JPH06286105A - クリームハンダの印刷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリームハンダの粘度変化に拘らず、常に適
正量のクリームハンダをプリント基板のランド部に供給
する。 【構成】 スクリーン印刷版３を介してプリント基板２
の表面にクリームハンダ４を塗布する際、印刷版３に形
成された認識マーク９にクリームハンダ４を供給した
後、認識マーク９を画像認識し、プリント基板２の表面
に塗布されるクリームハンダ４が一定高さになるよう
に、認識結果に基づいて印刷圧力を制御する。画像認識
のデータは、画像処理装置１６によってスキージ５ａ又
は５ｂの走行速度を制御するファクターとしても使用で
きる。 【効果】 実際に印刷版上に塗布されるクリームハンダ
の広がり状態から算出した印刷圧力やスキージ走行速度
の適正値でスクリーン印刷が制御されるため、特に装置
の立ち上げ時，再開時等でハンダ不足に起因した欠陥を
発生させることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリームハンダの物性
変化に拘らず、一定量のクリームハンダを基板に塗布す
る印刷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板の表面には、多数のハンダ
ランドが形成されている。プリント基板上の配線は、ハ
ンダランドを介し所定の電子部品，電気部品等に接続さ
れる。接続される部品の耐熱性や形状，プリント基板に
対する位置関係等から、ハンダ揚げが採用できないこと
がある。このような場合、所定パターンに沿ってクリー
ムハンダをプリント基板表面に塗布し、熱線加熱等の非
接触方式でハンダをリフローさせ、部品端子をプリント
基板にハンダ付けしている。クリームハンダをプリント
基板に塗布する代表的な方法に、スクリーン印刷法があ
る。スクリーン印刷法では、図１に示すように、基板１
上に載置したプリント基板２に印刷版３を重ね合わせ、
印刷版３上にクリームハンダ４を供給する。印刷版３に
は、プリント基板２のランドパターンに対応する位置で
複数の孔が形成されている。

【０００３】スキージ５を印刷版３に押し当てながら移
動させると、クリームハンダ４は、印刷版３の孔部に埋
め込まれ、プリント基板２上に供給される。このように
して、所定のランドパターンに対応してクリームハンダ
４がプリント基板２に印刷される。クリームハンダ４が
スクリーン印刷されたプリント基板２に、印刷版３が取
り外された後、各種部品が装着される。次いで、熱線加
熱等によってクリームハンダを溶融し、部品端子をプリ
ント基板２のランドにハンダ付けする。この方式は、ハ
ンダ付け必要箇所のみを加熱する方式であるため、熱エ
ネルギーの消費量が少なく、ハンダ付けされる部品やプ
リント基板の熱的ダメージも抑制する。そのため、多量
のハンダを溶融しておくことが必要な従来のハンダ揚げ
に変わる方法としても、一部で採用されるようになって
きている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プリント基板の配線パ
ターンと部品端子との間に正常なハンダ付け部を得るた
めには、スクリーン印刷法でプリント基板のランド部に
クリームハンダを塗布するとき、各ランド部に供給され
るクリームハンダの量を一定にする必要がある。たとえ
ば、ランド部に供給されたクリームハンダの量が不足す
ると、断線や接続不良等の欠陥が発生し易い。逆に、ク
リームハンダが過剰に供給されると、短絡等の欠陥が発
生し易い。プリント基板に対するクリームハンダの供給
量は、印刷版の形状変化や汚れ等によっても変わるが、
クリームハンダの粘度が最も大きな影響を及ぼす。そこ
で、クリームハンダの粘度を一定に維持するように、従
来から種々の方法が提案されている。また、一定量のク
リームハンダが供給されるように、粘度に応じてスキー
ジの走行速度や印刷圧力を制御する方法も採用されてい
る。

