KR101071681B1 - 스크린 인쇄 장치 - Google Patents

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KR101071681B1
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유지 오오타케
타모쯔 사카이
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파나소닉 주식회사
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Abstract

밀폐형의 스퀴지 헤드에 의해 기판에 솔더 크림을 인쇄하는 스크린 인쇄 장치에 있어서, 페이스트 저류부 내에서 가압된 솔더 크림(5)을 수용하여 마스크 플레이트의 표면에 접촉시키는 인쇄 공간(35) 내에, 스퀴징 방향과 직교하는 수평 방향으로 설치된 중공의 온도 조절 부재(37)를 관통시켜서 온도 조절 부재(37)의 내부에 온도 조절기(40)에 의해 온도 조절 매체를 유통시킨다. 이에 따라 인쇄 공간 내(35)의 솔더 크림(5)을 항상 적정 온도 및 적정 점도를 유지할 수 있어서, 인쇄 품질을 확보할 수 있다.

Description

스크린 인쇄 장치{Screen Printing Apparatus}
본 발명은 기판에 솔더 크림(solder cream)이나 전도성 페이스트(conductive paste) 등의 페이스트를 인쇄하는 스크린 인쇄에 관한 것이다.
전자 부품 실장 공정에 있어서, 기판상에 솔더 크림이나 전도성 페이스트 등의 페이스트를 인쇄하는 방법으로서 스크린 인쇄가 이용되고 있다. 이 방법은 인쇄 대상 부위에 따라 패턴홀(patten hole)이 개공된 마스크 플레이트(mask plate)를 기판상에 셋팅하고, 스퀴징(squeezing)에 의해 마스크 플레이트의 패턴홀을 통해 기판상에 페이스트를 인쇄하는 것이다.
이 스크린 인쇄의 스퀴징 방법으로서, 밀폐형의 스퀴지 헤드(squeeze head)를 이용하는 방법이 알려져 있다(예를 들면 PCT W000/48837호 공보). 이 방법은 통상의 스크린 인쇄와 달리 마스크 플레이트 상에 페이스트를 직접 공급하지 않고 페이스트 저류 용기를 구비한 스퀴지 헤드를 이용하는 것이다. 이 방법에서는 페이스트 저류 용기의 하면에 설치된 개구를 마스크 플레이트에 접합한 상태에서 페이스트 저류 용기 내의 페이스트를 가압함으로써, 마스크 플레이트의 패턴홀에 개구를 통해 페이스트가 넣어진다. 그리고 스퀴지 헤드를 마스크 플레이트 상에서 슬라이드 시킴으로써 각 패턴홀에 순차적으로 페이스트를 충전한다.
상기 밀폐형의 스퀴지 헤드를 이용한 스크린 인쇄에서는 스퀴지 헤드 내의 페이스트는 항상 외부로부터 차단된 상태에 있기 때문에, 스퀴징 동작을 반복하는 정도로 스퀴지 헤드 내의 페이스트의 온도가 상승하는 경향이 있다. 이 때문에 시간의 경과와 함께 페이스트는 온도 상승에 따라 점도가 변화하고 스퀴징 시에 적정한 롤링 유동이 방해되어 인쇄 불량이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다.
그래서 본 발명은 스퀴지 헤드 내부의 페이스트를 적정 온도로 유지하여 인쇄 품질을 확보할 수 있는 스크린 인쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 스크린 인쇄 장치는, 마스크 플레이트 상에서 스퀴지 헤드를 이동시킴으로써 마스크 플레이트의 패턴홀을 통해 기판에 페이스트를 인쇄하는 스크린 인쇄 장치로서, 상기 스퀴지 헤드를 상기 마스크 플레이트에 대하여 각각 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동 수단, 상기 스퀴지 헤드를 상기 마스크 플레이트에 대하여 상승 및 하강시켜서 상기 스퀴지 헤드를 상기 마스크 플레이트에 대하여 누르는 승강 수단을 포함한다. 상기 스퀴지 헤드는 상기 승강 수단에 연결된 인쇄부; 상기 인쇄부에 설치되어 내부에 페이스트를 저류(貯溜)하는 페이스트 저류부; 상기 페이스트 저류부 내의 상기 페이스트를 가압하는 페이스트 가압 수단; 상기 가압된 페이스트를 수용하여 상기 마스크 플레이트의 표면에 접촉시키는 인쇄 공간; 상기 인쇄 공간의 스퀴징 방향의 전후벽을 형성하고, 하단부가 상기 마스크 플레이트의 표면에 접하여 설치된 2개의 스퀴징 부재; 및 상기 인쇄 공간 내에 스퀴징 방향과 직교하는 수평 방향으로 설치된 중공의 온도 조절 부재를 구비한다. 상기 온도 조절 부재의 내부에 온도 조절 수단에 의해 온도 조절 매체를 유동시킴으로써 상기 인쇄 공간 내의 페이스트를 적정 온도로 유지한다.
