JPWO2019012681A1

JPWO2019012681A1 - スクリーン印刷機

Info

Publication number: JPWO2019012681A1
Application number: JP2019529413A
Authority: JP
Inventors: 敦志鳥居; 古市　彰; 彰古市
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: WO2019012681A1; EP3653380B1; CN110997328B; EP3653380A1; US20200196454A1; EP3653380A4; JP6892510B2; CN110997328A; US11627665B2

Abstract

基板の搬送するための搬送装置と、搬送された基板を印刷位置で位置決めする基板保持装置と、保持された基板の上方にマスクを取り付けるためのマスク保持装置と、前記マスクのパターン孔にクリームはんだを充填させるスキージ装置と、前記基板保持装置によって位置決めされた基板を昇降させる基板昇降装置と、前記各装置の駆動制御を行うものであり、前記マスクに対して基板を下側から上昇させて重ね、且つ前記パターン孔にクリームはんだを充填させた状態で待機させておき、基板搬送信号に従って前記基板を版離れ下降させる待機印刷処理部を備えた制御装置とを有するスクリーン印刷機。

Description

本発明は、マスクを介して基板に対して行うクリームはんだの印刷処理を向上させたスクリーン印刷機に関する。

スクリーン印刷機では、複数のパターン孔によって印刷パターンが形成されたマスクを備え、下に基板を重ねたマスクに対して上からクリームはんだが塗り延ばしされる。そして、パターン孔に充填されたクリームはんだが基板に塗布されることにより、基板に印刷パターンによる印刷が行われる。その場合、基板上に正しくクリームはんだが塗布されていなければ、後工程で行われる電子部品の装着に不備が生じることになる。そこで、下記特許文献１には、クリームはんだのニジミやカスレ等の印刷ミスを防止するためのスクリーン印刷機が開示されている。

例えば、スクリーン印刷機では、部品実装機の部品切れなどにより長い時間駆動が停止した状態になることがある。一方、マスクのパターン孔に充填されたクリームはんだは、印刷処理の際に全てが基板に移るわけではなく、パターン孔の内周面に付着したものが残留はんだとして残ってしまう。その残留はんだは、パターン孔に長時間放置されると粘度が高くなってしまい、パターン孔への新たなクリームはんだの充填を妨げるほか、印刷ミスを引き起こすなどの問題を生じさせることになる。

この点、前記文献の従来例では、マスクのパターン孔にクリームはんだを充填した状態で予め設定された保持時間が経過するのを待ち、基板をマスクから離すようにしたスクリーン印刷機が開示されている。具体的には、残留はんだが付着しているマスクのパターン孔に対し、新たに印刷するためクリームはんだを充填させる。そして、クリームはんだが充填された状態のまま一定の時間経過させることにより、両方のクリームはんだの粘度差を小さくさせる。これにより、パターン孔に充填されたクリームはんだが残留はんだと融合して一体となり、パターン孔から抜けて基板に印刷されるようになる。

特開２００３−２１１６３１号公報

しかし、その従来技術では、両方のクリームはんだが粘度差を小さくして一体化するまでの時間を待つ必要がある。つまり、パターン孔にクリームはんだを充填した状態で一定の保持時間が経過するまで基板をマスクから離すことができず、印刷処理に時間を要してしまう。つまり、従来技術では、クリームはんだをマスクのパターン孔に充填してから、基板を下降させて版離れさせるまでに、１秒から長い場合には１時間程度がタイマーによってカウントされることになっている。それでは、回路基板の製造効率を著しく低下させてしまうことになる。また、タイマーによる保持時間の設定は各種条件によって異なるものであるため、作業者の判断で行うには十分な経験が必要になる。一方で、各種パラメータに基づいて保持時間を自動計算するようにしたのでは、その構成や取扱いが複雑になってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、簡単な構成によりクリームはんだの印刷処理を向上させた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、基板の搬送するための搬送装置と、搬送された基板を印刷位置で位置決めする基板保持装置と、保持された基板の上方にマスクを取り付けるためのマスク保持装置と、前記マスクのパターン孔にクリームはんだを充填させるスキージ装置と、前記基板保持装置によって位置決めされた基板を昇降させる基板昇降装置と、前記各装置の駆動制御を行うものであり、前記マスクに対して基板を下側から上昇させて重ね、且つ前記パターン孔にクリームはんだを充填させた状態で待機させておき、印刷指令信号に従って前記基板を版離れ下降させる待機印刷処理部を備えた制御装置とを有する。

