(57)【要約】【課題】スクリーン印刷を行なう際の最適な印刷条件を見いだすことが可能な観察装置を提供する。【解決手段】スクリーン印刷過程の観察装置を構成するにあたって、被印刷物を透過性を有するガラス基板１１により構成し、メタルマスク（スクリーンマスク）１０の印刷開口１０ａ内に充填されるソルダペースト１７の充填過程をガラス基板１１を透して撮像する印刷過程撮像カメラ１４を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷開口が形成されたスクリーンマスクを被印刷物の上面に配置し、該スクリーンマスク上に供給されたペーストをスキージにより一方向に移動させることにより該ペーストを上記スクリーンマスクの印刷開口に充填して上記被印刷物に印刷するようにしたスクリーン印刷過程の観察装置であって、上記被印刷物を透過性を有する基板により構成し、上記印刷開口に充填されるペーストの充填過程を上記基板を透して撮像する印刷過程撮像カメラを備えたことを特徴とするスクリーン印刷過程の観察装置。
【請求項２】
請求項１において、上記スクリーンマスクの上方でかつ上記スキージの移動方向前側に、該スキージの移動に伴う上記ペーストのローリング状態を撮像するローリング撮像カメラを配設したことを特徴とするスクリーン印刷過程の観察装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記スクリーンマスクの上方に上記スクリーンマスクの版離れ状態を撮像する版離れ撮像カメラを配設したことを特徴とするスクリーン印刷過程の観察装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかにおいて、上記カメラにより撮像された画像を記録保存する記憶保存手段を備えたことを特徴とするスクリーン印刷過程の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷を行なう際の印刷過程を観察できるようにした観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子部品の表面実装を行なう場合、ソルダペーストあるいは導電性接着剤がスクリーン印刷されたプリント基板を採用するのが一般的である。このようなプリント基板にソルダペーストを印刷するには、印刷開口を有するスクリーンマスクをプリント基板上に配置するとともに両者を位置決めし、スクリーンマスクの上面にソルダペーストを供給し、該ソルダペーストをスキージにより一方向に移動させることにより、上記スクリーンマスクの印刷開口を介してプリント基板に印刷するようにしている。
【０００３】
また上記プリント基板とスクリーンマスクとの位置合わせを行なう場合には、プリント基板に形成された位置確認用マークをカメラにより撮像し、この撮像した画像に基づいてスクリーンマスクとの位置合わせを行なう方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２９３８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の表面実装では、大型部品から微小部品を含めて高密度でプリント基板に実装する場合があり、これに伴ってソルダペーストの印刷精度についても高密度でかつ印刷厚さの均一化等が要求されている。このような高精度印刷を実現するには、例えばスキージ圧やスキージ速度等の印刷条件を最適な条件に設定する必要がある。しかしながら、現状では最適な印刷条件を見出すことができず、高精度印刷の要請に応えることができないというのが実情となっている。
【０００５】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、スクリーン印刷を行なう際の最適な印刷条件を見いだすことを可能とする全く新規な構成のスクリーン印刷過程の観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者らは、高精度印刷の実現を図るための最適な印刷条件を見出すには、刻々と変化するペーストの充填過程を直接観察し、この観察結果に基づいて条件設定を行なうことが必要であることに想到し、本発明を成したものである。
【０００７】
