JP4690091B2 - 印刷方法及びそのシステム - Google Patents
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Description
上記印刷工程と次工程である部品マウント工程との間における基板の待機量を減らすためには、基板に対する処理スタート時間間隔であるタクトタイム(処理間隔)を印刷工程と部品マウント工程との間でできるだけ一致させることが望ましい。ここで、基板1枚あたりの印刷処理時間が、部品マウント工程の基板1枚あたりのマウント処理時間よりも短い場合がある。この場合に上記タクトタイムを両工程間で一致させるという要請を達成するためには、印刷工程のタクトタイム中の上記印刷処理時間以外の待ち時間を、上記タクトタイムを両工程間で一致させるように設定する。ところが、この待ち時間の設定(これは印刷処理時間とマウント処理時間との差による)によっては、印刷不良が発生することがわかった。すなわち、上記印刷工程のタクトタイム中の待ち時間が長くなる程、その待ち時間の間にクリーム半田の乾燥が進行してしまう。クリーム半田が乾燥すると、例えば印刷用マスクの開口の目詰まりなどが発生し、クリーム半田の印刷不良が発生しやすくなる。このクリーム半田の乾燥は、印刷用マスクを取り外して洗浄しその洗浄後の印刷用マスクと新しいクリーム半田とをセットするクリーニング工程を行った後しばらくの間は問題にならない程度である。しかし、上記クリーニング工程を終了してからの経過時間が長くなると上記待ち時間におけるクリーム半田の乾燥が急激に進行しやすくなって印刷不良が発生しやすくなるという問題があることがわかった。
また、請求項2の発明は、請求項1の印刷方法において、上記印刷剤が印刷される基板は、ベアチップ用の印刷対象電極を有する基板であることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、表面実装用の電子部品が実装される前の基板の所定の電極上に導電性の印刷剤を印刷する印刷装置と、該印刷後の基板を次工程に向けて搬出する基板搬出装置とを備えた印刷システムであって、該印刷装置は、印刷に用いていた印刷用部材を洗浄し該印刷に用いる印刷剤として新しい印刷剤をセットするクリーニングの終了時からのクリーニング後経過時間に応じて、基板1枚あたりの印刷処理間隔を切り換え、該基板搬出装置は、次工程における処理開始タイミングに合わせて該印刷後の基板を搬出し、上記印刷装置は、上記クリーニングの終了時から所定の切り換えタイミングが到来するまで、基板1枚あたりの印刷処理間隔を、上記次工程における基板1枚あたりの処理間隔に合わせるようにし、該所定の切り換えタイミングが経過した後、該印刷工程における基板1枚あたりの印刷処理間隔を、該次工程における基板1枚あたりの処理間隔よりも短くすることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の印刷システムにおいて、上記印刷剤が印刷される基板は、ベアチップ部品用の印刷対象電極を有する基板であることを特徴とするものである。
すなわち、上記クリーニングの終了時から、導電性の印刷剤の乾燥が急激に進行しやすくなる所定の切り換えタイミングが到来するまでは、印刷剤が乾燥しにくいため、基板1枚あたりの印刷処理間隔を、次工程における基板1枚あたりの処理間隔に合わせる。このように印刷処理間隔を次工程における処理間隔に合わせることにより印刷後の基板の一時保存量の増加を抑えつつ、次工程における処理開始タイミングに合わせて印刷後の基板を搬出することにより印刷工程とその次工程との間のタクトタイムを調整できる。
そして、上記所定の切り換えタイミングが経過した後は、印刷剤の乾燥が急激に進行しやすくため、基板1枚あたりの印刷処理間隔を次工程における基板1枚あたりの処理間隔よりも短くする。このように印刷処理間隔を次工程における処理間隔よりも短くすることにより印刷装置の上記クリーニングからの経過時間が長くなったときの印刷不良を防止するとともに、次工程における処理開始タイミングに合わせて印刷後の基板を搬出することにより印刷工程とその次工程との間でタクトタイムを調整できる。
