27に上面を合わせるため、バックアップ装置7によって上方へ移動するよう構成されている。印刷後は逆に下方へ移動することになるが、こうした上下方向の移動距離が小さくなるように、コンベアベルト29の上面高さは、スクリーン印刷機1が処理可能な基板10の厚みや反り量などによって設定されている。
また、クランプ装置6では、保持された基板10がマスク支持プレート28に上面が合うように上方へ移動するよう構成されている。印刷後には逆に下方へ移動することとなるが、この場合も上下方向の移動距離が小さくなるように、クランプ装置6は、マスク支持プレート28に対するクランプ部27の上面高さが設定されている。従って、基板保持昇降装置4では、各部材の高さの関係が設定され、マスク支持プレート28の上面に対するコンベアベルト29の上面の高さも予め定められた高さとなっている。
次に、マスクホルダ2と基板保持昇降装置4の間には、図3に示すように、基板10やマスク20に付された基準マークを撮像するためカメラユニット35(撮像装置)と、マスク20の汚れを下面側から拭き取って清掃するクリーニングユニット37(クリーニング装置)が設けられている。図3は、カメラユニット35およびクリーニングユニット37の移動周辺を簡略化して示した図である。特に、カメラユニット35とクリーニングユニット37とが分離され、カメラユニット35のみが基板10とマスク20の間に進入した状態が示されている。なお、図1に示すスクリーン印刷機1において、矢印A1がカメラユニット35およびクリーニングユニット37の移動範囲であり、矢印A2が基板10の移動範囲である。
カメラユニット35およびクリーニングユニット37は、機体前後方向に延びるガイドロッド41に対して摺動可能に取り付けられ、駆動装置によって移動できるよう構成されている。本実施形態の駆動装置は、従来例と同様に、カメラユニット35のみが自走できるように構成されている。その駆動装置は、例えば駆動モータによって回転するネジ軸がガイドレール41と平行に設けられ、そこにカメラユニット35側に固定されたナットが螺合してボールネジが構成されている。そして、自走可能なカメラユニット35との連結によってクリーニングユニット37の移動を可能にすべく、両ユニットに連結器が構成されている。
先ず、クリーニングユニット37は、ロール状のクリーニングペーパが使用され、使用前の第1ローラ43から巻き出されて、マスク20を拭き取った使用済み部分が第2ローラ44によって巻きとられるよう構成されている。第2ローラ44側に設けられたサーボモータによってクリーニングペーパ13の巻取り(第1ローラ43からの巻き出し)が行われ、両ローラの間には、クリーニングペーパをマスク20の下面に押し付けるため、エアシリンダ45を使用したペーパ押し付け機構が組み込まれている。一方、カメラユニット35は、上方のマスクと下方の基板の両方とを撮像するため、カメラ47に対してプリズムが組み合わされている。
そして、カメラユニット35内には、プランジャを上下に伸縮作動させるソレノイド48が設けられ、クリーニングユニット37には、貫通孔が形成され連結プレート49がカメラユニット35側に突き出している。こうしたソレノイド48および連結プレート49が、カメラユニット35とクリーニングユニット37を連結するための連結器となっている。よって、ソレノイド48のプランジャが下方に伸び、カメラユニット35内に挿入された連結プレート49の貫通孔に差し込まれることにより、クリーニングユニット37がカメラユニット35に連結され、一体的な移動が可能になる。
クリーニングユニット37は、図1に示すように、スクリーン印刷機1の前部が待機位置となっている。そこで、クリーニングユニット37を使用したマスク20の清掃が行われる場合には、カメラユニット35が待機位置まで移動し、クリーニングユニット37に対する連結が行われるようになっている。一方で、ソレノイド48のプランジャが引き上げられた状態では、カメラユニット35とクリーニングユニット37は分離され、カメラユニット35だけの移動により基板10やマスク20に付された基準マークの撮像が行われるようになっている。