そこで請求項１の発明は、印刷開口が形成されたスクリーンマスクを被印刷物の上面に配置し、該スクリーンマスク上に供給されたペーストをスキージにより一方向に移動させることにより該ペーストを上記スクリーンマスクの印刷開口に充填して上記被印刷物に印刷するようにしたスクリーン印刷過程の観察装置であって、上記被印刷物を透過性を有する基板により構成し、上記印刷開口に充填されるペーストの充填過程を上記基板を透して撮像する印刷過程撮像カメラを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記スクリーンマスクの上方でかつ上記スキージの移動方向前側に、該スキージの移動に伴う上記ペーストのローリング状態を撮像するローリング撮像カメラを配設したことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記スクリーンマスクの上方に、上記スクリーンマスクの版離れ状態を撮像する版離れ撮像カメラを配設したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、上記カメラにより撮像された画像を記録保存する記憶保存手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係る観察装置によれば、スクリーンマスクの印刷開口に充填されるペーストの充填過程をカメラにより撮像するようにしたので、スキージの移動に伴うペーストの充填状態を直接観察することができる。そしてこの観察結果に基づいて実際にスクリーン印刷を行う際の印刷条件を設定することにより、従来では困難とされた高密度でかつ安定した印刷物を得ることができる。例えば、印刷開口の形状，大きさ、あるいは印刷厚さやペーストの材質，粘度等に応じた最適なスキージ圧，スキージ速度等の印刷条件を見出すことが可能となり、この印刷条件を実際のスクリーン印刷装置に適用することにより高精度な印刷が実現できる。
【００１２】
また本発明の観察装置では、充填過程におけるペーストの変化を直接観察することができるので、スクリーン印刷の新たな方法の開発を行なう上での研究や実験に活用することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、スキージの移動に伴うペーストのローリング状態をカメラにより撮像するようにしたので、スキージの移動に伴うペーストのローリング状態を直接観察することができ、この観察結果に基づいてペーストの充填過程との関連性を解析することによって、実際にスクリーン印刷を行なう際のデータとして活用することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、スクリーンマスクの版離れ状態をカメラにより撮像するようにしたので、この版離れ状態を直接観察することによってペーストの基板への密着状態を知ることができ、この観察結果に基づいてペーストの充填過程との関連性を解析することによって、実際に印刷条件を設定する際のデータとして活用できる。
【００１５】
請求項４の発明では、カメラにより撮像した画像を記録保存するようにしたので、観察によって得られたデータを実際にスクリーン印刷を行なう際に活用することができるとともに、研究や実験に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態によるスクリーン印刷過程の観察装置を説明するための全体構成図である。
【００１８】
本実施形態の観察装置１は、上方に開口する箱状の印刷台２と、該印刷台２の底壁部２ａに接続され、該印刷台２を昇降駆動するパルスモータ３ａを備えた印刷台駆動部３と、上記印刷台２の開口部２ｂに配設されたスクリーン支持枠４と、該スクリーン支持枠４の上方に配設されたスキージヘッド５と、該スキージヘッド５を往復駆動するスキージ駆動部６とを備えている。
【００１９】
上記スキージ駆動部６は、サーボモータ６ａにより回転駆動されるボールねじ６ｂにナット部材６ｃを嵌装させたものである。上記ボールねじ６ｂの回転速度を制御することによりスキージ速度が制御され、またボールねじ６ｂの回転量，回転角度を制御することによりスキージ移動量が制御される。本実施形態の場合、上記スキージ速度は１ｍｍ／秒〜５０ｍｍ／秒の範囲で可変となっている。
【００２０】
上記スキージヘッド５は、上記ナット６ｃに昇降可能に支持された空気圧シリンダ７の下端にスキージホルダ８を固定し、該スキージホルダ８によりスキージ９を角度調整可能に把持した構造となっている。上記空気圧シリンダ７によりスキージ９の後述するメタルマスク１０へのスキージ圧が調整可能となっている。上記スキージ９は例えば硬度８０のウレタンゴム等からなり、メタルマスク１０に対して３０〜９０度の傾斜角度の範囲で可変となっている。なお、ｖはスキージ９の移動方向（印刷方向）を示している。
