(57)【要約】【課題】スキージへの半田の付着を遺漏なく検出することで印刷不良の発生を防止する半田印刷装置および半田印刷方法を提供する。【解決手段】スクリーンマスク３に対してスキージ１４を昇降させるエアシリンダ３１と、エアシリンダ３１にスキージ１４を上昇させるための上昇圧と下降させるための下降圧を供給する手段と、半田印刷後にエアシリンダ３１に所定の上昇圧を供給したときにスキージ１４が上昇した高さを測定する手段と、スキージ１４が上昇した高さに基づいてスキージ１４の半田の付着状態の良否を判断する手段と、を備えた。一定の上昇圧のもとでは半田が付着量の多寡によってスキージ１４の上昇高さが異なるので、実際にスキージ１４が上昇した高さによって半田の付着状態の良否を判断する。【選択図】図１
2010028002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンマスクに対してスキージを昇降させるシリンダ機構と、
前記シリンダ機構に前記スキージを上昇させるための上昇圧と下降させるための下降圧を供給する手段と、
半田印刷後に前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇した高さを測定する手段と、
前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段と、
を備えることを特徴とする半田印刷装置。
【請求項２】
前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記スキージが所定の時間内に所定の高さまで上昇したことによって前記スキージの半田の付着状態の良否を判断することを特徴とする請求項１に記載の半田印刷装置。
【請求項３】
前記スキージに半田が付着していない状態において前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇する高さを記憶する手段を備え、
前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記記憶された高さと前記測定された高さとの比較結果に基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断することを特徴とする請求項１に記載の半田印刷装置。
【請求項４】
スクリーンマスクに対してスキージを下降させる下降圧を前記スキージに作用させながら基板に半田を印刷する工程と、
半田印刷後に前記スキージを上昇させる所定の上昇圧を前記スキージに作用させる工程と、
前記所定の上昇圧を作用させたときに前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態を判断する工程と、
を含む半田印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンマスクとスキージを用いる半田印刷装置および半田印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン印刷は、基板の上面（半田を印刷する面）をマスクで覆い、スキージを用いてマスク上にクリーム状の半田を押し広げることで、マスクに設けられているパターン孔に半田を押し込んで基板の上面にパターン孔に倣った所定の形状に半田を印刷するという、電子部品の実装分野では広く用いられている印刷技術である。スキージは、マスク上の半田を掻き取りながらマスクの一端から他端に摺動して半田の印刷を行うので、印刷を終えたときにはマスクの他端側に半田の塊を形成する。スキージは、マスク上を一端から他端に摺動するものと、他端から一端に摺動するものとの一対で構成されており、一対のスキージを交互に用いることで、半田の塊をマスク上で移動させながら複数の基板に連続して半田を印刷する。１つの基板に半田の印刷を終えると、印刷に用いたスキージを上昇させてマスクから離し、代わりに他方のスキージを下降させてマスクに接触させるが、スキージをマスクから離すときに一部の半田がスキージに付着したまま追随して持ち上げられることがある。このため、マスク上に残存する半田の量が、実際に基板に印刷された量以上が減少することになり、想定した枚数の基板に印刷するのに必要な半田量が不足し、空印刷や印刷量不足等の印刷不良の問題が発生していた。このようなスキージへの半田の追随を把握するため、反射型光電センサを用いて半田による反射光の受光の有無によって半田の付着状態を検出する技術が存在している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６３７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スキージへの半田の付着状態を反射型光電センサ等の光学センサを用いて検出する場合、幅広のスキージに対しては検出可能範囲に応じて複数の光学センサが必要となり、コストや占有容積の点で不利である。また、半田の位置や形状によっては想定した位置に光が反射されない場合があり、この場合は半田の付着を検出できないという欠点がある。
