WO2020044388A1 - はんだ印刷機 - Google Patents

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WO2020044388A1
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substrate
solder
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solder printing
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毅 近藤
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株式会社Fuji
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    • B41PINDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3485Applying solder paste, slurry or powder

Definitions

  • the present invention relates to a solder printing machine for printing a pattern of a solder on a substrate by applying a creamy solder to the substrate.
  • a general solder printing machine for example, as described in the following patent document, A substrate holding device for holding a substrate, A plurality of openings are provided, a mask holding device that holds a mask that is brought into contact with the surface of the substrate during printing, A squeegee device that has a squeegee and moves the squeegee on the upper surface of the mask, so that the creamy solder supplied to the upper surface of the mask passes through the plurality of openings and adheres to the substrate held by the substrate holding device; , To obtain the position of the mask held by the mask holding device and the position of the mask with respect to the substrate held by the substrate holding device, the position being along a plane parallel to the surface of the substrate.
  • An imaging device for imaging the surface of the mask At the time of printing, by moving the mask held by the mask holding device with respect to the substrate holding device, a position adjustment device that adjusts the position of the substrate mask, And a control device for controlling the solder printing machine. At the time of printing, the position adjusting device adjusts the position of the mask with respect to the substrate.
  • the openings provided in the mask have been miniaturized, and accordingly, the mask has become thinner.
  • tension is applied to the mask. You have to increase that tension.
  • the large tension contributes to the distortion of the mask, and the distortion increases when the temperature change in the solder printing machine is large.
  • a large distortion occurs in the mask, it is difficult to adjust the position of the mask with respect to the substrate, resulting in poor printing. Therefore, acquiring distortion of the mask and adjusting the position of the mask with respect to the substrate in consideration of the distortion contributes to improving the practicality of the solder printing machine.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly practical solder printing machine.
  • the control device may be configured to generate one of the plurality of openings provided at a specific portion of the mask, or a specific mark, and two or more reference marks provided on the mask.
  • the apparatus is characterized in that it is configured to acquire a position shift within the mask, which is a shift of the specific portion on the mask, based on the information.
  • the solder printing machine of the present invention it is possible to acquire the distortion of the mask by acquiring the positional deviation in the mask that is a deviation of a specific portion, and, based on the positional deviation in the mask, Appropriate adjustment of the mask position relative to the substrate becomes possible. As a result, the solder printing machine of the present invention becomes highly practical.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a component mounting line in which a solder printing machine according to an embodiment is provided. It is a perspective view which shows the solder printing machine in the state where the exterior panel was removed. It is a perspective view which shows the board
  • FIG. 2 is a perspective view showing a mask holding device, a position adjusting device, and a squeegee device that constitute the solder printing machine.
  • FIG. 3 is a view showing a mask used for printing a solder pattern on a substrate by a solder printing machine.
  • 5 is a flowchart illustrating a mask distortion determination / position adjustment program executed by a control device of the solder printing machine.
  • the solder printing machine 10 of the embodiment (hereinafter sometimes abbreviated as “printing machine 10”) has a mounting line, that is, an electronic device mounted on a substrate.
  • Components (hereinafter, may be abbreviated as “components”) are mounted in a line for manufacturing an electric circuit by mounting the components.
  • the mounting line includes, in addition to the printing machine 10, an inspection machine 12, five component mounting machines 14, and a reflow furnace 16.
  • the printing machine 10 attaches a creamy solder (hereinafter, may be abbreviated as “solder”) to the surface of the substrate, and forms a pattern using the solder (hereinafter, may be referred to as a “solder pattern”).
  • Solder a creamy solder
  • the inspection machine 12 inspects the positional accuracy of the solder pattern printed by the solder printing machine 10, the amount of adhered solder, and the like.
  • the component placement machine 14 places components on a substrate on which a solder pattern is printed.
  • the reflow furnace 16 fixes the component to the substrate by melting and then solidifying the solder on the substrate on which the component is mounted.
  • FIG. 2 shows the printing machine 10 with the outer panel removed.
  • the printing press 10 has a base frame 20 mainly composed of each pipe, and a substrate transport conveyor device 22 and a substrate holding / elevating device 24 (substrate holding device) supported and arranged on the base frame 20. ), A mask holding device 26, a position adjusting device 28, a squeegee device 30, a cleaning device 32, a mark image pickup device 34 (omitted in FIG. 2, a type of image pickup device), and the like.
  • FIG. 3 shows the substrate transport conveyor device 22 (hereinafter, may be simply referred to as “conveyor device 22”), the substrate holding / elevating device 24, and the mark imaging device.
  • the conveyor device 22 is divided into three parts: a carry-in part 36 located on the upstream side in the direction in which the substrate S is transported, a carry-out part 38 located on the downstream side, and an intermediate part 40 located therebetween.
  • the carry-in part 36, the carry-out part 38, and the intermediate part 40 each have a pair of side plates 42 supported by the base frame 20.
  • Each of the pair of side plates 42 has a conveyor belt held rotatably on surfaces facing each other (omitted in FIG. 3), and the substrate S is carried with both ends mounted on the conveyor belt.
  • the substrate holding / elevating device 24 includes a base 44 and a backup table 46 supported by the base 44 and positioned between the pair of side plates 42 of the intermediate unit 40 of the conveyor device 22.
  • the backup table 46 can be moved up and down by a backup table elevating mechanism provided on the base 44.
  • the backup table 46 can lift the substrate S transported to a predetermined position of the intermediate section 40 by the conveyor device 22. To lift from below.
  • the substrate holding / elevating device 24 includes a clamp 50 having a pair of holding bodies 48 and supported by the base 44.
  • the clamp 50 is configured to hold the substrate S lifted by the backup table 46, Clamp at its end.
  • the clamp 50 can be moved up and down together with the backup table 46 by a clamp elevating mechanism disposed on the base 44 while holding the substrate S therebetween.
  • the mark imaging device 34 is disposed above the conveyor device 22 and the substrate holding / elevating device 24 and below the mask holding device 26 so as to be sandwiched therebetween.