【０００５】しかし、粘度は、同じ種類のクリームハン
ダであっても、スクリーン印刷の立ち上げや定常状態で
大きく変動する。すなわち、クリームハンダは、印刷開
始直後に粘度が高く、連続印刷していると徐々に粘度が
低下する。そこで、粘度に基づいてスキージの走行速度
や印刷圧力を調整しようとすると、粘度が安定するまで
に複数回の調整が必要となる。印刷機が停止したとき
も、クリームハンダの粘度が時間と共に高くなる。その
ため、印刷を再開する場合にも、同様に複数かの調整が
要求される。その結果、たとえば図２に示すように、ス
キージの走行速度及び／又は印刷圧力を複雑に制御する
ことになる。

【０００６】しかも、粘度の測定は、クリームハンダの
ように高粘度の材料を対象とするとき、測定誤差が大き
なものとなる。したがって、測定したクリームハンダの
粘度に基づき印刷条件を制御する方法では、測定値自体
の信頼性が低いことから、依然としてクリームハンダの
供給量にバラツキが生じることが避けられない。更に
は、粘度に応じた印刷条件を予め把握しておくことが必
要となる。本発明は、このような問題を解消すべく案出
されたものであり、粘度測定等を必要とすることなく、
実際に塗布されたクリームハンダの印刷版上における広
がり状態を制御要因とすることにより、より正確な操作
条件で一定量のクリームハンダをプリント基板に供給す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のクリームハンダ
印刷方法は、その目的を達成するため、スクリーン印刷
版を介して基板表面にクリームハンダを塗布する際、前
記スクリーン印刷版に形成された認識マークにクリーム
ハンダを供給した後、前記認識マークを画像認識し、前
記基板表面に塗布されるクリームハンダが一定高さにな
るように、認識結果に基づいて印刷圧力を制御すること
を特徴とする。印刷圧力に加え、認識結果に基づいて印
刷速度を制御することも可能である。本発明者等は、ス
クリーン印刷によってプリント基板に塗布されたクリー
ム半だの広がり状態に粘度がどのような影響を与えるか
につき、詳細に調査・研究した。印刷版を介してプリン
ト基板に塗布されたクリームハンダの広がり状態は、粘
度に応じて顕著に異なっている。そこで、この広がり状
態を制御用のデータとするとき、粘度の測定を必要とす
ることなく、現在の粘度に応じた印刷条件を設定できる
ものと考えた。

【０００８】口径の大きな孔部が形成された印刷版３を
介してクリームハンダ４をプリント基板２に印刷すると
き、塗布されたクリームハンダ４は、孔部に充填された
状態が粘度に応じて図３のように変わる。高粘度のクリ
ームハンダ４は、印刷版３に形成されている孔部５を十
分に埋めることができず、孔部５の内壁との間に空洞６
が生じ易い。プリント基板２から印刷版３を分離する
と、図３中段左に示すように転写不良の状態でクリーム
ハンダ４が盛られたプリント基板が得られ、ハンダ不足
となる。低粘度のクリームハンダ４は、印刷版３の孔部
５に円滑に供給され、孔部５の内壁との間に空洞６を形
成することはない。しかし、クリームハンダ４は、供給
された後で表面張力の影響を受け、またスキージで削り
取られるため、中央部が窪んだ状態で孔部５内に充填さ
れる。この状態は、プリント基板２から印刷版３を分離
した後でも維持され、ややハンダ不足になる。

【０００９】これに対し、適正粘度のクリームハンダ４
が供給される場合、印刷版３の孔部５がクリームハンダ
４で過不足なく充填され、印刷版３の孔部パターンを正
確に転写した状態で所定量のクリームハンダ４がプリン
ト基板２の表面に盛り上げられる。プリント基板２にス
クリーン印刷されたクリームハンダ４は、印刷時の圧力
によってもその形状が変わる。図３では、印刷圧力の影
響を粘度による影響と対比して示す。大きな印刷圧力で
は、印刷版３の孔部５に充填されたクリームハンダ４の
上層部がスキージで削り取られ、中央部が窪んだ状態に
なる。印刷圧力が小さい状態では、スキージによる削取
りが不十分で、印刷版３の表面にクリームハンダ４が残
留する。

