(57)【要約】【課題】特に比較的少量のペーストの分配を可能にする、ペースト分配動作のための完全に柔軟な制御メカニズムを提供する。【解決手段】印刷プロセス中にペーストを分配する方法であって、ペーストは、現在の製造工程で印刷される残りのワークピースの数に応じた量で分配される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷機によって導電性ペーストを用いて製造工程内で複数のワークピースを連続的に印刷する印刷プロセス中に導電性印刷媒体を分配する方法において、
i)  前記印刷機に関連する制御システムを提供するステップと、
ii)  貯蔵容器から導電性印刷媒体を分配し、前記印刷機内に位置するスクリーンに導電性印刷媒体のビードを形成するよう作用するディスペンサーを提供するステップであって、前記ディスペンサーが前記制御システムによって制御される、ステップと、
iii)  前記制御システムにおいて、前記製造工程内で印刷されるべきワークピースの数を設定するステップと、
iv)  印刷中に、前記製造工程内で印刷されるべき残りのワークピース数を監視するステップと、
v)  前記製造工程中に前記スクリーン上の導電性印刷媒体の量を評価するステップと、
vi)  前記製造工程中に導電性印刷媒体のある量を分配して、前記前記製造工程のための前記スクリーン上の導電性印刷媒体の量を所定の範囲内に維持するステップと、
を備え、
ステップvi)において、前記製造工程内で印刷されるべき残りのワークピースの数に応じた量で前記導電性印刷媒体が分配される、方法。
【請求項２】
ステップｖ）において、前記スクリーン上の導電性印刷媒体の量を評価するステップが、前記スクリーン上の導電性印刷媒体のロール高さを測定するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スクリーン上の導電性印刷媒体のロール高さが、センサーを用いて測定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スクリーン上の導電性印刷媒体のロール高さが、レーザーを用いて測定される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ステップｖ）において、前記スクリーン上の導電性印刷媒体の量を評価するステップが、前記製造工程において印刷されたワークピースの数を前記製造工程中に分配された導電性印刷媒体の量に相関させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記製造工程中にワークピースごとに使用された導電性印刷媒体の量の値を導出するステップを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記製造工程中にワークピースごとに使用された導電性印刷媒体の量の値が、少なくとも部分的に実験的に導出される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記製造工程中にワークピースごとに使用された導電性印刷媒体の量の値が、前記スクリーンに設けられたすべての開口部の合計体積から少なくとも部分的に導出される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記製造工程中に分配される導電性印刷媒体の量が、ディスペンサーノズル特性、前記導電性印刷媒体の分配圧力、および前記製造工程中に使用される前記印刷機の印刷ヘッドのストローク長さからなるグループの少なくとも１つから少なくとも部分的に導出される、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｖｉ）において、前記製造工程において印刷されるべき残りのワークピースの数が所定の数値を下回る場合、前記スクリーン上の導電性印刷媒体の量を前記所定の範囲のサブ範囲内に維持するのに十分な導電性印刷媒体が分配され、前記サブ範囲が前記所定の範囲の平均値より小さい平均値を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｖｉ）において導電性印刷媒体のある量を分配するのに十分な量の導電性印刷媒体が導電性印刷媒体容器に含まれていない場合に、ステップｖｉ）の前に前記導電性印刷媒体容器が交換され、前記ある量は、前記前記製造工程において印刷されるべき残りのワークピースの数に依存する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
プロセッサを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法で使用するための制御システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の制御システムを備える印刷機。
【請求項１４】
