オフコンタクト印刷方法、オフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置及びオフコンタクト印刷方法を用いたボール搭載装置
【課題】オフコンタクト印刷方法において、マスクと基板とのギャップに起因する印刷剤の印刷位置ずれとマスクと基板の寸法の製造誤差を補正する。
【解決手段】印刷装置の枠体に固定されたマスクと、マスクの下方で移動可能に配設されたステージと、このステージに固定された基板と、マスク上に供給された印刷剤をマスクの開口から基板の電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて印刷剤を基板上にオフコンタクト印刷する印刷方法において、第１の基板に印刷される印刷剤の位置ずれ量を実測し、位置ずれ量が小さくなるように、第２の基板の印刷中に基板を載置したステージをずれ量に基づいて移動する。
【解決手段】印刷装置の枠体に固定されたマスクと、マスクの下方で移動可能に配設されたステージと、このステージに固定された基板と、マスク上に供給された印刷剤をマスクの開口から基板の電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて印刷剤を基板上にオフコンタクト印刷する印刷方法において、第１の基板に印刷される印刷剤の位置ずれ量を実測し、位置ずれ量が小さくなるように、第２の基板の印刷中に基板を載置したステージをずれ量に基づいて移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボール搭載装置等に用いるフラックス（印刷剤）のオフコンタクト印刷方法、オフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置及びオフコンタクト印刷方法を用いたボール搭載装置に関し、詳しくは印刷位置ずれを補正する印刷方法に係るものである。更に、このオフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置とボール搭載装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に形成された電極上にマスクに形成された開口からフラックスをオフコンタクトで印刷する印刷方法は、実用に供されている。そして、マスクと基板とのキャップに起因する印刷位置ずれを幾何学的に計算して、マスクの設計値を予め補正するマスク設計方法も公知である。
【０００３】
しかし、マスクの設計値を幾何学的計算値等で高精度に補正する方法は、多くのパラメータ（例えば、マスクを構成する材料のヤング率、ポアソン比、貼り付け強度、フラックスを介してのスキージとマスクの摩擦係数等）が必要であり、マスクの設計値を高精度に補正することは困難である。
【０００４】
更に、上記の方法では、マスクと基板の製造誤差を補正できない致命的な欠陥がある。大型でファインピッチのマスクと基板の製造誤差は、隣接する開口間や電極間での誤差は小さいが、それらを累積するとピッチ間隔に対して大きくなる。例示すると、電極形成領域の長さが３００ｍｍの基板電極間の製造誤差の最大値は大略±１５μｍで、開口形成領域の長さが３００ｍｍのマスク開口間の製造誤差は大略±２０μｍである。従って、このような精度のマスクを用いて基板の電極にフラックスを印刷する場合、印刷されたフラックスと電極との位置ずれ量は、最大でプラスマイナス２５μｍ前後となる。このようなことから、電極の直径が５０μｍの場合、フラックスが覆う電極の面積が半分以下となる場合が発生する。ファインピッチのフラックス印刷では電極を覆うフラックスの厚さが薄くなるので、フラックス印刷の位置ずれによるフラックス不足に起因する接合不良が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、マスクと基板のギャップに起因するフラックス印刷位置のずれ量と、マスクと基板の製造誤差に起因するフラックス印刷位置のずれ量の双方を補正することができない点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、キャップ印刷に起因するフラックスの印刷ずれと、マスクと基板の製造誤差に基づくフラックスの印刷ずれと、その他の要因（例えば、印刷中のスキージの押圧摩擦によるマスクの伸び）に起因して惹起するフラックス印刷の位置ずれを一括して補正することを主な特徴とする。更に、マスクと基板の寸法上の製造誤差をオフコンタクト印刷の特性を生かして補正することを特長とする。
【０００８】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板をステージに搭載する工程と、基板をマスクに位置合わせする工程と、基板とマスクの間隔を所定距離に設定する工程と、印刷剤をマスク上に供給する工程と、スキージを降下させてマスクの一部を基板に当接させる工程と、スキージを基板に沿って移動させ、印刷剤をマスクに配設された開口から基板上に印刷する印刷工程と、印刷工程の後、スキージを上昇させてマスクを基板から離間する工程と、基板を次の工程へ送る工程とからなるオフコンタクト印刷方法において、第１の基板を用いて、印刷された印刷剤と電極のずれ量を計測するずれ量計測工程と、ずれ量に基づいて、最初に印刷される印刷剤が最初に印刷される第２の基板の電極とずれないように、第２の基板を移動する工程と、ずれ量に基づいて、第２の基板をスキージの移動方向に移動させながら、印刷剤を第２の基板に印刷する工程を含むことを特徴とする。
本発明の特徴は、電極上に印刷された印刷剤の印刷ずれを計測したデータに基づいて、他の基板を移動させながら印刷することにあり、第２の基板は、第２だけでなく、第３、４、更にｍ（ｍは、５以上の整数）の基板を含む。
【０００９】
本発明は、ずれ量計測工程において、ずれ量の計測位置は、第１計測位置から第ｎ（ｎは、２以上の整数）計測位置かなり、所定の２ヶ所の計測位置の間でのずれ量に基づいて基板の移動速度を演算して、所定の２ヶ所の計測位置の間において基板を上記移動速度で移動させながら印刷剤を印刷することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、第１計測位置が最初に印刷された印刷剤の位置であり、且つ第ｎ計測位置は、最後に印刷された印刷剤の位置であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板に形成された複数の電極の上に印刷剤を印刷するための開口を有するマスクと、基板を載置してマスクの下方で移動可能に配設されたステージと、マスク上に供給された印刷剤を上記開口から上記電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて、基板をステージに載置する工程と、マスクの下方へ基板を移動し且つマスクと基板とのギャップを所定間隔に設定する工程と、スキージをマスクに沿って移動してマスク上に供給された印刷剤を開口から電極上に印刷する印刷工程と、そして基板をステージから取り外す工程を含む印刷方法で印刷剤を基板に印刷するオフコンタクト印刷方法において、印刷工程は、印刷される印刷剤の位置と電極の位置とのずれを減少させるように印刷剤印刷中に基板を水平方向へ移動させる操作を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、マスクの開口から印刷された印刷剤の座標と基板の電極の座標を計測する工程と、電極の座標と印刷剤の座標とのずれ量に基づいて基板を水平方向に移動させる移動量と移動速度を計算する工程と、移動量と移動速度に基づいて印刷剤印刷中に基板を水平方向に移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記オフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置を特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記オフコンタクト印刷方法を用いたボール搭載装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板に印刷されたフラックスと電極とのずれ量に基づいてフラックス印刷中に基板を移動するので、マスクと基板の製造誤差を含めた全ての差異を補正できるメリットがある。
【００１６】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板とマスクの製造誤差が大きくなる長い基板の精密印刷に適している。２０ｃｍを越える長尺物、更に１ｍを越える長尺物の高精度印刷に特に適している。
【００１７】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、ボール搭載装置用フラックス印刷以外に、液晶表示体、プラズマ表示体、有機ＥＬ表示体等及びそれら用のマスク、導電性ペースト、太陽電池の電極等の印刷、更には、有機ＥＬ剤の印刷等にも有効で、このオフコンタクト印刷方法を用いることにより、大型の精密印刷装置や、大型の微小はんだボール搭載装置の実用化を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１はボール搭載装置を説明するための平面図である。
【図２】図２は印刷装置の正面図の説明図である。
【図３】図３はスキージユニットを説明するための図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】図４はマスクユニットの説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ断面図、（ｃ）は開口群４２の拡大図である。
【図５】図５は基板の説明図で、平面図である。
【図６】図６は基板に配設されたチップ接続領域の拡大図である。
【図７】図７はオフコンタクト印刷を説明するための図である。
【図８】図８はフラックス印刷位置ずれの状態を説明するための図である。
【図９】図９はフラックス印刷位置ずれを算出するフローチャートである。
【図１０】図１０は位置ずれを補正する印刷方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は印刷位置ずれを補正するために基板を移動するステップを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、オフコンタクト印刷に固有な印刷位置ずれと、基板とマスクの製造誤差により生じるフラックの印刷位置ずれ等を、基板を移動することにより、一括して補正することを可能とした。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の印刷装置７を含むはんだボール搭載装置１の平面図である。ボール搭載装置１は、基板１９の電極４１にはんだボール４８を搭載する装置であり、基板のローダ／アンローダ２と、ローダ／アンローダ２とプレアライナー４とステージ５との間で基板を搬送する搬送ロボット３と、基板の位置と方向を粗調節するプレアライナー４と、押圧装置６と印刷装置７とボール振込装置９との間をＸレール１０上で移動するステージ５と、ステージ５上の基板を押圧して平坦化する押圧装置６と、基板にフラックスを印刷する印刷装置７と、フラックスが印刷された基板にはんだボールを振込むボール振込装置９とからなる。
【００２１】
基板１９は、はんだボール未搭載の基板を保管しているローダ／アンローダ２から搬送ロボット３で取り出され、プレアライナー４上に載置される。基板の方向と位置を粗調整下後、ステージ５上に搭載され押圧装置６で基板載置台１８に押圧され平坦化された状態でセットされる。
