はんだ印刷システム
【課題】
従来のはんだ印刷機においては、１枚の基板に異なる種類のクリームはんだを用いて印刷する場合、複数枚のマスクを交換して印刷するために、マスク交換や、使用したスキージの洗浄等に多くの時間と、コストを要していた。
【解決手段】
印刷機とディスペンサ方式の塗布装置をそれぞれユニット化して、さらに検査ユニットを、種々の組み合わせを変えて接続、配置できるようにすると共に、検査ユニットによって検査した結果に基づいて印刷機の印刷不良をディスペンサユニットで修復できるようにした。
従来のはんだ印刷機においては、１枚の基板に異なる種類のクリームはんだを用いて印刷する場合、複数枚のマスクを交換して印刷するために、マスク交換や、使用したスキージの洗浄等に多くの時間と、コストを要していた。
【解決手段】
印刷機とディスペンサ方式の塗布装置をそれぞれユニット化して、さらに検査ユニットを、種々の組み合わせを変えて接続、配置できるようにすると共に、検査ユニットによって検査した結果に基づいて印刷機の印刷不良をディスペンサユニットで修復できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリーン印刷装置に係り、特にはんだ印刷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクリーン印刷機として、特許文献1に示すものがある。このスクリーン印刷機は、基板搬入コンベア、基板搬出コンベア、昇降機構を備えたステージ部、転写パターンを開口部として有するマスク、スキージ、スキージ昇降機構および水平方向移動機構を備えたスキージヘッド、これらの機構を制御する制御装置を備え、装置に搬入され、ステージに載置上に基板を載置した後、ステージを上昇して基板をマスクに近接させ、スキージによってマスクを基板に接触させながらマスクの開口部にクリームはんだ等のペーストを充填し、さらにステージを下降して、基板とマスクを離すことによってペーストを基板上に転写し、その後、基板を装置から搬出することによって印刷がなされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２００９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、印刷結果が正確に印刷できているものとして取り扱っている。しかし、従来、スクリーン印刷法を用いたはんだ塗布工程は、メタルマスクによる印刷のため塗布できるはんだ厚みがマスク厚みにより依存されていた。部品品種毎にはんだ量を制御することは部品パターン毎にメタルマスク厚みを変える必要があるが、マスク製作が煩雑かつ印刷性にも問題があり、はんだ付け不良の原因となっていた。
【０００５】
また、ファインピッチを重視し、メタルマスク暑さを薄くすると、クリスタル、コンデンサ、コネクタ部品等のラフパターン部のはんだ量が確保できない。逆にラフパターンのマスク厚みを厚くすると、０．３ｍｍピッチＣＳＰ、０６０３チップ部品のようなファインパターン部の印刷が抜けないという現象が発生し、はんだ付け不良の原因となっていた。
【０００６】
また、同じ基板上に異なる種類のクリームはんだを印刷する必要性も増して来ている。その場合1台の印刷機では、マスクを交換し、かつ、スキージヘッドを清掃して先に使用したクリームはんだを取り除く必要も有り、その段取りに時間を要すると共に、複数枚のマスクを用意することも必要となる。
【０００７】
そこで、本発明は、クリームはんだの印刷不良が発生しても、自動的に修復して、印刷の歩留まりを向上させた印刷システムを提供することにある。また、印刷において、異なる種類のクリームはんだを用いる基板の印刷や、部品品種毎にはんだ量を制御し塗布厚みにも柔軟に対応できる印刷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、基板面上にマスクを介してクリームはんだを塗布する印刷ユニットと、印刷ユニットの下流側に基板面上の所定箇所にクリームはんだを吐出して塗布するディスペンサを備えた複数のディスペンサユニットとを備え、複数のディスペンサユニットの内の少なくとも１つのユニットに基板上に印刷ユニットにより印刷した余分なクリームはんだを吸引除去する吸引機構を設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、検査ユニットを付加することで、印刷欠陥があってもディスペンサユニット部で修復できるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
複数種類のクリームはんだを塗布する必要のある基板に、柔軟に対応でき、かつ印刷歩留まりの向上を図っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本発明の印刷システムの各装置の配置を示す。
【００１２】
本発明の印刷システムは、スクリーン印刷ユニット２０に加えて、スクリーン印刷ユニット(以下、印刷ユニットと称する）２０にて印刷した結果を検査する検査ユニット３０と、前記検査ユニット３０が不良で修復可能な印刷状態を検出した場合に修復するために複数のディスペンサユニット４０とから構成されている。
【００１３】
従来、１枚の基板上に異なる組成のクリームはんだの塗布を行う場合、印刷ユニットおいて塗布するクリームはんだ毎にマスクを準備するか、又は異なる印刷ユニットを準備する必要があった。これに対して、本発明のように、印刷ユニット２０とディスペンサユニット４０を組み合わせることで、印刷ユニット２０では、基本パターン部分のクリームはんだ印刷を行い、その他の箇所は、ディスペンサユニット４０を用いてディスペンサから他の種類のクリームはんだ塗布することで、複数枚のマスク又は複数台の印刷ユニット４０を用意して行うことなく印刷時間の短縮を図ることができる。
【００１４】
例えば、印刷ユニット２０で鉛入りの一般的なクリームはんだを塗布した後で、特定部位に高価な鉛フリーのクリームはんだを塗布することで、材料費の低減を図ることが可能となる。また、１つの基板に、塗布するクリームはんだの粒径の異なる場合に、大きい粒径のクリームはんだを印刷ユニットで印刷塗布し、粒径の小さいクリームはんだをディスペンサユニット４０で塗布することで、塗布精度を大幅に向上することが可能となる。さらに、印刷ユニット２０にて印刷後、検査ユニット３０にて印刷状態を検査して、不良箇所の有無を検査し、不良箇所があれば、その部分のみ修復用ディスペンサユニット４０にて修復することで印刷のシステムの歩留まり向上を図ることができる。
