スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法
【課題】マスクプレートと基板との位置合わせ作業を効率よく正確に行うことができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供すること。
【解決手段】マスクプレートに基板を当接させてスキージによりパターン孔を介して基板１０にペーストを印刷するスクリーン印刷において、基板にペーストを試し印刷した後の基板１０のＡ位置、Ｂ位置を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を画像表示部３１の表示画面に表示させた画像をマシンオペレータが目視観察して、Ａ位置、Ｂ位置における印刷されたペースト３２と電極１０との位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂをスケール３１ａと対比することにより計数値として検出し、検出された計数値を制御演算装置に手動入力し位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を演算によって求め、演算結果をオフセット量として記憶させる。
【解決手段】マスクプレートに基板を当接させてスキージによりパターン孔を介して基板１０にペーストを印刷するスクリーン印刷において、基板にペーストを試し印刷した後の基板１０のＡ位置、Ｂ位置を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を画像表示部３１の表示画面に表示させた画像をマシンオペレータが目視観察して、Ａ位置、Ｂ位置における印刷されたペースト３２と電極１０との位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂをスケール３１ａと対比することにより計数値として検出し、検出された計数値を制御演算装置に手動入力し位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を演算によって求め、演算結果をオフセット量として記憶させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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装置およびスクリーン印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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供給する方法として、スクリーン印刷が広く用いられている。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マスクプレートに基板を当設させマスクプレート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、マスクプレート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、品種切替え時にマスクプレートを新たに装着した場合には、マスクプレートの装着状態、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、生産対象の基板をマスクプレート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】
この位置合わせには従来よりカメラによって基板やマスクプレートを撮像して位置認識することにより、位置合わせを行う方法が用いられていた。すなわち基板の電極および電極に対応してマスクプレートに設けられたパターン孔のうち、予め位置検出用の特徴部として設定された複数の電極やパターン孔を撮像して得られた画像データから、基板およびマスクプレートの特徴部の重心位置を求め、これらの重心位置を一致させることにより、基板とマスクプレートの位置あわせを行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４５３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基板の電極やマスクプレートのパターン孔の位置は、マスクプレートや基板の初期の製作誤差や経時的な伸縮変形により必ずしも一定ではなくばらついている。このため基板における複数電極間の相対位置関係と、マスクプレートにおける複数パターン孔間の相対位置関係とは必ずしも完全に一致しない。特に薄型の樹脂基板など製作誤差が生じやすい種類の基板を対象とする場合には位置合わせが難しく、画像認識による位置合わせを行った後にさらに試し印刷を行い、印刷結果をマシンオペレータが目視により確認して手作業による位置あわせの修正を反復して行う必要があった。そしてこの目視による確認および位置合わせは熟練と勘が必要とされる複雑な作業であり、従来のマスクプレートと基板との位置あわせ作業は多大な手間と時間を要するものであった。
【０００６】
そこで本発明は、マスクプレートと基板との位置合わせ作業を効率よく正確に行うことができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスクリーン印刷装置は、パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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、前記基板をマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の前記基板を撮像し
てペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された前記画像を表示画面に表示する画像表示部と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段と、前記検出された計数値を前記制御手段に入力する入力手段と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶部とを備えた。
【０００８】
本発明のスクリーン印刷方法は、基板をパターン孔が設けられたマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得するする画像取得部と、前記画像取得部によって取得された印刷後の基板の画像を表示画面に表示する画像表示部とを備えたスクリーン印刷装置によって、前記マスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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方法であって、前記スキージを移動させて基板にペーストを印刷する印刷工程と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得工程と、前記取得された画像を表示画面に表示する画像表示工程と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出工程と、前記取得された計数値を前記制御手段に入力する入力工程と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算工程と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板にペーストを印刷した後の基板の画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し、検出された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求めることにより、熟練と勘に依存することなくマスクプレートと基板との位置合わせ作業を効率よく正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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における基板認識カメラのカメラ画像の説明図、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方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理のフロー図、図７は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の動作フロー図である。
【００１１】
まず図１、図２、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において、スクリーン印刷装置は、基板位置決め部１の上方にスクリーン印刷機構を配設して構成されている。基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２、Ｘ軸テーブル３およびθ軸テーブル４を段積みし、更にその上に第１のＺ軸テーブル５、第２のＺ軸テーブル６を組み合わせて構成されている。基板位置決め部１は、印刷対象の基板を保持してスクリーン印刷機構のマスクプレートに対して相対的に位置合わせする機能を有している。