【００１０】クリームハンダ４の充填状態に与える印刷
圧力の影響（図３下段）を粘度の影響（図３上段）と比
較すると、大きな印刷圧力で印刷されたクリームハンダ
４の充填状態は、低粘度のクリームハンダ４で印刷した
ときの充填状態に近似している。他方、小さな印刷圧力
で印刷されたクリームハンダ４の充填状態は、高粘度の
クリームハンダ４で印刷したときの充填状態に近似して
いる。この粘度と印刷圧力との関係から、低粘度の状態
にあるクリームハンダ４でスクリーン印刷する場合、小
さな印刷圧力で印刷するとき、中央部の窪みが解消さ
れ、正常状態に近い充填形態でクリームハンダ４が供給
されることが判る。逆に、高粘度の状態にあるクリーム
ハンダ４でスクリーン印刷する場合、印刷圧力を大きく
設定することにより、印刷版３の表面に残留しがちなク
リームハンダ４をスキージで十分に削り取り、正常状態
に近い充填形態でクリームハンダ４が供給されることが
判る。

【００１１】印刷圧力の調整でクリームハンダ４の供給
量を一定にすることは、口径の大きな孔部５が形成され
た印刷版３を使用するスクリーン印刷に有効である。こ
のようにして供給されたクリームハンダ４は、たとえば
角チップ等の表面積が大きな部品をプリント基板に実装
するときに使用される。他方、集積回路のリード部をハ
ンダ付けするような場合、プリント基板に形成されるラ
ンド部の表面積は小さく、これに対応して印刷版に設け
られる孔部も小さな口径である。このような小口径の孔
部を介したスクリーン印刷においては、印刷圧力の制御
だけで適性量のクリームハンダを供給することが困難で
ある。そこで、印刷圧力に加えてスキージの走行速度を
も制御する。スキージの走行速度がクリームハンダの充
填形態に与える影響を、図４を参照しながら説明する。

【００１２】口径の小さな孔部５が形成された印刷版３
を使用してプリント基板２にクリームハンダ４をスクリ
ーン印刷するとき、高粘度のクリームハンダ４では、上
段中に示すように、孔部５の内壁とクリームハンダ４と
の間に空隙７が生じ易い。空隙７は、クリームハンダ４
の粘度上昇に伴って、上段左に示すように孔部５を貫通
した状態で発生することもある。空隙７の程度によっ
て、プリント基板２から印刷版３を分離したとき、中段
中及び中段左に図示するように供給不足の状態でプリン
ト基板２上にクリームハンダ４が盛り上げられる。クリ
ームハンダ４の充填形態は、スキージの走行速度如何に
よっても同様な影響を受ける。すなわち、スキージの走
行速度を小さく設定してスクリーン印刷すると、下段左
に図示するように孔部５がクリームハンダ４で完全に充
填される。スキージの移動速度を徐々に上げると、一部
に空隙７が発生し（下段中）、遂には孔部５を貫通した
空隙７（下段右）となる。

【００１３】クリームハンダ４の充填状態に与えるクリ
ームハンダ４の粘度及びスキージの走行速度から、クリ
ームハンダ４の粘度が高く空隙７が生じる場合、スキー
ジの走行速度を低下させることにより空隙７の発生が抑
制されることが判る。また、低粘度のクリームハンダ４
を使用してスクリーン印刷する場合、空隙７の発生がな
い程度にスキージの走行速度を上昇できることが判る。
スキージの走行速度Ｖ₁ は、次式に従って設定すること
が好ましい。

【数１】 すなわち、印刷圧力の初期値Ｐ₀ に対する現在値Ｐ₁ の
比の逆数を補正係数として、初期設定速度Ｖ₀ を基準に
走行速度Ｖ₁ を調整する。定性的にいえば、クリームハ
ンダ４の粘度が高く印刷圧力が高い場合、走行速度Ｖ₁
を遅くする。