【００２２】
印刷装置７とボール振込装置９の間に２台のカメラ３４が下向きに配設されている。これらのカメラは、ステージ上の基板の基準位置マーク３９を計測し、マスクとの位置合わせをするための計測器である。なお、基板を載置したステージがＸレール１０上を移動するとき、基板に設けられた基準位置マークがカメラ３４の視野内にないと基準位置マークをカメラが検出できないので、ステージは迷走する。この迷走を防止するために、プレアライナーは、基板の基準位置マークがステージが移動中にカメラの視野内に入るように位置合せする。
【００２３】
図１において、３ａは基板１９を搬送するロボット３のハンド、８は印刷マスク３７の下面クリーニング装置、１２は装置の架体、１４はステージ５のＹレール、３７は印刷用マスクである。
【００２４】
ボール搭載装置９は、２組のボール振込ヘッド４９と振込用マスク５０からなる。ボール振込ヘッド４９は、それぞれボール供給装置を一体に配設し、ボール供給装置から振込用マスク５０上に供給されたはんだボールを保持しながら振込用マスク５０上を移動する。はんだボールは、振込用マスク５０に設けられた開口から基板上に振込まれる。
【００２５】
図２は、本発明に使用した印刷装置７を説明するための正面図である。印刷装置７は、スキージユニット１１と、マスクユニット４４と、架体１２と、からなる。スキージユニット１１は、図３で説明する。マスクユニット４４は、マスク枠１３と印刷用マスク３７からなり、取り外し可能に取付部材２５を介して架体１２固定されて、図４で詳しく説明する。印刷装置７の下方にステージ５が、Ｘレール１０とＹレール１４により移動可能に配設されている。図が錯綜しているので、フレーム２０と基板ガイド２４とマスク枠ガイドを断面で示す。
【００２６】
ステージ５は、ベース板１５の上に組み立てられていて、Ｘレール１０とＹレール１４上（水平面内）を自由に移動できるようになっている。ベース板１５上には、θ軸モータ１６とＺ軸駆動装置１７が独立して配置される。フレーム２０は、基板載置台１８の外縁で且つＺ軸駆動装置１７の上端に上下移動可能に配設されている。θ軸モータ１６は、基板載置台１８を水平面内で回転し、基板載置台に載置された基板１９とマスクとの水平面内の角度ずれを補正する。そして、θ軸モータの上部に配設した取付部材２３を介して４個のＺ軸駆動装置２１と４本のリフト棒２２が配設される。
【００２７】
基板載置台１８には、リフト棒２２の上下移動を可能とするガイド孔２２ａが明けられている。リフト棒は、取付部材２３に固定されていが、Ｚ軸移動装置２１により基板載置台１８が上下移動することにより基板載置台１８に対して相対的に上下できる構造となっている。この相対的上下動きにより、基板を基板載置台１８に脱着するとき、基板１９と基板載置台１８との間に搬送ロボット３のハンド（アーム３ａの先端部）が入ることができる。具体的にいえば、ローダから搬送ロボット３のハンドに載置された基板１９は、リフト棒２２が基板載置台１８より上に突出している状態で、リフト棒上に載置される。その後、搬送ロボットのハンドは、退避位置へ戻り、Ｚ軸駆動装置２１により基板載置台１８が上昇し、即ち相対的にリフト棒２２が基板載置台１８より下へ移動して、基板は基板載置台上に載置される。引続き、基板載置台に配設されている減圧孔（図示略）からの吸引により、基板は基板載置台に固定される。基板を基板載置台から取外す工程は、上記工程の逆を実施する。このようにして基板を基板載置台に減圧固定したステージが印刷装置７の下方へ移動した状態が図２である。基板１９の反りが大きい場合、押圧装置６で基板１９を押圧しながら、基板を減圧吸引する。
【００２８】
フレーム２０は、Ｚ軸駆動装置１７の上部に配設されて、ステージ５の上面の外周部を構成する。基板ガイド２４は、基板載置台１８の外周に配設され、基板１８の厚さに対応して上下に移動可能に固定されている。基板１９は、Ｚ軸駆動装置２１により、フレーム２０は、Ｚ軸駆動装置１７によりそれぞれ独立して上下に移動できる。基板１９を基板載置台１８から取り外すために、Ｚ軸駆動装置２１で基板載置台を降下させると、リフト棒２２は、取付部材２３に固定されていて上下に移動しないため、基板載置台との間に間隙（図示略）ができる。この間隙に搬送ロボット３のハンド（図示略）を入れて、基板をハンド上に載せて移動する。
【００２９】
図３は、スキージユニット１１の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。スキージユニット１１は、２組のスキージから構成され、それらの間隔を調整することができる。そしてスキージユニットは、装置の枠体１２に固定されているＹレール３２上を移動する。Ｙレール３２は、サーボモータ３３とボールネジ（図示略）で構成し、移動速度を高精度に制御できるようなっている。
【００３０】
スキージ３１を上下に移動させるエアシリンダ２６は、取付板２９に固定され、シリンダーロッドの下端には、スキージ取付部材３０を介してスキージ３１が取り付けられている。スキージ３１の平行度を高めるために、エアシリンダ２６の両側にガイド棒２８が配設されている。ガイド棒２８は、取付板４５と取付板２９の軸受（図示略）を介して移動可能にスキージ取付部材３０に取付けられている。スキージ３１は、２個あり、往復の印刷を可能としている。そして、図３（ｃ）に示すように、２つのスキージ３１は、独立して上下動ができる。スキージ３１は、フラックス３６を左右方向へ移動させ、フラックス３６を印刷する。フラックスを印刷していない右側のスキージは、上方の待機位置へ避難している。スキージ３１の材質は、硬質ゴムや金属である。マスク３７は、マスク開口を省略してその一部を記載している。
【００３１】
図４は、フラックス印刷用のマスクユニット４４である。（ａ）はマスクユニット４４の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）はチップ接続領域に対応する開口群４２の拡大図の一例である。マスク３７は、フラックス３６を印刷するための開口４３がアディティブ（電鋳法）、化学エッティング、またはレーザ孔明け方法等で形成された金属薄膜で、メタルマスクとも呼ばれる。マスクの厚さは、開口直径の１／３〜１／２前後で極めて薄いので湾曲し易い。湾曲を防止し且つフラックス印刷の精度を高めるために、マスクは、接着シート３７ａ等を介し張力を掛けられた状態でマスク枠１３に固定される。マスック枠にマスクを張られたマスクユニット４４は、マスク枠ガイド２５に挿入された後、移動しないようにクランプされる。
【００３２】
図４（ａ）のＡは、印刷が開始される最初の開口４３で、Ｅは、印刷が終了する最後の開口４３で、Ｃは、ＡとＥの中間にある開口４３である。基板電極の設計によっては、このＣに対応する開口がない場合もあるが、存在するものとして説明をする。印刷ずれは、ＡＡ断面に垂直方向（印刷方向と直角方向）のマスク面にも生じるが、本方法では印刷方向に直角方向の補正はできないので、位置ずれが大きくなる基板又はマスクの方向を印刷方向とすることが好ましい。
【００３３】
マスクの裏面には、２個以上のマスクの位置基準マーク３８が形成されている。これらの基準位置マーク３８は、図４（ａ）のように対角線上に配設される場合と、Ｘレール１０に平行に配設される場合と、Ｙレール１０に平行に配設される場合とがある。基準位置マーク３８の位置（座標）は、マスクユニット４４を印刷装置７に固定した時、ステージ５に搭載されているカメラ３５で計測し、メモリに記憶される。
【００３４】
図４（ｂ）に示す如く、接着シート３７ａは、マスク３７の外周部をマスク枠１３の下面に張力を掛けながら固定する。それらの境界を図４（ａ）に破線で図示してある。
【００３５】
マスク３７に形成されている開口４３の直径は、６０μｍと微細なのでそれぞれを図示することができないので、１個の半導体チップの電極に対応して開口が形成されている領域（開口群４２）を矩形で表示し、その拡大図を図４（ｃ）に示す。この図に示す開口４３は、実際の大きさより大きく作図して見やすくしてある。従って、開口４３の個数は大幅に少なくなっている。マスク３７には、開口群４２が、５×７のマトリックス状に配列されている。
【００３６】
フラックスの印刷の方向を矢印で示す。しかし、スキージ３１の移動方向は、矢印の反対方向にも移動できるようになっており、フラックスの印刷の方向は、矢印の逆方向でも良い。従って本発明において、印刷方向とはこの矢印の方向と１８０度異なる逆方向を含むものである。
【００３７】
図５は、複数個のチップ接続領域４２を有する基板１９を説明するための平面図である。なお、図５の縮尺は、図４と異なる。チップ接続領域４２は、５×７配列で形成されており、振込用マスク３７の開口群４２に対応する。基板の基準位置マーク３９は、対角線上に２個形成されている。これら基準位置マークは、基板１９の辺に平行に設けられても、４個設けても良い。チップ接続領域４２は、電極を省略し矩形で表示してある。
【００３８】
基板１９上のＢは、図４のマスク３７上のＡの開口がフラックスを印刷する位置で、最初にフラックスを印刷する電極である。しかし、印刷位置ずれによりフラックスがＢ上に印刷されるとは限らない。Ｄは、７個一列に並んだチップ接続領域４０の中央で、図４のマスクのＣに対応する位置の電極である。Ｆは、最後に印刷する電極で、図４のマスクのＥに対応する位置の電極である。
【００３９】
図６は、チップ接続領域１個所を拡大した平面図である。４０は、１個のチップの平面図で、電極４１は、図４（ｃ）に図示した開口４３と１対１の対応をしているが、実際の大きさより大きく作図して見やすくしてある。チップを示している周囲の矩形枠は無い場合もある。
【００４０】
図７は、図４（ａ）のＡＡ断面に対応しており、オフコンタクト印刷時の印刷位置のずれを説明するための図で、基板１９を追記してある。換言すると、図７は印刷中のマスクユニットの中央部をスキージの移動方向に垂直に切断した断面図である。縦横比等の寸法比は、実際と異なる。更に、マスク３７にはフラックスを印刷するための開口を図示せず、基板１９には、電極４１と電極上に印刷されたフラックスを図示していない。又、スキージをマスクが基板に当接するまで降下させた時、スキージの先端は、マスクにより前後方向に異なる力を受けるが、曲がることなく、垂直に降下するものとして図示する。しかし、本発明は、フラックスの印刷位置を計測するので、再現性のあるスキージの変形は印刷ずれ防止に対して問題を生じさせない。
【００４１】
マスク３７は、張力を付勢されてマスク枠１３に貼り付けられている。そしてマスク枠１３は、マスク枠ガイド２５を介して架台１２にクランパー（図示略）で固定されている（図２参照）。基板１９は、ステージ５の基板載置台１８に減圧吸着されている。ステージ５は、Ｙレール上も移動可能に配設されているので、基板１９は、矢印の方向と逆方向へ自由に移動できる。又、ステージ５の移動方向は、Ｘレールを用いてＸ軸方向でも良く、任意の水平方向を含む。更に、基板１９は、Ｚ軸駆動装置２１により上下に移動できるので、フラックスの印刷中に上下に移動することもできる。このように、本発明において、フラックスの印刷中に基板１９が移動する方向は、水平方向と垂直方向の組合せででも良い。
【００４２】
マスク１９の変形は、ヤング率、ポアソン比を含む多項式で表示できる。又、有限要素方を用いて変形を定量的に計算することもできる。これらの計算結果からも容易にわかることであるが、印刷されたフラックスの位置ずれを計測しても、スキージ３１は、巾があるので、スキージ３１の巾で中央部と端部では、マスク１９の変形が同一とならないで、フラックスの印刷位置はずれる。しかし、実施例１では、印刷ずれをスキージの中央部で説明する。
