WO2017179106A1 - はんだ印刷機 - Google Patents
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- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
Definitions
- the present invention relates to a solder printer that prints cream solder on the surface of a substrate.
- a solder printer is generally on a mask plate having an opening (also referred to as “screen”, “screen mask”, “mask screen”, etc .; hereinafter, simply referred to as “mask”).
- the existing cream solder (which may also be referred to as “solder paste” or the like) is printed on the upper surface of the substrate through the mask with a squeegee, and the printing is performed by pressing the squeegee against the upper surface of the mask plate. Therefore, the force with which the squeegee presses the mask plate during printing (hereinafter sometimes referred to as “printing pressure”) affects the quality of printing.
- the squeegee lowering pressing device controls the force (hereinafter sometimes simply referred to as “pressing force”) that presses the squeegee against the mask plate.
- the printing pressure includes not only the pressing force but also a force that depends on the weight of the squeegee, it is difficult to say that the printing pressure can be accurately controlled by the technique described in the patent document. .
- This invention is made
- the solder printer of the present invention is: A solder printing machine for printing cream solder existing on a mask plate having an opening on the upper surface of the substrate through the mask plate by a squeegee, A substrate support device for supporting the substrate by having a support, contacting the support with the lower surface of the substrate, and contacting the upper surface of the substrate with the lower surface of the mask plate; A squeegee lowering pressing device that lowers the squeegee and presses the squeegee against the upper surface of the mask plate; A pressure-receiving pressure detection device that detects pressure-receiving pressure that is a force that the support receives from the squeegee via the mask plate and the substrate; The squeegee lowering pressing device includes a control device that controls a pressing force, which is a force for pressing the squeegee against the mask plate, based on the received pressure detected by the pressure receiving detection device.
- the receiving pressure is equal to the force that the mask plate receives from the squeegee, that is, the printing pressure. According to the solder printer of the present invention, since the pressing force is controlled based on the detected pressure receiving force, it is possible to appropriately control the printing pressure without considering the weight of the squeegee.
- the solder printer of the embodiment is roughly divided into a base frame 10, a substrate transport device 12, a substrate support device 14, and mask plate holding devices 16, 1.
- a pair of squeegees 18, a squeegee lowering pressing device 20, and a squeegee moving device 22 are included.
- the insides of the substrate support device 14 and the squeegee lowering pressing device 20 are hidden by a cover 24 and a cover 26, respectively.
- the X direction shown in the figure is the left-right direction in the solder printer, and is the direction in which the substrate is conveyed by the substrate conveying device 12.
- the Y direction perpendicular to the X direction is the front-rear direction in the solder printer, and more specifically, the diagonally lower left in the figure is the front of the solder printer, and left and right from the front. We will decide the direction.
- FIG. 2 (a) is a side view of the main part of the solder printing machine as viewed from the right side.
- the substrate transfer device 12 is a belt conveyor type transfer device supported by the frame 10, and includes a pair of side plates 30 and a pair of side plates 30. A pair of conveyor belts 32 that are supported and circulate are included.
- the substrate transport device 12 is configured to transport the substrate S in the X direction and stop the substrate S at a predetermined work position.
- the substrate support device 14 includes a body frame 40 that can be raised and lowered, a table 42 supported by the body frame 40, and a plurality of backup pins 44 erected on the table 42.
- the plurality of backup pins 44 function as a support in the substrate support apparatus 14.
- the main body frame 40 is provided with two racks 46 attached to the front and rear end portions in a posture extending in the vertical direction.
- Each of the racks 46 is rotatably supported by the frame 10. 48 meshes.
- the pinions 48 rotate synchronously, and the main body frame 40 moves up and down by rotating the pinions 48 by the main body frame lifting motor 50 that is an electric motor.
- each jack bolt 52 is fixed to the main body frame 40 so as to correspond to the four corners of the table 42.
- four nuts 54 that are screwed to the jack bolts 52 are rotatably held corresponding to the jack bolts 52, and a table lifting motor 56 that is an electric motor is attached.
- the outer peripheral portion of each nut 54 functions as a pulley, and a belt 60 is wound around a pulley 58 attached to the motor shaft of the table elevating motor 56.
- the table 42 is moved up and down by the operation of the table lifting motor 56.
- the mask plate 70 is a thin plate made of stainless steel, for example, and is supported by the frame 72.
- a plurality of openings 74 for attaching cream solder to the upper surface of the substrate S through the mask plate 70 are formed in a pattern corresponding to the substrate S. Although omitted in the figure, cream solder is supplied onto the mask plate 70, and the cream solder is generally present in a roll shape during printing.
- the mask plate holding device 16 is for holding the frame 72 that supports the mask plate 70 on the frame 10.
- the mask plate holding device 16 has a position adjusting mechanism 76 for adjusting the position and posture of the mask plate 70 in the horizontal plane.
- the reference mark attached to the upper surface of the substrate S and the reference mark attached to the lower surface of the mask plate 70 are imaged by the camera, and the position adjustment mechanism 76 is based on the imaging.
- the relative positional deviation in the horizontal plane between the substrate S and the mask plate 70 acquired based on the data is adjusted by moving the mask plate 70.
- the pair of squeegees 18 are supported by the beam 80 via the squeegee lowering pressing device 20.
- the beam 80 is passed to a pair of rails 82 provided on the frame 10 and is movable in the Y direction.
- the beam 80 is driven in the Y direction by a beam moving motor 84 that is an electric motor, and the pair of squeegees 18 are moved in the Y direction. That is, the squeegee moving device 22 includes the beam 80, the beam moving motor 84, and the like.
- FIG. 2B is a front view of the squeegee lowering pressing device 20 and the mask plate 70 as viewed from the front.
- the squeegee lowering and pressing device 20 includes a lower plate 90 and an upper plate 92 that are a pair of plates arranged one above the other.
- Four guide pins 94 are erected on the lower plate 90, and the guide pins 94 penetrate the upper plate 92.
- the lower plate 90 and the upper plate 92 are allowed to approach and separate from each other in the vertical direction while being guided by the guide pins 94.
- cylinders 96 each of which is an air cylinder, are fixed to the lower plate 90.
