JP3841073B2 - スクリーン印刷装置 - Google Patents

Description

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関するものである。

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開孔されたマスクプレートを基板上にセットし、スキージングによりマスクプレートの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。

このスクリーン印刷のスキージング方法として、密閉型のスキージヘッドを用いる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法は、通常のスクリーン印刷と異なりマスクプレート上にペーストを直接供給するのではなく、ペースト貯溜容器を備えたスキージヘッドを用いるものである。この方法では、ペースト貯溜容器の下面に設けられた開口をマスクプレートに当接させた状態で、ペースト貯溜容器内のペーストを加圧することにより、マスクプレートのパターン孔に開口を介してペーストが押し込まれる。そしてスキージヘッドをマスクプレート上で摺動させることにより、各パターン孔に順次ペーストを充填する。
ＰＣＴ ＷＯ００／４８８３７号公報

上記密閉型のスキージヘッドを用いたスクリーン印刷では、スキージヘッド内のペーストは常に外部から遮断された状態にあるため、スキージング動作を反復する過程でスキージヘッド内のペーストの温度が上昇する傾向にある。このため、時間の経過と共にペーストは温度上昇によって粘度が変化し、スキージング時における適正なローリング流動が妨げられ、印刷不良が生じやすいという問題点があった。

そこで本発明は、スキージヘッド内部のペーストを適正温度に保ち、印刷品質を確保することができるスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

本発明のスクリーン印刷装置は、マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートの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、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、前記スキージヘッドは、前記押圧手段に連結された印刷部と、この印刷部に設けられ内部にペーストを貯溜するペースト貯溜部と、このペースト貯溜部内のペーストを加圧するペースト加圧手段と、加圧されたペーストを収容しマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、この印刷空間のスキージング方向の前後壁を形成し下端部が前記マスクプレートの表面に当接して設けられた２つの掻き取り部材と、前記印刷
空間内にスキージング方向と直交する水平方向に印刷空間を貫通して印刷空間内において印刷面に近接した位置に設けられた中空の温調部材とを備え、この温調部材の内部に温度調節手段によって温度調節媒体を流通させることにより、前記印刷空間内のペーストを適正温度に保持するとともに、前記温調部材がその周囲を周回するペーストのローリング流動を促進させる整流部材を兼ねる。

本発明によれば、スキージヘッドの印刷空間内にスキージング方向と直交する方向に中
空の温調部材を設け、この温調部材の内部に温度調節手段によって温度調節媒体を流通させることにより、印刷空間内のペーストを適正温度に保持して、印刷品質を確保することができる。

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スキージヘッドの部分断面図、図４、図５は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの温調機能の回路図である。

まず図１、図２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、基板の位置決め部１は、図示しない移動テーブル上に基板保持部２を配設して構成されている。スクリーン印刷対象の基板３は基板保持部２のクランパ４によって保持されており、図示しない移動テーブルを駆動することにより、基板保持部２に保持された基板３は水平方向および上下方向に位置決めされる。

スクリーンマスク１０上にはスキージヘッド１３がヘッド昇降部２０によって昇降自在に配設されている。ヘッド昇降部２０はベース部材２１上に立設されたシリンダ２２を備えており、シリンダ２２のロッド２２ａの下端部には、結合部材１５を介してスキージヘッド１３が結合されている。シリンダ２２を駆動することにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２に対して昇降する。ヘッド昇降部２０はスキージヘッド１３をスクリーンマスク１０に対して昇降させる昇降手段となっている。

ヘッド昇降部２０のプレート部材２１の下面には、両端部にスライダ２３が固着されており、スライダ２３はフレーム２５の上面に配設されたガイドレール２４にスライド自在に嵌着されている。またプレート部材２１の下面にはナット部材２６が結合されており、ナット２６に螺合した送りねじ２７は、モータ２８によって回転駆動される。

モータ２８を駆動することにより、プレート部材２１は水平移動し、したがってヘッド昇降部２０に結合されたスキージヘッド１３も水平移動する。スキージヘッド１３を下降させた状態で、モータ２８を駆動することにより、スキージヘッド１３はマスクプレート１２上で水平移動する。すなわち、モータ２８、送りねじ２７およびナット２６は、スキージヘッド１３をマスクプレート１２上で水平移動させる水平移動手段となっている。

スキージヘッド１３には、マスクプレート１２の表面に当接してペーストであるクリーム半田５をパターン孔１２ａに充填する印刷部１４が設けられている。印刷部１４は図１に示すように、上部１４Ａと下部１４Ｂとに分割されており、上部１４Ａと下部１４Ｂは図３に示すように、それぞれマスクプレート１２の幅方向に細長形状のブロック状部材である本体上部３０Ａ，本体下部３０Ｂを備えている。本体上部３０Ａ、本体下部３０Ｂの長さ寸法は、図２に示すように印刷対象の基板３の幅寸法をカバーするように設定されており、本体上部３０Ａ、本体下部３０Ｂは、ヒンジ部１７によって開閉自在に結合されている。