【００１５】
すなわち、修復用ディスペンサとしては、印刷ユニットにおいて、余分にクリームはんだを塗布した部分のクリームはんだを、複数台設置されているディスペンサユニットの内の少なくとも１つのユニットに吸引引用のディスペンサを設けて、そこで余分なクリームはんだを吸い取ることによって修復する場合や、印刷ユニットにおいて十分にクリームはんだが供給されずに印刷欠け等が発生した箇所のみ、少なくとも１つのディスペンユニットは、印刷に用いたクリームはんだと同種のクリームはんだを供給するディスペンサを備えたものとして、そこで、欠け部分にクリームはんだを追加塗布するように構成したものである。
【００１６】
上記各ユニットの組合せとしては、図１（ａ）に示すように、印刷ユニット２０と検査ユニット３０を一体化し、検査ユニット３０の下流側に一台又は複数台のディスペンサユニット４０を接続する構成とすることで、印刷欠け等にも対応できると共に、異種のクリームはんだによる塗布も可能になり、印刷コストを低減できる。また、ディスペンサユニットを複数台設けることで、同時間に、異なるディスペンサユニットでそのディスペンサユニットの受け持つ塗布範囲の塗布のみを行うようすることで、タクトタイムを短くすることが可能となる。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、印刷ユニット２０とその下流側にディスペンサユニット４０を一台又は複数台設ける構成とすることで異種のクリームはんだに対応可能であり、従来基板面上のみ可能であった印刷が、基板凹部の内側面・底面への塗布も可能となる。また、本構成とすることで、複数台設けたディスペンサユニット４０のうちの少なくとも１台を、接着剤を塗布するディスペンサを設けた構成とすることで、大型部品とチップ部品の混在するプリント基板の製造において設計の自由度を向上させることが可能となる。即ち、従来は部品搭載面を片側の面に集約設計するなどして対応しているものを、印刷ユニット２０にてクリームはんだを印刷後、ディスペンサユニット４０部にて、接着剤を塗布してチップ部品を後付けすることが可能となる。即ち、ディスペンサを用いて狭小領域でも導電性接着剤等の異種材料を塗布することができる。このため、従来チップ部品面と大型部品面と生産工程に応じて実装領域を分けざるを得なかったこともあり回路設計に対して制約があった。しかし、本システムのように印刷ユニット２０とディスペンサユニット４０を組合せ、ディスペンサユニットの１つで接着剤を塗布する構成とすることで、設計の自由度が向上し、より高密実装が可能となった。
【００１８】
さらに、図１（ｃ）に示すように印刷ユニット２０とその下流側に一台又は複数台のディスペンサユニット４０、及びその下流側に検査ユニット３０を設ける構成とすることで、基板面の印刷が完了後に印刷結果を評価するものである。また、図示はしていないが、印刷ユニット２０を設けずにディスペンサユニット４０を複数台並べてその下流側に検査ユニット３０を配置することも可能である。但し、この構成では印刷ユニット２０を用いる構成に比べて印刷時間が多く必要となるが、複数台設置し工程分割することで問題解決が可能である。さらに、前記各構成において、複数台のディスペンサユニット４０の内の少なくとも１台を塗布用のディスペンサに代えて、基板上に塗布されたクリームはんだを吸引除去する吸引用ディスペンサを設けることで、印刷不良の基板をその場で修復することで、印刷歩留まりを大幅に向上できる。
【００１９】
次に、それぞれのユニットの構成と動作を説明する。
【００２０】
図２に印刷ユニットの断面構成を、図３に上面図を示す。
【００２１】
図２または図３において、印刷ユニットの本体フレーム１の上部には、1対のガイドレール２によって案内され、図上前後方向(基板の搬入搬出方向に対して直角の方向）に移動可能にスキージヘッド３が設けられている。このスキージヘッド３は、図示していないモータを駆動し、モータ軸に結合されたボールネジ４によって図の前後方向に移動される。また図３に示されるように、スキージヘッドとは別に、基板とマスクの双方に設けた位置合わせマークを観測するためのカメラを設けたフレーム２１が設けてある。
【００２２】
スキージヘッド３にはスキージ５が搭載されている。スキージ５はスキージ昇降シリンダ６によって上下方向に移動できる。本体フレーム１には版枠受け７が設けられており、版枠受け７には印刷パターンを開口部として持つスクリーン（マスク）８を張った版枠９がセットされるように構成されている。スクリーンマスク８の下方にはマスクに対向するように印刷対象物である基板１５を載置し保持する印刷テーブル１０が設けて有る。この印刷テーブル１０は、基板を水平方向に移動してマスクとの位置合わせを行なうＸＹθテーブル１１と、基板を受け取りコンベア１２から受け取り、かつ基板をマスク面に近付けるか又は接触させるためのテーブル昇降機構（特に図示せず）とを備えている。印刷テーブル１０の上面には基板受け取りコンベア１２が設けられており、基板搬入コンベア１３によって搬入された基板１５を印刷テーブル１０上に受け取り、印刷が終了すると基板搬出コンベア１４に基板１５を排出する。
【００２３】
全自動スクリーン印刷ユニットにおいてはマスク８と基板１５の位置合わせを自動的に行なう機能を備えている。すなわち、ＣＣＤカメラ１６によって、マスク８と基板１５のそれぞれに設けられている位置合わせ用マークを撮像し、画像処理して位置ずれ量を求めて、そのずれ量を補正するようにＸＹθテーブル１１を駆動して位置合わせを行なうものである。
【００２４】
なお、図示してはいないが、各駆動装置やＣＣＤカメラ等の制御を行う制御装置は、本体テーブルの下部に設けてあり、装置の外側には、制御装置のデータの書き換えや、印刷条件の変更等を行うための入力手段や、印刷状況等をモニタするための表示装置が設けてある。
【００２５】
次に図２及び図３を用いて本発明の印刷ユニットの動作を説明する。
【００２６】