- a pair of squeegees 18 is attached to the lower end of the rod of the cylinder 96. More specifically, the front squeegee 18 is attached to the rods of the two cylinders 96 arranged on the front side, and the rear squeegee 18 is attached to the rods of the two cylinders 96 arranged on the rear side.
- the pair of squeegees 18 are moved up and down with respect to the lower plate 90 independently of each other.
- the lower plate 90 is suspended from the upper plate 92 by four suspension springs 98, each of which is a tension coil spring.
- two pressing springs 100 are disposed in a state where their upper ends are fixed to the upper plate 92. Yes.
- a unit including a pair of squeegees 18, a lower plate 90, four guide pins 94, and four cylinders 96 (hereinafter referred to as “squeegee unit”).
- 102 is suspended from the upper plate 92 by a suspension spring 98.
- the upper plate 92 is in a state where the weight of the squeegee unit 102 including the weight of the pair of squeegees 18 is handled by using the tensile elastic force of the suspension spring 98.
- the pressing spring 100 has a natural length and is in a state in which the compression elastic force is not applied to the lower plate 90 and the upper plate 92.
- the upper plate 92 is fixedly provided with a threaded rod 104 having a male thread formed at the center of the upper surface thereof.
- the screw rod 104 is held by a holding cylinder 106 fixed to the beam 80 so as to be movable in the vertical direction.
- a nut 108 that engages with the male screw of the screw rod 104 is rotatably disposed on the upper portion of the holding cylinder 106.
- the beam 80 is provided with a squeegee lifting motor 110 which is an electric motor, and a pulley 112 is attached to the motor shaft of the squeegee lifting motor 110.
- the outer periphery of the nut 108 functions as a pulley, and a belt 114 is wound around the nut 108 and the pulley 112.
- the squeegee lifting motor 110 By operating the squeegee lifting motor 110, the squeegee unit 102 and the upper plate 92 are moved up and down.
- the control of the operation of the present solder printer is executed by a control device 120 (indicated as “Cont” in FIG. 2) mainly composed of a computer. Specifically, the operation of actuators such as the body frame elevating motor 50, the table elevating motor 56, the beam moving motor 84, the cylinder 96, and the squeegee elevating motor 110 is controlled by the control device 120.
- the drive circuit is also provided.
- the main body frame raising / lowering motor 50 is operated, and the main body frame 40 is raised.
- the substrate S is lifted from the conveyor belt 32. This raising is performed until the upper surface of the substrate S comes into contact with the lower surface of the mask plate 70, that is, until the substrate S is positioned at the set raising position.
- a rack and pinion mechanism including a rack 46 and a pinion 48, a certain amount of current continues to maintain the substrate S at the set ascending position. Supplied.
- two of the four cylinders 96 of the squeegee lowering pressing device 20 are operated in accordance with the printing direction with the substrate S positioned at the set ascending position.
- One of the pair of squeegees 18 is lowered.
- the squeegee lifting motor 110 of the squeegee lowering pressing device 20 is operated, and the upper plate 92 and the squeegee unit 102 are lowered to lower the squeegee. 18 (hereinafter sometimes referred to as “used squeegee 18”) is also lowered.
- used squeegee 18 is also lowered.
- the operation of the squeegee raising / lowering motor 110 continues until the lower end of the used squeegee 18 comes into contact with the upper surface of the mask plate 70 and then a predetermined pressing force is applied to the used squeegee 18. Is done. When a predetermined pressing force is applied to the used squeegee 18, the operation of the squeegee lifting motor 110 is stopped.
- the beam moving motor 84 is operated in a state where a predetermined pressing force is applied to the used squeegee 18, and the beam 80 is moved in a direction corresponding to the used squeegee 18. Is moved along. By this movement, the cream solder existing on the upper surface of the mask plate 70 is attached to the upper surface of the substrate S through the opening 74 formed in the mask plate 70, and printing is completed. After the printing is completed, the table elevating motor 56, the main body frame elevating motor 50, the cylinder 96, and the squeegee elevating motor 110 are operated in reverse directions to return to the state shown in FIG.
- the main body frame 40 is raised and lowered using the rack and pinion mechanism.
- the rack and pinion mechanism has little difference between the normal efficiency and the reverse efficiency, and even when the main body frame 40 is maintained at a predetermined height position, the weight of the main body frame 40, the table 42, the backup pin 44, the substrate S, etc. Therefore, a certain amount of current must be continuously supplied to the main body frame lifting motor 50. Therefore, the main body frame elevating motor 50 is controlled as follows.
- the height position when the substrate S is raised is the current position h
- the height position of the substrate S when the upper surface is in contact with the lower surface of the mask plate 70, that is, the height position of the substrate S to be stopped is the target position h *.
- the current i supplied to the main body frame lifting motor 50 is integrated even when the height position deviation ⁇ h is 0, that is, even when the substrate S is positioned at the target height position h *. Due to the existence of the term component, the current i for maintaining the position continues to be supplied. That is, the main body frame raising / lowering motor 50 continues to output a force corresponding to the current i, that is, a force for maintaining the position.
- the upper plate 92 and the squeegee unit 102 come into contact with each other as shown in FIG.
- the suspension spring 98 of the squeegee lowering pressing device 20 has tensile elasticity.
- the force F U is generated to take charge of the weight W of the squeegee unit 102, and the weight W of the squeegee unit 102 does not become a component of the printing pressure.
- the pressing spring 100 is not contracted, the compression elastic force of the pressing spring 100 as the pressing elastic body is not generated, and the pressing force acting on the used squeegee 18 is not generated. Therefore, the printing pressure at that time is zero.
- the tensile elastic force F U of the suspension spring 98 acts on the mask plate 70 by the weight of the squeegee unit 102, in other words, by the weight of the squeegee 18 when the used squeegee 18 abuts the mask plate 70.
- the squeegee lowering pressing device 20 functions to eliminate generation of force, and has a self-weight canceling mechanism including a suspension spring 98.
- the lengths of the suspension spring 98 and the pressing spring 100 are shortened by a length corresponding to the distance.
- the tensile elastic force F U decreases the amount corresponding suspension spring 98 that corresponds to its length
- the compressive elastic force F L of the amount corresponding to the pressing spring 100 which corresponds to its length so that is generated.