前記構成によれば、制御装置の待機印刷処理部により、前記マスクに対して基板を下側から上昇させて重ね、且つ前記パターン孔にクリームはんだを充填させた状態で待機させておき、印刷指令信号に従って前記基板を版離れ下降させる。そのため、先の基板を版離れさせてから次の基板の印刷まで長時間を要したとしても、残留はんだが乾燥する状況にはならず、印刷処理を向上させることができる。

スクリーン印刷機の一実施形態を示した内部構造図である。スクリーン印刷機の制御システムを簡易的に示したブロック図である。待機印刷処理プログラムで実行される各印刷工程を段階的に示した図である。通常印刷処理プログラムで実行される各印刷工程を段階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、本実施形態のスクリーン印刷機を示した内部構造図である。このスクリーン印刷機１は、検査機や部品装着機などと共に基板生産ラインを構成するものである。そのため、クリームはんだが印刷された基板は次の工程に搬送され、下流側で印刷状態が検査されるほか、電子部品の装着などが行われる。そのスクリーン印刷機１は、全体が機体カバーによって覆われ、開閉カバーを開くことにより、マスク交換などの段取り換えや機内のメンテナンスなどを行うことが可能になっている。

そうした機体カバー内には、図１に示すスクリーン印刷機の内部構造が組み込まれている。スクリーン印刷機１は、マスクホルダによって機内にマスク２０が取り付けられ、その下を基板１０が機体幅方向（図面を貫く方向）に搬送されるようになっている。そして、基板１０は、機内の印刷位置に停止して位置決めされ、その基板１０に対して所定のパターンでクリームはんだを塗布した印刷が行われる。そのため、マスク２０の下側には、基板１０を搬送する基板搬送装置１１や基板をクランプするクランプ装置１２などが構成されている。

基板搬送装置１１やクランプ装置１２は、昇降装置１３に対して組み付けられている。その昇降装置１３は、昇降台２１がボールネジ機構２２を介して昇降用モータ２３に連結され、上下方向に移動可能である。昇降台２１の上には支持台２５を介して機体前後方向（図面左右方向）に一対のマスクサポート２６が設けられ、その間にクランプ装置１２が配置されている。マスクサポート２６の上面にはマスク２０と接触するマスク支持プレート２７が固定されている。一方のマスクサポート２６（図面右側）にはボールネジ機構２８が構成され、マスクサポート用モータ４７（図２参照）の制御によって他方のマスクサポート２６との距離の調整が可能になっている。

クランプ装置１２は、支持台３１に一対のサイドフレーム３２が配置され、一方にはボールネジ機構３３が構成され、クランプ用モータ４８（図２参照）の制御によって両者の距離の調整が可能になっている。また、サイドフレーム３２の上端部にはクランプ部３５が形成され、互いの距離の調整によって基板１０が把持できるようになっている。そして、両サイドフレーム３２の内側には、コンベアベルトからなる基板搬送装置１１が組み付けられ、また当該フレーム間にはバックアップ装置１４が設けられている。

バックアップ装置１４は、複数のバックアップピン３８を備えたバックアップテーブル３７がボールネジ機構により支持され、バックアップ用モータ３９によって昇降するよう構成されている。従って、基板１０は、そのバックアップピン３８を介して持ち上げられるようになっている。また、クランプ装置１２の支持台３１は、ボールネジ機構を介して支持され、昇降用モータ３４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１２やバックアップ装置１４を支持する支持台２５は、昇降台２１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。

次に、マスク２０の上側にはスキージ装置１５およびはんだ供給装置１６が設けられている。スキージ装置１５は、スキージを備えた一対のスキージヘッド４１，４２がシリンダによって昇降可能な状態で走行台４３に搭載されている。そして、機体幅方向両側のガイドレール４５に対し、スキージ装置１５が摺動可能に組み付けられている。ガイドレール４５は機体前後方向に延びており、スキージ装置１５は同方向に移動可能である。また、その同じガイドレール４５には、マスク２０にクリームはんだを吐出するはんだ供給装置１６も摺動可能に組み付けられている。スキージ装置１５とはんだ供給装置１６は、各々の走行台４３や移動台４６が２本のガイドレール４５に対して摺動可能に組み付けられ、スキージ装置１５には走行台４３が自走できるように駆動機構が構成されている。