본 발명에 따르면, 상기 중공의 온도 조절 부재는 상기 스퀴지 헤드의 인쇄 공간 내에서 스퀴징 방향과 직교하는 방향으로 제공되고, 상기 온도 조절 부재 내부에 온도 조절 수단에 의해 온도 조절 매체를 유동시킴으로써 상기 인쇄 공간 내의 페이스트를 적정 온도로 유지하며, 인쇄 품질을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 스퀴지 헤드의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 스퀴지 헤드의 온도 조절 기능을 보여주는 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 인쇄 장치의 스퀴지 헤드의 온도 조절 기능을 보여주는 회로도.
도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
먼저 도 1, 도 2를 참조하여 스크린 인쇄 장치의 구조를 설명한다. 도 1, 도 2에 있어서, 기판의 위치 결정부(1)는, 도시하지 않은 이동 테이블 상에 기판 유지부(2)를 배치하여 구성되어 있다. 스크린 인쇄 대상의 기판(3)은 기판 유지부(2)의 클램퍼(4)에 의해 유지되어 있고, 도시하지 않은 이동 테이블을 구동함으로써 기판 유지부(2)에 유지된 기판(3)은 수평 방향 및 상하 방향으로 위치 결정된다.
스크린 마스크(10) 상에는 스퀴지 헤드(13)가 헤드 승강부(20)에 의해 승강 가능하게 배치되어 있다. 헤드 승강부(20)는 베이스 부재(21) 상에 세워져 설치된 실린더(22)를 구비하고 있고, 실린더(22)의 로드(22a)의 하단부에는 결합 부재(15)를 통해 스퀴지 헤드(13)가 결합되어 있다. 실린더(22)를 구동함으로써 스퀴지 헤드(13)는 마스크 플레이트(12)에 대하여 승강한다. 헤드 승강부(20)는 스퀴지 헤드(13)를 스크린 마스크(10)에 대하여 승강시키는 승강 수단으로 되어 있다.
헤드 승강부(20)의 플레이트 부재(21)의 하면에는 양단부에 슬라이더(23)가 고착되어 있고, 슬라이더(23)는 프레임(25)의 상면에 설치된 가이드 레일(24)에 슬라이드 가능하게 끼워 붙여져 있다. 또한 플레이트 부재(21)의 하면에는 너트 부재(26)가 결합되어 있고, 너트(26)에 결합한 이송 나사(27)는 모터(28)에 의해 회전 구동된다.
모터(28)를 구동함으로써 플레이트 부재는 수평 이동하고, 따라서 헤드 승강부(20)에 결합된 스퀴지 헤드(13)도 수평 이동한다. 스퀴지 헤드(13)를 하강시킨 상태에서 모터(28)를 구동함으로써 스퀴지 헤드(13)는 마스크 플레이트(12) 상에서 수평 이동한다. 즉 모터(28), 이송 나사(27) 및 너트(26)는 스퀴지 헤드(13)를 마스크 플레이트(12) 상에서 수평 이동시키는 수평 이동 수단으로 되어 있다.
스퀴지 헤드(13)에는 마스크 플레이트(12)의 표면에 접하여 페이스트인 솔더 크림(5)을 패턴홀(12a)에 충전하는 인쇄부(14)가 설치되어 있다. 인쇄부(14)는 도 1에 도시한 바와 같이 상부(14A)와 하부(14B)로 분리되어 있고, 상부(14A)와 하부(14B)는 도 3에 도시한 바와 같이 각각 마스크 플레이트(12)의 폭 방향으로 길고 가는 형상의 블록 형상 부재인 본체 상부(30A)와 본체 하부(30B)를 구비하고 있다. 본체 상부(30A)와 본체 하부(30B)의 길이 치수는 인쇄 대상인 기판(3)의 폭 치수를 커버하도록 설정되어 있다. 본체 상부(30A)와 본체 하부(30B)는 힌지부(17)에 의해 개폐 가능하게 결합되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본체 상부(30A)에는 솔더 크림(5)이 저류된 카트리지(31)가 탈부착 가능하게 장착되는 요부(30a)가 형성되어 있다. 카트리지(31)는 미리 소정량의 솔더 크림이 저류된 솔더 크림의 저류부(페이스트 저류부)가 되어 있고, 인쇄시에 본체 상부(30A)에 장착된다. 카트리지(31)의 상면의 개구에는 카트리지(31) 내부의 솔더 크림(5)을 가압하는 가압판(32)이 끼워 넣어져 있다. 가압판(32)은 상방에 배치된 실린더(16)의 로드(16a)와 결합되어 있고, 실린더(16)를 구동함으로써 가압판(32)은 카트리지(31) 내에서 상하운동하도록 되어 있다.
