JPH05286115A - 半田形成印刷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印刷不良等が生じることなく、導体部の上面
に均一な半田部を形成し得る半田形成印刷装置を提供す
る。 【構成】 回路基板８に設けた複数個の導体部８ａに対
応する開孔部９ａが形成されたスクリーンマスク９の上
面に摺接し、前記開孔部９ａに半固形状の半田１０ｃを
充填するスキージ４，５を相対向して一対配置し、この
スキージ４，５の両側部に下端縁がスキージ４，５の下
端縁と面一となる側板６を配設してスキージ本体１を形
成してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板の導体部にス
クリーンマスクを用いて半田を印刷形成する半田形成印
刷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップ部品のリード部を回路基板に装着
する場合においては、近時、リード部の間隔が狭ピッチ
化しているために、回路基板の導体部に半田を印刷して
半田部を形成する方法が採用されている。

【０００３】この半田形成印刷装置の一例として、図９
および図１０に示すように、２本のスキージ３７，３８
を用いて半固形状のクリーム状半田１０ｃをスクリーン
マスク９上に塗布するものが知られている。このスクリ
ーンマスク９は、図示しない電子部品のリード部に対応
する位置に複数の開孔部９ａを形成している。

【０００４】前記スキージ３７，３８は板状で、塗布作
業の効率化を図るためにスクリーンマスク９上に一対が
配置されている。これらのスキージ３７，３８は、図示
しない移動手段により交互に上下動するとともに一方の
スキージ３７がスクリーンマスクの一端から他端側に、
他方のスキージ３８が他端から一端側に移動するように
なっている。

【０００５】しかして、このスキージ３７，３８により
半田部を形成する場合は、図９に示すように、回路基板
８に設けられた導体部８ａ上にスクリーンマスク９を配
置する。そして、このスクリーンマスク９の上面にクリ
ーム状半田１０ｃを置き、一方のスキージ３７を下降さ
せて上面に当接する。このとき、他方のスキージ３８は
上昇した状態に保ち非接触状態にしておく。

【０００６】そして、スクリーンマスク９の上面に沿っ
て一方のスキージ３７を直線移動させると、クリーム状
半田１０ｃがローリング（回転運動）しつつスキージ３
７の押し込み力によって開孔部９ａに充填される。この
スキージ３７が他端側に達すると、これを上昇させて他
方のスキージ３８を下降させる。続いて、クリーム状半
田１０ｃを補充してスキージ３８を一端側に移動させる
と、クリーム状半田１０ｃが開孔部９ａに充填される。
このような作業を繰り返し、開孔部９ａに半田１０ｃが
印刷された時点でスクリーンマスク９を取り除くと、導
体部８ａの上面に半田部が形成される。

【０００７】この後、複数の半田部に電子部品のリード
部を接触させた状態で、回路基板８をリフロー炉に通し
て半田部を加熱溶融し、回路基板８に設けられた導体部
８ａに電子部品のリード部を接続するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半田形成印刷装置は、一定の温度に加熱されたクリーム
状半田１０ｃを必要に応じて供給するのであるが、この
クリーム状半田１０ｃはスクリーンマスク９上に載せら
れると大気中に晒された状態となる。このため、半田１
０ｃが大気中の温度や湿度に影響されて、粘度が変化し
たり活性力が低下する。すると、半田印刷時に所謂印刷
にじみが生じたり、印刷量の減少や過剰による印刷不良
が発生していた。また、活性力が低下している場合は、
リフロー時に半田が粒状となって半田ボールが形成さ
れ、回路基板８の導体部８ａと電子部品のリード部とが
不良接続になるといった問題があった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半田形成印刷装
置は、回路基板に設けた複数個の導体部に対応する開孔
部が形成されたスクリーンマスクの上面に摺接し、前記
開孔部に半固形状の半田を充填するスキージを相対向し
て一対配置し、このスキージの両側部に下端縁がスキー
ジの下端縁と面一となる側板を配設してスキージ本体を
形成してなることを特徴とする。