  • the mark imaging device 34 includes a pair of guide rails 52 that extend in the substrate transport direction and a pair of guide rails 52 that extend in a direction that is horizontal and perpendicular to the substrate transport direction (hereinafter, may be referred to as a “front-rear direction”).
  • a movable beam 54 that is guided and movable in the substrate transport direction, a beam moving mechanism 56 that moves the movable beam 54, a slide 58 that is guided by the movable beam 54 and that can move in the front-rear direction, and moves the slide 58 in the front-rear direction.
  • the camera 62 has a slide moving mechanism 60 to be moved and a camera 62 held on a slide 58.
  • the camera 62 is capable of imaging both the lower side and the upper side.
  • the camera 62 is moved in the left-right direction and the front-rear direction, and moves with the surface (specifically, the upper surface) of the substrate S held by the substrate holding / elevating device 24.
  • Position reference given to an arbitrary position with respect to the lower surface of the mask M (refer to FIG. 2, sometimes referred to as “screen”, “screen mask”, “mask screen”, etc.) held by the mask holding device 26
  • the mark can be imaged.
  • FIG. 4 shows the conveyor device 22, the substrate holding / elevating device 24, and the cleaning device 32.
  • the cleaning device 32 is disposed above the mark imaging device 34 and below the mask holding device 26 so as to be sandwiched therebetween.
  • the cleaning device 32 cleans the lower surface of the mask M, and forms a pair of support beams 64 (a channel-shaped member and a plate-shaped member are joined together) that constitute the base frame 20 and extend in the front-rear direction. 2, a pair of guide rails 66 fixed to the lower surface, a cleaning unit 68 guided by the pair of guide rails 66 and movable in the front-rear direction, and the cleaning unit 68.
  • a cleaning unit moving mechanism 70 for moving in the front-rear direction. Since the cleaning unit 68 is well known, the description thereof is omitted here.
  • FIG. 5 shows the mask holding device 26, the position adjusting device 28, and the squeegee device 30. They are supported by a pair of support beams 74 mounted on a column 72 constituting the base frame 20.
  • the mask holding device 26 has a pair of holding rods 76 each supported by a pair of support beams 74.
  • the mask M is attached to a mask frame 78, and a pair of holding rods 76 hold the mask frame 78. Incidentally, when exchanging the mask M, the entire mask frame 78 is exchanged.
  • Each of the pair of holding rods 76 has a pair of adjusting mechanisms 80 for displacing the positions of the two parts thereof in the front, rear, left, and right directions.
  • the position adjusting device 28 is configured by the two pairs of adjusting mechanisms 80, and the position adjusting device 28 performs position adjustment (a concept including rotation position adjustment, that is, posture adjustment) of the mask M. More specifically, the position adjusting device 28 is a position of the mask M with respect to the substrate S held by the substrate holding / elevating device 24 along a plane parallel to the surface of the substrate S. Has the function of adjusting
  • the squeegee device 30 includes a movable beam 82 and a squeegee unit 84 held by the movable beam 82.
  • the movable beam 82 is supported by a pair of guide rails 86 provided on a pair of support beams 74 at both ends in a posture extending in the left-right direction, and is movable in the front-rear direction.
  • the movable beam 82 is moved by a movable beam moving mechanism 88.
  • the squeegee unit 84 is configured to include a pair of squeegees 90 arranged in front and rear, and a pair of squeegee elevating mechanisms 92 for respectively moving the squeegees 90 up and down.
  • the mask M has a large number of small openings corresponding to a large number of portions of the solder pattern.
  • the solder supplied to the upper surface of the mask M is formed on the mask M by moving the squeegee 90 in contact with the upper surface of the mask M.
  • the solder is adhered to the substrate surface through the opening, and the solder pattern is printed so as to be copied.
  • a pair of squeegees 90 are alternately moved in different directions to print the solder pattern, and the supplied solder is rolled between the pair of squeegees 90 at the time of printing. And moves on the surface of the mask M so as to roll.
  • the control of the operation of each of the above-mentioned devices such as the conveyor device 22 is performed by a control device 94 disposed below the base frame 20 (see FIG. 2).
  • the control device 94 includes a computer as a central component and includes a driver (drive circuit) for each device.
  • the control device 94 is connected to an operation panel 96 (see FIG. 1) including a display, an operation switch, and the like.
  • the substrate S to be subjected to the printing operation is received by the carry-in unit 36 of the conveyor device 22, and the substrate S is loaded into the carry-in unit 36 and the intermediate unit 40. Are conveyed to a predetermined position of the intermediate section 40, that is, a printing operation position.
  • the substrate S is lifted from the conveyor to a position where it can be clamped by the clamps 50, that is, a clamp position.
  • the camera 62 of the mark imaging device 34 reads the substrate ID mark and the reference mark attached to the front surface (upper surface) of the substrate S, and reads the reference mark attached to the lower surface of the mask M. .
  • the read information is processed by the control device 94, and the ID of the substrate S is recognized, and the positional shift amount between the substrate S and the mask M, that is, the above-described mask position with respect to the substrate is recognized.
  • the position adjustment device 28 adjusts the position of the mask M in accordance with the position of the substrate S, that is, adjusts the mask position relative to the substrate. The adjustment of the mask position relative to the substrate will be described later in detail.
  • the substrate S is lifted together with the backup table 46 to a position where it contacts the lower surface of the mask M while being clamped by the clamp 50.
  • the squeegee device 30 prints a solder pattern.
  • the squeegee unit 84 is normally moved once from the front to the back or from the back to the front while one of the pair of squeegees 90 is in contact with the upper surface of the mask M. Done.
  • This operation that is, the substrate S on which printing has been completed is lowered together with the backup table 46 to the clamp position, and after the clamping by the clamp 50 is released at that position, the backup table 46 is further lowered, whereby the substrate S is lowered.
  • S is placed on a conveyor. Thereafter, the substrate S is conveyed to the unloading section 38 in cooperation with the intermediate section 40 and the unloading section 38 of the conveyor device 22, and is unloaded to the downstream side of the printing press 10 by the unloading section 38.
  • the information on the recognized ID is transmitted together with the print completion information.
