JP4471429B2 - スクリーン印刷装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせするスクリーン印刷装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子部品の実装に使用されるスクリーン印刷装置は、実装部品の微細化や狭隣接実装に伴い、高精度のクリームハンダ印刷が求められると共に、位置合わせ等に熟練作業を必要としない簡単な操作性が要求されている。ここでいうスクリーン印刷装置とは、例えば、特開平4−193535号公報に記載のものであり、以下、従来のスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷を図5〜図8を用いて説明する。
【0003】
図5(a)は、スクリーン印刷装置の概略を示し、図5(b)は基板認識位置の平面図を、図5(c)は印刷位置の平面図を示す。
図5(a)に示すように、基板認識位置では、駆動機構11が設けられたステージ2に基板1が保持・固定されている。ステージ2は、駆動機構11によって同一平面内の任意の方向、すなわち互いに直交するX方向およびY方向と、ステージ2の上面に垂直な軸を回転軸とするΘ方向に対してそれぞれ移動可能に構成され、各方向についての位置調整が行われる。
【0004】
図5(b)に示すように、基板1には複数の認識マーク3やランド7が形成されており、基板1の上側に配置されたX,Y,Z方向に移動可能なカメラ4によって、これらの認識マーク3やランド7が認識され、位置調整が行われる。
制御部としての主制御装置13bには、駆動機構11の動作制御を行うXYΘ駆動制御部12、カメラ4の画像処理を行う画像処理装置9、外部から与えられた制御プログラムであるNCプログラムを内蔵したNCプログラムメモリ5b、メモリ6、モニタ10などが接続されており、所定のプログラムに従って動作制御される。
【0005】
基板認識位置の基板1は、主制御装置13bより与えられた制御プログラムに従って印刷位置まで搬送され、図5(c)に示すように、基板1とスクリーン15との位置あわせが行われる。このときのステージ2およびカメラ4の移動は、NCプログラムメモリ5bに記憶されたNCプログラムの座標指示、もしくは作業者の座標教示によって制御される。
【0006】
そして、パターンに応じた開口部が形成されたスクリーン15を介してスキージ14の移動によりクリーム半田16が基板1に印刷される。なお、スクリーン15には、基板1と位置合わせを行うための認識マーク(図示せず)が設けられている。
上記のように構成されたスクリーン印刷装置では、図6に示すテスト印刷が行なわれた後、図7に示す本格的なスクリーン印刷が開始される。
【0007】
ここでは、説明を容易にするために、図8に示すように、複数ある認識マーク3のうちの左下の角部にある認識マーク3を例に挙げ、図8(a)の基板認識位置では、基板1の機械基準位置Aからの認識マークの座標と傾きΘをP(X1、Y1、Θ1)、図8(b)の印刷位置での基板1の機械基準位置Aからの認識マーク座標と傾きΘをQ(X2、Y2、Θ2)、スクリーン15の機械基準位置Aからの認識マーク座標と傾きをR(X3、Y3、Θ3)として、基板1とスクリーン15との位置合わせを説明する。
【0008】
図6に示すテスト印刷では、ステップS1で図示しない供給ユニットより供給された基板1が、ステージ2に保持・固定される。
ステップS2では、基板認識位置でステージ2に保持・固定された基板1の認識マーク3がカメラ4により認識され、認識された画像が画像処理装置9に出力されて認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて、基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きP(X1、Y1、Θ1)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともにメモリ6に記憶される。
【0009】
画像処理装置9により検出された基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きに基づいて、駆動機構11は基板1を所定位置に移動するようXYΘ駆動制御部12によって方向と駆動量が制御されており、ステップS3では、ステップS2で検出したP(X1、Y1、Θ1)に基づいて、基板1の印刷位置への移動が行われる。
【0010】
ステップS4では、印刷位置における基板1の認識マーク3がステップS2の基板認識位置と同様にカメラ4により認識され、認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて、基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きQ(X2、Y2、Θ2)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともにメモリ6に記憶される。
【0011】
ステップS5ではスクリーン15が印刷位置に固定され、スクリーン15の認識マーク3がカメラ4により認識され、認識された画像を画像処理装置9に出力することで認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて機械基準位置Aからの中心座標と傾きR(X3、Y3、Θ3)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともに、メモリ6に記憶される。
【0012】
ステップS7では、スクリーン15の下に基板1が移動され、ステップS4で求めた基板1の座標Q(X2、Y2、Θ2)と、ステップS6で求めたスクリーン15の座標R(X3、Y3、Θ3)とが比較され、相対ズレが算出される。
