(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、前記スキージヘッドは、前記ペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接して前記スキージヘッドの一方向への移動により前記パターン孔にペーストを充填する充填部材と、前記印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接して前記スキージヘッドの他方向への移動によりマスクプレートの上面に付着したペーストを掻き取る掻き取り部材とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項２】
マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、前記スキージヘッドは、前記ペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接する充填部材と、前記印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接する掻き取り部材とを備え、前記スキージヘッドを一方向へ移動させることにより前記充填部材によって前記パターン孔にペーストを充填し、前記スキージヘッドを他方向へ移動させることにより前記掻き取り部材によってマスクプレートの上面に付着したペーストを掻き取ることを特徴とするスクリーン印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷するスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品実装工程において、基板上にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷する方法としてスクリーン印刷が用いられている。この方法は、印刷対象部位に応じてパターン孔が開孔されたマスクプレートを基板上にセットし、スキージングによりマスクプレートのパターン孔を介して基板上にペーストを印刷するものである。
【０００３】
このスクリーン印刷のスキージング方法として、密閉型のスキージヘッドを用いる方法が知られている。この方法は、通常のスクリーン印刷と異なりマスクプレート上にペーストを直接供給するのではなく、内部にペーストを貯溜したスキージヘッドを用いるものである。この方法では、スキージヘッドの下面に設けられたペースト接触面をマスクプレートに当接させた状態で、スキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔にペースト接触面を介してペーストを順次充填させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の密閉型のスキージヘッドを用いたスクリーン印刷には、以下に述べるような問題点があった。スキージングにおいては、パターン孔内にペーストを充填するとともに、マスクプレート上面に付着するペーストを掻き取ることが必要であるが、スキージヘッドに設けられるスキージを充填性を満足するような形状や取り付け角度にすると一般に良好な掻き取り性が得られず、また掻き取り性を確保できるような形状のスキージを用いると充填性が悪くなるという相反する性質がある。このため、従来の密閉型のスキージヘッドを用いたスクリーン印刷装置においては、充填性と掻き取り性を両立させることが困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、充填性と掻き取り性を両立させることができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスクリーン印刷装置は、マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷装置であって、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、前記スキージヘッドは、前記ペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接して前記スキージヘッドの一方向への移動により前記パターン孔にペーストを充填する充填部材と、前記印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接して前記スキージヘッドの他方向への移動によりマスクプレートの上面に付着したペーストを掻き取る掻き取り部材とを備えた。
【０００７】