  • the mask M is made of stainless steel having a generally rectangular shape and a relatively thin shape, and four sides are held by a mask frame 78 as shown in FIG. It is held in a taut state so that it can be released from the substrate S after printing, that is, the plate separation is good. That is, the tension is applied in a direction along a plane parallel to the surface of the mask M.
  • the outer peripheral portion is formed of a mesh 100 so that the tension is appropriate.
  • An opening 102 for printing a solder pattern is formed at the center. Incidentally, although a large number of openings 102 are formed in the mask M, only a part is illustrated in the figure, and the others are omitted.
  • the mask M has the reference mark 104 corresponding to the reference mark on the substrate S as described above.
  • the reference mark of the substrate S is provided at the center of two opposing sides of the substrate S, and the reference mark 104 of the mask M is also located at a position corresponding to each of the two reference marks of the substrate S. One is provided.
  • FIG. 6 extremely shows a state in which the mask M is distorted so that the theoretical shape L * of the substrate S indicated by the two-dot chain line becomes the shape indicated by the solid line L. Such a distortion causes a displacement of the opening 102, which leads to a deterioration in the positional accuracy of the printed solder pattern.
  • the distortion of the mask M when the distortion occurs in the mask M, the position of a specific portion of the mask M in a plane along the surface of the mask M is shifted.
  • the plane along the surface of the mask M is an XY plane, and the XY coordinates (the axis parallel to the line segment is the X axis, (The axis perpendicular to the minute is the Y axis), the displacement of the actual coordinate position (X, Y) of a specific portion of the mask M with respect to the theoretical coordinate position (X * , Y * ) Is determined as a deviation of the mask M at the specific position on the XY plane, that is, a positional deviation in the mask (actually, a distance between a theoretical coordinate position and an actual coordinate position).
  • the printing press 10 obtains positional deviations in the mask at several locations, and adjusts the position of the mask M with respect to the substrate S at the time of printing based on the acquired positional deviations in the mask; The position of the mask is adjusted, and if the positional deviation within the mask at any point is somewhat large, the fact is notified to the outside.
  • nine distortion determination points P 1 to P 9 are set as specific locations for determining the degree of distortion of the mask M, and each of them is provided with the above-described reference mark.
  • a distortion determination mark 106 as a specific mark is provided.
  • three management areas R A , R B , and R C are set as specific locations for managing the deviation of the solder pattern on the printed board S.
  • Each of the management areas is a position where it is assumed that distortion of the mask M is likely to occur.
  • the solder pattern formed by the opening 102 in the management area RA is required to have particularly high precision in the printing position on the substrate S.
  • the theoretical coordinate positions of the management areas R A , R B , and R C are represented by R A (X * , Y * ), R B (X * , Y * ), and R C (X * , respectively) . , and Y *), the actual coordinate position, respectively, R a (X, Y) , R B (X, Y), R C (X, and Y), the positional deviation in the mask, respectively, [Delta] R a, [Delta] R B, represent the [Delta] R C.
  • the theoretical coordinate positions are P 1 (X * , Y * ) to P 9 (X * , Y * ), and the actual coordinate position is P 1 ( X, Y) to P 9 (X, Y) and the positional deviation in the mask are represented as ⁇ P 1 to ⁇ P 9 , but are omitted in the figure.
  • step 1 the substrate ID mark attached to the clamped substrate S is marked by a mark imaging device. 34, the ID of the substrate S is acquired, and the reference mark of the substrate S is imaged by the mark imaging device 34. Based on the image data obtained by the imaging, the position of the clamped substrate S ( This is a concept that includes the rotation attitude).
  • the reference mark 104 attached to the mask M is imaged by the mark imaging device 34, and the position of the mask M (a concept including a rotational attitude) is obtained based on the image data obtained by the imaging.
  • the XY coordinates described above, that is, the mask coordinates are set.
  • the control region R A , R B , R C is imaged by the mark imaging device 34 in S6, and the positions of the management regions R A , R B , R C in the mask coordinates are set. deviation, i.e., the mask misalignment ⁇ R A, ⁇ R B, ⁇ R C is obtained.
  • the management areas R A , R B , and R C are not marked with a specific mark, and the openings 102 existing in the management areas ⁇ R A , ⁇ R B , and ⁇ R C are imaged, and the imaged apertures are taken.
  • mask the positional deviation of 102, the management area R a, R B, the mask of R C misalignment [Delta] R a, [Delta] R B, is recognized as [Delta] R C.
  • the mode of adjusting the position of the mask M with respect to the substrate S is two modes, specifically, a priority mode. And average mode are prepared.
  • One of these modes is set for the printing operation using the mask M.
  • the average mode three management areas R A, R B, as to-board misalignment of each of R C is averaged, In detail, three management areas R A, R B, versus substrate position of R C The mode in which the mask M is positioned with respect to the substrate S so that the average of the deviation is minimized.
  • the emphasis mode is a region where the highest precision is required for the printing position of the solder pattern, that is, the mask shown in FIG.
  • the mask M is positioned with respect to the substrate S so that the positional deviation of the management area RA with respect to the substrate becomes zero.
  • the mask M is positioned with respect to the substrate S so that the displacement of the management areas with respect to the substrate is as small as possible.
  • the management area R B so that the average of the to-board misalignment of R C is minimized, the mask M is positioned with respect to substrate S.
  • the mask M is positioned on the substrate S in the average mode.
  • the average mode indicates that the positional deviation of the substrate with respect to the substrate in any of the plurality of management areas.
  • the mask M is positioned with respect to the substrate S so as to be equal to or less than the set value.
  • the amount of adjustment of the mask position relative to the substrate is calculated so that the positional deviation of the management region RA with respect to the substrate becomes zero.
  • the calculation of the substrate mask position adjustment amount in S8 and S9 is performed based on the position of the substrate S and the position of the mask M acquired in S1 and S2. The details of the calculation may simply be based on a mathematical method, and a description thereof will be omitted.
  • the amount of adjustment of the mask position relative to the substrate obtained at S8 or S9 is determined as the amount of adjustment of the position of the mask relative to the substrate in the current printing operation.