クリームはんだを印刷される基板１５は、基板搬入コンベア１３によって基板受け取りコンベア１２に供給され、印刷テーブル１０上の所定の位置に固定される。続いてＣＣＤカメラ１６が基板１５及びマスク８に設けられた位置認識用マーク（図示せず）を撮像し、制御部（図示せず）に転送する。制御部内の画像処理部（図示せず）では、画像データからマスク８と基板１５の位置ずれ量を求め、その結果に基づいて制御部は印刷テーブル１０のＸＹθテーブル１１を動作させてマスク８に対する基板１５の位置を修正する。その後、印刷テーブル１０が上昇し、基板１５とマスク８を接触させる。その後、スキージ昇降シリンダ６によってスキージ５がマスク面上に下降し、スキージヘッド３の移動によってマスク８上に供給されていたクリームはんだがマスク８の開口部に充填され、基板に転写される。スキージ５は水平方向に一定距離ストロークした後に上昇する。そして、印刷テーブル１０が下降し、マスク８と基板１５が離れ、マスク８の開口部に充填されたクリームはんだは基板１５に転写される。
【００２７】
そして、クリームはんだが印刷された基板１５は基板搬出コンベア１４を経て次工程に送られる。
【００２８】
次に、次工程側に検査ユニットが設置されている場合に関して説明する。
【００２９】
図４に検査ユニットの構成を示す。
【００３０】
検査ユニット３０は、基板搬送方向に対して直角方向に移動可能なリニアモータ駆動方式の駆動機構３２（又はサーボモータとボールネジからなる駆動機構）を備えた門型のフレームと、そのフレーム上に配置され、フレーム上を基板搬送方向に移動可能にリニアモータ３５（又はサーボモータとボールネジ）からなる駆動機構を設けてある移動テーブル３７と、それに取り付けた撮像用カメラ３６とからなる。カメラ３６は基板面を撮像できるように基板１５に対して所定の間隔を開けて配置されている。
【００３１】
ところで図２または図３で説明した、印刷ユニット２０で印刷されたものには、印刷不良として、代表的に次の３つの状態が発生する。（１）電極部分に正常にクリームはんだが印刷されずに一部欠けている部分が存在する状態。（２）隣接する電極側までクリームはんだが付着したり、電極の外までクリームはんだが塗布されるいわゆる、ダレやブリッジ、またはニジミという状態。（３）全体的に電極に対してずれて印刷される状態。
【００３２】
本検査ユニット３０では、これらの状態を検出して、どのような不良であるかを判別し、不良の状態によっては、次のディスペンサユニット４０にて修復することで、不良品の発生を極力抑制するものである。
【００３３】
まず、印刷ユニット２０にて印刷された基板１５は印刷ユニット２０の基板排出コンベア１４に接続された検査ユニット３０の基板受け取りコンベア３３上に受け渡される。基板受け取りコンベア３３上の基板は所定位置に停止され、基板テーブル３８上に受け渡される。基板テーブル３８には基板保持機構３９（例えば吸引吸着機構又はメカチャック機構）が設けてあり基板１５が移動しないように保持される。検査ユニット３０には、検査ユニット３０の駆動部およびカメラで撮像した画像データから画像処理して、印刷の良否を判定するための制御部３０Ｃが設けてあり、検査ユニット３０単独でも動作できるようになっている。但し、単独で動作させる場合は、印刷の複数のパターンデータ等を予め記憶しておくために、制御部３０Ｃには大きなメモリを必要とする。もし、印刷ユニット２０又はディスペンサユニット４０と連動する場合は、印刷ユニット２０又はディスペンサユニット４０側の制御部から印刷位置データ等を受け取り使用すればよいために大きなメモリは必要としない。
【００３４】
また、図示してはいないが、基板テーブル３８を設けずに、基板受け取りコンベア３３面より突出して基板１５の移動を阻止するストッパを設けて、ストッパにより基板を停止させた後受け取りコンベア３３を停止させることで、基板１５を所定位置に位置決めすることも可能である。
【００３５】
次にカメラ３６により、基板位置決めマークを観測し、その位置から、印刷ユニットで塗布したハンダ塗布（印刷）位置を求め、ハンダ塗布位置までカメラを移動し、塗布の状態を撮像する。撮像された画像は制御部３０Ｃに設けられている画像処理部にて画像処理され、正規の印刷位置に正常にハンダが印刷されているか否かが判定される。カメラを移動することで、印刷領域全てについて検査を実行する。判定結果が正常であれば、印刷処理はそこで終了となる。ただし、検査ユニット３０の下流側にディスペンサユニット４０が設けてあれば、ディスペンサユニット４０は搬送機能のみが動作されて、検査の終了した基板１５はディスペンサユニット出口まで搬送される。
【００３６】
もし、検査ユニット３０が不良と判断した場合は、先に述べた（１）〜（３）のどの状態の不良がどの箇所に発生したかを、印刷ユニット２０の制御部にそのデータを送信すると共に、印刷ユニット２０に設けてある表示装置にその検査結果を表示する。なお検査ユニット３０には図示はしていないが、検査条件の変更を行うための入力手段や検査状況等をモニタするための表示装置が設けることができる。また、ディスペンサユニット４０に設けてある制御部４０Ｃにも同じデータが送信される。
【００３７】
ディスペンサユニット４０では、欠陥が上記（１）印刷欠けの場合、その印刷欠け部分のみディスペンサによりクリームはんだを供給して欠けを修復する。また、（２）のようにダレやブリッジ又はニジミの欠陥であれば、該当基板を吸引用ディスペンサを設けたディスペンサユニットに搬送し、欠陥のある部分（電極以外の）のクリームはんだを吸引して取り除くことによりその部分を修復する。さらに、欠陥が（３）のズレによるものの場合、修復が可能か否かを判断して、修復が可能な場合は、（２）の場合と同様に、吸引用ディスペンサを設けたディスペンサユニットまで該当基板を搬送し、そこで修復が必要な個所のクリームはんだを吸引により取り除き、その後、電極部分に吐出用ディスペンサを設けてあるディスペンサユニットに搬送し、そこで該当箇所の電極にクリームはんだを追加塗布する。さらに、（３）のズレの場合は、印刷ユニット２０側にそのズレ量を送信し、マスク欠陥か、印刷上のミスかを管理者に判断してもらい、マスクの欠陥であれば、正常なマスクと交換してもらう。また印刷上の問題（位置合わせ不良等）であれば印刷条件を修正する。
【００３８】