또한 카트리지(31)의 바닥면은 솔더 크림의 압출판(31a)이 되어 있고, 압출판(31a)에는 다수의 개구부(31b)가 설치되어 있다. 가압판(32)을 실린더(16)로 하방으로 가압함으로써, 카트리지(31) 내의 솔더 크림(5)은 가압되어 압출판(31a)의 개구부(31b)를 통해 하방으로 압출된다. 실린더(16) 및 가압판(32)은 페이스트(5)를 가압하는 가압 수단이 되어 있다.
본체 하부(30B)에는 카트리지(31)의 바닥면의 압출판(31a)에 접하여 부착 방지판(33)이 설치되어 있다. 부착 방지판(33)에는 압출판(31a)의 개구부(31b)에 대 응하는 위치에 개구부(33a)가 설치되어 있다. 부착 방지판(33)은 카트리지(31)로부터 하방으로 압출된 솔더 크림(5)이 카트리지(31)의 바닥면, 즉 압출판(31a) 하면의 개구부(31b) 이외의 부위에 부착하는 것을 방지한다.
실린더(16)에 의해 솔더 크림(5)이 압출될 시에는 압출판(31a) 및 부착 방지판(33)의 개구부(33a)를 통과하여 하방으로 이동한다. 그리고 압출된 솔더 크림(5)은 본체 하부(30B)의 하방으로 형성된 공간, 즉 본체 하부(30B)의 하면에 내측 비스듬한 방향으로 배치된 2매의 스퀴징 부재(36A, 36B)와 본체 하부(30B)의 하면에 의해 둘러싸인 인쇄 공간(35)에 도달한다. 인쇄 공간(35)의 양측면은 막음 부재(미도시)에 의해 막혀져 있다.
스퀴징 부재(36A, 36B)는 인쇄 공간(35)의 스퀴징 방향의 전후벽을 형성한다. 스퀴지 헤드(13)를 하강시킨 상태에서는 스퀴징 부재(36A, 36B)의 하단부가 마스크 플레이트(12)의 표면에 접한다. 인쇄 동작시에는, 이 인쇄 공간(35)은 가압된 솔더 크림(5)을 수용하고, 스퀴징 부재(36A, 36B)의 사이의 인쇄면을 통해 솔더 크림(5)을 마스크 플레이트(12)의 표면에 접촉시킨다.
가압판(32)을 내리눌러서 카트리지(31) 내의 솔더 크림(5)을 가압함으로써 솔더 크림(5)은 압출판(31a), 부착 방지판(33)을 통과하여 인쇄 공간(35) 내까지 이동한다. 이 솔더 크림(5)의 이동 경로의 도중에는, 다수의 작은 개구부(31b, 33a)에 의해 단면적이 좁혀져 있고, 이들 개구부를 가압된 솔더 크림(5)이 통과함으로써 솔더 크림(5)의 점도가 저하되어 스크린 인쇄에 적합한 특성으로 향상된다.
도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 인쇄부(14)에는 인쇄 공간(35)을 길이 방향 (도 2에서 좌우 방향)으로 관통하고 내부가 중공관 형상의 온도 조절 부재(37)가 스퀴징 방향과 직교하는 수평 방향으로 배치되어 있다. 또한 온도 조절 부재(37)는 스퀴징 부재(36A, 36B) 사이의 인쇄 표면 상에 배열된다. 온도 조절 부재(37)는 도 4에 도시한 바와 같이 온도 조절기(40;온도 조절 수단)와 배관(41, 42)을 통해 접속되어 있다. 스크린 인쇄 장치의 가동시에는 온도 조절기(40)로부터 물 등의 온도 조절 매체가 배관(41)으로부터 온도 조절 부재(37) 내에 유입되고, 배관(42)으로부터 온도 조절기(40)로 되돌아가는 순환 회로가 형성된다.