【００４３】
マスク３７が基板１９に当接するまでスキージ３１を押し下げた時、マスク３７と基板１９のなす角度を、左方α、右方βとする。スキージ３１がマスク３７の中央部Ｃより左側にある場合、α 〉βである。この角度差により印刷位置がずれる。
【００４４】
図７は、マスクと基板が同一寸法に製造され且つ基板がマスクに正確に位置合わせされた場合を例示している。図７において、スキージ３１がマスクを押圧していない状態のマスク３７を点線で表示してある。又、基板１９とスキージ３１とフラックス４７は、明示するために斜線が付されている。点線で示したマスク上の開口Ａから印刷されたフラックスは、基板の位置Ｇに印刷される。Ｇは、開口Ａの直下にある電極Ｂより左方向にずれている。マスク３７の中央部である開口Ｃにスキージ３１が移動してきたとき、α＝βとなり、Ｈは、Ｃの直下となる。即ち開口Ｃから印刷されるフラックスは、電極Ｄ上に位置ずれすることなく印刷される。次に開口Ｅから印刷されるフラックスは、遅れて印刷され、結果として、電極Ｆ（開口Ｅの直下）より右側へずれてＩに印刷される。
マスク３７がスキージ３１により押し下げられると、マスクは、マスク枠１３に固定されているので、伸びる。マスクは、スキージの押圧点の左右で伸び率が同じ（理想的な場合で実際は摩擦があるので少々異なる）になるように、スキージとの相対位置関係をずらしながら伸びる。具体的には、αがβより大きい場合、β側のマスクは、スキージの下を通り、α側へ移動する。
【００４５】
図８は、更に詳しくフラックスの印刷位置ずれを説明するための図である。図７と同様に、マスクと基板が同一寸法に製造され且つ基板がマスクに正確に位置合わせされた場合で、且つマスクの開口が印刷方向（矢印）に一列で５個のみ場合を例として説明する。従って、それに対応する基板の電極も一列で５個である。図面の煩雑さを避けるために、マスクの開口、基板の電極、と印刷されたフラックスの直径を同じ大きさとして記載し、それぞれに斜線を付して区別してある。開口は、斜線の無い空白、電極は、４５度斜線、印刷されたフラックスは、１３５度斜線である。
Ａ，Ｃ及びＥはマスクの開口４３である。Ｂ，Ｄ及びＦは電極４１である。Ｇ，Ｈ及びＩは印刷されたフラックスである。更に、Ａｃ，Ｃｃ及びＥｃは開口の中心で、Ｂｃ，Ｄｃ及びＦｃは電極の中心で、Ｇｃ，Ｈｃ及びＩｃは印刷されたフラックスの中心である。
なお、位置ずれは、図８の左下端に図示した座標で、電極の中心からフラックスの中心へのベクトルとして表示し、印刷方向の垂直方向に印刷の位置ずれがないものとして作図してある。
【００４６】
図８（ａ）は、マスクの開口を示す。図７と同様に、スキージの移動方向は、図４を９０度回転させた方向（ｙ方向）で図示してある。図８（ｂ）は、基板の電極を示す。マスクと基板が完全に位置合わせされているので、電極の中心Ｂｃ，ＤｃとＦｃは、開口の中心Ａｃ，ＣｃとＥｃの真下である。図８（Ｃ）は、基板上にフラックスを印刷した状態を示す。基板上にフラックスが印刷された領域は、交差斜線で表示されている。図８（ｄ）は、印刷されたフラックスのみを記載した図である。左右対称で中央部では、位置ずれが無い。
【００４７】
次に、フラックスの印刷位置ずれ量の計測について説明する。印刷されたフラックスの平面は、ほぼ円形であるので、印刷されたフラックスを画像認識し、その形状を円形として画像処理して印刷されたフラックスの中心（座標）を算出する。基板の基準位置マークを計測するカメラ３４で、フラックスを印刷後、計測する。同様にして電極の中心座標を計測する。又、目視で中心座標を計測する場合は、基板をステージから外して工具顕微鏡を用い、工具顕微鏡の視界中心に設けられている円形マークと、フラックスの外形を合せその中心座標を読む。一方、電極の中心座標は、同様にして、電極の外形を定めてその中心座標を読む。
【００４８】
図８（ａ）は、マスクの開口を示し、左端（印刷の開始端）の開口がＡ、中央がＣ，右端（印刷の終止端）がＥである。これに対応する電極が図８（ｂ）で、左端がＢ，中央がＤ，右端がＦである。図８（ｃ）は、フラックスが印刷された状態を示している。開口Ｃで印刷したフラックスは、電極Ｄ上に印刷されている。しかし、開口Ａで印刷されたフラックスの中心Ｇｃは、電極の中心Ｂｃより左へ距離ａずれている。そして、開口Ｅで印刷されたフラックスの中心Ｉｃは、電極の中心Ｆｃより右へ距離ｂずれている。
【００４９】
「ａ」と「ｂ」は、電極の中心からの長さと方向を備えたベクトルで、ベクトルとして扱う場合ａ（ベクトル）、ｂ（ベクトル）と表示する。単にａ、ｂと表示した場合は、長さだけを表す。長さの加減算を行う場合、フラックスの中心が電極の中心より左へずれる場合は負の符号を付け、逆に右へずれる場合は正の符号をつける。
電極Ｂと電極Ｆの中心間距離をＬｅとし、印刷されたフラックスＧとフラックスＩの中心距離をＬｆとすると、Ｌｆ―Ｌｅ＝ｂ（ベクトル）−ａ（ベクトル）＝ｂ＋ａとなる。この式は、上記条件に限定されないで、一般化することができる。
【００５０】
他方、印刷中に基板を移動する考え方を簡潔に表現すると、距離Ｌｆが距離Ｌｅより大きい場合、基板を印刷方向へ移動させ、見掛け上のＬｅを大きくする。一方、ＬｅがＬｆより大きい場合、基板を印刷方向と反対方向へ移動させて、見掛け上のＬｅを小さくする。又、印刷開始の印刷ずれを防止する方法は、最初に印刷されたフラックスの位置ずれ量だけ移動した後、印刷を開始する。
【００５１】
次に、印刷位置ずれの補正値（フラックス印刷を最初にする前に基板を移動する移動量と印刷中に基板を移動する移動速度）を算出する方法について、図８を参照しながら図９を用いて説明する。図９は、フラックス印刷の位置ずれを算出するフローチャートである。
ステップ１（Ｓ１）は、基板をステージに載置して、減圧吸着して固定する。基板が大きく反っている場合、基板を押圧し平坦して減圧吸引する。
ステップ２（Ｓ２）は、マスクの基準位置マークの座標と、基板の基準位置マークの座標の計測データを用いて、マスクと基板を位置合わせする。
ステップ３（Ｓ３）は、基板とマスクのギャップを２ｍｍに設定する。
ステップ４(Ｓ４)は、フラックスを基板に印刷する。
ステップ５は、最初に印刷する基板の電極の中心Ｂｃと、その電極に対応して印刷されたフラックスの中心Ｇｃの座標を計測する。次に、最後に印刷する基板の電極の中心Ｆｃと、その電極に対応して印刷されたフラックスの中心Ｉｃの座標を計測する。
【００５２】
ステップ６（Ｓ６）は、それらの計測データから、
（１）
最初の電極の中心Ｂｃから、最初に印刷されたフラックスの中心Ｇｃへのずれａ（ベクトル）を算出する。
（２）
最初の電極の中心Ｂｃと最後に印刷される電極の中心Ｆｃの距離Ｌｅを算出する。
（３）
最後の電極の中心Ｆｃから、最後に印刷されたフラックスの中心Ｉｃへのすれｂ（ベクトル）を算出する。
【００５３】
次に、上記計算データを用いて、基板の移動開始の座標を計算する。最初に印刷されるフラックスＧが最初に印刷されるべき電極Ｂ上にずれることなく印刷されるためには、基板をａ（ベクトル）だけ移動した座標をフラックスの印刷開始座標とする。但し、本発明において、位置ずれのベクトルの方向は、電極の中心から印刷されたフラックスの中心の方向である。図８の左下隅に記載した座標に対応させると、ａはマイナスの値であり、ｂはプラスの値である。以下、電極と印刷されたフラックスの距離は、電極からのフラックスまでの距離で、方向によりプラスとマイナスの符号を付けて計算する。
【００５４】
次に、基板の移動を終了させる座標を計算する。最初に印刷するフラックスを電極に合せるために基板を移動しない場合、基板をｂ（ベクトル）だけ移動することにより最後に印刷されるべき電極Ｆ上に最後に印刷されるフラックスＩを重ねて印刷できる。
【００５５】
ステップ７は、基板の移動方向と移動速度を計算する。最初に印刷されたフラックスの中心Ｇｃと最後に印刷されたフラックスの中心Ｉｃの距離Ｌｆと、フラックスが最初に印刷される電極の中心Ｂｃと最後に印刷される電極の中心Ｆｃの距離Ｌｅとの差ｃ（ベクトル）は、ｂ（ベクトル）−ａ（ベクトル）である。従って、基板をａ（ベクトル）だけ移動してフラックスの印刷を開始した後、基板をｃ（ベクトル）だけ移動することにより、最後に印刷されるフラックスの中心Ｉｃは、最後に印刷される電極の中心Ｆｃと一致する。
【００５６】
ここでスキージ３１の移動速度をｕとすると、スキージがＢｃからＦｃへ移動する時間ｔは、ｔ＝Ｌｆ／ｕとなる。従って、上記時間ｔ内に基板をｃ（ベクトル）だけ移動することにより、電極の中心Ｆｃとフラックスの中心Ｉｃが一致する。 このようなことから、電極ＦとフラックスＩを一致させるには、基板の移動速度ｖは、ｖ＝ｃ＊ｕ／Ｌｆで移動させれば良い。電極Ｆの印刷が終了時に基板の移動を停止して良いが、余裕をもって数秒後に停止すると良い。
【００５７】
次に、位置ずれ補正値を用いたフラックス印刷方法について図１１を参照しながら説明する。図１０は、上記の位置ずれ補正値を用いた印刷のフローチャートである。使用する基板は、位置ずれの補正値を算出するために使用した基板と同一条件で製造された他の基板である。なお。位置ずれの補正値を算出するために使用した基板を洗浄して使用しても良い。
ステップ１（Ｓ１）は、基板をステージに載置する。
ステップ２(Ｓ２)は、マスクに基板を位置合わせする。図１１（ａ）に相当する。この状態では、最初に印刷されるフラックスは、ａ（ベクトル）だけずれている。
ステップ３(Ｓ３)は、基板とマスクのギャップを２ｍｍ（位置ずれ補正値を算出した条件と同じ）とする。
ステップ４(Ｓ４)は、フラックスをマスク上に供給する。
【００５８】
ステップ５(Ｓ５)は、基板をａ（ベクトル）だけ印刷方向に移動して最初に印刷されるフラックスの位置ずれを補正する。図１１（ｂ）に相当する。なお、基板の移動は、ステージを移動させて行う。
ステップ６(Ｓ６)は、最初に印刷される開口に達しない位置からスキージの移動を開始する。
ステップ７(Ｓ７)は、スキージが最初に印刷する開口の中心に達したとき、基板を所定の速度ｖ（ｃ＊ｕ／Ｌｆ）で移動を開始する。図１１（ｃ）に相当する。
ステップ８（Ｓ８）は、スキージが最後に印刷する開口の中心に達した時（図１１（ｄ）に相当する）、基板の移動を中止する。スキージが最後に印刷する開口の中心に達した時は、移動開始後の時間ｔとする。なお、基板の移動の中止は、必ずしも絶対的に必要ではなく、フラックス印刷終了まで、移動を続けても良い。
ステップ９(Ｓ９)は、フラックス印刷終了後、スキージを上昇させる。
ステップ１０（Ｓ１０）は、印刷された基板を基板載置台から外して、ボール搭載工程等の次工程へおくる。
【００５９】
図１１は、基板を移動して印刷位置ずれを補正する方法において、マスク３７と基板１９の位置関係を示す。マスク３７は固定で、基板１９がステージで移動する。マスク３７には、基板の位置との位置関係を説明するために、最初に印刷する開口Ａと最後に印刷する開口Ｅを表示してある。フラックスの印刷方向（スキージの移動方向）は、左から右である。基板１９には、最初に印刷される電極Ｂと最後に印刷される電極Ｆを表示し、更に、最初に印刷されるフラックスＧと最後に印刷されるフラックスＩを表示してある。
（ａ）は、マスクと基板を基準位置マークで合せたときの位置である。なお、基板には、印刷位置ずれの計測時の符号は付されていないが、位置関係を分かりやすくするために付してある。フラックスＧは、電極Ｂより左へ（マイナス）ａずれている。又、フラックスＩは、電極Ｆより右へ（プラス）ｂずれている。基板１９とマスク３７とのキャップは、２ｍｍで拡大して図示されている。
【００６０】