ディスペンサユニットは、上記の動作を行うために、図５に示す構成となっている。
【００３９】
先の検査ユニットと同様に、基板搬送路である基板受け取りコンベア４２に直角に門型のフレーム４４部分を配置し、クリームはんだを吸引して印刷面から取り除くために、吸引用のディスペンサ又は、クリームはんだを塗布するためのクリームはんだ吐出用ディスペンサ４３のいづれか一方、又は両方を備えた構成としている。図５には吐出用ディスペンサを設けた構成としてある。なお、吸引用のディスペンサと塗布用のディスペンサとは取り付け取り外し可能に構成されている。ディスペンサユニット４０の本体側にフレーム４４を支持し、フレーム４４を基板搬送方向に移動可能にサーボモータ５５にボールネジ（図示せず）を設けた駆動機構が設けてある。なおこの駆動機構はリニアモータ方式にしても良い。フレーム４４には、ディスペンサ４３を保持し基板搬送方向に対して直角方向に移動させる移動テーブル４７と、移動テーブル４７を移動させるためのサーボモータ４５とボールネジ４６からなる駆動機構が設けてある。この駆動機構もまたリニアモータにしても良い。また移動テーブル４７には、ディスペンサ４６を取り付けたテーブル５０を上下に移動させるためのＺ軸駆動機構４８が設けてある。尚、図示していないがテーブル５０には基板の位置合わせマークを観測するためのカメラや、基板１５とディスペンサ４３の間隔を計測するための距離センサが設けてある。また、本ユニットの下部には、ユニット内の各装置を制御するための制御部４０Ｃが設けてあり、この制御部４０Ｃは印刷ユニット２０や検査ユニット３０の制御部と信号のやり取りが可能に構成してある。
【００４０】
以上のように、本発明では、通常印刷ユニットで基板上に印刷し、それを検査ユニットで検査し、印刷箇所に不良があり、修復可能な不良であれば、ディスペンサユニットにて修復することが可能となり、印刷不良を低減することが可能となる。
【００４１】
また、各部をユニット単位に構成したために、簡単にレイアウトを変更可能となる。
【００４２】
さらに、印刷ユニットとディスペンサユニットを組み合わせることにより異種のクリームはんだ又は接着材等を用いて印刷することが必要な場合にも、異なるマスクを複数枚用意して印刷する必要がなくなり、マスク変え等の作業時間をなくして印刷時間の短縮を図ることやや設計自由度及びプロセスの自由度を拡大することで高密度実装に貢献することが可能となる。
【００４３】
さらにまた、従来印刷機とディスペンサ装置、と検査装置は別々に独立していたため、それぞれにデータ入力装置や、表示装置、データ記憶装置等を設ける必要があったが、本システム構成とすることで、それらを共通にすることができ、装置の小型化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】各ユニットの組合せの例を示した図である。
【図２】印刷ユニットの基板搬送方向の断面図である。
【図３】印刷ユニットの上面図である。
【図４】検査ユニットの断面図である。
【図５】ディスペンサユニットの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…印刷ユニット本体、２…ガイドレール、３…フレーム、４…サーボモータ、５…スキージ、６…スキージ昇降シリンダ、７…版枠受け、８…マスク、９…版枠、１０…印刷テーブル、１１…ＸＹθテーブル、１２…受け取りコンベア、１３…搬入コンベア、１４…搬出コンベア、１５…基板、１６…カメラ、２０…印刷ユニット、３０…、検査ユニット、４０…ディスペンサユニット。
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリーン印刷装置に係り、特にはんだ印刷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクリーン印刷機として、特許文献1に示すものがある。このスクリーン印刷機は、基板搬入コンベア、基板搬出コンベア、昇降機構を備えたステージ部、転写パターンを開口部として有するマスク、スキージ、スキージ昇降機構および水平方向移動機構を備えたスキージヘッド、これらの機構を制御する制御装置を備え、装置に搬入され、ステージに載置上に基板を載置した後、ステージを上昇して基板をマスクに近接させ、スキージによってマスクを基板に接触させながらマスクの開口部にクリームはんだ等のペーストを充填し、さらにステージを下降して、基板とマスクを離すことによってペーストを基板上に転写し、その後、基板を装置から搬出することによって印刷がなされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２００９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、印刷結果が正確に印刷できているものとして取り扱っている。しかし、従来、スクリーン印刷法を用いたはんだ塗布工程は、メタルマスクによる印刷のため塗布できるはんだ厚みがマスク厚みにより依存されていた。部品品種毎にはんだ量を制御することは部品パターン毎にメタルマスク厚みを変える必要があるが、マスク製作が煩雑かつ印刷性にも問題があり、はんだ付け不良の原因となっていた。
【０００５】
また、ファインピッチを重視し、メタルマスク暑さを薄くすると、クリスタル、コンデンサ、コネクタ部品等のラフパターン部のはんだ量が確保できない。逆にラフパターンのマスク厚みを厚くすると、０．３ｍｍピッチＣＳＰ、０６０３チップ部品のようなファインパターン部の印刷が抜けないという現象が発生し、はんだ付け不良の原因となっていた。
【０００６】
また、同じ基板上に異なる種類のクリームはんだを印刷する必要性も増して来ている。その場合1台の印刷機では、マスクを交換し、かつ、スキージヘッドを清掃して先に使用したクリームはんだを取り除く必要も有り、その段取りに時間を要すると共に、複数枚のマスクを用意することも必要となる。
【０００７】
