JPH0453788A - メッシュ付印刷スクリーン及びその自動位置検出方法並びにスクリーン印刷方法及びその装置 - 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〕 本発明は、電子回路パターンのスクリーン印刷工程にお
けるメツシュ付印刷スクリーン及びその自動位置検出方
法並びにスクリーン印刷方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

多層セラミック基板の各層を形成するグリーンシートな
どの回路パータンの形成には、多様な形状の回路パータ
ンを実現するため、メツシュで裏打ちされた印刷スクリ
ーンを用いた、スクリーン印刷法が使用されている。従
来、印刷スクリーンと被印刷対象の位置合わせは、菅原
ｒ大型産業基板用自動位置決め機能付スクリーン印刷機
」センサ技術、Ｖｏｌ、８．Ｎｏ、６．ｐｐｌ　３２−
１３５゜（１９８８−５）に開示されている様に、−旦
第２図（、）に示すように位置決めマーク６４を形成し
た印刷スクリーン６５に印刷機構６６で試し印刷用被印
刷対象６０に試し印刷を行って、第２図（ｂ）に示すよ
うにそこに転写された印刷スクリーンの位置決めマーク
６１の位置を画像検出器６２で検出して記憶し、次に、
第２図（Ｃ）に示すように試し印刷用の被印刷基板６０
を本印刷用基板６３に代え、その位置決めマーク又は六
６７の位置を画像検出器６２で検出し、この位置が先程
検出した転写された印刷スクリーンの位置決めマークと
一定の位置関係になる様に１本印刷用基板を平行及び回
転移動させて位置合わせを行い、第２図（ｄ）に示すよ
うに本印刷を行うものであった（第２図）。転写された
印刷スクリーンの位置決めマーク６１および本印刷用基
板の位置決めマーク６３の位置検出には、上記文献に開
示されているように、ＴＶカメラ６２で画像を検出し、
円形マークの重心位置を検出するものの他、十字状マー
クの投影よりその中心位置を検出するもの（特開昭６１
−１６５１８４号公軸）、予め記憶された特定パターン
のテンプレートマツチングによりその位置を検出するも
の（電気学会論文誌第９６−０巻、第１号（１９７６）
ｒ時分割パターン認識技術による群制御トランジスタ組
立システム」）９位置決めマークの１次元検出波形より
位置検出するもの（特開昭５７−１５４８８７号公報）
など、従来より位置決めマーク検出法として知られてい
る方法が使用される。

なお、単純なパターンの印刷に用いられるメツシュの付
かない印刷スクリーンに対しては、透過照明とＴＶカメ
ラによって直接印刷スクリーン上の位置決めマークを検
出し、上記した方法を用いてその位置を検出する方法も
知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

メツシュ付スクリーン印刷を行う場合、上記した従来の
位置合わせ技術では、スクリーン交換毎に必ず試し印刷
を必要とし、試し印刷用基板が無駄になるばかりでなく
、全体として印刷時間が長くかかるという問題があった
。

本発明の目的は、メツシュ付印刷スクリーンの位置を直
接自動検出して試し印刷を不要としたメツシュ付印刷ス
クリーン及びその自動位置検出方法並びにスクリーン印
刷方法及びその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、スクリーン上の複
数箇所に、その内側に輪郭に曲線を含む窓を持つ位置決
めマークを配し、特定位置からメツシュを通した位置決
めマークの形状を検出しく２１で示す）、電気信号に変
換し、電気信号に変換された画像をマークのパターンが
“１″、他が○′″となる様に２値化しく２２で示す）
、２値化されたパータンを内部に含まない大きさ最大の
図形（最大空図形と呼ぶ）を検出しく２３で示す）、そ
の位置をもってスクリーンの位置を決定をするようにし
たものである（第１図）。

〔作用〕

メツシュ付印刷スクリーンは、パターンを形成したマス
ク２７とメツシュ２６からなる。メツシュは、第３図に
示すように格子状に編み込まれているため、落射照明で
パターンを検出してもパターン形状を鮮明にとらえるこ
とは難しく、また、透過照明によって検出しても格子状
のメツシュが、検出対象パターンと重なり、従来の位置
決めマーク検出法では、正確な位置検出ができない。