ステップS8では、算出された相対ズレを補正するよう基板1が位置決めされて固定され、ずれが最小化される。
【0013】
ステップS9では、スキージ17によりスクリーン15上のクリームハンダ16が基板1に試し刷りされる。
試し刷りされた基板1の印刷パターンは、ステップS10で検証され、スクリーン15と基板1とのずれが大きい場合には、ステップS2〜ステップS10のルーチンが繰り返され、NCプログラムメモリ5bに記憶されたNCプログラムを変更する作業が所定の位置関係が得られるまで繰り返される。
【0014】
試し刷りによる調整が完了すると、ステップS11では基板1がステージ2から取り外され、テスト印刷が終了する。
次いで、図7に示すように、ステップS1で基板1がステージ2に保持・固定され、ステップS2で認識位置での基板1の機械基準位置からの中心座標P(X1、Y1、Θ1)が求められ、この結果に基づいて、ステップS3では基板1の印刷位置への移動が行われる。
【0015】
ステップS4では、印刷位置での基板1とスクリーン15との相対ズレが算出され、ステップS5で上記と同様の位置補正が行なわれた後、ステップS6で印刷が実行され、ステップS7で印刷の終了した基板1がステージ2から取り外されてスクリーン印刷が完了する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のスクリーン印刷装置では、NCプログラムメモリ5bに記憶されたNCプログラムは、機械基準位置Aを基準に基板認識位置での認識マークの座標と傾きP(X1、Y1、Θ1)、印刷位置での基板1の認識マーク座標と傾きQ(X2、Y2、Θ2)、印刷位置でのスクリーン15の認識マーク座標と傾きR(X3、Y3、Θ3)を定めているため、同一機種のスクリーン印刷装置を用いても、各機械間の部品や組立てのバラツキにより、基準となる機械基準位置Aからの各座標が同じにならない。
【0017】
従って、同じNCプログラム、同一機種であっても、各機械間で必ずしも前記の各認識マーク座標が同じ値とはならず、NCプログラムの互換性がないという問題がある。
そのため、同一生産機種でありながら、各機種、各機械毎にそれぞれ専用のNCプログラムを持つか、毎回NCプログラムを編集あるいは修正し直さなければならず、NCプログラムの作成や管理が作業者の負担になる。
【0018】
本発明は前記の問題点を解決し、同一機種のみならず異機種であってもNCプログラムの互換性を有するスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクリーン印刷装置は、オフセット量が設定される設定部を設けたことを特徴とする。
この本発明によると、同一機種のみならず異機種であっても制御プログラム(NCプログラムなど)の互換性があって作業者の負担を軽減でき、生産性が高く、しかも基板に対して高精度に印刷できるスクリーン印刷装置が提供できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明のスクリーン印刷装置は、外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせし、前記スクリーンを介して前記基板に印刷するスクリーン印刷装置において、前記制御プログラムを実行して基板とスクリーンとを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部を設け、前記制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で制御を補正して位置合わせ制御を実行する制御部を設け、前記オフセット量は、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用することを特徴とする。
【0023】
この構成によると、同一機種のみならず異機種であってもNCプログラムの互換性を持つことができる。また、NCプログラムの作成や管理などの作業者の負担を軽減できる。
【0024】
以下、本発明の位置決め方法を用いたスクリーン印刷装置を、図1〜図4を用いて説明する。
なお、従来例を示す図5〜図8と同様の作用をなすものには、同一の符号を付けて説明する。
【0025】
図1(a)は、スクリーン印刷装置の構成を示し、図1(b)は基板認識位置の平面図を、図1(c)は印刷位置の平面図を示す。
この実施の形態におけるスクリーン印刷装置では、従来例を示す図5と同様に構成された装置において、制御プログラムを実行して基板1とスクリーン15とを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部としてのオフセットメモリ17を設け、制御プログラムを実行するときにオフセットメモリ17から読み出したオフセット量で制御を補正して位置あわせ制御を実行するように制御部としての主制御装置13aを構成した点で異なる。
【0026】
オフセットメモリ17には、オフセット量が生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定されている。
詳細には、図1(a)に示すように、基板認識位置では、駆動機構11が設けられたステージ2に基板1が保持・固定されている。ステージ2は、同一平面内の任意の方向、すなわち互いに直交するX方向およびY方向と、ステージ2の上面に垂直な軸を回転軸とするΘ方向に位置調整可能となっており、駆動機構11は、XYΘ方向についての制御機能を有するXYΘ駆動制御部12から方向と駆動量に関するデータを受けとって、ステージ2を該当する方向に所定量駆動し、画像処理装置9により求められたずれを最小化する。
【0027】
図1(b)に示すように、基板1には複数の認識マーク3やランド7が形成されており、基板1の上側には、認識マーク3を撮像するためのX,Y,Z方向に移動可能なカメラ4が配置されている。