そこで、本発明は、クリームはんだの印刷不良が発生しても、自動的に修復して、印刷の歩留まりを向上させた印刷システムを提供することにある。また、印刷において、異なる種類のクリームはんだを用いる基板の印刷や、部品品種毎にはんだ量を制御し塗布厚みにも柔軟に対応できる印刷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、基板面上にマスクを介してクリームはんだを塗布する印刷ユニットと、印刷ユニットの下流側に基板面上の所定箇所にクリームはんだを吐出して塗布するディスペンサを備えた複数のディスペンサユニットとを備え、複数のディスペンサユニットの内の少なくとも１つのユニットに基板上に印刷ユニットにより印刷した余分なクリームはんだを吸引除去する吸引機構を設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、検査ユニットを付加することで、印刷欠陥があってもディスペンサユニット部で修復できるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
複数種類のクリームはんだを塗布する必要のある基板に、柔軟に対応でき、かつ印刷歩留まりの向上を図っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本発明の印刷システムの各装置の配置を示す。
【００１２】
本発明の印刷システムは、スクリーン印刷ユニット２０に加えて、スクリーン印刷ユニット(以下、印刷ユニットと称する）２０にて印刷した結果を検査する検査ユニット３０と、前記検査ユニット３０が不良で修復可能な印刷状態を検出した場合に修復するために複数のディスペンサユニット４０とから構成されている。
【００１３】
従来、１枚の基板上に異なる組成のクリームはんだの塗布を行う場合、印刷ユニットおいて塗布するクリームはんだ毎にマスクを準備するか、又は異なる印刷ユニットを準備する必要があった。これに対して、本発明のように、印刷ユニット２０とディスペンサユニット４０を組み合わせることで、印刷ユニット２０では、基本パターン部分のクリームはんだ印刷を行い、その他の箇所は、ディスペンサユニット４０を用いてディスペンサから他の種類のクリームはんだ塗布することで、複数枚のマスク又は複数台の印刷ユニット４０を用意して行うことなく印刷時間の短縮を図ることができる。
【００１４】
例えば、印刷ユニット２０で鉛入りの一般的なクリームはんだを塗布した後で、特定部位に高価な鉛フリーのクリームはんだを塗布することで、材料費の低減を図ることが可能となる。また、１つの基板に、塗布するクリームはんだの粒径の異なる場合に、大きい粒径のクリームはんだを印刷ユニットで印刷塗布し、粒径の小さいクリームはんだをディスペンサユニット４０で塗布することで、塗布精度を大幅に向上することが可能となる。さらに、印刷ユニット２０にて印刷後、検査ユニット３０にて印刷状態を検査して、不良箇所の有無を検査し、不良箇所があれば、その部分のみ修復用ディスペンサユニット４０にて修復することで印刷のシステムの歩留まり向上を図ることができる。
【００１５】
すなわち、修復用ディスペンサとしては、印刷ユニットにおいて、余分にクリームはんだを塗布した部分のクリームはんだを、複数台設置されているディスペンサユニットの内の少なくとも１つのユニットに吸引引用のディスペンサを設けて、そこで余分なクリームはんだを吸い取ることによって修復する場合や、印刷ユニットにおいて十分にクリームはんだが供給されずに印刷欠け等が発生した箇所のみ、少なくとも１つのディスペンユニットは、印刷に用いたクリームはんだと同種のクリームはんだを供給するディスペンサを備えたものとして、そこで、欠け部分にクリームはんだを追加塗布するように構成したものである。
【００１６】
上記各ユニットの組合せとしては、図１（ａ）に示すように、印刷ユニット２０と検査ユニット３０を一体化し、検査ユニット３０の下流側に一台又は複数台のディスペンサユニット４０を接続する構成とすることで、印刷欠け等にも対応できると共に、異種のクリームはんだによる塗布も可能になり、印刷コストを低減できる。また、ディスペンサユニットを複数台設けることで、同時間に、異なるディスペンサユニットでそのディスペンサユニットの受け持つ塗布範囲の塗布のみを行うようすることで、タクトタイムを短くすることが可能となる。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、印刷ユニット２０とその下流側にディスペンサユニット４０を一台又は複数台設ける構成とすることで異種のクリームはんだに対応可能であり、従来基板面上のみ可能であった印刷が、基板凹部の内側面・底面への塗布も可能となる。また、本構成とすることで、複数台設けたディスペンサユニット４０のうちの少なくとも１台を、接着剤を塗布するディスペンサを設けた構成とすることで、大型部品とチップ部品の混在するプリント基板の製造において設計の自由度を向上させることが可能となる。即ち、従来は部品搭載面を片側の面に集約設計するなどして対応しているものを、印刷ユニット２０にてクリームはんだを印刷後、ディスペンサユニット４０部にて、接着剤を塗布してチップ部品を後付けすることが可能となる。即ち、ディスペンサを用いて狭小領域でも導電性接着剤等の異種材料を塗布することができる。このため、従来チップ部品面と大型部品面と生産工程に応じて実装領域を分けざるを得なかったこともあり回路設計に対して制約があった。しかし、本システムのように印刷ユニット２０とディスペンサユニット４０を組合せ、ディスペンサユニットの１つで接着剤を塗布する構成とすることで、設計の自由度が向上し、より高密実装が可能となった。
【００１８】
さらに、図１（ｃ）に示すように印刷ユニット２０とその下流側に一台又は複数台のディスペンサユニット４０、及びその下流側に検査ユニット３０を設ける構成とすることで、基板面の印刷が完了後に印刷結果を評価するものである。また、図示はしていないが、印刷ユニット２０を設けずにディスペンサユニット４０を複数台並べてその下流側に検査ユニット３０を配置することも可能である。但し、この構成では印刷ユニット２０を用いる構成に比べて印刷時間が多く必要となるが、複数台設置し工程分割することで問題解決が可能である。さらに、前記各構成において、複数台のディスペンサユニット４０の内の少なくとも１台を塗布用のディスペンサに代えて、基板上に塗布されたクリームはんだを吸引除去する吸引用ディスペンサを設けることで、印刷不良の基板をその場で修復することで、印刷歩留まりを大幅に向上できる。
【００１９】