【００１２】
第１のＺ軸テーブル５の構成を説明する。θ軸テーブル４の上面に設けられた水平なベースプレート４ａの上面側には、同様に水平なベースプレート５ａが昇降ガイド機構（図
示省略）によって昇降自在に保持されている。ベースプレート５ａは、複数の送りねじ５ｃを基板移動Ｚ軸モータ５ｂによってベルト５ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート５ａには２つの垂直フレーム５ｅが立設されており、垂直フレーム５ｅの上端部には基板搬送機構８を構成する２条の搬送レール８ａが保持されている。
【００１３】
搬送レール８ａは基板搬送方向（Ｘ方向−−図１において紙面垂直方向）に平行に配設されており、これらの搬送レール８ａに設けられた基板搬送コンベアよって印刷対象の基板１０の両端部を支持して搬送する。第１のＺ軸テーブル５を駆動することにより、基板搬送機構８によって保持された状態の基板１０を、搬送レール８ａとともに後述するスクリーン印刷機構に対して昇降させることができる。
【００１４】
第２のＺ軸テーブル６の構成を説明する。基板搬送機構８とベースプレート５ａの中間には、水平なベースプレート６ａが昇降ガイド機構（図示省略）に沿って昇降自在に配設されている。ベースプレート６ａは、複数の送りねじ６ｃを下受部昇降モータ６ｂによってベルト６ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート６ａの上面には、基板下受部７が着脱自在に装着される。基板下受部７は、スクリーン印刷機構による印刷位置に搬送された基板１０を下方から下受けして保持する。
【００１５】
図２、図３に示すように、搬送レール８ａは上流側（図２、図３において左側）および下流側に延出している。スクリーン印刷装置による印刷動作において、基板搬送機構８は、搬送レール８ａによって基板１０を上流側装置から受け取ってスクリーン印刷機構による印刷位置に搬入し位置決めする。そしてスクリーン印刷機構によって印刷が行われた後の基板１０を搬送レール８ａによって印刷位置から搬出し、下流側装置に受渡す。
【００１６】
第２のＺ軸テーブル６を駆動することにより、基板下受部７は基板搬送機構８に保持された状態の基板１０に対して昇降する。そして基板下受部７の下受面が基板１０の下面に当接することにより、基板下受部７は基板１０を下面側から支持する。基板搬送機構８の上面にはクランプ機構９が配設されている。クランプ機構９は、左右対向して配置された２つのクランプ部材９ａを備えており、一方側のクランプ部材９ａを駆動機構９ｂによって進退させることにより、基板１０を両側からクランプして固定する（図３（ｂ）参照）。
【００１７】
次に基板位置決め部１の上方に配設され、印刷位置に搬送された基板に対してペーストを印刷するスクリーン印刷機構について説明する。図１，図２において、マスクホルダ（図示省略）によって保持されたマスク枠１１にはマスクプレート１２が展張されており、マスクプレート１２にはパターン孔１２ａが設けられている。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、パターン孔１２ａは基板１０において印刷対象となる電極１０ａ（図３（ｂ）参照）の形状・位置に対応して設けられている。
【００１８】
マスクプレート１２上には、スキージ駆動機構１３が配設されている。スキージ駆動機構１３は、対向配置された１対のスキージヘッド１６をそれぞれ昇降させる２つのスキージ昇降機構１５を、水平なプレート１４に配設した構成となっている。各スキージ昇降機構１５の昇降軸１５ａに結合されたスキージヘッド１６には、それぞれ板状のスキージ部材が保持されている。これらのスキージ部材はそれぞれフロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒであり、正方向（矢印ａ方向）に印刷動作を行う場合にはフロント側スキージ１６ｆをマスクプレート１２に摺接させ、逆方向（矢印ｂ方向）に印刷動作を行う場合にはリア側スキージ１６ｒをマスクプレート１２に摺接させる。
【００１９】
スキージ昇降機構１５を駆動することによりスキージヘッド１６は昇降し、これにより
フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒがマスクプレート１２の上面に当接する。プレート１４の下面に固着されたナット１９には、スキージ移動モータ１７により回転駆動される送りねじ１８が螺合しており、スキージ移動モータ１７を正逆駆動することにより、２つのスキージヘッド１６はプレート１４とともにＹ方向の正逆各方向に水平移動する。すなわち本実施の形態に示すスクリーン印刷装置は、それぞれ正逆各方向の印刷動作を行う対をなす２つのスキージを備えている。
【００２０】
図２に示すように、縦フレーム２１上に配置されたブラケット２２上にはガイドレール２３がＹ方向に配設されており、ガイドレール２３にスライド自在に嵌合したスライダ２４は、プレート１４の両端に結合されている。これにより、スキージ駆動機構１３はＹ方向にスライド自在となっている。図２において縦フレーム２１上にはガイドレール２７がＹ方向に配設されており、ガイドレール２７にスライド自在に嵌合したスライダ２８は、ヘッドＸ軸テーブル２６にブラケット２６ａを介して結合されている。これにより、ヘッドＸ軸テーブル２６はＹ方向にスライド自在となっている。ヘッドＸ軸テーブル２６は、ナット３０、送りねじ２９および送りねじ２９を回転駆動するヘッド移動用モータ（図示省略）より成るヘッドＹ軸移動機構２５により、Ｙ方向に水平移動する。
【００２１】
図１、図２に示すように、ヘッドＸ軸テーブル２６には、カメラヘッドユニット２０が装着されている。カメラヘッドユニット２０は、基板１０を上方から撮像するための基板認識カメラ２０ａと、マスクプレート１２を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ２０ｂとを備えており、ヘッドＹ軸移動機構２５、ヘッドＸ軸テーブル２６を駆動してカメラヘッドユニット２０を移動させることにより、基板１０の認識とマスクプレート１２の認識とを同時に行うことができる。本実施の形態においては、後述するように、印刷後の基板１０を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を画面表示させることにより、マシンオペレータが印刷の位置ずれを目視観察によって検出するようにしている。カメラヘッドユニット２０による基板１０やマスクプレート１２の認識を行わないときには、図１に示すように、カメラヘッドユニット２０は基板位置決め部１の上方から側方に退避した位置にある。
【００２２】
次にスクリーン印刷機構による印刷動作について説明する。まず基板搬送機構８の搬送レール８ａによって、印刷対象の基板１０が印刷位置に搬入され、基板下受部７に対して位置合わせされる。次いで第２のＺ軸テーブル６を駆動して基板下受部７を上昇させ、基板１０の下面を下受けする。次いで基板位置決め部１を駆動して、基板１０をマスクプレート１２に対して位置合わせした後、第１のＺ軸テーブル５を駆動して基板１０を基板搬送機構８とともに上昇させて、パターン孔１２ａが設けられたマスクプレート１２の下面に当接させる。この後、基板１０をクランプ機構９によってクランプすることにより、基板１０の水平位置が固定される。
【００２３】
そしてこの状態で、当該スキージング動作における印刷動作の方向に対応して、２つのスキージヘッド１６のうち１つを下降させ、フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒのいずれかをマスクプレート１２に当接させる。次いでクリーム半田などのペーストが供給されたマスクプレート１２上で、フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒのいずれかをスキージング方向（Ｙ方向）に摺動させることにより、パターン孔１２ａを介して基板１０にはペーストが印刷される。
【００２４】
上述の印刷動作においては、印刷対象の基板１０がマスクプレート１２に対して正しく位置合わせされて、電極１０ａの位置とパターン孔１２ａの位置とが一致していることが極めて重要であるが、マスクプレート１２や基板１０の初期の製作誤差や経時的な伸縮変形により、電極１０ａの位置とパターン孔１２ａの位置とは必ずしも一致せず、印刷にずれが生じる場合が多い。このため本実施の形態においては、このような基板１０とマスク
プレート１２との位置合わせの誤差に起因する印刷の位置ずれを極力防止するため、以下の方法によって位置ずれを補正するようにしている。
【００２５】
すなわち本実施の形態においては、生産品種切替に伴う段取替え作業などに際し試験的に印刷を実行するいわゆる「試し刷り」において、印刷後の基板１０を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を表示画面上に表示させ、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において検出し、検出された位置ずれに基づいて基板位置決め部１による基板１０のマスクプレート１２に対する位置合わせ時の制御パラメータを補正するようにしている。
【００２６】
