(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン孔が設けられたマスクプレートを基板に当接させ、このマスクプレート上でスキージヘッドを摺動させることにより、前記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、基板が位置決めされた状態のマスクプレートを上面側から３次元的に測定し、パターン孔の端部部位に局部的に深い凹部が検出されて基板とマスクプレートの水平方向の位置ずれが検出された場合には、基板を水平方向へ移動させてこの位置ずれを補正し、また測定されたパターン孔の深さから基板の垂直方向の位置ずれが検出された場合には、基板を垂直方向へ移動させてこの位置ずれを補正したうえで、スキージヘッドを摺動させて基板にペーストを印刷す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設けられたマスクプレートを基板に当接させ、マスクプレート上にクリーム半田を供給してスキージを摺動させることにより、パターン孔を介して基板上にクリーム半田を印刷するものである。
【０００３】
このスクリーン印刷において良好な印刷位置精度を確保するためには、基板をマスクプレートに対して精度よく位置合わせする必要がある。すなわち、基板をマスクプレートに対して水平方向に正確に位置合わせすると共に、マスクプレートの下面に基板を隙間なく密着させることが必要である。このため、装置立ち上げ時や機種切り換え時には、良好な位置合わせが行えるよう、基板位置決め部の移動テーブルのマシンパラメータ設定などの各種の調整作業が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記調整作業が正確に行われていても、実際の印刷作業時に常に基板がマスクプレートに対して正しく位置合わせされるとは限らない。すなわち、基板の寸法精度のばらつきや、マスクプレートの経時変形・装着状態のゆるみなどによって、マスクプレートのパターン孔が正しい位置からずれたり、また基板とマスクプレート下面との間に隙間が生じる場合がある。
【０００５】
そしてこのような場合には、ペーストの印刷位置が正規位置からずれる「ずれ」や、ペーストが印刷位置からはみ出す「にじみ」などの不具合が生じる。このように、従来のスクリーン印刷においては、基板とマスクプレートの位置ずれが発生しやすく、印刷品質を安定して確保することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、基板とマスクプレートの位置ずれを防止して、印刷品質を確保することができるスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクリーン印刷方法は、パターン孔が設けられたマスクプレートを基板に当接させ、このマスクプレート上でスキージヘッドを摺動させることにより、前記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、基板が位置決めされた状態のマスクプレートを上面側から３次元的に測定し、パターン孔の端部部位に局部的に深い凹部が検出されて基板とマスクプレートの水平方向の位置ずれが検出された場合には、基板を水平方向へ移動させてこの位置ずれを補正し、また測定されたパターン孔の深さから基板の垂直方向の位置ずれが検出された場合には、基板を垂直方向へ移動させてこの位置ずれを補正したうえで、スキージヘッドを摺動させて基板にペーストを印刷する。
【００１１】
本発明によれば、基板が位置決めされた状態のマスクプレートを上面側から３次元的に測定することにより基板の水平方向や垂直方向の位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて水平方向や垂直方向の位置ずれを補正することにより、常に正しい位置合わせを行ってスクリーン印刷を実行することができる。
【００１２】
【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は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のレーザ計測装置の斜視図、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図、図６、図７は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷における位置決め状態検出の説明図である。
【００１３】
まず図１、図２および図３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、基板位置決め手段である基板位置決め部１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３よりなる移動テーブル上にθ軸テーブル４を段積みし、さらにその上にＺ軸テーブル５を配設して構成されており、Ｚ軸テーブル５上にはクランパ８によって挟み込まれた基板６を下方から保持する基板保持部７が設けられている。印刷対象の基板６は、図１、図３に示す搬入コンベア１４によって基板位置決め部１に搬入される。基板位置決め部１を駆動することにより、基板６の位置を調整することができる。印刷後の基板６は、搬出コンベア１５によって搬出される。
【００１４】
基板位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１０が配設されており、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いる。基板６は基板位置決め部１によってマスクプレート１２に対して位置合わせされ下方から当接する。スクリーンマスク１０上には、スキージヘッド１３が水平方向に往復動自在に配設されている。基板６がマスクプレート１２の下面に当接した状態で、マスクプレート１２上にペーストであるクリーム半田９を供給し、スキージヘッド１３のスキージ１３ａをマスクプレート１２の表面に当接させて摺動させることにより、基板６の表面に形成された電極６ａ（図３参照）上にはマスクプレート１２に設けられたパターン孔１２ａ（図３参照）を介してクリーム半田９が印刷される。