【０００４】
本発明は、スキージへの半田の付着を遺漏なく検出することで印刷不良の発生を防止する半田印刷装置および半田印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１に、スクリーンマスクに対してスキージを昇降させるシリンダ機構と、前記シリンダ機構に前記スキージを上昇させるための上昇圧と下降させるための下降圧を供給する手段と、半田印刷後に前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇した高さを測定する手段と、前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段と、を備えることを特徴とする半田印刷装置として構成した。一定の上昇圧のもとでは半田が付着量の多寡によってスキージの上昇高さが異なるので、実際にスキージが上昇した高さによって半田の付着状態の良否を判断する。
【０００６】
第２に、第１の構成において、前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記スキージが所定の時間内に所定の高さまで上昇したことによって前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する構成とした。一定の上昇圧のもとでは半田の付着量の多寡によってスキージの上昇速度が異なるので、スキージが所定の高さに到達するのに要する
時間によって半田の付着状態の良否を判断する。
【０００７】
第３に、第１の構成において、前記スキージに半田が付着していない状態において前記シリンダ機構に所定の上昇圧を供給したときに前記スキージが上昇する高さを記憶する手段を備え、前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する手段は、前記記憶された高さと前記測定された高さとの比較結果に基づいて前記スキージの半田の付着状態の良否を判断する構成とした。半田が付着していないスキージが上昇する高さと実際に測定された高さとの差によって半田の付着状態の程度を判断することができる。
【０００８】
第４に、スクリーンマスクに対してスキージを下降させる下降圧を前記スキージに作用させながら基板に半田を印刷する工程と、半田印刷後に前記スキージを上昇させる所定の上昇圧を前記スキージに作用させる工程と、前記所定の上昇圧を作用させたときに前記スキージが上昇した高さに基づいて前記スキージの半田の付着状態を判断する工程と、を含む半田印刷方法として構成した。
【発明の効果】
【０００９】
半田付着量の多寡によって異なるスキージの上昇高さに基づいて半田の付着状態の良否を判断するので、半田の位置や形状に影響されず、半田の付着を遺漏なく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。図１、図２、図３は本発明の実施の形態の半田印刷装置の側面図、図４は半田印刷装置に備えられたスキージ装置の側面図、図５は半田印刷時にエアシリンダに供給する圧力を示すグラフ、図６はエアシリンダに供給する圧力とスキージの高さの関係を示す側面図、図７は本発明の実施の形態の半田印刷装置の動作例を示すフローチャートである。
【００１１】
最初に半田印刷装置について説明する。半田印刷装置１は、基板支持装置２と、スクリーンマスク３と、スキージ装置４と、検査装置５とで構成されている。基板支持装置２は、印刷面を上向きにした基板６を水平に保持するクランプ７と、基板６の印刷面とクランプ７の上面とを同一平面上に揃えるために基板６の高さを調整する基板高さ調整機構８と、半田印刷時には基板６を上昇させて印刷面をスクリーンマスク３の裏面に密着させ、版離れ時には基板６を下降させてスクリーンマスク３から離反させる基板昇降機構９と、基板６をスクリーンマスク３に対して水平方向に移動させて基板６とスクリーンマスク３との位置合わせを行う基板水平移動機構であるＸロボット１０およびＹロボット１１とで構成されている。
【００１２】
スクリーンマスク３は表裏面に貫通する複数の孔１２を備え、表面側に供給されたクリーム状の半田１３を孔１２の形状に倣って基板６の印刷面に転写印刷する構造になっている。
【００１３】
スキージ装置４は、一対のスキージ１４、１５と、スキージ１４、１５を昇降させるスキージ昇降機構１６とを備えている。スキージ１４は、図２に示すようにスクリーンマスク３の表面を摺動して半田１３を移動させながら孔１２に充填する。孔１２に充填された半田１３は、版離れ時に孔１２から抜けて基板６に追随する。これにより基板６は印刷面に孔１２の位置および形状に倣った半田１３が印刷された状態となる。
【００１４】
スキージ１４、１５はそれぞれ相反する方向に方向性を有している。図２でスクリーンマスク３に接触したスキージ１４は、図３に示すように半田１３を移動させた後に上昇してスクリーンマスク３から離反する。スキージ１４によって半田が印刷された基板６は搬
出され新たな基板６が搬入されると、今度はスキージ１５がスクリーンマスク３上の半田１３を反対方向に移動させながら半田印刷を行う。
