JPH1051124A - はんだペースト印刷装置及びはんだペースト印刷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、基板へのはんだペースト印刷に
際し、はんだペーストがマスク側に残存するのを軽減
し、また版離れ時に基板やマスクの変形や歪みを回避
し、良好な印刷を可能とするはんだペースト印刷装置及
びはんだペースト印刷方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 基板１上に載置されたマスク３を封止空
間４ａを形成する構成の一部として使用し、マスク３上
に箱体４を構成する。スキージ７によってマスク上３の
はんだペースト６を基板１への印刷操作の後、気圧調整
手段５により封止空間４ａ内の気圧を高めるので、マス
ク３の開口部３ａ内のはんだペースト６は、Ｚ軸テーブ
ル２の下降操作の版離れ操作と相俟って、基板１面側へ
均一に押圧され、全マスク開口部にわたって良好な版離
れが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板等にはん
だペースト印刷を行うはんだペースト印刷装置及びはん
だペースト印刷方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高密度実装化された電子機器で
は、集積回路（ＩＣ）部品を搭載した回路基板が組み込
まれることが多い。その基板への１Ｃ等の電子部品の装
着には、リフロー法によるはんだ（半田）付けが多用さ
れている。リフロー法は、はんだペーストを基板上に載
置したメタルマスク等のマスクを介して塗布印刷し、そ
のはんだペーストの印刷された基板上に電子部品を粘着
させ、加熱炉内ではんだペーストを溶融させることによ
って部品接続を行なうはんだ付け法である。従って、マ
スクに形成された開口部（孔）のパターンは、予め基板
面に形成された部品接続端子等のパターンに対応してい
る。

【０００３】そこで従来のはんだペースト印刷装置は、
基板を固定し基板面に対して垂直方向すなわちＺ軸（上
下）方向へ移動可能で、かつそのＺ軸まわりに回動自在
としたＺ軸テーブルからなる保持手段と、基板の上にマ
スクを前記基板に対して位置決めして載置するマスク載
置手段と、マスク上に供給されたはんだペーストをマス
クに形成された開口部に押し込んで基板面に塗布印刷す
るスキージと、基板面にはんだペーストが塗布された後
に、マスクを基板面から剥がすいわゆる版離れ手段とか
ら構成されていた。マスクを基板面から剥がす版離れ
は、例えばマスク載置手段はその位置に固定した状態と
し、基板を保持したＺ軸テーブルを下方に降下操作する
ことにより行われる。

【０００４】基板面に塗布されるはんだペーストそのも
のは、周知のようにチキソトロピー（ｔｈｉｘｏｔｒｏ
ｐｙ）性を有するとともに、周囲温度によってもその粘
度が変化する。はんだペーストの粘度によって、塗布印
刷のやりやすさや印刷の仕上がり具合は影響を受ける。

【０００５】従来のはんだペースト印刷装置において、
はんだペーストの粘度管理ははんだペースト印刷時の温
度調節により行なわれていた。はんだペーストの温度が
下がるとはんだペーストの粘度が高くなるが、はんだペ
ースト塗布後はメタルマスクや基板に熱が奪われること
から一般にはんだペースト自体の温度は低下する。従っ
て、はんだペースト塗布後は一般にはんだペーストの粘
度が高くなり、マスクと基板とははんだペーストを介し
て固着された状態となり、良好な版離れがなされなかっ
た。この現象は、とくに部品チップの小形化と高密度実
装化が進み、基板パターンに対応したマスク開口部のピ
ッチが微細になればなるほどその傾向が強くなるので、
はんだペーストの粘度管理をいかに行うかが印刷方法に
おける課題とされた。

【０００６】また、スキージの移動によるはんだペース
ト塗布後に、良好な版離れを得るべく、マスク上から振
動を与えたりあるいは版離れされようとする開口部に空
気を吹き込ませる方法も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
はんだペースト印刷装置及びはんだペースト印刷方法で
は、はんだペーストの粘度管理は、周囲空間の温度調整
によって行ういわゆる間接的なものであった。また、マ
スク上への供給から始まり版離れまでの一連の工程の中
で、はんだペーストの形態は様々に変化するので、粘度
も都度ばらつきや変化が大きく、最終的に適度な粘度の
もとで版離れを行なわしめることは容易でなかった。