【００１４】クリームハンダ４の粘度が適正であるか否
かは、粘度を直接測定しなくても、印刷版に形成されて
いるマークの見え方で判定することができる。印刷版３
には、図５に示すようにプリント基板２との位置合せよ
うに認識マーク８が形成されているので、認識マーク８
に塗布されたクリームハンダ４の状態から粘度情報を得
ることができる。すなわち、クリームハンダ４の粘度が
変わると認識マーク８の見え方が変化するので、見え方
の変化に応じて印刷圧力やスキージの走行速度を調整す
る。位置合せ用の認識マーク８を粘度−印刷圧力調整マ
ークとして兼用すると、一度印刷してからでないと粘度
に対する印刷圧力の過不足を判定することができない。
そのため、最初の一枚のプリント基板２は、印刷圧力が
未調整の状態でスクリーン印刷されるため、印刷不良に
なる虞れがある。また、印刷圧力が大きくずれているよ
うな場合、クリームハンダ４の粘度に応じた適正値に印
刷圧力が制御されるまで、複数枚のプリント基板２に印
刷不良が生じることも考えられる。

【００１５】このような印刷不良の発生は、プリント基
板２の領域外にあたる位置で印刷版３に形成した専用認
識マーク９を使用することにより、回避することができ
る。この場合、プリント基板２に対する印刷に先立って
専用認識マーク９のみにクリームハンダ４を塗布する。
そして、専用認識マーク９の見え方に基づいて、印刷圧
力やスキージの走行速度を同様に調整する。この場合、
専用認識マーク９の上だけで印刷，認識及び補正を繰り
返すことができるため、プリント基板２に対して印刷不
良を発生させることがなく、印刷ニジミも生じない。ま
た、粘度−印刷圧力の制御に適したマークを自由に選定
できることから、補正精度も向上する。ただし、プリン
ト基板２の領域外に専用認識マーク９が配置されている
ことから、認識専用のカメラを別途配置し、或いは位置
合せ検出用カメラを可動形式にすることが必要になる。

【００１６】兼用認識マーク８又は専用認識マーク９
は、たとえば図６に示す形状で印刷版３に形成される。
すなわち、印刷版３を貫通しないドーナツ状の窪みを形
成し、認識マーク８又は９とする。兼用認識マーク８又
は専用認識マーク９の何れによっても、印刷圧力は、初
期設定の必要なく自動補正できる。他方、スキージの走
行速度は、印刷結果を見て最適な速度を初期設定する。
走行速度を一旦設定すると、クリームハンダ４の粘度が
変化した場合、前掲（１）式に従って印刷圧力の補正と
同時に適正な粘度−走行速度制御を行うことができる。

【００１７】

【実施例】本実施例は、設備構成を図７に示したスクリ
ーン印刷装置を使用した。このスクリーン印刷装置は、
一対のスキージ５ａ，５ｂをボールネジ１０に取り付け
ている。ボールネジ１０は、モータ１１によって回転
し、スキージ５ａ，５ｂを軸方向にピッチ送りする。一
方のスキージ５ａは、右方向の移動時にクリームハンダ
４でプリント基板２をスクリーン印刷する。他方のスキ
ージ５ｂは、左方向の移動時にプリント基板２をスクリ
ーン印刷する。スキージ５ａ，５ｂは、昇降シリンダー
１２ａ，１２ｂの駆動によりそれぞれ独立して昇降す
る。更に、昇降シリンダー１２ａ，１２ｂそれぞれに、
印刷されたプリント基板２から印刷版３を分離するとき
に作用するブレーキ１３ａ，１３ｂが設けられている。

【００１８】スクリーン印刷されるプリント基板２に
は、位置合わせされた印刷版３が重ね合わせられる。印
刷版３の周縁をフレーム１４で固定し、プリント基板２
と印刷版３との位置関係を確保する。プリント基板２の
領域外で印刷版３の上面に、図５及び図６に示した専用
認識マーク９を形成した。認識用カメラ１５を、専用認
識マーク９の上方を通過する軌跡に沿って移動可能に配
置した。クリームハンダ４が塗布された後の専用認識マ
ーク９を認識用カメラ１５で観察し、画像信号ｓ₀ とし
て画像処理装置１６に入力する。画像処理装置１６は、
画像信号ｓ₀ に基づき適正印刷圧力及び適正走行速度を
演算し、それぞれ適正印圧指令ｓ_p 及び適正速度指令ｓ
_v として印圧調整用レギュレータ１７及びスキージ速度
コントローラ１８に出力する。