以上のように、印刷後の基板の一時保存量の増加を抑えるように印刷工程とその次工程との間でタクトタイムを調整できるとともに、印刷用部材を洗浄し印刷に用いる印刷剤として新しい印刷剤をセットするクリーニングからの経過時間が長くなったときの印刷不良を防止することができるという効果がある。
図1は、本実施形態に係る印刷方法を含む基板製造方法における各処理工程を示す工程図である。また、図2(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態の基板製造方法で製造する電子回路基板1の断面構造の説明図及び平面図である。
上記電子回路基板1は、図2(a)に示すように第1の電子部品としての表面実装用の樹脂外装部品(以下、「樹脂外装チップ」という。)1bと、第2の電子部品としての表面実装用のベアチップ部品(以下、単に「ベアチップ」という。)1cとが実装された基板である。樹脂外装チップ1bは、樹脂で封止された半導体IC、抵抗、コンデンサー等の部品であり、ベアチップ1cは、樹脂で封止する前の裸の半導体ICチップである。基板1とベアチップ1cとの間には、ベアチップ1cが基板1上に安定して固定されるように樹脂が充填されている。一方、基板1と樹脂外装チップ1bとの間には樹脂が充填されていない。
次に、上記樹脂外装チップ1b及びベアチップ1cのマウント工程の後、リフロー工程(p4)を実行する。このように2つのマウント工程(p2,p3)を実行した後に、リフロー工程を実行することにより、基板1上の電子部品に対する加熱回数を低減することができる。
次に、上記リフロー工程の後、基板1とベアチップ1cとの隙間に、その隙間を埋める充填剤としての樹脂を充填する、アンダーフィル処理工程(p5)を実行する。
以上により、アンダーフィル処理を施さない外装チップ1bとアンダーフィル処理を施すベアチップ1cとを、同一の基板1上に混在実装することができる。
〔半田印刷工程〕
図3は、本実施形態に係る半田印刷工程に用いられる印刷装置の概略構成図である。この印刷装置は、プラスチック材からなる孔版マスクである印刷マスク2を用いて、クリーム半田3を基板1に印刷するものである。この印刷装置は、枠材2bに装着された印刷マスク2が固定部材4で固定されている。基板1は、電極が形成されている電極形成面が上面になるようにステージ5上に保持されている。このステージ5の下面には、ステージ5を駆動する駆動手段が設けられている。この駆動手段は、正逆回転可能なステッピングモータ6と、ボールねじ及びモータ6で回転駆動される図示しないナット等からなる上下動機構7とを用いて構成されている。このステッピングモータ6を回転制御することにより、上記ステージ5を上下方向に駆動し、基板1を、印刷マスク2に接触する印刷位置に移動させたり、印刷マスク2から離間させたりすることができる。
次に、上記クリーム半田3を充填した印刷マスク2と基板1とを接触させたままの状態で、印刷条件に基づいて予め設定された待ち時間の計時を開始する。そして、所定の待ち時間が経過しクリーム半田3のタッキング力(粘着力)が高まった状態で、上記モータ6を回転駆動してステージ5を図3中の矢印B方向に下降させ、基板1と印刷マスク2とを離間させる(図5(b)参照)。この離間動作により、基板1のパッド電極1a上にクリーム半田3からなる電極が形成される。
また、印刷マスク2の開口部9のスキージ移動方向における上流側の内壁面も同様にスキージ移動方向に対して傾斜させた傾斜面9bとしている。これにより、スキージ8によって移動してきたクリーム半田3が開口部9の内壁面近傍に落ち込まず、クリーム半田3が開口部9のスキージ移動方向に対して垂直となる内壁面側に半田クリーム3が十分に充填されないという不具合もない。