請求項１２に記載の制御システムを可能にするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷プロセス中に導電性ペーストを分配する方法、制御システム、コンピュータプログラム製品、および印刷機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に概略的に示すように、産業用スクリーン印刷機は、通常、印刷ヘッド（図示せず）に取り付けられた角度付きブレードまたはスキージブレード５を使用し、スクリーン（箔またはステンシルと呼ばれることもある）の開口部３のパターンを通して導電性印刷媒体を塗布することにより、はんだペーストや導電性インクなどの導電性印刷媒体１を回路基板などの平面ワークピース２に塗布する。プリント作業中、スキージブレード５はスクリーン４を横切る方向Ｘに移動し、導電性媒体１を開口部３に移す。この動作は一般に「印刷ストローク」と呼ばれる。便宜上、本明細書全体において「ペースト」という用語を使用して、はんだペーストや導電性インクを含む導電性印刷媒体を総称する。ペーストは従来、カートリッジやポットなどの容器に保存され、通常は加圧空気源を使用して、上部に圧力をかけることにより、容器の底部から分配される。印刷機には、ペーストが消費された場合に容器を交換できるように、容器を取り外し可能に保持するペーストディスペンサーが含まれている。容器内に残っているペーストの量を正確に判断することは困難であるが、通常、ディスペンサーには、容器がほぼ空になり交換が必要な場合に印刷機のオペレーターに通知するセンサーが設けられている。分配プロファイルは、分配の速度、圧力、位置、頻度を最適化することで完全に調整可能である。ワークピースは通常、別々の生産または印刷工程で印刷され、複数の同様のワークピース（つまり、同じステンシルを使用して印刷されたワークピース）が順次印刷される。１回の製造工程中、これらの分配プロファイル値は固定されている。
【０００３】
さらに、ビードのサイズが大きすぎると、ペーストのローリングが不十分になり、開口部の充填が不十分になるだけでなく、スキージブレードの上部でペーストが乾燥し、ペーストビードに戻り開口部を塞ぐ危険性がある。さらに、ビードのサイズが非常に大きく、補充量が少ないと、ビードのフラックス含有量に影響を与える可能性があり、印刷特性、さらにはリフロー特性を著しく変更する可能性がある。ペーストの量が多すぎると、ペーストが無駄になる。ペースト塗布操作プロファイルの設定は、印刷機において製品（ワークピース）固有のものである。これにより、プロファイルに製品およびはんだペースト固有の値を使用できる。ステンシル上のペーストの量がこの最適範囲内にあることを確認するために、量が評価され、必要に応じて、ディスペンサーによって設定量のペーストが自動的に分配される。
【０００４】
印刷中、分配されたペーストに対する印刷ブレードの作用は、ペーストをロールまたはシリンダーに形成する傾向があり、スクリーン上のペーストの容量は、例えばロールの寸法を測定することにより評価され得る。特に簡単な方法は、ロールがほぼ円形の断面であると仮定することであり、この場合、ペーストの量はロールの高さから直接推測できる。ロールの横方向の広がりは、プリントヘッドに取り付けられたペーストバッフルによって制約されることに留意すべきである。ペーストロールは、印刷ストローク中に測定でき、この場合、ロールの形状はスキージブレードの影響を直接受ける（図１を参照）。または、印刷ストロークの間に測定でき、この場合、ロールは崩れる傾向にある。したがって、実際には、ペーストロールは均一な円形ではなく、この近似は、たとえば実験から得られた経験的体積データを使用して、この違いに対応するために改善される場合がある。
【０００５】
他の体積評価技術は当技術分野で知られている。シンプルな構成により、機械的に固定されたセンサーが提供され、センサーは「見下ろして」、１つの位置においてペーストロールの高さを測定する。ペーストロールの決定された高さ（「Ｚｒｏｌｌ」）がある特定の高さ（例えば、図１に示す「Ｚｍｉｎ」）を下回ると、設定されたペーストの量が分配され、この量は、塗布直後、ペーストロールの高さが信頼できる印刷作業のために決定された最大高さ（「Ｚｍａｘ」）に近づくが、超えないように設定される。より複雑で高価な代替手段は、レーザーを使用してペーストロールの高さを直接測定することであり、これにより、高さがＺｍｉｎなどの所定の値を下回ると、設定した量のペーストが再び分配される。このようなレーザーシステムは問題があり、レーザー光路がペーストでブロックされる危険性があり、重要な関連機器が必要である。
【０００６】
このようなシステムは、自動的、効果的かつ信頼性がある。しかし、効率の問題が発生する可能性があるという点で問題が特定されている。特に、このようなシステムは、ステンシル上のペースト量が所定の値を下回るたびに、設定された量のペーストが分配されるという点で柔軟性がない。上記のように、ワークピースは通常、別々の製造工程で印刷される。製造工程の完了後、異なる種類のワークピースを印刷するための新しい製造工程が開始される場合があり、これには、新しいステンシルを含む印刷機の大幅に異なるセットアップが必要になる場合がある。次の製造工程で前の製造工程と同じペーストを使用する場合、費用を節約して無駄を減らすために、ペーストロールを次のステンシルに転送することができる。ただし、ブレードのサイズを変更すると、転送されたロールに加えてどのくらいのペーストが必要かを予測できなくなる。これにより、標準の自動分配プロファイルで問題が発生し、複数の分配操作が必要になり、生産ラインのダウンタイムにつながる。