（ｂ）は、最初に印刷される電極Ｂが開口Ａで印刷されるフラックスＧに重なり合うように移動した状態を示す。最初に印刷される電極Ｂは、Ｇより右側にあるので、最初に印刷される電極Ｂ上に最初に印刷されるフラックスを印刷するためには、基板１９を左方（印刷方向と逆方向）へａだけ移動する。このため、すべての電極はａだけ左方へ移動する。尚、この状態でフラックスの印刷が開始される。
（ｃ）は、フラックスを印刷しながら基板を右方（印刷方向）へ移動速度ｖで移動している状態を示す。
（ｄ）は、基板１９を距離（ａ＋ｂ）だけ右側へ移動させて、最後に印刷する電極Ｆを最後に印刷する開口Ｅが印刷したフラックスＩに重なり合わせた状態である。以後、基板１９は、移動しても又は停止しても良い。
【実施例２】
【００６１】
基板とマスクのギャップに起因する印刷位置ずれは、基板の位置に対して線形でなく、補正する間隔を小さくしないと直線補間の誤差が大きくなる。フラックス印刷の位置ずれは、一般的に印刷開始点と印刷終了点で大きく、それらの中間部では小さい。一方、マスクと基板の製造誤差は、直線補間できる場合が多い。
実施例１は、最初と最後に印刷されるフラックスが所定の電極上にずれ無く印刷されるが、中間の電極に印刷されるフラックスは、直線補間のため、少量ではあるが、ずれる場合がある。
【００６２】
実施例２は、印刷位置ずれを補間する間隔を短くして、中間の電極での補間精度を高める方法である。フラックスを印刷したときの基板との印刷位置ずれを印刷方向で測定する測定個所をｎ（３以上の整数）とし、隣りあう測定個所の間隔は、簡単に補正できるように等間隔とする。実施例１と同様なことは、記載を省略する。ｎ＝２の場合が実施例１である。
先ず、位置ずれをなくすための計測と演算を実行する。フラックスの印刷ずれを実測するために、基板とマスクとを位置合わせした後、基板上にフラックスを印刷する。ｋ番目の電極の中心座標をｅ（ｋ）、ｋ番目に印刷されたフラックスの中心座標をｆ（ｋ）とする。ｋ番目の印刷位置ずれ量をａ（ｋ）（ベクトル）、そして（ｋ＋１）番目の印刷位置ずれ量をａ（ｋ＋１）（ベクトル）とする。ｆ（ｋ＋１）とｆ（ｋ）の間隔をＬ（ｋ）とする。次に、スキージの移動速度ｕを設定して、位置ずれ量を補正するための基板の移動速度であるｖ（ｋ）(ベクトル)と移動時間ｔ（ｋ）を、実施例１と同様に算出する。但し、ｋは、１〜（ｎ―１）の整数である。更に、座標は一次元で印刷方向である。
【００６３】
（数１）
ａ（ｋ）＝ｅ（ｋ）−ｆ（ｋ）
【００６４】
（数２）
Ｌ（ｋ）＝ｆ（ｋ＋１）−ｆ（ｋ）
【００６５】
（数３）
ｔ（ｋ）＝Ｌ（ｋ）／ｕ
【００６６】
（数４）
ｖ（ｋ）＝ａ（ｋ）／ｔ（ｋ）（＝ａ（ｋ）＊ｕ／Ｌ（ｋ））
【００６７】
次に、位置ずれを補正した印刷方法を説明する。
先ず、印刷を開始する位置の位置ずれをなくすために、基板をａ（１）（ベクトル）だけ移動して印刷を開始する。
次に、印刷中に基板を移動させ方法について説明する。
先ず、ｋ＝１として、速度ｖ（１）（ベクトル）で、時間ｔ(１)だけ基板を移動する。その後、ｋを１ずつ増加させて、速度ｖ（ｋ）（ベクトル）で、時間ｔ(ｋ)だけ基板を移動して、ｋ＝ｎ−１になったとき基板の移動を中止し、暫時、スキージを移動させた後、印刷を中止する。なお、実施例１と同様に印刷終了後も、基板を移動させても良い。この方法により、位置ずれの補間精度を高くすることができる。
【実施例３】
【００６８】
実施例１と実施例２では、基本的な印刷ずれの補正方法を説明した。実施例３は、それらの変形例である。
図５においては、最初に印刷される電極をＢの１点で示したが、計測し難いことや、印刷が不安定になること等の条件がある場合、基板の中央方向に配設された電極Ｂ１の印刷ずれを計測して、印刷位置ずれの補正を行っても良い。最後に印刷される電極も同様で、基板の中央方向に配設された電極Ｆ１の印刷ずれを計測しても良い。印刷方向で任意の電極を計測し、それに対応して印刷されたフラックスの中心座標を演算して、印刷ずれを補正することが、実施例３の一例である。この実施例は、印刷ずれの補正精度を高めることができる。
【実施例４】
【００６９】
更に図５において、最初に印刷される電極Ｂが、印刷方向に直角方向に対して１点であるが、複数点を計測すると良い。最初に印刷される電極として、Ｂの他に、Ｂ２とＢ３とを追加し、それらに対応して印刷されたフラックスの中心座標を計測する。最後に印刷される電極として、Ｆの他に、Ｆ２とＦ３とを追加し、それらの平均値を用いて、印刷ずれを補正する。基板の移動速度や移動時間等の計算は、実施例１及び２と同様である。この実施例は、印刷ずれの補正精度を高めることができる。
【００７０】
本発明において、フラックスは、ロジン、ロジン誘導体、活性剤、チキソ剤、溶剤等からなり、活性剤は、カルボン酸にアミンのハロゲン化水素塩を添加したものからなる。更に、本発明において、発明の説明にフラックスを用いたが、クリームはんだ、導電性ペースト、非導電性ペースト等の他、更に、他の有機液体や無機物を含む有機液体等ら含めたものを印刷剤と定義する。
【００７１】
上記に記載した通り、印刷位置ずれ量の実測方法、位置ずれ計算方法等は、多種多様で、印刷剤も多種多様である。本発明は、印刷位置ずれ量の実測方法や位置ずれ計算方法、さらに印刷剤を特定の物質に限定されるものでないことは自明である。本発明は、実測した印刷位置ずれ量に基づいて基板を移動させて印刷位置ずれを補正することを特徴するものである。又、印刷位置ずれ量の測定回数を１回で説明したが、印刷位置ずれ量の測定を複数回行い測定誤差の低減を図ることも本発明に含まれる。更に、本発明で印刷ずれの補正値は、最初に印刷する位置を補正する基板の移動量と、印刷しながら基板を所定速度で移動する移動速度からなる。
【００７２】
本発明において、基板とマスクのギャップは、２ｍｍに限定されるものではなく、０．５〜３ｍｍでも良い。マスク３７に形成されている開口４３の直径を６０μｍで実施例に記載したが、開口の直径は、２０〜３００μｍでも良い。又。基板１９の種類は、ウエハとプリント配線板である。又、リフト棒２２は、リフト棒が基板を相対的に押上げる時に、基板の変形や損傷を防止するために、本数増やすことと、リフト棒の断面積を大きくすると良い。更に。ボール振込ヘッド４９は、ボール振込み時間を短縮するために、２個以上でも、例えば、横に４個、縦（振込み方向）に２個のマトリックス状に配設しても良い。加えて、ステージ５は、印刷装置７用とはんだボール振込装置９用の２台でも良い。
【００７３】
本発明において、印刷装置とは、基板を載置する基板載置台と、基板をＸＹＺθ方向へ移動する駆動装置と、マスクを保持する枠体と、マスクを介して印刷剤を基板へ印刷するスキージと、スキージを印刷方向と上下方向に移動させる駆動機構とを有する装置をいう。
【００７４】
本発明において、ボール搭載装置とは、基板のローダ／アンローダと、マスク上に供給されたフラックスを基板に印刷する装置と、マスク上に供給されたはんだボールを基板に振込むボール振込装置とを有する装置をいう。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、ボール搭載用のフラックス印刷以外に、クリーム半田印刷、カラーフィルター印刷、有機ＥＬの印刷、無機ＥＬの印刷、導電性ペーストの印刷、非導電性ペーストの印刷等に有効である。本発明は、長尺で、寸法の製造誤差の大きなマスクと基板に対して特段の効果がある。更に、このオフコンタクト印刷方法は、直径が３０〜８０μｍの微小なはんだボールを搭載するボール搭載に不可欠で、このオフコンタクト印刷方法を用いることにより、微小ボールのボール搭載の実用化を可能にする。
【符号の説明】
【００７６】
１ ボール搭載装置
２ ローダ／アンローダ装置
３ 搬送ロボット
３ａ ハンド
４ プレアライナー
５ ステージ
６ 押圧装置
７ 印刷装置
８ マスク洗浄装置
９ ボール振込装置
１０ Ｘレール
１１ スキージユニット
１２ 架体
１３ マスク枠
１４ Ｙレール
１５ ベース板
１６ θ軸モータ
１７ Ｚ軸駆動装置
１８ 基板載置台
１９ 基板
２０ フレーム
２１ Ｚ軸駆動装置
２２ リフト棒
２２ａ ガイド孔
２３ 取付部材
２４ 基板ガイド
２５ マスク枠ガイド
２６ エアシリンダ
２７ シリンダロッド
２８ ガイド棒
２９ 取付板
３０ スキージ取付部材
３１ スキージ
３２ Ｙレール
３３ サーボモータ
３４ カメラ（下向き）
３５ カメラ（上向き）
３６ フラックス
３７ 印刷用マスク
３８ マスクの基準位置マーク
３９ 基板の基準位置マーク
４０ チップ接続領域
４１ 電極
４２ マスクの開口群
４３ 開口
４４ マスクユニット
４５ 取付板
４６ 支柱
４７ フラックス
４８ はんだボール
４９ ボール振込みヘッド
５０ 振込用マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボール搭載装置等に用いるフラックス（印刷剤）のオフコンタクト印刷方法、オフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置及びオフコンタクト印刷方法を用いたボール搭載装置に関し、詳しくは印刷位置ずれを補正する印刷方法に係るものである。更に、このオフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置とボール搭載装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に形成された電極上にマスクに形成された開口からフラックスをオフコンタクトで印刷する印刷方法は、実用に供されている。そして、マスクと基板とのキャップに起因する印刷位置ずれを幾何学的に計算して、マスクの設計値を予め補正するマスク設計方法も公知である。
【０００３】
しかし、マスクの設計値を幾何学的計算値等で高精度に補正する方法は、多くのパラメータ（例えば、マスクを構成する材料のヤング率、ポアソン比、貼り付け強度、フラックスを介してのスキージとマスクの摩擦係数等）が必要であり、マスクの設計値を高精度に補正することは困難である。
【０００４】
更に、上記の方法では、マスクと基板の製造誤差を補正できない致命的な欠陥がある。大型でファインピッチのマスクと基板の製造誤差は、隣接する開口間や電極間での誤差は小さいが、それらを累積するとピッチ間隔に対して大きくなる。例示すると、電極形成領域の長さが３００ｍｍの基板電極間の製造誤差の最大値は大略±１５μｍで、開口形成領域の長さが３００ｍｍのマスク開口間の製造誤差は大略±２０μｍである。従って、このような精度のマスクを用いて基板の電極にフラックスを印刷する場合、印刷されたフラックスと電極との位置ずれ量は、最大でプラスマイナス２５μｍ前後となる。このようなことから、電極の直径が５０μｍの場合、フラックスが覆う電極の面積が半分以下となる場合が発生する。ファインピッチのフラックス印刷では電極を覆うフラックスの厚さが薄くなるので、フラックス印刷の位置ずれによるフラックス不足に起因する接合不良が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７９９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、マスクと基板のギャップに起因するフラックス印刷位置のずれ量と、マスクと基板の製造誤差に起因するフラックス印刷位置のずれ量の双方を補正することができない点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、キャップ印刷に起因するフラックスの印刷ずれと、マスクと基板の製造誤差に基づくフラックスの印刷ずれと、その他の要因（例えば、印刷中のスキージの押圧摩擦によるマスクの伸び）に起因して惹起するフラックス印刷の位置ずれを一括して補正することを主な特徴とする。更に、マスクと基板の寸法上の製造誤差をオフコンタクト印刷の特性を生かして補正することを特長とする。