- the pressing spring 100 is an elastic body that causes the squeegee 18 to act on the squeegee 18 as a pressing force with an elastic force corresponding to the amount of operation of the squeegee lowering pressing device 20 after the squeegee 18 contacts the mask plate 70. It is functioning as.
- the squeegee lowered pressing device 20 by using squeegee 18 is operated from contact with the mask plate 70, the own weight of the squeegee unit 102 that is generated by the tensile elastic force F U of the suspension spring 98 is smaller W with components of the force corresponding to the sum of the compressive elastic force F L which is a pressing force pressing the spring 100 causes the generated acts from using squeegee 18 in the mask plate 70, the printing pressure is used squeegee in accordance with the force 18 is applied to the mask plate 70.
- the dimensions of force and pressure are different, but for convenience of explanation, they are treated as the same dimension, and the printing pressure is expressed as “printing pressure F P ”. That is, the following relationship is established.
- F P F L + W ⁇ F U
- the printing pressure FP is received by the backup pin 44 as a support through the mask plate 70 and the substrate S. That is, the force that the backup pins 44 from the use squeegee 18 through the mask plate 70 and the substrate S is subjected is pressure force F R, which may be considered to correspond to the printing pressure F P.
- the substrate support device 14 maintains the substrate S at a height position where the upper surface of the substrate S contacts the lower surface of the mask plate 70. Therefore, the supply current i to the frame lifting / lowering motor 50 is determined according to the above formula with the height position as the target position h * . Therefore, if the pressure force F R is present, the order to counteract the pressure force F R, by the amount corresponding to the pressure receiving force F R, so that the current i is increased.
- the present solder printer is provided with a current sensor 122 for detecting the current i supplied to the frame lifting motor 50 (see FIG. 2), and the control device 120 detects the detected value of the current sensor 122. based on, for detecting a pressure force F R.
- this solder printer has a pressure receiving detection device that includes the current sensor 122 and a portion that performs the detection function of the control device 120.
- the motor force that is the force exerted by the frame lifting / lowering motor 50 depends on the current i supplied to the frame lifting / lowering motor 50, the detection of the pressure reception is performed based on the motor force. Can think.
- Controller 120 based on the detected pressure force F R, as the printing pressure F P is an appropriate value, and controls the squeegee elevating motor 110 is to adjust the pressing distance ⁇ L described above.
- the pressing distance [Delta] L namely, by adjusting the amount of operation of the squeegee lowered pushing device 20 from the use squeegee 18 is in contact with the mask plate 70, and the tensile elastic force F U, the compressed elastic is pressing force it is adjusted and the force F L, the printing pressure F P is being controlled to be proper.
- the squeegee lowering pressing device 20 has the above-described self-weight canceling mechanism including the suspension spring 98,
- the self-weight canceling mechanism is designed to eliminate the generation of force acting on the mask plate 70 due to the self-weight of the squeegee 18 when the squeegee 18 abuts on the mask plate 70.
- Such a self-weight canceling mechanism prevents a sudden change in force acting on the mask plate 70 and greatly contributes to smooth control of the printing pressure.
- the self-weight canceling mechanism instead of the self-weight canceling mechanism as described above, after the squeegee 18 comes into contact with the mask plate 70, the upper plate 92 is further lowered and also in the lowered state, the mask plate 70 is caused by the self-weight of the squeegee 18. It is also possible to employ a self-weight canceling mechanism configured so that there is no generation of force acting on the.
- the squeegee lowering pressing device does not include the suspension spring 98 and is, for example, as shown in FIG.
- a locking ring 130 is attached to the upper end portion of each guide pin 94, and before the squeegee 18 comes into contact with the mask plate 70.
- the dead weight W of the squeegee unit 102 is supported and supported by these locking rings 130. As shown in FIG.
- the squeegee unit 102 is unlocked by the locking ring 130, and the weight of the squeegee unit 102 is a component of the printing pressure. Acts as In such a squeegee lowering pressing device 20 ′, a sudden change in the printing pressure occurs. However, if the pressing force control based on the pressure receiving pressure is executed, a sufficiently appropriate printing pressure can be controlled.
- the squeegee lowering pressing devices 20, 20 ' utilize the compression elastic force of the pressing spring 100 which is a compression coil spring. In order to exert the pressing force.
- a squeegee lowering pressing device described below can be adopted.
- the squeegee lowering pressing device 20 ′′ shown in FIG. 6 does not include elements such as the upper plate 92, the guide pin 94, the suspension spring 98, the pressing spring 100, the screw rod 104, and the squeegee lifting motor 110 in the squeegee lowering pressing device 20, 20 ′.
- the lower plate 90 is configured to be moved up and down by an elevating cylinder 140 that is an air cylinder, more specifically, a cylinder 96 that holds the squeegee 18 is attached to a base plate 142 corresponding to the lower plate 90.
- the squeegee unit 102 ′′ configured by the base plate 142, the cylinder 96, and the squeegee 18 is configured to be moved up and down by a lifting cylinder 140 fixed to the beam 80.
- the elevating cylinder 140 is a general air cylinder, and a detailed description of its structure is omitted, but the state shown in FIG. 6A is obtained by introducing compressed air, which is a kind of fluid, into the inside. It is comprised so that it may extend in the state shown in FIG.6 (b). By the extending operation, the squeegee 18 is lowered, and the squeegee 18 is pressed against the mask plate 70 with a force corresponding to the pressure of the introduced air.
- a pressure regulator 146 is provided in the middle of the introduction path 144 for introducing the compressed air into the lifting cylinder 140, and the control device 120 is introduced into the lifting cylinder 140 by controlling the pressure regulator 146.
- the pressure of the compressed air is controlled.
- the pressure of the compressed air to be introduced is controlled based on the above-described receiving pressure, so that the printing pressure is properly controlled regardless of the weight of the squeegee unit 102 ′′. become.