特に、直線で構成された十字や四角形の位置決めマーク
２５では、スクリーンの製造段階でマーク２５とメツシ
ュ２６との位置関係を正確に制御することが難しいため
、場合によっては、第３図（ａ）、（ｂ）（第３図（ｂ
）は第３図（ａ）のＡ−Ａ断面図）に示すようにマーク
の輪郭とメツシュ２６を構成する金ｒＡ線が完全に重な
り、マーク位置の検出は不可能になる。第４図に第３図
に示した十字状位置決めマーク２５の開口部２４の検出
画像を示す。

本発明では、位置決めマークに第５図に例示するような
その内側に輪郭に曲線を含む窓を持った図形を用いるた
め、メツシュの線径の５倍より位置決めマーク２８の窓
３３が大きければ、位置決めマーク２８の窓３３の輪郭
の少なくとも一部がメツシュの窓（開口部２４）を通し
て常に観測される可能性が高く、位置決めマークの位置
検出が可能になる。また、位置決めマーク全体の大きさ
を画像検出範囲よりも大きくすれば、メツシュを通して
観測された位置決めマーク２８のパターン部分を内側に
含まない、大きさ最大の図形（最大空図形３０）を求め
ることによって、メツシュの影響を全く受けずに、位置
決めマーク位置を決定することができる。上記した空回
形２９．３１は、位置決めマークに内接すれば良いから
、第６図に示すように位置決めマークの窓と同一形状で
ある必要はない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第７図から第１８図を用いて
説明する。

第７図に示すように、本実施例ではスクリーンの位置決
めマーク３２として、その全体の形状が正方形でその中
心に円形の窓３４を持ったパターンを用いる。メツシュ
を通して観測される位置決めマークすなわち開口部２４
のパターンは第８図のようになる。第９図に示すように
、本実施例では、パターンを検出しく４０で示す）、開
口部分をＩＩ　ｌ　＃ｌ、その他の部分をＩＩ　Ｏ＃１
とするように２値化しく４１で示す）、２次元の２値デ
ィジタル画像とした後、“１”である２値パターンの輪
郭を検出しく４２で示す）、次に輪郭を構成する魚群の
最近点ボロノイ図を求め（４３で示す）−、ボロノイ点
を中心とし、ボロノイ点に隣接する３つのボロノイ領域
の母点を通る円のうち、半径が最大となる円、すなわち
最大空回を求め（４４で示す）、この中心をもって位置
決めマークの位置とする。

次に、本実施例で用いる２値パータンの輪郭。

最近点ボロノイ図について述べる。

２値パターンの輪郭の検出は、第１０図に示すように、
検出された２値画像を、各Ｙ座標においてＸ方向にサー
チし、ＩＩ　ＯＩＩからＩＩ　Ｉ　１１に変化した点ま
たは“１″から“０″に変化した点のそれぞれｌｌ　Ｉ
　１１の側の点を輪郭としく３５で示す）、また、２値
画像を各Ｘ座標においてＹ方向にサーチし、同じように
ＩＩ　Ｏ１１からｉｉ　１　ｕに変化した点またはｒｔ
　１”から１１０”に変化した点のそれぞれｒｒ　１　
ｕの側の点を輪郭として（３６で示す）、こ汎らのＸＹ
座標を検出するものである。すなわち、輪郭は、２値画
像の座標（Ｘ、Ｙ）における値をＢ　（Ｘ、Ｙ）とした
とき、吹の論理式が１″になる点（Ｘ、Ｙ）である。

最近点ボロノイ図は、例えば伊那監修「計算機何字と地
理情報処理Ｊ　ｂｉｔ別冊＋ｐｐ１０９．共立出版（１
９８６）に述べられているように、最大空回を効率良く
、かつ厳密に求める場合に使用できる。第１１図に最近
点ボロノイ図を例を示す。最近点ボロノイ図は、各点ａ
”−Ｑ（四点と呼ぶ）に対応する「ボロノイ領域」　（
同図では小文字のアルファベットで示した四点の領域を
大文字のアルファベットで示した）とそれらの境界線、
「ボロノイ辺」、およびボロノイ辺の交点、「ボロノイ
点」より成る。各ボロノイ領域、例えばＡ内のすべての
点は、四点ａまでの距離が、他の四点ｂ〜Ｑまでの距離
よりも小であるという性質を持つ。

