(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、このスクリーンマスク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装置であって、
印刷前に印刷位置におけるスクリーンマスクおよび基板測定位置における基板を上面側から３次元測定手段によって測定してスクリーンマスクの厚さ及び基板の電極の寸法のデータを求め、この求められたデータとペーストの種類に基づいて印刷ライブラリから印刷条件を読み取ったうえで試し印刷を行い、
この試し印刷の後、印刷位置におけるスクリーンマスクおよび基板測定位置における基板を上面側から３次元測定手段によって測定して印刷状態の良好・不良を判定し、良好であれば印刷条件は適正であると判断して当該基板の実印刷用印刷条件として設定し、
不良であれば印刷条件をフィードバックして印刷条件の補正を行い、新たな試し印刷を行うことを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項２】
前記印刷条件に、前記スキージを摺動させるスキージ速度、スキージをスクリーンマスクに対して押圧する印圧値、基板をスクリーンマスクから離隔させる際の基板のスクリーンマスクに対する相対速度を示す版離れ速度および相対移動距離を示す版離れ距離を含むことを特徴とする請求項１に記載の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スクリーンマスクを基板に当接させ、スクリーンマスク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品質を確保するためには、各種の印刷条件を印刷対象に応じて適切に設定する必要がある。例えば、スクリーン印刷時にスクリーンマスク上でスキージを摺動させるスキージ速度や、スキージをスクリーンマスクに対して押圧する印圧値、さらに印刷後に基板をスクリーンマスクから離隔させる際の基板のスクリーンマスク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しなければならない。この印刷条件設定作業は、従来より熟練した作業者によって主に経験と個人的技能に基づいて行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熟練作業者を常に確保することは近年困難になっており、さらに生産形態が多品種小ロット生産に移行し、品種切り替えごとに印刷条件設定を高い頻度で行わなければならない現状では、非熟練者に上記条件設定作業を行わせざるを得ない状況に立ち至っている。このため、作業者の技能差によって印刷条件の設定にばらつきが生じやすく、従来のスクリーン印刷においては印刷条件のばらつきに起因して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。
【０００５】
そこで本発明は、印刷条件の設定を容易にばらつきなく行え、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。
【０００７】
【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、このスクリーンマスク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装置であって、印刷前に印刷位置におけるスクリーンマスクおよび基板測定位置における基板を上面側から３次元測定手段によって測定してスクリーンマスクの厚さ及び基板の電極の寸法のデータを求め、この求められたデータとペーストの種類に基づいて印刷ライブラリから印刷条件を読み取ったうえで試し印刷を行い、この試し印刷の後、印刷位置におけるスクリーンマスクおよび基板測定位置における基板を上面側から３次元測定手段によって測定して印刷状態の良好・不良を判定し、良好であれば印刷条件は適正であると判断して当該基板の実印刷用印刷条件として設定し、不良であれば印刷条件をフィードバックして印刷条件の補正を行い、新たな試し印刷を行う。
【００１０】
請求項２記載のスクリーン印刷方法は、請求項１に記載のスクリーン印刷方法であって、前記印刷条件に、前記スキージを摺動させるスキージ速度、スキージをスクリーンマスクに対して押圧する印圧値、基板をスクリーンマスクから離隔させる際の基板のスクリーンマスクに対する相対速度を示す版離れ速度および相対移動距離を示す版離れ距離を含む。
【００１１】
本発明によれば、印刷後の基板およびスクリーンマスクを上面側から３次元測定手段によって測定し、この測定結果に基づいてスクリーン印刷条件を設定することにより、印刷条件設定におけるばらつきを排除して印刷品質を安定して確保することができる。
【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は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷条件ライブラリのデータを示す図、図７は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷対象の基板の平面図である。
【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の配置パターンおよびスクリーンマスク１０の特徴部であるパターン孔１２ａの配置パターン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】
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、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。すなわちデータ記憶部３２は印刷条件記憶手段となっている。
【００１９】
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。
【００２０】
印刷条件設定部３５（印刷条件設定手段）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。
【００２１】
基板・マスク判定部３６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スクリーンマスク１０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３７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。
【００２２】
次に、印刷条件の設定について説明する。図６は、印刷条件ライブラリのデータ内容を示すものである。印刷条件ライブラリには、基板の電極の代表寸法（例えば電極幅寸法）とパターン孔が設けられたスクリーンマスクの代表寸法（例えばマスクプレート厚さ）の組み合わせごとに、上記パラメータ（スキージを摺動させるスキージ速度、スキージをスクリーンマスクに対して押圧する印圧値、基板をスクリーンマスクから離隔させる際の基板のスクリーンマスクに対する相対速度を示す版離れ速度および相対移動距離を示す版離れ距離など）の１つの組み合わせを対応させたものである。そしてこれらのパラメータの数値は、印刷されるクリーム半田９の物性値によっても異なっている。