目視観察による位置ずれ検出について、図４を参照して説明する。図４は、基板１０における印刷対象の電極１０ａのうち、基板１０の相対向する２対角に相当するＡ位置，Ｂ位置（図３（ｂ）参照）に位置する電極１０ａを撮像した状態を示すものである。図４（ａ）、（ｂ）は、基板認識カメラ２０ａを基板１０のＡ位置、Ｂ位置の上方にそれぞれ移動させ、ペーストを印刷した後の基板１０の表面を撮像して得られた画像を、液晶パネルなどの表示パネルを備えた画像表示部３１（図５参照）の表示画面に表示させた状態を示している。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、Ａ位置カメラ画像を示す画像表示部３１内には、図３（ｂ）に示すＡ位置を撮像した画像、すなわち円形の電極１０ａに同形状のパターン孔１２ａによってペースト３２が印刷された状態が画像表示されている。ここで、基板１０のマスクプレート１２に対する位置合わせの不良のため、ペースト３２は電極１０ａの位置とは完全に一致しておらず、最外縁において電極１０ａとこの電極１０ａに印刷されたペースト３２とは、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれΔｘａ、Δｙａだけ位置ずれしている。
【００２８】
画像表示部３１の表示画面には、画面の表示倍率に応じた単位寸法を示すスケール３１ａが表示されており、マシンオペレータが表示された画像を目視観察して位置ずれ量Δｘａ、Δｙａをスケール３１ａと対比することにより、Ａ位置における位置ずれ量をデジタルの計数値として判読して検出することができる。そしてこの後、基板認識カメラ２０ａをＢ位置に移動させて同様に基板１０の表面を撮像することにより、図４（ｂ）に示す画像が画像表示部３１の表示画面に表示される。同様にマシンオペレータが表示された画像を目視観察して位置ずれ量Δｘｂ、Δｙｂをスケール３１ａと対比することにより、Ｂ位置における位置ずれ量をデジタルの計数値として判読して検出することができる。
【００２９】
そしてこのようにして検出された位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂをスクリーン印刷装置の制御演算装置に入力することにより、これらの位置ずれを補正するために必要な位置決め制御パラメータの補正量、すなわち本来の位置合わせのための位置決め制御パラメータに対するオフセット量が演算され、基板位置決め部１を駆動して基板１０をマスクプレート１２に対して位置合わせする際には、このオフセット量を加味した位置決め制御パラメータによって基板位置決め部１の各軸が駆動される。なお本実施の形態においては、対角に相当するＡ位置、Ｂ位置の２位置において印刷の位置ずれを検出するようにしているが、もちろん２位置以上の複数位置において印刷の位置ずれを検出するようにしてもよい。
【００３０】
次に図５を参照して制御系の構成を説明する。図５において制御部４０はＣＰＵを備えた全体制御装置であり、以下に説明する各部の処理を統括して制御する。すなわち制御部４０が駆動部４４を制御することにより、スキージ移動モータ１７、スキージ昇降シリンダ１５、カメラ移動Ｘ軸モータ２６Ｍ、カメラ移動Ｙ軸モータ２５Ｍ、基板移動Ｘ軸モータ３Ｍ、基板移動Ｙ軸モータ２Ｍ、基板移動Ｚ軸モータ５ｂ、基板移動θ軸モータ４Ｍが駆動され、基板１０をマスクプレート１２に体して位置合わせする基板位置決め動作やス
クリーン印刷機構による印刷動作が実行される。
【００３１】
オフセット量設定部４１は、基板１０をマスクプレート１２に対して位置あわせする基板位置決め動作における前述の位置決め制御パラメータのオフセット量を設定する機能を有している。制御部４０が駆動部４４を制御して基板位置決め部１に上述の基板位置決め動作を行わせる際には、制御部４０はオフセット量設定部４１によって設定されたオフセット量を加味して制御を行う。したがって制御部４０およびオフセット量設定部４１は、基板位置決め部１を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段となっている。
【００３２】
オフセット量演算部４２は、マシンオペレータが印刷後の基板の画像を目視観察して検出され、キーボードやマウスなどの入力装置を備えた入力部４６を介して手動入力された位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂに基づいて、上述の位置決め制御パラメータのオフセット量を求めるための演算を行う。すなわち、対角に位置する２点における直交方向の位置ずれ量に基づき、直交座標系の変換計算式を用いて、この位置ずれを補正するためのＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の補正量を固有のオフセット量として算出する。したがってオフセット量演算部４２は、入力された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部となっている。
【００３３】
この演算によって求められたオフセット量は、オフセット量記憶部４３に記憶される。オフセット量記憶部４３は演算された補正量を記憶する補正量記憶部となっている。ここで印刷動作時には、スキージの摺動によってマスクプレート１２が引きずられて若干の伸びを示すことから、印刷の位置ずれ状態（位置ずれ量・位置ずれ方向）は、印刷動作の方向によって異なることが知られている。このため本実施の形態においては、フロント側スキージ１６ｆによって印刷動作を実行する場合のオフセット量を示すフロント側スキージ印刷時オフセット量４３ａと、リア側スキージ１６ｒによって印刷動作を実行する場合のオフセット量を示すリア側スキージ印刷時オフセット量４３ｂとを個別のオフセットデータとして記憶しておく。すなわち本実施の形態では、補正量記憶部は、２つのスキージ部材（フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒ）による個別の印刷動作のそれぞれについて、補正量を記憶するようにしている。
【００３４】
画像取得部４５は、基板認識カメラ２０ａ、マスク認識カメラ２０ｂによって撮像された撮像データから必要な画像を取得する処理を行う。この画像には、前述の印刷後の基板１０を撮像したＡ位置カメラ画像、Ｂ位置カメラ画像が含まれる。すなわち、画像取得部４５は印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する。画像取得部４５によって取得された印刷後の基板の画像は、画像表示部３１の表示画面に表示される。このとき、画像表示部３１の表示画面には位置ずれ量検出用のスケール３１ａがともに表示される。
【００３５】
そしてマシンオペレータが画像表示部３１の表示画面上で印刷されたペーストの位置ずれを目視によりスケール３１ａと対比することによって位置ずれ量を示す計数値を取得する構成は、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより。印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段となっている。なおスケール３１ａの表示形態としては、図４に示す直交スケール以外にも、読み取りの便宜に応じて各種の形態のもの、例えば十字スケールに複数の同心円を組み合わせたものや、スケールが表示画面内でポインタによって任意位置に移動可能なものなど、各種の形態を使用することができる。
【００３６】
入力部４６は、キーボードやタッチパネルなどに設定されたテンキーなどの入力装置であり、上述の取得された計数値はマシンオペレータによって入力部４６を介して手動入力される。したがって取得された計数値をマシンオペレータが手動入力するための入力装置
を備えた入力部４６は、検出された位置ずれ量を示す計数値を入力するための入力手段となっている。
【００３７】
なお印刷位置ずれ検出手段としては、マシンオペレータが目視によって印刷の位置ずれをスケールと対比することにより計数値として検出する方法以外にも、ティーチングによる方法など各種の方法が採用可能である。例えばティーチングによる方法の例では、画像表示部３１においてペースト３２の映像部分のみを抽出した白抜き画像を作成し、この白抜き画像をマシンオペレータが目視観察しながらジョグダイヤルなどの機能によって画像表示部３１内で移動させて電極１０ａに重ね、このときの画像移動量を前述の位置ずれ量としてデジタルの計数値で求めるようにしてもよい。このとき、計数値を表示画面に数値表示させるようにしてもよく、また求められた計数値を制御装置内部で自動入力するようにしてもよい。
【００３８】
次にこのスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理およびスクリーン印刷方法の動作フローについて、図６，図７を参照して説明する。まず図６において、ペースト印刷が実行される（ＳＴ１）。すなわちスキージを移動させて基板１０にペーストを印刷する（印刷工程）。このペースト印刷は、一般には段取り替えに伴う「試し刷り」の場合が多いが、多数枚の基板を対象として連続して生産を反復実行する場合に、抜き取り検査的に実行されるものであってもよい。
【００３９】