図３に示すように、本体上部３０Ａには、クリーム半田５が貯溜されたカートリッジ３１が着脱自在に装着される凹部３０ａが形成されている。カートリッジ３１は予め所定量のクリーム半田が貯溜されたクリーム半田の貯溜部（ペースト貯溜部）となっており、印刷時に本体上部３０Ａに装着される。カートリッジ３１の上面の開口には、内部のクリーム半田５を加圧する加圧板３２が嵌入している。加圧板３２は上方に配置されたシリンダ１６のロッド１６ａと結合されており、シリンダ１６を駆動することにより、加圧板３２
はカートリッジ３１内で上下動するようになっている。

また、カートリッジ３１の底面はクリーム半田の押し出し板３１ａとなっており、押し出し板３１ａには多数の開口部３１ｂが設けられている。加圧板３２をシリンダ１６で下方に押圧することにより、カートリッジ３１内のクリーム半田５は加圧され、押し出し板３１ａの開口部３１ｂを介して下方に押し出される。シリンダ１６および加圧板３２はペースト５を加圧する加圧手段となっている。

本体下部３０Ｂには、カートリッジ３１の底面の押し出し板３１ａに当接して付着防止板３３が設けられている。付着防止板３３には、押し出し板３１ａの開口部３１ｂに対応する位置に開口部３３ａが設けられている。付着防止板３３は、カートリッジ３１から下方に押し出されたクリーム半田５が、カートリッジ３１の底面、すなわち押し出し板３１ａ下面の開口部３１ｂ以外の部位に付着するのを防止する。

シリンダ１６によってクリーム半田５が押し出される際には、押し出し板３１ａおよび付着防止板３３の開口部３３ａを通過して下方に移動する。そして押し出されたクリーム半田５は、本体下部３０Ｂの下方に形成された空間、すなわち本体下部３０Ｂの下面に内側斜め方向に配設された２枚の掻き取り部材３６Ａ，３６Ｂと本体下部３０Ｂの下面とによって囲まれた印刷空間３５に到達する。印刷空間３５の両側面は、閉塞部材（図示省略）によって閉塞されている。

掻き取り部材３６Ａ，３６Ｂは、印刷空間３５のスキージング方向の前後壁を形成し、スキージヘッド１３を下降させた状態では掻き取り部材３６Ａ，３６Ｂの下端部がマスクプレート１２の表面に当接する。印刷動作時には、この印刷空間３５は加圧されたクリーム半田５を収容し、掻き取り部材３６Ａ，３６Ｂの間の印刷面を介してクリーム半田５をマスクプレート１２の表面に接触させる。

加圧板３２を押し下げてカートリッジ３１内のクリーム半田５を加圧することにより、クリーム半田５は押し出し板３１ａ、付着防止板３３を通過して印刷空間３５内まで移動する。このクリーム半田５の移動経路の途中は、多数の小さい開口部３１ｂ、３３ａによって断面積が絞られており、これらの開口部を加圧されたクリーム半田５が通過することにより、クリーム半田５の粘度が低下しスクリーン印刷に適した性状に改質される。

図２、図３に示すように、印刷部１４には印刷空間３５を長手方向（図２において左右方向）に貫通して、中空管状の温調部材３７がスキージング方向と直交する水平方向に配設されている。温調部材３７は、図４に示すように、温調器４０（温度調節手段）と配管４１，４２を介して接続されている。スクリーン印刷装置の稼働時には、温調器４０から水などの温度調整媒体が配管４１から温調部材３７内に流入し、配管４２から温調器４０に戻る循環回路が形成される。

スキージヘッド１３内のクリーム半田５は常に外部から遮断された状態にあるため、スキージング動作を反復する過程で内部のクリーム半田５の温度が上昇する傾向にある。このため、時間の経過と共にクリーム半田５は温度上昇によって粘度が変化し、スキージング時における適正なローリング流動が妨げられ、印刷不良が生じやすい。このような場合にあっても、温調部材３７内に温度調節媒体を流通させることにより、印刷空間３５内のクリーム半田５は適正温度に保持され、クリーム半田５の粘度が適正粘度に保たれる。

印刷空間３５内には、温度センサ３８が挿入されており、温度センサ３８の温度検出結果はセンサ表示部３９に表示される。そしてこの表示温度を観察してオペレータが温調器４０の設定温度を調節することにより、印刷空間３５内のクリーム半田５の温度を所望温
度に保持することができる。もちろん温度センサ３８の温度検出結果を温調器４０の温度設定機能にフィードバックして自動的に温度調整を行うようにしてもよい。

このようにして適正温度に保持され適正粘度に保たれた印刷空間３５内のクリーム半田５は、スキージヘッド１３を移動させるスキージング動作によって、掻き取り部材３６Ａ，３６Ｂの間の開口部を介してマスクプレート１２のパターン孔１２ａ内に充填される。そしてスキージヘッド１３の移動を継続することにより各パターン孔１２ａ内に順次クリーム半田５が充填される。全てのパターン孔１２ａ内にクリーム半田が充填されたならば、基板保持部２を下降させて、版離れを行わせる。