【００２３】
すなわち、印刷されるクリーム半田９の種類、印刷対象の基板６、使用されるスクリーンマスク１０が電極代表寸法、マスク代表寸法によって指定されることにより、上記パラメータの組み合わせが選択され、これにより各パラメータが自動的に設定されるようになっている。
【００２４】
なお、通常は印刷条件は同一基板においては１つの印刷条件パラメータの組み合わせが設定されるが、特殊な場合においては、複数のパラメータの組み合わせを用いて特定の印刷範囲については異なる印刷条件を適用するようにしてもよい。すなわち、図７に示すように同一基板６内に狭ピッチ電極６ｂと通常の電極６ｃとが混在しているような場合において、狭ピッチ電極６ｂが設けられた狭ピッチ範囲Ｂをスキージ１３ａが通過するときにのみスキージ移動速度や印圧値を他の通常範囲Ｃと異なる設定とすれば、印刷特性の異なる電極に対してそれぞれ適正なスキージ速度、印圧値で印刷することが可能となる。
【００２５】
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条件の設定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、スクリーン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によってスクリーンマスク１０上で移動させながらスクリーンマスク１０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、装着されたスクリーンマスク１０の厚み寸法が検出されると共に良否が判定される。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、基板６の電極の代表寸法とマスクプレート１２の厚みが求められたならば、予め入力されたクリーム半田９の種類と計測により求められた基板６とスクリーンマスク１０のデータに基づいて、印刷条件ライブラリの印刷条件のパラメータを読み取る。そしてこの印刷条件のパラメータを用いて、実印刷開始前の試し印刷を行う。
【００２８】
まずスクリーンマスク１０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の下面に当接させる。次いでスキージヘッド１３を移動させて、クリーム半田９をパターン孔１２ａを介して基板６の電極６ａ上に印刷する。この後、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。
【００２９】
この後、試し印刷後の基板６の印刷検査を行う（印刷後測定工程）。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、当初読み出された印刷条件のパラメータは適正であると判断して、これらのパラメータを当該基板についての実印刷用の印刷条件として設定し（印刷条件設定工程）、データ記憶部３２に記憶させる。
【００３０】
なおこの印刷後測定において併せてスクリーンマスク１０をレーザ計測装置２０によって３次元測定するようにしてもよい。この測定により、印刷不良時の原因を特定するデータを得ることができ、以下に説明するフィードバック時の情報量、精度を向上させることができる。
【００３１】
また、試し印刷後の印刷後測定において不良が検出されたならば、印刷条件をフィードバックする処理を行う。このフィードバックは予め印刷条件ライブラリに記憶されているフィードバックデータに基づいて行われる。すなわち、検査結果は各電極における印刷面積や印刷高さなど所定項目ごとに数値データとして出力され、この出力値を適正値として設定されている基準値と比較することにより基準値に対する偏差が求められる。
【００３２】
そしてこの偏差が与えられることにより、相関関係にある印刷条件のパラメータを＋−のいずれかの方向に偏差に応じた補正量だけ補正する。この偏差と補正量の相関関係を示すデータは、各印刷条件を幾通りにも変化させて系統的に行われる条件出し用の試行印刷の結果を統計手法などを用いて整理することにより作成され、同様にデータ記憶部３２の印刷条件ライブラリに記憶されている。
【００３３】
この印刷条件補正の後には新たに試行印刷が行われ、試行結果は同様に検査される。そして、印刷結果が良好であることを確認して本印刷作業が開始される。この印刷作業においては、予め設定されたインターバルにおいて印刷条件のフィードバックが行われる。すなわち、生産中の基板６についてレーザ計測装置２０によって抜き取りにて印刷後検査を行う（印刷後測定工程）。
【００３４】
そして同様の検査データを取得し、各検査項目について基準値との偏差を求め、必要なパラメータの補正を行って実印刷用の印刷条件を変更する。これにより、クリーム半田９の粘度が環境温度の変動によって変化した場合においても、印刷条件を常に適正範囲に維持して良好な印刷品質を確保することができる。
【００３５】
このように本実施の形態に示すスクリーン印刷においては、印刷後の基板６およびスクリーンマスク１０を上面側から３次元測定手段によって測定し、この測定結果に基づいてスクリーン印刷条件を設定するようにしたものである。これにより、従来は熟練作業者による複雑な条件出し作業を必要としていた印刷条件設定作業を容易に行うことができるとともに、印刷条件設定におけるばらつきを排除して印刷品質の安定を確保することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、印刷後の基板およびスクリーンマスクを上面側から３次元測定手段によって測定し、この測定結果に基づいてスクリーン印刷条件を設定するようにしたので、印刷条件設定作業を容易に行うことができるとともに、印刷条件設定におけるばらつきを排除して印刷品質の安定を確保することができる。
【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条件ライブラリのデータを示す図
【図７】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷対象の基板の平面図
【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
３５  印刷条件設定部
３７  印刷判定部
【図１】
0003750484.tif 000002
【図２】
0003750484.tif 000003
【図３】
0003750484.tif 000004
【図４】
0003750484.tif 000005
【図５】
0003750484.tif 000006
【図６】
0003750484.tif 000007
【図７】
0003750484.tif 000008