従って、第１２図に示すように、３つ（あるいは４つ以
上）のボロノイ領域の境界点であるボロノイ点は、それ
ぞれのボロノイ領域（第１２図ではＣ，Ｅ、Ｈ）に対応
する四点（同図で、ｃ、ｅ。

ｈ）までの距離が等しく、かつ、他のどの四点までの距
離は、四点Ｃ，ｅ、ｈまでの距離より大となる。この結
果、ボロノイ点は、（同図の場合、四点Ｑ、８．ｈを通
る）空回（すべての点をその内部に含まない円）の中心
となる。このように、最近点ボロイノ図を生成し、すべ
てのボロノイ点について空回の半径を調べ、半径最大と
なるボロノイ点を見い出せば、最大空回の中心座標が決
定できる。最近点ボロノイ図の生成は、上記の「計算幾
何学と地理情報処理Ｊｐｐ１３６〜１４１に述べられて
いるように、「逐次添加法」　「再帰２分法」などを用
いて効率良く実現できる。

−旦、印刷スクリーン上の複数の位置決めマークの位置
が求まれば、従来の試し印刷を用いたスクリーン位置の
決定法と同様の手法を用いて印刷スクリーンの位置が決
定できる。

本実施例によれば、位置決めマークとして円形パターン
を用いているので、最も単純な処理で最小包含図形の位
置を決定でき、短時間にスクリーンの位置を決定できる
という効果がある。

なお、本実施例において、パターン検出は、検出器とし
てＴＶカメラ、ＣＣＤラインセンサの走査など、また照
明法として透過照明など、メツシュを通して観測される
位置決めマークが鮮明に検出できれば、公知のいずれの
パターン検出法を用いても良い。

本実施例において２値パターンの輪郭の検出は。

最大空回の検出効率を向上させるために行っている。す
なわち、検出された２値パターンのすべてのＩＩ　Ｉ　
ＩＴの画素の座標を四点として最近点ボロノイ図を生成
して最大空回を求めても、輪郭の点を四点として最近点
ボロイノ図を生成し、最大空回を求めても、同じ結果が
得られる。これは、２値パターンの内部の点が最大空回
の中心になることはないからある。予め輪郭を求めるこ
とによって、より複雑な処理が要求される最近点ボロノ
イ図の生成処理の入力データ量を減らし、結果的に全体
の処理時間を減らすことができる。もちろん、処理時間
の増大を許せば、輪郭の検出を省いても良い。

また、本実施例において、検出画像のＸ方向。

Ｘ方向にそれぞれ軸を持ち、それぞれの方向の径の比が
Ｐ：ｑであるような楕円を位置決めマークの窓の形状と
して用いても良い。この場合、２値パターンの輪郭を検
出した後、輪郭点のＸＹ座標をそれぞれ−倍、−倍し、
同様に最大空回を求ｐ　　　　　　ｑ め、その中心座標を２倍、９倍すれば良い。この方法は
、パターン検出の際、画像のサンプリング間隔がＸ方向
とＸ方向で一敦せず、結果的に画像上で円形パターンが
楕円になってしまった場合にも適用できる。上記した座
標変換は、輪郭検出後の少数の点について行っているの
で、全検出パターンを形状変換して処理する場合に比べ
、大幅な処理時間の短縮ができ、かつ、上記した実施例
と全く同様の効果を持つ。

本実施例を実施するための処理装置は、画像信号を２値
化し、一定の時間間隔でサンプリングし、メモリに蓄え
、そのメモリの内容に対してプログラムによって自由に
処理を行うことのできる、いかなる形態の公知の処理装
置を用いても良い。