スクリーン印刷機１は、全体の駆動を制御する制御装置１８が搭載され、各装置の駆動制御が行われるようになっている。図２は、スクリーン印刷機１の制御システムを簡易的に示したブロック図である。制御装置１８は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４がバスラインを介して接続されている。ＣＰＵ５１は、制御装置全体を統括制御するものであり、ＲＯＭ５２には、ＣＰＵ５１が実行するシステムプログラムや制御パラメータ等が格納され、ＲＡＭ５３には、一時的な計算データや表示データ等が格納される。

不揮発性メモリ５４にはＣＰＵ５１が行う処理に必要な情報が記憶され、スクリーン印刷機１のシーケンスプログラムなどが格納されている。特に、本実施形態では後述する印刷処理プログラム８０なども格納されている。また、スクリーン印刷機１には機体前面部にタッチパネル型の操作表示装置５８が取り付けられ、作業者によるモード切替などの入力操作や、画面における製造状況の表示などが可能になっている。そして、制御装置１８は、Ｉ／Ｏポート５５を介して操作表示装置５８が接続されている。Ｉ／Ｏポート５５には、その他にも昇降用モータ２３などの各種モータが各々のドライバ７１〜７５などを介して接続されている。

続いて、スクリーン印刷機１の作用について説明する。スクリーン印刷機１では、先ず、基板搬送装置１１のコンベアベルトに載せられた基板１０が、一対のサイドフレーム３２の間の印刷位置に搬送される。そして、バックアップ用モータ３９によってバックアップテーブル３７が上昇し、バックアップピン３８に突き上げられるようにして基板１０がコンベアベルトから持ち上げられる。その後、一対のサイドフレーム３２の距離が縮められ、基板１０は、クランプ部３５によって挟み込まれ、機内の印刷位置において保持される。更に、基板１０を保持したクランプ装置１２が昇降用モータ３４によって上昇し、マスク支持プレート２７の高さにクランプ部３５と基板１０の位置が合わせられ、上面の高さが揃えられる。

そして、昇降用モータ２３の駆動により昇降台２１が上昇し、マスク支持プレート２７、クランプ部３５及び基板１０の上面がマスク２０の下面に軽く接触する高さで停止する。一方、マスク２０の上面側では、クリームはんだがスキージ装置１５によってマスク２０上でローリングされ、パターン孔へと押し込まれる。その後、昇降用モータ２３の駆動により昇降台２１が下降し、基板１０がマスク２０から版離れし、基板１０に対してクリームはんだの印刷パターンが形成される。

ところで、このような基板１０に対する印刷が終了した後、次の基板１０に対する印刷までの時間が長くなってしまうと、前記課題でも述べたように次の基板１０に対する印刷ミスが生じてしまうことがある。スクリーン印刷機１では、短時間の印刷が繰り返されるような場合だけではなく、例えばマスクパターンが複雑なために前の基板１０に対する印刷状態検査や部品実装が完了するまでに長時間を要したり、作業者の休憩のためスクリーン印刷機１が長い時間駆動停止してしまうことがある。そのような場合、マスク２０のパターン孔の側面に残留はんだが付着したままでは、クリームはんだ内のフラックスが乾燥して粘性変化が起きてしまう。そして、粘性変化した残留はんだは、次に行われる基板１０の印刷において悪影響を及ぼすことになる。図４は、そうした通常の印刷処理において印刷ミスが生じた状況を示した図であり、印刷処理の各工程が段階的に示されている。

先ず、（ａ）工程では、前述したように下から基板１０ａが重ねられ、マスク２０のパターン孔２０１内にスキージ１５１によってクリームはんだ６０が充填される。そして（ｂ）工程では、基板１０ａが下降する版離れが行われ、その基板１０ａにパターン形状のクリームはんだ６０が印刷される。このとき、パターン孔２０１内のクリームはんだ６０は全てが基板１０ａに移るわけではなく、粘性を有しているため、パターン孔２０１の内側面に残留はんだ６１が付着して残ってしまうことになる。