【０００８】例えば、マスク上から塗布されたはんだペ
ーストは、マスクや基板に熱が奪われやすいから粘度が
高まる傾向を示す。従って、はんだペーストを介してマ
スクと基板との間の接着度が高くなり、版離れさせよう
とするとマスクや基板に不要な応力が加わって変形する
という欠点があった。また、マスクや基板の変形が生じ
ない場合でも、マスクの開口部の壁面に付着して残存
し、はんだペーストがマスクから離れ落ちないため、基
板への印刷がきれいに行われない場合もあった。

【０００９】上記のように、はんだペースト粘度が高い
ために生ずる上記不具合を避けるため、はんだペースト
の温度を高めに設定すると、往々にして必要以上にはん
だ温度が上昇し、粘度は過度に低下しがちである。はん
だペーストの粘度の過度の低下は、はんだペースト印刷
時に所定の印刷パターンからはんだペーストがはみ出
し、あるいは印刷パターンがずれてしまうという不具合
も生じたので改善が要望されていた。

【００１０】なお、版離れ時に、マスク上から局部的に
機械的振動を与えたり空気を吹き込ませる方法は、オフ
コンタクト法の場合はともかく、高精度の印刷を目的と
したコンタクト法による版離れのように、マスクと基板
とが全接触面で一度に引き離す場合は採用できない上、
基板面に塗布されたはんだペースト自体にその振動が伝
わったりまたは局部的に風圧がかかると、せっかく塗布
されたはんだペーストが流れ、要求される印刷精度が得
られないことから、改善が要望されていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の課
題を解決するためになされたものであり、第１の発明は
はんだペースト印刷装置に係り、はんだペーストが印刷
される印刷面を有する基板を前記印刷面と異なる面で保
持する保持手段と、はんだペースト印刷用の開口部を形
成したマスクを前記基板上に位置決め載置するマスク載
置手段と、前記基板の上に載置されたマスクのはんだペ
ーストが供給される面を含み、かつこの面より上部の空
間を封止空間として形成する箱体と、この箱体によって
形成された前記封止空間内の気圧を調整する気圧調整手
段と、前記マスク上に供給されたはんだペーストを前記
基板上に載置されたマスクの開口部に押し込むスキージ
と、このスキージにより開口部にはんだペーストが押し
込まれたマスクを前記基板から剥がす版離れ手段とを具
備することを特徴とする。

【００１２】この第１の発明によれば、版離れのときに
は、気圧調整手段により封止空間内の気圧が高められる
ので、少々はんだペーストの粘度が大であっても、気圧
の内外圧力差により、マスクの開口部のはんだペースト
のみが、全て均一的に基板側に押し出されるように作用
するので、はんだペーストはマスクから容易に離脱し、
良好な塗布が行われる。

【００１３】また、封止空間内の気圧は、マスクに形成
された全ての開口部に均一な圧力が加わるので、基板と
メタルマスクのような比較的剛性の強い密着した部材間
で同時に版離れを行なわせる場合、はんだペーストの回
り込みやブリッジ不良を引き起こすことが少なく、マス
クの良好な版離れが可能となる。

【００１４】第２の発明は、はんだペーストが印刷され
る基板に、基板上のはんだペーストの塗布箇所に対応し
て形成された開口部を有するマスクを介してはんだペー
ストを印刷するはんだペースト印刷方法において、前記
基板上にマスクを介してはんだペーストが供給され、マ
スクを基板から離す版離れ動作開始に基づき、前記マス
ク全体に付加される圧力を高めていくことを特徴とす
る。

【００１５】また第３の発明は、同じくはんだペースト
が印刷される基板に基板上のはんだペーストの塗布箇所
に対応して形成された開口部を有するマスクを介しては
んだペーストを印刷するはんだペースト印刷方法におい
て、前記基板上にマスクを介してはんだペーストが供給
された後、マスクを基板から離す版離れ動作開始前に、
前記マスク全体に付加される圧力を高くし、その圧力を
高くした状態で版離れ動作を行うことを特徴とする。

