(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、前記スクリーンマスク上にペーストを供給してスキージを摺動させることにより基板にペーストを印刷するスクリーン印刷においてスクリーンマスクを基板に対して位置合わせするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記基板の特徴部およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段により撮像する工程と、この撮像データに基づいて画像処理部により前記基板およびスクリーンマスクの特徴部の位置を認識する画像処理工程と、認識結果に基づいて前記基板およびスクリーンマスクの相対的な位置ずれ量を計算し、計算結果を記憶部に記憶させる工程とを含み、前記基板およびスクリーンマスクの特徴部はそれぞれ基板表面に設けられた認識マークおよびスクリーンマスクに設けられた開口部であり、前記画像処理工程において認識パラメータ記憶部から前記認識マークおよび開口部の形状やサイズを表わす認識パラメータを読み出して認識マークおよび開口部のリファレンスパターンを自動作成し、このリファレンスパターンと入手された画像データをパターンマッチングしながら位置検索処理行うことにより前記認識マークおよび開口部の位置を検出することを特徴とするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
【請求項２】
前記位置ずれ量は、前記基板に設けられた２つの認識マークを結ぶ線分と前記スクリーンマスクに設けられた２つの開口部を結ぶ線分との交角を角度ずれ量として含むことを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
【請求項３】
前記２つの認識マークを結ぶ線分と前記２つの開口部を結ぶ線分のそれぞれの中点を合わせさらに前記角度ずれ量を補正した状態で、前記カメラによって再度認識マークおよび開口部を撮像し、位置合わせの良否を自動判定することを特徴とする請求項２記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法。
【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などのペーストを印刷するスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ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口されたスクリーンマスクを基板上に当設させスクリーンマスク上にペースト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ペーストを印刷するものである。
【０００３】
このスクリーン印刷においては、スクリーンマスクを基板に対して正確に位置合わせする必要がある。このため、品種切り替え時にスクリーンマスクを新たに装着した場合には、スクリーンマスクの装着状態、すなわちＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれを検出して初期の位置ずれ量として記憶させ、生産対象基板をスクリーンマスクにセットする際には、この記憶された位置ずれ量に基づいて基板の位置決めを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この位置合わせには従来より画像処理による位置認識が用いられており、基板およびスクリーンマスクのそれぞれの特徴部を撮像して得られた画像データを画像処理することにより基板およびスクリーンマスクの相対的な位置を検出していた。しかしながら、従来の方法では、基板およびスクリーンマスクをそれぞれ別個のカメラにて撮像することが行われていたため、基板およびスクリーンマスクの相対的な位置関係を正しく検出するためには、それぞれのカメラの光学系座標の相対関係を別途計測して求める必要があった。また、従来は基板およびスクリーンマスクの特徴部として用いられる認識マークや開口部などを作業者が手動操作により認識させるティーチング作業を必要としており、スクリーンマスクの位置合わせ作業には熟練した作業者による多大の労力と時間を必要とし、更に作業者ごとの練度の相違により精度がばらつくという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、スクリーンマスクの位置合わせを効率よく高精度で行うことができるスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ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におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、前記スクリーンマスク上にペーストを供給してスキージを摺動させることにより基板にペーストを印刷するスクリーン印刷においてスクリーンマスクを基板に対して位置合わせするスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記基板の特徴部およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段により撮像する工程と、この撮像データに基づいて画像処理部により前記基板およびスクリーンマスクの特徴部の位置を認識する画像処理工程と、認識結果に基づいて前記基板およびスクリーンマスクの相対的な位置ずれ量を計算し、計算結果を記憶部に記憶させる工程とを含み、前記基板およびスクリーンマスクの特徴部はそれぞれ基板表面に設けられた認識マークおよびスクリーンマスクに設けられた開口部であり、前記画像処理工程において認識パラメータ記憶部から前記認識マークおよび開口部の形状やサイズを表わす認識パラメータを読み出して認識マークおよび開口部のリファレンスパターンを自動作成し、このリファレンスパターンと入手された画像データをパターンマッチングしながら位置検索処理行うことにより前記認識マークおよび開口部の位置を検出するようにした。
【０００８】
