JPH07121576B2 - 印刷用スクリーンと基板の位置合わせ方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、クリームはんだ等のペーストを基板に印刷す
るためのスクリーン印刷装置における印刷用スクリーン
と基板との位置合わせ方法及び装置に関する。

（発明の概要） 本発明は、クリームはんだ等のペーストを基板に印刷す
るためのスクリーン印刷装置における印刷用スクリーン
と基板との位置合わせ方法及び装置において、複数箇所
のスクリーン側位置合わせ部の構造を工夫することによ
って基板１枚毎に基板側の対応する位置合わせ用マーク
を透視可能とするとともに、１個の撮像手段をＸ−Ｙテ
ーブルに取り付けて複数箇所のスクリーン側位置合わせ
部を撮像可能としかつ前記印刷用スクリーン上のスキー
ジのペースト塗布動作の妨げとならないように退避可能
とすることにより、前記スクリーンと基板との位置合わ
せを実印刷位置にて実行可能としたものである。

（従来の技術） 第７図乃至第９図で第１従来例について説明する。これ
らの図において、印刷用スクリーン１はステンレス等の
シートであり、印刷パターン（抜穴により形成されたス
クリーン印刷のためのパターン）と共にハーフエッチン
グ部２を有し、該ハーフエッチング部２に色付き樹脂３
（例えば黒色樹脂等）を第９図のように埋設してスクリ
ーン側マーク４を構成したものである。なお、印刷パタ
ーンとハーフエッチング部２の位置関係は正確に規定さ
れている。前記印刷用スクリーン１はスクリーン枠５に
張られて固定され、該スクリーン枠５はスクリーンスラ
イド用レール６で平行移動自在に支持されている。一
方、テーブル上に配置された基板10上には位置合わせ用
マーク（フィデューシャルマーク）11が銅箔等で形成さ
れている。ここで、前記スクリーン側マーク４はスクリ
ーン１の２つの隅部分に位置し、同様に基板側の位置合
わせ用マーク11も基板10の２つの隅部分に位置してお
り、マーク４の相互間隔と、マーク11の相互間隔とは等
しく設定されているものとする。なお、各マーク4,11を
２箇所に設けたのはスクリーン１と基板10間の回転方向
のずれをも検出して補正できるようにするためである。

この第１従来例の場合、まず実印位置にてスクリーン１
上にあるマーク４を撮像手段としての１つのTVカメラを
具備する画像処理装置で認識する。すなわち、スクリー
ン１の２つの隅部分にそれぞれ位置するマーク４をTVカ
メラが移動して撮像し、撮像により得られた画像信号を
画像処理装置で処理して前記マーク４の位置を認識す
る。

基板上の位置合わせ用マーク11はこのままでは認識でき
ないため、スクリーン１をスクリーンスライド用レール
６で移動させて基板面を露出させて基板10上の位置合わ
せ用マーク11を検出し、前記スクリーン側マーク４と基
板側位置合わせ用マーク11との相対位置を画像処理装置
側にて確認する。そして、相対位置にずれがある場合に
は基板10又はスクリーン１を動かして補正しスクリーン
１と基板10との相対位置関係を正しくする。

上記第１従来例による位置合わせ法の場合には以下の如
き問題が発生する。

（１） TVカメラがスクリーン側マーク４と基板側位置
合わせ用マーク11の２つを撮像するために、２度移動を
行ってそれぞれの位置把握を行わねばならず、TVカメラ
の位置決めのずれ分だけスクリーン１と基板10の位置が
ずれる。

（２） スクリーン側マーク４の撮像後、スクリーン枠
５は基板上の位置合わせ用マーク11を検出のために一度
退避し、印刷時に再度実印刷位置に前進する動作を行う
ので、スクリーン１の位置決めのずれが基板側の位置合
わせ用マーク11との間の相対ずれを発生させる。

