説明

スクリーン印刷装置および方法

【課題】従来のスクリーン印刷装置により印刷材料をワークに塗布すると、ワーク表面に凹凸が存在している場合でも一定の厚みで塗布されるため、印刷材料が塗布された凹凸のあるワークを製品に付設したときに、ワークと製品との密着性が悪くなっていた。
【解決手段】ワーク10に対向して配置され開口部が形成されたマスク1と、マスク1上面に摺接して該マスク1をワーク10側へ押圧しながらマスク面方向へ移動することで、マスク1上に載置されたペースト状の印刷材料31を、開口部を通じてワーク10上に塗布するスキージ2とを備えたスクリーン印刷装置であって、ワーク10表面の凹凸形状を測定する表面形状測定器4と、表面形状測定器4の測定値に基づいて、印刷材料31を塗布する際のスキージ2の摺接位置におけるマスク1の撓ませ量を制御する制御装置5とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接しながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置、およびそれによるスクリーン印刷方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接しながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置は知られている。
このようなスクリーン印刷装置によりスクリーン印刷を行う場合、スキージによりマスクを押圧してワーク側へ撓ませ、印刷材料を塗布する箇所のマスクをワークに対して当接させるようにしている。
前記マスクとしては、例えばメタルマスクに構成されたものがあり、このメタルマスクにおいては、マスクがワークに当接した状態でスキージによる印刷材料の塗布を行うことで、マスクの厚み分の印刷材料がワーク上に転写されることとなり、一定量(厚さ)の印刷材料をワークに対して塗布することが可能となっている。
【0003】
特許文献1に記載のスクリーン印刷装置は、プリント基板に印刷材料であるクリームはんだを塗布するための装置であるが、クリームはんだのプリント基板への塗布量は、プリント基板に実装される電子部品のはんだ付け性に影響を与えるため一定にすることが望ましい。
従って、特許文献1においては、ワークとなるプリント基板の上面とマスクとの隙間が一定になるように、プリント基板が載置されるステージの高さを位置決めしている。
このように、プリント基板の上面とマスクとの隙間を一定にすることで、印刷材料を塗布する箇所のマスクとプリント基板との間に隙間が空いたり、逆にマスクがプリント基板に過度の圧力で押圧されたりすることがなく、マスクをプリント基板に対して適正な圧力で当接させることが可能となっている。
【0004】
つまり、従来のスクリーン印刷装置においては、図7に示すように、印刷材料を塗布する箇所のマスク101は、スキージ102により常にワーク110に当接するまで押圧されており、これによりワーク110の全面にわたって一定量の印刷材料を塗布することが可能となっている。
【0005】
図8(a)に示すように、ワーク110の表面に凹凸が存在する場合も、印刷材料を塗布する箇所のマスク101が常にワーク110の表面の形状に沿って当接することとなるため、図8(b)に示すように、印刷材料はワーク110の表面にマスク101の厚みに応じた一定の厚みで塗布される。
【特許文献1】特開平9−76455号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図9に示すように、一般的に、発熱部品であるパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品121には放熱のための放熱板111が付設されるが、製品121と放熱板111との密着性を向上して放熱効率を高めるために、製品121と放熱板111との間にグリス131を介装することがある。
前記グリス131は、前述のスクリーン印刷装置により放熱板111上に塗布されるが、放熱板111の表面に凹凸が存在している場合でも一定の厚みで塗布されるため、凹凸がある放熱板111にグリス131を塗布して製品121に付設した場合、図10に示すように、放熱板111の凸部のみが製品121に密着して、放熱板111の凹部と製品121との間には隙間が生じてしまうといったように、放熱板111と製品121との密着性が悪くなり放熱性が低下してしまうこととなる。
【0007】
そこで、本発明においては、スクリーン印刷装置により塗布される印刷材料が製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスのような材料であって、印刷材料が塗布される放熱板などのワークの表面に凹凸が存在していた場合でも、製品とワークとを印刷材料の塗布範囲の全面にわたって密着させることができるスクリーン印刷装置および方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するスクリーン印刷装置および方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載のごとく、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接して該マスクをワーク側へ押圧しながらマスク面方向へ移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、ワーク表面の凹凸形状を測定する測定手段と、前記測定手段の測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する制御手段とを備える。
これにより、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面は、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料(グリス)がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。