ペースト印刷が完了すると、まず印刷後の基板Ａ位置へ基板認識カメラ２０ａを移動させ（ＳＴ２）、基板認識カメラ２０ａによって基板１０のＡ位置を撮像してペーストが印刷された状態の基板Ａ位置の画像を取得し（画像取得工程）、取得した印刷後の画像を画像表示部３１に表示させる（ＳＴ３）（画像表示工程）。そして表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、Ａ位置のＸＹ方向印刷ズレ量（Δｘａ、Δｙａ）を確認し（ＳＴ４）、次いでＡ位置のＸＹ方向印刷補正量を入力する（ＳＴ５）。ここでは、マシンオペレータが表示画面３１上で印刷の位置ずれを目視によりスケール３１ａと対比することによって計数値を取得し、取得された計数値を入力部４６を介してマシンオペレータが手動入力するようにしている。
【００４０】
この後、Ｂ位置に対して同様の処理を実行する。すなわち印刷後の基板Ｂ位置へ基板認識カメラ２０ａを移動させ（ＳＴ６）、基板認識カメラ２０ａによって基板１０のＢ位置を撮像してＢ位置の画像を画像表示部３１に表示させる（ＳＴ７）。そして表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、Ｂ位置のＸＹ方向印刷ズレ量（Δｘｂ、Δｙｂ）を確認し（ＳＴ８）、次いでＢ位置のＸＹ方向印刷補正量を入力する（ＳＴ９）。すなわち（ＳＴ４）〜（ＳＴ９）では、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し（印刷位置ずれ検出工程）、取得された計数値を入力部４６に入力する（入力工程）処理が実行される。
【００４１】
このようにして補正量の入力が行われたならば、オフセット量演算部４２によって、Ａ，Ｂ位置のＸＹ方向印刷補正量から基板１０全体のＸＹθオフセット量を演算する（ＳＴ１０）。すなわち入力された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量であるＸＹθオフセット量を求める演算を行う（補正量演算工程）。そして演算されたＸＹθオフセット量をオフセット量記憶部４３に記憶する（補正量記憶工程）。
【００４２】
ここでは印刷工程において対をなす２つのスキージ（フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒ）によって正逆各方向の印刷動作を行うように装置構成されていること
から、２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについてＸＹθオフセット量を記憶するようにしている。すなわち当該ペースト印刷において用いられたスキージを特定し（ＳＴ１１）、フロント側スキージ１６ｆで印刷した場合には、フロント側スキージ印刷時のオフセット量としてオフセット量記憶部４３に登録する（ＳＴ１２）。また（ＳＴ１１）にてリア側スキージ１６ｒで印刷した場合には、リア側スキージ印刷時のオフセット量としてオフセット量記憶部４３に登録する（ＳＴ１２）。
【００４３】
次に図７はこのようにして登録されたオフセット量に基づいて実際の印刷動作を実行する場合の動作フローを示している。ペースト印刷が開始されると（ＳＴ２０）、まず当該ペースト印刷において用いられるスキージを特定する（ＳＴ２１）。ここでフロント側スキージ１６ｆで印刷する場合には、オフセット量設定部４１はオフセット量記憶部４３からフロント側スキージ印刷時のオフセット量を読み出し、当該印刷動作時における基板位置決め動作のオフセット量として設定する（ＳＴ２２）。
【００４４】
また（ＳＴ２１）にてリア側スキージ１６ｒで印刷する場合には、オフセット量設定部４１はオフセット量記憶部４３からリア側スキージ印刷時のオフセット量を読み出し、当該印刷動作時における基板位置決め動作のオフセット量として設定する（ＳＴ２３）。そして制御部４０は、このようにして設定されたオフセット量が加味された位置決め制御パラメータを用いて基板位置決め部１の動作を制御して、基板１０とマスクプレート１２を位置合わせし（ＳＴ２４）、この後スクリーン印刷機構による印刷動作が実行される（ＳＴ２５）。
【００４５】
上記説明したように、本実施の形態に示すスクリーン印刷における基板１０とマスクプレート１２に位置合わせにおいては、基板にペーストを印刷した後の基板の画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し、検出された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求めるようにしたものである。これにより、従来は熟練作業者が試し印刷を複数回反復した結果に基づいて行われていた基板とマスクプレートとの位置合わせ作業を、熟練と勘に依存することなく効率よく正確に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法は、熟練と勘に依存することなくマスクプレートと基板との位置合わせを効率よく正確に行うことができるという効果を有し、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の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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正面図
【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における基板認識カメラのカメラ画像の説明図
【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方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理のフロー図
【図７】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の動作フロー図
【符号の説明】
【００４８】
１ 基板位置決め部
１０ 基板
１０ａ 電極
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージ駆動機構
１６ｆ フロント側スキージ
１６ｒ リア側スキージ
２０ カメラヘッドユニット
２０ａ 基板認識カメラ
３１ 画像表示部
３１ａ スケール
３２ ペースト
【技術分野】
【０００１】
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装置およびスクリーン印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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供給する方法として、スクリーン印刷が広く用いられている。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マスクプレートに基板を当設させマスクプレート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、マスクプレート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、品種切替え時にマスクプレートを新たに装着した場合には、マスクプレートの装着状態、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、生産対象の基板をマスクプレート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】
この位置合わせには従来よりカメラによって基板やマスクプレートを撮像して位置認識することにより、位置合わせを行う方法が用いられていた。すなわち基板の電極および電極に対応してマスクプレートに設けられたパターン孔のうち、予め位置検出用の特徴部として設定された複数の電極やパターン孔を撮像して得られた画像データから、基板およびマスクプレートの特徴部の重心位置を求め、これらの重心位置を一致させることにより、基板とマスクプレートの位置あわせを行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４５３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基板の電極やマスクプレートのパターン孔の位置は、マスクプレートや基板の初期の製作誤差や経時的な伸縮変形により必ずしも一定ではなくばらついている。このため基板における複数電極間の相対位置関係と、マスクプレートにおける複数パターン孔間の相対位置関係とは必ずしも完全に一致しない。特に薄型の樹脂基板など製作誤差が生じやすい種類の基板を対象とする場合には位置合わせが難しく、画像認識による位置合わせを行った後にさらに試し印刷を行い、印刷結果をマシンオペレータが目視により確認して手作業による位置あわせの修正を反復して行う必要があった。そしてこの目視による確認および位置合わせは熟練と勘が必要とされる複雑な作業であり、従来のマスクプレートと基板との位置あわせ作業は多大な手間と時間を要するものであった。
【０００６】
そこで本発明は、マスクプレートと基板との位置合わせ作業を効率よく正確に行うことができるスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスクリーン印刷装置は、パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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、前記基板をマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の前記基板を撮像し
てペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された前記画像を表示画面に表示する画像表示部と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段と、前記検出された計数値を前記制御手段に入力する入力手段と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶部とを備えた。
【０００８】
本発明のスクリーン印刷方法は、基板をパターン孔が設けられたマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得するする画像取得部と、前記画像取得部によって取得された印刷後の基板の画像を表示画面に表示する画像表示部とを備えたスクリーン印刷装置によって、前記マスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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方法であって、前記スキージを移動させて基板にペーストを印刷する印刷工程と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得工程と、前記取得された画像を表示画面に表示する画像表示工程と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出工程と、前記取得された計数値を前記制御手段に入力する入力工程と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算工程と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板にペーストを印刷した後の基板の画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し、検出された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求めることにより、熟練と勘に依存することなくマスクプレートと基板との位置合わせ作業を効率よく正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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における基板認識カメラのカメラ画像の説明図、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方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理のフロー図、図７は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の動作フロー図である。
【００１１】
まず図１、図２、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において、スクリーン印刷装置は、基板位置決め部１の上方にスクリーン印刷機構を配設して構成されている。基板位置決め部１は、Ｙ軸テーブル２、Ｘ軸テーブル３およびθ軸テーブル４を段積みし、更にその上に第１のＺ軸テーブル５、第２のＺ軸テーブル６を組み合わせて構成されている。基板位置決め部１は、印刷対象の基板を保持してスクリーン印刷機構のマスクプレートに対して相対的に位置合わせする機能を有している。
【００１２】
第１のＺ軸テーブル５の構成を説明する。θ軸テーブル４の上面に設けられた水平なベースプレート４ａの上面側には、同様に水平なベースプレート５ａが昇降ガイド機構（図
示省略）によって昇降自在に保持されている。ベースプレート５ａは、複数の送りねじ５ｃを基板移動Ｚ軸モータ５ｂによってベルト５ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート５ａには２つの垂直フレーム５ｅが立設されており、垂直フレーム５ｅの上端部には基板搬送機構８を構成する２条の搬送レール８ａが保持されている。
【００１３】
搬送レール８ａは基板搬送方向（Ｘ方向−−図１において紙面垂直方向）に平行に配設されており、これらの搬送レール８ａに設けられた基板搬送コンベアよって印刷対象の基板１０の両端部を支持して搬送する。第１のＺ軸テーブル５を駆動することにより、基板搬送機構８によって保持された状態の基板１０を、搬送レール８ａとともに後述するスクリーン印刷機構に対して昇降させることができる。
【００１４】
第２のＺ軸テーブル６の構成を説明する。基板搬送機構８とベースプレート５ａの中間には、水平なベースプレート６ａが昇降ガイド機構（図示省略）に沿って昇降自在に配設されている。ベースプレート６ａは、複数の送りねじ６ｃを下受部昇降モータ６ｂによってベルト６ｄを介して回転駆動する構成のＺ軸昇降機構によって昇降する。ベースプレート６ａの上面には、基板下受部７が着脱自在に装着される。基板下受部７は、スクリーン印刷機構による印刷位置に搬送された基板１０を下方から下受けして保持する。
【００１５】
図２、図３に示すように、搬送レール８ａは上流側（図２、図３において左側）および下流側に延出している。スクリーン印刷装置による印刷動作において、基板搬送機構８は、搬送レール８ａによって基板１０を上流側装置から受け取ってスクリーン印刷機構による印刷位置に搬入し位置決めする。そしてスクリーン印刷機構によって印刷が行われた後の基板１０を搬送レール８ａによって印刷位置から搬出し、下流側装置に受渡す。
【００１６】
第２のＺ軸テーブル６を駆動することにより、基板下受部７は基板搬送機構８に保持された状態の基板１０に対して昇降する。そして基板下受部７の下受面が基板１０の下面に当接することにより、基板下受部７は基板１０を下面側から支持する。基板搬送機構８の上面にはクランプ機構９が配設されている。クランプ機構９は、左右対向して配置された２つのクランプ部材９ａを備えており、一方側のクランプ部材９ａを駆動機構９ｂによって進退させることにより、基板１０を両側からクランプして固定する（図３（ｂ）参照）。
【００１７】
次に基板位置決め部１の上方に配設され、印刷位置に搬送された基板に対してペーストを印刷するスクリーン印刷機構について説明する。図１，図２において、マスクホルダ（図示省略）によって保持されたマスク枠１１にはマスクプレート１２が展張されており、マスクプレート１２にはパターン孔１２ａが設けられている。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、パターン孔１２ａは基板１０において印刷対象となる電極１０ａ（図３（ｂ）参照）の形状・位置に対応して設けられている。
【００１８】
マスクプレート１２上には、スキージ駆動機構１３が配設されている。スキージ駆動機構１３は、対向配置された１対のスキージヘッド１６をそれぞれ昇降させる２つのスキージ昇降機構１５を、水平なプレート１４に配設した構成となっている。各スキージ昇降機構１５の昇降軸１５ａに結合されたスキージヘッド１６には、それぞれ板状のスキージ部材が保持されている。これらのスキージ部材はそれぞれフロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒであり、正方向（矢印ａ方向）に印刷動作を行う場合にはフロント側スキージ１６ｆをマスクプレート１２に摺接させ、逆方向（矢印ｂ方向）に印刷動作を行う場合にはリア側スキージ１６ｒをマスクプレート１２に摺接させる。
【００１９】
スキージ昇降機構１５を駆動することによりスキージヘッド１６は昇降し、これにより
フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒがマスクプレート１２の上面に当接する。プレート１４の下面に固着されたナット１９には、スキージ移動モータ１７により回転駆動される送りねじ１８が螺合しており、スキージ移動モータ１７を正逆駆動することにより、２つのスキージヘッド１６はプレート１４とともにＹ方向の正逆各方向に水平移動する。すなわち本実施の形態に示すスクリーン印刷装置は、それぞれ正逆各方向の印刷動作を行う対をなす２つのスキージを備えている。
【００２０】
図２に示すように、縦フレーム２１上に配置されたブラケット２２上にはガイドレール２３がＹ方向に配設されており、ガイドレール２３にスライド自在に嵌合したスライダ２４は、プレート１４の両端に結合されている。これにより、スキージ駆動機構１３はＹ方向にスライド自在となっている。図２において縦フレーム２１上にはガイドレール２７がＹ方向に配設されており、ガイドレール２７にスライド自在に嵌合したスライダ２８は、ヘッドＸ軸テーブル２６にブラケット２６ａを介して結合されている。これにより、ヘッドＸ軸テーブル２６はＹ方向にスライド自在となっている。ヘッドＸ軸テーブル２６は、ナット３０、送りねじ２９および送りねじ２９を回転駆動するヘッド移動用モータ（図示省略）より成るヘッドＹ軸移動機構２５により、Ｙ方向に水平移動する。