これらの（１），（２）の問題点の存在により、実際補
正作業を行っても、スクリーン側マーク４と基板内位置
合わせ用マーク11との実像での位置合わせがなされてい
ないことから、機械精度のばらつきによる位置ずれが直
接印刷精度に影響を与える。さらに、スクリーン枠５の
大きな移動があるため、スクリーン及び基板側マークの
認識、位置補正にかかる時間が大きく、装置のタクトタ
イムが長くなる問題もある。

第10図及び第11図で第２従来例について説明する。これ
らの図において、印刷用スクリーン１には印刷用パター
ンと同時に位置合わせ用穴部15が形成されており、基板
10側の位置合わせ用マーク（フィデューシャルマーク）
11を前記位置合わせ用穴部15を介して検出可能なように
当該穴部15の径は位置合わせ用マーク11よりも大きくな
っている。ここでも、前記スクリーン側穴部15はスクリ
ーン１の２つの隅部分に位置し、同様に基板側の位置合
わせ用マーク11も基板10の２つの隅部分に位置してお
り、穴部15の相互間隔と、マーク11の相互間隔とは等し
く設定されているものとする。

この第２従来例の場合、まず印刷動作を繰り返す工程の
前段階において実印刷位置にてスクリーン１と基板10と
を重ね、２台のTVカメラ16を具備する画像処理装置でス
クリーン側の位置合わせ用穴部15を通して基板側位置合
わせ用マーク11の位置を認識し、位置合わせ用マーク11
の照準点（マーク中心点）と位置合わせ用穴部15の基準
点（穴部中心点）間のずれを基板10が位置決め載置され
たＸ−Ｙ−θテーブル（X,Y方向に加えて水平面内の回
転方向にも移動可能なテーブル）17を作動させて前記照
準点と基準点とが一致するように補正する。これにより
Ｘ−Ｙ−θテーブル17の基準位置が定められる。

以後、TVカメラ16は第11図仮想線で示す基板認識位置に
平行移動し、スクリーン１に位置合わせ状態で重なって
いる第11図左側の基板10に対してスキージでペーストを
塗り広げてスクリーン印刷動作が実施されることにな
る。第11図仮想線の基板認識位置ＲのTVカメラ16は、当
該TVカメラと同じ距離だけ平行移動したＸ−Ｙ−θテー
ブル17上の次の基板10の位置合わせ用マーク11を撮像
し、画像処理装置にて１番初めの基板10の位置合わせ用
マーク11の位置と比較し、両者のずれが無くなるように
Ｘ−Ｙ−θテーブル17を作動させて位置合わせ動作を行
う。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記第２従来例の場合、スクリーン側の位置
合わせ用穴部15を通して基板側の位置合わせ用マーク11
を検出するのはスクリーン印刷工程前にＸ−Ｙ−θテー
ブル17上に受け入れられた１番目の基板についてのみで
あり、２番の基板以降は実印刷位置とは異なる基板認識
位置Ｒにおいて位置合わせ用マーク11のみを認識するだ
けである。このため、スクリーン印刷動作を繰り返して
いるうちにスクリーン１側に何らかの原因で位置ずれが
発生した場合には、その位置ずれがそのまま基板面に対
する印刷位置のずれとなる。

なお、基板１枚毎にスクリーン側の位置合わせ用穴部15
を通して基板側の位置合わせ用マーク11を検出すること
は、一旦スクリーン印刷動作を行うとスクリーン側の位
置合わせ用穴部15にペーストが付着してしまうので実施
不能である。

上記第２従来例と類似の技術が特開昭62−196776号に開
示されている。この特開昭62−196776号もマスクの穴を
通して認識マークを見るものであり、スクリーン印刷装
置に適用した場合、一旦スクリーン印刷動作を行うとマ
スクの穴にやはりペーストが付着してしまう問題点があ
る。