【００１６】従って、この第２及び第３の発明によれ
ば、いずれも、版離れのときに、マスク全体への圧力が
高められるので、マスクの開口部に押し込まれたはんだ
ペーストのみが、均一な圧力により基板側に押し出され
るので良好な塗布が行われる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるはんだペース
ト印刷装置及びこれを用いたはんだペースト印刷方法の
一実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明によるはんだペースト印刷
装置の一実施の形態を示す側面図であり、はんだペース
ト印刷装置自体は、従来と同様に図示しない空気調和機
によって温湿度が調整制御された室内に設置されている
ものとする。

【００１９】まず、印刷面を上に有する基板１は保持手
段である円筒座標移動型ロボット２に固定されたＺ軸テ
ーブル２１によって下方の面で保持されている。円筒座
標移動型ロボット２は、搬送路２２上を移動してＺ軸テ
ーブル２１上の基板１を搬送させるとともに、Ｚ軸方向
すなわち上下方向への移動と、軸中心にθ方向に回動し
て位置調整するものである。

【００２０】従って、Ｚ軸テーブル２１上の所定位置に
載置された基板１はＺ軸テーブル２１とともに上下移動
とともにθ方向に回動調整され、基板１の上に位置する
メタルマスク等の印刷用のマスク３に密着するように構
成される。マスク３は０．１５ｍｍ程度の厚さで、矩形
状の枠体３１に強く張られている。

【００２１】なお、Ｚ軸テーブル２１上の基板１は、図
２にその要部を拡大して示したように、基板１の一端部
は固定支持部材２１ａに当接し、また他端部はＺ軸テー
ブル２１上の基板１の大きさに応じてその取り付け固定
位置を可変できるようにねじ２１ｂにより固定された止
め部材２１ｃにより基板１上で保持される。

【００２２】マスク３の開口部３ａは、基板１に形成さ
れた接続パターン１ａ（例えばＩＣチップリード用のパ
ッド）の上に位置し、その接続パターン１ａ上にはんだ
ペーストをマスク３の板厚にほぼ等しい厚さに塗布印刷
するものである。

【００２３】また、印刷用の開口部が形成され枠体３１
に張られたマスク３は、従来と同様に、図示しない直交
座標型ロボットのＸ−Ｙテーブルに支持されており、前
記基板１との間で相対的な位置決めが行われる。もっと
も、塗布印刷される基板１は、円筒座標移動型ロボット
２に載置されて搬送されて位置決めされるので、マスク
３を固定したＸ−Ｙテーブルの位置調整はわずかで良
い。

【００２４】なお、マスク３と基板１との間の位置決め
は、従来と同様に、互いに位置決め用のマークをもと
に、撮像画面によるパターン照合によって行われる。

【００２５】マスク３上には、マスク３が基板１の上に
載置された状態で、そのマスク３を構成の一部として封
止空間４ａを形成するように箱体４が設けられている。
つまり箱体４は、はんだペーストが供給される面を含
み、この面より上部の空間を封止空間として形成する。

【００２６】箱体４自体は図１に示すようにマスク３に
面した側が開口しており、透明な合成樹脂板で構成され
ている。もっとも、箱体４はマスク３そのものが封止空
間の一側面を担う構成であれば良いので、必ずしも板状
の素材である必要はなく、以下説明するように相当な密
閉空間を維持できれば良いので、例えばフレキシブルな
シートにより袋状に構成されたものでも良い。

【００２７】この箱体４には，この箱体４によって形成
された封止空間４ａ内に空気を挿入し、空間内の気圧を
高め得るように気圧調整手段５が接続され、この気圧調
整手段５は圧力源であるエア（空気）ポンプ５１に接続
されている。従って、気圧調整手段５は、マスク３が基
板１に密着した状態で、エアーポンプ５１から箱体４に
よって形成された封止空間４ａ内に供給される空気の量
を調整制御し、封止空間４ａ内の気圧を調整する機能を
有する。

【００２８】次に、マスク３上には、機械的な供給手段
によりあるいは人手によりはんだペースト６が供給載置
され、このはんだペースト６はスキージ７のＸ方向への
移動によりマスク３の開口部に押し込まれる。このスキ
ージ７によるマスク３の開口部にはんだペースト６の押
し込み操作により、マスク３の下の基板１上にははんだ
ペースト６が塗布印刷される。