請求項２記載のスクリーン印刷方法は、マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートのパターン孔を介して基板にペーストを印刷するスクリーン印刷方法であって、前記スキージヘッドは、前記ペーストを収容し下面に形成された開口部を介してマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、前記印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接する充填部材と、前記印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接する掻き取り部材とを備え、前記スキージヘッドを一方向へ移動させることにより前記充填部材によって前記パターン孔にペーストを充填し、前記スキージヘッドを他方向へ移動させることにより前記掻き取り部材によってマスクプレートの上面に付着したペーストを掻き取る。
【０００８】
本発明によれば、マスクプレート上で移動するスキージヘッドに、印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接する充填部材と、印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接する掻き取り部材とを備えることにより、充填性と掻き取り性とを両立させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図、図３、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの部分断面図、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷におけるスキージヘッドの動作説明図、図６は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法を示すグラフである。
【００１０】
まず図１、図２を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。図１、図２において、基板の位置決め部１は、図示しない移動テーブル上に基板保持部２を配設して構成されている。スクリーン印刷対象の基板３は基板保持部２のクランパ４によって保持されており、移動テーブルを駆動することにより、基板保持部２に保持された基板３は水平方向および上下方向に位置決めされる。
【００１１】
位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１０が配設されている。スクリーンマスク１０はホルダ１１にマスクプレート１２を装着して構成されており、マスクプレート１２には印刷対象の基板３の印刷部位に対応したパターン孔１２ａが開孔されている。
【００１２】
スクリーンマスク１０上にはスキージヘッド１３がヘッド昇降部２０によって昇降自在に配設されている。ヘッド昇降部２０はプレート部材２１上に立設されたシリンダ２２を備えている。シリンダ２２のロッド２２ａの下端部には、結合部材１５を介してスキージヘッド１３が結合されている。
【００１３】
シリンダ２２を駆動することにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２に対して昇降するとともに、スキージヘッド１３をマスクプレート１２に対して押圧する。ヘッド昇降部２０はスキージヘッド１３をスクリーンマスク１０に対して昇降させる昇降手段となっている。またシリンダ２２は、スキージヘッド１３をマスクプレート１２に対して押圧する押圧手段となっている。
【００１４】
ヘッド昇降部２０のプレート部材２１の下面には、両端部にスライダ２３が固着されており、スライダ２３はフレーム２５の上面に配設されたガイドレール２４にスライド自在に嵌着されている。またプレート部材２１の下面にはナット２６が結合されており、ナット２６に螺合した送りねじ２７は、モータ２８によって回転駆動される。
【００１５】
モータ２８を駆動することにより、プレート部材２１は水平移動し、したがってヘッド昇降部２０に結合されたスキージヘッド１３も水平移動する。スキージヘッド１３を下降させた状態で、モータ２８を駆動することにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２上で水平移動する。すなわち、モータ２８、送りねじ２７およびナット２６は、スキージヘッド１３をマスクプレート１２上で水平移動させる水平移動手段となっている。
【００１６】
スキージヘッド１３の下部には、マスクプレート１２の表面に当接してペーストであるクリーム半田５をパターン孔１２ａに充填する印刷部１４が設けられている。図３を参照して印刷部１４の構造を説明する。図３において、３０は本体部であり、マスクプレート１２の幅方向に細長形状のブロック状部材である。本体部３０の長さ寸法は図２に示すように印刷対象の基板３の幅寸法をカバーするように設定される。本体部３０には、クリーム半田５が貯溜されたカートリッジ３１が着脱自在に装着される凹部３０ａが形成されている。
【００１７】
カートリッジ３１は予め所定量のクリーム半田５が貯溜されたクリーム半田の貯溜部（ペースト貯溜部）となっており、印刷時に本体部３０に装着される。カートリッジ３１の上面の開口には、内部のクリーム半田５を加圧する加圧板３２が嵌入している。加圧板３２は上方に配置されたシリンダ１６のロッド１６ａと結合されており、シリンダ１６を駆動することにより、加圧板３２はカートリッジ３１内で上下動するようになっている。