【０００８】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板をステージに搭載する工程と、基板をマスクに位置合わせする工程と、基板とマスクの間隔を所定距離に設定する工程と、印刷剤をマスク上に供給する工程と、スキージを降下させてマスクの一部を基板に当接させる工程と、スキージを基板に沿って移動させ、印刷剤をマスクに配設された開口から基板上に印刷する印刷工程と、印刷工程の後、スキージを上昇させてマスクを基板から離間する工程と、基板を次の工程へ送る工程とからなるオフコンタクト印刷方法において、第１の基板を用いて、印刷された印刷剤と電極のずれ量を計測するずれ量計測工程と、ずれ量に基づいて、最初に印刷される印刷剤が最初に印刷される第２の基板の電極とずれないように、第２の基板を移動する工程と、ずれ量に基づいて、第２の基板をスキージの移動方向に移動させながら、印刷剤を第２の基板に印刷する工程を含むことを特徴とする。
本発明の特徴は、電極上に印刷された印刷剤の印刷ずれを計測したデータに基づいて、他の基板を移動させながら印刷することにあり、第２の基板は、第２だけでなく、第３、４、更にｍ（ｍは、５以上の整数）の基板を含む。
【０００９】
本発明は、ずれ量計測工程において、ずれ量の計測位置は、第１計測位置から第ｎ（ｎは、２以上の整数）計測位置かなり、所定の２ヶ所の計測位置の間でのずれ量に基づいて基板の移動速度を演算して、所定の２ヶ所の計測位置の間において基板を上記移動速度で移動させながら印刷剤を印刷することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、第１計測位置が最初に印刷された印刷剤の位置であり、且つ第ｎ計測位置は、最後に印刷された印刷剤の位置であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板に形成された複数の電極の上に印刷剤を印刷するための開口を有するマスクと、基板を載置してマスクの下方で移動可能に配設されたステージと、マスク上に供給された印刷剤を上記開口から上記電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて、基板をステージに載置する工程と、マスクの下方へ基板を移動し且つマスクと基板とのギャップを所定間隔に設定する工程と、スキージをマスクに沿って移動してマスク上に供給された印刷剤を開口から電極上に印刷する印刷工程と、そして基板をステージから取り外す工程を含む印刷方法で印刷剤を基板に印刷するオフコンタクト印刷方法において、印刷工程は、印刷される印刷剤の位置と電極の位置とのずれを減少させるように印刷剤印刷中に基板を水平方向へ移動させる操作を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、マスクの開口から印刷された印刷剤の座標と基板の電極の座標を計測する工程と、電極の座標と印刷剤の座標とのずれ量に基づいて基板を水平方向に移動させる移動量と移動速度を計算する工程と、移動量と移動速度に基づいて印刷剤印刷中に基板を水平方向に移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記オフコンタクト印刷方法を用いた印刷装置を特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記オフコンタクト印刷方法を用いたボール搭載装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板に印刷されたフラックスと電極とのずれ量に基づいてフラックス印刷中に基板を移動するので、マスクと基板の製造誤差を含めた全ての差異を補正できるメリットがある。
【００１６】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、基板とマスクの製造誤差が大きくなる長い基板の精密印刷に適している。２０ｃｍを越える長尺物、更に１ｍを越える長尺物の高精度印刷に特に適している。
【００１７】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、ボール搭載装置用フラックス印刷以外に、液晶表示体、プラズマ表示体、有機ＥＬ表示体等及びそれら用のマスク、導電性ペースト、太陽電池の電極等の印刷、更には、有機ＥＬ剤の印刷等にも有効で、このオフコンタクト印刷方法を用いることにより、大型の精密印刷装置や、大型の微小はんだボール搭載装置の実用化を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１はボール搭載装置を説明するための平面図である。
【図２】図２は印刷装置の正面図の説明図である。
【図３】図３はスキージユニットを説明するための図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】図４はマスクユニットの説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ断面図、（ｃ）は開口群４２の拡大図である。
【図５】図５は基板の説明図で、平面図である。
【図６】図６は基板に配設されたチップ接続領域の拡大図である。
【図７】図７はオフコンタクト印刷を説明するための図である。
【図８】図８はフラックス印刷位置ずれの状態を説明するための図である。
【図９】図９はフラックス印刷位置ずれを算出するフローチャートである。
【図１０】図１０は位置ずれを補正する印刷方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は印刷位置ずれを補正するために基板を移動するステップを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、オフコンタクト印刷に固有な印刷位置ずれと、基板とマスクの製造誤差により生じるフラックの印刷位置ずれ等を、基板を移動することにより、一括して補正することを可能とした。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の印刷装置７を含むはんだボール搭載装置１の平面図である。ボール搭載装置１は、基板１９の電極４１にはんだボール４８を搭載する装置であり、基板のローダ／アンローダ２と、ローダ／アンローダ２とプレアライナー４とステージ５との間で基板を搬送する搬送ロボット３と、基板の位置と方向を粗調節するプレアライナー４と、押圧装置６と印刷装置７とボール振込装置９との間をＸレール１０上で移動するステージ５と、ステージ５上の基板を押圧して平坦化する押圧装置６と、基板にフラックスを印刷する印刷装置７と、フラックスが印刷された基板にはんだボールを振込むボール振込装置９とからなる。
【００２１】
基板１９は、はんだボール未搭載の基板を保管しているローダ／アンローダ２から搬送ロボット３で取り出され、プレアライナー４上に載置される。基板の方向と位置を粗調整下後、ステージ５上に搭載され押圧装置６で基板載置台１８に押圧され平坦化された状態でセットされる。
【００２２】
印刷装置７とボール振込装置９の間に２台のカメラ３４が下向きに配設されている。これらのカメラは、ステージ上の基板の基準位置マーク３９を計測し、マスクとの位置合わせをするための計測器である。なお、基板を載置したステージがＸレール１０上を移動するとき、基板に設けられた基準位置マークがカメラ３４の視野内にないと基準位置マークをカメラが検出できないので、ステージは迷走する。この迷走を防止するために、プレアライナーは、基板の基準位置マークがステージが移動中にカメラの視野内に入るように位置合せする。
【００２３】
図１において、３ａは基板１９を搬送するロボット３のハンド、８は印刷マスク３７の下面クリーニング装置、１２は装置の架体、１４はステージ５のＹレール、３７は印刷用マスクである。
【００２４】
ボール搭載装置９は、２組のボール振込ヘッド４９と振込用マスク５０からなる。ボール振込ヘッド４９は、それぞれボール供給装置を一体に配設し、ボール供給装置から振込用マスク５０上に供給されたはんだボールを保持しながら振込用マスク５０上を移動する。はんだボールは、振込用マスク５０に設けられた開口から基板上に振込まれる。
【００２５】
図２は、本発明に使用した印刷装置７を説明するための正面図である。印刷装置７は、スキージユニット１１と、マスクユニット４４と、架体１２と、からなる。スキージユニット１１は、図３で説明する。マスクユニット４４は、マスク枠１３と印刷用マスク３７からなり、取り外し可能に取付部材２５を介して架体１２固定されて、図４で詳しく説明する。印刷装置７の下方にステージ５が、Ｘレール１０とＹレール１４により移動可能に配設されている。図が錯綜しているので、フレーム２０と基板ガイド２４とマスク枠ガイドを断面で示す。
【００２６】
ステージ５は、ベース板１５の上に組み立てられていて、Ｘレール１０とＹレール１４上（水平面内）を自由に移動できるようになっている。ベース板１５上には、θ軸モータ１６とＺ軸駆動装置１７が独立して配置される。フレーム２０は、基板載置台１８の外縁で且つＺ軸駆動装置１７の上端に上下移動可能に配設されている。θ軸モータ１６は、基板載置台１８を水平面内で回転し、基板載置台に載置された基板１９とマスクとの水平面内の角度ずれを補正する。そして、θ軸モータの上部に配設した取付部材２３を介して４個のＺ軸駆動装置２１と４本のリフト棒２２が配設される。
【００２７】
基板載置台１８には、リフト棒２２の上下移動を可能とするガイド孔２２ａが明けられている。リフト棒は、取付部材２３に固定されていが、Ｚ軸移動装置２１により基板載置台１８が上下移動することにより基板載置台１８に対して相対的に上下できる構造となっている。この相対的上下動きにより、基板を基板載置台１８に脱着するとき、基板１９と基板載置台１８との間に搬送ロボット３のハンド（アーム３ａの先端部）が入ることができる。具体的にいえば、ローダから搬送ロボット３のハンドに載置された基板１９は、リフト棒２２が基板載置台１８より上に突出している状態で、リフト棒上に載置される。その後、搬送ロボットのハンドは、退避位置へ戻り、Ｚ軸駆動装置２１により基板載置台１８が上昇し、即ち相対的にリフト棒２２が基板載置台１８より下へ移動して、基板は基板載置台上に載置される。引続き、基板載置台に配設されている減圧孔（図示略）からの吸引により、基板は基板載置台に固定される。基板を基板載置台から取外す工程は、上記工程の逆を実施する。このようにして基板を基板載置台に減圧固定したステージが印刷装置７の下方へ移動した状態が図２である。基板１９の反りが大きい場合、押圧装置６で基板１９を押圧しながら、基板を減圧吸引する。
【００２８】
フレーム２０は、Ｚ軸駆動装置１７の上部に配設されて、ステージ５の上面の外周部を構成する。基板ガイド２４は、基板載置台１８の外周に配設され、基板１８の厚さに対応して上下に移動可能に固定されている。基板１９は、Ｚ軸駆動装置２１により、フレーム２０は、Ｚ軸駆動装置１７によりそれぞれ独立して上下に移動できる。基板１９を基板載置台１８から取り外すために、Ｚ軸駆動装置２１で基板載置台を降下させると、リフト棒２２は、取付部材２３に固定されていて上下に移動しないため、基板載置台との間に間隙（図示略）ができる。この間隙に搬送ロボット３のハンド（図示略）を入れて、基板をハンド上に載せて移動する。
【００２９】