- Substrate transport device 14 Substrate support device 18: Squeegee 20, 20 ', 20 ": Squeegee lowering pressing device 40: Main body frame 42: Table 44: Backup pin [support] 46: Rack 48: Pinion 50: Main body frame Lifting motor 70: Mask plate 74: Opening 80: Beam 90: Lower plate 92: Upper plate 98: Suspension spring [Self-weight canceling mechanism] 100: Pushing spring 102, 102 ": Squeegee unit 104: Screw rod 106: Holding cylinder 108 : Nut 110: Squeegee elevating motor 120: Control device 122: Current sensor [pressure receiving device] 140: Elevating cylinder 142: Base plate 146: Pressure regulator S: Substrate h: Current position h * : Target position ⁇ h: Height position Deviation i: Power supply W: the own weight of the squeegee unit F L: compressive elasticity [pressing force] F U: tensile elastic force F P: the own
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Abstract
開口を有するマスク板70上に存在するクリームはんだをスキージ18によってそのマスク板70を介して基板Sの上面に印刷するはんだ印刷機を、(A) 支持体44を基板の下面に接触させ、かつ、その基板の上面をマスク板の下面に接触させるようにして、その基板を支持する基板支持装置14と、(B) スキージを下降させてマスク板の上面に押し付けるスキージ下降押付装置20と、 (C) 支持体がマスク板および基板を介してスキージから受ける力である受圧力を検出する受圧力検出装置122とを備え、制御装置120が、受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて、スキージ下降押付装置がスキージをマスク板に押し付る力である押付力を制御するように構成する。受圧力は印刷圧に等しく、検出された受圧力に基づいて押付力が制御されることで、スキージの自重を考慮することなく、印刷圧を適正に制御することができる。
Description
本発明は、基板の表面にクリームはんだを印刷するはんだ印刷機に関する。
はんだ印刷機は、一般には、開口を有するマスク板(「スクリーン」,「スクリーンマスク」,「マスクスクリーン」等と呼ぶこともできる。以下、単に、「マスク」と呼ぶ場合がある。)上に存在するクリームはんだ(「はんだペースト」等と呼ぶこともできる)を、スキージによってそのマスクを介して基板の上面に印刷するものであり、その印刷は、スキージをマスク板の上面に押し付けて行う。そのため、印刷の際にスキージがマスク板を押圧する力(以下、「印刷圧」と言う場合がある)は、印刷の品質を左右する。そのことに鑑みて、下記特許文献に記載のはんだ印刷機では、スキージ下降押付装置がスキージをマスク板に押し付ける力(以下、単に「押付力」と言う場合がある)を制御している。
しかしながら、上記印刷圧には、上記押付力に加え、スキージの自重に依拠する力も含まれるため、上記特許文献に記載された技術では、必ずしも、印刷圧を正確に制御できているとは言い難い。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、スキージがマスク板を押す力である印刷圧を正確に制御できるはんだ印刷機を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のはんだ印刷機は、
開口を有するマスク板上に存在するクリームはんだをスキージによってそのマスク板を介して基板の上面に印刷するはんだ印刷機であって、
支持体を有し、その支持体を前記基板の下面に接触させ、かつ、その基板の上面を前記マスク板の下面に接触させるようにして、その基板を支持する基板支持装置と、
前記スキージを下降させてそのスキージを前記マスク板の上面に押し付けるスキージ下降押付装置と、
前記支持体が前記マスク板および前記基板を介して前記スキージから受ける力である受圧力を検出する受圧力検出装置と、
その受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて、前記スキージ下降押付装置が前記スキージを前記マスク板に押し付ける力である押付力を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする。
開口を有するマスク板上に存在するクリームはんだをスキージによってそのマスク板を介して基板の上面に印刷するはんだ印刷機であって、
支持体を有し、その支持体を前記基板の下面に接触させ、かつ、その基板の上面を前記マスク板の下面に接触させるようにして、その基板を支持する基板支持装置と、
前記スキージを下降させてそのスキージを前記マスク板の上面に押し付けるスキージ下降押付装置と、
前記支持体が前記マスク板および前記基板を介して前記スキージから受ける力である受圧力を検出する受圧力検出装置と、
その受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて、前記スキージ下降押付装置が前記スキージを前記マスク板に押し付ける力である押付力を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする。
上記受圧力は、マスク板がスキージから受ける力、すなわち、上記印刷圧に等しいと考えることができる。本発明のはんだ印刷機によれば、検出された受圧力に基づいて上記押付力が制御されるため、スキージの自重を考慮することなく、印刷圧を適正に制御することが可能となる。
以下、本発明の代表的な実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
[A]はんだ印刷機の構成