請求項２記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、請求項１記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記位置ずれ量は、前記基板に設けられた２つの認識マークを結ぶ線分と前記スクリーンマスクに設けられた２つの開口部を結ぶ線分との交角を角度ずれ量として含む。
【０００９】
請求項３記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法は、請求項２記載のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの位置合わせ方法であって、前記２つの認識マークを結ぶ線分と前記２つの開口部を結ぶ線分のそれぞれの中点を合わせさらに前記角度ずれ量を補正した状態で、前記カメラによって再度認識マークおよび開口部を撮像し、位置合わせの良否を自動判定するようにした。
【００１０】
本発明によれば、基板およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段で撮像することにより光学系の位置合わせを不要にし、さらに好ましくは特徴部の認識を自動的に行えるようにすることにより、位置合わせ精度および位置合わせ作業効率の向上を図ることができる。
【００１１】
【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側面図、図２は同スクリーン印刷装置の平面図、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）は同スクリーン印刷装置の部分平面図、図５は同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は同スクリーン印刷におけるカメラとスクリーンマスクとの位置合わせのフロー図、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は同スクリーンマスクの位置合わせの説明図である。
【００１２】
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上には基板６をクランパ８によって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２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。
【００１３】
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、スキージユニット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を供給し、スキージユニット１３のスキージをマスクプレート１２の表面に当接させて摺動させることにより、基板６の表面にはマスクプレート１２に設けられたパターン孔１２ａ（図２参照）を介してクリーム半田が印刷される。
【００１４】
スクリーンマスク１０の上方には、単一の撮像手段であるカメラ２０が設けられている。図２に示すように、カメラ２０はＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によってＸＹ方向に水平移動する。すなわちＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２は移動手段となっている。カメラ２０は基板６、クランパ８およびマスクプレート１２に設けられた特徴点としての各認識マークを撮像する。そして撮像により得られた画像データに基づいて各認識マークの位置が求められる。
【００１５】
図２に示すように、基板６には対角位置に特徴点である認識マーク６ａ，６ｂが設けられており、マスクプレート１２には、基板６に設けられた認識マーク６ａ，６ｂに対応した位置に開口部１２Ａ（マスクプレート１２の破断範囲内に位置しているため鎖線で示している），１２Ｂが設けられている。マスクプレート１０に対して基板６が正しい位置関係にある状態では、開口部１２Ａ，１２Ｂを介して上方から認識マーク６ａ，６ｂを目視により視認またはカメラ２０により撮像可能となっている。
【００１６】
次に図３、図４を参照してカメラ２０による上記各認識マークの撮像動作について説明する。これらの認識マークの撮像は、スクリーンマスク１２を装着した後に行われるスクリーンマスク１２の位置ずれ検出、また実際の印刷稼働時に搬入された基板６の位置を検出する際などに行われるものである。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）はマスクプレート１２に設けられた開口部１２Ａ，１２Ｂを撮像する際のカメラ２０の動作を示している。まず図３（ａ）に示すように、Ｘ軸テーブル２１、Ｙ軸テーブル２２を駆動してカメラ２０を開口部１２Ａの上方に位置させ、開口部１２Ａを撮像する。次いで再びＸ軸テーブル２１、Ｙ軸テーブル２２を駆動してカメラ２０を開口部１２Ｂの上方に移動させ同様に開口部１２Ｂを撮像する。
【００１８】
図４（ａ），（ｂ）は、基板６に設けられた認識マーク６ａ，６ｂを撮像する際のカメラ２０の動作を示している。図４（ａ）に示すように、Ｙ軸テーブル３（図１参照）を駆動することにより基板位置決め部１の基板６をスクリーンマスク１０の外に移動させ、この状態でＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２を駆動してカメラ２０を認識マーク６ａ上に位置させ、撮像する。次いで図４（ｂ）に示すように、カメラ２０を認識マーク６ｂ上に位置させて同様に認識マーク６ｂを撮像する。
【００１９】
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。認識マーク位置記憶部３１は基板６の認識マーク６ａ，６ｂおよびマスクプレート１２に設けられた開口部１２Ａ，１２Ｂの位置を記憶する。印刷位置データ記憶部３２は、認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂを認識することにより得られた基板６とマスクプレート１２との位置ずれ量の計算結果、すなわち印刷時に基板６をマスクプレート１２に位置合わせする際に補正すべき位置補正量を記憶する。認識パラメータ記憶部３３は、特徴部として基板６に設けられた認識マーク６ａ，６ｂおよびマスクプレート１２に設けられた開口部１２Ａ，１２Ｂを画像認識によって特定するのに必要なパラメータ、すなわちマーク形状や寸法などの認識パラメータおよびカメラ２０によって認識マーク６ａ，６ｂや開口部１２Ａ，１２Ｂを撮像する際の照明データ記憶する。