図３は、スキージユニット１１の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。スキージユニット１１は、２組のスキージから構成され、それらの間隔を調整することができる。そしてスキージユニットは、装置の枠体１２に固定されているＹレール３２上を移動する。Ｙレール３２は、サーボモータ３３とボールネジ（図示略）で構成し、移動速度を高精度に制御できるようなっている。
【００３０】
スキージ３１を上下に移動させるエアシリンダ２６は、取付板２９に固定され、シリンダーロッドの下端には、スキージ取付部材３０を介してスキージ３１が取り付けられている。スキージ３１の平行度を高めるために、エアシリンダ２６の両側にガイド棒２８が配設されている。ガイド棒２８は、取付板４５と取付板２９の軸受（図示略）を介して移動可能にスキージ取付部材３０に取付けられている。スキージ３１は、２個あり、往復の印刷を可能としている。そして、図３（ｃ）に示すように、２つのスキージ３１は、独立して上下動ができる。スキージ３１は、フラックス３６を左右方向へ移動させ、フラックス３６を印刷する。フラックスを印刷していない右側のスキージは、上方の待機位置へ避難している。スキージ３１の材質は、硬質ゴムや金属である。マスク３７は、マスク開口を省略してその一部を記載している。
【００３１】
図４は、フラックス印刷用のマスクユニット４４である。（ａ）はマスクユニット４４の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）はチップ接続領域に対応する開口群４２の拡大図の一例である。マスク３７は、フラックス３６を印刷するための開口４３がアディティブ（電鋳法）、化学エッティング、またはレーザ孔明け方法等で形成された金属薄膜で、メタルマスクとも呼ばれる。マスクの厚さは、開口直径の１／３〜１／２前後で極めて薄いので湾曲し易い。湾曲を防止し且つフラックス印刷の精度を高めるために、マスクは、接着シート３７ａ等を介し張力を掛けられた状態でマスク枠１３に固定される。マスック枠にマスクを張られたマスクユニット４４は、マスク枠ガイド２５に挿入された後、移動しないようにクランプされる。
【００３２】
図４（ａ）のＡは、印刷が開始される最初の開口４３で、Ｅは、印刷が終了する最後の開口４３で、Ｃは、ＡとＥの中間にある開口４３である。基板電極の設計によっては、このＣに対応する開口がない場合もあるが、存在するものとして説明をする。印刷ずれは、ＡＡ断面に垂直方向（印刷方向と直角方向）のマスク面にも生じるが、本方法では印刷方向に直角方向の補正はできないので、位置ずれが大きくなる基板又はマスクの方向を印刷方向とすることが好ましい。
【００３３】
マスクの裏面には、２個以上のマスクの位置基準マーク３８が形成されている。これらの基準位置マーク３８は、図４（ａ）のように対角線上に配設される場合と、Ｘレール１０に平行に配設される場合と、Ｙレール１０に平行に配設される場合とがある。基準位置マーク３８の位置（座標）は、マスクユニット４４を印刷装置７に固定した時、ステージ５に搭載されているカメラ３５で計測し、メモリに記憶される。
【００３４】
図４（ｂ）に示す如く、接着シート３７ａは、マスク３７の外周部をマスク枠１３の下面に張力を掛けながら固定する。それらの境界を図４（ａ）に破線で図示してある。
【００３５】
マスク３７に形成されている開口４３の直径は、６０μｍと微細なのでそれぞれを図示することができないので、１個の半導体チップの電極に対応して開口が形成されている領域（開口群４２）を矩形で表示し、その拡大図を図４（ｃ）に示す。この図に示す開口４３は、実際の大きさより大きく作図して見やすくしてある。従って、開口４３の個数は大幅に少なくなっている。マスク３７には、開口群４２が、５×７のマトリックス状に配列されている。
【００３６】
フラックスの印刷の方向を矢印で示す。しかし、スキージ３１の移動方向は、矢印の反対方向にも移動できるようになっており、フラックスの印刷の方向は、矢印の逆方向でも良い。従って本発明において、印刷方向とはこの矢印の方向と１８０度異なる逆方向を含むものである。
【００３７】
図５は、複数個のチップ接続領域４２を有する基板１９を説明するための平面図である。なお、図５の縮尺は、図４と異なる。チップ接続領域４２は、５×７配列で形成されており、振込用マスク３７の開口群４２に対応する。基板の基準位置マーク３９は、対角線上に２個形成されている。これら基準位置マークは、基板１９の辺に平行に設けられても、４個設けても良い。チップ接続領域４２は、電極を省略し矩形で表示してある。
【００３８】
基板１９上のＢは、図４のマスク３７上のＡの開口がフラックスを印刷する位置で、最初にフラックスを印刷する電極である。しかし、印刷位置ずれによりフラックスがＢ上に印刷されるとは限らない。Ｄは、７個一列に並んだチップ接続領域４０の中央で、図４のマスクのＣに対応する位置の電極である。Ｆは、最後に印刷する電極で、図４のマスクのＥに対応する位置の電極である。
【００３９】
図６は、チップ接続領域１個所を拡大した平面図である。４０は、１個のチップの平面図で、電極４１は、図４（ｃ）に図示した開口４３と１対１の対応をしているが、実際の大きさより大きく作図して見やすくしてある。チップを示している周囲の矩形枠は無い場合もある。
【００４０】
図７は、図４（ａ）のＡＡ断面に対応しており、オフコンタクト印刷時の印刷位置のずれを説明するための図で、基板１９を追記してある。換言すると、図７は印刷中のマスクユニットの中央部をスキージの移動方向に垂直に切断した断面図である。縦横比等の寸法比は、実際と異なる。更に、マスク３７にはフラックスを印刷するための開口を図示せず、基板１９には、電極４１と電極上に印刷されたフラックスを図示していない。又、スキージをマスクが基板に当接するまで降下させた時、スキージの先端は、マスクにより前後方向に異なる力を受けるが、曲がることなく、垂直に降下するものとして図示する。しかし、本発明は、フラックスの印刷位置を計測するので、再現性のあるスキージの変形は印刷ずれ防止に対して問題を生じさせない。
【００４１】
マスク３７は、張力を付勢されてマスク枠１３に貼り付けられている。そしてマスク枠１３は、マスク枠ガイド２５を介して架台１２にクランパー（図示略）で固定されている（図２参照）。基板１９は、ステージ５の基板載置台１８に減圧吸着されている。ステージ５は、Ｙレール上も移動可能に配設されているので、基板１９は、矢印の方向と逆方向へ自由に移動できる。又、ステージ５の移動方向は、Ｘレールを用いてＸ軸方向でも良く、任意の水平方向を含む。更に、基板１９は、Ｚ軸駆動装置２１により上下に移動できるので、フラックスの印刷中に上下に移動することもできる。このように、本発明において、フラックスの印刷中に基板１９が移動する方向は、水平方向と垂直方向の組合せででも良い。
【００４２】
マスク１９の変形は、ヤング率、ポアソン比を含む多項式で表示できる。又、有限要素方を用いて変形を定量的に計算することもできる。これらの計算結果からも容易にわかることであるが、印刷されたフラックスの位置ずれを計測しても、スキージ３１は、巾があるので、スキージ３１の巾で中央部と端部では、マスク１９の変形が同一とならないで、フラックスの印刷位置はずれる。しかし、実施例１では、印刷ずれをスキージの中央部で説明する。
【００４３】
マスク３７が基板１９に当接するまでスキージ３１を押し下げた時、マスク３７と基板１９のなす角度を、左方α、右方βとする。スキージ３１がマスク３７の中央部Ｃより左側にある場合、α 〉βである。この角度差により印刷位置がずれる。
【００４４】
図７は、マスクと基板が同一寸法に製造され且つ基板がマスクに正確に位置合わせされた場合を例示している。図７において、スキージ３１がマスクを押圧していない状態のマスク３７を点線で表示してある。又、基板１９とスキージ３１とフラックス４７は、明示するために斜線が付されている。点線で示したマスク上の開口Ａから印刷されたフラックスは、基板の位置Ｇに印刷される。Ｇは、開口Ａの直下にある電極Ｂより左方向にずれている。マスク３７の中央部である開口Ｃにスキージ３１が移動してきたとき、α＝βとなり、Ｈは、Ｃの直下となる。即ち開口Ｃから印刷されるフラックスは、電極Ｄ上に位置ずれすることなく印刷される。次に開口Ｅから印刷されるフラックスは、遅れて印刷され、結果として、電極Ｆ（開口Ｅの直下）より右側へずれてＩに印刷される。
マスク３７がスキージ３１により押し下げられると、マスクは、マスク枠１３に固定されているので、伸びる。マスクは、スキージの押圧点の左右で伸び率が同じ（理想的な場合で実際は摩擦があるので少々異なる）になるように、スキージとの相対位置関係をずらしながら伸びる。具体的には、αがβより大きい場合、β側のマスクは、スキージの下を通り、α側へ移動する。
【００４５】
図８は、更に詳しくフラックスの印刷位置ずれを説明するための図である。図７と同様に、マスクと基板が同一寸法に製造され且つ基板がマスクに正確に位置合わせされた場合で、且つマスクの開口が印刷方向（矢印）に一列で５個のみ場合を例として説明する。従って、それに対応する基板の電極も一列で５個である。図面の煩雑さを避けるために、マスクの開口、基板の電極、と印刷されたフラックスの直径を同じ大きさとして記載し、それぞれに斜線を付して区別してある。開口は、斜線の無い空白、電極は、４５度斜線、印刷されたフラックスは、１３５度斜線である。
Ａ，Ｃ及びＥはマスクの開口４３である。Ｂ，Ｄ及びＦは電極４１である。Ｇ，Ｈ及びＩは印刷されたフラックスである。更に、Ａｃ，Ｃｃ及びＥｃは開口の中心で、Ｂｃ，Ｄｃ及びＦｃは電極の中心で、Ｇｃ，Ｈｃ及びＩｃは印刷されたフラックスの中心である。
なお、位置ずれは、図８の左下端に図示した座標で、電極の中心からフラックスの中心へのベクトルとして表示し、印刷方向の垂直方向に印刷の位置ずれがないものとして作図してある。
【００４６】
図８（ａ）は、マスクの開口を示す。図７と同様に、スキージの移動方向は、図４を９０度回転させた方向（ｙ方向）で図示してある。図８（ｂ）は、基板の電極を示す。マスクと基板が完全に位置合わせされているので、電極の中心Ｂｃ，ＤｃとＦｃは、開口の中心Ａｃ，ＣｃとＥｃの真下である。図８（Ｃ）は、基板上にフラックスを印刷した状態を示す。基板上にフラックスが印刷された領域は、交差斜線で表示されている。図８（ｄ）は、印刷されたフラックスのみを記載した図である。左右対称で中央部では、位置ずれが無い。
【００４７】
次に、フラックスの印刷位置ずれ量の計測について説明する。印刷されたフラックスの平面は、ほぼ円形であるので、印刷されたフラックスを画像認識し、その形状を円形として画像処理して印刷されたフラックスの中心（座標）を算出する。基板の基準位置マークを計測するカメラ３４で、フラックスを印刷後、計測する。同様にして電極の中心座標を計測する。又、目視で中心座標を計測する場合は、基板をステージから外して工具顕微鏡を用い、工具顕微鏡の視界中心に設けられている円形マークと、フラックスの外形を合せその中心座標を読む。一方、電極の中心座標は、同様にして、電極の外形を定めてその中心座標を読む。
【００４８】
図８（ａ）は、マスクの開口を示し、左端（印刷の開始端）の開口がＡ、中央がＣ，右端（印刷の終止端）がＥである。これに対応する電極が図８（ｂ）で、左端がＢ，中央がＤ，右端がＦである。図８（ｃ）は、フラックスが印刷された状態を示している。開口Ｃで印刷したフラックスは、電極Ｄ上に印刷されている。しかし、開口Ａで印刷されたフラックスの中心Ｇｃは、電極の中心Ｂｃより左へ距離ａずれている。そして、開口Ｅで印刷されたフラックスの中心Ｉｃは、電極の中心Ｆｃより右へ距離ｂずれている。