【0009】
また、請求項2記載のごとく、前記制御手段は、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御する。
これにより、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスクの撓ませ量を制御することが可能となる。
【0010】
また、請求項3記載のごとく、前記制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる。
これにより、マスクがワークの表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワークの上面に基準面から一定の高さ幅の印刷材料を塗布することが可能となる。
【0011】
また、請求項4記載のごとく、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクの上面に、スキージを摺接させながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスクリーン印刷方法であって、ワーク表面の凹凸形状を測定する測定工程と、前記測定工程での測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する撓ませ量制御工程とを備える。
これにより、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面は、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料(グリス)がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。
【0012】
また、請求項5記載のごとく、前記撓ませ量制御工程では、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御する。
これにより、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスクの撓ませ量を制御することが可能となる。
【0013】
また、請求項6記載のごとく、前記撓ませ量制御工程における前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる。
これにより、マスクがワークの表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワークの上面に基準面から一定の高さ幅の印刷材料を塗布することが可能となる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面を、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦とすることができる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料(グリス)がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【0016】
図1に示すスクリーン印刷装置は、印刷材料31を塗布する対象となるワーク10を載置するステージ3と、ワーク10の上方に配置され、少なくともワーク10に対向する箇所に開口部を形成したマスク1と、マスク1上に載置されたペースト状の印刷材料31を、前記開口部を通じてワーク10上に塗布するスキージ2とを備えている。
【0017】
前記スキージ2は、マスク1と並行に配置されるレール8に沿って移動可能な支持部材7に支持されており、前記支持部材7と一体的に水平方向(マスク1の面方向)へ移動可能に構成されている。
前記支持部材7は昇降器6により昇降可能に構成されており、これによりスキージ2がマスク1面に対して直交する方向へ移動可能となっている。
前記マスク1はメタルマスクに構成されている。
【0018】
また、スクリーン印刷装置はワーク10の表面形状測定器4を備えている。前記表面形状測定器4は、例えばレーザー照射器4aからワーク10の表面にレーザー光を照射して、ワーク10の表面での反射光を撮像器4bにより撮像することでワーク10の表面形状を測定するレーザー変位計にて構成されている。
前記表面形状測定器4はスキージ2の移動方向と同じ方向へ移動可能に構成されており、ワーク10の表面形状を全範囲にわたって測定可能となっている。
なお、本例では表面形状測定器4としてレーザー変位計を用いているが、これに限るものではなく、ワーク10の表面形状を測定可能な測定器であれば用いることができる。
【0019】
スクリーン印刷装置によりワーク10に対して印刷材料31を塗布するときには、スキージ2をマスク1に押し付けて、スキージ2によりマスク1をワーク10側へ撓ませた状態で、スキージ2をマスク1の面方向へ移動させることで、マスク1上に載置されたペースト状の印刷材料31を、マスク1に摺接するスキージ2により前記開口部を通じてワーク10の表面に塗布するように構成されている。
【0020】
スキージ2のマスク1への押し付けは、前記昇降器6によりスキージ2をマスク1側へ移動させることで行うが、スクリーン印刷装置には、図2に示すように、スキージ2を移動させるための昇降器6の動作を制御する制御装置5を備えている。
つまり、昇降器6は、ワーク10に印刷材料31を塗布するときにはスキージ2を下降してマスク1側へ近づくように移動させ、ワーク10への印刷材料31の塗布後にはスキージ2を上昇してマスク1側から離れるように移動させるものである。
【0021】
制御装置5には表面形状測定器4にて測定されたワーク10の表面形状の測定値が入力され、前記制御装置5においては、入力されたワーク10の表面形状の測定値に基づいて、印刷材料31を塗布する際のスキージ2の摺接位置におけるマスク1の撓ませ量を制御するようにしている。