  • the positional deviation of each of the management areas R A , R B , and R C with respect to the substrate is specified.
  • the position adjusting device 28 is caused to perform the position adjustment of the mask M with respect to the substrate S based on the determined amount of adjustment of the position of the mask with respect to the substrate.
  • the control device 94 raises the substrate S by the substrate holding / elevating device 24 and causes the squeegee device 30 to attach solder to the substrate S.
  • the inspection is performed in which the data on the positional deviations of the specified management areas R A , R B , and R C with respect to the substrate are arranged on the downstream side together with the substrate ID obtained in S1.
  • This is transmitted to the machine 12 and the component mounting machine 14, and one execution of the mask distortion determination / position adjustment program is terminated.
  • the transmitted data is used, for example, for setting a threshold value at the time of making a pass / fail judgment regarding the positional accuracy of the solder pattern in the inspection machine 12 and for improving the mounting accuracy of components in the component mounting machine 14.
  • a specific mark a distortion determination mark
  • a position where the hole 102 is formed may be set as a distortion determination position, and the positional deviation of the opening 102 in the mask may be acquired based on image data obtained by imaging the opening 102.
  • the imaging data obtained by imaging the opening 102 in the area is used, but a specific mark is placed in the area.
  • the position deviation in the mask of the area may be obtained using image data obtained by imaging the mark.
  • Solder printing machine 20 Base frame 22: Conveyor conveyor device 24: Substrate holding / elevating device [Substrate holding device] 26: Mask holding device 28: Position adjusting device 30: Squeegee device 34: Mark imaging device [Imaging device] 78: the mask frame 90: the squeegee 94: control device 96: control panel 100: mesh 102: opening 104: reference mark 106: distortion determination mark [specific mark] M: mask S: substrate R a, R B, R C : management areas P 1 ⁇ P 9: distortion determining portion ⁇ R A, ⁇ R B, ⁇ R C , ⁇ P 1 ⁇ ⁇ P 9: the mask position shift ⁇ (X, Y, ⁇ ) : To board mask position adjustment amount

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Screen Printers (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

複数の開口102が設けられたマスクMを利用してクリーム状のはんだをスキージで基板に付着させることによって、その基板に、そのはんだによるパターンを印刷するはんだ印刷機を、マスクの特定の箇所P1~P9,RA,RB,RCに設けられた複数の開口のうちのいずれか、若しくは、特定のマーク106と、マスクに設けられた2以上の基準マーク104を撮像装置によって撮像し、その撮像によって得られた撮像データに基づいて、マスクにおける特定の箇所のズレであるマスク内位置ズレΔP1~ΔP9,ΔRA,ΔRB,ΔRCを取得するように構成する。マスクの歪を取得することや、その歪を考慮した基板に対するマスクの位置の調整が可能となる。

Description

はんだ印刷機
 本発明は、クリーム状のはんだを基板に付着させることによって、その基板に、そのはんだによるパターンを印刷するはんだ印刷機に関する。
 一般的なはんだ印刷機は、例えば、下記特許文献に記載されているように、
 基板を保持する基板保持装置と、
 複数の開口が設けられ、印刷の際に基板の表面に接触させられるマスクを保持するマスク保持装置と、
 スキージを有し、そのスキージをマスクの上面を移動させることで、マスクの上面に供給されているクリーム状のはんだを、複数の開口を通して、基板保持装置に保持された基板に付着させるスキージ装置と、