ところで、印刷が終了した基板１０ａは、下流側の部品実装機で実装作業が行われていると、搬送されずにスクリーン印刷機内で待機することになる。そのため、印刷位置に基板１０ａが残っていると、次の基板１０ｂが搬送されないため、（ｃ）工程で示す状態でマスク２０が長時間放置されることとなる。そして、そのときパターン孔２０１の側面に付着した残留はんだ６１が乾燥して粘性が変化してしまう。その後、基板１０ａが搬送されたならば、次の基板１０ｂが印刷位置に搬送され、（ｄ）工程で示すように基板１０ｂがマスク２０に対して下から重ねられる。

そして、残留はんだ６１を備えたパターン孔２０１に新たなクリームはんだ６０が充填され、続く（ｅ）工程で基板１０ｂの版離れが行われる。すると、基板１０ｂにクリームはんだ６０が全て印刷されるはずであるが、場合によっては、図示するように一部のクリームはんだ６２だけが印刷されることがある。乾燥して粘度の高くなった残留はんだ６１によって版離れ時の抵抗が大きくなり、パターン孔２０１内に残留はんだ６１とともに非転写はんだ６３が残ってしまうからである。その場合、基板１０上のクリームはんだ６１だけでは体積不足であるため印刷ミスとなる。

これに対して本実施形態のスクリーン印刷機１は、前の基板１０ａの印刷終了から次の基板１０ｂに対する印刷の間隔が長くなったとしても、基板１０ｂに対する印刷を良好に行うための機能を備えている。具体的には、制御装置１８に格納された印刷処理プログラム８０に特徴を有し、特に基板１０を下降させてマスク２０から離す版離れのタイミングの制御が行われるようになっている。不揮発性メモリ５４には、その制御処理を実行するための待機印刷処理プログラム８１が格納され、図３は、当該プログラムより実行される印刷時の各工程を段階的に示した図である。

先ず、（ａ）工程では、マスク２０に基板１０ａが重ね合わされ、そのマスク２０に対してパターン孔２０１内にスキージ１５１によりクリームはんだ６０が充填される。その後、（ｂ）工程で、基板１０ａが下降する版離れが行われ、基板１０ａに対してパターン形状のクリームはんだ６０が印刷される。そして、印刷が完了した基板１０ａはコンベアによって下流側の検査機や部品実装機などへと搬送される。

スクリーン印刷機１では、基板搬送信号に基づいて基板１０ａが下流側へ搬送されるため、すぐに次の基板１０ｂの搬入が行われる。基板搬送信号は、印刷位置の下流の位置に印刷後の基板１０ａが移動可能であることを示す信号である。基板搬送信号としては、例えば、基板１０ａより先行して処理される先行基板が、スクリーン印刷機１の下流側に位置する装置での処理が完了し、下流側の装置から搬出されたときに、下流側の装置から送信される搬出信号などがある。そして、基板１０ｂは、（ｃ）工程で示すようにマスク２０の下に重ねられて、更に（ｄ）工程で示すようにパターン孔２０１にクリームはんだ６０が充填される。従って、（ｂ）工程で、パターン孔２０１の内側面に残留はんだ６１が付着していても、そのパターン孔２０１内には短時間のうちに新たなクリームはんだ６０が充填されることとなる。そして、前の基板１０ａに対する印刷状態検査や部品実装に長時間を要する場合、或いは作業者の休憩時間である場合には、（ｄ）工程の待機状態が維持されることとなる。

基板１０ｂは、マスク２０の下に重ねられ、パターン孔２０１内にクリームはんだ６０が充填された状態で、一定の条件を満たすまで待機している。本実施形態では、基板１０ｂに対する基板搬送要求があるまでは（ｄ）工程の待機状態が維持されることとなる。そして、基板搬送要求があった場合には（ｅ）工程に移り、基板１０ｂがマスク２０から離れて下降し、印刷された基板１０ｂが下流側へと搬送される。その後は、（ｃ）工程から（ｅ）工程が繰り返される。ここで、基板搬送要求とは、例えばスクリーン印刷機１の下流側に位置する部品実装機から送信される実装完了信号や、スクリーン印刷機１の操作表示装置５８から作業者によって入力される印刷開始信号などの基板搬送信号である。