つまり、制御装置5は、ワーク10の表面形状の測定値に基づいて、適正なマスク1の撓ませ量を算出し、算出した撓ませ量だけマスク1が撓むように、スキージ2をマスク1側へ移動させるべく、昇降器6の動作を制御する。
【0022】
具体的には、制御装置5では、表面形状測定器4にて測定されたワーク10の表面形状の測定値に基づいて、ワーク10の上面における基準面Lの高さ位置から、ワーク10の上面において最も突出している箇所の高さ位置までの寸法d1を凸寸法として算出する。
この場合、凸寸法d1は、例えば表面形状測定器4から基準面Lまでの距離と、表面形状測定器4からワーク10の上面における最も突出している箇所までの距離との差を求めることにより算出することができる。
また、前記基準面Lは、例えばワーク10の表面における凸部を除いた平坦面部分に設定したり、ワーク10上面の高さ位置の平均値からなる仮想面に設定したりすることができる。
【0023】
また、制御装置5においては、表面形状測定器4からマスク1の下面までの距離が予め記憶されており、ワーク10の表面形状の測定値から、マスク1の下面と前記基準面Lとの隙間寸法d2が算出される。
そして、前記隙間寸法d2と前記凸寸法d1との差寸法Δdを算出して、この差寸法Δdをマスク1の撓ませ量として求める。
【0024】
さらに、マスク1の撓ませ量となる差寸法Δdを算出した制御装置5は、印刷材料31の塗布時にマスク1が差寸法Δdだけ撓むように、スキージ2によるワーク10側へのマスク1の押し込み量(つまり、昇降器6によるスキージ2のワーク10側への移動量)を制御する。
【0025】
このように、スキージ2によるワーク10側へのマスク1の押し込み量を制御することで、スキージ2をマスク1に摺接させながらマスク面方向(水平方向)へ移動して、マスク1上に載置された印刷材料31をワーク10上に塗布する場合は、図3に示すように、スキージ2の摺接位置におけるマスク1の下面は、常にワーク10の基準面Lから凸寸法d1だけ離間した位置まで押し込まれた状態となる。
【0026】
スキージ2によるワーク10側へのマスク1の押し込み量を前記制御装置5により制御して、マスク1の下面が常にワーク10の基準面Lから凸寸法d1だけ離間した位置まで押し込まれた状態としながら、スキージ2をマスク面方向へ移動してワーク10への印刷材料31の塗布を行うと、印刷材料31はマスク1の開口部を通じてマスク1下面とワーク10上面との間に充填され、図4に示すように、ワーク10には基準面Lから一定の高さ幅dpの範囲に印刷材料31が全域にわたって塗布されることとなる。
【0027】
つまり、マスク1の下面とワーク10の上面とが離間している箇所では、離間している凸寸法d1分の印刷材料31が離間箇所に充填されるとともに、マスク1の厚み寸法dm分の印刷材料31が塗布されることとなる。
また、ワーク10の上面において最も突出している箇所は、前記基準面Lから凸寸法d1だけ突出しており、最も突出している箇所においては印刷材料31の塗布時にマスク1の下面が当接するため、最も突出している箇所にはマスク1の厚み寸法dm分の印刷材料31が塗布されることとなる。
これにより、ワーク10上には、ワーク10の上面における凹凸状態にかかわらず、全体的に基準面Lから一定の高さ幅dpの印刷材料31が塗布されることとなる。
つまり、ワーク10の上面における凹部では印刷材料31が厚く塗布され、凸部では印刷材料31が薄く塗布されて、塗布された印刷材料31の上面は、ワーク10上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。
【0028】
このように、本スクリーン印刷装置においては、表面形状測定器4によりワーク10の表面の凹凸形状を測定工程にて測定した後、撓ませ量制御工程にて、前記測定工程でのワーク10の表面形状の測定値に基づいて、印刷材料31をワーク10に塗布する際のスキージ2の摺接位置におけるマスク1の撓ませ量を、制御装置5により一定に制御しているので、ワーク10の上面に全体的に基準面Lから一定の高さ幅dpの範囲に印刷材料31を塗布することが可能となっている。
これにより、例えば、ワーク10がパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品21に付設される放熱板であり、印刷材料31が製品21とワーク10との間に介装されるグリスである場合には、図5に示すように、ワーク10の表面に凹凸が存在していたとしても、ワーク10を製品21に組み付けたときに、印刷材料(グリス)31がワーク10と製品21との間に隙間なく充填された状態として、ワーク10と製品21とを全体的に密着させることができ、製品21からのワーク10への放熱性を向上させることが可能となる。
【0029】
また、制御装置5によるマスク1の撓ませ量は、印刷材料31のワーク10への塗布時におけるスキージ2のマスク1に対する位置、すなわちスキージ2によるマスク1のワーク10側への押し込み量を変化させることにより制御しているので、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスク1の撓ませ量を制御することが可能となっている。
【0030】
さらに、制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージ2が摺接している箇所のマスク1下面が、ワーク10表面の最も突出している箇所よりもワーク10側へ押し込まれないように行われているので、マスク1がワーク10の表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワーク10の上面に基準面Lから一定の高さ幅dpの印刷材料31を塗布することが可能となっている。
【0031】