実施例のはんだ印刷機は、図1に示すように、大まかには、基体となるフレーム10,基板搬送装置12,基板支持装置14,マスク板保持装置16,1対のスキージ18,スキージ下降押付装置20,スキージ移動装置22を含んで構成されている。ちなみに、図では、基板支持装置14およびスキージ下降押付装置20の内部は、カバー24,カバー26によって、それぞれ隠されている。なお、以下の説明において、図に示すX方向が、当該はんだ印刷機における左右方向であり、基板搬送装置12によって基板が搬送される方向である。また、X方向に直角なY方向が、当該はんだ印刷機における前後方向であり、詳しくは、図の左斜め下が、当該はんだ印刷機の前方であり、前方からの視点において、左方,右方を定めることとする。
実施例のはんだ印刷機は、図1に示すように、大まかには、基体となるフレーム10,基板搬送装置12,基板支持装置14,マスク板保持装置16,1対のスキージ18,スキージ下降押付装置20,スキージ移動装置22を含んで構成されている。ちなみに、図では、基板支持装置14およびスキージ下降押付装置20の内部は、カバー24,カバー26によって、それぞれ隠されている。なお、以下の説明において、図に示すX方向が、当該はんだ印刷機における左右方向であり、基板搬送装置12によって基板が搬送される方向である。また、X方向に直角なY方向が、当該はんだ印刷機における前後方向であり、詳しくは、図の左斜め下が、当該はんだ印刷機の前方であり、前方からの視点において、左方,右方を定めることとする。
図2(a)は、当該はんだ印刷機の要部を右側から見た側面図であり、この図では、上記カバー26が外された状態となっている。図2(a)をも参照しつつさらに説明すれば、基板搬送装置12は、フレーム10に支持されたベルトコンベヤ型の搬送装置であり、1対の側板30と、それら1対の側板30にそれぞれ支持されて周回する1対のコンベヤベルト32とを含んで構成されている。基板搬送装置12は、基板SをX方向に搬送するとともに、その基板Sを、所定の作業位置に停止させるように構成されている。
基板支持装置14は、昇降可能な本体フレーム40と、その本体フレーム40に支持されたテーブル42と、そのテーブル42に立設された複数のバックアップピン44とを含んで構成されている。なお、複数のバックアップピン44が、当該基板支持装置14における支持体として機能する。
本体フレーム40には、前後の端部に、上下方向に延びる姿勢で各2つずつのラック46が付設されており、それらのラック46の各々には、回転可能にフレーム10に支持されたピニオン48が噛合している。それらのピニオン48は、同期回転するようにされており、電動モータである本体フレーム昇降モータ50によって、それらのピニオン48が回転させられることで、本体フレーム40は昇降する。
また、本体フレーム40には、テーブル42の四隅に対応して4本のジャッキボルト52が固定されて立設されている。一方、テーブル42には、各ジャッキボルト52に対応して、各ジャッキボルト52と螺合する4つのナット54が、回転可能に保持されており、また、電動モータであるテーブル昇降モータ56が付設されている。各ナット54の外周部は、プーリとして機能し、テーブル昇降モータ56のモータ軸に取り付けられたプーリ58とに渡って、ベルト60が巻きかけられている。テーブル昇降モータ56の作動により、テーブル42は昇降する。
マスク板70は、例えばステンレス鋼製の薄い板であり、枠72に支持されている。マスク板70には、自身を通してクリームはんだを基板Sの上面に付着させるための複数の開口74が、基板Sに応じたパターンで穿設されている。図では省略しているが、マスク板70上には、クリームはんだが供給されており、印刷の際、そのクリームはんだは、概してロール状になって存在している。
マスク板保持装置16は、マスク板70を支持する枠72を、フレーム10に保持させるためのものである。マスク板保持装置16は、マスク板70の水平面内の位置および姿勢を調整するための位置調整機構76を有している。図示および詳しい説明は省略するが、印刷の際、基板Sの上面に付された基準マークおよびマスク板70の下面に付された基準マークがカメラで撮像され、位置調整機構76は、その撮像によるデータに基づいて取得された基板Sとマスク板70との水平面内の相対的な位置ズレを、マスク板70を動かすことによって調整するようにされている。
1対のスキージ18は、スキージ下降押付装置20を介して、ビーム80に支持されている。ビーム80は、フレーム10に設けられた1対のレール82に渡されて、Y方向に移動可能とされている。ビーム80は、電動モータであるビーム移動モータ84によってY方向に駆動され、1対のスキージ18がY方向に移動させられる。つまり、スキージ移動装置22は、それらビーム80,ビーム移動モータ84等を含んで構成されているのである。
図2(b)は、スキージ下降押付装置20およびマスク板70を、前方から見た正面図である。この図をもさらに参照しつつ説明すれば、スキージ下降押付装置20は、上下に配置された1対のプレートである下側プレート90および上側プレート92を含んで構成されている。下側プレート90には、4本のガイドピン94が立設されており、それらガイドピン94は、上側プレート92を貫通している。下側プレート90,上側プレート92は、それらガイドピン94にガイドされつつ、上下方向において互いに接近,離間することが許容されている。
下側プレート90には、それぞれがエアシリンダである4つのシリンダ96が固定されている。シリンダ96が有するロッドの下端に、1対のスキージ18が取り付けられている。詳しく言えば、前側に並ぶ2つのシリンダ96のロッドに前側のスキージ18が、後側に並ぶ2つのシリンダ96のロッドに後側のスキージ18が、それぞれ取り付けられており、それら4つのシリンダ96によって、それら1対のスキージ18は、互いに独立して、下側プレート90に対して昇降させられる。
下側プレート90は、それぞれが引張コイルスプリングである4つの懸垂スプリング98によって、上側プレート92から懸垂されている。一方で、下側プレート90と上側プレート92との間には、それぞれが圧縮コイルスプリングである2つの押付スプリング100が、それらの各々の上端が上側プレート92に固定される状態で配設されている。図2(b)に示す状態では、1対のスキージ18,下側プレート90,4本のガイドピン94,4つのシリンダ96を含んで構成されるユニット(以下、「スキージユニット」と言う場合がある)102は、懸垂スプリング98によって上側プレート92から吊られている。つまり、懸垂スプリング98の引張弾性力を利用して、1対のスキージ18の自重を含むスキージユニット102の自重を上側プレート92が受け持つ状態となっている。そして、このとき押付スプリング100は、自然長となっており、圧縮弾性力を、下側プレート90および上側プレート92には作用させない状態となっている。