本発明は、上記の点に鑑み、印刷用スクリーンの位置合
わせ部の構造を工夫しかつ該位置合わせ部を撮像する撮
像手段をＸ−Ｙテーブルに設けることにより、スクリー
ンと各基板についての位置合わせを実印刷位置にて正確
に実行可能とし、かつ前記撮像手段をスクリーン印刷動
作の妨げとならないように退避させることによって、そ
のまま印刷動作を実行可能にした印刷用スクリーンと基
板の位置合わせ方法及び装置を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の印刷用スクリーン
と基板の位置合わせ方法は、印刷用スクリーンのペース
ト供給側の面にハーフエッチング部を設けかつ該ハーフ
エッチング部の中央部分に透孔部を設けるとともに該透
孔部を覆う透明部材を少なくとも前記ハーフエッチング
部に固定してスクリーン側位置合わせ部を複数箇所に構
成し、該複数箇所の位置合わせ部の透孔部に対応した位
置合わせ用マークを基板側に設け、Ｘ−Ｙテーブルに設
けられた１個の撮像手段によって前記基板上に前記印刷
用スクリーンを重ねた状態で各透孔部及び当該透孔部を
通して各位置合わせ用マークをそれぞれ撮像し、前記撮
像手段の画像信号から前記透孔部の基準点と前記位置合
わせ用マークの照準点との間のずれを検出し、前記印刷
用スクリーンと前記基板との相対位置関係を補正して前
記透孔部の基準点と前記位置合わせ用マークの照準点と
を一致させることを特徴としている。

また、本発明の印刷用スクリーンと基板の位置合わせ装
置は、印刷用スクリーンの印刷用ペースト供給側の面に
ハーフエッチング部を設けかつ該ハーフエッチング部の
中央部分に透孔部を設けるとともに該透孔部を覆う透明
部材を少なくとも前記ハーフエッチング部に固定してス
クリーン側位置合わせ部を複数箇所に構成し、該複数箇
所の位置合わせ部に対応する位置合わせマークお基板側
に設けるとともに、前記複数箇所の位置合わせ部を移動
範囲に含みかつ前記印刷用スクリーン上以外の退避位置
をも移動範囲とするＸ−Ｙテーブルに１個の撮像手段を
設けた構成としている。

（作用） 本発明においては、印刷用スクリーンのペースト供給側
の面にハーフエッチング部を設けかつ該ハーフエッチン
グ部の中央部分に透孔部を設けるとともに該透孔部を覆
う透明部材を少なくとも前記ハーフエッチング部に固定
して複数箇所のスクリーン側位置合わせ部を構成してい
るので、スクリーン印刷動作により仮に透明部材の境界
（ハーフエッチング部の外縁）にペーストが付着もしく
は侵入したりしても透孔部の輪郭は影響を受けない。こ
のため、各基板について複数箇所のスクリーン側位置合
わせ部の透孔部を通して基板側位置合わせ用マークを撮
像手段としての１台のTVカメラで撮像し、この撮像によ
る画像信号から各スクリーン側透孔部と基板側位置合わ
せ用マークとのずれを画像処理装置でそれぞれ認識し、
位置ずれを補正することができる。

また、１台のTVカメラをＸ−Ｙテーブルに設けたことに
より、複数箇所のスクリーン側位置合わせ部及び基板側
位置合わせ用マークの画像取り込みが可能であり、かつ
また印刷用スクリーン上をペースト塗布用のスキージが
移動する際には前記TVカメラを退避位置とすることが可
能である。このため、印刷用スクリーンと基板とを位置
合わせした後、そのままスクリーン印刷動作を続行でき
る。

（実施例） 以下、本発明に係る印刷用スクリーンと基板の位置合わ
せ方法及び装置の実施例を図面に従って説明する。

第１図乃至第６図で本発明の実施例を説明する。これら
の図において、スクリーン印刷装置の基台40上にはＸ−
Ｙ−θテーブル35が設置され、該Ｘ−Ｙ−θテーブル35
上に昇降部41を介して基板支持プレート42が昇降自在に
取り付けられている。そして、基板支持プレート42上に
基板10が位置決め載置されるようになっている。