스퀴지 헤드(13) 내의 솔더 크림(5)은 항상 외부로부터 차단된 상태에 있기 때문에, 스퀴징 동작을 반복하는 과정에서 헤드 내부의 솔더 크림(5)의 온도가 상승하는 경향이 있다. 이 때문에 시간의 경과와 함께 솔더 크림(5)은 온도 상승에 의해 점도가 변화하고, 스퀴징 시의 적정한 롤링 유동이 방해되어 인쇄 불량이 발생하기 쉽다. 이와 같은 경우에 있어서도, 온도 조절 부재(37) 내에 온도 조절 매체를 유통시킴으로써 인쇄 공간(35) 내의 솔더 크림(5)은 적정 온도로 유지되어 솔더 크림(5)의 점도가 적정 점도로 유지된다.
인쇄 공간(35) 내에는 온도 센서(38)가 삽입되어 있고, 온도 센서(38)의 온도 검출 결과는 센서 표시부(39)에 표시된다. 그리고 이 표시 온도를 관찰하여 오퍼레이터가 온도 조절기(40)의 설정 온도를 조절함으로써 인쇄 공간(35) 내의 솔더 크림(5)의 온도를 소망 온도로 유지할 수 있다. 물론 온도 센서(38)의 온도 검출 결과를 온도 조절기(40)의 온도 설정 기능으로 피드백하여 자동적으로 온도 조정을 행하도록 해도 무방하다.
이와 같이 하여 적정 온도로 유지되고 적정 점도로 유지된 인쇄 공간(35) 내의 솔더 크림(5)은 스퀴지 헤드(13)를 이동시키는 스퀴징 동작에 의해 스퀴징 부재(36A, 36B)의 사이의 개구부를 통해 마스크 플레이트(12)의 패턴홀(12a) 내에 충전된다. 그리고 스퀴지 헤드(13)의 이동을 계속함으로써 각 패턴홀(12a) 내에 순차적으로 솔더 크림(5)이 충전된다. 모든 패턴홀(12a) 내에 솔더 크림(5)이 충전되었다면 기판 유지부(2)를 하강시켜서 판 이탈을 행하게 한다.
즉, 패턴홀(12a) 내의 솔더 크림(5)은 기판(3)과 함께 하강하여 패턴홀(12a)로부터 분리하고, 이에 따라 기판(3)으로의 솔더 크림 인쇄가 완료된다. 이 스크린 인쇄에 있어서, 솔더 크림(5)은 온도 조절 부재(37)를 이용한 온도 조절에 의해 적정 점도로 유지되고, 솔더 크림(5)의 유동성이 확보된다. 따라서 패턴홀(12a) 내로 솔더 크림(5)의 양호한 충전이 확보되어 인쇄 품질을 유지할 수 있다.
이때, 솔더 크림(5)의 온도 조절을 행하는 온도 조절 부재(37)가 인쇄 공간(35) 내에서 인쇄면에 근접한 위치에서 행해짐으로써 솔더 크림(5)은 적정 온도로 유지된 그대로의 상태에서 패턴홀(12a)에 충전된다. 이 때문에 인쇄부(14)의 외면측으로부터 인쇄부(14) 내부의 솔더 크림(5)의 온도 조절을 행하는 방식의 스크린 인쇄 장치와 비교하여, 보다 양호한 인쇄 품질을 확보할 수 있게 된다.
상술한 스퀴징 동작에 있어서 인쇄 공간(35) 내에 솔더 크림(5)이 상방으로부터 압출되어 충전된 상태에서 스퀴지 헤드(13)를 스퀴징 방향으로 이동시키면, 인쇄 공간(35) 내의 솔더 크림(5)에는 스퀴징 방향의 수직 단면 내에서 솔더 크림(5)이 상하 방향으로 순환하는 롤링 유동이 유발된다. 이때 인쇄 공간(35) 내에는 온도 조절 부재(37)가 스퀴징 방향과 직교하는 수평 방향으로 관통하고 있기 때문에, 상술한 롤링 방향의 유동은 온도 조절 부재(37)의 주위를 돌아서 보다 안정적으로 발생한다.
즉, 온도 조절 부재(37)는 인쇄 공간(35) 내에서의 솔더 크림(5)의 롤링 방향의 유동을 촉진시키는 정류 부재(rectifying member)를 겸하고 있다. 이 롤링 유동에 의해 인쇄 공간(35) 내의 솔더 크림(5)을 인쇄 동작 중에 항상 유동시킬 수 있다. 따라서 인쇄 공간(35) 내에 솔더 크림(5)의 정체 지점이 발생하지 않고 솔더 크림(5)의 점도의 증대를 방지하여 인쇄 품질을 확보할 수 있다.