【００２１】
上記スクリーン支持枠４には透明なガラス基板（被印刷物）１１が配置されており、該ガラス基板１１は不図示の真空吸引機構により真空吸引することによりスクリーン支持枠４に位置決め固定されている。また上記スクリーン支持枠４のガラス基板１１の上面には上記メタルマスク１０が配置され、該メタルマスク１０には所定の大きさ，形状からなる印刷開口１０ａが形成されている。このメタルマスク１０は不図示のクランパを介してスクリーン支持枠４に位置決め固定されており、もってガラス基板１１との位置合わせが行なわれている。
【００２２】
上記観察装置１はコントローラ１２を備えており、このコントローラ１２はスキージ圧，スキージ速度等が設定された印刷プログラムに基づいて印刷台駆動部３及びスキージ駆動部６を制御する。具体的には、動作開始とともに印刷台２を所定の印刷位置に移動させるとともに、スキージ９をメタルマスク１０に当接する印刷位置に移動させ、この状態でスキージ９を印刷方向ｖに移動させる。するとスキージ９の移動に伴ってペースト１７がメタルマスク１０上を移動しつつ印刷開口１０ａ内に充填され、もってガラス基板１１に印刷開口１０ａに応じた印刷物が印刷される。この後、スキージ９が停止し、印刷台２が下降するとともにスキージ９が上昇して１回の印刷が終了し、スキージ９が元の動作開始位置に戻る。ここで、上記動作シーケンスは変更可能となっており、またそれぞれの動作を単独で行なうことも可能となっている。
【００２３】
そして上記観察装置１は、上記メタルマスク１０の印刷開口１０ａへのペースト１７の充填過程を撮像する第１のカメラ１４と、メタルマスク１０上を移動するペースト１７のローリング状態を撮像する第２のカメラ１５と、上記メタルマスク１０の版離れ状態を撮像する第３のカメラ１６とを備えている。
【００２４】
上記第１のカメラ１４は、印刷台２内の底壁部２ａのガラス基板１１の下方に配置され、第１のモニタ１８に接続されている。上記第２のカメラ１５は、上記メタルマスク１０の上方で、かつ上記スキージ９の移動方向ｖ前側に配置され、第２のモニタ１９に接続されている。また上記第３のカメラ１６は、上記メタルマスク１０の上方で、かつスキージ９の後側に配置され、第３のモニタ２０に接続されている。上記第２，第３のカメラ１５，１６はスキージヘッド５に取付けられた支持アーム２１にスキージ９と共に移動するように取付けられている。上記第１のカメラ１４はガラス基板１１のペースト充填領域の全域，もしくは一部分を撮像できるように配設され、第３のカメラ１６はスキージ９が印刷終了位置に移動したときにメタルマスク１０のペースト充填領域の全域を撮像できるように配設されている。上記各カメラ１４〜１６には、例えばソニー（株）製のＸＣ−７５，あるいはフォトロン（株）製ＦＡＳＴＣＡＭ−ＰＣＩ等の市販のものが採用されている。ここで、上記第３のカメラはスキージヘッドに取りつけられた支持アームにスキージとともに移動するように取りつけられているが、第３のカメラは、版離れを確認するためのものであるので、スクリーンマスクの上方に配置されていればよい。つまり、スキージヘッドに取り付けなくてもよく、固定してもよい。
【００２５】
上記各モニター１８〜２０には記録保存手段２２が接続されている。この記録保存手段２２は、上記各カメラ１４〜１６により撮像された画像やこの画像を解析することによって得られたデータを記録保存するためのものであり、一般的なビデオレコーダやパーソナルコンピュータが採用されている。例えば、上記ＦＡＳＴＣＡＭ−ＰＣＩカメラを用いた場合には、パソコンにより１ミリ秒未満のコマ速度で画像を取り込むことができ、この取り込んだ画像を解析することが可能である。
【００２６】
次に、上記観察装置１を用いて行なったペーストの印刷過程の観察及びその結果について説明する。
【実施例１】
【００２７】
実施例１では、第１のカメラ１４によりメタルマスク１０の印刷開口１０ａ内に充填されるソルダペースト１７の充填過程を観察した。この実施例１では、□３００μｍ及び５００μｍの印刷開口１０ａが形成されたメタルマスク１０を用い、スキージ９には硬度８０のウレタンゴムを用い、印刷条件をアタック角６０度，スキージ圧０．１ＭＰａ，スキージ速度１０ｍｍ／ｓ，印刷ギャップ０ｍｍとした。
【００２８】
そしてソルダペースト１７がメタルマスク１０の各印刷開口１０ａ内に充填されていく過程をガラス基板１１を透して第１のカメラ１４で撮像し、この画像を第１のモニタ１８で直接観察するとともに記録保存した。
【００２９】