上側プレート92には、それの上面の中央において、雄ねじが形成されたねじロッド104が、固定的に立設されている。ねじロッド104は、ビーム80に固定された保持筒106に、上下方向に移動可能に保持されている。保持筒106の上部には、ねじロッド104の雄ねじと螺合するナット108が、回転可能に配設されている。一方、ビーム80には、電動モータであるスキージ昇降モータ110が配設されており、そのスキージ昇降モータ110のモータ軸にはプーリ112が取り付けられている。ナット108の外周部はプーリとして機能し、ナット108とプーリ112とにベルト114が巻きかけられている。スキージ昇降モータ110を作動させることにより、スキージユニット102および上側プレート92が昇降させられる。
本はんだ印刷機の動作の制御は、コンピュータを主体とする制御装置120(図2では、「Cont」と表示されている)によって実行される。詳しく言えば、本体フレーム昇降モータ50,テーブル昇降モータ56,ビーム移動モータ84,シリンダ96,スキージ昇降モータ110等のアクチュエータの作動の制御が、制御装置120によって行われ、制御装置120は、それらアクチュエータの駆動回路をも備えている。
[B]はんだ印刷機の動作
本はんだ印刷機による印刷は、以下のようにして行われる。基板Sが、基板搬送装置12によって搬送されて所定の作業位置に停止された状態(図2(a)に示す状態)において、まず、図3(a)に示すように、基板支持装置14のテーブル昇降モータ56が作動させられて、テーブル42が上昇させられる。この上昇は、テーブル42に立設されたバックアップピン44の上端が基板Sの下面に当接するまで行われる。言い換えれば、当該基板支持装置14における支持体が基板Sの下面に接触するまで行われる。
本はんだ印刷機による印刷は、以下のようにして行われる。基板Sが、基板搬送装置12によって搬送されて所定の作業位置に停止された状態(図2(a)に示す状態)において、まず、図3(a)に示すように、基板支持装置14のテーブル昇降モータ56が作動させられて、テーブル42が上昇させられる。この上昇は、テーブル42に立設されたバックアップピン44の上端が基板Sの下面に当接するまで行われる。言い換えれば、当該基板支持装置14における支持体が基板Sの下面に接触するまで行われる。
次いで、図3(b)に示すように、本体フレーム昇降モータ50が作動させられ、本体フレーム40が上昇させられる。この上昇によって、基板Sは、コンベヤベルト32から持ち上げられる。この上昇は、基板Sの上面がマスク板70の下面に接触するまで、つまり、基板Sが設定上昇位置に位置するまで行われる。なお、後に詳しく説明するが、本体フレーム40は、ラック46とピニオン48とからなるラック&ピニオン機構によって持ち上げられることから、基板Sを設定上昇位置に維持するために、ある程度の電流が継続して供給される。
次に、図3(c)に示すように、基板Sが設定上昇位置に位置した状態で、印刷方向に応じて、スキージ下降押付装置20が有する4つのシリンダ96のうちの2つが作動させられ、1対のスキージ18の一方が、下降させられる。1対のスキージ18の一方が下降させられた状態で、スキージ下降押付装置20のスキージ昇降モータ110が作動させられ、上側プレート92およびスキージユニット102が下降させられることで、下降させられているスキージ18(以下、「使用スキージ18」という場合がある)も下降させられる。図3(d)に示すように、使用スキージ18の下端がマスク板70の上面に当接し、その後に、使用スキージ18に所定の押付力が付与されるまで、スキージ昇降モータ110の作動は継続される。使用スキージ18に所定の押付力が付与されたときに、スキージ昇降モータ110の作動が停止させられる。
使用スキージ18に所定の押付力が付与された状態で、ビーム移動モータ84が作動させられ、使用スキージ18に対応した方向にビーム80が移動させられることで、使用スキージ18がマスク板70の上面に沿って移動させられる。この移動によって、マスク板70の上面に存在するクリームはんだが、マスク板70に穿設された開口74を介して、基板Sの上面に付着させられ、印刷が完了する。印刷が完了した後、テーブル昇降モータ56,本体フレーム昇降モータ50,シリンダ96,スキージ昇降モータ110が逆向きに作動させられ、図2に示す状態に復帰する。
[C]印刷圧の制御
印刷の際にスキージ18がマスク板70を押す力、すなわち、印刷圧は、印刷の品質に大きな影響を与えるため、印刷圧を制御することは重要である。一方で、スキージ18の自重、詳しくは、スキージユニット102の自重の存在によって、スキージ下降押付装置20がスキージ18をマスク板70に押し付ける力、すなわち、押付力は、印刷圧とは一致しない。そのため、本はんだ印刷機では、基板Sがマスク板70を介してスキージ18から受ける力、すなわち、支持体であるバックアップピン44が基板S,マスク板70を介して受ける力である受圧力が印刷圧に等しいとして、その受圧力に基づいて押付力を制御するように構成されている。
印刷の際にスキージ18がマスク板70を押す力、すなわち、印刷圧は、印刷の品質に大きな影響を与えるため、印刷圧を制御することは重要である。一方で、スキージ18の自重、詳しくは、スキージユニット102の自重の存在によって、スキージ下降押付装置20がスキージ18をマスク板70に押し付ける力、すなわち、押付力は、印刷圧とは一致しない。そのため、本はんだ印刷機では、基板Sがマスク板70を介してスキージ18から受ける力、すなわち、支持体であるバックアップピン44が基板S,マスク板70を介して受ける力である受圧力が印刷圧に等しいとして、その受圧力に基づいて押付力を制御するように構成されている。
印刷圧の制御についての詳しい説明の前に、基板支持装置14の本体フレーム昇降モータ50に供給する電流の制御について説明する。先に説明したように、本体フレーム40の昇降は、ラック&ピニオン機構を利用して行われる。ラック&ピニオン機構は、正効率と逆効率との差が殆どなく、本体フレーム40を所定の高さ位置に維持する場合にも、本体フレーム40,テーブル42,バックアップピン44,基板S等の自重を支える必要があるため、本体フレーム昇降モータ50にある程度の電流を供給し続けなければならない。そのため、本体フレーム昇降モータ50は次のように制御される。
基板Sの上昇時の高さ位置を現在位置hと、上面がマスク板70の下面に接触するときの基板Sの高さ位置、すなわち、停止させるべき基板Sの高さ位置を目標位置h*とすれば(図3(a)参照)、制御装置120は、本体フレーム昇降モータ50に供給される電流iを、高さ位置偏差Δh(=h*-h)に基づいて、次式に従って決定し、その決定された電流iを供給する。
i=GP・Δh+GI・Int(Δh)+GD・Δh’
上記式は、PID制御理論に基づく制御式であり、右辺の第1項,第2項,第3項が、それぞれ、比例項成分,積分項成分,微分項成分となっている。GP,GI,GDは、それぞれ適切に設定されたゲインである。
i=GP・Δh+GI・Int(Δh)+GD・Δh’