 マスク保持装置によって保持されたマスクの位置であって、基板保持装置によって保持された基板に対しての、その基板の表面に平行な一平面に沿った位置である対基板マスク位置を取得するために、そのマスクの表面を撮像する撮像装置と、
 印刷の際、基板保持装置に対してマスク保持装置によって保持されたマスクを動かすことで、対基板マスク位置を調整する位置調整装置と、
 当該はんだ印刷機の制御を司る制御装置と
 を備え、
 印刷の際、位置調整装置によって、対基板マスク位置を調整するように構成されている。
特開2017-154445号公報
発明の解決しようとする課題
 近年、マスクに設けられた開口の微細化が進み、それに伴い、マスクが薄くなってきている。印刷終了後のマスクの基板からの引き離しの際、すなわち、版離れの際のマスクの平坦度を維持するために、マスクにテンションを付与することが行われているが、マスクが薄くなるに連れて、そのテンションを大きくしなければならない。大きなテンションは、マスクに歪を生じさせる一因となり、はんだ印刷機内の温度変化が大きい場合に、その歪は大きくなる。マスクに大きな歪が生じた場合に、対基板マスク位置の調整が困難となり、印刷不良を招いてしまう。したがって、マスクの歪を取得することや、その歪を考慮した対基板マスク位置の調整は、はんだ印刷機の実用性の向上に寄与する。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いはんだ印刷機を提供することを課題とする。
 上記課題を解決するため、本発明のはんだ印刷機は、
 制御装置が、マスクの特定の箇所に設けられた前記複数の開口のうちのいずれか、若しくは、特定のマークと、マスクに設けられた2以上の基準マークとの、前記撮像装置による撮像データに基づいて、マスクにおける前記特定の箇所のズレであるマスク内位置ズレを取得するように構成されたことを特徴とする。
 本発明のはんだ印刷機によれば、特定の箇所のズレであるマスク内位置ズレを取得することで、マスクの歪を取得することが可能であり、また、そのマスク内位置ズレに基づいて、適切な対基板マスク位置の調整が可能となる。その結果、本発明のはんだ印刷機は、実用性の高いものとなる。
実施例のはんだ印刷機が配備されている部品実装ラインを示す斜視図である。 外装パネルを外した状態のはんだ印刷機を示す斜視図である。 はんだ印刷機を構成する基板搬送コンベア装置,基板保持・昇降装置,マーク撮像装置を示す斜視図である。 はんだ印刷機を構成する基板搬送コンベア装置,基板保持・昇降装置,クリーニング装置を示す斜視図である。 はんだ印刷機を構成するマスク保持装置,位置調整装置,スキージ装置を示す斜視図である。 はんだ印刷機によるはんだパターンの基板への印刷に用いられるマスクを示す図である。 はんだ印刷機の制御装置によって実行されるマスク歪判定・位置調整プログラムを示すフローチャートである。
 以下、本発明の代表的な実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
[A]はんだ印刷機が配置される実装ライン
 図1に示すように、実施例のはんだ印刷機10(以下、「印刷機10」と略す場合がある)は、実装ライン、すなわち、基板に電子部品(以下、「部品」と略す場合がある)を実装して電気回路を製造するライン内に配置される。実装ラインには、印刷機10の他、検査機12,5台の部品装着機14,リフロー炉16を含んで構成される。印刷機10は、後に詳しく説明するが、基板の表面にクリーム状はんだ(以下、「はんだ」と略す場合がある)を付着させてそのはんだによるパターン(以下、「はんだパターン」という場合がある)を印刷する。検査機12は、はんだ印刷機10によって印刷されたはんだパターンの位置精度,付着はんだ量等についての検査を行う。部品装着機14は、はんだパターンが印刷された基板上に部品を載置する。リフロー炉16は、部品が載置された基板のはんだを溶融させ、その後に凝固させることで、部品を基板に固定する。
[B]はんだ印刷機の構成
 図2に、外装パネルを外した状態での印刷機10を示す。印刷機10は、各パイプを主体に構成されたベースフレーム20を有しており、そのベースフレーム20に支持されて配設された基板搬送コンベア装置22,基板保持・昇降装置24(基板保持装置の一種である),マスク保持装置26,位置調整装置28,スキージ装置30,クリーニング装置32,マーク撮像装置34(図2では省略、撮像装置の一種である)等によって構成されている。
 図3に、基板搬送コンベア装置22(以下、単に、「コンベア装置22」と言う場合がある),基板保持・昇降装置24,マーク撮像装置34を示す。コンベア装置22は、基板Sが搬送される方向における上流側に位置する搬入部36,下流側に位置する搬出部38,それらの間に位置する中間部40の3つに区分けされる。搬入部36,搬出部38,中間部40は、それぞれ、ベースフレーム20に支持された1対の側板42を有している。それら1対の側板42の各々には、互い向かい合う面にコンベアベルトが周回可能に保持されており(図3では省略)、基板Sは、両端がそれらコンベアベルトに乗せられた状態で運ばれる。
 基板保持・昇降装置24は、基台44と、基台44に支持されてコンベア装置22の中間部40の1対の側板42の間に位置するバックアップ台46とを備えている。このバックアップ台46は、基台44に配設されたバックアップ台昇降機構によって昇降可能とされており、コンベア装置22によって中間部40の所定の位置まで搬送された基板Sを、自身が上昇することによって、下方から持ち上げる。また、基板保持・昇降装置24は、1対の挟持体48を有して基台44に支持されたクランプ50を備えており、このクランプ50は、バックアップ台46によって持ち上げられた基板Sを、それの端部において挟持する。クランプ50は、基板Sを挟持した状態において、基台44に配設されたクランプ昇降機構によってバックアップ台46とともに昇降可能とされている。
 マーク撮像装置34は、コンベア装置22および,基板保持・昇降装置24の上方、かつ、マスク保持装置26の下方に、それらに挟まれるようにして配設されている。マーク撮像装置34は、基板搬送方向に延びる1対のガイドレール52と、水平かつ基板搬送方向に直角な方向(以下、「前後方向」という場合がある)に延びるとともに1対のガイドレール52によってガイドされて基板搬送方向に移動可動な可動ビーム54と、可動ビーム54を移動させるビーム移動機構56と、可動ビーム54によってガイドされ前後方向に移動可能なスライド58と、スライド58を前後方向に移動させるスライド移動機構60と、スライド58に保持されたカメラ62とを有している。カメラ62は、下方をもまた上方をも撮像可能とされており、左右方向および前後方向に移動させられて、基板保持・昇降装置24によって保持された基板Sの表面(詳しくは、上面)とマスク保持装置26によって保持されたマスクM(図2参照、「スクリーン」,「スクリーンマスク」,「マスクスクリーン」等と呼ばれることもある)の下面との各々の任意の位置に付された位置基準マークを撮像可能とされている。