【００２１】
図１、図２に示すように、ヘッドＸ軸テーブル２６には、カメラヘッドユニット２０が装着されている。カメラヘッドユニット２０は、基板１０を上方から撮像するための基板認識カメラ２０ａと、マスクプレート１２を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ２０ｂとを備えており、ヘッドＹ軸移動機構２５、ヘッドＸ軸テーブル２６を駆動してカメラヘッドユニット２０を移動させることにより、基板１０の認識とマスクプレート１２の認識とを同時に行うことができる。本実施の形態においては、後述するように、印刷後の基板１０を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を画面表示させることにより、マシンオペレータが印刷の位置ずれを目視観察によって検出するようにしている。カメラヘッドユニット２０による基板１０やマスクプレート１２の認識を行わないときには、図１に示すように、カメラヘッドユニット２０は基板位置決め部１の上方から側方に退避した位置にある。
【００２２】
次にスクリーン印刷機構による印刷動作について説明する。まず基板搬送機構８の搬送レール８ａによって、印刷対象の基板１０が印刷位置に搬入され、基板下受部７に対して位置合わせされる。次いで第２のＺ軸テーブル６を駆動して基板下受部７を上昇させ、基板１０の下面を下受けする。次いで基板位置決め部１を駆動して、基板１０をマスクプレート１２に対して位置合わせした後、第１のＺ軸テーブル５を駆動して基板１０を基板搬送機構８とともに上昇させて、パターン孔１２ａが設けられたマスクプレート１２の下面に当接させる。この後、基板１０をクランプ機構９によってクランプすることにより、基板１０の水平位置が固定される。
【００２３】
そしてこの状態で、当該スキージング動作における印刷動作の方向に対応して、２つのスキージヘッド１６のうち１つを下降させ、フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒのいずれかをマスクプレート１２に当接させる。次いでクリーム半田などのペーストが供給されたマスクプレート１２上で、フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒのいずれかをスキージング方向（Ｙ方向）に摺動させることにより、パターン孔１２ａを介して基板１０にはペーストが印刷される。
【００２４】
上述の印刷動作においては、印刷対象の基板１０がマスクプレート１２に対して正しく位置合わせされて、電極１０ａの位置とパターン孔１２ａの位置とが一致していることが極めて重要であるが、マスクプレート１２や基板１０の初期の製作誤差や経時的な伸縮変形により、電極１０ａの位置とパターン孔１２ａの位置とは必ずしも一致せず、印刷にずれが生じる場合が多い。このため本実施の形態においては、このような基板１０とマスク
プレート１２との位置合わせの誤差に起因する印刷の位置ずれを極力防止するため、以下の方法によって位置ずれを補正するようにしている。
【００２５】
すなわち本実施の形態においては、生産品種切替に伴う段取替え作業などに際し試験的に印刷を実行するいわゆる「試し刷り」において、印刷後の基板１０を基板認識カメラ２０ａによって撮像した画像を表示画面上に表示させ、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において検出し、検出された位置ずれに基づいて基板位置決め部１による基板１０のマスクプレート１２に対する位置合わせ時の制御パラメータを補正するようにしている。
【００２６】
目視観察による位置ずれ検出について、図４を参照して説明する。図４は、基板１０における印刷対象の電極１０ａのうち、基板１０の相対向する２対角に相当するＡ位置，Ｂ位置（図３（ｂ）参照）に位置する電極１０ａを撮像した状態を示すものである。図４（ａ）、（ｂ）は、基板認識カメラ２０ａを基板１０のＡ位置、Ｂ位置の上方にそれぞれ移動させ、ペーストを印刷した後の基板１０の表面を撮像して得られた画像を、液晶パネルなどの表示パネルを備えた画像表示部３１（図５参照）の表示画面に表示させた状態を示している。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、Ａ位置カメラ画像を示す画像表示部３１内には、図３（ｂ）に示すＡ位置を撮像した画像、すなわち円形の電極１０ａに同形状のパターン孔１２ａによってペースト３２が印刷された状態が画像表示されている。ここで、基板１０のマスクプレート１２に対する位置合わせの不良のため、ペースト３２は電極１０ａの位置とは完全に一致しておらず、最外縁において電極１０ａとこの電極１０ａに印刷されたペースト３２とは、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれΔｘａ、Δｙａだけ位置ずれしている。
【００２８】
画像表示部３１の表示画面には、画面の表示倍率に応じた単位寸法を示すスケール３１ａが表示されており、マシンオペレータが表示された画像を目視観察して位置ずれ量Δｘａ、Δｙａをスケール３１ａと対比することにより、Ａ位置における位置ずれ量をデジタルの計数値として判読して検出することができる。そしてこの後、基板認識カメラ２０ａをＢ位置に移動させて同様に基板１０の表面を撮像することにより、図４（ｂ）に示す画像が画像表示部３１の表示画面に表示される。同様にマシンオペレータが表示された画像を目視観察して位置ずれ量Δｘｂ、Δｙｂをスケール３１ａと対比することにより、Ｂ位置における位置ずれ量をデジタルの計数値として判読して検出することができる。
【００２９】
そしてこのようにして検出された位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂをスクリーン印刷装置の制御演算装置に入力することにより、これらの位置ずれを補正するために必要な位置決め制御パラメータの補正量、すなわち本来の位置合わせのための位置決め制御パラメータに対するオフセット量が演算され、基板位置決め部１を駆動して基板１０をマスクプレート１２に対して位置合わせする際には、このオフセット量を加味した位置決め制御パラメータによって基板位置決め部１の各軸が駆動される。なお本実施の形態においては、対角に相当するＡ位置、Ｂ位置の２位置において印刷の位置ずれを検出するようにしているが、もちろん２位置以上の複数位置において印刷の位置ずれを検出するようにしてもよい。
【００３０】
次に図５を参照して制御系の構成を説明する。図５において制御部４０はＣＰＵを備えた全体制御装置であり、以下に説明する各部の処理を統括して制御する。すなわち制御部４０が駆動部４４を制御することにより、スキージ移動モータ１７、スキージ昇降シリンダ１５、カメラ移動Ｘ軸モータ２６Ｍ、カメラ移動Ｙ軸モータ２５Ｍ、基板移動Ｘ軸モータ３Ｍ、基板移動Ｙ軸モータ２Ｍ、基板移動Ｚ軸モータ５ｂ、基板移動θ軸モータ４Ｍが駆動され、基板１０をマスクプレート１２に体して位置合わせする基板位置決め動作やス
クリーン印刷機構による印刷動作が実行される。
【００３１】
オフセット量設定部４１は、基板１０をマスクプレート１２に対して位置あわせする基板位置決め動作における前述の位置決め制御パラメータのオフセット量を設定する機能を有している。制御部４０が駆動部４４を制御して基板位置決め部１に上述の基板位置決め動作を行わせる際には、制御部４０はオフセット量設定部４１によって設定されたオフセット量を加味して制御を行う。したがって制御部４０およびオフセット量設定部４１は、基板位置決め部１を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段となっている。
【００３２】
オフセット量演算部４２は、マシンオペレータが印刷後の基板の画像を目視観察して検出され、キーボードやマウスなどの入力装置を備えた入力部４６を介して手動入力された位置ずれ量Δｘａ、Δｙａ、Δｘｂ、Δｙｂに基づいて、上述の位置決め制御パラメータのオフセット量を求めるための演算を行う。すなわち、対角に位置する２点における直交方向の位置ずれ量に基づき、直交座標系の変換計算式を用いて、この位置ずれを補正するためのＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の補正量を固有のオフセット量として算出する。したがってオフセット量演算部４２は、入力された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部となっている。
【００３３】
この演算によって求められたオフセット量は、オフセット量記憶部４３に記憶される。オフセット量記憶部４３は演算された補正量を記憶する補正量記憶部となっている。ここで印刷動作時には、スキージの摺動によってマスクプレート１２が引きずられて若干の伸びを示すことから、印刷の位置ずれ状態（位置ずれ量・位置ずれ方向）は、印刷動作の方向によって異なることが知られている。このため本実施の形態においては、フロント側スキージ１６ｆによって印刷動作を実行する場合のオフセット量を示すフロント側スキージ印刷時オフセット量４３ａと、リア側スキージ１６ｒによって印刷動作を実行する場合のオフセット量を示すリア側スキージ印刷時オフセット量４３ｂとを個別のオフセットデータとして記憶しておく。すなわち本実施の形態では、補正量記憶部は、２つのスキージ部材（フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒ）による個別の印刷動作のそれぞれについて、補正量を記憶するようにしている。