以上のように、傾斜面9a,9bを有する印刷マスク2を用いることにより、図5(a)に示すように、開口部9に充填される半田クリームの充填面(上面)3aをほぼ平坦な面にすることができる。特に、0.1mm以下の微小電極1a上に半田クリーム3を印刷する場合、上述のようにスキージ移動方向に対して垂直となる面をマスク開口部9の内壁面に形成しないようにすると有効である。微小電極の場合、微小電極上に印刷される半田クリーム量も少なくなる。このように半田クリーム量が少なくなる結果、微小電極上の半田クリーム量の僅かな誤差でも、電子部品との接合不良に繋がる場合がある。よって、上述のように印刷マスク開口部9の内壁面に、スキージ移動方向に対して直角となる面を形成しないことにより、微小電極上の半田クリーム量を均一にすることができるので、電子部品との接合不良を確実に防止することができる。
図6は、樹脂外装チップ1b及びベアチップ1cを基板1に装着するマウント工程で使用する部品装着装置としてのマウント装置10の概略構成の一例を示す斜視図である。このマウント装置10は、樹脂外装チップ1b及びベアチップ1cの両方の電子部品の部品保持部材としてリールカセット12を用いている。リールカセット12はカセット移動台3上に複数連立させて固定されている。このリールカセット12には、梱包容器たる巻軸にキャリアテープを巻き付けたリール15がセットされている。また、上記カセット移動台13は、図示しない駆動機構によって図中X方向に移動されるようになっている。
上記吸着ノズル18aがキャリアテープ11の表面11bに当接すると、吸着ノズル18aで凹部11aに保持されている電子部品を吸い取り、吸着ノズル18aに吸着させる。吸着ノズル18aは、凹部11aの開口部を全て塞いでおらず、凹部11aとの間に空気孔18bを形成しているので、吸着ノズル18aの吸着動作中に凹部11a内が真空状態になることがない。そして、電子部品1b,1cが吸着ノズル18aに吸着したら、吸着ノズル18aを上昇させて、回転テーブル19上の基板1の所定位置に位置決めして装着する。
ここで、樹脂外装チップ1bをX−Yテーブル39上の基板1に装着する場合は、回転テーブル37を回転させ、第1の吸着ノズル38aを第1の吸着位置(図中Aの位置)まで移動させる。第1の吸着ノズル38aが第1の吸着位置まで移動したら、そのノズルを下降させてキャリアテープ11の開口面に当接させて、第1の吸着ノズル38aの下降時に凹部に保持されている樹脂外装チップ1bと第1の吸着ノズル38aとが当接することがないようにしている。そして、凹部に保持された樹脂外装チップ1bをノズルに吸着させ、基板1の所定の位置に配設する。
一方、ベアチップ1cをX−Yテーブル39上の基板1に装着する場合は、回転テーブル37を回転させ、第2の吸着ノズル48aを第2の吸着位置(図中Bの位置)まで移動させる。そして、そのノズルを下降させてトレイ42の開口面に当接させて、第2の吸着ノズル48aの下降時に凹部に保持されているベアチップ1cと第2の吸着ノズル48aとが当接することがないようにしている。
上記吸着圧力を切り換える吸着圧力切換手段は、各マウント装置10,20,30のコントローラと、そのコントローラで制御される吸引ポンプなどの吸引装置とを用いて構成することができる。
上記吸着ノズルの下死点及び移動速度の設定は、例えば次のように行うことができる。まず、マウント装置における基板がセットされる位置に、力検知手段としての圧力センサが取り付けられたロードセルを有する擬似基板部材をセットする。この擬似基板部材に対して、部品を吸着した吸着ノズルを下降させ、所定の位置で停止させる。この停止時の衝撃力(動荷重)を、上記ロードセルの圧力センサの出力に基づいて算出する。この測定及び算出を、上記吸着ノズルの下死点及び移動速度を変化させて行う。そして、衝撃力(動荷重)が一定の力以下になるように、吸着ノズルの下死点及び移動速度を設定する。ここで、吸着ノズルが下降するときの移動ステップ量の1単位が大きい場合は、吸着ノズルに保持されている部品が接触して上記ロードセルの圧力センサが出力し始めたときの吸着ノズルの位置を下死点としてもよい。