ところで、カメラユニット35とクリーニングユニット37は、全体がユニットカバーによって覆われているが、クリーニングユニット37の高さ方向の寸法がカメラユニット35の高さ寸法に比べて大きく。第1、第2ローラ43,44に巻かれるロール状のクリーニングペーパや、そのクリーニングペーパをマスクに押し付けるためのエアシリンダ45などが組み込まれているためである。この点、従来のスクリーン印刷機では、基板10とマスク20との間隔は、サイズの大きいクリーニングユニット37の高さ寸法に対応して設計されていた。そのため、基板10の移動距離が長くなってしまい、サイクルタイムが長くなるほか、マスク20に対する基板10の位置精度を低下させてしまっていた。
そこで、スクリーン印刷機1では、図4に示す通常時と、図5に示す清掃時とによって基板10の高さが切り換えられるよう構成されている。通常時のクリーニングユニット37は、図1に示す待機位置に配置され、基板10とマスク20の間にはカメラユニット35だけが進入することとなる。本実施形態では、図4に示すマスク支持プレート28の上面を基準高さk2として、スクリーン印刷機1内に搬送される基板10の搬送高さが設定される。昇降装置8に基板搬送装置5などが搭載された基板保持昇降装置4は、上下方向に変位する昇降部がマスク20の下側に進入するカメラユニット35やクリーニングユニット37と干渉する可能性がある。そのため、本実施形態では、そうした昇降部においてマスク20に最も近い支持プレート28の上面を基準高さk2としている。なお、基準高さk2は、図2に示すように昇降台12が基準高さKに位置する場合のマスク支持プレート28の上面高さである。
ここで、図6は、基準高さk2に位置決めされた基板10、マスクホルダ2に保持されたマスク20およびカメラユニット35の位置関係を概念的に示した図である。例えば、カメラユニット35は、マスク20との距離L2が3mmに設定されている。そこで、基準高さk2は、カメラユニット35から基板10までの距離L1が5mmとなるように、つまり両方の距離L1,L2の差がほとんど無く同程度になるように設計されている。本来であれば距離L1,L2を同じ値にすることにより、基板10とマスク20との距離L3を最も小さくすることができるが、基板10に生じ得る反りなどの状態変化量を考慮した同程度とし、距離L1の値が僅かに大きくなっている。
一方、マスク20の清掃時には、図5に示すように、クリーニングユニット37がマスク20の下側に移動するため、基板10とマスク20の間をカメラユニット35だけではなく、クリーニングユニット37が移動することとなる。そして、クリーニングユニット37は、カメラユニット35と上面を揃えて下側に大きくなっているため、基板10が干渉しないように、基準高さk2から所定の退避距離L4だけ下降するよう構成されている。なお、マスク20の清掃時に必ず基板10が保持されているわけではないため、基板10とマスク20の間とは、基板10が保持されていたとした場合における、基板10の高さとマスク20の間という意味である。
続いて、スクリーン印刷機1には、図2に示すように全体の駆動を制御する制御装置9が搭載され、基板10の昇降制御を含む各装置の駆動制御が次のようにして行われるようになっている。先ず、スクリーン印刷機1における基板10への印刷は、コンベアベルト29によってサイドフレーム25の間に基板10が搬送される。そして、バックアップ用モータ34の駆動によりバックアップテーブル31が上昇し、バックアップピン32に突き上げられた基板10がコンベアベルト29から持ち上げられる。基板10の位置合わせ後、基板クランプ用モータの駆動によりサイドフレーム25が移動し、その基板10が一対のクランプ部27によって挟み込まれて保持される。
次に、昇降用モータ33の駆動によって基板10を保持したクランプ装置6が上昇し、マスク支持プレート28の高さにクランプ部27と基板10とが位置決めされる。すなわち、マスク支持プレート28、クランプ部27、基板10の上面高さが基準高さk2に揃えられる。そして、基板10とマスク20との間をカメラユニット35が移動し、各々の基準マークの撮像が行われ、その撮像データに基づいて基板10とマスク20に関してX,Y,θ方向のズレ量が算出され、支持台15に構成されている補正装置によって位置ズレ補正が行われる。