図２は観察結果を示す図である。図２（ａ）〜（ｄ）は第１のカメラで撮像したペースト充填状態の画像を模式的に示す図であり、図２（ａ′）〜（ｄ′）は側方から観察結果に基づいたペースト充填状態の模式図である。なお、ｖはスキージの移動方向（印刷方向）である。
【００３０】
この充填過程の観察によって明らかになった事象は、ソルダペースト先端部での充填初期（第１段階）、ソルダペーストのスリップ（第２段階）、スキージ近傍での充填（第３段階），スキージ先端での押し込み（第４段階）という４段階に分けられることが判明した。このような充填過程は、これまでに言われてきたものとは異なる新しい発見である。
【００３１】
充填過程を詳細に見ると、第１段階では、ソルダペースト１７の先端部１７ａが印刷開口１０ａ上を通過し始め、該印刷開口１０ａを一旦素通りした次の瞬間に、先端部１７ａが印刷開口１０ａの前内壁１０ｂに押し付けられつつ進入している（図２（ａ），（ａ′）参照）。第２段階では、ソルダペースト１７が印刷開口１０ａ上をスリップしてそのまま移動している（図２（ｂ），（ｂ′）参照）。そして第３段階では、スキージ９が印刷開口１０ａの縁部まで移動すると、ソルダペースト１７が一気に充填されている（図２（ｃ），（ｃ′）参照）。第４段階では、スキージ９が印刷開口１０ａ上を通過しつつソルダペースト１７を押し込んでいる（図２（ｄ），（ｄ′）参照）。
【００３２】
そして上述の第１段階で、先に進入したソルダペースト１７の先端部１７ａが印刷開口１０ａの前内壁１０ｂに押し付けられて強く密着しており、これに起因して後述する版離れが悪化し、安定した印刷厚さが得られないということが分かった。
【００３３】
この観察結果から、第１段階でのソルダペースト１７の進入量をできるだけ小さくし、第３段階で主にソルダペースト１７が充填されるように印刷条件を設定することにより版離れの悪化が防止できることを見出した。具体的にはスキージ速度を高めることにより、充填量の安定化を図ることが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、第２のカメラ１５によりソルダペースト１７のローリング状態を観察した。具体的には、画像解析ソフトウエアを用い、ソルダペースト１７のローリング径とスキージ速度とからソルダペースト１７の表面の移動速度，つまりローリング速度を計測した。ここで、図３に示すように、ローリング速度とは、スキージ９の移動に伴ってローリングするソルダペースト１７の表面の移動速度ｑをいい、ローリング径とは、スキージ９とメタルマスク１０との接点からソルダペースト１７の外周表面までの距離ｒをいう。
【００３５】
ローリング状態の画像解析の結果、ローリング速度ｑはスキージ速度とローリング径ｒに略比例し、かつローリング速度ｑの如何によっては上述の第１段階でのソルダペースト１７の充填量が変化することが判明した。これは第２のカメラ１５をスキージ９と共に移動させたことによって、ソルダペースト１７のローリング状態を安定してかつ精度よく観察できたからである。
【００３６】
図４（ａ）〜（ｄ）は、ローリング径とスキージ速度を変化させた場合の第１段階でのソルダペースト充填状態を第１のカメラで撮像した画像を模式的に示す図である。なお、マスク開口深さは６０μｍとし、印刷開口は□５００μｍとした。
【００３７】
この観察結果によれば、ローリング径を１５ｍｍ，２０ｍｍとし、スキージ速度を１０ｍｍ／ｓと遅くした場合には、第１段階で２００μｍ幅程度のペーストが充填されている（図４（ａ），（ｃ）の矢印⇔参照）。一方、ローリング径を１５ｍｍ，２０ｍｍとし、スキージ速度を７５ｍｍ／ｓと高くした場合には、第１段階ではほとんどペーストが充填されていない（図４（ｂ），（ｄ）参照）。これはローリング径やスキージ速度の如何によっては第１段階でのソルダペーストの充填量が変動することを示している。
【００３８】
このような充填量の変動はローリング速度が関与しているものと考えられる。即ち、図４（ｃ）の画像を見ると、ローリング速度が高くなっていることから、単位時間当たりのソルダペースト表面の回転量が大きく、もって印刷開口にペーストがより多く供給されており、ペーストの充填量が上昇していることが分かる。また図４（ｂ）の画像を見ると、ローリング速度は高くなっているものの、スキージ速度も高くなっていることから、印刷開口にペーストが入り込む前に通り過ぎてしまって充填されていないことが分かる。さらに図４（ｄ）の画像を見ると、ローリング径を大きくするとともに、ローリング速度を高くした結果、図４（ｂ）と同等のスキージ速度であってもペーストが少し充填されていることがわかる。
【００３９】