【００１５】
検査装置５は、上下方向をそれぞれ撮像するカメラ１７、１８を備えている。印刷終了後にスクリーンマスク３と基板６の間に移動して、スクリーンマスク３と基板６を撮像し、画像解析によってスクリーンマスク３の目詰まりや半田の印刷状態を検査する。この検査結果は図示しない表示装置や警告装置によってオペレータに通知される。
【００１６】
搬送レール１９は、半田印刷装置１の前工程および後工程にあるそれぞれの装置と連結されており、前工程から印刷対象となる基板６を搬入し、印刷後の基板６を後工程に搬出する。
【００１７】
次にスキージ装置４について図４を参照して説明する。スキージ昇降装置１６はスキージ１４、１５のそれぞれに対応して同じ構成のものが２つ備わっている。ここではスキージ１４を例にとって説明を行う。
【００１８】
機枠２０に対してスキージ１４を昇降させるスキージ昇降機構１６はボールねじ機構とシリンダ機構を備えている。ボールねじ機構はスキージ１４の高さを設定する機能を有しており、シリンダ機構はボールねじ機構で設定された高さからさらに下方にスキージ１４を押し下げる機能を有している。
【００１９】
ボールねじ機構は、機枠２０に鉛直軸周りに回転自在に取り付けられたボールねじ２１と、ボールねじ２１と螺合したナット２２と、ボールねじ２１に回転駆動を与えるモータ２３と、ボールねじ２１とモータ２３の回転軸に取り付けられたプーリ２４、２５と、プーリ２４、２５に調帯されたベルト２６とで構成されている。ナット２２にはシリンダ機構が取り付けられており、ボールねじ機構の駆動によってシリンダ機構自体が昇降するようになっている。
【００２０】
シリンダ機構は下方に向けてロッド３０を伸縮するエアシリンダ３１を備えている。ロッド３０の先端には移動プレート３２が取り付けられている。移動プレート３２にはスキージロック爪３３が取り付けられている。スキージロック爪３３はスキージ１４を着脱自在に固定することができる。スキージロック爪３３はベアリング３４を介して移動プレート３２に取り付けられており、スキージロック爪３３に取り付けられたスキージ１４は移動プレート３２に対して角度を変えながらマスクプレート３の傾きに追随することができる。
【００２１】
ボールねじ２１を挟んで配された２本のシャフト３５、３６は、下端で移動プレート３２と連結され、機枠２０に取り付けられたブラケット３７、３８に鉛直方向に摺動自在に挿嵌されている。これらのシャフト３５、３６は、スキージ１４の取り付け剛性を高めるとともにスキージ１４の昇降を鉛直方向に規制し、さらにボールねじ２１の回転に伴ってスキージ１４が回転しないようにしている。
【００２２】
エアシリンダ３１には２つのエア供給口４１、４２が備わっている。一方のエア供給口４１からは図示しないレギュレータによって調圧されたエアが常時供給され、エアシリンダ３１にはスキージ１４を上昇させるための上昇圧が生じる。他方のエア供給口４２からはレギュレータ４３によって調圧されたエアが供給される。エア供給口４２から供給するエアはスキージ１４を下降させるためのものであり、このエアにより生じた圧力が常時作用している上昇圧より弱い場合であれば、エアシリンダ３１は依然上昇圧が作用した状態に維持されるのでスキージ１４は上昇する。これに対し常時作用している上昇圧より強い圧力であれば、エアシリンダ３１にはスキージ１４を下降させる下降圧が生じ、スキージ
１４は下降する。
【００２３】
スキージ装置４はスキージ１４の高さを検出する検出機構として、移動プレート３２取り付けられたドグ４４と、機枠２０に取り付けられた高さ検出センサ４５を備えている。高さ検出センサ４５は移動プレート３２に伴って昇降するドグ４４を検出することでスキージ１４の高さを検出する。
【００２４】
次にエアシリンダが発生する圧力について図５を参照して説明する。半田印刷装置１は半田印刷に際してスキージ１４をスクリーンマスク３の表面に押し付け、半田１３に圧力（印圧）をかけながら印刷を行う。この印圧はシリンダ機構の駆動によって付与する。すなわち、ボールねじ機構によってスクリーンマスク３に対するスキージ１４の高さを調整し、シリンダ機構によってスキージ１４をさらに下降させることで印圧を付与する。印圧はレギュレータ４３で調整する。
【００２５】
半田印刷時はエアシリンダ３１にスキージ１４を下降させる下降圧（印圧ｐ１）を供給する。下降したスキージ１４はスクリーンマスク３に押接し、半田１３に印圧ｐ１を加えながら孔１２に充填する。
【００２６】
版離れ時はエアシリンダ３１にバランス圧ｐ２を供給する。バランス圧ｐ２はスキージ１４を上昇も下降もしない状態に維持する圧力であり、この状態においてスキージ１４はスクリーンマスク３に軽く接触しているだけになる。
【００２７】
版離れが終了したらエアシリンダ３１に検出圧ｐ３を供給する。検出圧ｐ３はスキージ１４を上昇させる上昇圧であり、スキージ１４に少量の半田が付着している程度であれば所定の時間内に所定の高さまでスキージ１４を上昇させることが可能であるが、大量の半田が付着することで総重量が増大したスキージ１４であれば所定の時間内に所定の高さまで上昇させることが不可能となる上昇圧である。