【００２９】スキージ７にはスキージ７の上下移動機構
７１が設けられ、スキージ７はこの上下移動機構７１と
ともにスキージ保持器７２に保持されている。スキージ
７の上下移動機構７１はシリンダで構成され、マスク３
面に対し適度の押圧を加えられるように構成される。

【００３０】スキージ保持器７２はスキージ駆動機構８
のボールねじ８１に取り付けられ、このボールねじ８１
がモータ８２の回転駆動によって、左右（Ｘ軸）方向に
移動自在に構成される。

【００３１】従って、スキージ７は、マスク３面に対し
適度な押圧を加えつつ、塗布印刷方向に適宜移動するこ
とによって、マスク３上のはんだペースト６は開口部３
ａに押し込まれ、基板１面に塗布印刷される。

【００３２】はんだペースト６が基板１の所定の印刷面
に塗布された後、Ｚ軸テーブル２は円筒座標移動型ロボ
ット２により下方に降下し、基板１をマスク３から引き
離しいわゆる版離れが行われる。

【００３３】このとき、この実施の形態によるはんだペ
ースト印刷装置は、気圧調整手段５によりＺ軸テーブル
２による版離れ操作に対応して、箱体４内の気圧を上昇
させ、版離れのときには封止空間４ａ内の気圧を封止空
間外の気圧よりも高くなるよう調整するので、箱体４内
の気圧ははんだペースト６が押し込まれた開口部３ａを
押圧する。この気圧による押圧力は基板１の版離れ操作
と対応して加えられるので、開口部３ａ内のはんだペー
スト６は、基板１面にきれいに塗布され良好な版離れが
行われる。

【００３４】このように、本発明によるはんだペースト
印刷装置は、箱体４によって、はんだペースト６を収容
した封止空間４ａを形成し、気圧調整手段５によりその
封止空間４ａの気圧を調整するので、スキージ７によ
り、基板１上に所望のパターンを描くように、はんだペ
ーストは良好に塗布印刷される。

【００３５】次に、上記図１及び図２に示したはんだペ
ースト印刷装置の動作、すなわち操作手順について、図
３を参照して以下説明する。

【００３６】まず、マスク載置工程において、基板１
は、印刷面を上に向けた状態でＺ軸テーブル２に固定さ
れて搬送され、Ｚ軸テーブル２の押し上げにより、はん
だペースト６の塗布箇所に開口部３ａを形成したマスク
３と相互に位置決め密着される（ステップ（イ））。

【００３７】次に、はんだペースト供給工程により、マ
スク３上にはんだペースト６を載置する（ステップ
（ロ））。

【００３８】次に、封止空間形成工程において、基板１
上に載置されたマスク３を箱体４の構成の一部として封
止空間４ａを形成する（ステップ（ハ））。

【００３９】次に、塗布工程において、スキージ５のＸ
軸方向への押圧移動により、マスク３上のはんだペース
ト６は基板１に密着したマスク３の開口部３ａに押し込
まれる（ステップ（ニ））。なお、スキージ５は一方向
にのみ走行移動して塗布するだけではなく、折り返し移
動し双方向に塗布しても、あるいはそれらを繰り返し行
っても良い。

【００４０】次に、気圧調整工程により、マスク３を基
板１から剥がす操作に対応して、気圧調整手段５は前記
ステップ（ハ）の封止空間形成工程で形成された封止空
間４ａ内の気圧を外の気圧よりも高く設定するよう調整
する（ステップ（ホ））。

【００４１】最後に、版離れ工程により、Ｚ軸テーブル
を降下させ、マスク３を基板１から剥がし基板１面への
塗布印刷を終了する（ステップ（へ））。

【００４２】なお、上記工程で、気圧調整工程（ステッ
プ（ホ））のときまでに、スキージ５による塗布印刷が
終了していれば良いので、塗布工程（ステップ（ニ））
の後に封止空間形成工程（ステップ（ハ））を行うよう
にしても良い。

【００４３】このように、本発明方法によれば、Ｚ軸テ
ーブル２の下降操作による版離れに際し、気圧調整手段
５は封止空間４ａ内とその外側の大気圧との気圧差がマ
スク３の開口部に押し込まれたはんだペースト６を基板
１側へ押し出すように機能するので、はんだペースト６
の基板１面への本来の付着力に加えてその気圧力がはん
だペースト６を全ての開口部に対して均一に基板１側へ
押し出すことから、開口部３ａへの残存を防ぎきれいな
版離れが行われる。