【００１５】
スクリーンマスク１０の上方には、３次元測定手段であるレーザ計測装置２０が設けられている。図３に示すように、レーザ計測装置２０はＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によってＸＹ方向に水平移動し、昇降手段２３（図１、図２）によって昇降自在となっている。昇降手段２３を駆動することにより、レーザ計測装置２０は計測高さ位置まで下降する。Ｘ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２および昇降手段２３は、レーザ計測装置２０を移動させる移動手段となっている。
【００１６】
レーザ計測装置２０はレーザ光を照射することにより垂直方向の変位を測定する機能とレーザ照射位置をＸＹ方向に走査させる走査機構とを備えており、図４に示すように照射点Ｐを計測範囲Ｒ内で走査させることにより計測範囲Ｒ内の計測対象物表面の垂直方向位置を連続的に検出し、計測対象物の３次元形状を検出できるようになっている。
【００１７】
レーザ計測装置２０を前記移動手段によって基板６、マスクプレート１２に対して移動させることにより、基板６、マスクプレート１２の任意の範囲を対象として上面側から３次元形状測定を行うことができる。そして得られた検出データを処理することにより、基板６の特徴部である電極６ａおよびマスクプレート１２の特徴部であるパターン孔１２ａや位置検出用開孔などを検出することができるとともに、スクリーン印刷後の基板６を計測対象として３次元測定を行うことにより、基板６上に印刷されたクリーム半田９の形状を３次元的に検出することができる。
【００１８】
また、基板６がマスクプレート１２に対して位置決めされた状態、すなわち基板６をマスクプレート１２に対して水平方向に位置合わせして下面に当接させた状態で、マスクプレート１２の上面側から３次元測定を行うことにより、位置決め状態を検出することができる。この位置決め状態検出について、図６、図７を参照して説明する。
【００１９】
図６、図７は、位置決め不良の２つの形態を示している。図６（ａ）は、基板６とマスクプレート１２の水平方向の相対位置がずれている状態を示しており、基板６の電極６ａ上にパターン孔１２ａが正しく位置しておらず、パターン孔１２ａの端部には幅ｄの隙間が生じている。この状態をレーザ計測装置２０によって３次元測定すると、図６（ｂ）に示すようにパターン孔１２ａの断面形状を示す凹状の計測線の端部、すなわちパターン孔の端部部位に、位置ずれを示す余分な深い凹部（矢印で示す）が局部的にあらわれる。したがって、求められた計測線の形状を正規状態の形状と比較することにより（すなわち、この局部的な凹部の有無を検出することにより）、水平方向の位置ずれを検出することができる。
【００２０】
図７（ａ）は、基板６とマスクプレート１２の垂直方向の相対位置がずれている状態、すなわち基板６の電極６ａがマスクプレート１２の下面に正しく当接しておらず、隙間ｃが生じている状態を示している。この状態をレーザ計測装置２０によって３次元測定すると、図７（ｂ）に示すように、パターン孔１２ａを示す計測線の凹部の深さが、マスク厚ｔよりも隙間ｃ分だけ大きく現れる。したがって、パターン孔１２ａを示す計測線の段差を正規寸法と比較することにより、垂直方向の位置ずれを検出することができる。
【００２１】
次に、図５を参照してスクリーン印刷装置の制御系の構成について説明する。図５において、ＣＰＵ３０は全体制御部であり以下に説明する各部の全体制御を行う。プログラム記憶部３１は、スクリーン印刷の動作プログラムや、レーザ計測装置２０の検出信号から基板６やマスクプレート１２の形状検出を行うための処理プログラム、基板６とマスクプレート１２の位置決め補正処理プログラム、印刷検査における判定処理のプログラム、印刷条件設定処理のプログラムなどの各種のプログラムを記憶する。データ記憶部３２は、印刷検査における判定処理の基準値データや、印刷条件の設定に必要なデータをまとめた印刷条件ライブラリとともに、各品種ごとに設定された印刷条件のデータを記憶する。
【００２２】
機構制御部３３は、基板位置決め部１や搬入コンベア１４、搬出コンベア１５、Ｘ軸テーブル２１、Ｙ軸テーブル２２などの各機構部の動作を制御する。形状検出部３４は、レーザ計測装置２０を走査させて得られた検出信号を処理することにより、基板６に設けられた電極６ａの平面配置を示す電極配置パターンおよびマスクプレート１２に設けられたパターン孔１２ａの配置を示す開口パターン、印刷後の基板６上のクリーム半田９の形状を検出するとともに、前述のようにマスクプレート１２に対する基板６の位置決め状態を検出する。
【００２３】
印刷条件設定部３５は、スクリーン印刷条件を設定する。すなわちスクリーン印刷時にマスクプレート１２上でスキージ１３ａを摺動させるスキージ速度や、スキージ１３ａをマスクプレート１２に対して押圧する印圧値、さらに印刷後に基板をマスクプレート１２から離隔させる際の、基板６のマスクプレート１２に対する相対速度を示す版離れ速度など、各種のパラメータを印刷対象の特性に応じて設定する。
【００２４】
位置決め補正部（位置決め補正手段）３６は、基板６が下面に位置合わせされた状態のマスクプレート１２を上面から３次元測定して得られた位置決め状態検出結果に基づいて、位置決め状態を補正する。すなわち、基板６とマスクプレート１２との水平方向および上下方向の相対位置を検出し、予め記憶された基準データと比較して偏差を求めることにより、正しい位置決め状態に補正する。
【００２５】
