JPH03193449A - スクリーン印刷装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スクリーン印刷装置および方法に関し、詳
しくは、配線回路板等の精密電子部品の製造工程におけ
るハンダペーストのパターン形成等に利用されるスクリ
ーン印刷装置およびスクリーン印刷方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

配線回路板の製造工程において、ハンダペーストや導電
ペースト、レジスト材料等のパターン形成を能率的に行
う方法として、スクリーン印刷法が採用されている。具
体的には、例えば、スクリーン印刷法で配線回路基板に
ハンダペーストをパターン形成した後、ハンダペースト
の上に必要な電子部品を載せ、いわゆるリフローにより
溶融させたハンダペーストで電子部品を配線回路に接続
搭載することが行われている。

上記ハンダペースト等の機能性材料の印刷形成において
は、印刷パターンの精度が最終製品の品質や性能に大き
な影響があるため、印刷品質の向上および安定化が特に
要求されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

スクリーン印刷法では、ハンダペースト等の印刷剤の性
状や供給量の不適正、印刷スクリーンの汚れなどを原因
として印刷不良が発生する。通常のスクリーン印刷法で
は、印刷スクリーンの傷みや汚れを考慮して、約２００
０回の印刷で版交換するようにしているが、印刷条件が
不適正であったり、突発的な原因が発生すれば、版交換
の前に印刷不良が発生することも多い。印刷不良が発生
すれば、その印刷不良が発生した製品は使用できないと
ともに、印刷不良の原因を取り除かなければ、それ以後
に印刷する製品は全て不良品となるところが、従来技術
では、スクリーン印刷法で印刷された配線回路基板等は
、そのまま前記したリフロー工程もしくは電子部品の実
装工程に供給されていた。そして、電子部品を実装した
配線回路基板に対して、導通試験等の電気的な試験を行
ったときに不良品が出ることによって、初めてスクリー
ン印刷の印刷不良が発見されていた。

このようにして印刷不良が発見された段階では、不良が
発見された配線回路基板を廃棄するだけでなく、不良が
発見された時点までに電子部品の実装工程等を終了して
いる配線回路基板も当然印刷不良がある可能性が高いの
で廃棄しなければならず、高価な電子部品を無駄にした
り、それまでの作業が無駄になるという問題があった。

また、電子部品の実装工程には入っていなくても、印刷
工程を終了した配線回路基板は全て廃棄しなければなら
ない。すなわち、印刷工程の終了後、次の工程がかなり
進行した段階まで印刷不良の発見が行われず、印刷工程
と印刷不良の発見が時間的に大幅にずれているので、こ
の時間のズレによる廃棄製品の無駄および作業時間の無
駄は極めて重大なものであった。

さらに、前記したような電気的な試験では発見できない
印刷不良があった場合には、配線回路板を最終的な機器
や製品に組み込んで、使用しているうちに、印刷不良に
よる故障や不都合が発生することもあり、最終製品の信
頼性や品質性能を低下させる原因にもなる。

そこで、この発明の課題は、印刷不良に伴う廃棄製品の
発生や無駄な作業を行うことがないようにして、スクリ
ーン印刷を含む各種製造工程の経済性を高め、最終的な
製品の品質および信頼性の向上を図ることのできるスク
リーン印刷装置、および、スクリーン印刷方法を提供す
ることにある〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決する、この発明のうち、請求項１記載の
スクリーン印刷装置は、被印刷体の上に近接して配置さ
れる印刷スクリーンと、印刷スクリーン上に供給された
ペースト状印刷剤を印刷スクリーンを通して被印刷体の
表面に塗布し印刷パターンを形成する塗布手段とを備え
た印刷部に隣接して、被印刷体に印刷された印刷パター
ンの良否を検査する検査手段を備えている。