【００４９】
「ａ」と「ｂ」は、電極の中心からの長さと方向を備えたベクトルで、ベクトルとして扱う場合ａ（ベクトル）、ｂ（ベクトル）と表示する。単にａ、ｂと表示した場合は、長さだけを表す。長さの加減算を行う場合、フラックスの中心が電極の中心より左へずれる場合は負の符号を付け、逆に右へずれる場合は正の符号をつける。
電極Ｂと電極Ｆの中心間距離をＬｅとし、印刷されたフラックスＧとフラックスＩの中心距離をＬｆとすると、Ｌｆ―Ｌｅ＝ｂ（ベクトル）−ａ（ベクトル）＝ｂ＋ａとなる。この式は、上記条件に限定されないで、一般化することができる。
【００５０】
他方、印刷中に基板を移動する考え方を簡潔に表現すると、距離Ｌｆが距離Ｌｅより大きい場合、基板を印刷方向へ移動させ、見掛け上のＬｅを大きくする。一方、ＬｅがＬｆより大きい場合、基板を印刷方向と反対方向へ移動させて、見掛け上のＬｅを小さくする。又、印刷開始の印刷ずれを防止する方法は、最初に印刷されたフラックスの位置ずれ量だけ移動した後、印刷を開始する。
【００５１】
次に、印刷位置ずれの補正値（フラックス印刷を最初にする前に基板を移動する移動量と印刷中に基板を移動する移動速度）を算出する方法について、図８を参照しながら図９を用いて説明する。図９は、フラックス印刷の位置ずれを算出するフローチャートである。
ステップ１（Ｓ１）は、基板をステージに載置して、減圧吸着して固定する。基板が大きく反っている場合、基板を押圧し平坦して減圧吸引する。
ステップ２（Ｓ２）は、マスクの基準位置マークの座標と、基板の基準位置マークの座標の計測データを用いて、マスクと基板を位置合わせする。
ステップ３（Ｓ３）は、基板とマスクのギャップを２ｍｍに設定する。
ステップ４(Ｓ４)は、フラックスを基板に印刷する。
ステップ５は、最初に印刷する基板の電極の中心Ｂｃと、その電極に対応して印刷されたフラックスの中心Ｇｃの座標を計測する。次に、最後に印刷する基板の電極の中心Ｆｃと、その電極に対応して印刷されたフラックスの中心Ｉｃの座標を計測する。
【００５２】
ステップ６（Ｓ６）は、それらの計測データから、
（１）
最初の電極の中心Ｂｃから、最初に印刷されたフラックスの中心Ｇｃへのずれａ（ベクトル）を算出する。
（２）
最初の電極の中心Ｂｃと最後に印刷される電極の中心Ｆｃの距離Ｌｅを算出する。
（３）
最後の電極の中心Ｆｃから、最後に印刷されたフラックスの中心Ｉｃへのすれｂ（ベクトル）を算出する。
【００５３】
次に、上記計算データを用いて、基板の移動開始の座標を計算する。最初に印刷されるフラックスＧが最初に印刷されるべき電極Ｂ上にずれることなく印刷されるためには、基板をａ（ベクトル）だけ移動した座標をフラックスの印刷開始座標とする。但し、本発明において、位置ずれのベクトルの方向は、電極の中心から印刷されたフラックスの中心の方向である。図８の左下隅に記載した座標に対応させると、ａはマイナスの値であり、ｂはプラスの値である。以下、電極と印刷されたフラックスの距離は、電極からのフラックスまでの距離で、方向によりプラスとマイナスの符号を付けて計算する。
【００５４】
次に、基板の移動を終了させる座標を計算する。最初に印刷するフラックスを電極に合せるために基板を移動しない場合、基板をｂ（ベクトル）だけ移動することにより最後に印刷されるべき電極Ｆ上に最後に印刷されるフラックスＩを重ねて印刷できる。
【００５５】
ステップ７は、基板の移動方向と移動速度を計算する。最初に印刷されたフラックスの中心Ｇｃと最後に印刷されたフラックスの中心Ｉｃの距離Ｌｆと、フラックスが最初に印刷される電極の中心Ｂｃと最後に印刷される電極の中心Ｆｃの距離Ｌｅとの差ｃ（ベクトル）は、ｂ（ベクトル）−ａ（ベクトル）である。従って、基板をａ（ベクトル）だけ移動してフラックスの印刷を開始した後、基板をｃ（ベクトル）だけ移動することにより、最後に印刷されるフラックスの中心Ｉｃは、最後に印刷される電極の中心Ｆｃと一致する。
【００５６】
ここでスキージ３１の移動速度をｕとすると、スキージがＢｃからＦｃへ移動する時間ｔは、ｔ＝Ｌｆ／ｕとなる。従って、上記時間ｔ内に基板をｃ（ベクトル）だけ移動することにより、電極の中心Ｆｃとフラックスの中心Ｉｃが一致する。 このようなことから、電極ＦとフラックスＩを一致させるには、基板の移動速度ｖは、ｖ＝ｃ＊ｕ／Ｌｆで移動させれば良い。電極Ｆの印刷が終了時に基板の移動を停止して良いが、余裕をもって数秒後に停止すると良い。
【００５７】
次に、位置ずれ補正値を用いたフラックス印刷方法について図１１を参照しながら説明する。図１０は、上記の位置ずれ補正値を用いた印刷のフローチャートである。使用する基板は、位置ずれの補正値を算出するために使用した基板と同一条件で製造された他の基板である。なお。位置ずれの補正値を算出するために使用した基板を洗浄して使用しても良い。
ステップ１（Ｓ１）は、基板をステージに載置する。
ステップ２(Ｓ２)は、マスクに基板を位置合わせする。図１１（ａ）に相当する。この状態では、最初に印刷されるフラックスは、ａ（ベクトル）だけずれている。
ステップ３(Ｓ３)は、基板とマスクのギャップを２ｍｍ（位置ずれ補正値を算出した条件と同じ）とする。
ステップ４(Ｓ４)は、フラックスをマスク上に供給する。
【００５８】
ステップ５(Ｓ５)は、基板をａ（ベクトル）だけ印刷方向に移動して最初に印刷されるフラックスの位置ずれを補正する。図１１（ｂ）に相当する。なお、基板の移動は、ステージを移動させて行う。
ステップ６(Ｓ６)は、最初に印刷される開口に達しない位置からスキージの移動を開始する。
ステップ７(Ｓ７)は、スキージが最初に印刷する開口の中心に達したとき、基板を所定の速度ｖ（ｃ＊ｕ／Ｌｆ）で移動を開始する。図１１（ｃ）に相当する。
ステップ８（Ｓ８）は、スキージが最後に印刷する開口の中心に達した時（図１１（ｄ）に相当する）、基板の移動を中止する。スキージが最後に印刷する開口の中心に達した時は、移動開始後の時間ｔとする。なお、基板の移動の中止は、必ずしも絶対的に必要ではなく、フラックス印刷終了まで、移動を続けても良い。
ステップ９(Ｓ９)は、フラックス印刷終了後、スキージを上昇させる。
ステップ１０（Ｓ１０）は、印刷された基板を基板載置台から外して、ボール搭載工程等の次工程へおくる。
【００５９】
図１１は、基板を移動して印刷位置ずれを補正する方法において、マスク３７と基板１９の位置関係を示す。マスク３７は固定で、基板１９がステージで移動する。マスク３７には、基板の位置との位置関係を説明するために、最初に印刷する開口Ａと最後に印刷する開口Ｅを表示してある。フラックスの印刷方向（スキージの移動方向）は、左から右である。基板１９には、最初に印刷される電極Ｂと最後に印刷される電極Ｆを表示し、更に、最初に印刷されるフラックスＧと最後に印刷されるフラックスＩを表示してある。
（ａ）は、マスクと基板を基準位置マークで合せたときの位置である。なお、基板には、印刷位置ずれの計測時の符号は付されていないが、位置関係を分かりやすくするために付してある。フラックスＧは、電極Ｂより左へ（マイナス）ａずれている。又、フラックスＩは、電極Ｆより右へ（プラス）ｂずれている。基板１９とマスク３７とのキャップは、２ｍｍで拡大して図示されている。
【００６０】
（ｂ）は、最初に印刷される電極Ｂが開口Ａで印刷されるフラックスＧに重なり合うように移動した状態を示す。最初に印刷される電極Ｂは、Ｇより右側にあるので、最初に印刷される電極Ｂ上に最初に印刷されるフラックスを印刷するためには、基板１９を左方（印刷方向と逆方向）へａだけ移動する。このため、すべての電極はａだけ左方へ移動する。尚、この状態でフラックスの印刷が開始される。
（ｃ）は、フラックスを印刷しながら基板を右方（印刷方向）へ移動速度ｖで移動している状態を示す。
（ｄ）は、基板１９を距離（ａ＋ｂ）だけ右側へ移動させて、最後に印刷する電極Ｆを最後に印刷する開口Ｅが印刷したフラックスＩに重なり合わせた状態である。以後、基板１９は、移動しても又は停止しても良い。
【実施例２】
【００６１】
基板とマスクのギャップに起因する印刷位置ずれは、基板の位置に対して線形でなく、補正する間隔を小さくしないと直線補間の誤差が大きくなる。フラックス印刷の位置ずれは、一般的に印刷開始点と印刷終了点で大きく、それらの中間部では小さい。一方、マスクと基板の製造誤差は、直線補間できる場合が多い。
実施例１は、最初と最後に印刷されるフラックスが所定の電極上にずれ無く印刷されるが、中間の電極に印刷されるフラックスは、直線補間のため、少量ではあるが、ずれる場合がある。
【００６２】
実施例２は、印刷位置ずれを補間する間隔を短くして、中間の電極での補間精度を高める方法である。フラックスを印刷したときの基板との印刷位置ずれを印刷方向で測定する測定個所をｎ（３以上の整数）とし、隣りあう測定個所の間隔は、簡単に補正できるように等間隔とする。実施例１と同様なことは、記載を省略する。ｎ＝２の場合が実施例１である。
先ず、位置ずれをなくすための計測と演算を実行する。フラックスの印刷ずれを実測するために、基板とマスクとを位置合わせした後、基板上にフラックスを印刷する。ｋ番目の電極の中心座標をｅ（ｋ）、ｋ番目に印刷されたフラックスの中心座標をｆ（ｋ）とする。ｋ番目の印刷位置ずれ量をａ（ｋ）（ベクトル）、そして（ｋ＋１）番目の印刷位置ずれ量をａ（ｋ＋１）（ベクトル）とする。ｆ（ｋ＋１）とｆ（ｋ）の間隔をＬ（ｋ）とする。次に、スキージの移動速度ｕを設定して、位置ずれ量を補正するための基板の移動速度であるｖ（ｋ）(ベクトル)と移動時間ｔ（ｋ）を、実施例１と同様に算出する。但し、ｋは、１〜（ｎ―１）の整数である。更に、座標は一次元で印刷方向である。
【００６３】
（数１）
ａ（ｋ）＝ｅ（ｋ）−ｆ（ｋ）
【００６４】
（数２）
Ｌ（ｋ）＝ｆ（ｋ＋１）−ｆ（ｋ）
【００６５】
（数３）
ｔ（ｋ）＝Ｌ（ｋ）／ｕ
【００６６】
（数４）
ｖ（ｋ）＝ａ（ｋ）／ｔ（ｋ）（＝ａ（ｋ）＊ｕ／Ｌ（ｋ））
【００６７】
次に、位置ずれを補正した印刷方法を説明する。
先ず、印刷を開始する位置の位置ずれをなくすために、基板をａ（１）（ベクトル）だけ移動して印刷を開始する。
次に、印刷中に基板を移動させ方法について説明する。
先ず、ｋ＝１として、速度ｖ（１）（ベクトル）で、時間ｔ(１)だけ基板を移動する。その後、ｋを１ずつ増加させて、速度ｖ（ｋ）（ベクトル）で、時間ｔ(ｋ)だけ基板を移動して、ｋ＝ｎ−１になったとき基板の移動を中止し、暫時、スキージを移動させた後、印刷を中止する。なお、実施例１と同様に印刷終了後も、基板を移動させても良い。この方法により、位置ずれの補間精度を高くすることができる。
【実施例３】
【００６８】
実施例１と実施例２では、基本的な印刷ずれの補正方法を説明した。実施例３は、それらの変形例である。
図５においては、最初に印刷される電極をＢの１点で示したが、計測し難いことや、印刷が不安定になること等の条件がある場合、基板の中央方向に配設された電極Ｂ１の印刷ずれを計測して、印刷位置ずれの補正を行っても良い。最後に印刷される電極も同様で、基板の中央方向に配設された電極Ｆ１の印刷ずれを計測しても良い。印刷方向で任意の電極を計測し、それに対応して印刷されたフラックスの中心座標を演算して、印刷ずれを補正することが、実施例３の一例である。この実施例は、印刷ずれの補正精度を高めることができる。
【実施例４】
【００６９】
更に図５において、最初に印刷される電極Ｂが、印刷方向に直角方向に対して１点であるが、複数点を計測すると良い。最初に印刷される電極として、Ｂの他に、Ｂ２とＢ３とを追加し、それらに対応して印刷されたフラックスの中心座標を計測する。最後に印刷される電極として、Ｆの他に、Ｆ２とＦ３とを追加し、それらの平均値を用いて、印刷ずれを補正する。基板の移動速度や移動時間等の計算は、実施例１及び２と同様である。この実施例は、印刷ずれの補正精度を高めることができる。