【００１９】スキージ昇降バルブ１９ａ，１９ｂは、印
圧調整用レギュレータ１７から入力される制御信号に基
づいて開度が調節される。その結果、所定の圧力が昇降
シリンダー１２ａ，１２ｂに送り込まれ、作動中のスキ
ージ５ａ又は５ｂの印刷版３に対する圧力が調整され
る。スキージ速度コントローラ１８は、画像処理装置１
６から入力された適正速度指令ｓ_v に基づいて制御信号
をモータ１１に出力する。これにより、ボールネジ１０
の軸方向に関するスキージ５ａ又は５ｂの走行速度が調
節される。専用認識マーク９に塗布されたクリームハン
ダ４は、認識用カメラ１５で観察され、画像処理装置１
６で処理された。認識画像は、クリームハンダ４の粘度
に応じ、図８中段に示すように全面が黒く認識される状
態から黒い二重の円が認識される状態まで変化した。

【００２０】全面が黒く認識されたケースＩは、図８上
段左に示すように粘度に対して印圧が不足し、スキージ
５ａ又は５ｂで削り取った後の印刷版３の全面にクリー
ムハンダ４が広がっていることを示す。この場合、クリ
ームハンダ４の表面で乱反射が生じ、カメラ１５で観察
された表面全域が黒くなっている。粘度に対応した適正
な印刷圧力でクリームハンダ４が塗布されたケースIIで
は、図８上段中に示すように印刷版３の孔部にクリーム
ハンダ４が空隙や凹みなく充填されている。この場合、
カメラ１５を介した認識画像は、専用認識マーク９の凹
部形状に一致した太くて黒いリングとなる。粘度に対し
て印刷圧力が高過ぎるケースIII では、認識専用マーク
９に充填されているクリームハンダ４がスキージ５ａ又
は５ｂで削り取られ、認識専用マーク９の底部角部にク
リームハンダ４が残留した状態になる。したがって、カ
メラ１５を介し、図８中段右に示すように二重の黒いリ
ングが認識される。

【００２１】図８中段に図示されている認識画像は、観
察領域の全面積に対する黒色部分の面積比率に画像処理
装置１６で処理され、それぞれの状態に適した指令ｓ
_p ，ｓ_v を印圧調整用レギュレータ１７及びスキージ速
度コントローラ１８に出力する。ケースＩでは、印刷圧
力を上昇させる指令ｓ_p を出力し、昇降シリンダー１２
ａ又は１２ｂを作動させ、動作中のスキージ５ａ又は５
ｂの印刷版３に対する圧力を上昇させる。その結果、粘
度に対応した適正な印刷圧力が得られ、認識画像が図８
中段中に示した認識画像が観察される。ケースIII で
は、印刷圧力を下降させる指令ｓ_p を出力し、印刷版３
に対するスキージ５ａ又は５ｂの圧力を低下させる。そ
して、適正な印刷圧力が得られるまで圧力調整を繰り返
し、図８中段中の認識画像を得る。粘度に応じた適正な
印刷圧力でクリームハンダ４が塗布されているケースII
では、その圧力を維持する指令ｓ_p を出力し、同じ条件
下でスクリーン印刷を継続する。