【００４４】もっとも、上記ステップ（ホ）の気圧調整
工程では、封止空間４ａ内の気圧を十分高めた状態で停
止させ、その高圧状態を維持した状態で基板１とＺ軸テ
ーブル２を下方に下げる版離れ操作を行ってもよく、あ
るいは封止空間４ａ内の気圧を高めながら版離れ操作を
行っても良い。また、ある気圧まで高圧にした状態で版
離れを開始し、版離れの開始に基づきさらに気圧を高く
して版離れ操作を行っても良い。

【００４５】以上のように、この発明によるはんだペー
スト印刷装置及びはんだペースト印刷方法は、箱体４に
より封止空間４ａを形成し、版離れ操作に対応して、空
間内の気圧よりも高め、はんだペースト６のマスクから
の剥離作用を均一に助長するので、マスク３や基板１に
無用の応力を加えることなく、またパターンの欠けが生
じたり、はんだペーストの回り込み等が軽減された良好
な塗布印刷が可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるはん
だペースト印刷装置及びはんだペースト印刷方法によれ
ば、版離れをするときにマスク上方からの圧力によりマ
スク開口部のはんだペーストをほぼ均一に押し出すこと
から、はんだペーストがマスクの開口部からは容易に離
脱し、安定かつきれいな版離れが可能となり、実用に際
して得られる効果大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるはんだペースト印刷装置の一実施
の形態を示す一部断面図である。

【図２】図１に示す装置の要部拡大一部断面図である。

【図３】本発明によるはんだペースト印刷方法の一実施
の形態を示す工程図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ Ｚ軸テーブル ３ マスク ４ 箱体 ５ 気圧調整手段 ６ はんだペースト ７ スキージ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだペーストが印刷される印刷面を有
   する基板を前記印刷面と異なる面で保持する保持手段
   と、 はんだペースト印刷用の開口部を形成したマスクを前記
   基板上に位置決め載置するマスク載置手段と、 前記基板の上に載置されたマスクのはんだペーストが供
   給される面を含み、かつこの面より上部の空間を封止空
   間として形成する箱体と、 この箱体によって形成された前記封止空間内の気圧を調
   整する気圧調整手段と、 前記マスク上に供給されたはんだペーストを前記基板上
   に載置されたマスクの開口部に押し込むスキージと、 このスキージにより開口部にはんだペーストが押し込ま
   れたマスクを前記基板から剥がす版離れ手段とを具備す
   ることを特徴とするはんだペースト印刷装置。
2. 【請求項２】 前記気圧調整手段は、前記版離れ手段が
   動作する前に前記封止空間内の気圧をその封止空間外の
   気圧よりも高く設定することを特徴とする請求項１記載
   のはんだペースト印刷装置。
3. 【請求項３】 前記気圧調整手段は、前記版離れ手段の
   動作に基づいて前記封止空間内の気圧をその封止空間外
   の気圧よりも高く設定することを特徴とする請求項１記
   載のはんだペースト印刷装置。
4. 【請求項４】 はんだペーストが印刷される基板に、基
   板上のはんだペーストの塗布箇所に対応して形成された
   開口部を有するマスクを介してはんだペーストを印刷す
   るはんだペースト印刷方法において、 前記基板上にマスクを介してはんだペーストが供給さ
   れ、マスクを基板から離す版離れ動作開始に基づき、前
   記マスク全体に付加される圧力を高めていくことを特徴
   とするはんだペースト印刷方法。
5. 【請求項５】 はんだペーストが印刷される基板に基板
   上のはんだペーストの塗布箇所に対応して形成された開
   口部を有するマスクを介してはんだペーストを印刷する
   はんだペースト印刷方法において、 前記基板上にマスクを介してはんだペーストが供給され
   た後、マスクを基板から離す版離れ動作開始前に、前記
   マスク全体に付加される圧力を高くし、その圧力を高く
   した状態で版離れ動作を行うことを特徴とするはんだペ
   ースト印刷方法。