上記式は、PID制御理論に基づく制御式であり、右辺の第1項,第2項,第3項が、それぞれ、比例項成分,積分項成分,微分項成分となっている。GP,GI,GDは、それぞれ適切に設定されたゲインである。
上記式に従えば、本体フレーム昇降モータ50に供給される電流iは、高さ位置偏差Δhが0となった状態、つまり、基板Sが目標高さ位置h*に位置した状態でも、上記積分項成分の存在によって、その位置を維持するための電流iが供給され続けることになる。つまり、本体フレーム昇降モータ50は、その電流iに応じた力、すなわち、その位置を維持する力を出し続けることになる。
次に、押付力と印刷圧との関係を図4を参照しつつ説明すれば、図4(a)に示す状態、つまり、スキージ昇降モータ110の作動によって上側プレート92およびスキージユニット102が当接距離L0だけ下降させられて使用スキージ18(図における手前側のスキージ18である)がマスク板70の上面に当接した時点の状態では、スキージ下降押付装置20の懸垂スプリング98は、引張弾性力FUを発生させてスキージユニット102の自重Wを受け持っており、スキージユニット102の自重Wは、印刷圧の成分とならない。また、押付スプリング100も縮んでいないので、押付弾性体としての押付スプリング100の圧縮弾性力は発生させられず、使用スキージ18に作用する押付力は発生させられない。したがって、その時点での印刷圧は0である。
換言すれば、懸垂スプリング98の引張弾性力FUは、使用スキージ18がマスク板70に当接する際に、スキージユニット102の自重、簡単に言えば、スキージ18の自重によってマスク板70に作用する力の発生を解消するように機能し、スキージ下降押付装置20は、懸垂スプリング98を含んで構成される自重キャンセル機構を有しているのである。
さらに次に、図4(b)に示すように、スキージ昇降モータ110のさらなる作動によって上側プレート92およびスキージユニット102をさらに押付距離ΔLだけ下降させようとした場合を考える。そのようにしようとしても、使用スキージ18がマスク板70に当接していることから、スキージユニット102自体は殆どは下降せずに、実際には、上側プレート92と下側プレート90との間隔が押付距離ΔLに応じた距離だけ小さくなる。
上記間隔の減少によって、その距離に応じた長さだけ、懸垂スプリング98,押付スプリング100の長さが短くなる。それに伴って、その長さに相当する分だけ懸垂スプリング98の引張弾性力FUが小さくなり、その長さに相当する分だけ押付スプリング100の圧縮弾性力FLが発生させられることになる。つまり、押付スプリング100は、使用スキージ18がマスク板70に当接してからの当該スキージ下降押付装置20の動作量に応じた大きさの弾性力を、押付力として使用スキージ18に作用させる弾性体として機能しているのである。
したがって、スキージ下降押付装置20を、使用スキージ18がマスク板70に当接してからも動作させることにより、懸垂スプリング98の引張弾性力FUが小さくなったことによって発生させられるスキージユニット102の自重Wの成分と、押付力である押付スプリング100が発生させる圧縮弾性力FLとの和に相当する力が、使用スキージ18からマスク板70に作用し、その力に応じた印刷圧が使用スキージ18からマスク板70に付与されることになる。なお、厳密には力と圧力との次元は異なるが、説明の便宜上、それらを同次元として扱い、印刷圧を「印刷圧FP」と表現することとする。つまり、次式の関係が成立するのである。
FP=FL+W-FU
FP=FL+W-FU
上記印刷圧FPは、マスク板70および基板Sを介して、支持体としてのバックアップピン44が受けることになる。すなわち、使用スキージ18からマスク板70および基板Sを介してバックアップピン44が受ける力が受圧力FRであり、それは、印刷圧FPに相当すると考えることができる。
先に説明したように、基板支持装置14は、基板Sの上面がマスク板70の下面に接触する高さ位置に基板Sを維持する。そのため、フレーム昇降モータ50への供給電流iは、その高さ位置を目標位置h*として上記式に従って決定される。したがって、受圧力FRが存在する場合、その受圧力FRに対抗するため、その受圧力FRに応じた分だけ、電流iが増加させられることになる。このことに鑑み、本はんだ印刷機では、フレーム昇降モータ50に供給される電流iを検出するための電流センサ122が設けられ(図2参照)、制御装置120は、その電流センサ122の検出値に基づいて、受圧力FRを検出する。つまり、本はんだ印刷機は、電流センサ122と制御装置120の検出機能を発揮する部分とを含んで構成される受圧力検出装置を有しているのである。なお、フレーム昇降モータ50が発揮する力であるモータ力は、当該フレーム昇降モータ50に供給される電流iに依存するものであることから、受圧力の検出は、モータ力に基づいて行われると考えることができる。
制御装置120は、上記検出された受圧力FRに基づいて、印刷圧FPが適正な値となるように、スキージ昇降モータ110を制御し、上述の押付距離ΔLを調整するのである。言い換えれば、押付距離ΔLの調整により、すなわち、使用スキージ18がマスク板70に当接してからのスキージ下降押付装置20の動作量の調整により、引張弾性力FUと、押付力である圧縮弾性力FLとが調整されて、印刷圧FPが適正となるように制御されるのである。
上記のようなスキージ昇降モータ110の制御、つまり、受圧力FRに基づくスキージ18の押付力の制御を実行することで、スキージ18の自重、詳しくは、スキージユニット102の自重の存在に拘わらず、適切な印刷圧の制御を行うことができるのである。さらに言えば、例えば、マスク板70に撓み等が生じていても、基板Sがマスク板70を介してスキージ18から受ける力を上記受圧力FRとして検出できるため、適正な印刷圧FPによるクリームはんだの印刷が可能となるのである。
[D]変形例
i)自重キャンセル機構に関する変形例
上記実施例のはんだ印刷機では、スキージ下降押付装置20が、懸垂スプリング98を含んで構成される上述の自重キャンセル機構を有しており、その自重キャンセル機構は、スキージ18がマスク板70に当接する際に、スキージ18の自重によってマスク板70に作用する力の発生を解消するものとされていた。そのような自重キャンセル機構は、マスク板70へ作用する力の急変を防止し、印刷圧の円滑な制御に大きく寄与するものとなっている。
i)自重キャンセル機構に関する変形例
上記実施例のはんだ印刷機では、スキージ下降押付装置20が、懸垂スプリング98を含んで構成される上述の自重キャンセル機構を有しており、その自重キャンセル機構は、スキージ18がマスク板70に当接する際に、スキージ18の自重によってマスク板70に作用する力の発生を解消するものとされていた。そのような自重キャンセル機構は、マスク板70へ作用する力の急変を防止し、印刷圧の円滑な制御に大きく寄与するものとなっている。