また、輪郭の検出は、上記した処理装置を用いて、上記
した手順に従ってプログラムによって実現しても良いが
、式（１）の演算を第１３図に示す公知のパイプライン
型処理回路で、まず輪郭点を“１′″、その他を“ＯＴ
ｌとして検出して一旦メモリに記憶し１次にメモリの内
容を処理装置で読み出して、ＩＩ　Ｉ　ＩＩの点の座標
（Ｘ、Ｙ）を輪郭として検出しても良い。この場合、更
に短時間に位置決めマークの位置を検出することが可能
になる。

本実施例によれば、本印刷用基板側の位置決めマーク５
０を円形パターン又は円形穴とし、スクリーン側位置決
めマークの窓の円より小さくしておけば１本印刷後のス
クリーンの位置決めマーク４９の窓の外周と基板側の位
置決めマーク５０の最小距離βｗｉｎおよび最大距離β
ｗａｘさらに、それらの方向によって、位置合わせ精度
をモニタリングできるという効果がある（第１４図）。

本実施例では、外形が正方形、正方形の中心とその中心
が一致する円を窓として持つパターンを位置決めマーク
として用いたが、第１５図に示すようなパターンを用い
ても、本発明の原理に従って、位置決めマークの位置を
正確に検出できることは明らかである。すなわち、画像
の検出範囲をａｍｍ’ＸｂＩ−〇、想定される最大の位
置ずれ量をβａｍとしたとき１位置決めマーク全体の大
きさが、（ａ＋２β）ｍＩＩ１ｗ×（ｂ＋２β）　Ｉｍ
ｍ’の長方形を内側に含むだけの大きさを持ち、かつ、
輪郭に既知形状（大きさはメツシュの線径のσ倍より大
きければ未知で可）の曲線を含む窓を上記した大きさの
長方形の中心に持つパターンであれば、どのようなパタ
ーンでも１位置決めマークとして用いることが可能であ
る。従って、外形は長方形以外の任意の形状でかまわな
いし、また、パターンが、いくつかに分離していてもか
まわない。

次に、第１６図、第１７図を用い、本発明によるスクリ
ーン印刷法及び装置について述べる。

上記した実施例に従えば、メツシュ付印刷スクリーン４
の位置決めマーク３２（３２ａ）を試し印刷なしで検出
できる。まず、画像検出器８で、メツシュ付印刷スクリ
ーン４の位置決めマーク３２（３２ａ）を検出し、上記
した方法に従ってその位Ｔを検出することにより、印刷
スクリーン４の位置を検出して記憶しく第１６図（ａ）
に示す）、次に、同一の画像検出器８を用いて本印刷用
基板１に形成された位置決めマーク５０の位置検出を行
い（第１６図（ｂ）に示す）、記憶された印刷スクリー
ン４の位置へ本印刷用基板１を回転及び平行移動させ、
印刷スクリーン４とスクリーン印刷機構１１を用いて本
印刷（第１６図（ｃ）に示す）を行うものである。本印
刷法の実施例の変形としては、本印刷用基板の位置合わ
せを先に行うもの、スクリーンと基板の位置決めマーク
の検出を別個の画像検出器で行うもの、回転、平行移動
による位置合わせをスクリーン側もしくは、スクリーン
、基板双方で行うものなどがある。なお、基板側の位置
決めマークの位置検出法としては、本発明による位置検
出法の他、重心位置検出法。

投影法、テンプレートマツチング法、１次元波形検出法
など、公知のいずれの自動位置検出法も使用できる。ま
た、位置決めマーク及び画像検出器の数は、２以上であ
れば良い。

次に、本印刷方法を実施する装置の具体例について述べ
る。

第１７図に示すように、装置は、ＴＶカメラ７ａ、７ｂ
から成る画像検出ヘッド６、基板照明用リング状照明器
８ａ、８ｂ、スクリーンの透過照明用の照明器９ａ、９
ｂ、照明の切換え器１０゜処理装置！１２より成る位置
決めマーク自動位置検出系、印刷機構１１．メツシュ付
印刷スクリーン４を画像検出ヘッド６と印刷機構１１の
間で移動させる移動機構５２本印刷用基板１を固定し、
また、基板を平行及び回転移動できるステージ２゜ステ
ージ２を画像検出ヘッド６と印刷機構１１の間で移動さ
せる移動機構３より成る機構系、および、これらを統括
、制御する全体制御装置１３より成る。

