JP3758463B2 - スクリーン印刷の検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷するスクリーン印刷装置におけるスクリーン印刷の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品実装工程において、基板上にクリーム半田などのペーストを印刷する方法としてスクリーン印刷が用いられている。この方法は、印刷対象部位に応じてパターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、スクリーンマスク上にクリーム半田を供給してスキージを摺動させることにより、パターン孔を介して基板上にクリーム半田を印刷するものである。
【０００３】
印刷工程の後にはクリーム半田の印刷状態を検査する印刷検査が行われる。この印刷検査を同一装置内で行えるよう、スクリーン印刷装置に印刷検査機能を備えたものが知られている。このような検査機能付きのスクリーン印刷装置は、従来は基板認識用に備えられたカメラによって印刷後の基板を撮像し、撮像結果を画像処理して印刷部位に正しくクリーム半田が印刷されているか否かを判定することにより印刷検査を行うようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスクリーン印刷装置には、以下に述べるような問題点があった。まず印刷検査ではカメラによって撮像した２次元画像データに基づいて判定を行う方法が採用されていたため、印刷位置や印刷部の平面形状など２次元データのみで判定可能な項目については良好な検査結果が得られるが、印刷量など良否判定に印刷高さなどの３次元データを伴う項目については精度のよい検査を行うことは困難であった。また従来の印刷検査では、印刷後の基板のみを対象としてカメラによる認識を行っていたため印刷結果自体の良否は検出できるものの、その不良が如何なる原因で発生したかという不良原因の特定を行うための必要なデータが必ずしも十分には得られず、印刷不良への適切な対応が困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、印刷検査を精度よく行え、しかも不良原因の特定のためのデータ取得が可能で印刷不良を防止することができるスクリーン印刷の検査方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスクリーン印刷の検査方法は、パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、このスクリーンマスク上でスキージヘッドを摺動させることにより、前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷し、次いで基板をスクリーンマスクから分離させて版離れを行った後に、３次元測定手段により基板の電極上に印刷された印刷部の形状とマスクプレートのパターン孔の内部状態を検出し、印刷部の形状検出結果とパターン孔の内部状態の検出結果とを対比することにより、印刷不良の発生原因を特定するスクリーン印刷の検査方法であって、前記印刷部に「欠け」が検出され、前記パターン孔内にこの「欠け」の形状に相当するペーストの残量が検出された場合には、この「欠け」は版離れ工程において発生したものと特定し、また前記印刷部に「欠け」が検出され、前記パターン孔内にこの「欠け」の形状に相当するペーストの残留が検出されない場合は、この「欠け」はパターン孔内へのペーストの充填不良によって発生したものと特定する。
【００１２】
本発明は、印刷が終了して基板をスクリーン印刷から版離れさせた後、基板の電極部の印刷部の形状とスクリーンマスクの内部状態の双方を３次元測定手段により検出し、その検出結果を対比することにより、印刷不良発生時の原因特定を容易に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図、図３は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図、図４は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のレーザ計測装置の斜視図、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の基板とスクリーンマスクの部分斜視図、図７は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置による補修印刷の説明図である。
【００１５】
まず図１、図２および図３を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。図１、図２において、基板位置決め手段である基板位置決め部１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３よりなる移動テーブル上にθ軸テーブル４を段積みし、さらにその上にＺ軸テーブル５を配設して構成されており、Ｚ軸テーブル５上にはクランパ８によって挟み込まれた基板６を下方から保持する基板保持部７が設けられている。印刷対象の基板６は、図１、図３に示す搬入コンベア１４によって基板位置決め部１に搬入される。基板位置決め部１を駆動することにより、基板６の位置を調整することができる。印刷後の基板６は、搬出コンベア１５によって搬出される。
【００１６】