 図4に、コンベア装置22,基板保持・昇降装置24,クリーニング装置32を示す。クリーニング装置32は、マーク撮像装置34の上方、かつ、マスク保持装置26の下方に、それらに挟まれるようにして配設されている。クリーニング装置32は、マスクMの下面をクリーニングするものであり、ベースフレーム20を構成してそれぞれが前後方向に延びる1対の支持ビーム64(チャンネル形状の部材と板状の部材とが接合されたものであり、図2を参照のこと)の下面に固定された1対のガイドレール66と、一対のガイドレール66によってガイドされて前後方向に移動可能なクリーニングユニット68と、そのクリーニングユニット68を前後方向に移動させるクリーニングユニット移動機構70とを有している。クリーニングユニット68は、よく知られたものであるため、ここでの説明は省略する。
 図5に、マスク保持装置26,位置調整装置28,スキージ装置30を示す。それらは、ベースフレーム20を構成するコラム72に上架された1対の支持ビーム74に、支持されている。マスク保持装置26は、1対の支持ビーム74にそれぞれ支持された1対の保持桿76を有している。マスクMはマスク枠78に取り付けられており、1対の保持桿76は、このマスク枠78を保持している。ちなみに、マスクMの交換の際には、マスク枠78ごと交換される。1対の保持桿76の各々に対し、その各々の2か所の部位の位置を前後左右に変位させる1対の調整機構80を有している。それら2対の調整機構80によって、位置調整装置28が構成されており、その位置調整装置28によって、マスクMの位置調整(回転位置調整つまり姿勢調整を含む概念である)が行われる。詳しく言えば、位置調整装置28は、基板保持・昇降装置24によって保持された基板Sに対しての、その基板Sの表面に平行な一平面に沿ったマスクMの位置である対基板マスク位置を調整する機能を有している。
 スキージ装置30は、可動ビーム82と、可動ビーム82に保持されたスキージユニット84とを含んで構成されている。可動ビーム82は、左右方向に延びる姿勢で、両端が1対の支持ビーム74に設けられた1対のガイドレール86によって支持され、前後方向に移動可能とされている。可動ビーム82が可動ビーム移動機構88によって移動させられる。スキージユニット84は、前後に並んで配置された1対のスキージ90と、1対のスキージ90をそれぞれ昇降させる1対のスキージ昇降機構92とを含んで構成されている。
 マスクMには、後に詳しく説明するが、はんだパターンの多数の部位に対応して多数の小さな開口が形成されている。基板SがマスクMの下面に接触させられた状態において、マスクMの上面に供給されたはんだが、スキージ90がマスクMの上面に接触した状態で移動させられることによって、マスクMに形成された開口内にはんだが充填されることで、そのはんだがその開口を通って基板表面に付着させられ、謄写されるようにしてはんだパターンが印刷される。ちなみに、1対のスキージ90が交互に、方向を変えて移動させられて、はんだパターンの印刷は行われ、供給されたはんだは、印刷の際、1対のスキージ90の間において、あたかもロール状になって転がるようにしてマスクMの表面を移動する。
 コンベア装置22等の上記各装置の作動の制御は、ベースフレーム20の下部に配設された制御装置94によって行われる(図2参照)。制御装置94は、コンピュータを中心的な構成要素とし、各装置のドライバ(駆動回路)を含んで構成されている。なお、制御装置94には、表示器,操作スイッチ等を含んで構成される操作パネル96(図1参照)が接続されている。
 上記のように構成された印刷機10による印刷作業では、まず、コンベア装置22の搬入部36によって、印刷作業に供される基板Sが受け取られ、その基板Sは、搬入部36と中間部40とが協働することによって、中間部40の所定の位置、つまり、印刷作業位置まで搬送される。次に、基板保持・昇降装置24のバックアップ台46が上昇させられることによって、その基板Sが、コンベアから、クランプ50によって挟持可能な位置、つまり、クランプ位置まで持ち上げられ、その位置において、クランプ50によって挟持される。その状態において、マーク撮像装置34のカメラ62によって、その基板Sの表面(上面)に付された基板IDマークおよび基準マークが読み取られるとともに、マスクMの下面に付されている基準マークが読み取られる。それらの読取情報は、制御装置94によって処理され、その基板SのIDが認識されるとともに、基板SとマスクMとの位置ズレ量、すなわち、上記対基板マスク位置が認識される。認識された位置ズレ量に基づいて、位置調整装置28によって、基板Sの位置に合わせたマスクMの位置の調整、すなわち、対基板マスク位置の調整が行われる。この対基板マスク位置の調整については、後に詳しく説明する。
 上記対基板マスク位置の調整の後、基板Sは、クランプ50によって挟持されたままで、マスクMの下面に当たり付く位置まで、バックアップ台46とともに持ち上げられる。基板Sがその位置まで持ち上げられた状態において、スキージ装置30によって、はんだパターンの印刷が行われる。具体的には、通常、1対のスキージ90の一方がマスクMの上面に当接した状態で、スキージユニット84が、前方から後方へ、若しくは、後方から前方へ、1回移動させられることによって行われる。この動作、つまり、印刷が完了した基板Sは、バックアップ台46とともに、クランプ位置まで下降させられ、その位置においてクランプ50による挟持が解除された後、バックアップ台46がさらに下降することによって、その基板Sは、コンベアに載置される。その後、基板Sは、コンベア装置22の中間部40および搬出部38が協働して搬出部38に搬送され、搬出部38によって、当該印刷機10の下流側に搬出される。なお、認識されたIDに関する情報は、印刷完了情報とともに送信される。
[C]マスクの歪の問題
 マスクMは、概して矩形形状をなす相当に薄いステンレス製のものであり、図6に示すように、4辺がマスク枠78に保持されている。印刷後の基板Sからの離脱、すなわち、版離れが良好なように、ピンと張られた状態で保持されている。つまり、マスクMの表面に平行な平面に沿った方向にテンションが掛けられている。そのテンションが適正となるように、外周部が、メッシュ100とされている。はんだパターンを印刷するための開口102は、中央部に形成されている。ちなみに、マスクMには、多数の開口102が穿設されているが、図では、一部だけが描かれて、他は省略されている。
 マスクMには、上述したように、基板Sの基準マークに対応して、基準マーク104が付されている。一例ではあるが、基板Sの基準マークは、基板Sの互いに向かい合う2辺の中央に設けられており、マスクMの基準マーク104も、基板Sの2つの基準マークにそれぞれ対応する位置に、2つ設けられている。