制御部としての主制御装置13aには、駆動機構11の動作制御を行うXYΘ駆動制御部12、カメラ4の画像処理を行う画像処理装置9、外部から与えられた制御プログラムであるNCプログラムを内蔵したNCプログラムメモリ5a、メモリ6、モニタ10、機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットが記憶されたオフセットメモリ17などが接続され、各部間のデータの授受や各部の動作タイミングの制御など、装置全体は、所定のプログラムに従って主制御装置13aによって制御される。
【0028】
基板認識位置の基板1は、主制御装置13aより与えられた制御プログラムに従って印刷位置まで搬送され、図1(c)に示すように、基板1とスクリーン15との位置あわせが行われる。このときのステージ2およびカメラ4の移動は、NCプログラムメモリ5aに記憶されたNCプログラムの座標指示、もしくは作業者の座標教示によって制御される。
【0029】
そして、パターンに応じた開口部が形成されたスクリーン15を介してスキージ14の移動によりクリーム半田16が基板1に印刷される。なお、スクリーン15には、基板1と位置合わせを行うための認識マーク(図示せず)が設けられている。
上記のように構成されたスクリーン印刷装置では、従来例に示す図7に示すフローチャートに従ってスクリーン印刷を行う前に、図2に示す工程に従ってスクリーン15と基板1を位置合わせする為のNCプログラムが作成される。ただし、予めNCプログラムがある場合には、この工程は不要である。
【0030】
ここでは、説明を容易にするために、図3に示すように、複数ある認識マーク3のうちの左下の角部にある認識マーク3を例に挙げ、図3(a)の基板認識位置での機械基準位置Aからの中心座標と傾きをα(X1+x1+Δx1、Y1+y1+Δy1、Θ1+θ1+Δθ1)、図3(b)の印刷位置での基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きをβ(X2+x2+Δx2、Y2+y2+Δy2、Θ2+θ2+Δθ2)、スクリーン15の機械基準位置Aからの中心座標と傾きをγ(X3+x3+Δx3、Y3+y3+Δy3、Θ3+θ3+Δθ3)、として、基板1とスクリーン15との位置合わせを説明する。
【0031】
なお、大文字はNCプログラム、小文字は機種毎の固定値、Δ付きの小文字は機械毎のバラツキのオフセットを示す。
図2に示すNCプログラムの作成工程では、ステップS1で図示しない供給ユニットより供給された基板1が、ステージ2に保持・固定される。
ステップS2では、基板認識位置でステージ2に保持・固定された基板1の認識マーク3がカメラ4により認識され、認識された画像が画像処理装置9に出力されて認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて、基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きα(X1+x1+Δx1、Y1+y1+Δy1、Θ1+θ1+Δθ1)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともにメモリ6に記憶される。
【0032】
ステップS3では、基板1の印刷位置への移動が行われる。
ステップS4では、印刷位置における基板1の認識マーク3がステップS2と同様にカメラ4により認識され、認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて、基板1の機械基準位置Aからの中心座標と傾きβ(X2+x2+Δx2、Y2+y2+Δy2、Θ2+θ2+Δθ2)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともにメモリ6に記憶される。
【0033】
ステップS5ではスクリーン15が印刷位置に固定され、スクリーン15の認識マーク3がカメラ4により認識され、認識された画像を画像処理装置9に出力することで認識マーク3の座標が検出される。この座標に基づいて機械基準位置Aからの中心座標と傾きγ(X3+x3+Δx3、Y3+y3+Δy3、Θ3+θ3+Δθ3)が求められ、モニタ10に画像が表示されるとともに、メモリ6に記憶される。
【0034】
ステップS7では、スクリーン15の下に基板1が移動され、ステップS4で求めた基板1の座標β(X2+x2+Δx2、Y2+y2+Δy2、Θ2+θ2+Δθ2)と、ステップS6で求めたスクリーン15の座標γ(X3+x3+Δx3、Y3+y3+Δy3、Θ3+θ3+Δθ3)とが比較され、相対的な位置ずれ量が検出される。
【0035】
ステップS8では、XYθ駆動制御部12は、ステップS7で検出された相対的な位置ずれ量を入力して、位置ずれ量を最小化するために、ステージ2を駆動機構1により任意の方向、すなわち、互いに直交するX方向およびY方向の2直線方向と、ステージ2の上面と垂直な縦軸を回転軸とするΘ方向である回転方向とに駆動して位置調整が行なわれる。
【0036】
この結果、印刷位置におけるスクリーン15と基板1との相対的な位置ずれは高精度に補正される。
ステップS9では、図示しない基板搬出ユニットによって基板1がステージ2がとりはずされる。
上記のように作成されたNCプログラムは、機種が変わると、小文字で表した機種毎の固定値が反映され、機械が変わると、Δ付きの小文字で表した機械毎のバラツキのオフセットが反映される。このように、XYΘの各軸に機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットを備えた構成とすることで、同一機種のみならず機械が変わってもそれにあった互換性のあるNCプログラムとなる。従って、作業者の負担を軽減でき、生産性を高めることができる。