請求項２記載のスクリーン印刷装置は、請求項１記載の
発明において、検査手段が、被印刷体の印刷パターン面
に対して斜め方向から光ビームを照射する光照射手段と
、印刷パターン面を撮像する撮像手段と、撮像された画
像を解析して印刷パターンの良否を判断する解析手段と
を備えている請求項３記載のスクリーン印刷方法は、被
印刷体の上に近接して配置された印刷スクリーンの上に
ペースト状印刷剤を供給し、印刷スクリーンを通して被
印刷体の表面に印刷剤を塗布して印刷パターンを形成す
る印刷工程を終了した直後に、印刷パターンの良否を検
査し、検査結果を元にして印刷工程の修正を行う。

〔作　　用〕

スクリーン印刷による印刷工程を終えた被印刷体に対し
て、形成された印刷パターンの良否を検査した後、次の
工程に供給するようにしておき、前記検査工程で印刷不
良が発見されれば、直ちに印刷工程の修正を行うように
すれば、印刷不良品が、後工程に送られることがないと
ともに、印刷工程を常に良好な状態で行うことができる
。

スクリーン印刷装置に、通常のスクリーン印刷作業を行
う印刷部に隣接して、印刷パターンの検査手段が設けら
れていれば、前記したスクリーン印刷工程後の印刷パタ
ーンの良否検査が能率的に行える。

印刷パターンの良否を検査する手段として、前記したよ
うな光ビーム照射手段と描像手段および解析手段を備え
ておけば、被印刷体の表面に凸状に形成された印刷パタ
ーンに斜め方向から照射された光ビームは、印刷パター
ンの存在およびその高さによって、反射位置が違って（
るので、光ビームの反射光を撮像手段で撮像し、撮像さ
れた反射光を解析することによって、印刷パターンの形
状を知ることができる。印刷パターンの形状が判れば、
これを目的とする正しい印刷パターンの形状と比較する
ことによって、実際に印刷された印刷パターンの良否を
判定検査することができる。

〔実　施　例〕

ついで、この発明の実施例を、図面を参照しながら以下
に説明する。

第１図はスクリーン印刷装置の概略構造を示しており、
図中右側に印刷部Ａが設けられ、左側に検査手段Ｂが設
けられている。

印刷部Ａは、通常のスクリーン印刷装置の構造と同様の
ものであり、配線回路基板等の被印刷体１０を載置する
基台２０の上方に、スクリーン枠３０が配置され、スク
リーン枠３０の内側には、ステンレスの薄板やメソシュ
からなる印刷スクリーン３１が貼られている。印刷スク
リーン３１は、所望の印刷パターンに合わせてパターン
形成されている。スクリーン枠３０は、基台２０の上に
載置された被印刷体１０の表面に接触しない程度に近接
して配置される。

このような構造の印刷部Ａでスクリーン印刷を行うには
、印刷スクリーン３１の上に、ハンダペースト等の印刷
剤４０を供給し、ゴム等からなるスキージ５０で印刷剤
４０を印刷スクリーン３１全体に延ばしながら、印刷ス
クリーン３１の形成パターンを通して被印刷体１０の表
面に印刷剤４０を塗布する。被印刷体１０の表面には、
印刷剤４０による所定の印刷パターン４１が凸状に形成
される。

印刷パターン４１が形成された被印刷体１０は、基台２
０から検査手段Ｂへと送られる。被印刷体１０の移送手
段は、通常の加工装置等で用いられている各種の部品取
扱機構が採用される。

検査手段Ｂは、通常の印刷分野で用いられている検査装
置や各種製造分野における形状検査装置が利用できるが
、以下に説明する構造のものが好ましいものである。

被印刷体１０を載置して一定方向に走行するコンベア機
構６０を備えている。コンベア機構６０は、パルスモー
タ６１等の駆動手段で駆動されている。パルスモータ６
１は、コンベア機構６０の走行すなわち被印刷体１０を
移動を正確かつ迅速に等速送りすることができ、後述す
る画像の検査処理と同期させることによって、検査精度
を高めることができる。但し、パルスモータ以外のＡＣ
モータその他、通常の駆動手段を採用することもできる
。また、コンベア機構６０は、被印刷体１０を載置して
一定方向に等速送りできれば、通常の各種製造分野で採
用されている搬送手段に変更することもできる。