【００１１】また、スキージ本体の上部に半田を収容す
る容器を設けるとともに、この容器内の半田を所定の温
度に加熱して一定量の半田を供給する半田供給部を備え
ている。

【００１２】また、スキージ本体と容器との間に配設さ
れスクリーンマスクの上面を前記スキージ本体の下端部
が摺接するときスクリーンマスク側に押圧力を付勢する
一方、前記スキージ本体側に作用する接触圧を吸収する
圧接調節機構とを設けている。

【００１３】また、スクリーンマスクの寸法を入力する
入力部と、この入力部からの寸法データに基づいてスキ
ージによる印刷開始点および印刷終了点の位置データを
算出する演算部と、この演算結果を受けてスキージ本体
を移動させる駆動部に対し制御信号を送出する制御部と
を備えたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、スキージ本体の上部側等に
半固形状の半田を供給する開口のみ設けておく。そし
て、回路基板の上面にスクリーンマスクを配置し、この
スクリーンマスク上にスキージ本体を当接させる。この
とき、スクリーンマスクの上面に対しスキージ本体の下
端部が密接状態となるので、スクリーンマスクとスキー
ジ本体との間に密閉空間が形成される。

【００１５】この状態で、半田供給部が半固形状の半田
をスクリーンマスク上に落下させ、対向するスキージの
方向に沿ってスキージ本体を移動させると、一方のスキ
ージにより半田が開孔部に順次充填される。この際、一
方のスキージの長さ方向に半田が拡がろうとするが、側
板によってスキージ本体の外方に漏れるのが防止され
る。よって、半田供給時のロスも大幅に軽減する。

【００１６】また、スキージ本体の下端縁が面一となっ
ていることから、スクリーンマスクの上面に沿って平行
移動させるとき、このスクリーンマスクが浮き上がるこ
となく摺接するので、各開孔部に均質に半田を充填する
ことができる。

【００１７】さらに、半固形状の半田は外気から遮断さ
れるので、急速に冷却したり塵埃が付着することなく、
その活性が保たれる。

【００１８】そして、半固形状の半田を補充しつつ一方
向への充填作業が終了すると、他方のスキージにより反
対方向への充填作業を開始する。このような作業を繰り
返し、全開孔部に半田が印刷された後、硬化を待ってス
クリーンマスクを取り除くと、回路基板に設けた複数個
の導体部に半田部が形成される。

【００１９】また、スキージ本体の上部に設けた容器に
半田を収容して、半田供給部により半田温度を設定して
おくと、スクリーンマスク上においては、安定した粘度
を保つことが可能となり、塗布に際してはスキージによ
るローリングが支障なく行われ、開孔部への充填むらが
生じることなく均質な印刷を行うことができる。

【００２０】また、スキージ本体の下端部がスクリーン
マスクの上面を摺接するとき、スクリーンマスクに圧接
する一方のスキージに荷重がかかるため、進行方向の前
方側にあるスクリーンマスクや回路基板が反り返る状態
となるが、スキージ本体と容器との間に圧接調節機構を
設けているので、他方のスキージ側に押圧力を付勢し、
一方のスキージ側に作用する接触圧を吸収して圧接力の
バランスを保つ。このため、スクリーンマスクには均等
な荷重がかかり、スキージ本体とスクリーンマスクとの
間には間隙が発生しない状態となる。

【００２１】また、印刷作業に際してスクリーンマスク
の寸法を入力すると、スキージによる印刷開始点および
印刷終了点が設定され、自動的にスキージを往復動させ
ることが可能となり、作業毎に印刷開始点を位置決めし
た後、印刷終了点をも決めねばならないといった煩瑣な
作業が不要となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００２３】図１は半田形成印刷装置の断面図、図２は
同全体構成を示す斜視図である。

【００２４】この半田形成印刷装置は、スキージ本体１
の上部に容器２を配置し、この容器２とスキージ本体１
との間に圧接調節機構３を介設して構成され、制御手段
である半田印刷位置制御装置１１によりスクリーンマス
ク９の開孔部９ａに半固形状の半田１０ｃを自動充填す
るようになっている。