このように、本実施形態の待機印刷処理プログラム８１では、（ｄ）工程に示す待機状態をつくりだし、図４の（ｃ）工程で示すように、パターン孔２０１内の残留はんだ６１が粘性変化してしまうのを防止している。そして、待機状態を解除して印刷処理つまり基板１０の版離れを実行するための条件を基板搬送信号としている。その基板搬送信号は、前述した信号以外にも、例えばスクリーン印刷機１が印刷後の基板１０を待機させておくバッファースペースを有している場合には、そのバッファースペースが印刷後の基板１０を受け入れ可能であることを示す信号、例えば、そのバッファースペースに基板が存在することまたは存在しないことを検出する検出器からの検出信号であってもよい。

ところで、制御装置１８に格納された印刷処理プログラム８０は、図３に示す印刷処理を実行する待機印刷処理プログラム８１だけではなく、図４に示す印刷処理を実行する通常印刷処理プログラム８２も含んでいる。そして、両プログラムの実行は、待機印刷モードと通常印刷モードとして切り替えが可能になっている。すなわち、作業者が操作表示装置５８の画面からモード切り替え操作を行うことにより、任意に印刷モードを選択することができるようになっている。

よって、本実施形態のスクリーン印刷機１によれば、待機印刷モードにすることにより、基板１０をマスク２０に重ね、そのマスク２０のパターン孔内にクリームはんだを充填させた状態で待機させるため、先の基板１０ａを版離れさせてから次の基板１０ｂの印刷まで長時間を要したとしても、残留はんだ６１が乾燥するような状況にはならないため適切な印刷を行うことができる。また、スクリーン印刷機１は、印刷処理プログラム８０の変更により、従来の構造をそのままにして前記効果を達成することができる。

また、待機印刷モードと通常印刷モードとの切り替えを可能にしたことにより、回路基板の製造内容によって効率の良い印刷処理を選択することができる。すなわち、前後する印刷の間隔が短く、パターン孔２０１内の残留はんだ６１が悪影響を及ぼすことがない場合には、通常印刷モードにすることにより印刷済みの基板１０を下流側に搬送する時間を短縮することができる。待機印刷モードでは、基板搬送信号を受けてから基板の版離れがあってから搬送が行われるが、通常印刷モードでは既に版離れした印刷後の基板１０が印刷位置のコンベア上に待機しており直ちに搬送が行われるからである。

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、スクリーン印刷機の構造は一例を示したに過ぎないため、従来例で挙げたスクリーン印刷機など他の構造のものであってもよい。

１…スクリーン印刷機１０（１０ａ，１０ｂ）…基板１１…基板搬送装置１２…クランプ装置１３…昇降装置１４…バックアップ装置１５…スキージ装置１８…制御装置６０…クリームはんだ６１…残留はんだ

Claims

基板の搬送するための搬送装置と、
搬送された基板を印刷位置で位置決めする基板保持装置と、
保持された基板の上方にマスクを取り付けるためのマスク保持装置と、
前記マスクのパターン孔にクリームはんだを充填させるスキージ装置と、
前記基板保持装置によって位置決めされた基板を昇降させる基板昇降装置と、
前記各装置の駆動制御を行うものであり、前記マスクに対して基板を下側から上昇させて重ね、且つ前記パターン孔にクリームはんだを充填させた状態で待機させておき、基板搬送信号に従って前記基板を版離れ下降させる待機印刷処理部を備えた制御装置とを有するスクリーン印刷機。
前記制御装置は、他機から発信される基板搬送信号または本機から発信される基板搬送信号に従って前記基板の版離れ下降を実行させるものである請求項１に記載のスクリーン印刷機。
前記制御装置は、前記マスクに対して基板を下側から上昇させて重ね、前記パターン孔にクリームはんだを充填させた後に当該基板を待機させずに下降させる通常印刷処理部を備え、前記印刷処理部と前記通常印刷処理部による各印刷処理の切り替えを可能とする請求項１又は請求項２に記載のスクリーン印刷機。