次に、それぞれのユニットの構成と動作を説明する。
【００２０】
図２に印刷ユニットの断面構成を、図３に上面図を示す。
【００２１】
図２または図３において、印刷ユニットの本体フレーム１の上部には、1対のガイドレール２によって案内され、図上前後方向(基板の搬入搬出方向に対して直角の方向）に移動可能にスキージヘッド３が設けられている。このスキージヘッド３は、図示していないモータを駆動し、モータ軸に結合されたボールネジ４によって図の前後方向に移動される。また図３に示されるように、スキージヘッドとは別に、基板とマスクの双方に設けた位置合わせマークを観測するためのカメラを設けたフレーム２１が設けてある。
【００２２】
スキージヘッド３にはスキージ５が搭載されている。スキージ５はスキージ昇降シリンダ６によって上下方向に移動できる。本体フレーム１には版枠受け７が設けられており、版枠受け７には印刷パターンを開口部として持つスクリーン（マスク）８を張った版枠９がセットされるように構成されている。スクリーンマスク８の下方にはマスクに対向するように印刷対象物である基板１５を載置し保持する印刷テーブル１０が設けて有る。この印刷テーブル１０は、基板を水平方向に移動してマスクとの位置合わせを行なうＸＹθテーブル１１と、基板を受け取りコンベア１２から受け取り、かつ基板をマスク面に近付けるか又は接触させるためのテーブル昇降機構（特に図示せず）とを備えている。印刷テーブル１０の上面には基板受け取りコンベア１２が設けられており、基板搬入コンベア１３によって搬入された基板１５を印刷テーブル１０上に受け取り、印刷が終了すると基板搬出コンベア１４に基板１５を排出する。
【００２３】
全自動スクリーン印刷ユニットにおいてはマスク８と基板１５の位置合わせを自動的に行なう機能を備えている。すなわち、ＣＣＤカメラ１６によって、マスク８と基板１５のそれぞれに設けられている位置合わせ用マークを撮像し、画像処理して位置ずれ量を求めて、そのずれ量を補正するようにＸＹθテーブル１１を駆動して位置合わせを行なうものである。
【００２４】
なお、図示してはいないが、各駆動装置やＣＣＤカメラ等の制御を行う制御装置は、本体テーブルの下部に設けてあり、装置の外側には、制御装置のデータの書き換えや、印刷条件の変更等を行うための入力手段や、印刷状況等をモニタするための表示装置が設けてある。
【００２５】
次に図２及び図３を用いて本発明の印刷ユニットの動作を説明する。
【００２６】
クリームはんだを印刷される基板１５は、基板搬入コンベア１３によって基板受け取りコンベア１２に供給され、印刷テーブル１０上の所定の位置に固定される。続いてＣＣＤカメラ１６が基板１５及びマスク８に設けられた位置認識用マーク（図示せず）を撮像し、制御部（図示せず）に転送する。制御部内の画像処理部（図示せず）では、画像データからマスク８と基板１５の位置ずれ量を求め、その結果に基づいて制御部は印刷テーブル１０のＸＹθテーブル１１を動作させてマスク８に対する基板１５の位置を修正する。その後、印刷テーブル１０が上昇し、基板１５とマスク８を接触させる。その後、スキージ昇降シリンダ６によってスキージ５がマスク面上に下降し、スキージヘッド３の移動によってマスク８上に供給されていたクリームはんだがマスク８の開口部に充填され、基板に転写される。スキージ５は水平方向に一定距離ストロークした後に上昇する。そして、印刷テーブル１０が下降し、マスク８と基板１５が離れ、マスク８の開口部に充填されたクリームはんだは基板１５に転写される。
【００２７】
そして、クリームはんだが印刷された基板１５は基板搬出コンベア１４を経て次工程に送られる。
【００２８】
次に、次工程側に検査ユニットが設置されている場合に関して説明する。
【００２９】
図４に検査ユニットの構成を示す。
【００３０】
検査ユニット３０は、基板搬送方向に対して直角方向に移動可能なリニアモータ駆動方式の駆動機構３２（又はサーボモータとボールネジからなる駆動機構）を備えた門型のフレームと、そのフレーム上に配置され、フレーム上を基板搬送方向に移動可能にリニアモータ３５（又はサーボモータとボールネジ）からなる駆動機構を設けてある移動テーブル３７と、それに取り付けた撮像用カメラ３６とからなる。カメラ３６は基板面を撮像できるように基板１５に対して所定の間隔を開けて配置されている。
【００３１】
ところで図２または図３で説明した、印刷ユニット２０で印刷されたものには、印刷不良として、代表的に次の３つの状態が発生する。（１）電極部分に正常にクリームはんだが印刷されずに一部欠けている部分が存在する状態。（２）隣接する電極側までクリームはんだが付着したり、電極の外までクリームはんだが塗布されるいわゆる、ダレやブリッジ、またはニジミという状態。（３）全体的に電極に対してずれて印刷される状態。
【００３２】
本検査ユニット３０では、これらの状態を検出して、どのような不良であるかを判別し、不良の状態によっては、次のディスペンサユニット４０にて修復することで、不良品の発生を極力抑制するものである。
【００３３】
まず、印刷ユニット２０にて印刷された基板１５は印刷ユニット２０の基板排出コンベア１４に接続された検査ユニット３０の基板受け取りコンベア３３上に受け渡される。基板受け取りコンベア３３上の基板は所定位置に停止され、基板テーブル３８上に受け渡される。基板テーブル３８には基板保持機構３９（例えば吸引吸着機構又はメカチャック機構）が設けてあり基板１５が移動しないように保持される。検査ユニット３０には、検査ユニット３０の駆動部およびカメラで撮像した画像データから画像処理して、印刷の良否を判定するための制御部３０Ｃが設けてあり、検査ユニット３０単独でも動作できるようになっている。但し、単独で動作させる場合は、印刷の複数のパターンデータ等を予め記憶しておくために、制御部３０Ｃには大きなメモリを必要とする。もし、印刷ユニット２０又はディスペンサユニット４０と連動する場合は、印刷ユニット２０又はディスペンサユニット４０側の制御部から印刷位置データ等を受け取り使用すればよいために大きなメモリは必要としない。
【００３４】
また、図示してはいないが、基板テーブル３８を設けずに、基板受け取りコンベア３３面より突出して基板１５の移動を阻止するストッパを設けて、ストッパにより基板を停止させた後受け取りコンベア３３を停止させることで、基板１５を所定位置に位置決めすることも可能である。