【００２０】
画像処理部３４は、カメラ２０によって基板６やマスクプレート１２を撮像することによって得られた画像データを画像処理することにより、認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂの位置を検出する。ここでは、認識パラメータ記憶部３３から認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂの形状やサイズを表す認識パラメータを読み出して認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂのリファレンスパターンを自動生成し、このリファレンスパターンと得られた画像データをパターンマッチさせながら位置検索処理を行うことにより、認識マーク６ａ，６ｂや開口部１２Ａ，１２Ｂの位置を検出する。テーブル駆動部３５は基板位置決め用のＸ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、θ軸テーブル４、Ｚ軸テーブル５およびカメラ移動用のＸ軸テーブル２１、Ｙ軸テーブル２２を駆動する。
【００２１】
次に各図を参照して基板とスクリーンマスクの位置合わせ方法について図６のフローに沿って説明する。この位置合わせは、スクリーンマスクを基板品種に応じて交換した後に、装着された状態のスクリーンマスクと基板との相対的な位置ずれ量を検出することを目的として行われるものである。まず図１において基板６を搬入コンベア１４によって搬入し、基板位置決め部１によって位置決めする。
【００２２】
次いで前述のカメラ２０による撮像動作に従って基板６を認識し、認識マーク６ａ，６ｂの位置を検出する（ＳＴ１）。ここでは、認識マーク６ａ，６ｂの光学座標上での座標値が検出され、検出結果は認識マーク位置記憶部３１に記憶される。次に同様にマスクプレート１２を撮像し開口部１２Ａ，１２Ｂの位置を検出し（ＳＴ２）、開口部１２Ａ，１２Ｂの座標値が認識マーク位置記憶部３１に記憶される。図７（ａ）はこのようにして求められた認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂの座標を示している。
【００２３】
次いで検出されたこれらの位置データより基板６とマスクプレート１２の位置ずれ量を求め、必要な位置補正量を算出する（ＳＴ３）。ここでは、図７（ｂ）に示すように、位置補正量として認識マーク６ａ，６ｂおよび開口部１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ結ぶ２つの線分Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの中点Ｍ１，Ｍ２相互のずれ量および線分Ｌ１，Ｌ２のなす交角αを求める。そしてこの位置補正量に基づいて基板位置決め部１の各軸テーブルを駆動することにより基板６をマスクプレート１２に位置合わせする（ＳＴ４）。すなわち、図７（ｃ）に示すように、これらの中点Ｍ１，Ｍ２を合わせるとともに、基板６を交角αだけ回転させて線分Ｌ１，Ｌ２を重ね合わせる。
【００２４】
この後、印刷位置確認が行われる（ＳＴ５）。すなわちここでは、基板６をマスクプレート１２に合わせた状態で、認識マーク６ａ，６ｂが開口部１２Ａ，１２Ｂを通して上方から確認できるか否かをチェックすることにより、基板６とマスクプレート１２との位置合わせの良否を確認する。この確認方法としてはカメラ２０によって開口部１２Ａ，１２Ｂを撮像し、開口部１２Ａ，１２Ｂ内に認識マーク６ａ，６ｂを検出することにより行う。もちろん、カメラ２０による撮像を行わず、作業者が目視により確認する方法を用いてもよい。
【００２５】
そしてここで確認結果が良好であれば、この位置補正量を印刷位置データ記憶部３２に登録する（ＳＴ６）。またＳＴ５において確認結果が不良であればＳＴ１に戻り、以下同様のステップを繰り返し、最終的に印刷位置を確認することにより位置合わせ処理を終了する。
【００２６】
このようにスクリーンマスクの基板に対する位置合わせを、基板とスクリーンマスクを同一のカメラで撮像して得られた画像データに基づいて行うことにより、個別のカメラを用いる場合に必要な光学系の位置合わせを不要にすることができる。また、基板やスクリーンマスクに設けられた認識マークや開口部の位置認識に際してリファレンスパターンを認識パラメータに基づいて自動的に生成することにより、位置合わせ時の作業者毎のばらつきを排除し位置合わせ精度および位置合わせ作業効率を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板およびスクリーンマスクの特徴部を単一の撮像手段で撮像するようにしたので、従来必要であった光学系の位置合わせを不要にし、さらに特徴部の認識を自動的に行えるようにしたので、位置合わせ精度および位置合わせ作業効率の向上を図ることができる。
【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側面図
【図２】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の部分平面図
【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カメラとスクリーンマスクとの位置合わせのフロー図
【図７】（ａ）本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
（ｃ）本発明の一実施の形態のスクリーンマスクの位置合わせの説明図
【符号の説明】
１  基板位置決め部
６  基板
６ａ、６ｂ  認識マーク
１０  スクリーンマスク
１２ａ  パターン孔
１２Ａ、１２Ｂ  開口部
２０  カメラ
３１  認識マーク位置記憶部
３２  印刷位置データ記憶部
３３  認識パラメータ記憶部
３４  画像認識部
【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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