基板位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１０が配設されており、スクリーンマスク１０はホルダ１１にマスクプレート１２を装着して構成されている。基板６は基板位置決め部１によってマスクプレート１２に対して位置合わせされ下方から当接する。スクリーンマスク１０上には、スキージヘッド１３が水平方向に往復動自在に配設されている。基板６がマスクプレート１２の下面に当接した状態で、マスクプレート１２上にペーストであるクリーム半田９を供給し、スキージヘッド１３のスキージ１３ａをマスクプレート１２の表面に当接させて摺動させることにより、基板６の表面に形成された電極６ａ（図３参照）上にはマスクプレート１２に設けられたパターン孔１２ａ（図３参照）を介してクリーム半田９が印刷される。
【００１７】
スクリーンマスク１０の上方には、３次元測定手段であるレーザ計測装置２０が設けられている。図３に示すように、レーザ計測装置２０はＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によってＸＹ方向に水平移動し、昇降手段２３（図１、図２）によって昇降自在となっている。昇降手段２３を駆動することにより、レーザ計測装置２０は計測高さ位置まで下降する。Ｘ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２および昇降手段２３は、レーザ計測装置２０を移動させる移動手段となっている。
【００１８】
レーザ計測装置２０はレーザ光を照射することにより垂直方向の変位を測定する機能とレーザ照射位置をＸＹ方向に走査させる走査機構とを備えており、図４に示すように照射点Ｐを計測範囲Ｒ内で走査させることにより計測範囲Ｒ内の計測対象物表面の垂直方向位置を連続的に検出し、計測対象物の３次元形状を検出できるようになっている。
【００１９】
レーザ計測装置２０を前記移動手段によって基板６、マスクプレート１２に対して移動させることにより、基板６、マスクプレート１２の任意の範囲を対象として３次元形状測定を行うことができる。そして得られた検出データを処理することにより、基板６の特徴部である電極６ａの配置パターンおよびスクリーンマスク１０の特徴部であるパターン孔１２ａの配置パターンを検出することができるとともに、スクリーン印刷後の基板６を計測対象として３次元測定を行うことにより、基板６上に印刷されたクリーム半田９の形状を３次元的に検出することができる。
【００２０】
レーザ計測装置２０を移動させるＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２には、ディスペンサ２４（ペースト吐出手段）が装着されている。ディスペンサ２４はクリーム半田９を吐出する吐出ノズル２５を備えており、上下機構２６によって上下動可能となっている。ディスペンサ２４をＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によって移動させ、補修対象部位に対して吐出ノズル２５を下降させて下端部を位置あわせした状態でクリーム半田９を吐出させることにより（図６（ａ）参照）、印刷不良部位に補修用のクリーム半田９を供給することができる。すなわち、ディスペンサ２４は印刷不良部位の補修を行う補修手段を構成する。
【００２１】
次に、図５を参照してスクリーン印刷装置の制御系の構成について説明する。図５において、ＣＰＵ３０は全体制御部であり以下に説明する各部の全体制御を行う。プログラム記憶部３１は、スクリーン印刷の動作プログラムや、レーザ計測装置２０の検出信号から基板６やマスクプレート１２の形状検出を行うための処理プログラム、以下に説明する各種判定処理のプログラムを記憶する。データ記憶部３２はスクリーン印刷条件のデータや、判定処理の基準値データなどの各種データを記憶する。
【００２２】
機構制御部３３は、基板位置決め部１や搬入コンベア１４、搬出コンベア１５、Ｘ軸テーブル２１、Ｙ軸テーブル２２などの各機構部の動作を制御する。形状検出部３４は、レーザ計測装置２０を走査させて得られた検出信号を処理することにより、基板６に設けられた電極６ａの平面配置を示す電極配置パターンおよびマスクプレート１２に設けられたパターン孔１２ａの配置を示す開口パターン、印刷後の基板６上のクリーム半田９の形状を検出する。
【００２３】
基板・マスク判定部３５は、このようにして作成された電極配置パターンと開口パターンとをデータ記憶部３２に記憶された設計データ上の基準パターンと比較することにより、スクリーン印刷装置に供給された基板６やマスクプレート１２の良否を判定する。すなわち、基板・マスク判定部３５は供給材判定部となっている。
【００２４】
印刷判定部３６は、スクリーン印刷後の基板６をレーザ計測装置２０によって測定して得られたクリーム半田９の形状データを予め記憶された基準データと比較することにより、印刷状態の良否を判定する。補修判定部３７は、上記印刷判定部によって印刷状態不良と判定された基板について、当該印刷措置による補修の可否判定および補修方法の選択を行う。
【００２５】
すなわち、３次元形状測定によって求められたクリーム半田９の形状データをデータ記憶部３２の補修適用例ライブラリに記憶されたデータと比較することにより、当該印刷装置に備えられた補修機能によって補修することが可能であるか否かをまず判断する。そして補修可能と判断された基板について、次の２通りの補修方法のどちらを適用するかの選択を行う。
【００２６】