基板・マスク判定部３７は、形状検出部３４によって検出された基板６の電極配置パターンとマスクプレート１２の開口パターンとを設計データ上の基準パターンと比較することにより、スクリーン印刷装置に供給された基板６やマスクプレート１２の良否を判定する。印刷判定部３８は、スクリーン印刷後の基板６をレーザ計測装置２０によって測定して得られたクリーム半田９の形状データを予め記憶された基準データと比較することにより、印刷状態の良否を判定する。
【００２６】
このスクリーン印刷装置は上記のように構成されており、以下スクリーン印刷方法について説明する。まず、新たな印刷対象品種への品種切り替えが行われ、当該品種に対応してスクリーンマスク１０が装着されると、マスク検査が行われる。この検査は、スクリーンマスク１０が装着された状態で、レーザ計測装置２０をＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によってマスクプレート１２上で移動させながら、マスクプレート１２を上面側から３次元測定することにより行われる。この検査により、装着されたマスクプレート１２の厚み寸法が検出されると共に良否が判定される。
【００２７】
次いで、基板６の検査が行われる。搬入コンベア１４より印刷対象の基板６が基板位置決め部１上に搬入されたならば、基板位置決め部１をスクリーンマスク１０の下方からＹ方向に移動させて基板測定位置へ移動させる（図２にて破線で示す基板位置決め部１および基板６参照）。そしてレーザ計測装置２０によって同様に基板６を上面側から３次元測定する。これにより、基板６の印刷対象の電極の幅、長さが求められる。
【００２８】
次いで、実印刷開始前の試し印刷を行う。まずマスクプレート１２上にクリーム半田９が供給され、スキージ１３ａを往復動させてクリーム半田９を練る予備スキージングを行った後に、基板位置決め部１のＺ軸テーブル５を上昇させて基板６をマスクプレート１２の下面に当接させ、基板をマスクプレート１２に対して位置決めする。そして、この後位置決め状態検出が行われる。
【００２９】
すなわち、レーザ計測装置２０をマスクプレート１２上に移動させ、予め位置決め検出位置として特定された所定のパターン孔位置を３次元測定する。これにより、位置決め状態検出結果、すなわち基板６とマスクプレート１２との水平方向および垂直方向の位置ずれの有無が検出される。そして、位置ずれが検出された場合には、ＣＰＵ３０および機構制御部３３によって基板位置決め部１のＸ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、およびＺ軸テーブル５を制御して駆動し、基板を水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）あるいは垂直方向（Ｚ方向）へ移動させることにより、検出された位置ずれが補正され、基板６はマスクプレート１２に対して正しく位置決めされる。ＣＰＵ３０および機構制御部３３は、位置決め状態検出結果に基づいて基板位置決め手段を制御して位置決め状態を補正する制御手段となっている。
【００３０】
この後スキージヘッド１３を移動させてスキージング動作を行う。これにより、各パターン孔１２ａにはクリーム半田９が充填され、Ｚ軸テーブル５を下降させて版離れを行うことにより、基板６の電極６ａ上にはクリーム半田９が印刷される。
【００３１】
この後、試し印刷後の基板６の印刷検査を行う。この検査は、基板位置決め部１を再びスクリーンマスク１０の下方から基板計測位置へ移動させ、レーザ計測装置２０によって印刷後の基板６を上面側から３次元測定することによって行われる。そしてこの検査により印刷状態が良好であると判定されたならば、印刷条件は適正であると判断する。
【００３２】
なお、上記実施の形態ではスキージヘッドの種類として板状のスキージ１３ａを備えた開放型のスキージヘッドの例を示しているが、これに限定されず、内部にクリーム半田を貯溜してこのクリーム半田を加圧しながらマスクプレート上で摺動してパターン孔内にクリーム半田を充填する密閉型のスキージヘッドを用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板が位置決めされた状態のマスクプレートを上面側から３次元的に測定することにより基板の水平方向や垂直方向の位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて水平方向や垂直方向の位置ずれを補正することにより、常に正しい位置合わせを行ってスクリーン印刷を実行することができる。
【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平面図
【図４】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のレーザ計測装置の斜視図
【図５】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷における位置決め状態検出の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷における位置決め状態検出の説明図
【符号の説明】
１  基板位置決め部
６  基板
９  クリーム半田
１０  スクリーンマスク
１２  マスクプレート
１２ａ  パターン孔
１３  スキージヘッド
２０  レーザ計測装置
３２  データ記憶部
３４  形状検出部
３６  位置決め補正部
【図１】
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【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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【図７】
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