【００２５】なお、スクリーンマスク９は、回路基板８
に設けた複数個の導体部８ａに対応する箇所に開孔部９
ａを形成している。

【００２６】前記スキージ本体１は、一対のスキージ
４，５と図２に示す側板６，６とからなり、保持具７に
配設されている。前後部のスキージ４，５は板状で、各
上端４ａ，５ａが保持具７の両側面に固着されている。
側板６は前後部のスキージ４，５による半田塗布時の流
出を防止するもので、この側板６の下端縁がスキージ
４，５の下端縁４ｂ，５ｂと面一になるように装着され
る。４ｃ、５ｃは、カバーである。これにより、スキー
ジ本体１は、スキージ４，５と側板６，６とで矩形状の
箱体に形成される。

【００２７】前記保持具７は断面が台形状で、中央には
クリーム状半田１０ｃをスクリーンマスク９の上面に落
下させる半田１０の供給孔として貫通孔７ａが形成され
ている。この保持具７は、後述の圧接調節機構３を介し
て容器２に取り付けられるようになっている。

【００２８】なお、図３に示すように、下端４０ｂ，５
０ｂが鋭角の板状部材を平行に配設して前後部のスキー
ジ４０，５０を形成し、上端４０ａ，５０ａを保持具７
０に装着する構成としてもよい。

【００２９】前記容器２は矩形状で、図１に示す如く収
容部１６や半田供給部１７を備えている。容器２は上下
部が開口しており、蓋体２０の施蓋される上部開口２ａ
から収容部１６に固形状の半田１０を複数本収容し、下
部開口２ｂより半田１０の下端１０ｂを突出させて前記
貫通孔７ａに臨ませるようになっている。なお、半田１
０の上端１０ａが蓋体２０により覆われることにより、
収容部１６内と保持具７との間に介在する半田１０は外
気から遮断される。

【００３０】半田供給部１７は、収容部１６の外周部に
設けられて一定量の半田を供給するもので、恒温水循環
路１８を側壁２ｃの上下方向に複数本配設している。こ
の恒温水循環路１８には、半田供給部１７を構成する図
示しない温水機から定温に設定された温水が送給され、
固形状の半田１０を加温してクリーム状とし、所定の粘
度に保って安定した印刷を可能としている。

【００３１】なお、容器２の下部開口２ｂに温度センサ
１９を設けており、この下部開口２ｂから排出されるク
リーム状半田１０ｃの温度を検出して温水機に温度検出
信号を送出するようになっている。本例では、前後部の
スキージ４，５によるローリング状態が常に良好となる
ように、下部開口２ｂから吐出される半田下端１０ｂの
直径を２０〜２５ｍｍとし、供給時間の調節によって供
給量が常に一定となるように設定している。

【００３２】また、前記容器２の内側壁２ｄには、図４
に示すように、収容部１６の半田１０の上端１０ａを検
出する残量検出センサ２１が設けられている。この残量
検出センサ２１は、半田１０が使用されて上端１０ａが
漸次降下すると、この上端１０ａ側に対応する検出部か
ら検出信号が制御部に検出信号を送出して、半田１０の
供給を促すようになっている。

【００３３】圧接調節機構３は、スクリーンマスク９の
上面に摺接するスキージ本体１の圧接力を調節するもの
であって、図２に示すように、複数個のヘッドバランサ
２２〜２５、スライドブロック２６〜２７、枠体２８お
よび回動部材２９，３０等を備えており、図１に示す容
器２の外周と保持具７との間に配設されている。

【００３４】前後部のヘッドバランサ２２，２３は、図
２および図５（ａ）に示すように、容器２の前後側壁の
中央に固定され、左右のヘッドバランサ２４，２５は、
図５（ｂ）に示す如く容器２の左右側壁の中央にそれぞ
れ固定されている。前後部のヘッドバランサ２２，２３
は、各シャフト２２ａ，２３ａがプレート３１の上面に
固定されている。このプレート３１は、保持具７の上面
に固定され、水平方向に延出させている。また、左右の
ヘッドバランサ２４，２５は、各シャフト２４ａ，２５
ａが枠体２８の長さ方向中央にそれぞれ固定されてい
る。