 マスクMが相当に薄いこと、マスクMに多数の開口102が穿設されていること、マスクMにテンションが掛けられていることから、マスクMが歪むことが予測される。図6にでは、2点鎖線で示す基板Sの理論形状L*が実線Lで示す形状となるようにマスクMが歪んでしまっている状態を、極端に示している。このような歪は、開口102のズレを生じさせ、印刷されたはんだパターンの位置精度を悪化させることにつながる。
 マスクMの歪についてさらに説明すれば、マスクMに歪が生じると、マスクMの表面に沿った平面内におけるマスクMの特定の箇所の位置がズレてしまうことになる。本印刷機10では、マスクMの表面に沿った平面をXY平面とし、2つの基準マーク104を結ぶ線の中点を原点とするXY座標(線分に平行な軸がX軸であり、線分に直角な軸がY軸である)を規定した場合、マスクMの特定の箇所の実際の座標位置(X,Y)の理論上の座標位置(X*,Y*)に対しての変位を、その特定の箇所のマスクMのXY平面におけるズレ、すなわち、マスク内位置ズレ(実際には、理論上の座標位置と実際の座標位置との距離)と認定するようにされている。そして、本印刷機10は、いくつかの箇所のマスク内位置ズレを取得し、取得したそのマスク内位置ズレに基づいて、印刷の際のマスクMの基板Sに対する位置の調整、すなわち、対基板マスク位置の調整を行うとともに、いずれかの箇所のマスク内位置ズレがある程度大きくなっている場合に、その旨を外部に報知するようにされている。
 ちなみに、図6に示すマスクMでは、マスクMの歪の程度を判断するための特定の箇所として、9つの歪判定箇所P1~P9が設定されており、それらそれぞれに、上述の基準マーク104とは別に、特定のマークとしての歪判定用マーク106が付設されている。また、印刷後の基板Sにおけるはんだパターンのズレを管理するための特定の箇所として、3つの管理領域RA,RB,RCが設定されている。いずれの管理領域もマスクMの歪が生じ易いと想定されている位置である。また、管理領域RAの内の開口102によるはんだパターンは、基板Sにおける印刷位置について特に高い精度が要求されている。
 なお、図では、管理領域RA,RB,RCの理論上の座標位置を、それぞれ、RA(X*,Y*),RB(X*,Y*),RC(X*,Y*)と、実際の座標位置を、それぞれ、RA(X,Y),RB(X,Y),RC(X,Y)と、マスク内位置ズレを、それぞれ、ΔRA,ΔRB,ΔRCと表している。歪判定箇所P1~P9についても、それぞれ、理論上の座標位置を、P1(X*,Y*)~P9(X*,Y*)と、実際の座標位置を、P1(X,Y)~P9(X,Y)と、マスク内位置ズレを、ΔP1~ΔP9と表すが、図では省略している。ちなみに、管理領域RA,RB,RCのマスク内位置ズレΔRA,ΔRB,ΔRCは、図では、極端ではあるが、ΔRA>ΔRB>ΔRCとなっていることが示されている。また、図では、歪判定箇所P1についてだけ、理論上の座標位置P1(X*,Y*)が実際の座標位置P1(X,Y)となって、マスク内位置ズレΔP1が存在していることを示しているようにされているが、他の歪判定箇所P1~P9についてのマスク内位置ズレΔP1~ΔP9等については省略している。
[D]マスクの歪に関連して制御装置が行う処理
 制御装置94は、印刷を行う際に、基板Sがクランプ50によって挟持されたときに、図7にフローチャートを示すマスク歪判定・位置調整プログラムを実行する。以下、そのフローチャートに沿って、マスク内位置ズレの取得,対基板マスク位置の調整等に関して制御装置94が実行する処理について説明する。
 マスク歪判定・位置調整プログラムに従う処理では、まず、ステップ1(以下、「S1」と略す。他のステップも同様である)において、クランプされた基板Sに付された基板IDマークをマーク撮像装置34によって撮像させ、その基板SのIDを取得するとともに、その基板Sの基準マークをマーク撮像装置34によって撮像させ、その撮像によって得られた撮像データに基づいて、クランプされた基板Sの位置(回転姿勢をも含む概念である)を取得する。続くS2では、マスクMに付された基準マーク104をマーク撮像装置34によって撮像させ、その撮像によって得られた撮像データに基づいて、マスクMの位置(回転姿勢をも含む概念である)を取得するとともに、上述したXY座標、すなわち、マスク座標を設定する。
 続いて、S3において、歪判定箇所P1~P9をマーク撮像装置34によって撮像させ、マスク座標における歪判定箇所P1~P9の位置ズレ、すなわち、歪判定箇所P1~P9のマスク内位置ズレΔP1~ΔP9を取得する。そして、S4において、マスクMの歪が大きいか否かが判定される。具体的には、取得されたマスク内位置ズレΔP1~ΔP9のいずれかが、設定値(閾値)ΔPTH以上である場合、マスクMの歪が大きいと判定される。マスクMの歪が大きいと判定された場合、S5において、その旨が、操作パネル96を介してオペレータに報知される。
 マスクの歪が大きくはないと判定された場合、S6において、管理領域RA,RB,RCをマーク撮像装置34によって撮像させ、管理領域RA,RB,RCのマスク座標における位置ズレ、すなわち、マスク内位置ズレΔRA,ΔRB,ΔRCが取得される。ちなみに、管理領域RA,RB,RCには特定のマークは付されておらず、それらの管理領域ΔRA,ΔRB,ΔRCに存在する開口102が撮像され、その撮像された開口102のマスク内位置ズレが、管理領域RA,RB,RCのマスク内位置ズレΔRA,ΔRB,ΔRCとして認定される。
 本印刷機10では、基板Sに対するマスクMの位置、すなわち、対基板マスク位置の調整についてのモード(以下、「位置決めモード」という場合がある)として、2つのモード、具体的には、重点モードと平均モードの2つが準備されている。マスクMによる印刷作業に対して、それらのモードのいずれかが設定されている。平均モードは、3つの管理領域RA,RB,RCの各々の対基板位置ズレが平均化するように、詳しく言えば、3つの管理領域RA,RB,RCの対基板位置ズレの平均が最も小さくなるように、マスクMを基板Sに対して位置決めするモードであり、重点モードは、はんだパターンの印刷位置に最も高い精度が要求される領域、すなわち、図6に示すマスクMでは管理領域RAの対基板位置ズレが0となるように、マスクMを基板Sに対して位置決めするモードである。なお、重点モードにおける他の管理領域については、それら管理領域の対基板位置ズレができるだけ小さくなるように、マスクMが基板Sに対して位置決めされる。具体的には、図6に示すマスクMでは、管理領域RB,RCの対基板位置ズレの平均が最も小さくなるように、マスクMが基板Sに対して位置決めされる。さらに言えば、歪判定箇所P1~P9のマスク内位置ズレΔP1~ΔP9による判定によって歪は大きくないと判定されたマスクMであれば、平均モードでマスクMを基板Sに位置決めした場合には、管理領域RA,RB,RCのいずれの対基板位置ズレも、ある値より大きくなることはないため、平均モードは、複数の管理領域のいずれにおいても対基板位置ズレが設定値以下となるように、マスクMが基板Sに対して位置決めされることになる。