【０００７】
新しい製造工程で異なる種類のペーストを使用する必要がある場合は、さらに問題が生じる。これらの場合、以前の製造工程で古いステンシルに塗布されたペーストは廃棄される。この無駄なペーストの廃棄は、高価であるだけでなく、環境に悪影響を及ぼす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この問題を克服しようとするものである。
【０００９】
本発明によれば、この目的は、分配されるペーストの量が製造工程の進行に応じるようにオーバーライド機構を提供することにより達成される。
【００１０】
本発明の概念は、特に比較的少量のペーストの分配を可能にする、ペースト分配動作のための完全に柔軟な制御メカニズムを提供するために、また、固定のセンサーまたはレーザーを使用せずにステンシル上のペーストの量を評価するための代替メカニズムを提供するために拡張される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、印刷機による導電性ペーストを用いて、（類似の）ワークピースの製造工程内で複数のワークピースを連続的に印刷する印刷プロセス中に導電性印刷媒体を分配する方法が提供され、方法は、
ｉ）  印刷機に関連する制御システムを提供するステップと、
ｉｉ）  貯蔵容器から導電性印刷媒体を分配し、印刷機内に位置するスクリーン上に導電性印刷媒体のビードを形成するディスペンサーを提供するステップであって、ディスペンサーは制御システムによって制御される、ステップと、
ｉｉｉ）  製造工程内で印刷されるワークピースの数を制御システムに設定するステップと、
ｉｖ）  印刷中、製造工程で印刷される残りのワークピースの数を監視するステップと、
ｖ）  製造工程中に、スクリーン上の導電性印刷媒体の量を評価するステップと、
ｖｉ）  製造工程中に導電性印刷媒体のある量を分配して、製造工程のためのスクリーン上の導電性印刷媒体の量を所定の範囲内に維持するステップと、
を備え、
ステップｖｉ）において、導電性印刷媒体は、製造工程で印刷される残りのワークピースの数に応じた量で分配される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、プロセッサを含む、先行する請求項のいずれかの方法で使用するための制御システムが提供される。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様の制御システムを備える印刷機が提供される。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、最初の３つの態様のいずれかの制御システムを可能にするためのコンピュータプログラム製品が提供される。
【００１５】
本発明の他の特定の態様および特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００１６】
ここで、添付の図面（縮尺通りではない）を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既知の印刷構成を概略的に示す。
【図２】本発明の方法を実行するための例示的な印刷システムを概略的に示す。
【図３】本発明による例示的な方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明による印刷方法を実行するための印刷システムを概略的に示す図２によって本発明の実施形態を説明する。少なくとも印刷機の分配動作を制御するプロセッサを含む制御システム１１が設けられる。制御システムは、印刷機１０に関連付けられ、現在説明されている実施形態のように、その一部、例えば「オンボード」コンピューティング手段を形成してもよく、または他の実施形態では少なくとも部分的に離れていてもよく、たとえば、別のＰＣ、ラップトップ、モバイルデバイス、または選択的に他の機器や機械を実行できる他のコンピューティング手段とすることができる。制御システム１１は、印刷機の少なくとも分配動作を制御するためのソフトウェア、組み込みソフトウェア、クラウドに配置されたソフトウェアなどのコンピュータプログラムを走らせる、実行する、またはアクセスすることができる。制御システム１１は、製造工程情報１２、特に製造工程内で印刷されるワークピースの数を設定する情報を受信するように適合されているが、選択的にその製造工程で使用されるスクリーン上の最適な分配場所、およびその製造工程内で印刷されたワークピースごとの予想ペースト使用量に関する情報を受信するよう適合される。このような製造工程情報１２は、少なくとも部分的にオペレーターによって入力されてもよい。制御システム１１は、例えば専用センサー（図示せず）から、または外部ソース（図示せず）から印刷されたワークの数に関する情報を受信し、これを製造工程情報１２から取得した製造工程内で印刷される設定数のワークと比較することによって、現在の製造工程で印刷される残りのワークの数を監視するようにも機能することに留意すべきである。