JP3858009B2

JP3858009B2 - スクリーン印刷機

Info

Publication number: JP3858009B2
Application number: JP2003204349A
Authority: JP
Inventors: 晃小野寺; 孝治工藤; 義和伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005047066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス、ディスプレイ製造用等のスクリーン印刷機に係り、特に電子部品用の誘電体や磁性体の未焼成シート（グリーンシート）、ガラス基板への被印刷物（各種のペースト）の印刷、半導体ウエハのバンプ印刷、電子回路基板への導体ペースト印刷等の用途に用いるスクリーン印刷機において、スクリーン版離れ角度を一定にする印刷テーブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体や磁性体等の基板やグリーンシート等の印刷対象物（ワーク）に導体等の各種ペーストを印刷する方法として、スクリーン印刷を用いる方法が知られている。この方法は、印刷対象部位に応じてパターン孔が形成されたスクリーン版（製版）を印刷対象物上にセットして、このスクリーン版上でペーストを供給した状態でスキージングを行うことにより、パターン孔を介して印刷対象物表面にペーストを印刷するものである。このスクリーン印刷において、スクリーン版を印刷対象物表面に密着させずに印刷対象物表面とスクリーン版との間に隙間（版ギャップ）を設けた状態でスキージングを行うオフコンタクト印刷が用いられる場合がある。
【０００３】
オフコンタクト印刷では、印刷時、スクリーン版と印刷対象物との間に一定の版ギャップを設けて印刷する。例えば、グリーンシート上への導体ペースト印刷では１mm位の版ギャップを設けている。また、スクリーン版と印刷対象物を載せる印刷テーブルは、一定の版ギャップを設けた後、固定して印刷するのが一般的である。
【０００４】
スクリーン版上でスキージを印刷方向に移動して行くと、押圧されたスキージ先端部がスクリーン版を押し下げて、スクリーン版は印刷対象物に実質的に線接触し、ペースト印刷後に版離れして行き線接触位置が移動する。
【０００５】
このように、従来一般的なオフコンタクト印刷では、図６に示すように、スクリーン版１上におけるスキージ２の移動により、スクリーン版１と印刷テーブル１０（スクリーン版に平行）上の印刷対象物２０との線接触位置が変わり、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物２０とスクリーン版１との版離れの角度（所謂、版離れ角度）βが変わる（但し、前記角度βは印刷対象物２０が薄い場合、印刷テーブル１０とスクリーン版１との角度と考えてもよく、いずれにしても左端のβ１と右端のβ３とが異なる）。
【０００６】
上記のように、オフコンタクト印刷において版離れ角度が変わることにより、電子部品用の誘電体や磁性体のグリーンシートや電子部品のグリーンシートでのパターン印刷に問題が発生する。これを図７で説明する。
【０００７】
図７は印刷寸法評価用の印刷パターン図であり、印刷対象物としてのグリーンシート上の印刷範囲に、印刷方向（スキージ印刷方向）に５個、スキージ幅方向に多数個のパターン個片（長さＬ×幅Ｗ）を印刷した場合を示す。この場合、図６のようにスクリーン版１と印刷テーブル１０とを平行に保ったままのオフコンタクト印刷では、スキージ開始位置に近いほど１パターン個片の寸法（Ｌ寸法、Ｗ寸法）が共に減少する傾向がある。以下の表１の改善前パターン寸法の例では、線Ａ上のパターン個片のＷ寸法＝Ｗ１、Ｂ上のＷ寸法＝Ｗ２、Ｃ上のＷ寸法＝Ｗ３、Ｄ上のＷ寸法＝Ｗ４、Ｅ上のＷ寸法＝Ｗ５としたとき、基準値Ｗ＝１．３６５mmに対して、Ｗ１＝１．３６３２＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５＝１．３６６１となっていることがわかる。
【０００８】
【表１】

また、Ｗ値のばらつきの程度を表す３σ（σ：標準偏差）＝０．００５で大きい。スキージの移動により、スクリーンと印刷対象物との線接触位置が変わり、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物とスクリーン版との版離れの角度が変わることが、主な原因である。
【０００９】
この点に関して、印刷時版離れ性を安定化する構成を有する公知技術として、下記特許文献１及び特許文献２がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−８５１０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１２９３５号公報
【００１１】