なお、本例ではマスク1の撓ませ量を、マスク1の下面と前記基準面Lとの隙間寸法d2からワーク10の上面において最も突出している箇所の凸寸法d1を減じた差寸法Δd、すなわちワーク10の上面において最も突出している箇所とマスク1の下面との隙間寸法に設定しているため、図6に示すように、ワーク10の凸寸法d1が小さければマスク1の撓ませ量(スキージ2のワーク10側への移動量)は大きくなり、ワーク10の凸寸法d1が大きければマスク1の撓ませ量(スキージ2のワーク10側への移動量)は小さくなる。
【0032】
また、本例では、マスク1の撓ませ量を、マスク1の下面と前記基準面Lとの隙間寸法d2からワーク10の上面において最も突出している箇所の凸寸法d1を減じた差寸法Δd、すなわちワーク10の上面において最も突出している箇所とマスク1の下面との隙間寸法に設定しているが、ワーク10の上面において最も突出している箇所とマスク1の下面との隙間寸法(差寸法Δd)から所定の寸法を減じた寸法とすることも可能である。
この場合、マスク1の撓ませ量は差寸法Δdよりも小さくなるため、ワーク10の上面において最も突出している箇所に印刷材料31を塗布する場合でも、マスク1はワーク10の上面に当接しない。
【0033】
また、本例では、マスク1の撓ませ量は、スキージ2を昇降器6によりマスク1面に対して直交する方向へ移動させて、印刷材料31の塗布時におけるスキージ2のマスク1に対する位置を変化させることにより制御しているが、印刷材料31の塗布時におけるスキージ2のマスク1に対する当接圧を用いて制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】スクリーン印刷装置を示す側面図である。
【図2】スクリーン印刷装置の表面形状測定器、昇降器、および制御装置を示すブロック図である。
【図3】スキージの摺接位置におけるマスク1の下面位置を示す側面図である。
【図4】ワークの基準面から一定の厚み寸法で印刷された印刷材料を示す側面図である。
【図5】印刷材料が印刷されたワークを製品に組み付けた状態を示す側面図である。
【図6】ワーク表面の最も突出している箇所の凸寸法とスキージの移動量との関係を示す図である。
【図7】従来のスクリーン印刷装置において印刷材料をワークに塗布する際のマスクの撓む様子を示す側面図である。
【図8】(a)はワーク表面に凸部が存在した場合に、従来のスクリーン印刷装置にて印刷材料をワークに塗布する際のマスクの撓む様子を示す側面図であり、(b)は従来のスクリーン印刷装置にてワークに塗布された印刷材料を示す側面図である。
【図9】従来のスクリーン印刷装置により塗布された、製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスを示す側面図である。
【図10】放熱板に凹凸があった場合の、従来のスクリーン印刷装置により塗布された、製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスを示す側面図である。
【符号の説明】
【0035】
1 マスク
2 スキージ
3 ステージ
4 表面形状測定器
5 制御装置
6 昇降器
10 ワーク
31 印刷材料

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接して該マスクをワーク側へ押圧しながらマスク面方向へ移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、
ワーク表面の凹凸形状を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する制御手段とを備える、
ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項2】
前記制御手段は、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項3】
前記制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、
前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる、
ことを特徴とする請求項2に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項4】
ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクの上面に、スキージを摺接させながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスクリーン印刷方法であって、
ワーク表面の凹凸形状を測定する測定工程と、
前記測定工程での測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する撓ませ量制御工程とを備える、
ことを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項5】
前記撓ませ量制御工程では、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御する、
ことを特徴とする請求項4に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項6】
前記撓ませ量制御工程における前記スキージのマスクに対する位置の制御は、
前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる、
ことを特徴とする請求項5に記載のスクリーン印刷方法。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2010−46936(P2010−46936A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−213842(P2008−213842)
【出願日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】