【００３５】スライドブロック２６〜２７は、シリンダ
により上下動するシャフト２６ａ〜２７ａを備えたもの
で、各シャフト２６ａ〜２７ａの付勢力を調節可能とな
っている。前部のスライドブロック２６，２６は、容器
２の前側壁において、両側部に２個が水平方向に突設さ
れ、後部のスライドブロック２７，２７も、後側壁にお
いて両側部に２個が水平方向に突設されている。

【００３６】前部のスライドブロック２６，２６の各シ
ャフト２６ａ，２６ａは、前部側の回動部材２９の両端
部に固着され、後部のスライドブロック２７，２７の各
シャフト２７ａ，２７ａも、それぞれ後部側の回動部材
３０の両端部に固着されている。そして、各スライドブ
ロック２６〜２７の側部と回動部材２９，３０との間に
は、それぞれスプリング３２が介設されている。

【００３７】枠体２８は容器２の外形より大きく形成さ
れ、左右の下面に支持部材３３が固定されていて、前後
の側方には前記回動部材２９，３０が各一対配されるよ
うになっている。左右の支持部材３３は、支軸３４によ
り保持具７の左右側部にそれぞれ回動自在に軸支され、
前後の回動部材２９，３０も支軸３５により枠体２８の
前後部にそれぞれ回動自在に軸支されている。

【００３８】これにより、上記圧接調節機構３は、回動
部材２９，３０、枠体２８および保持具７を介してスキ
ージ本体１を懸吊し、このスキージ本体１をスクリーン
マスク９に当接するときに、予めスライドブロック２６
〜２７のシャフト２６ａ〜２７ａの付勢力を調整してお
くとスクリーンマスク９の上面に対し均等な圧接状態に
することができる。

【００３９】また、前部および後部のヘッドバランサ２
２，２３は、図５（ａ）に示すように、スキージ本体１
の移動方向に応じて各シャフト２２ａ，２３ａの付勢力
を可変することができ、前方に移動させるとき前部のス
キージ４を後部のスキージ５よりも強い押圧力とし、こ
の逆方向に移動させるときは後部のスキージ５の押圧力
が強くなるように調整可能となっている。

【００４０】さらに、左右のヘッドバランサ２４，２５
については、図５（ｂ）に示しており、スクリーンマス
ク９のセンターを移動させるとき同一の押圧力とする
が、スクリーンマスク９の左端縁側または右端縁側を移
動させるときには傾斜が生じるので、この傾きに応じて
何れか一方のバランサの押圧力が強くなるように調整可
能となっている。

【００４１】しかして、圧接調節機構３は、スキージ本
体１の下端部がスクリーンマスク９上を摺接するとき、
各バランサ２２〜２５によりスクリーンマスク９側に適
当な押圧力を付勢し、スプリング３２によってスキージ
本体１側に作用する接触圧を吸収できる。よって、スク
リーンマスク９の上面とスキージ本体１の下端部との間
に間隙が生じるのを防止して、外気の浸入により半田１
０ｃにダストが混入したり、冷却による硬化を回避する
ことが可能となるものである。

【００４２】図６は半田印刷位置制御装置の電気的ブロ
ック線図である。この半田印刷位置制御装置１１は、ス
クリーンマスク９の幅寸法等をキー入力する入力部１２
の出力が演算部１３に接続されている。この演算部１３
は、入力部１２からの寸法データに基づいてスキージに
よる印刷開始点および印刷終了点の位置データを算出
し、制御部１４に与える。この制御部１４は、演算部１
３の演算結果を受けてスキージ本体１を移動させる駆動
部１５に対し制御信号を送出する構成になっている。