【００１８】
シリンダ１６は、バルブＶ、レギュレータＲを介してエア源１８と接続されている。レギュレータＲは、制御部１９からの圧力設定信号に従ってシリンダ１６に供給されるエアの圧力を設定できるようになっており、カートリッジ３１内のクリーム半田５を所定の圧力で押し下げるようになっている。
【００１９】
カートリッジ３１の底面はクリーム半田５の押し出し板３１ａとなっており、押し出し板３１ａには多数の開口３１ｂが設けられている。加圧板３２をシリンダ１６で下方に押圧することにより、カートリッジ３１内のクリーム半田５は加圧され、押し出し板３１ａの開口３１ｂを介して下方に押し出される。シリンダ１６および加圧板３２はペーストであるクリーム半田５を加圧するペースト加圧手段となっている。このときの加圧の制御は、制御部１９によってバルブＶ、レギュレータＲを制御することにより行われる。
【００２０】
本体部３０の底部には、カートリッジ３１の押し出し板３１ａと同様に多数の開口３４ａが設けられた絞り板３４が装着されている。シリンダ１６によってクリーム半田５が押し出される際には、押し出し板３１ａの開口３１ｂと絞り板３４の開口３４ａを２段階に通過して下方に移動する。そして押し出されたクリーム半田５は、本体部３０の下方に形成された空間、すなわち本体部３０の下面に配設されたスキージング部３６と本体部３０の下面とによって囲まれた印刷空間３５に到達する。このクリーム半田５の移動経路において、多数の小さい開口３１ｂ、３４ａを加圧されたクリーム半田５が通過することにより、クリーム半田５の粘度が低下しスクリーン印刷に適した性状に改質される。
【００２１】
次に図４を参照してスキージング部３６および印刷空間３５について説明する。スキージング部３６は、本体部３０の下方において周囲を閉囲する４方向の壁面より構成され、これらの壁面の内側に印刷空間３５が形成される。図４に示すように、スキージング部３６のスキージング方向（矢印ａ方向）の両端には、１方向側にブロック部材３７Ｂに充填部材３８を固着した摺接部材３６ｂと、他方向側にブロック部材３７Ａに掻き取り部材３９を固着した摺接部材３６ａが配設されている。印刷動作時には、印刷空間３５は加圧されたクリーム半田５を収容し、印刷空間３５の下面、すなわち充填部材３８、掻き取り部材３９との間に形成された開口部を介してクリーム半田５をマスクプレート１２の表面に接触させる。
【００２２】
充填部材３８は、樹脂やエラストマなどの可撓性を有する材質をブロック形状に加工した部材であり、また掻き取り部材３９は、ステンレスなどの金属より成る薄板部材である。充填部材３８、掻き取り部材３９をそれぞれブロック部材３７Ｂ，３７Ａに固着した状態では、充填部材３８、掻き取り部材３９は、印刷空間３５のスキージング方向の一方側、他方側のそれぞれの壁面の一部を形成する。
【００２３】
また充填部材３８の下端部３８ａ、掻き取り部材３９の下端部３９ａは、それぞれ印刷空間３５内に位置するマスクプレート１２の表面に対して鋭角の接触角α、鈍角の接触角βでそれぞれ摺接する。そして充填部材３８の内側面３８ｂは、クリーム半田５をパターン孔１２ａ内に押し込む充填面３８ｂを形成し、掻き取り部材３９の内側面３９ｂは、マスクプレート１２上面のクリーム半田５をすくい取るすくい面３９ｂを形成する。
【００２４】
このスキージヘッド１３によるスクリーン印刷においては、まず図５（ａ）に示すようにスキージヘッド１３を一方向（矢印ｂ方向）へ移動させることにより充填部材３８によってパターン孔１２ａにクリーム半田５を充填し、また図５（ｂ）に示すようにスキージヘッド１３を他方向（矢印ｄ方向）へ移動させることにより掻き取り部材３９によってマスクプレート１２の上面に付着したクリーム半田５を掻き取る。すなわち、スキージヘッド１３の１往復動によって、クリーム半田５の充填と掻き取りが行われる。
【００２５】
このスクリーン印刷動作における充填部材３８、掻き取り部材３９の機能について説明する。図５（ａ）に示すように印刷空間３５内にクリーム半田５が上方から押し出されて充填された状態で、スキージヘッド１３を矢印ｂ方向へ移動させると、印刷空間３５内のクリーム半田５のうち、充填部材３８の前面付近に位置するクリーム半田５には充填面３８ｂによって矢印ｃのようなローリング流動が与えられる。これにより、スキージヘッド１３の移動過程において、クリーム半田５はマスクプレート１２のパターン孔１２ａ内に進入し内部を良好に充填する。
【００２６】
また図５（ｂ）に示すように、スキージヘッド１３を上記と反対方向の矢印ｄ方向へ移動させる際には、掻き取り部材３９の下端部３９ａがマスクプレート１２の上面に付着したクリーム半田５を掻き取り、すくい面３９ｂによってすくい取る。このとき、掻き取り部材３９は、掻き取りに適した薄板状であり、また適切な接触角でマスクプレート１２に接触することから、スキージヘッド１３が通過した後のマスクプレート１２の表面には掻き取り残りを生じることがない。
【００２７】