特許文献１はマスク押し上げ部材を設けて、スキージが移動しても版離れ角度をほぼ一定にするものである。また、特許文献２はスキージ移動に伴い印刷テーブルを下降させて版離れ角度を安定化するものである。但し、特許文献１，２共に、印刷直後の印刷物の版離れの角度を、印刷テーブル側で直接一定に保つ装置ではない。従来のスクリーン印刷機における印刷テーブル装置は、Ｘ，Ｙ，θテーブル（Ｘ軸、Ｙ軸方向の水平面内での移動及び回転機能を有するもので周知、市販品）構造で、Ｚ軸方向の昇降動作は、前記ＸＹθテーブルに昇降動作を追加している構造が一般的である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の点に鑑み、オフコンタクト印刷において、印刷テーブル側の動作により、スクリーン版上を移動するスキージ位置にかかわらず印刷直後の印刷対象物の版離れの角度を一定に維持し、ひいては印刷された被印刷物（各種ペースト）パターンの寸法精度の向上を可能にしたスクリーン印刷機を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、スクリーン版を固定支持し、該スクリーン版と印刷テーブル上の印刷対象物間に所定の版ギャップを設けるスクリーン印刷機であって、
前記スクリーン版上を移動するスキージの移動方向に直交する回転中心にて回動自在に支持され、かつ昇降自在な前記印刷テーブルと、
前記スキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを回動させ傾斜角を変えて、前記スクリーン版の版離れ角度を一定に保つ傾斜駆動機構と、
前記スキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを昇降させて前記スクリーン版と前記印刷対象物の線接触位置での版ギャップを一定に保つ昇降駆動機構とを備えることを特徴としている。
【００１５】
本願請求項２の発明に係るスクリーン印刷機は、請求項１において、前記傾斜駆動機構が前記印刷テーブルの一方又は両方の端部に設けられたカム機構であることを特徴としている。
【００１６】
本願請求項３の発明に係るスクリーン印刷機は、請求項２において、前記カム機構が前記印刷テーブル側に設けられたカムフォロアに当接するカム部材を有し、該カム部材に螺合する螺子軸をモータで回転駆動することで当該カム部材を移動させて前記印刷テーブルの傾斜角を変化させることを特徴としている。
【００１７】
本願請求項４の発明に係るスクリーン印刷機は、請求項１，２又は３において、水平面内のＸ軸方向、これに直交するＹ軸方向に移動自在でかつ水平面内で回転自在なＸ，Ｙ，θテーブル上に、Ｚテーブルを有する前記昇降駆動機構を設置し、昇降自在な前記Ｚテーブル上に前記印刷テーブルが設置されていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスクリーン印刷機の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
図１乃至図４で本発明に係るスクリーン印刷機の実施の形態を説明する。これらの図において、３０は基台であり、この上にＸ，Ｙ，θテーブル３１、Ｚテーブル４０及び傾斜機能を持つ印刷テーブル１０を具備する印刷テーブル装置が設置されている。
【００２０】
また、印刷テーブル１０の上方位置には、スクリーン枠５が固定支持されており、印刷対象部位に応じてパターン孔が形成されたスクリーン版１がスクリーン枠５に張られている（周縁部が固着されている）。つまり、スクリーン枠５によりスクリーン版１は固定支持されている。このスクリーン版１は水平面（印刷方向であるＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向を含むＸ−Ｙ平面）に配置されている。被印刷物である各種ペーストを塗布するためのスキージ２はスクリーン版１を押し下げながら印刷方向（Ｘ軸方向）に移動するようになっている。
【００２１】
前記印刷テーブル装置について詳細に述べると、基台３０上にはＸ，Ｙ，θテーブル３１が設置され、このＸ，Ｙ，θテーブル３１のテーブル板３２は水平面内のＸ軸方向、これに直交するＹ軸方向に移動自在でかつ水平面内で回転自在であり、周知構造の市販品等である。
【００２２】
Ｘ，Ｙ，θテーブル３１上にはＺテーブル４０がＺ軸方向（鉛直方向）に昇降自在に設置されている。すなわち、前記テーブル板３２上に立設固定されたリニアガイド４１により、Ｚテーブル４０下側に固着された垂直スライダ４２が昇降スライド自在に支持されている。また、テーブル板３２に水平方向に固着されたリニアガイド４３により水平スライダ４４がスライド自在に取り付けられ、水平スライダ４４上にＺ軸板カム４５が固着されている。また、Ｚテーブル４０の下側部分には前記カム４５の傾斜面（カム面）に当接するカムフォロアとしてのローラー４６が回転自在に取り付けられている。これらのカム４５及びローラー４６は昇降用カム機構を構成するものであり、例えばＺテーブル４０の四隅を支えるように、図１のＸ軸方向に２箇所、Ｙ軸方向に２箇所設けられている。
【００２３】
前記水平スライダ４４にナット４７が固着され、ナット４７に螺合する螺子軸４８が前記テーブル板３２上に支持されている。通常、螺子軸４８はボール螺子軸であり、前記ナット４７はボール螺子ナットである。また、テーブル板３２には、Ｚ軸サーボモータ５０が固定されており、螺子軸４８は巻掛け伝動機構を介してＺ軸サーボモータ５０の回転駆動力を受ける。つまり、螺子軸４８の端部にはプーリー（ベルト車）４９が固着され、プーリー４９はテーブル板３２に固定のＺ軸サーボモータ５０の回転駆動力をベルト５１を介して受けるようになっている。従って、Ｚ軸サーボモータ５０の回転駆動力で螺子軸４８が回転すると、これに螺合するナット４７の位置がＸ軸方向に移動し、これに伴い直線移動するカム４５によりカムフォロアとしてのローラー４６の高さが変わり、Ｚテーブル４０が昇降することになる。これらにより昇降駆動機構が構成されている。