まず、移動機構３，５により、印刷スクリーン４を検出
ヘッド６の下に、ステージ２を印刷機構側に移動させ、
照明切換器１０によって照明９ａ。

９ｂを点灯、８ａ、８ｂを消灯し、ＴＶカメラ７ａ、７
ｂを用いて画像検出し、処理装置１２で上記した方法を
用いてスクリーンの位置を検出し、全体制御装置１３に
出力する。次に、スクリーン４を印刷機構１１．ステー
ジ２を検出ヘッド６側に移動させ、照明８ａ、８ｂを点
灯、９ａ、９ｂを消灯（又は点灯のままステージ２で遮
光）とし、ＴＶカメラ７ａ、７ｂを用いて画像検出し、
処理装′ｅ１２で基板１の位置を検出し、全体制御装置
１３に出力する。全体制御装置１３は、記憶してあった
スクリーン４の位置に、基板１の位置が合う様、ステー
ジ２を移動させる。基板１の位置検出とステージ２の移
動は、一定誤差範囲内に入るまで複数回行っても良い。

次に、ステージ２全体を移動機構３によって印刷機構１
１の位置に移動させ、最後に印刷機構１１によって印刷
を行う。

本実施例においても、本発明による位置合わせマークの
検出法、印刷法で述べたすべての変形に対応した装置構
成が可能である。また、印刷スクリーン４と基板１を移
動機構で移動させる構成の他、検出ヘッド６とステージ
２．印刷機構１１を移動させるなど、検出ヘッド６と印
刷機構１１が機械的に干渉せず、スクリーン４と基板１
の位置決めマークを個別に検出できる構成であれば何で
も良い。

また、スクリーン４と基板１の位置決めマーク検出用検
出ヘッドは別個のもので良い。さらに、基板照明用照明
器８ａ、８ｂはリング状照明の他、落射照明、基板１の
位置決めマークが穴の場合、透過照明を用いることがで
きる。

スクリーン４の位置決めマークの検出法の他の変形を第
１８図に示す。透過照明の場合、照明９ａ、９ｂ、検出
ヘッド６の位置関係を逆転させ、スクリーンのマスク側
から検出しても良い（第１８図（ａ））。この場合は、
基板の位置決めマーク検出ヘッドが別に必要になる。さ
らに、マスク側から検出する場合、リング照明７０など
を用いて周囲−様照明として検出することも可能（同図
（ｂ））で、この場合、パターンは暗く検出される。ま
た、偏光板８２を用いて周囲−様照明を一定方向の偏光
光とし、検出器側にそれと直交する方向の偏光成分のみ
を透過する様、偏光板８２を設け、スクリーンの反対側
にセラミック板などの拡散板８１を置けば（同図（ｃ）
）、パターンを明るく検出できる。さらに、第１８図（
ｄ）（ｅ）に示すように同図（ｂ）（ｃ）をメツシュ側
から行った場合も同様に、パターンを検出できる。

このように、検出系は、位置合わせマークとメツシュの
重ならない部分のみを検出できれば、どのような構成で
も良く、光学的検出に限らずＸｌｌＡ等他の検出媒体を
使っても良い。