最適な分配場所と予想されるペースト使用量に関する情報は、例えばオペレーターが提供するガーバーデータから別のプログラムまたは処理手段によって自動的に生成されるか、またはそのようなガーバーデータから制御システム自体内で導出される。制御システム６はまた、ペースト貯蔵容器１６に関連するセンサー１３から出力信号を受信するように構成され、ペースト貯蔵容器１６は、容器が実質的に空であり、交換が必要なときを検出するように動作可能である。選択的に、制御システム１１は、ペーストロール高さ監視センサー１４からの出力信号を受信するようにも構成され、これは、制御システム１１によって解釈され、スクリーン上のペーストロールの高さを示し、スクリーン上のペーストの量を直接評価する。前述のように、このようなセンサー１４は、レーザーまたはより単純な高さ検出センサーを備えてもよい。制御システム１１はまた、ペースト貯蔵容器１６からペーストを分配するように作動するペーストディスペンサー１５を制御して、印刷機１０内に位置するスクリーン上にペーストのビードを形成するように構成され、このようなペーストディスペンサーは、従来技術において既知である。
【００１９】
上述のように、制御システム１１は、前述のようなペーストロール高さ監視センサー１４の出力から量を推定することにより、スクリーン上のペーストの量を評価するように動作可能であってもよい。ただし、代替の実施形態では、この計算は実行されず、代わりに、製造工程で印刷されたワークピースの数を製造工程中に分配された導電性印刷媒体の量に相関させることにより、現在の製造工程を通じてペースト使用量を推定することにより、ペースト量評価を実行することができる。
【００２０】
より詳細には、標準的な分配動作でペーストディスペンサー１５から分配されるペーストの量は、直接知られるか、経験的に決定されるか、またはディスペンサーノズル特性、導電性印刷媒体の分配圧力、製造工程中に使用される印刷機の印刷ヘッドのストローク長からなるグループの少なくとも１つから部分的に導き出される。
【００２１】
印刷実行中に実行される標準的なペースト分配動作の数も、制御システム１１によって監視することができる。
【００２２】
さらに、製造工程中にワークピースごとに使用されるペーストの量は、さまざまな方法で決定される。たとえば、ペーストの量は、少なくとも部分的に実験的に導出される。これを行うための１つのオプションは、設定された量のペーストが消費されるまで複数のワークピースを印刷することによって、ワークごとに使用されるペーストの平均量を簡単に計算することができるということである。その他の可能性は、当業者には明らかである。代替的または追加的に、製造工程中にワークピースごとに使用される導電性印刷媒体の量の値は、スクリーンに設けられたすべての開口部の合計量から少なくとも部分的に導出される。ペーストの無駄がないと仮定すると（たとえば、印刷機に含まれるペーストバッフルが完全に動作する場合）、印刷動作中に開口部がペーストで完全に満たされ、スクリーンとワークピースが分離すると、スクリーンからペーストが１００％移動し、ワークピースは、少なくとも最初の概算では、ワークピースごとに使用されるペースト量は、スクリーンの開口パターン内のすべての開口部の内部体積の合計に等しくなる。もちろん、実際には充填、移動、廃棄は完璧ではない。ただし、このような非効率性を少なくとも部分的に補償するために、経験的に決定された補正係数を適用することができる。
【００２３】
これらの値（つまり、標準の分配動作でペーストディスペンサー１５から分配されるペーストの量、現在の製造工程でこれまでに実行された分配動作の数、および製造工程中にワークピースごとに使用されるペーストの量）  とともに、製造工程中にこれまでに印刷されたワークピースの数を監視することにより、スクリーン上のペーストの量は、次の式を使用して評価できる。
Ｖｓｃｒｅｅｎ〜Ｃ（ｍＶｄ−ｎＶｗ）
ここで、
Ｖｓｃｒｅｅｎ：  スクリーン上のペーストの量
Ｃ：  経験的に決定された補正係数
ｍ：  現在の製造工程でこれまでに実行された分配動作の数
Ｖｄ：  各標準ペースト分配動作で分配されるペーストの量
ｎ：  製造工程中にこれまでに印刷されたワークピースの数
Ｖｗ：  製造工程中にワークピースごとに使用されるペーストの量
である。
【００２４】
スクリーン上のペーストの量を評価するためにどの方法が使用されるとしても、この評価は、ペーストディスペンサー１５を制御するために制御システム１１によって使用される。図１に関連して前述したように、最適な印刷品質のために、スクリーン上のペーストの量が所定の最適範囲内に維持されることが重要である。通常、この範囲は、印刷機のオペレーターによって設定され、好み、ペーストの種類、印刷される開口パターンに応じて大きく異なる場合がある。スクリーン上のペーストの量がこの範囲の下限、または少なくとも下限に近いと評価されると、制御システム１１は、ペーストディスペンサー１５にある量のペーストがスクリーン上に分配される分配動作を実行させ、分配されたペーストの量または体積は、スクリーン上のペーストの量が分配後に所定の範囲の上限を超えないような量である。
【００２５】