【００２２】このように印刷圧力を制御しながらプリン
ト基板２にクリームハンダ４を塗布することによって、
プリント基板２上のランド部に適性量のクリームハンダ
４を供給することができた。そして、このランド部を介
してプリント基板２上の配線パターンに部品端子を接続
すると、ハンダ不足に起因した接続不良や接続部の接触
抵抗増加等はみられなかった。これに対し、印刷圧力を
一定に維持したままスクリーン印刷したものでは、配線
パターンに対する部品端子の接続が完全でなく、接触抵
抗が大きな接続部も形成された。このような不良発生
は、特にスクリーン印刷の開始初期や再開時にクリーム
ハンダが塗布されたプリント基板に多くみられた。この
対比から明らかなように、本実施例では、断線，高接触
抵抗，短絡等のない接続部をプリント基板の配線パター
ンと部品端子との間に形成し、電気部品，電子部品等を
高信頼性でプリント基板に実装できることが判る。

【００２３】以上の実施例においては、認識された画像
の黒色面積比率に基づいてクリームハンダの塗布状態を
判定している。しかし、認識マーク８又は９に供給され
たクリームハンダ４の充填状態を制御用の情報とする限
り、黒色面積比率以外のデータに基づき印刷圧力を制御
することも可能である。たとえば、認識画像の黒色部分
は、粘度と印刷圧力との関係に応じて図８中段に示すよ
うに形状が変わることから、この形状を制御用のデータ
とすることも可能である。また、口径の小さい孔部が形
成された印刷版３を介したスクリーン印刷にあっては、
画像処理装置１６で得られた黒色面積比率に対応した指
令ｓ_v をスキージ速度コントローラ１８に入力し、粘度
に対応した適正なスキージ走行速度を得る。この場合、
クリームハンダ４の充填状態が図４上段のようになるこ
とから、黒色面積比率に加えて黒色部の形状も制御用デ
ータとして処理することが好ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、印刷版に設けた認識マークに塗布されたクリームハ
ンダの充填状態から、現在使用されているクリームハン
ダに適した印刷圧力を算出し、クリームハンダの粘度に
対応する適正な印刷圧力でスクリーン印刷を行うことに
より、常に適正量のクリームハンダをプリント基板に供
給している。また、口径の小さな孔部が形成されている
印刷版を使用するときには、同様にクリームハンダの広
がり状態から適正なスキージ走行速度を算出し制御す
る。この方式によるとき、時々刻々変化するクリームハ
ンダの粘度に拘らず、プリント基板のランド部に供給さ
れるクリームハンダが適正量に維持されるため，断線，
接触抵抗の増加，短絡等の接触不良を生じさせることな
く、プリント基板の配線パターンと部品端子とを高信頼
性でハンダ付けすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スクリーン印刷の概略

【図２】 一定量のクリームハンダを供給するためにク
リームハンダの粘度変化に応じて制御されたスキージの
印刷圧力及び走行速度の経時変化

【図３】 口径が比較的大きな孔部をもつ印刷版を使用
してスクリーン印刷した場合のクリームハンダの粘度が
印刷状態等に与える影響

【図４】 小さな口径の孔部をもつ印刷版を使用してス
クリーン印刷した場合のクリームハンダの粘度が印刷状
態等に与える影響

【図５】 認識マークが形成された印刷版

【図６】 認識マークの形状

【図７】 本発明実施例で使用したスクリーン印刷装置

【図８】 同実施例における制御態様

【符号の説明】

１ 基台 ２ プリント基板 ３ 印刷版 ４
クリームハンダ ５，５ａ，５ｂ スキージ ６ 空洞 ７
隙間 ８ 位置合わせ兼用の認識マーク ９ 専用認識マー
ク １０ ボールネジ １１ モータ １２ａ，１２ｂ 昇降シリンダー １３ａ，１３ｂ
ブレーキ １４ 印刷版押え用のフレーム １５ 認識用カメ
ラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリーン印刷版を介して基板表面にク
   リームハンダを塗布する際、前記スクリーン印刷版に形
   成された認識マークにクリームハンダを供給した後、前
   記認識マークを画像認識し、前記基板表面に塗布される
   クリームハンダが一定高さになるように、認識結果に基
   づいて印刷圧力を制御することを特徴とするクリームハ
   ンダの印刷方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の認識結果に基づいて印刷
   圧力及び印刷速度を制御することを特徴とするクリーム
   ハンダの印刷方法。