【００４３】本例においては、図７に示すように、回路
基板８にスクリーンマスク９がセットされると、このス
クリーンマスク９の幅寸法Ｐｘおよびスキージ本体１の
１／２寸法ａを入力する。演算部１３は、Ｐｘからスク
リーンマスク９のセンターＳを求め、このセンターＳと
ａとから印刷開始点Ｄ1 および印刷終了点Ｄ2 の位置デ
ータを下式により算出する。

【００４４】Ｄ1 ＝Ｓ−（Ｐｘ／２＋ａ） Ｄ2 ＝Ｓ＋（Ｐｘ／２＋ａ） これにより、Ｄ1 ，Ｄ2 が得られるので、前部および後
部スキージ４，５のストロークＷｘが決定される。制御
部１４は、このストロークＷｘに基づいて駆動部１５に
対し制御信号を送出するので、印刷を開始すれば終了す
るまでスキージ本体１が往復移動し、自動的に印刷が行
われる。このため、従来のように作業者が印刷開始点Ｄ
1 と印刷終了点Ｄ2 の間を往復させ、予めメモリに記憶
させておくことによってティーチングさせるといったよ
うな煩瑣な作業が不要となる。

【００４５】次に、半田印刷作業の動作について説明す
る。

【００４６】まず、容器２内に回路基板の１枚分に相当
する半田量および印刷枚数に応じた供給量を決定し、必
要な本数の半田１０を収容部１６に収容する。そして、
半田１０を加温しておき、裏面等をクリーニングしてお
いたスクリーンマスク９を回路基板８の上面に配置す
る。

【００４７】つぎに、スクリーンマスク９の幅寸法等を
入力し、クリーム状となった半田１０ｃがスクリーンマ
スク９の上面に落下した時点で印刷を開始する。ここで
は、スキージ本体１を降下してスクリーンマスク９上に
当接させると、圧接調節機構３によって圧接力のバラン
スが保たれる。すると、スクリーンマスク９の上面に対
しスキージ本体１の下端部が密接状態となるので、スク
リーンマスク９とスキージ本体１との間に密閉空間が形
成される。

【００４８】この状態で、図８に示すように、スキージ
本体１を実線位置から仮想線位置まで直線移動させる
と、後部のスキージ５によりクリーム半田１０ｃがロー
リングしつつスキージ５の押し込み力によって開孔部９
ａに順次充填される。続いて、この仮想線位置より実線
位置まで移動させる往復移動を何回か繰り返すと、前後
部のスキージ４，５により半田１０ｃが開孔部９ａに充
填される。

【００４９】ここで、スキージ本体１の下端部が摺接す
るとき、スクリーンマスク９に圧接する一方のスキージ
に荷重がかかるため、進行方向の前方側にあるスクリー
ンマスク９や回路基板８が反って浮き上がることなく、
スキージ本体１内の気密が保たれる。

【００５０】ところで、収容部１６の半田１０が不足す
ると自動的に供給されるが、スキージ本体１に側板６，
６が設けられているので、何れか一方のスキージが移動
するとき、その長さ方向に拡がろうとする半田１０ｃが
スキージ本体１の外方に漏れるのが防止され、半田供給
時のロスが大幅に軽減される。

【００５１】また、図１０および図１１において、粘度
Ｎと作業時間Ｔとの関係を従来との比較で示すように、
図１０の本例では、図１１の従来例に比して供給時間ｔ
の間隔が短く、しかも半田１０の一回の供給量を少くし
ているので、クリーム状半田１０ｃの粘度変化が大幅に
低減する。よって、半田１０ｃのローリングがスムース
に行われ、開孔部９ａには半田１０ｃが過不足なく充填
される。

【００５２】このため、開孔部９ａにクリーム状半田１
０ｃが印刷された時点でスクリーンマスク９を取り除く
と、印刷にじみ、印刷量不足および供給過剰による印刷
不良等が生じることなく、導体部８ａの上面には均一な
半田部が形成される。