以上のように、上記部品が基板に装着するときに発生する衝撃力(動荷重)を所定の大きさ以下にすることにより、半田の過剰なつぶれを防止したり、部品の加わるストレスを低減して部品の損傷を防止したりすることができる。特に、装着対象の部品が損傷を受けやすいベアチップの場合に効果的である。
なお、上記吸着ノズルの下降時の移動速度が大きいと、吸着ノズルの停止位置のばらつきが大きくなって上記衝撃力(動荷重)のコントロールが難しくなる一方で、下降時の移動速度が遅すぎるとマウント処理時間が長くなってしまう。そこで、基板の近くまでは高めの速度で吸着ノズルを下降させ、そこから下死点までは低めの速度で下降させるように、吸着ノズルの移動を制御するのが好ましい。具体的には、吸着ノズルに保持された部品の底面と基板の表面との距離が予め設定した距離(例えば0.2〜0.4mm程度)になるまでは数10mm/sec程度の標準速度(例えば88mm/sec)で移動させ、その位置から下死点までは数mm/sec(例えば2mm/sec)程度の移動速度で移動させる。このように吸着ノズルの移動速度を2段階制御することにより、マウント処理時間の増加を抑制しつつ、部品が基板に装着するときに発生する衝撃力(動荷重)を所定の大きさ以下にすることが可能になる。ここで、装着対象の部品が損傷を受けにくい樹脂外装部品1bの場合には、マウント速度のほうを優先するように、上記移動速度の2段階制御を行わずに移動開始から下死点まで標準速度(例えば88mm/sec)で移動させるようにしてもよい。
上記吸着ノズルの下死点及び移動速度の少なくとも一方の設定を変更する設定変更手段は、各マウント装置10,20,30のコントローラを用いて構成することができる。
上記吸着ノズルの下死点及び移動速度の設定は、例えば次のように行うことができる。まず、マウント装置におけるテープやトレイ等の部品保持部材がセットされる位置に、力検知手段としての圧力センサが取り付けられたロードセルを有する力検知用部材をセットする。この力検知用部材に対して吸着ノズルを下降させ、所定の位置で停止させる。この停止時の衝撃力(動荷重)を、上記ロードセルの圧力センサの出力に基づいて算出する。この測定及び算出を、上記吸着ノズルの下死点及び移動速度を変化させて行う。そして、衝撃力(動荷重)が一定の力以下になるように、吸着ノズルの下死点及び移動速度を設定する。ここで、吸着ノズルが下降するときの移動ステップ量の1単位が大きい場合は、吸着ノズルが接触して上記ロードセルの圧力センサが出力し始めたときの吸着ノズルの位置を下死点としてもよい。
以上のように、上記部品をピックアップするときに発生する衝撃力(動荷重)を所定の大きさ以下にすることにより、部品の加わる衝撃を低減して部品の損傷を防止したりすることができる。特に、ピックアップ対象の部品が損傷を受けやすいベアチップの場合に効果的である。
なお、上記吸着ノズルの下降時の移動速度が大きいと、吸着ノズルの停止位置のばらつきが大きくなって上記衝撃力(動荷重)のコントロールが難しくなる一方で、下降時の移動速度が遅すぎると部品のピックアップ処理時間が長くなってしまう。そこで、テープやトレイ等の部品保持部材の近くまでは高めの速度で吸着ノズルを下降させ、そこから下死点までは低めの速度で下降させるように、吸着ノズルの移動を制御するのが好ましい。具体的には、吸着ノズルの先端とテープやトレイ等の部品保持部材の表面との距離が予め設定した距離(例えば0.2〜0.4mm程度)になるまでは数10mm/sec程度の標準速度(例えば88mm/sec)で移動させ、その位置から下死点までは数mm/sec(例えば2mm/sec)程度の移動速度で移動させる。このように吸着ノズルの移動速度を2段階制御することにより、部品ピックアップ処理時間の増加を抑制しつつ、部品をピックアップするときに発生する衝撃力(動荷重)を所定の大きさ以下にすることが可能になる。ここで、ピックアップ対象の部品が損傷を受けにくい樹脂外装部品1bの場合には、部品ピックアップ速度のほうを優先するように、上記移動速度の2段階制御を行わずに移動開始から下死点まで標準速度(例えば88mm/sec)で移動させるようにしてもよい。