コンベア機構６０の上方には、被印刷体１０の表面に斜
め方向から光ビームを照射する光ビーム照射手段６２が
設けられている。光ビーム照射手段６２は、半導体レー
ザ等の光ビーム発生器と光学系等からなり、コンベア機
構６０の走行方向と直交する方向に直線的な平行光を照
射できるようになっている。

光ビーム照射手段６２から被印刷体１０の表面に照射さ
れた光ビームの反射光を捉えることの出来る位置には、
ＴＶカメラ等の撮像手段６３が設けられている。撮像手
段６３は、ＴＶカメラのように２次元画像を撮像できる
もののほか、ラインイメージセンサのように１次元の画
像情報を得るものでもよい。

第２図に示すように、光ビーム照射手段６２で照射され
た光ビームは、被印刷体１ｏに対して、走行方向と直交
する方向の幅全体に照射され、光ビームの反射画像線６
５が被印刷体１０の幅全体に表れるので、撮像手段６３
は前記反射画像線６５を撮像できるように被印刷体１ｏ
の幅全体を撮像範囲に設定する。この実施例では、２台
のＴＶカメラ６３を並べて、それぞれの撮像範囲６４゜
６４が一部重なった状態で連続して、被印刷体１０の全
幅を覆うようにしている。但し、ＴＶカメラ６３の撮像
範囲６４が広ければ、１台のＴＶカメラ６３で被印刷体
１０の全幅をカバーすることも可能である。撮像手段６
３がラインイメージセンサの場合には、ラインイメージ
センサを被印刷体１０の全幅にわたって設けておけばよ
い。

撮像手段６３で撮像された光ビームの反射画像線６５は
、電気信号に変換されて、マイクロコンピュータ等の解
析手段７０に送られる。解析手段７０では、正しい印刷
パターン４１の場合に得られる反射画像線と実際に得ら
れた反射画像線６５とを比較して、形成された印刷パタ
ーン４１の良否を検査判定する。検査結果は、適宜のデ
イスプレィに表示したり、印刷不良の発生を警告する信
号を発生したり、印刷部Ａの作業を中止させたりする等
の形で出力される。

検査手段Ｂにおける印刷パターン４１の検査機構を、第
２図および第３図によって詳しく説明する。

第３図に示すように、被印刷体１ｏの表面に形成された
印刷パターン４１は、被印刷体１ｏの平坦な表面に凸状
に形成されている。この印刷パターン４１に斜め方向か
ら光ビームｂを照射すると、被印刷体１０の表面と、印
刷パターン４１の形成位置では、光ビームｂの反射位置
が変わってくる。すなわち、印刷パターン４１における
反射光ｒ、は、被印刷体１０の表面での反射光ｒ０より
も手前で反射することになる。この反射光ｒ、。

ｒ、のズレＸは、印刷パターン４１の高さによって違っ
てくる。したがって、この反射光ｒｅ、ｒ１のズレＸを
測定すれば、印刷パターン４１の存在およびその高さが
判ることになる。

これを、第２図でみれば、光ビームの反射画像線６５が
、被印刷体１０の表面では連続した１直線状になり、印
刷パターン４１の形成位置では、反射画像線６５がずれ
て屈曲した凹形状を示す。

この反射画像線６５の局部的な凹形状部の存在位置およ
びズレ量Ｘから印刷パターン４１の存在および形状が判
る。すなわち、反射画像線６５のズレ量Ｘは印刷パター
ン４１の高さ（Ｚ方向寸法）を表し、凹形状部の長さ（
被印刷体ＩＯの幅方向）は印刷パターン４１の幅（Ｙ方
向寸法）を示し、反射画像線６５が被印刷体１０の表面
を走査していく間に、ズレの始まる位置とズレが無（な
る位置の距離が印刷パターン４１の長さ（Ｘ方向寸法）
を示すことになる。