このことから、ペースト充填量の安定化を図るには、第１段階でのペースト充填量をコントロールすることが望ましい。具体的には、ローリング径とスキージ速度とによって決まるローリング速度を管理することが必要となり、このローリング速度を管理することによってスクリーン印刷の品質を高めることが可能となる。
【実施例３】
【００４０】
実施例３では、第３のカメラ１６によりメタルマスク１０の版離れの状態を観察した。この実施例３では、印刷開口１０ａのアスペクト比をＡモードでは０．２７（開口径φ２２０μｍ×開口深さｔ６０μｍ）とし、Ｂモードでは０．６０（φ２００μｍ×ｔ１２０μｍ）とし、Ｃモードでは０．６６（φ１８０μｍ×ｔ１２０μｍ）とし、これによる版離れ時のソルダペーストの挙動を観察して行なった。
【００４１】
図５は、版離れ時のソルダペーストの挙動を示す模式図である。図５（ａ），（ａ′）はＡモードによる版離れ状態を示し、図５（ｂ），（ｂ′）はＢモードによる版離れ状態を示し、図５（ｃ），（ｃ′）はＣモードによる版離れ状態を示している。
【００４２】
上記観察結果から、ソルダペースト１７がメタルマスク１０から版離れするときには、ガラス基板１１に密着したペースト１７が引き伸ばされて変形し、さらに版離れがすすむとソルダペースト１７が分断されるということが新たに判明した。
【００４３】
そしてアスペクト比を小さくしたＡモードの場合には、ソルダペースト１７のガラス基板１１との密着性が強く、版離れが良好であることがわかる（図５（ａ），（ａ′）参照）。一方、Ｃモードの場合には、ソルダペースト１７のガラス基板１１との密着性よりもメタルマスク１０の内側壁との密着性の方が強く、版離れが悪化していることが分かる。
【００４４】
以上のように本実施形態の観察装置１によれば、スクリーンマスク１０の印刷開口１０ａ内に充填されるソルダペースト１７の充填過程をガラス基板１１を透して第１のカメラ１４により撮像したので、スキージ９の移動に伴うソルダペースト１７の充填状態を直接観察することができ、この観察結果に基づいてスクリーン印刷を行う際の印刷条件を設定することによって高密度でかつ安定した印刷物を得ることができる。例えば、上述の実施例１〜３のように、最適なスキージ速度，ローリング速度等の印刷条件を見出すことが可能となり、この印刷条件を実際のスクリーン印刷装置に設定することにより高精度の印刷が可能となる。
【００４５】
本実施形態では、スキージ９の移動に伴うソルダペースト１７のローリング状態を第２のカメラ１５により撮像するようにしたので、スキージ９の移動に伴うソルダペースト１７のローリング状態を直接観察することができ、上記同様に高密度でかつ安定した印刷物を得ることができる。
【００４６】
本実施形態では、スクリーンマスク１０の版離れ状態を第３のカメラ１６により撮像するようにしたので、この版離れ状態からソルダペースト１７のガラス基板１１への密着状態を観察することができ、上記同様に高密度でかつ安定した印刷物を得ることができる。
【００４７】
また本実施形態では、第１〜第３のカメラ１４〜１６により撮像した画像をパソコン等に記録保存するようにしたので、観察によって得られたデータを実際にスクリーン印刷を行なう際に活用することができるとともに、研究や実験に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態によるスクリーン印刷過程の観察装置を説明するための構成図である。
【図２】上記観察装置によるペーストの充填過程を示す図である。
【図３】上記観察装置によるペーストのローリング状態を示す図である。
【図４】上記観察装置によるペーストの充填状態を示す図である。
【図５】上記観察装置による版離れ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１        観察装置
９        スキージ
１０      メタルマスク（スクリーンマスク）
１０ａ    印刷開口
１１      ガラス基板（被印刷物）
１７      ソルダペースト
１４      第１のカメラ（印刷過程撮像カメラ）
１５      第２のカメラ（ローリング撮像カメラ）
１６      第３のカメラ（版離れ撮像カメラ）
２２      記録保存手段
【図１】
2005167111.tif 000003
【図２】
2005167111.tif 000004
【図３】
2005167111.tif 000005
【図４】
2005167111.tif 000006
【図５】
2005167111.tif 000007