まず、補修対象部位が基板６全体から見て部分的である場合には、ディスペンサ２４による補修塗布が行われる。また、補修対象部位の数が多数である場合や、印刷不良の程度が甚だしく、ディスペンサ２４による追加塗布では補修に時間を要するような場合には、再印刷すなわち当該基板６を再びマスクプレート１２に当接させて印刷を行う補修方法が選択される。この場合には、スクリーン印刷装置の印刷機能そのものが印刷不良部位の補修を行う補修手段となっている。このように、印刷不良の状態に応じて適切な補修方法を選択することにより、効率的な補修印刷を行うことができる。
【００２７】
上記構成において、基板・マスク判定部３５、印刷判定部３６は、レーザ計測装置２０の測定結果から基板６およびまたはスクリーンマスク１０の検査を行う検査手段となっており、補修判定部３７は印刷不良部位の補修を行う補修手段を構成するものとなっている。
【００２８】
このスクリーン印刷装置は上記のように構成されており、以下スクリーン印刷方法およびスクリーン印刷後に印刷不良と判定された基板に対して行われる補修印刷について説明する。まず、新たな印刷対象品種への品種切り替えが行われ、当該品種に対応してスクリーンマスク１０が装着されると、スクリーンマスク検査が行われる。この検査は、スクリーンマスク１０が装着された状態で、レーザ計測装置２０をＸ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２によってスクリーンマスク１０上で移動させながらスクリーンマスク１０の上面を３次元測定することにより行われる。この検査により、装着されたスクリーンマスク１０の良否が判定される。
【００２９】
次いで、基板６の検査が行われる。搬入コンベア１４より印刷対象の基板６が基板位置決め部１上に搬入されたならば、基板位置決め部１をスクリーンマスク１０の下方からＹ方向に移動させて基板測定位置へ移動させる（図２にて破線で示す基板位置決め部１および基板６参照）。そしてレーザ計測装置２０によって同様に基板６の上面の３次元測定を行う。これにより、基板６の良否が判定される。この基板検査は新品種のみを対象として行っても、あるいは抜き取りでサンプリングして実施してもよい。
【００３０】
スクリーンマスク１０、基板６の双方とも異常のないことが確認されたならば、スクリーン印刷を行う。まずスクリーンマスク１０上にクリーム半田９が供給され、スキージ１３ａを往復動させてクリーム半田９を練る予備スキージングを行った後に、基板位置決め部１のＺテーブル５を上昇させて基板６をマスクプレート１２の下面に当接させる。次いでスキージヘッド１３を移動させて、クリーム半田９をパターン孔１２ａを介して基板６の電極６ａ上に印刷する。この後、Ｚ軸テーブル５を下降させて基板６をスクリーンマスク１０から分離させる版離れを行うことにより、基板６の電極６ａ上にはクリーム半田９が印刷される。
【００３１】
この版離れを行った後、印刷状態の検査が行われる。この検査は、基板位置決め部１を再びスクリーンマスク１０の下方から基板計測位置へ移動させ、レーザ計測装置２０によって印刷後の基板６の上面を３次元測定することによって行われる。そしてこの検査により印刷状態が良好であると判定されたならば、基板位置決め部１はスクリーンマスク下面の印刷位置に戻り、ここで搬出コンベア１５に印刷後の基板６を渡し、クリーム半田の印刷作業を完了する。
【００３２】
また、検査により不良であると判定された基板６については、当該スクリーン印刷装置での補修の可否が判定され、ここで補修不可であると判定されたならば、当該基板６は不良品であるとの報知を行った後に良品基板と同様にして搬出され、後工程にて必要な補修等の処置を行う。そしてこの後スクリーンマスク１０の検査を行う。すなわち、不良であると判定された基板６に対してスクリーン印刷を行った後のスクリーンマスク１０のパターン孔１２ａ内の状態をレーザ計測装置２０によって検査する。
【００３３】
図６は、この検査において得られる情報の１例について示すものである。図６に示すように、印刷後の基板６の３次元測定により、電極６ａ上の印刷部の形状が３次元的に求められ、これにより部分的にクリーム半田９が存在しない「欠け」（矢印ａ）などの形状不良が検出される。そしてマスクプレート１２を対象とする３次元測定により、当該形状不良の電極６ａに応当するパターン孔１２ａ内の状態が検出される。
【００３４】
そして電極６ａ上の印刷部の形状検出結果と、パターン孔１２ａの内部状態の検出結果とを対比することにより、当該不良が発生した原因を特定するデータを得ることができる。すなわち、「欠け」が検出された電極６ａに応当するパターン孔１２ａ内に、この「欠け」の形状に相当するクリーム半田９の残量が検出された場合には、「欠け」はパターン孔１２ａ内へのクリーム半田充填後の版離れ工程において発生したものであると推察できる。これに対し、「欠け」に応当するパターン孔１２ａ内にクリーム半田９の残留が検出されない場合には、この「欠け」は版離れ時点で発生したものではなく、パターン孔１２ａ内への充填不良によって発生したものであると推定できる。
【００３５】
次に、前述の印刷後の３次元測定結果により補修可能であると判定された場合の処理について図７を参照して説明する。まず不良の範囲が部分的であり、クリーム半田９の局部的な追加供給によって補修が可能であると判定されたらならば、ディスペンサ２４による補修を行う。すなわち、Ｘ軸テーブル２１およびＹ軸テーブル２２を駆動してディスペンサ２４を補修対象部位に移動させ、吐出ノズル２５を当該部位に対して下降させ、必要な微動を行わせながら吐出ノズル２５からクリーム半田９を吐出させる。