上記のような自重キャンセル機構ではなく、スキージ18がマスク板70に当接した後、上側プレート92がさらに下降させられている間および下降させられた状態においても、スキージ18の自重によってマスク板70に作用する力の発生が全くないように構成された自重キャンセル機構を採用することもできる。
また、自重キャンセル機構を有しないスキージ下降押付装置を採用したはんだ印刷機であってもよい。そのスキージ下降押付装置は、懸垂スプリング98を備えておらず、例えば、図5に示すようなものである。図5(a)に示すように、このスキージ下降押付機構20’では、各ガイドピン94の上端部に、係止環130が付設されており、スキージ18がマスク板70に当接する前には、スキージユニット102の自重Wは、それら係止環130によって支え受けられている。図5(b)に示すように、スキージ18がマスク板70に当接した後には、係止環130によるスキージユニット102の係止が解かれ、スキージユニット102の自重が、印刷圧の一成分として作用する。そのようなスキージ下降押付装置20’では印刷圧の急変が生じることとなるが、上記受圧力に基づく押付力の制御を実行すれば、十分に適切な印刷圧の制御が可能である。
ii)スキージの下降・押付の構造に関する変形例
上記実施例および上記変形例のはんだ印刷機では、スキージ下降押付装置20,20’は、圧縮コイルスプリングである押付スプリング100の圧縮弾性力を利用して、押付力を発揮するようにされていた。そのような構造のスキージ下降押付装置20,20’に変えて、以下に説明するスキージ下降押付装置を採用することも可能である。
上記実施例および上記変形例のはんだ印刷機では、スキージ下降押付装置20,20’は、圧縮コイルスプリングである押付スプリング100の圧縮弾性力を利用して、押付力を発揮するようにされていた。そのような構造のスキージ下降押付装置20,20’に変えて、以下に説明するスキージ下降押付装置を採用することも可能である。
図6に示すスキージ下降押付装置20”は、スキージ下降押付装置20,20’における上側プレート92,ガイドピン94,懸垂スプリング98,押付スプリング100,ねじロッド104,スキージ昇降モータ110といった要素は存在せず、下側プレート90が、エアシリンダである昇降シリンダ140によって昇降させられるように構成されている。詳しく言えば、下側プレート90に相当するベースプレート142に、スキージ18を保持するシリンダ96が付設されており、それらベースプレート142,シリンダ96,スキージ18によって構成されるスキージユニット102”が、ビーム80に固定された昇降シリンダ140によって昇降させられるように構成されている。
昇降シリンダ140は、一般的な、エアシリンダであり、その構造の詳細についての説明は省略するが、内部に流体の一種である圧搾エアが導入されることで、図6(a)に示す状態から図6(b)に示す状態に伸びるように構成されている。その伸びる動作によって、スキージ18は、下降させられ、その導入されたエアの圧力に応じた力で、スキージ18がマスク板70に押し付けられる。
昇降シリンダ140に圧搾エアを導入する導入路144の途中には、圧力調整器146が設けられており、制御装置120は、その圧力調整器146を制御することにより、昇降シリンダ140に導入される圧搾エアの圧力が制御される。本変形例のはんだ印刷機では、上述の受圧力に基づいて、導入される圧搾エアの圧力が制御されることで、スキージユニット102”の自重に拘わらず、適正に印刷圧が制御されることになる。
12:基板搬送装置 14:基板支持装置 18:スキージ 20,20’,20”:スキージ下降押付装置 40:本体フレーム 42:テーブル 44:バックアップピン〔支持体〕 46:ラック 48:ピニオン 50:本体フレーム昇降モータ 70:マスク板 74:開口 80:ビーム 90:下側プレート 92:上側プレート 98:懸垂スプリング〔自重キャンセル機構〕 100:押付スプリング 102,102”:スキージユニット 104:ねじロッド 106:保持筒 108:ナット 110:スキージ昇降モータ 120:制御装置 122:電流センサ〔受圧力検出装置〕 140:昇降シリンダ 142:ベースプレート 146:圧力調整器 S:基板 h:現在位置 h*:目標位置 Δh:高さ位置偏差 i:供給電流 W:スキージユニットの自重 FL:圧縮弾性力〔押付力〕 FU:引張弾性力 FP:印刷圧 FR:受圧力
Claims (5)
- 開口を有するマスク板上に存在するクリームはんだをスキージによってそのマスク板を介して基板の上面に印刷するはんだ印刷機であって、
支持体を有し、その支持体を前記基板の下面に接触させ、かつ、その基板の上面を前記マスク板の下面に接触させるようにして、その基板を支持する基板支持装置と、
前記スキージを下降させてそのスキージを前記マスク板の上面に押し付けるスキージ下降押付装置と、
前記支持体が前記マスク板および前記基板を介して前記スキージから受ける力である受圧力を検出する受圧力検出装置と、
その受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて、前記スキージ下降押付装置が前記スキージを前記マスク板に押し付ける力である押付力を制御する制御装置と
を備えたはんだ印刷機。 - 前記基板支持装置が、電動モータが発揮する力であるモータ力によって前記基板を支持するように構成され、
前記受圧力検出装置が、前記モータ力に基づいて前記受圧力を検出するように構成された請求項1に記載のはんだ印刷機。 - 前記スキージ下降押付装置が、
前記スキージが前記マスク板に当接してからの当該スキージ下降押付装置の動作量に応じた大きさの弾性力を、前記押付力として前記スキージに作用させる弾性体を有し、
前記制御装置が、前記スキージ下降押付装置の動作量を、前記受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて制御するように構成された請求項1または請求項2に記載のはんだ印刷機。 - 前記スキージ下降押付装置が、
導入される流体の圧力によって前記スキージを下降させるとともに、その圧力に依存する力を、前記押圧力として前記スキージに作用させるシリンダを有し、
前記制御装置が、前記シリンダに導入される流体の圧力を、前記受圧力検出装置によって検出された受圧力に基づいて制御するように構成された請求項1または請求項2に記載のはんだ印刷機。 - 前記スキージ下降押付装置が、
少なくとも前記スキージが前記マスク板に当接する際に、前記スキージの自重によって前記マスク板に作用する力の発生を解消する自重キャンセル機構を有する請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のはんだ印刷機。
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