【００３５】
次にカメラ３６により、基板位置決めマークを観測し、その位置から、印刷ユニットで塗布したハンダ塗布（印刷）位置を求め、ハンダ塗布位置までカメラを移動し、塗布の状態を撮像する。撮像された画像は制御部３０Ｃに設けられている画像処理部にて画像処理され、正規の印刷位置に正常にハンダが印刷されているか否かが判定される。カメラを移動することで、印刷領域全てについて検査を実行する。判定結果が正常であれば、印刷処理はそこで終了となる。ただし、検査ユニット３０の下流側にディスペンサユニット４０が設けてあれば、ディスペンサユニット４０は搬送機能のみが動作されて、検査の終了した基板１５はディスペンサユニット出口まで搬送される。
【００３６】
もし、検査ユニット３０が不良と判断した場合は、先に述べた（１）〜（３）のどの状態の不良がどの箇所に発生したかを、印刷ユニット２０の制御部にそのデータを送信すると共に、印刷ユニット２０に設けてある表示装置にその検査結果を表示する。なお検査ユニット３０には図示はしていないが、検査条件の変更を行うための入力手段や検査状況等をモニタするための表示装置が設けることができる。また、ディスペンサユニット４０に設けてある制御部４０Ｃにも同じデータが送信される。
【００３７】
ディスペンサユニット４０では、欠陥が上記（１）印刷欠けの場合、その印刷欠け部分のみディスペンサによりクリームはんだを供給して欠けを修復する。また、（２）のようにダレやブリッジ又はニジミの欠陥であれば、該当基板を吸引用ディスペンサを設けたディスペンサユニットに搬送し、欠陥のある部分（電極以外の）のクリームはんだを吸引して取り除くことによりその部分を修復する。さらに、欠陥が（３）のズレによるものの場合、修復が可能か否かを判断して、修復が可能な場合は、（２）の場合と同様に、吸引用ディスペンサを設けたディスペンサユニットまで該当基板を搬送し、そこで修復が必要な個所のクリームはんだを吸引により取り除き、その後、電極部分に吐出用ディスペンサを設けてあるディスペンサユニットに搬送し、そこで該当箇所の電極にクリームはんだを追加塗布する。さらに、（３）のズレの場合は、印刷ユニット２０側にそのズレ量を送信し、マスク欠陥か、印刷上のミスかを管理者に判断してもらい、マスクの欠陥であれば、正常なマスクと交換してもらう。また印刷上の問題（位置合わせ不良等）であれば印刷条件を修正する。
【００３８】
ディスペンサユニットは、上記の動作を行うために、図５に示す構成となっている。
【００３９】
先の検査ユニットと同様に、基板搬送路である基板受け取りコンベア４２に直角に門型のフレーム４４部分を配置し、クリームはんだを吸引して印刷面から取り除くために、吸引用のディスペンサ又は、クリームはんだを塗布するためのクリームはんだ吐出用ディスペンサ４３のいづれか一方、又は両方を備えた構成としている。図５には吐出用ディスペンサを設けた構成としてある。なお、吸引用のディスペンサと塗布用のディスペンサとは取り付け取り外し可能に構成されている。ディスペンサユニット４０の本体側にフレーム４４を支持し、フレーム４４を基板搬送方向に移動可能にサーボモータ５５にボールネジ（図示せず）を設けた駆動機構が設けてある。なおこの駆動機構はリニアモータ方式にしても良い。フレーム４４には、ディスペンサ４３を保持し基板搬送方向に対して直角方向に移動させる移動テーブル４７と、移動テーブル４７を移動させるためのサーボモータ４５とボールネジ４６からなる駆動機構が設けてある。この駆動機構もまたリニアモータにしても良い。また移動テーブル４７には、ディスペンサ４６を取り付けたテーブル５０を上下に移動させるためのＺ軸駆動機構４８が設けてある。尚、図示していないがテーブル５０には基板の位置合わせマークを観測するためのカメラや、基板１５とディスペンサ４３の間隔を計測するための距離センサが設けてある。また、本ユニットの下部には、ユニット内の各装置を制御するための制御部４０Ｃが設けてあり、この制御部４０Ｃは印刷ユニット２０や検査ユニット３０の制御部と信号のやり取りが可能に構成してある。
【００４０】
以上のように、本発明では、通常印刷ユニットで基板上に印刷し、それを検査ユニットで検査し、印刷箇所に不良があり、修復可能な不良であれば、ディスペンサユニットにて修復することが可能となり、印刷不良を低減することが可能となる。
【００４１】
また、各部をユニット単位に構成したために、簡単にレイアウトを変更可能となる。
【００４２】
さらに、印刷ユニットとディスペンサユニットを組み合わせることにより異種のクリームはんだ又は接着材等を用いて印刷することが必要な場合にも、異なるマスクを複数枚用意して印刷する必要がなくなり、マスク変え等の作業時間をなくして印刷時間の短縮を図ることやや設計自由度及びプロセスの自由度を拡大することで高密度実装に貢献することが可能となる。
【００４３】
さらにまた、従来印刷機とディスペンサ装置、と検査装置は別々に独立していたため、それぞれにデータ入力装置や、表示装置、データ記憶装置等を設ける必要があったが、本システム構成とすることで、それらを共通にすることができ、装置の小型化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】各ユニットの組合せの例を示した図である。
【図２】印刷ユニットの基板搬送方向の断面図である。
【図３】印刷ユニットの上面図である。
【図４】検査ユニットの断面図である。
【図５】ディスペンサユニットの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…印刷ユニット本体、２…ガイドレール、３…フレーム、４…サーボモータ、５…スキージ、６…スキージ昇降シリンダ、７…版枠受け、８…マスク、９…版枠、１０…印刷テーブル、１１…ＸＹθテーブル、１２…受け取りコンベア、１３…搬入コンベア、１４…搬出コンベア、１５…基板、１６…カメラ、２０…印刷ユニット、３０…、検査ユニット、４０…ディスペンサユニット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面上にマスクを介してクリームはんだを塗布する印刷ユニットと、前記印刷ユニットの下流側に前記基板面上の所定箇所にクリームはんだを吐出して塗布するディスペンサを備えた複数のディスペンサユニットとを備え、