カメラユニット35が移動して基板10の昇降範囲から外れると、基板保持昇降装置4では、昇降用モータ14の駆動により昇降台12が基準高さKの位置から上昇し、基板10がマスク20の下面に接する高さで位置決めされる。そして、スキージ装置3によってマスク20上のクリームはんだがローリングされ、印刷パターン孔へと押し込まれ下側の基板10に塗布される。その後、昇降用モータ33の駆動により基板10を所定速度で下降させる版離れが行われ、その基板10に対して印刷パターンに従ったクリームはんだによる印刷が行われる。
基板10に印刷が行われると、昇降台12は、昇降用モータ14の駆動により下降して基準高さKの位置に戻される。その後、昇降用モータ33の駆動によって基板10を保持したクランプ装置6が下降し、バックアップ用モータ34の駆動によりバックアップテーブル31が下降し、バックアップピン32に載せられた基板10がコンベアベルト29に戻される。こうしてクランプ装置6およびバックアップ装置7の位置が、図2に示す基板搬送高さに戻ることにより、基板搬送装置5による基板10の搬送が可能になり、印刷後の基板10はスクリーン印刷機1から搬出され、新たな基板10が搬入される。
スクリーン印刷機1では、前述したように基板10に対する印刷処理と、基板10の搬入・搬送とが繰り返し行われ、マスク20に対する清掃は、所定枚数の基板10への印刷処理毎に行われる。そのマスク清掃時には、カメラユニット35が図1に示すように待機位置のクリーニングユニット37へと移動し、両者の連結が行われる。すなわち、カメラユニット35の中にクリーニングユニット37側の連結プレート4が挿入され、その貫通孔にソレノイド48のプランジャが差し込まれる。
一方、基板保持昇降装置4は、基板10やマスク支持プレート28などがクリーニングユニット37と干渉しないように、昇降用モータ14の駆動によって昇降台12が下降し、基準高さKから所定距離だけ下方に退避する。その退避位置は、基板の搬送高さよりも下方である。そのため、基板10とマスク20との間にクリーニングユニット37の進入が可能になり、マスク20の下面にクリーニングペーパが押し当てられて汚れが拭き取られる。マスク20の清掃が終わったクリーニングユニット37は、再び待機位置に戻されてカメラユニット35との連結が切り離される。そして、基板保持昇降装置4では、昇降用モータ14の駆動により昇降台12が上昇し、マスク支持プレート28の上面が基準高さk2に戻される。

よって、本実施形態によれば、通常時には、マスク20に近い位置で基板10が保持および位置決めされるため、マスク20までの上昇及び下降距離が短くなり、印刷時の昇降動作に要する時間が短縮される。例えば、クリーニングユニット37に基板10の位置を対応させていた従来例に比べて、本実施形態ではサイズの小さいカメラユニット35に対応させることにより、基板10の位置がマスク20に25mm近づいている。そのため、印刷時の基板10の移動距離は往復で50mmもの差になりサイクルタイムを短縮することができる。
また、基板10の移動距離が短くなることによってマスク20に対する基板10の位置精度を上げることができる。基板10は、ガイドレール11に沿った昇降台12の移動に応じて昇降するが、その移動方向は鉛直方向に合わせて設計されてはいるものの、図6に示すように多少のズレ(角度θ)が生じてしまう。そのため、マスク20に接する基板10の到達位置では、その基板10とマスク20との間に横ズレBが生じてしまう。例えば、基板10とマスク20との距離L3が本実施形態では125mmであり、従来例は150mmであるとすると、角度θの値が0.1°であっても横ズレBの差が約44μとなってしまう。基板10に対する印刷には数十μの精度が要求されるため、本実施形態は印刷精度を高める点についても有効である。