上記部品を吸着してピックアップするときの吸着ノズルの下死点及び移動速度の少なくとも一方の設定を変更する設定変更手段も、各マウント装置10,20,30のコントローラを用いて構成することができる。
図13は、アンダーフィル処理工程の説明図である。このアンダーフィル処理工程では、バンプ1dが介在することによって生じた上記基板1とベアチップ1cとの隙間54に、その隙間54を埋める充填剤としての樹脂55が充填される。図13において、上記樹脂55は、まず、ディスペンサ56によって、上記基板1とベアチップ1cとの隙間54の、少なくとも一辺側の部位に供給(塗布)される。すると、基板1上に塗布された樹脂55は、基板1とベアチップ1cとの隙間54による毛管現象で隙間に浸透していく。これにより、ベアチップ1cと基板1との間に樹脂55が充填され、基板1上にベアチップ1cを確実に固定することができる。なお、アンダーフィル処理は、これに限定されず、種々変更可能である。例えば、超音波印加装置等を用いて、基板1に振動を与えて、基板1とベアチップ1cとの隙間54に樹脂55を充填するようにしてもよい。このように、基板1に振動を与えることで、樹脂55がベアチップ1cと基板1との間に充填するまでの時間を短縮することができる。
本実施形態の基板製造システムは、図14に示すように、印刷装置210と、基板保管機能付きの基板搬出装置としてのバッファコンベア220とを組み合わせた印刷システム200を備えている。このバッファコンベア220は、印刷装置210で印刷した後の基板1を一旦保管し、所定のタイミングで、印刷検査装置230を介して次工程のマウンタ装置240(10,20,30)に向けて印刷後の基板を搬出する。上記バッファコンベア220は、例えば複数の基板収容棚を有した上下動可能な基板保持部と、その基板保持部の基板収容棚のいずれかに保持されている基板を次工程に向けて押し出す基板押し出し機構とを用いて構成することができる。例えば、基板押し出し機構は、コントローラで制御されるエアーシリンダーと、そのエアーシリンダーの可動部に設けられた基板押し出し部材とを用いて構成することができる。
ところが、上記印刷工程における印刷処理間隔を基板1枚あたりの印刷処理時間よりも長めに設定すると、印刷装置210で印刷を行っていない待ち時間が発生し、印刷不良が発生するおそれがあるという問題があることがわかった。このような待ち時間が発生すると、その待ち時間の間に、印刷装置210の印刷用マスク2上に供給されているクリーム半田3の乾燥が進行してしまう。この印刷用マスクに付着したクリーム半田が乾燥すると、印刷用マスクの開口の目詰まりなどが発生し、クリーム半田3の印刷不良が発生しやすくなる。この印刷用マスク2に付着しているクリーム半田3の乾燥は、印刷装置210の印刷用マスク2等の印刷用部材を取り外して洗浄し新しいクリーム半田3をセットするクリーニングを行った後しばらくの間は問題にならない程度であるが、上記クリーニングからの経過時間が長くなると上記待ち時間におけるクリーム半田の乾燥が急激に進行しやすくなって印刷不良が発生しやすくなる。
図15によれば、上記クリーニングからの経過時間が4時間までは、印刷不良は少なく、クリーニングからの経過時間が4時間を超えたあたりから、印刷不良が急激に増加していることがわかる。なお、この例では、クリーニングからの経過時間が6時間になったところで、次のクリーニングを行っている。
図16中の符号Aの線で示すように、上記クリーニングからの経過時間が4時間までは、印刷処理間隔の増加に伴って印刷不良が緩やかに増加している。ところが、図16中の符号Bの線で示すように、上記クリーニングからの経過時間が4時間を超えると、印刷処理間隔が2分30秒よりも大きくなったところで印刷不良が急激に増加している。
具体的には、図17に示すように、印刷用部材のクリーニングの終了時から所定の切り換えタイミング(上記図15及び16の例では、クリーニングの終了時から4時間が経過するタイミング)が到来するまで、印刷に用いるクリーム半田3が乾燥しにくいため、基板1枚あたりの印刷処理間隔を、次工程における基板1枚あたりの処理間隔に合わせた標準の印刷処理間隔に設定する(ステップ1,2)。このように印刷処理間隔を次工程における処理間隔に合わせることにより印刷後の基板1の一時保存量の増加を抑えることができる。しかも、マウント工程における処理開始タイミングに合わせて印刷後の基板1をバッファコンベア220で搬出することにより印刷工程とその次工程との間のタクトタイムを調整できる。