【００７０】
本発明において、フラックスは、ロジン、ロジン誘導体、活性剤、チキソ剤、溶剤等からなり、活性剤は、カルボン酸にアミンのハロゲン化水素塩を添加したものからなる。更に、本発明において、発明の説明にフラックスを用いたが、クリームはんだ、導電性ペースト、非導電性ペースト等の他、更に、他の有機液体や無機物を含む有機液体等ら含めたものを印刷剤と定義する。
【００７１】
上記に記載した通り、印刷位置ずれ量の実測方法、位置ずれ計算方法等は、多種多様で、印刷剤も多種多様である。本発明は、印刷位置ずれ量の実測方法や位置ずれ計算方法、さらに印刷剤を特定の物質に限定されるものでないことは自明である。本発明は、実測した印刷位置ずれ量に基づいて基板を移動させて印刷位置ずれを補正することを特徴するものである。又、印刷位置ずれ量の測定回数を１回で説明したが、印刷位置ずれ量の測定を複数回行い測定誤差の低減を図ることも本発明に含まれる。更に、本発明で印刷ずれの補正値は、最初に印刷する位置を補正する基板の移動量と、印刷しながら基板を所定速度で移動する移動速度からなる。
【００７２】
本発明において、基板とマスクのギャップは、２ｍｍに限定されるものではなく、０．５〜３ｍｍでも良い。マスク３７に形成されている開口４３の直径を６０μｍで実施例に記載したが、開口の直径は、２０〜３００μｍでも良い。又。基板１９の種類は、ウエハとプリント配線板である。又、リフト棒２２は、リフト棒が基板を相対的に押上げる時に、基板の変形や損傷を防止するために、本数増やすことと、リフト棒の断面積を大きくすると良い。更に。ボール振込ヘッド４９は、ボール振込み時間を短縮するために、２個以上でも、例えば、横に４個、縦（振込み方向）に２個のマトリックス状に配設しても良い。加えて、ステージ５は、印刷装置７用とはんだボール振込装置９用の２台でも良い。
【００７３】
本発明において、印刷装置とは、基板を載置する基板載置台と、基板をＸＹＺθ方向へ移動する駆動装置と、マスクを保持する枠体と、マスクを介して印刷剤を基板へ印刷するスキージと、スキージを印刷方向と上下方向に移動させる駆動機構とを有する装置をいう。
【００７４】
本発明において、ボール搭載装置とは、基板のローダ／アンローダと、マスク上に供給されたフラックスを基板に印刷する装置と、マスク上に供給されたはんだボールを基板に振込むボール振込装置とを有する装置をいう。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のオフコンタクト印刷方法は、ボール搭載用のフラックス印刷以外に、クリーム半田印刷、カラーフィルター印刷、有機ＥＬの印刷、無機ＥＬの印刷、導電性ペーストの印刷、非導電性ペーストの印刷等に有効である。本発明は、長尺で、寸法の製造誤差の大きなマスクと基板に対して特段の効果がある。更に、このオフコンタクト印刷方法は、直径が３０〜８０μｍの微小なはんだボールを搭載するボール搭載に不可欠で、このオフコンタクト印刷方法を用いることにより、微小ボールのボール搭載の実用化を可能にする。
【符号の説明】
【００７６】
１ ボール搭載装置
２ ローダ／アンローダ装置
３ 搬送ロボット
３ａ ハンド
４ プレアライナー
５ ステージ
６ 押圧装置
７ 印刷装置
８ マスク洗浄装置
９ ボール振込装置
１０ Ｘレール
１１ スキージユニット
１２ 架体
１３ マスク枠
１４ Ｙレール
１５ ベース板
１６ θ軸モータ
１７ Ｚ軸駆動装置
１８ 基板載置台
１９ 基板
２０ フレーム
２１ Ｚ軸駆動装置
２２ リフト棒
２２ａ ガイド孔
２３ 取付部材
２４ 基板ガイド
２５ マスク枠ガイド
２６ エアシリンダ
２７ シリンダロッド
２８ ガイド棒
２９ 取付板
３０ スキージ取付部材
３１ スキージ
３２ Ｙレール
３３ サーボモータ
３４ カメラ（下向き）
３５ カメラ（上向き）
３６ フラックス
３７ 印刷用マスク
３８ マスクの基準位置マーク
３９ 基板の基準位置マーク
４０ チップ接続領域
４１ 電極
４２ マスクの開口群
４３ 開口
４４ マスクユニット
４５ 取付板
４６ 支柱
４７ フラックス
４８ はんだボール
４９ ボール振込みヘッド
５０ 振込用マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をステージに搭載する工程と、基板をマスクに位置合わせする工程と、基板とマスクの間隔を所定距離に設定する工程と、印刷剤をマスク上に供給する工程と、スキージを降下させてマスクの一部を基板に当接させる工程と、スキージを基板に沿って移動させ、印刷剤をマスクに配設された開口から基板上に印刷する印刷工程と、印刷工程の後、スキージを上昇させてマスクを基板から離間する工程と、基板を次の工程へ送る工程とからなるオフコンタクト印刷方法において、
第１の基板を用いて、印刷された印刷剤と電極とのずれ量を計測するずれ量計測工程と、
ずれ量に基づいて、最初に印刷される印刷剤と第２の基板で最初に印刷される電極とのずれを減少させるように、第２の基板を移動する工程と、
ずれ量に基づいて、第２の基板をスキージの移動方向に移動しながら、印刷剤を第２の基板に印刷する工程を含むことを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項２】
ずれ量計測工程において、ずれ量の計測位置は、第１計測位置から第ｎ（ｎは、２以上の整数）計測位置かなり、所定の２ヶ所の計測位置の間でのずれ量に基づいて基板の移動速度を演算して、所定の２ヶ所の計測位置の間において基板を移動速度で移動させながら印刷剤を印刷することを特徴とする請求項１記載のオフコンタクト印刷方法。
【請求項３】
第１計測位置は、最初に印刷された印刷剤の位置であり、且つ第ｎ計測位置は、最後に印刷された印刷剤の位置であることを特徴とする請求項２記載のオフコンタクト印刷方法。
【請求項４】
基板に形成された複数の電極の上に印刷剤を印刷するための開口を有するマスクと、基板を載置してマスクの下方で移動可能に配設されたステージと、マスク上に供給された印刷剤を上記開口から上記電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて、基板をステージに載置する工程と、マスクの下方へ基板を移動し且つマスクと基板とのギャップを所定間隔に設定する工程と、スキージを移動してマスク上に供給された印刷剤を開口から電極上に印刷する印刷工程と、そして基板をステージから取り外す工程を有するオフコンタクト印刷方法において、
印刷工程は、印刷される印刷剤の位置と電極の位置とのずれを減少させるために、印刷剤印刷中に基板を水平方向へ移動させる操作を含むことを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項５】
上記請求項４記載の印刷方法において、マスクの開口から印刷された印刷剤の座標と基板の電極の座標を計測する工程と、電極の座標と印刷剤の座標とのずれ量に基づいて基板を水平方向に移動させる移動量と移動速度を計算する工程と、移動速度に基づいて印刷剤印刷中に基板を水平方向に移動させる工程とを有することを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項４記載のオフコンタクト印刷方法を用いたことを特徴とする印刷装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項４記載のオフコンタクト印刷方法を用いたことを特徴とするボール搭載装置。
【請求項１】
基板をステージに搭載する工程と、基板をマスクに位置合わせする工程と、基板とマスクの間隔を所定距離に設定する工程と、印刷剤をマスク上に供給する工程と、スキージを降下させてマスクの一部を基板に当接させる工程と、スキージを基板に沿って移動させ、印刷剤をマスクに配設された開口から基板上に印刷する印刷工程と、印刷工程の後、スキージを上昇させてマスクを基板から離間する工程と、基板を次の工程へ送る工程とからなるオフコンタクト印刷方法において、
第１の基板を用いて、印刷された印刷剤と電極とのずれ量を計測するずれ量計測工程と、
ずれ量に基づいて、最初に印刷される印刷剤と第２の基板で最初に印刷される電極とのずれを減少させるように、第２の基板を移動する工程と、
ずれ量に基づいて、第２の基板をスキージの移動方向に移動しながら、印刷剤を第２の基板に印刷する工程を含むことを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項２】
ずれ量計測工程において、ずれ量の計測位置は、第１計測位置から第ｎ（ｎは、２以上の整数）計測位置かなり、所定の２ヶ所の計測位置の間でのずれ量に基づいて基板の移動速度を演算して、所定の２ヶ所の計測位置の間において基板を移動速度で移動させながら印刷剤を印刷することを特徴とする請求項１記載のオフコンタクト印刷方法。
【請求項３】
第１計測位置は、最初に印刷された印刷剤の位置であり、且つ第ｎ計測位置は、最後に印刷された印刷剤の位置であることを特徴とする請求項２記載のオフコンタクト印刷方法。
【請求項４】
基板に形成された複数の電極の上に印刷剤を印刷するための開口を有するマスクと、基板を載置してマスクの下方で移動可能に配設されたステージと、マスク上に供給された印刷剤を上記開口から上記電極に印刷するスキージとを有する印刷装置を用いて、基板をステージに載置する工程と、マスクの下方へ基板を移動し且つマスクと基板とのギャップを所定間隔に設定する工程と、スキージを移動してマスク上に供給された印刷剤を開口から電極上に印刷する印刷工程と、そして基板をステージから取り外す工程を有するオフコンタクト印刷方法において、
印刷工程は、印刷される印刷剤の位置と電極の位置とのずれを減少させるために、印刷剤印刷中に基板を水平方向へ移動させる操作を含むことを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項５】
上記請求項４記載の印刷方法において、マスクの開口から印刷された印刷剤の座標と基板の電極の座標を計測する工程と、電極の座標と印刷剤の座標とのずれ量に基づいて基板を水平方向に移動させる移動量と移動速度を計算する工程と、移動速度に基づいて印刷剤印刷中に基板を水平方向に移動させる工程とを有することを特徴とするオフコンタクト印刷方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項４記載のオフコンタクト印刷方法を用いたことを特徴とする印刷装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項４記載のオフコンタクト印刷方法を用いたことを特徴とするボール搭載装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４５７５８（Ｐ２０１２−４５７５８Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８１９１（Ｐ２０１０−１８８１９１）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（５９２１４１４８８）アスリートＦＡ株式会社 (96)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（５９２１４１４８８）アスリートＦＡ株式会社 (96)
【Ｆターム（参考）】
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