【００３４】
画像取得部４５は、基板認識カメラ２０ａ、マスク認識カメラ２０ｂによって撮像された撮像データから必要な画像を取得する処理を行う。この画像には、前述の印刷後の基板１０を撮像したＡ位置カメラ画像、Ｂ位置カメラ画像が含まれる。すなわち、画像取得部４５は印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する。画像取得部４５によって取得された印刷後の基板の画像は、画像表示部３１の表示画面に表示される。このとき、画像表示部３１の表示画面には位置ずれ量検出用のスケール３１ａがともに表示される。
【００３５】
そしてマシンオペレータが画像表示部３１の表示画面上で印刷されたペーストの位置ずれを目視によりスケール３１ａと対比することによって位置ずれ量を示す計数値を取得する構成は、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより。印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段となっている。なおスケール３１ａの表示形態としては、図４に示す直交スケール以外にも、読み取りの便宜に応じて各種の形態のもの、例えば十字スケールに複数の同心円を組み合わせたものや、スケールが表示画面内でポインタによって任意位置に移動可能なものなど、各種の形態を使用することができる。
【００３６】
入力部４６は、キーボードやタッチパネルなどに設定されたテンキーなどの入力装置であり、上述の取得された計数値はマシンオペレータによって入力部４６を介して手動入力される。したがって取得された計数値をマシンオペレータが手動入力するための入力装置
を備えた入力部４６は、検出された位置ずれ量を示す計数値を入力するための入力手段となっている。
【００３７】
なお印刷位置ずれ検出手段としては、マシンオペレータが目視によって印刷の位置ずれをスケールと対比することにより計数値として検出する方法以外にも、ティーチングによる方法など各種の方法が採用可能である。例えばティーチングによる方法の例では、画像表示部３１においてペースト３２の映像部分のみを抽出した白抜き画像を作成し、この白抜き画像をマシンオペレータが目視観察しながらジョグダイヤルなどの機能によって画像表示部３１内で移動させて電極１０ａに重ね、このときの画像移動量を前述の位置ずれ量としてデジタルの計数値で求めるようにしてもよい。このとき、計数値を表示画面に数値表示させるようにしてもよく、また求められた計数値を制御装置内部で自動入力するようにしてもよい。
【００３８】
次にこのスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理およびスクリーン印刷方法の動作フローについて、図６，図７を参照して説明する。まず図６において、ペースト印刷が実行される（ＳＴ１）。すなわちスキージを移動させて基板１０にペーストを印刷する（印刷工程）。このペースト印刷は、一般には段取り替えに伴う「試し刷り」の場合が多いが、多数枚の基板を対象として連続して生産を反復実行する場合に、抜き取り検査的に実行されるものであってもよい。
【００３９】
ペースト印刷が完了すると、まず印刷後の基板Ａ位置へ基板認識カメラ２０ａを移動させ（ＳＴ２）、基板認識カメラ２０ａによって基板１０のＡ位置を撮像してペーストが印刷された状態の基板Ａ位置の画像を取得し（画像取得工程）、取得した印刷後の画像を画像表示部３１に表示させる（ＳＴ３）（画像表示工程）。そして表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、Ａ位置のＸＹ方向印刷ズレ量（Δｘａ、Δｙａ）を確認し（ＳＴ４）、次いでＡ位置のＸＹ方向印刷補正量を入力する（ＳＴ５）。ここでは、マシンオペレータが表示画面３１上で印刷の位置ずれを目視によりスケール３１ａと対比することによって計数値を取得し、取得された計数値を入力部４６を介してマシンオペレータが手動入力するようにしている。
【００４０】
この後、Ｂ位置に対して同様の処理を実行する。すなわち印刷後の基板Ｂ位置へ基板認識カメラ２０ａを移動させ（ＳＴ６）、基板認識カメラ２０ａによって基板１０のＢ位置を撮像してＢ位置の画像を画像表示部３１に表示させる（ＳＴ７）。そして表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、Ｂ位置のＸＹ方向印刷ズレ量（Δｘｂ、Δｙｂ）を確認し（ＳＴ８）、次いでＢ位置のＸＹ方向印刷補正量を入力する（ＳＴ９）。すなわち（ＳＴ４）〜（ＳＴ９）では、表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し（印刷位置ずれ検出工程）、取得された計数値を入力部４６に入力する（入力工程）処理が実行される。
【００４１】
このようにして補正量の入力が行われたならば、オフセット量演算部４２によって、Ａ，Ｂ位置のＸＹ方向印刷補正量から基板１０全体のＸＹθオフセット量を演算する（ＳＴ１０）。すなわち入力された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量であるＸＹθオフセット量を求める演算を行う（補正量演算工程）。そして演算されたＸＹθオフセット量をオフセット量記憶部４３に記憶する（補正量記憶工程）。
【００４２】
ここでは印刷工程において対をなす２つのスキージ（フロント側スキージ１６ｆ、リア側スキージ１６ｒ）によって正逆各方向の印刷動作を行うように装置構成されていること
から、２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについてＸＹθオフセット量を記憶するようにしている。すなわち当該ペースト印刷において用いられたスキージを特定し（ＳＴ１１）、フロント側スキージ１６ｆで印刷した場合には、フロント側スキージ印刷時のオフセット量としてオフセット量記憶部４３に登録する（ＳＴ１２）。また（ＳＴ１１）にてリア側スキージ１６ｒで印刷した場合には、リア側スキージ印刷時のオフセット量としてオフセット量記憶部４３に登録する（ＳＴ１２）。
【００４３】
次に図７はこのようにして登録されたオフセット量に基づいて実際の印刷動作を実行する場合の動作フローを示している。ペースト印刷が開始されると（ＳＴ２０）、まず当該ペースト印刷において用いられるスキージを特定する（ＳＴ２１）。ここでフロント側スキージ１６ｆで印刷する場合には、オフセット量設定部４１はオフセット量記憶部４３からフロント側スキージ印刷時のオフセット量を読み出し、当該印刷動作時における基板位置決め動作のオフセット量として設定する（ＳＴ２２）。
【００４４】
また（ＳＴ２１）にてリア側スキージ１６ｒで印刷する場合には、オフセット量設定部４１はオフセット量記憶部４３からリア側スキージ印刷時のオフセット量を読み出し、当該印刷動作時における基板位置決め動作のオフセット量として設定する（ＳＴ２３）。そして制御部４０は、このようにして設定されたオフセット量が加味された位置決め制御パラメータを用いて基板位置決め部１の動作を制御して、基板１０とマスクプレート１２を位置合わせし（ＳＴ２４）、この後スクリーン印刷機構による印刷動作が実行される（ＳＴ２５）。
【００４５】
上記説明したように、本実施の形態に示すスクリーン印刷における基板１０とマスクプレート１２に位置合わせにおいては、基板にペーストを印刷した後の基板の画像をマシンオペレータが目視観察することにより、印刷されたペーストの位置ずれを画像上の少なくとも２位置において計数値として検出し、検出された計数値に基づいて位置ずれを補正するための位置決め制御パラメータの補正量を求めるようにしたものである。これにより、従来は熟練作業者が試し印刷を複数回反復した結果に基づいて行われていた基板とマスクプレートとの位置合わせ作業を、熟練と勘に依存することなく効率よく正確に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法は、熟練と勘に依存することなくマスクプレートと基板との位置合わせを効率よく正確に行うことができるという効果を有し、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の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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正面図
【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における基板認識カメラのカメラ画像の説明図
【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方法における基板とマスクプレートとの位置合わせのためのオフセット量演算処理のフロー図
【図７】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷方法の動作フロー図
【符号の説明】
【００４８】
１ 基板位置決め部
１０ 基板
１０ａ 電極