【００５３】この後、半田部に電子部品のリード部を接
触して、リフロー炉等を通し加熱するが、クリーム状半
田１０ｃに湿気やダストが触れず半田の活性が保たれる
ため、このリフロー時には半田ボールが発生することな
く、回路基板８の導体部８ａに電子部品のリード部を適
正に接続することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、スキージ
本体をスクリーンマスクの上面に当接させたとき、スク
リーンマスクとスキージ本体との間に密閉空間が形成さ
れ、スキージ本体を移動させるとき、粘度の安定した半
固形状の半田を適量供給しつつ開孔部に充填することが
できる。このとき、半田のローリングがスムースに行わ
れ、開孔部にはクリームが過不足なく充填されるため、
印刷にじみ、印刷量不足および供給過剰による印刷不良
等が生じることなく、導体部の上面に均一な半田部を形
成することができる。

【００５５】また、側板によってスキージ本体の外方に
半田の漏れるのが防止されるため、半田供給時のロスが
大幅に軽減される。

【００５６】また、スキージ本体の下端縁が面一となっ
ており、圧接調節機構を設けていることから、スキージ
がスクリーンマスクの上面を摺接するとき、スクリーン
マスクや回路基板が反り返ることなく密接するので、外
気の浸入で半田が急速に冷却したり湿気や塵埃が触れる
ことなく活性が保たれる。よって、リフローによる導体
部と電子部品等との接続を適正に行うことができる。

【００５７】また、印刷作業に際してスクリーンマスク
の寸法を入力すると、スキージによる印刷開始点および
印刷終了点が設定され、自動的にスキージを往復動させ
るといったことが可能となる。よって、従来のように位
置決めのための煩瑣な作業が不要となり、作業効率が大
幅に向上するといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半田形成印刷装置の断面
図である。

【図２】半田形成印刷装置の全体構成を示す斜視図であ
る。

【図３】スキージの他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図４】容器に設けた半田残量検出センサの説明図であ
る。

【図５】圧接調節機構のバランサの動作説明図である。

【図６】半田印刷位置制御装置の電気的ブロック線図で
ある。

【図７】半田印刷の位置決め作業を示す説明図である。

【図８】本発明の半田形成印刷装置による半田印刷作業
を説明する平面図である。

【図９】従来の半田形成印刷装置による半田印刷作業を
示す説明図である。

【図１０】同半田形成印刷装置による半田印刷作業を示
す説明図である。

【図１１】本発明に係る半田粘度と供給時間との関係を
示すグラフである。

【図１２】従来例に係る半田粘度と供給時間との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ スキージ本体 ４ スキージ ５ スキージ ６ 側板 ８ 回路基板 ８ａ 導体部 ９ スクリーンマスク ９ａ 開孔部

フロントページの続き (72)発明者 浜根 徳人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板に設けた複数個の導体部に対応
   する開孔部が形成されたスクリーンマスクの上面に摺接
   し、前記開孔部に半固形状の半田を充填するスキージを
   相対向して一対配置し、このスキージの両側部に下端縁
   が前記各スキージの下端縁と面一となる側板を配設して
   スキージ本体を形成してなる半田形成印刷装置。
2. 【請求項２】 スキージ本体の上部に半田を収容する容
   器を設けるとともに、この容器内の半田を所定の温度に
   加熱して一定量の半田を供給する半田供給部を備えたこ
   とを特徴とする請求項１の半田形成印刷装置。
3. 【請求項３】 スキージ本体と容器との間に配設されス
   クリーンマスクの上面を前記スキージ本体の下端部が摺
   接するときスクリーンマスク側に押圧力を付勢する一
   方、前記スキージ本体側に作用する接触圧を吸収する圧
   接調節機構とを設けたことを特徴とする請求項１または
   ２の半田形成印刷装置。
4. 【請求項４】 スクリーンマスクの寸法を入力する入力
   部と、この入力部からの寸法データに基づいてスキージ
   による印刷開始点および印刷終了点の位置データを算出
   する演算部と、この演算結果を受けてスキージ本体を移
   動させる駆動部に対し制御信号を送出する制御部とを備
   えたことを特徴とする請求項１の半田形成印刷装置。