前記複数のディスペンサユニットの内の少なくとも１つのディスペンサユニットに、基板上に印刷ユニットにより印刷された余分なクリームはんだを吸引除去する吸引機構を設けたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項２】
請求項１に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記印刷ユニットで使用するクリームはんだと、前記ディスペンサユニットで使用するクリームはんだの種類を異ならせたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のはんだ印刷システムにおいて
前記印刷ユニットの下流側に検査ユニットを配置し、前記検査ユニットの下流側に複数のディスペンサユニットを配置した構成としたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項４】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットが印刷欠けの印刷欠陥を検出すると、前記ディスペンサユニットでは前記印刷欠け部分を修復するために、当該箇所にクリームはんだを塗布することを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項５】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットがクリームはんだのダレやブリッジ及びニジミの印刷欠陥を検出すると、前記複数のディスペンサユニットのうちの前記吸引用ディスペンサを備えたディスペンサユニットに当該基板を搬送し、そこで余分なクリームはんだを吸引することを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項６】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットが印刷のズレを検出すると、前記検査ユニットから前記印刷ユニット又は前記ディスペンサユニットに、ズレの発生した基板と位置情報とズレ量を前記印刷ユニットに送信する構成としたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項７】
請求項２に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記複数のディスペンサユニットのうちの少なくとも１つのユニットのディスペンサが接着剤等のクリームはんだ以外の異種材料を供給する構成であることを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項１】
基板面上にマスクを介してクリームはんだを塗布する印刷ユニットと、前記印刷ユニットの下流側に前記基板面上の所定箇所にクリームはんだを吐出して塗布するディスペンサを備えた複数のディスペンサユニットとを備え、
前記複数のディスペンサユニットの内の少なくとも１つのディスペンサユニットに、基板上に印刷ユニットにより印刷された余分なクリームはんだを吸引除去する吸引機構を設けたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項２】
請求項１に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記印刷ユニットで使用するクリームはんだと、前記ディスペンサユニットで使用するクリームはんだの種類を異ならせたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のはんだ印刷システムにおいて
前記印刷ユニットの下流側に検査ユニットを配置し、前記検査ユニットの下流側に複数のディスペンサユニットを配置した構成としたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項４】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットが印刷欠けの印刷欠陥を検出すると、前記ディスペンサユニットでは前記印刷欠け部分を修復するために、当該箇所にクリームはんだを塗布することを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項５】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットがクリームはんだのダレやブリッジ及びニジミの印刷欠陥を検出すると、前記複数のディスペンサユニットのうちの前記吸引用ディスペンサを備えたディスペンサユニットに当該基板を搬送し、そこで余分なクリームはんだを吸引することを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項６】
請求項３に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記検査ユニットが印刷のズレを検出すると、前記検査ユニットから前記印刷ユニット又は前記ディスペンサユニットに、ズレの発生した基板と位置情報とズレ量を前記印刷ユニットに送信する構成としたことを特徴とするはんだ印刷システム。
【請求項７】
請求項２に記載のはんだ印刷システムにおいて、
前記複数のディスペンサユニットのうちの少なくとも１つのユニットのディスペンサが接着剤等のクリームはんだ以外の異種材料を供給する構成であることを特徴とするはんだ印刷システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１０８２００（Ｐ２００６−１０８２００Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８９５１１（Ｐ２００４−２８９５１１）
【出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【Ｆターム（参考）】
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