도 5는 상술한 온도 조절 매체 순환 회로에 스퀴지 헤드를 분리하기 위한 바이패스 회로를 설치한 예를 나타내고 있다. 이 예에서, 배관(41, 42)에는 배관 탈부착을 위한 커플러(41a, 42a;coupler)가 설치되어 있고, 또한 배관(41, 42)에는 커플러(41a, 42a)보다 온도 조절기(40)에 인접한 측에 전환 밸브(44)에 의해 바이패스 회로가 설치되어 있다. 통상 운전시에는 전환 밸브(44)는 닫혀져 있고, 온도 조절 매체는 배관(41)을 거쳐 온도 조절 부재(37)를 통과하고, 배관(42)을 통해 온도 조절기(40)로 돌아간다. 교환 등을 위하여 스퀴지 헤드(13)를 분리할 필요가 있는 경우에는 배관(41, 42)을 커플러(41a, 42a)로 떼어낸다.
이때, 전환 밸브(44)를 열림으로 함으로써 온도 조절기(40)의 운전을 계속한 채로, 전환 밸브(44)에 의한 바이패스 회로를 이용하여 온도 조절 매체의 순환 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에 스퀴지 헤드의 분리 시에 온도 조절기(40)를 정지할 필요가 없어, 온도 조절 매체를 항상 소정 온도로 유지할 수 있게 되어 운전 재 개시에 온도 조절 매체의 온도가 소정 온도에 도달하는 것을 기다리는 대기 시간을 필요로 하지 않는다.
또한 상기 실시예에서는 온도 조절 부재(37)를 1개만 배치하는 예를 나타냈으나, 물론 복수개 배치하도록 해도 무방하다. 또한 온도 조절 부재(37)의 단면 형상으로서, 단순한 관 형상인 것을 사용하고 있으나, 이 이외에도 열 전도를 양호하게 하기 위하여 표면에 핀 형상의 돌기를 설치한 것 등, 각종 내부가 빈 단면 형상인 것을 이용할 수 있다.
본 발명의 스크린 인쇄 장치는 인쇄 공간 내의 페이스트를 적정 온도로 유지하여 인쇄 품질을 확보할 수 있다는 효과를 갖기 때문에, 기판에 솔더 크림이나 전도성 페이스트 등의 페이스트를 인쇄하는 스크린 인쇄의 분야에 유용하다.

Claims (7)

  1. 마스크 플레이트 상에서 스퀴지 헤드를 이동시킴으로써 마스크 플레이트의 패턴홀을 통해 기판에 페이스트를 인쇄하는 스크린 인쇄 장치로서,
    상기 스퀴지 헤드를 상기 마스크 플레이트에 대하여 각각 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동 수단; 및
    상기 스퀴지 헤드를 상기 마스크 플레이트에 대하여 상승 및 하강시켜서 상기 스퀴지 헤드를 마스크 플레이트에 대하여 가압하는 승강 수단을 포함하고,
    상기 스퀴지 헤드는,
    상기 승강 수단에 결합된 인쇄부;
    상기 인쇄부에 설치되어 내부에 페이스트를 저류(貯溜)하는 페이스트 저류부;
    상기 페이스트 저류부 내의 상기 페이스트를 가압하는 페이스트 가압 수단;
    상기 가압된 페이스트를 수용하여 상기 마스크 플레이트의 표면에 접촉시키는 인쇄 공간;
    상기 인쇄 공간의 스퀴징 방향의 전후벽을 형성하고, 하단부가 상기 마스크 플레이트의 표면에 접하여 설치된 2개의 스퀴징 부재; 및
    상기 인쇄 공간 내에 스퀴징 방향과 직교하는 수평 방향으로 설치된 중공의 온도 조절 부재를 구비하며,
    상기 온도 조절 부재의 내부에 온도 조절 수단에 의해 온도 조절 매체를 유동시킴으로써 상기 인쇄 공간 내의 페이스트를 적정 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재는 상기 두 개의 스퀴징 부재 사이의 인쇄 표면 상부에 배열되는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재는 상기 인쇄 공간 내에서 페이스트의 롤링 방향의 유동을 촉진시키는 정류 부재를 겸하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 공간 내의 상기 페이스트의 온도를 검출하는 온도 센서가 상기 인쇄 공간 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 센서에 의해 검출된 온도 결과를 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절 수단 및 상기 온도 조절 부재가 배관을 통해 서로 연결되고, 상기 온도 조절 수단 및 상기 온도 조절 부재는 상기 온도 조절 매체가 순환되는 순환 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스퀴지 헤드가 분리될 때, 상기 온도 조절 매체의 순환 상태를 유지하기 위해 상기 순환 회로에는 바이패스 회로가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 장치.
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