ステンレス等の印刷用スクリーン１を支持するスクリー
ン枠５は前記基台40上に立設された装置フレーム43側に
て保持されている。該スクリーン枠５は第２図実装で示
す位置が実印刷位置であり、右側の仮想線位置が待機
（交換）位置である。印刷用スクリーン１上方にはクリ
ームはんだ等のペーストを塗布するためのスキージ44が
昇降自在かつＸ方向に移動自在に支持されている。但
し、第１図及び第２図共に基板10及びスキージ44は印刷
前の下降及び上昇位置（待機位置）となっている。

前記装置フレーム43で上方に支持されたＸ−Ｙテーブル
45には撮像手段としての１台のTVカメラ25が取り付けら
れている。該TVカメラ25は第３図の如く印刷用スクリー
ン１の２つの隅部分に設けられた位置合わせ部20を撮像
するためのものである。

それぞれのスクリーン側位置合わせ部20の構造は第４図
及び第５図に示される。すなわち、印刷用スクリーン１
のペースト供給側の面には円形のハーフエッチング部21
が形成され、さらに該ハーフエッチング部21よりも小径
の円形透孔部22がハーフエッチング部21の中央部分に同
心に形成されている。そして、ハーフエッチング部21及
び透孔部22に樹脂、ガラス等の透明部材23が固定一体化
されてスクリーン側位置合わせ部20が構成されている。
ここで、透明部材23を設けるのは、透明部材が無いとス
クリーン印刷動作によりハーフエッチング部21及び透孔
部22がペーストで埋まってしまい、以後の位置合わせ動
作が不可能となるからであり、ハーフエッチング部21を
透孔部22の周囲に設けたのはスクリーン印刷時にペース
トが透明部材23とスクリーン上面の境界に付着もしくは
侵入したりしてもペースト位置が透孔部22の円形輪郭に
はかからないようにして、スクリーン印刷を繰り返して
も常時正確な透孔部22の輪郭が維持されるようにするた
めである。勿論、スクリーン１に形成された印刷パター
ンと透孔部22の位置関係は正確に規定されている。

基板10の上面には各スクリーン側位置合わせ部20に対応
した円形位置合わせ用マーク（フィデューシャルマー
ク）11が銅箔等で形成されている。

前述したように、スクリーン１の上方にはＸ−Ｙテーブ
ル45でＸ方向及びＹ方向に移動自在に支持されたTVカメ
ラ25が配置され、該TVカメラ25は第６図に構成を示す画
像処理装置30における画像入力のための撮像手段として
働くものである。そして、TVカメラ25側には、スクリー
ン１や基板側位置合わせ用マーク11を照らすためにリン
グ照明器26が設けられている。このリング照明器26の照
明範囲Ｗはスクリーン側位置合わせ部20よりも充分大き
な領域となるように定められている。

なお、第３図に示したようにスクリーン側位置合わせ部
20はスクリーン１の２つの隅部分に位置するが、同様に
器板側の位置合わせ用マーク11も基板10の２つの隅部分
に位置しており、各位置合わせ部20の円形透孔部22の相
互間隔と、円形マーク11の相互間隔とは等しく設定され
ているものとする。

第６図に示すように、画像処理装置30は、Ｘ−Ｙ方向に
移動することによって２箇所のスクリーン側位置合わせ
部20及び基板側位置合わせ用マーク11を含む視野内をそ
れぞれ撮像する１台のTVカメラ25と、該TVカメラよりの
画像信号（明暗を表す輝度信号）を２値化処理する画像
信号処理部31と、２値化処理後の画像情報を記憶する画
像メモリ32と、画像メモリ32の画像情報から２箇所に設
けられた円形透孔部22の基準点（例えば中心点）と円形
位置合わせ用マーク11の照準点（例えば中心点）間のず
れを認識して基板10が位置決め載置されたＸ−Ｙ−θテ
ーブル35の補正量（ΔX,ΔY,Δθ）を演算してＸ−Ｙ−
θテーブルを補正駆動する演算制御部33とを備えてい
る。