また１本発明方法は、そのまま、メツシュなしのスクリ
ーン位置検出およびスクリーン印刷に使用できることは
もちろんである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、メツシュ付印刷スクリーンの位置決め
マークの位置を、試し印刷なしで高精度に検出できるの
で、印刷工程の工数低減に効果がある。また、最大空回
形の検出によってマーク位置を検出しているので、マー
クにごみ、ペースト等の異物が付着している場合にも、
影響を受けにくく、正確な位置検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動位置検出方法の流れを示す図
、第２図は従来のスクリーン印刷方法を示す図、第３図
は従来の位置決めマークの一例を示す図、第４図は第３
図のマークの開口部を示す図、第５図は本発明による位
置決めマークの一例を示す図５第６図は本発明による自
動位置検出方法の原理を示す図、第７図は本発明による
自動位置検出方法の一実施例に用いる位置決めマークを
示す図、第８図は第７図のマークの開口部を示す図、第
９図は本発明による自動位置検出方法の一実施例の流れ
を示す図、第１０図は輪郭の検出法を示す図、第１１図
は最近点ボロノイ図を説明する図、第１２図は最近点ボ
ロノイ図の性質を説明する図、第１３図は輪郭検出を行
う回路の一実施例を示す図、第１４図は第７図のマーク
による位置決め誤差の確認方法を示す図、第１５図は本
発明による位置決めマークの他の実施例を示す図、第１
６図は本発明による自動位置検出方法を用いたスクリー
ン印刷方法を示す図、第１７図はその実施装置の一例を
示す図、第１８図はスクリーンの位置決めマーク検出法
の他の実施例を示す図である。 １・・・本印刷用基板、　　　２・・・ステージ、３・
・・移動機構、 ４・・・メツシュ付印刷スクリーン、 ５・・・移動機構、　　　　　６・・・検出ヘッド、７
　ａ　、　７　ｂ　＝ＴＶカメラ、 ８ａ、８ｂ・・・リング状照明、 ９ａ、９ｂ・・・透過照明、 ０・・照明切換え器、　　１１・・・印刷機構、２・・
・処理装置、　　　１３・・・全体制御装置。 纂 図 ＆量決定− 纂　３　図 φ Φ　φ ゐ 纂 図 嵩 図 嶌 図 纂 図 嶌 図 纂 図 纂 図 嶌 ！３ 図 稟 ｔ４− 図 嵩 図 葛 纂 図 （α） （ｂ） （Ｃ） 纂 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．印刷スクリーンのマスクの複数箇所に輪郭に曲線を
   含む窓を持つパターンを穴とする位置決めマークを配置
   し、該位置決めマークが印刷スクリーンのメッシュと重
   ならない部分の形状を電気信号として検出し、この電気
   信号を２値化画像信号に変換し、該２値化画像信号によ
   り得られる形状に内接する図形のうち最大の図形を検出
   し、該検出された最大の図形の位置から上記位置決めマ
   ークの位置を検出し、該位置決めマークの位置から上記
   印刷スクリーンの位置を算出することを特徴とするメッ
   シュ付印刷スクリーンの自動位置検出方法。
2. ２．上記位置決めマークの窓の形状を円で形成したこと
   を特徴とする請求項１記載のメッシュ付印刷スクリーン
   の自動検出方法。
3. ３．透過照明を用いて位置合わせマークの形状を電気信
   号として検出することを特徴とする請求項１記載のメッ
   シュ付印刷スクリーンの自動位置検出方法。
4. ４．印刷スクリーンの位置決めマークをメッシュと重な
   らない部分として検出し、この検出形状に内接する図形
   の情報にもとづき印刷スクリーンの位置決めマークの位
   置を検出し、基板の位置決めマークの位置を検出し、こ
   れら印刷スクリーンの位置決めマークの位置と基板の位
   置決めマークの位置にもとづき印刷スクリーンと基板の
   位置合わせを行い、印刷スクリーンのパターンを基板に
   印刷することを特徴とするスクリーン印刷方法。
5. ５．印刷スクリーンの位置決めマークをメッシュと重な
   らない部分の形状として検出する第１の手段と、該第１
   の手段により検出された検出形状に内接する図形の情報
   にもとづき印刷スクリーンの位置決めマークの位置を検
   出する第２の手段と、基板の位置決めマークの位置を検
   出する第３の手段と、上記第２の手段により検出された
   印刷スクリーンの位置決めマークの位置と上記第３の手
   段により検出された基板の位置決めマークの位置にもと
   づき印刷スクリーンと基板の位置合わせを行う位置合わ
   せ手段と、印刷スクリーンのパターンを基板に印刷する
   印刷手段とを備えたことを特徴とするスクリーン印刷装
   置。
6. ６．複数箇所に輪郭に曲線を含む窓を持つパターンを穴
   とする位置決めマークを配置したことを特徴とするメッ
   シュ付印刷スクリーン。
7. ７．上記窓を円形に形成したことを特徴とする請求項６
   記載のメッシュ付印刷スクリーン。