【0037】
上記の工程によりNCプログラムが作成されると、従来例と同様に図7に示すフローチャートで生産が開始され、スキージ14の移動によりスクリーン15上のクリームハンダ16が基板1に印刷される。この場合、スクリーン15と基板1との相対的な位置関係は、XYΘ駆動制御部12により高精度に位置決めされているので、位置ずれ等を生じることなく良好なクリームハンダの印刷が実現できる。
【0038】
このように制御プログラムを実行する実行装置の側に、制御対象物を目標位置に近づけるに必要なオフセット量を設定し、制御プログラムを実行するときに前記オフセット量で制御を補正して位置合わせすることで、長時間の調整作業が不要となり、高精度の位置決めが実現できる。
なお、上記説明では、基板1とスクリーン15とを図3に示すように配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図4に示すように異なった配置としても、上記と同様に機種毎の固定値、及び、機械毎のバラツキのオフセットについての構成を適応でき、NCプログラムに互換があるものとなる。
【0039】
また、上記説明では、スクリーン15を固定してステージ2を駆動機構11により移動させるよう構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステージ2を固定とし、スクリーン15に駆動機構11と同様の駆動機構を設けて移動させるよう構成してもよい。
また、上記説明では、基板1の認識マーク3を認識するよう構成したが、認識マーク3を設けずに基板1のランド7等を認識するようにしても良い。また、スクリーン15にも認識マーク3を設けたが、認識マーク3を設けずに基準となる部分として、スクリーン13aの開口部などを認識するようにしても良い。
【0040】
また、基板1およびスクリーン15に対して1台のカメラ4を設けたが、カメラの移動時間短縮のため、カメラ4の台数を複数にしてもよい。
また、上記説明では、スクリーン印刷装置の印刷工程を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、外部から与えられた制御プログラムに従って制御対象物を目標位置に位置合わせするように制御する場合であれば、印刷工程以外の処理工程にも適用できる。この時の、制御対象物体は特に限定されるものではなく、ガラス基板やウエハ等の位置決めにも適用できる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明のスクリーン印刷装置によると、あらかじめ必要なオフセット量が設定される設定部を設け、制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で基板とスクリーンとの位置合わせ制御を行う制御部を設け、前記オフセット量が、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用することで、単一プログラムで複数台のスクリーン印刷装置を運転する場合に、各スクリーン印刷装置のバラツキがあっても、各回毎に制御プログラムを編集あるいは修正する必要がなくなり、制御プログラムの作成や管理などの作業者の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構成図および基板認識位置と印刷位置における平面図
【図2】本発明の実施の形態におけるNCプログラムの作成工程を示すフローチャート図
【図3】本発明の実施の形態におけるNCプログラムの構成を説明する図
【図4】本発明の別の実施の形態におけるNCプログラムの構成を説明する図
【図5】従来のスクリーン印刷装置の構成図および基板認識位置と印刷位置における平面図
【図6】従来のスクリーン印刷装置のテスト印刷の工程を示すフローチャート図
【図7】従来のスクリーン印刷装置の動作を説明するフローチャート図
【図8】従来のスクリーン印刷装置のNCプログラムの構成を説明する図
【符号の説明】
1 基板
3 認識マーク
5a NCメモリ
10 オフセットメモリ
13a 主制御装置
15 スクリーン
Claims (2)
- 外部から与えられた制御プログラムに従って基板とスクリーンとを相対移動させて目標位置に位置合わせし、前記スクリーンを介して前記基板に印刷するスクリーン印刷装置において、
前記制御プログラムを実行して基板とスクリーンとを位置合わせして目標位置に近づけるに必要なオフセット量が設定される設定部を設け、
前記制御プログラムを実行するときに前記設定部から読み出したオフセット量で制御を補正して位置合わせ制御を実行する制御部を設け、
前記オフセット量は、生産物の機種毎の固定値と自己のバラツキの固有値とに分けて設定できるように構成されており、
前記制御プログラムとして他のスクリーン印刷装置と共通のものを使用する
スクリーン印刷装置。 - 前記制御プログラムは、基板に予め設定されている第1マークの基板認識位置および印刷位置における機械基準位置からの座標および傾きのデータと、スクリーンに予め設定されている第2マークの印刷位置における前記機械基準位置からの座標および傾きのデータを有し、それらの座標および傾きのデータはオフセット量のパラメータを含み、
前記制御部は、前記制御プログラムを実行するときに、前記第1マークの前記機械基準位置からの座標および傾きのデータに含まれるオフセット量のパラメータ、ならびに前記第2マークの前記機械基準位置からの座標および傾きのデータに含まれるオフセット量のパラメータに、前記設定部から読み出したオフセット量を反映させる
請求項1記載のスクリーン印刷装置。
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