次にこの実施例の場合の位置合わせ動作について説明す
る。但し、印刷用スクリーン１は固定で、基板10の方が
Ｘ−Ｙ−θテーブル35に載置さていて位置修正自在であ
るとする。

まず、昇降部41を介して基板10を上昇させてスクリーン
１に重ね、予め基板側位置合わせ用マーク11が基板上に
重なっているスクリーン側の位置合わせ部20の円形透孔
部22から光学的に透視可能な状態に設定する。そして、
円形透孔部22及び円形位置合わせ用マーク11の両者をTV
カメラ25で撮像して画像取り込みを行う。この画像取り
込みはＸ−Ｙテーブル45を介してTVカメラ25を移動させ
ることにより、２箇所の位置合わせ部20について実行さ
れる。なお、２箇所の位置合わせ部20の相互の位置関係
は既知であり、Ｘ−Ｙテーブル45の移動量も既知量であ
る。

スクリーン側位置合わせ部20の上方より見た画像は第５
図のように銅箔等の円形位置合わせ用マーク11が明部
ａ、円形透孔部22を通して見える基板面が暗部ｂ、その
外側はステンレス等のスクリーン１で明部ｃとなってい
る。したがって、TVカメラ25により円形位置合わせ用マ
ーク11の円形輪郭と円形透孔部22の円形輪郭とを取り込
むことができ、円形透孔部22の中心点と円形位置合わせ
用マーク11の中心点とのずれを画像処理装置30側で認識
でき、認識結果に基づいたＸ−Ｙ−θテーブルの補正量
（ΔX,ΔY,Δθ）を用いてＸ−Ｙ−θテーブル35を作動
させて円形透孔部22の中心点と位置合わせ用マーク11の
中心点とを一致させる。

前記TVカメラ25は２箇所の位置合わせ部20の画像取り込
み後、Ｘ−Ｙテーブル45の働きで第２図のようにスクリ
ーン１の上方位置から外れた退避位置Ｕに移動してお
り、前述のようにスクリーン側の円形透孔部22の中心点
と、基板側の位置合わせ用マーク11の中心点とを一致さ
せて基板10とスクリーン１との位置合わせ状態を保った
ままで、スキージ44がスクリーン１上に下降し、これに
圧接してＸ方向に移動し、所要のペーストを塗り広げる
スクリーン印刷動作を行う。

なお、TVカメラ25の下端とスクリーン上面間の距離Ｐは
例えば80mm程度であるのに対し、透孔部22が形成された
ハーフエッチング部21と基板上面との距離Ｑは0.4mm以
下であり、TVカメラ光学系の被写界深度よりみて距離Ｑ
は微小であり、TVカメラ側の焦点距離を変えずに透孔部
22と位置合わせ用マーク11の画像取り込みが可能なこと
は明らかである。

上記位置合わせ動作は順次基板がＸ−Ｙ−θテーブル上
に載置されるたびに繰り返して実行され、常に位置合わ
せ状態にてスクリーン印刷動作が実行されることにな
る。

なお、上記実施例において、透明部材23は、透孔部22を
覆うように少なくともハーフエッチング部21に嵌合固定
されていればよく、透孔部22の内側に嵌合していなくと
もよい。

また、スクリーン側透孔部及び基板側マークは円形以外
の形状、例えば方形等としてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、次の如き効果を
得ることができる。

（１） １台の撮像手段をＸ−Ｙテーブルに取り付けて
複数箇所の印刷用スクリーン側の位置合わせ部及びこれ
より透視できる基板側位置合わせ用マークを検出するこ
とにより、基板と印刷用スクリーンとを正確に位置合わ
せ可能であり、その際、Ｘ−Ｙテーブルの精度は位置合
わせ精度に関係しない。しかも撮像手段はスクリーン上
方から外れた退避位置に移動することによりスクリーン
印刷のためのスキージ動作の妨げにならないようにする
ことができ、位置合わせ後、基板とスクリーンとを全く
動かすことなくスクリーン印刷動作を続行でき、印刷位
置ずれを極力小さくすることができる。