本発明によれば、制御システム１１は、製造工程で印刷される残りのワークピースの数に応じた量でペーストが分配されるように分配動作を制御するように動作する。好ましい実施形態では、製造工程で印刷される残りのワークピースの数が所定の数値を下回る場合、スクリーン上の導電性印刷媒体の量が所定のサブ範囲内に維持されるのに十分な導電性印刷媒体が分配され、サブ範囲は、所定の範囲の平均値よりも低い平均値を有する。非限定的な例として、所定の範囲は、平均値が１１．５ｃｍ３になるように、たとえば１０ｃｍ３から１３ｃｍ３の間になるように選択できる。この場合、サブ範囲は、平均値が１０．５ｃｍ３になるように、たとえば１０ｃｍ３から１１ｃｍ３の間になるように選択できる。この方法論は、製造工程の最初の部分で分配されるペーストの標準量よりも少ない量のペーストが分配されることを効果的に意味する。
【００２６】
このようにして、製造工程で印刷される残りのワークピースが十分な量のペーストで印刷され、しかも製造工程の完了時に、ペーストの無駄が最小限になることが保証される。
【００２７】
印刷される残りのワークピースの数が制御システム１１によって知られるように、製造工程の進行を監視しなければならないことは当業者には明らかであろう。ただし、この情報は、既知のシステムでは通常知られているため、製造工程を適切に制御することができる。
【００２８】
サブ範囲と、分配の削減レジームが開始される印刷される残りのワークピースの数との対応は、オペレーターによって設定されるか、制御システム１１によって提案されてもよい。例として、現在の製造工程で印刷されるワークピースが１０個残っている場合、分配の削減が開始される可能性があり、これらのワークピースの印刷中に分配されたペーストは、標準量と比較して少ない量となる。
【００２９】
本発明の一実施形態による方法論は、図３のフローチャートとして示されている。このフローチャートは、製造工程の印刷中に実行される動作を表す。このフローチャートは、印刷および分配プロセスの重要なステップのみを詳述していることに留意すべきであり、たとえば、ワークピースの搬送や検査の詳細は、既知の方法と同様であるため含まれていない。
【００３０】
ステージＡでは、上記の方法のいずれかを使用して、スクリーン上のペーストの量が評価される。
【００３１】
ペーストの量が所定の許容範囲内にあると評価された場合（ステップＢ）、システムは印刷作業の実行に進むことができる（ステップＨ）、すなわちワークピースが印刷される。
【００３２】
ステップＢで、ペーストの量が所定の許容範囲外にあると評価された場合（ステップＢ）、制御システムは、製造工程の終了が近いこと、つまり印刷される残りのワークピースの数を、特にその数が所定の数値より小さいかどうかをチェックする（ステップＣ）。
【００３３】
製造工程の終了近くではない場合、ステップＤで、制御システム１１は、標準量のペーストを分配させる。
ステップＤの分配動作に続いて、ペースト容器が十分に満たされているかどうかがチェックされる（ステップＥ）。このチェックは、製造工程の終了がまだ先であることが判明した場合（ステップＣ）さらに標準的なペースト塗布を実行するのに十分なペーストが容器に残っているかどうかを考慮し、または、製造工程が終わりに近づいている場合は、ペースト削減分配動作のために十分なペーストが残っているかどうかを考慮する。ペーストが不十分な場合、容器は、ステップＦで交換される。新しい容器が正しく充填されていることを確認するために、さらなるチェックを実行することがある（ステップＥ）。プロセスは、ステップＨの印刷操作に進む場合がある。
【００３４】
ステップＣで、印刷すべき残りのワークピースの数が所定の数より少ないと判定された場合、ステップＧで、削減された量のペーストが分配され、ステップＨで印刷動作が実行される。
【００３５】
ステップＨでの印刷動作に続いて、制御システム１１は、製造工程が完了したかどうかをチェックする（ステップＩ）。その場合、プロセスは終了する場合がある。そうでない場合、プロセスはステップＡに戻り、スクリーン上のペーストの量が再評価される。
【００３６】
上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明の範囲内の他の可能性および代替案は当業者には明らかであろう。例えば、分配されるペーストの量は、製造工程の終わりに向かって徐々に減少させるか、「ランプダウン」することができる。ペースト容器が空になっていると判断された場合、分配されるペーストの量を減らすこともできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  導電性印刷媒体
２  ワークピース
３  開口部
４  スクリーン
５  スキージブレード
１０  印刷機
１１  制御システム
１２  製造工程情報
１３  ペースト容器センサー
１４  ペーストロール高さ監視センサー
１５  ペーストディスペンサー
１６  ペースト貯蔵容器
Ｚｍａｘ  印刷用に決定された最大ペーストロール高さ
Ｚｍｉｎ  印刷用に決定された最小のペーストロール高さ
Ｚｒｏｌｌ  ペーストロール高さ
【図１】
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【図２】
2020032720.tif 000004
【図３】
2020032720.tif 000005
【外国語明細書】
2020032720000001.pdf