なお、上記のような反射画像線６５を、被印刷体１００
幅方向全長にわたって形成するには、光ビーム照射手段
６２から、被印刷体１０の幅よりも広い線状の光ビーム
を照射すれば、反射画像線６５の全長を同時に形成でき
る。また、点状の光ビームを被印刷体１０の幅方向に走
査しながら照射することによって線状の光ビームを構成
することができる。

被印刷体１０はコンベア機構６０で走行させられながら
、光ビームを照射されるので、光ビームの反射画像線６
５が被印刷体１０を走行方向に沿って順次走査すること
なり、被印刷体１０の全面における印刷パターン４１の
形状を捉えることができるようになっている。

なお、この実施例では、光ビームの照射位置すなわち反
射画像線６５の形成位置は固定し、コンベア機構６０す
なわち被印刷体１０を走行させることによって、被印刷
体１０の走行方向に反射画像線６５を走査するようにし
ているが、これとは逆に、被印刷体１０を固定しておき
、光ビームの照射手段６２を作動させて反射画像線６５
を走査移動させることもできる。さらに、被印刷体１０
を印刷部２０の基台２０上に載置したまま、印刷スクリ
ーン３１を移動させて被印刷体１０の上方を開放し、つ
ぎに光ビームの照射手段６２を被印刷体１０の上に配置
して光ビームを走査させる方法でも実施できる。

第２図に示すように、解析手段７０では、上記のように
して得られた印刷パターン４１の反射画像線６５の撮像
データ７１と、予め判っている正しい印刷パターン４１
から得られる反射画像線６５のマスクデータ７２とをコ
ンパレータ７３で比較し、撮像データ７１がマスクデー
タ７２と一致しているか否か、すなわち印刷パターン４
１の良否を判定して、その検査結果を信号比カフ４とし
て取り出す。解析手段７０におけるデータ処理や信号の
入出力処理は、マイクロコンピュータの演算機能や記憶
機能を利用して適当な処理をプログラミングしておけば
よい。

以上に説明したようにして検査手段Ｂで印刷ツクターン
４１を検査し、印刷不良が発生すれば、この被印刷体１
０には不良マークを打刻するなどして工程ラインから外
すとともに、直ちに印刷部Ａにおける印刷工程の修正処
理を行う。印刷部ＡＧこおける印刷不良の原因としては
、印刷剤４０の不足や印刷スクリーン３１の目づまり、
スキージ５０の動作不良、印刷圧力の不適正、その他が
あり、それによる印刷不良の現象としては、カスレやラ
イン切れ、膜厚不良、パターンズレ等が生じる。そして
、上記のような印刷不良を解消する対策としては、ペー
スト補給や版交換、印刷スクリーン３１のクリーニング
、スキージ押込量の調整等が考えられる。これらの、印
刷不良の現象とその原因および必要な対策の相関関係を
予め見出しておけば、前記した検査によって得られた反
射画像線６５を解析手段７０で解析して、印刷不良の原
因を判断し、その原因に応じた対策をデイスプレィに表
示させたり、印刷スクリーンの清掃や版交換等の対策を
自動的に実行させるように制御することも可能である。

つぎに、前記した印刷不良の原因と対策の具体例につい
て説明する。印刷不良のひとつに印刷パターン４１のニ
ジミがあり、その原因は、印刷スクリーン３１の裏面に
印刷剤４０が付着するためであることが判っている。そ
こで、このような印刷スクリーン３１裏面の汚れによる
印刷不良を無くす対策が必要となる。従来のスクリーン
印刷法では、印刷スクリーン３１の裏面にロール紙や布
等を当てて汚れを拭い取る方法が採用されている。とこ
ろが、この方法は、印刷スクリーン３１として、第４図
に示すようなメツシュ構造の印刷スクリーンを使用した
場合、メツシュ３４の裏面に膜形成されたパターン形成
用のエマルジョン層３５が、汚れとともに拭い去られて
しまったりパターンのエツジが壊れてしまうという欠点
がある。