【００２８】
図６（ａ）はバランス圧ｐ２供給時のスキージ１４の高さを示している。エアシリンダにバランス圧ｐ２が供給されたことでスキージ下端はスクリーンマスク３に軽く接触した状態にある。スキージ１４には印刷時に印圧ｐ１が加えられた半田１３が接触したままの状態である。図６（ｂ）、（ｃ）は検出圧ｐ３供給時のスキージ１４の高さを示している。検出圧ｐ３の供給開始によりスキージ１４には上昇圧が作用するが、印圧ｐ１の作用で押し付けられた半田１３がスキージ１４に付着しているような場合には、図６（ｂ）に示すように半田１３の一部がスキージ１４に付着したまま持ち上げられることがある。付着した半田量が少量であればスキージ１４の重量増加の影響は小さいので、スキージ１４は円滑に上昇し、所定時間内にドグ４４が高さ検出センサ４５の検出高さに到達する。
【００２９】
これに対し、多量の半田の付着によりスキージ１４の総重量が大幅に増加したり、図６（ｃ）に示すように半田１３が塊のままスキージ１４に固着したりするなどスキージ１４の円滑な上昇が阻害されるような場合には、ドグ４４は所定時間内に検出高さに到達することができない。
【００３０】
半田印刷装置１は検出圧ｐ３の供給を開始してから所定時間を経過する間に高さ検出センサ４５がドグ４４を検出するか否かによってスキージ１４の半田の付着状態の良否を判断する。所定時間内に高さ検出センサ４５がドグ４４を検出した場合には半田の付着状態は正常と判断し、検出しない場合には異常と判断する。
【００３１】
次に半田印刷装置１が行う半田の印刷動作について図７を参照して説明する。半田印刷装置１は搬入された基板６の印刷面に半田を印刷し、その後、基板６とスクリーンマスク
３を離反させる（ＳＴ１）。版離れが終了したらエアシリンダ３１に検出圧ｐ３を供給する（ＳＴ２）。検出圧ｐ３の供給開始直後からの経過時間を確認する（ＳＴ３）。所定時間（ここでは２秒に設定）を経過する前にスキージ１４が所定の高さまで上昇し、高さ検出センサ４５がドグ４４を検出した場合は（ＳＴ４）、印刷を継続する（ＳＴ５）。スキージ１４の上昇が確認できたことで、スキージ１４に付着している半田が少量であること、すなわちスクリーンマスク３上に十分な量の半田が残存していることが確認できたので、そのまま印刷を継続しても半田量に関しては何ら問題がないからである。
【００３２】
これに対し、検出圧ｐ３の供給を開始してから２秒経過しても高さ検出センサ４５がドグ４４を検出せず、スキージ１４の上昇が確認できない場合には、印刷を中断し、スキージ１４の清掃や半田の補充等を促す異常警告を出す（ＳＴ６）。スキージ１４の上昇が確認できないということは、スキージ１４に大量の半田が付着し、スクリーンマスク３上に残存する半田量が不足しているか、半田が流動性を失って塊として固着し、もはや印刷には適さない状態となっていると考えられるので、そのまま印刷を継続すると印刷不良の問題を招くおそれあるからである。
【００３３】
高さ検出センサ４５は、スキージ１４の上昇に伴って上昇するドグ４４の移動経路に点として配置し、ドグ４４が高さ検出センサ４５の検出高さを通過したことをもってスキージ１４の上昇を確認するようにしてもよいし、ドグ４４の移動経路に沿って連続した線状に配置し、スキージ１４の高さを測定するようにしてもよい。この場合、半田が付着していない状態にあるスキージ１４が検出圧ｐ３を供給したときに上昇する高さを予め記憶しておき、実際に上昇した高さと比較することで半田の付着状態を判断する。記憶された高さと実際に測定された高さの差の程度に応じて半田の付着状態の程度を判断することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はスクリーンマスクとスキージを用いて半田の印刷を行う実装分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態の半田印刷装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態の半田印刷装置の側面図
【図３】本発明の実施の形態の半田印刷装置の側面図
【図４】半田印刷装置に備えられたスキージ装置の側面図
【図５】エアシリンダに供給する圧力を示すグラフ
【図６】エアシリンダに供給する圧力とスキージの高さの関係を示す側面図
【図７】本発明の実施の形態の半田印刷装置の印刷動作例を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３６】
１  半田印刷装置
３  スクリーンマスク
６  基板
１４、１５  スキージ
３１  エアシリンダ
４３  レギュレータ
４４  ドグ
４５  高さ検出センサ
【図１】
2010028002.tif 000003
【図２】
2010028002.tif 000004
【図３】
2010028002.tif 000005
【図４】
2010028002.tif 000006
【図５】
2010028002.tif 000007
【図６】
2010028002.tif 000008
【図７】
2010028002.tif 000009