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージ駆動機構
１６ｆ フロント側スキージ
１６ｒ リア側スキージ
２０ カメラヘッドユニット
２０ａ 基板認識カメラ
３１ 画像表示部
３１ａ スケール
３２ ペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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、
前記基板をマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の前記基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された前記画像を表示画面に表示する画像表示部と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段と、前記検出された計数値を前記制御手段に入力する入力手段と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶部とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項２】
前記画像は前記表示画面に単位寸法を示すスケールとともに表示され、前記印刷位置ずれ検出手段は、前記マシンオペレータが前記表示画面上で前記位置ずれを目視により前記スケールと対比することによって前記計数値を取得する構成であり、前記入力手段は、前記取得された計数値を前記マシンオペレータが手動入力するための入力部であることを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
【請求項３】
それぞれ正逆各方向の印刷動作を行う対をなす２つのスキージを備え、前記補正量記憶部は、前記２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについて、前記補正量を記憶することを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
【請求項４】
基板をパターン孔が設けられたマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得するする画像取得部と、前記画像取得部によって取得された印刷後の基板の画像を表示画面に表示する画像表示部とを備えたスクリーン印刷装置によって、前記マスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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方法であって、
前記スキージを移動させて基板にペーストを印刷する印刷工程と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得工程と、前記取得された画像を表示画面に表示する画像表示工程と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出工程と、前記取得された計数値を前記制御手段に入力する入力工程と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算工程と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶工程とを含むことを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項５】
前記基板の画像は前記表示画面に単位寸法を示すスケールとともに表示され、前記印刷位置ずれ検出工程において、前記マシンオペレータが前記表示画面上で前記位置ずれを目視により前記スケールと対比することによって前記計数値を取得し、前記入力工程において、前記取得された計数値を前記マシンオペレータが入力部に手動入力することを特徴とする請求項４記載のスクリーン印刷方法。
【請求項６】
前記印刷工程において対をなす２つのスキージによって正逆各方向の印刷動作を行い、
前記補正量記憶工程において、前記２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについて前記補正量を記憶することを特徴とする請求項４記載のスクリーン印刷方法。
【請求項１】
パターン孔が設けられたマスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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、
前記基板をマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の前記基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された前記画像を表示画面に表示する画像表示部と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出手段と、前記検出された計数値を前記制御手段に入力する入力手段と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算部と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶部とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項２】
前記画像は前記表示画面に単位寸法を示すスケールとともに表示され、前記印刷位置ずれ検出手段は、前記マシンオペレータが前記表示画面上で前記位置ずれを目視により前記スケールと対比することによって前記計数値を取得する構成であり、前記入力手段は、前記取得された計数値を前記マシンオペレータが手動入力するための入力部であることを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
【請求項３】
それぞれ正逆各方向の印刷動作を行う対をなす２つのスキージを備え、前記補正量記憶部は、前記２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについて、前記補正量を記憶することを特徴とする請求項１記載のスクリーン印刷装置。
【請求項４】
基板をパターン孔が設けられたマスクプレートに対して相対的に位置決めする基板位置決め部と、この基板位置決め部を位置決め制御パラメータに基づいて制御する制御手段と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得するする画像取得部と、前記画像取得部によって取得された印刷後の基板の画像を表示画面に表示する画像表示部とを備えたスクリーン印刷装置によって、前記マスクプレートに基板を当接させ、ペーストが供給された前記マスクプレート上でスキージ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方法であって、
前記スキージを移動させて基板にペーストを印刷する印刷工程と、印刷後の基板を撮像してペーストが印刷された状態の基板の画像を取得する画像取得工程と、前記取得された画像を表示画面に表示する画像表示工程と、前記表示された画像をマシンオペレータが目視観察することにより印刷された前記ペーストの位置ずれを前記画像上の少なくとも２位置において計数値として検出する印刷位置ずれ検出工程と、前記取得された計数値を前記制御手段に入力する入力工程と、入力された前記計数値に基づいて前記位置ずれを補正するための前記位置決め制御パラメータの補正量を求める演算を行う補正量演算工程と、演算された前記補正量を記憶する補正量記憶工程とを含むことを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項５】
前記基板の画像は前記表示画面に単位寸法を示すスケールとともに表示され、前記印刷位置ずれ検出工程において、前記マシンオペレータが前記表示画面上で前記位置ずれを目視により前記スケールと対比することによって前記計数値を取得し、前記入力工程において、前記取得された計数値を前記マシンオペレータが入力部に手動入力することを特徴とする請求項４記載のスクリーン印刷方法。
【請求項６】
前記印刷工程において対をなす２つのスキージによって正逆各方向の印刷動作を行い、
前記補正量記憶工程において、前記２つのスキージによる個別の印刷動作のそれぞれについて前記補正量を記憶することを特徴とする請求項４記載のスクリーン印刷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１７９０２９（Ｐ２００８−１７９０２９Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３３３５（Ｐ２００７−１３３３５）
【出願日】平成１９年１月２４日（２００７．１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２４日（２００７．１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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