すなわち、パターン孔１２ａ内のクリーム半田５は基板３とともに下降してパターン孔１２ａから分離し、これにより基板３へのクリーム半田印刷が完了する。このスクリーン印刷において、クリーム半田５は温調部材３７を用いた温度調節によって適正粘度に保たれ、流動性が確保される。したがって、パターン孔１２ａ内への良好な充填が確保され印刷品質を保つことができる。

このとき、クリーム半田５の温度調節を行う温調部材３７が、印刷空間３５内において印刷面に近接した位置で行われることから、クリーム半田５は適正温度に保たれたままの状態でパターン孔１２ａに充填される。このため、印刷部１４の外面側から内部のクリーム半田５の温度調節を行う方式のスクリーン印刷装置と比較して、より良好な印刷品質を確保することが可能となっている。

上述のスキージング動作において、印刷空間３５内にクリーム半田５が上方から押し出されて充填された状態で、スキージヘッド１３をスキージング方向へ移動させると、印刷空間３５内のクリーム半田５には、スキージング方向の垂直断面内においてクリーム半田５が上下方向に循環するローリング流動が誘起される。このとき、印刷空間３５内には温調部材３７がスキージング方向と直交する水平方向に貫通していることから、上述のローリング方向の流動は温調部材３７の周囲を周回してより安定的に発生する。

すなわち温調部材３７は、印刷空間３５内におけるクリーム半田５のローリング方向の流動を促進させる整流部材を兼ねている。このローリング流動により、印刷空間３５内のクリーム半田５を印刷動作中に常に流動させることができる。したがって印刷空間３５内にクリーム半田５の定溜スポットが生じることがなく、クリーム半田５の粘度の増大を防止して、印刷品質を確保することができる。

図５は、上述の温調媒体循環回路にスキージヘッド取り外しのためのバイパス回路を設けた例を示している。この例では配管４１，４２には配管着脱のためのカプラ４１ａ，４２ａが設けられており、さらに配管４１，４２にはカプラ４１ａ，４２ａよりも温調器４０側に、切換バルブ４４によってバイパス回路が設けられている。通常運転時には、切換バルブ４４は閉じられており、温度調節媒体は配管４１を経て温調部材３７を通過し、配管４２を介して温調器４０に戻る。交換などのためにスキージヘッド１３を取り外す必要がある場合には、配管４１，４２をカプラ４１ａ，４２ａで切り離す。

このとき、切換バルブ４４を開にすることにより、温調器４０の運転を継続したまま、切換バルブ４４によるバイパス回路を用いて温度調節媒体の循環状態を保つことができる。このため、スキージヘッド取り外し時に温調器４０を停止する必要がなく、温度調節媒体を常に所定温度に保持することが可能となり、運転再開時に温度調節媒体が所定温度に到達するのを待つ待機時間を必要としない。

なお上記実施の形態では、温調部材３７を１本のみ配置する例を示したが、もちろん複
数本配置するようにしてもよい。また温調部材３７の断面形状として、単純な管形状のものを使用しているが、これ以外にも熱伝導を良好にするために表面にフィン状の突起を設けたものなど、各種の中空断面形状のものを用いることができる。

本発明のスクリーン印刷装置は、印刷空間内のペーストを適正温度に保持して、印刷品質を確保する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。

本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの部分断面図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの温調機能の回路図 本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のスキージヘッドの温調機能の回路図

符号の説明

３ 基板
５ クリーム半田
１２ マスクプレート
１２ａ パターン孔
１３ スキージヘッド
１４ 印刷部
１６ シリンダ
３１ カートリッジ
３２ 加圧板
３５ 印刷空間
３６Ａ，３６Ｂ 掻き取り部材
３７ 温調部材
４０ 温調器

Claims (1)

1. マスクプレート上でスキージヘッドを移動させることにより、マスクプレートの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、前記スキージヘッドをマスクプレートに対してそれぞれ水平方向に移動させ、昇降させる水平移動手段、昇降手段と、スキージヘッドをマスクプレートに対して押圧する押圧手段とを備え、前記スキージヘッドは、前記押圧手段に結合された印刷部と、この印刷部に設けられ内部にペーストを貯溜するペースト貯溜部と、このペースト貯溜部内のペーストを加圧するペースト加圧手段と、加圧されたペーストを収容しマスクプレートの表面に接触させる印刷空間と、この印刷空間のスキージング方向の前後壁を形成し下端部が前記マスクプレートの表面に当接して設けられた２つの掻き取り部材と、前記印刷空間内にスキージング方向と直交する水平方向に印刷空間を貫通して印刷空間内において印刷面に近接した位置に設けられた中空の温調部材とを備え、この温調部材の内部に温度調節手段によって温度調節媒体を流通させることにより、前記印刷空間内のペーストを適正温度に保持するとともに、前記温調部材がその周囲を周回するペーストのローリング流動を促進させる整流部材を兼ねることを特徴とするスクリーン印刷装置。

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