一方、上記所定の切り換えタイミングが経過した後は、クリーム半田3の乾燥が急激に進行しやすくため、基板1枚あたりの印刷処理間隔を、マウント工程における基板1枚あたりの処理間隔(上記標準の印刷処理間隔)よりも短くなるように設定する(ステップ1,3)。このように印刷処理間隔を次工程における処理間隔よりも短くすることにより印刷装置210の印刷用部材のクリーニングからの経過時間が長くなったときの印刷不良を防止する。しかも、マウント工程における処理開始タイミングに合わせて印刷後の基板1を搬出することにより印刷工程とマウント工程との間のタクトタイムを調整できる。
1b 樹脂外装チップ
1c ベアチップ
2 印刷マスク
3 クリーム半田
9 開口部
10,20,30 マウント装置
12 リールカセット
18,28,38,48 部品吸着ユニット
18a,28a,38a,48a 吸着ノズル
22 トレイ
55 樹脂
56 ディスペンサ
100 個別基板
200 印刷システム
210 印刷装置
220 バッファコンベア
230 印刷検査装置
240 マウント装置
Claims (4)
- 表面実装用の電子部品が実装される前の基板の所定の電極上に導電性の印刷剤を印刷する印刷工程と、該印刷後の基板を次工程に向けて搬出する基板搬出工程と、該印刷を複数の基板について繰り返し行った後に該印刷に用いていた印刷用部材を洗浄し該印刷に用いる印刷剤として新しい印刷剤をセットするクリーニング工程とを有する印刷方法であって、
該印刷工程では、該クリーニングの終了時からのクリーニング後経過時間に応じて、基板1枚あたりの印刷処理間隔を切り換えるようにし、
該基板搬出工程では、該次工程における処理開始タイミングに合わせて該印刷後の基板を搬出し、
上記印刷工程における上記クリーニングの終了時から所定の切り換えタイミングが到来するまで、該印刷工程における基板1枚あたりの印刷処理間隔を、上記次工程における基板1枚あたりの処理間隔に合わせるようにし、
該所定の切り換えタイミングが経過した後、該印刷工程における基板1枚あたりの印刷処理間隔を、該次工程における基板1枚あたりの処理間隔よりも短くすることを特徴とする印刷方法。 - 請求項1の印刷方法において、
上記印刷剤が印刷される基板は、ベアチップ用の印刷対象電極を有する基板であることを特徴とする印刷方法。 - 表面実装用の電子部品が実装される前の基板の所定の電極上に導電性の印刷剤を印刷する印刷装置と、該印刷後の基板を次工程に向けて搬出する基板搬出装置とを備えた印刷システムであって、
該印刷装置は、該印刷を複数の基板について繰り返し行った後に該印刷に用いていた印刷用部材を洗浄し該印刷に用いる印刷剤として新しい印刷剤をセットするクリーニングを行い、そのクリーニングの終了時からのクリーニング後経過時間に応じて、基板1枚あたりの印刷処理間隔を切り換え、
該基板搬出装置は、次工程における処理開始タイミングに合わせて該印刷後の基板を搬出し、
上記印刷装置は、上記クリーニングの終了時から所定の切り換えタイミングが到来するまで、基板1枚あたりの印刷処理間隔を、上記次工程における基板1枚あたりの処理間隔に合わせるようにし、
該所定の切り換えタイミングが経過した後、該印刷工程における基板1枚あたりの印刷処理間隔を、該次工程における基板1枚あたりの処理間隔よりも短くすることを特徴とする印刷システム。 - 請求項3の印刷システムにおいて、
上記印刷剤が印刷される基板は、ベアチップ部品用の印刷対象電極を有する基板であることを特徴とする印刷システム。
Priority Applications (1)
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