【００３６】
そして吐出後には、レーザ計測装置２０によって再び補修部位の計測を行い、補修結果の良否を判定する。この結果、良好であると判定されたならば、補修後の基板６は良品基板と同様に搬出される。またこの良否判定によりなお不良と判定された場合には、必要な再補修を反復して行う。
【００３７】
また、同一基板上での補修対象部位が多数に上り、追加供給による補修では時間がかかる場合には、再塗布が行われる。すなわち基板位置決め部１を再びスクリーンマスク１０の下方の印刷位置に移動させ、図７（ｂ）に示すように再びＺ軸テーブル５を上昇させてマスクプレート１２に当接させる。これにより、基板６上の既印刷部位はマスクプレート１２のパターン孔１２ａ内に再び押し込まれる。そしてこの状態でスキージを移動させてスクリーン印刷が行われる。
【００３８】
この結果、既に正常に印刷が行われていた正常印刷部位はそのままの状態を保ち、印刷不良が生じていた部位に相当するパターン孔、すなわちクリーム半田９の未充填が生じていたパターン孔１２ａの不足部分にはクリーム半田９が新たに充填される。そしてこの後基板６をマスクプレート１２から離す版離れを行うことにより、印刷不良部位にクリーム半田９が追加されて補修印刷が終了する。
【００３９】
このように、クリーム半田９の印刷状態を検査する印刷後検査において、印刷後の基板のみならずスクリーンマスクをも計測対象とし、この印刷後検査をレーザ計測装置２０を用いて行うことにより、基板６上のクリーム半田９の印刷部の形状を３次元的に詳細に求めることができるとともに、スクリーンマスク１０のパターン孔１２ａ内におけるクリーム半田９の残留状態をも併せて検出することができる。これにより、印刷不良部位について印刷部とこの印刷部に応当するパターン孔の内部状態を対比することができることから、不良発生原因の特定に有用なデータが得られる。
【００４０】
また、印刷後検査において不良と判定された基板に対しての補修印刷の可否を判定する補修判定部を備え、補修可と判定された基板については同一装置内で補修を行うことにより、後工程における補修作業を不要にして繁雑な不良品管理を容易にすることができる。さらに補修印刷の方法を不良状態に応じて適切に選択することにより、補修作業を効率よく行うことができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態ではスキージヘッドの種類として板状のスキージ１３ａを備えた開放型のスキージヘッドの例を示しているが、これに限定されず、内部にクリーム半田を貯溜してこのクリーム半田を加圧しながらマスクプレート上で摺動してパターン孔内にクリーム半田を充填する密閉型のスキージヘッドを用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、印刷が終了して基板をスクリーン印刷から版離れさせた後、基板の電極部の印刷部の形状とスクリーンマスクの内部状態の双方を３次元測定手段により検出し、その検出結果を対比することにより、印刷不良発生時の原因特定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図
【図３】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の平面図
【図４】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のレーザ計測装置の斜視図
【図５】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の制御系の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の基板とスクリーンマスクの部分斜視図
【図７】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置による補修印刷の説明図
【符号の説明】
１ 基板位置決め部
６ 基板
１０ スクリーンマスク
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージヘッド
２０ レーザ計測装置
２４ ディスペンサ
３４ 形状検出部
３５ 基板・マスク判定部
３６ 印刷判定部
３７ 補修判定部

Claims (1)

1. パターン孔が設けられたスクリーンマスクを基板に当接させ、このスクリーンマスク上でスキージヘッドを摺動させることにより、前記パターン孔を介して基板にペーストを印刷し、次いで基板をスクリーンマスクから分離させて版離れを行った後に、３次元測定手段により基板の電極上に印刷された印刷部の形状とマスクプレートのパターン孔の内部状態を検出し、印刷部の形状検出結果とパターン孔の内部状態の検出結果とを対比することにより、印刷不良の発生原因を特定するスクリーン印刷の検査方法であって、
   前記印刷部に「欠け」が検出され、前記パターン孔内にこの「欠け」の形状に相当するペーストの残量が検出された場合には、この「欠け」は版離れ工程において発生したものと特定し、
   また前記印刷部に「欠け」が検出され、前記パターン孔内にこの「欠け」の形状に相当するペーストの残留が検出されない場合は、この「欠け」はパターン孔内へのペーストの充填不良によって発生したものと特定することを特徴とするスクリーン印刷の検査方法。

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