ところで、スクリーン印刷機1では、クリーニングユニット37の方がカメラユニット35よりもサイズが大きくなってしまっている。そして、そのクリーニングユニット37は、使用効率などを考えれば大きな径のクリーニングペーパを取り付けられことが好ましい。しかし、マスク20の清掃のためには、基板保持昇降装置4の上を移動することになるため、クリーニングペーパに応じて高さ方向の寸法が大きなクリーニングユニット37の場合には、それに干渉しないだけの更に大きなスペースを確保する必要が生じる。
よって、本実施形態は、クリーニングユニット37の使用効率を上げつつ、印刷時に昇降台12のストロークが大きくなってしまう欠点を解消したものである。つまり、基板10に対して1枚ごとに行われる昇降台12の昇降ストロークは、クリーニングユニット37の大きさに関わらず、小さいカメラユニット35に応じて設定すればよい。一方、マスク20の清掃時には昇降台12が下降して従来のような大きなスペースを作り出すため、大きな径のクリーニングペーパを用いたクリーニングユニット37のデメリットを解消することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、自走可能なカメラユニット35に連結してクリーニングユニット37を移動可能にしているが、そのクリーニングユニット37にも駆動モータの回転出力をボールネジによって直進運動に変換させる自走構造としてもよい。また、各ユニットを走行させる駆動装置は、駆動モータの回転をプーリやベルトを介して直進運動に変換するなど他の構造であってもよい。
また、クリーニングユニット37をカメラユニット35の上面に揃える場合がマスク20との距離L2を最も小さくすることができるが、両ユニットの高さ方向の中心位置を基に、カメラユニット35の高さ方向の中心を、大きいクリーニングユニット37の高さ方向の中心よりも上になる関係で組み付けた構造であってもよい。
1…スクリーン印刷機 2…マスクホルダ 3…スキージ装置 4…基板保持昇降装置 5…基板搬送装置 6…クランプ装置 7…バックアップ装置 8…昇降装置 9…制御装置 10…基板 14…昇降用モータ 20…マスク 27…クランプ部 28…マスク支持プレート 35…カメラユニット 37…クリーニングユニット

Claims (4)

  1. マスクを保持するマスク保持装置と、
    前記マスク保持装置によって保持されたマスクに対して上方からクリームはんだを塗り延ばすスキージ装置と、
    前記マスクの下に基板を搬送する搬送装置と、
    前記搬送装置によって搬送された基板を保持し、前記マスクに対する上下方向の位置決めを行う基板保持昇降装置と、
    前記マスクの下面を拭き取り清掃するクリーニング装置と、
    前記マスクの基準マークと前記基板の基準マークとを撮像する撮像装置と、
    前記マスクと前記基板保持昇降装置との間を、前記撮像装置および前記クリーニング装置を移動させる駆動装置と、
    前記各装置を制御するものであって、前記基板保持昇降装置に対して、その昇降部を前記撮像装置のサイズに応じた基準高さに設定し、前記クリーニング装置の移動時には当該クリーニング装置のサイズに応じて前記基準高さから下降させる制御装置と、
    を有するスクリーン印刷機。
  2. 前記駆動装置は、前記撮像装置を直接移動させ、前記クリーニング装置は前記撮像装置との間に設けられた連結器を介して移動させるよう構成された請求項1に記載のスクリーン印刷機。
  3. 前記基板保持昇降装置によって前記基準高さに配置された前記基板に対して、前記撮像装置による基準マークの撮像が行われる請求項1又は請求項2に記載のスクリーン印刷機。
  4. 前記基板の基準高さは、基準マークを撮像する前記撮像装置との距離が、前記マスクと前記撮像装置との距離と同程度になるように設定されたものである請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のスクリーン印刷機。
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