 本プログラムに従う処理では、S7において、位置決めモードが、平均モードと重点モードとのいずれに設定されているかが判断される。位置決めモードが平均モードに設定されている場合、S8において、管理領域RA,RB,RCの各々の対基板位置ズレが平均化されるように、対基板マスク位置、詳しく言えば、対基板マスク位置を調整するための調整量δ(X,Y,θ)(以下、「対基板マスク位置調整量」という場合があり、X方向,Y方向,回転方向のそれぞれの補正量と考えることができる)が演算で求められる。一方で、位置決めモードが重点モードに設定されている場合は、S9において、管理領域RAの対基板位置ズレが0となるように、対基板マスク位置調整量が演算で求められる。S8,S9における、対基板マスク位置調整量の演算は、S1,S2で取得された基板Sの位置、マスクMの位置に基づいて行われる。演算の詳細については、単に数学的な手法によればよいため、ここでの説明は省略する。
 続くS10では、S8若しくはS9において求められた対基板マスク位置調整量が、今回の印刷作業における対基板マスク位置調整量として決定され、S11では、対基板マスク位置調整量によるマスクMの位置決めを行った場合の管理領域RA,RB,RCの各々の対基板位置ズレが特定される。
 そして、S12において、決定された対基板マスク位置調整量に基づいて、位置調整装置28に、マスクMの基板Sに対しての位置調整を行わせ、位置調整の後、S13において、印刷が行われる。具体的には、制御装置94は、基板保持,昇降装置24によって基板Sを上昇させるとともに、スキージ装置30によってはんだを基板Sに付着させる。
 印刷の後、S14において、特定されていた管理領域RA,RB,RCの各々の対基板位置ズレについてのデータが、S1によって取得された基板IDとともに、下流側に配置されている検査機12,部品装着機14に送信され、当該マスク歪判定・位置調整プログラムの1回の実行が終了させられる。送信されたデータは、例えば、検査機12において、はんだパターンの位置精度に関する合否判定をする際の閾値の設定に用いられ、部品装着機14において、部品の装着精度の向上のために用いられる。
 なお、上記プログラムに従う処理では、歪判定箇所P1~P9のマスク内位置ズレΔP1~ΔP9による判定において、特定のマークである歪判定用マークが用いられていたが、いずれかの開口102が穿設されている箇所を歪判定箇所とし、その開口102の撮像によって得られた撮像データに基づいて、その開口102のマスク内位置ズレを取得するようにしてもよい。また、上記プログラムに従う処理では、管理領域のマスク内位置ズレを取得する際、その領域内の開口102を撮像して得られた撮像データを利用していたが、その領域内に特定のマークを設け、そのマークを撮像して得られた撮像データを利用して、その領域のマスク内位置ズレを取得するようにしてもよい。
 10:はんだ印刷機  20:ベースフレーム  22:基板搬送コンベア装置  24:基板保持・昇降装置〔基板保持装置〕  26:マスク保持装置  28:位置調整装置  30:スキージ装置  34:マーク撮像装置〔撮像装置〕  78:マスク枠  90:スキージ  94:制御装置  96:操作パネル  100:メッシュ  102:開口  104:基準マーク  106:歪判定用マーク〔特定のマーク〕  M:マスク  S:基板  RA,RB,RC:管理領域  P1~P9:歪判定箇所 ΔRA,ΔRB,ΔRC,ΔP1~ΔP9:マスク内位置ズレ  δ(X,Y,θ):対基板マスク位置調整量

Claims (6)

  1.  クリーム状のはんだを基板に付着させることによって、その基板に、そのはんだによるパターンを印刷するはんだ印刷機であって、
     基板を保持する基板保持装置と、
     複数の開口が設けられ、印刷の際に基板の表面に接触させられるマスクを保持するマスク保持装置と、
     スキージを有し、そのスキージをマスクの上面を移動させることで、マスクの上面に供給されているクリーム状のはんだを、前記複数の開口を通して、前記基板保持装置に保持された基板に付着させるスキージ装置と、
     前記マスク保持装置によって保持されたマスクの位置であって、前記基板保持装置によって保持された基板に対しての、その基板の表面に平行な一平面に沿った位置である対基板マスク位置を取得するために、そのマスクの表面を撮像する撮像装置と、
     印刷の際、前記基板保持装置に対して前記マスク保持装置によって保持されたマスクを動かすことで、前記対基板マスク位置を調整する位置調整装置と、
     当該はんだ印刷機の制御を司る制御装置と
     を備え、
     前記制御装置が、
     マスクの特定の箇所に設けられた前記複数の開口のうちのいずれか、若しくは、特定のマークと、マスクに設けられた2以上の基準マークとの、前記撮像装置による撮像データに基づいて、マスクにおける前記特定の箇所のズレであるマスク内位置ズレを取得するように構成されたことを特徴とするはんだ印刷機。
  2.  前記制御装置が、
     印刷の際、前記特定の箇所の前記マスク内位置ズレに基づいて、前記特定の箇所とその箇所に対応する基板の箇所との位置ズレである対基板位置ズレが、設定値以下となるように、前記位置調整装置によって前記対基板マスク位置を調整させるように構成された請求項1に記載のはんだ印刷機。
  3.  それぞれが前記特定の箇所となる複数の箇所がマスクに設定されており、
     前記制御装置が、
     印刷の際、前記複数の箇所の各々のマスク内位置ズレに基づいて、前記複数の箇所の1つとその1つに対応する基板の箇所との位置ズレである対基板位置ズレが、前記複数の箇所のいずれにおいても設定値以下となるように、前記位置調整装置によって前記対基板マスク位置を調整させるように構成された請求項1に記載のはんだ印刷機。
  4.  それぞれが前記特定の箇所となる複数の箇所がマスクに設定されており、
     前記制御装置が、
     印刷の際、前記複数の箇所の各々のマスク内位置ズレに基づいて、前記複数の箇所の各々とその各々に対応する基板の箇所との位置ズレである対基板位置ズレが、平均化するように、前記位置調整装置によって対基板マスク位置を調整させるように構成された請求項1に記載のはんだ印刷機。
  5.  前記制御装置が、
     印刷の際に調整された対基板マスク位置についてのデータを、当該はんだ印刷機の外部に送信可能に構成された請求項2ないし請求項4のいずれか1つに記載のはんだ印刷機。
  6.  前記制御装置が、
     取得された前記マスク内位置ズレが閾値以上となっている場合に、その旨を、当該はんだ印刷機の外部に報知するように構成された請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載のはんだ印刷機。
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