特に、マスクプレート１２のうち基板３が下面から当接している範囲外ではマスクプレート１２が垂下しやすく、スキージヘッド１３との間に隙間が生じてクリーム半田５の掻き取り残りが発生しやすい。このような場合にあっても、本実施の形態に示すスキージヘッド１３では、掻き取り部材３９がマスクプレート１２の上面に追従することにより、良好な掻き取り性が実現される。
【００２８】
次に、密閉型スキージヘッド１３を用いたスクリーン印刷作業において行われるクリーム半田５の押し込みについて説明する。密閉型スキージヘッド１３においては、マスクプレート１２のパターン孔１２ａ内へのクリーム半田５の充填は、スキージヘッド１３の移動によって生じるクリーム半田５のローリング流動のみならず、スキージヘッド１３内でクリーム半田５を加圧することによる押し込み作用を併せて利用することにより行われる。
【００２９】
このとき単に押し込み作用を大きくするためには、クリーム半田５を加圧するシリンダ１６の加圧力を大きくすればよいが、クリーム半田５には一般に加圧によって流動性を失って硬化するという性質がある。この硬化は強い加圧力を長時間継続するほど促進されるという傾向があり、多数の基板を対象としてスクリーン印刷動作を反復する場合には、スキージヘッド１３内のクリーム半田５は次第に流動性を失い、パターン孔１２ａ内への充填性が低下する。
【００３０】
このような充填性の低下を防止するため、本実施の形態においては、図６に示すようなクリーム半田加圧パターンを用いるようにしている。図６は、１枚の基板を対象として行われるスクリーン印刷動作におけるクリーム半田加圧力（シリンダ１６の加圧力）の変化を示したものである。まずスキージヘッド１３がマスクプレート１２上の基板３の範囲外で停止している待機状態において、シリンダ１６によって加圧板３２を介して内部のクリーム半田５を第１の加圧力Ｆ１で押圧する。これにより、スキージヘッド１３内ではクリーム半田５が印刷空間３５内に押し込まれ、印刷が可能な状態となる。
【００３１】
この後印刷動作が開始され、スキージヘッド１３がマスクプレート１２上の基板３の範囲内に移動すると、シリンダ１６によるクリーム半田５の加圧力を第１の加圧力Ｆ１よりも小さい第２の加圧力Ｆ２に低下させる。この第２の加圧力Ｆ２は、スキージヘッド１３がマスクプレート１２上で摺動するスキージング動作において、パターン孔１２ａ（図１参照）内へのクリーム半田５の充填が良好に行える範囲内でできるだけ低い圧力に設定される。これにより、印刷動作においてスキージヘッド１３内のクリーム半田５を過度に加圧することなく、パターン孔１２ａへのクリーム半田５の充填を行うことができる。
【００３２】
すなわち本実施の形態では、クリーム半田５への加圧力を可変に構成し、印刷空間３５内へ十分な量のクリーム半田５を押し込むための印刷準備動作時においてのみ高い加圧力を作用させ、スキージング動作が開始されてクリーム半田５にローリング運動が付与されている印刷動作時には、クリーム半田５への加圧力を低下させるようにしたものである。
【００３３】
これにより、クリーム半田５への加圧を継続することによる硬化を極力抑制することができ、クリーム半田５の硬化に起因する印刷不良を減少させることができる。このクリーム半田５の押し込みを目的とした印刷準備動作は、基板１枚毎に行ってもよく、また所定枚数の基板を印刷する度に行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、マスクプレート上で移動するスキージヘッドに、印刷空間のスキージング方向の一方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鋭角の接触角で摺接する充填部材と、印刷空間のスキージング方向の他方側の壁面の一部を形成し下端部が印刷空間内に位置するマスクプレートの上面に対して鈍角の接触角で摺接する掻き取り部材とを備えるようにしたので、充填性と掻き取り性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図
【図３】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの部分断面図
【図４】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの部分断面図
【図５】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷におけるスキージヘッドの動作説明図
【図６】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法を示すグラフ
【符号の説明】
３  基板
５  クリーム半田
１２  マスクプレート
１２ａ  パターン孔
１３  スキージヘッド
２０  ヘッド昇降部
３５  印刷空間
３６  スキージング部
３８  充填部材
３９  掻き取り部材
【図１】
0003685097.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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