（２） 前述の第１従来例の如く基板側マーク位置の認
識のためにスクリーンの移動を伴うものと比較してスク
リーン印刷装置のタクトタイムを短縮できる。

（３） 新規のスクリーンによる印刷開始時だけでな
く、各基板毎にスクリーン側位置合わせ部と基板側位置
合わせ用マークとを画像認識して正確に位置合わせが可
能になり、印刷動作の繰り返しによりスクリーン側に位
置ずれが生じた場合でもこの位置ずれを修正できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る印刷用スクリーンと基板の位置合
わせ方法及び装置の実施例を示す正面図、第２図は同側
面図、第３図は実施例における印刷用スクリーン上の位
置合わせ部の配置を示す平面図、第４図は実施例におけ
る要部正断面図、第５図は実施例においてTVカメラ側よ
りスクリーン側位置合わせ部を見た透視図、第６図は実
施例で用いる画像処理装置の１例を示すブロック図、第
７図は第１従来例を示す平面図、第８図は同正面図、第
９図（Ａ）は第１従来例で用いたスクリーン側マークを
示す平面図、同図（Ｂ）は同断面図、第10図は第２従来
例を示す断面図、第11図は第２従来例の動作説明図であ
る。 １……印刷用スクリーン、10……基板、11……位置合わ
せ用マーク、20……位置合わせ部、21……ハーフエッチ
ング部、22……透孔部、23……透明部材、25……TVカメ
ラ、26……照明器、30……画像処理装置、35……Ｘ−Ｙ
−θテーブル、44……スキージ、45……Ｘ−Ｙテーブ
ル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印刷用スクリーンのペースト供給側の面に
   ハーフエッチング部を設けかつ該ハーフエッチング部よ
   り内側に透孔部を設けるとともに該透孔部を覆う透明部
   材を少なくとも前記ハーフエッチング部に固定してスク
   リーン側位置合わせ部を複数箇所に構成し、該複数箇所
   の位置合わせ部の透孔部に対応した位置合わせ用マーク
   を基板側に設け、Ｘ−Ｙテーブルに設けられた１個の撮
   像手段によって前記基板上に前記印刷用スクリーンを重
   ねた状態で各透孔部及び当該透孔部を通して各位置合わ
   せ用マークをそれぞれ撮像し、前記撮像手段の画像信号
   から前記透孔部の基準点と前記位置合わせ用マークの照
   準点との間のずれを検出し、前記印刷用スクリーンと前
   記基板との相対位置関係を補正して前記透孔部の基準点
   と前記位置合わせ用マークの照準点とを一致させること
   を特徴とする印刷用スクリーンと基板の位置合わせ方
   法。
2. 【請求項２】前記印刷用スクリーン上をペースト塗布用
   のスキージが移動する期間中は前記撮像手段が前記印刷
   用スクリーン上から退避する請求項１記載の印刷用スク
   リーンと基板の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】印刷用スクリーンと基板との相対位置関係
   を補正する手段を設け、前記印刷用スクリーンの印刷用
   ペースト供給側の面にハーフエッチング部を設けかつ該
   ハーフエッチング部より内側に透孔部を設けるとともに
   該透孔部を覆う透明部材を少なくとも前記ハーフエッチ
   ング部に固定してスクリーン側位置合わせ部を複数箇所
   に構成し、該複数箇所の位置合わせ部に対応する位置合
   わせマークを前記基板側に設けるとともに、前記複数箇
   所の位置合わせ部を移動範囲に含みかつ前記印刷用スク
   リーン上以外の退避位置をも移動範囲とするＸ−Ｙテー
   ブルに１個の撮像手段を設けたことを特徴とする印刷用
   スクリーンと基板の位置合わせ装置。