メツシュ構造の印刷スクリーンは、金属薄板をエツチン
グして形成するプレート構造の印刷スクリーンに比べて
、微細なパターン形成が出来るため、例えば、高密度配
線回路板の製造にはメツシュ構造の印刷スクリーンを用
いることが多く、このような高密度印刷に適したメ・ノ
シュ構造の印刷スクリーンに対して、従来の汚れを拭い
取る方法が適用できないことは大きな問題であった。

そこで、第５図および第６図に示すような汚れ取り手段
を採用すれば、上記のような問題を解消することが出来
る。すなわち、第５図に示すように、裏面に印刷剤４０
が付着して汚れた印刷スクリーン３１に対して、金属板
３７の表面に粘着層３８が形成された汚れ取り具３６を
、印刷スクリーン３１の裏面に押し当てるようにする。

つぎに、第６図に示すように、印刷スクリーン３１の上
面からスキージ５０を押し当て、印刷スクリーン３１の
表面に沿って移動させた後、汚れ取り具３６を印刷スク
リーン３１の裏面から引き剥がす。

そうすると、印刷スクリーン３１の裏面に付着していた
印刷剤４０は、汚れ取り具３６の粘着層３８に付着して
取り去られる。この方法であれば、裏面にエマルジョン
層３５を有するメツシュ構造の印刷スクリーン３１であ
っても、エマルジョン層３５が剥がれて印刷パターンが
壊れるような問題が生じない。

上記した汚れ取り具３６において、粘着層３８の形成手
段として、金属板３７の表面に両面粘着テープを貼着し
ておけば、製造容易であるとともに、使用済みの両面粘
着テープを貼り換えるだけで粘着層３８を新しくするこ
とができる。

以上に説明した、この発明にかかるスクリーン印刷装置
および方法は、前記した配線回路板の製造工程における
ハンダペーストの印刷形成だけでな（、各種電子部品や
精密部品の製造分野において、導電ペーストやレジスト
材料その他の機能性材料をパターン形成する場合にも適
用できる。

〔発明の効果〕

以上に述べた、この発明にかかるスクリーン印刷装置お
よび方法によれば、スクリーン印刷を終了した段階で、
次の工程に移る前に、印刷パターンの検査を行い、その
検査結果を直ちに印刷工程にフィードバックすることが
できるので、印刷不良の発生を最小限に抑えることがで
きるとともに、印刷不良を知らずに後工程を行うような
作業の無駄がなくなる。その結果、印刷不良による後工
程への影響を無くし印刷不良に伴う製品不良や品質性能
の低下を無くすことができる。

印刷パターンの検査手段として、前記した斜め方向の光
ビーム照射手段と撮像手段とを組み合わせたものを用い
れば、印刷パターンの良否の判定検査を印刷パターンに
接触せずに迅速かつ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図はこの発明にかかる実施例のスクリーン印刷装置
を示す概略構造図、第２図は検査手段の構成図、第３図
は検査原理を示す説明図、第４図はメツシュ構造印刷ス
クリーンの断面図、第５図および第６図は印刷スクリー
ン用の汚れ取り具の構造および使用方法を順次示す断面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被印刷体の上に近接して配置される印刷スクリーン
   と、印刷スクリーン上に供給されたペースト状印刷剤を
   印刷スクリーンを通して被印刷体の表面に塗布し印刷パ
   ターンを形成する塗布手段とを備えた印刷部に隣接して
   、被印刷体に印刷された印刷パターンの良否を検査する
   検査手段を備えているスクリーン印刷装置。 ２　検査手段が、被印刷体の表面に対して斜め方向から
   光ビームを照射する光照射手段と、被印刷体の表面を撮
   像する撮像手段と、撮像された画像を解析して印刷パタ
   ーンの良否を判断する解析手段とを備えている請求項１
   記載のスクリーン印刷装置。 ３　被印刷体の上に近接して配置された印刷スクリーン
   上にペースト状印刷剤を供給し、印刷スクリーンを通し
   て被印刷体の表面に印刷剤を塗布して印刷パターンを形
   成する印刷工程を終了した直後に、印刷パターンの良否
   を検査し、検査結果を元にして印刷工程の修正を行うよ
   うにするスクリーン印刷方法。