【００２４】
前記印刷テーブル１０の一端部（図１の左端部）には、テーブル傾斜の回動中心となるα回動軸１１が固着、一体化されている。このα回動軸１１はＸ軸に直交するＹ軸方向に設けられており、前記Ｚテーブル４０上に立設、固定されたブラケット５５で回転自在に支持されている。つまり、テーブル傾斜の回動軸１１は、印刷方向（スキージング方向）にテーブルが傾斜可能なように設けてある。
【００２５】
前記印刷テーブル１０の他端部（図１の右端部）の下側には、Ｚテーブル４０上に水平方向に固着されたリニアガイド５６により水平スライダ５７がスライド自在に取り付けられ、水平スライダ５７上に傾斜角用（α角用）板カム６０が固着されている。また、印刷テーブル１０の他端部には板カム６０に当接するカムフォロアとしてのローラー６１が回転自在に取り付けられており、これらのカム６０及びローラー６１は傾斜駆動用カム機構を構成するものである。
【００２６】
図２のように、板カム６０にナット６５が固着され、ナット６５に螺合する螺子軸６６がＺテーブル４０上に支持されている。通常、螺子軸６６はボール螺子軸であり、前記ナット６５はボール螺子ナットである。また、Ｚテーブル４０には、α軸サーボモータ７０が固定されており、螺子軸６６は巻掛け伝動機構を介してα軸サーボモータ７０の回転駆動力を受ける。つまり、螺子軸６６の端部にはプーリー（ベルト車）７１が固着され、プーリー７１はＺテーブル４０に固定のα軸サーボモータ７０の回転駆動力をベルト７２を介して受けるようになっている。従って、α軸サーボモータ７０の回転駆動力で螺子軸６６が回転すると、これに螺合するナット６５の位置がＸ軸方向に移動し、これに伴い直線移動するカム６０によりカムフォロアとしてのローラー６１の高さが変わり、α回動軸１１を回転中心として印刷テーブル１０が回動し（α角が変化し）、傾斜することになる。これらにより傾斜駆動機構が構成されている。
【００２７】
この結果、印刷テーブル１０はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動、θ軸回転及びα回動軸１１を中心とする傾斜動作が可能であり、このような印刷テーブル１０の上には誘電体や磁性体等の基板やグリーンシート等の板状乃至シート状印刷対象物２０が載置され、位置決め固定されている。なお、印刷テーブル１０の上面は平坦面であり、印刷対象物２０を真空吸着で保持する機能を有する吸着テーブルである。
【００２８】
前記印刷テーブル１０及び印刷対象物２０の上方位置には、印刷対象部位に応じてパターン孔が形成されたスクリーン版１がスクリーン枠５に張られて支持され、被印刷物である各種ペーストを塗布するためのスキージ２はスクリーン版１を押し下げながら（印刷対象物２０に対してスクリーン版１を線接触させながら）印刷方向（Ｘ軸方向）に移動するようになっている。
【００２９】
このスクリーン印刷機における印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御は、図４（Ｂ）のように、スキージ２の先端位置（線接触位置）が、α回動軸１１の真上のＸ２位置のときの印刷テーブル１０を水平面とし、そのときの版離れ角度（本実施の形態では印刷テーブルと印刷後のスクリーン版の角度としている）β２及びα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ２を基準とする。そして、図４（Ａ）のようにスキージ２先端位置がα回動軸１１の左側のＸ１位置ではα回動軸１１は右回転（回転角度α減少）して印刷テーブル１０は左上がりに傾斜しており、スキージ２先端位置が中間点のＸ２位置に近づくに従い回転角度α減少量は少なくなり、Ｘ２位置にて回転角度α減少量はゼロとなり、さらに、スキージ２先端位置がＸ２位置の右側に進み位置Ｘ３に至るまでは、同図（Ｃ）のように、α回動軸１１は左回転（回転角度α増加）して印刷テーブル１０を右上がりに傾斜させる。これらの印刷テーブル１０の傾斜動作は板カム６０とローラー６１を持つ傾斜駆動用カム機構を含む傾斜駆動機構で行う。これとともに、印刷テーブル１０が傾斜することによりスキージ２先端位置（線接触位置）での版ギャップが減少することを補正するために、スキージ２がＸ１位置のときのα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ１は前記Ｚ２よりも増加させ、同様にスキージ２がＸ３位置のときのα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ３も前記Ｚ２よりも増加させる補正を行う。これらの版ギャップの補正は板カム４５及びローラー４６を持つ昇降用カム機構を含む昇降駆動機構で行う。
【００３０】
以上の印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御により、スクリーン版１上におけるスキージ２の移動（Ｘ１からＸ３位置への移動）により、スクリーン版１と印刷テーブル１０上の印刷対象物２０の線接触位置が移動しても版離れ角度β１＝β２＝β３として版離れ角度βを一定に維持し、かつ印刷テーブル１０の傾斜に伴い印刷テーブル１０の高さを変化させることで版ギャップＨ寸法を一定にすることができる。
【００３１】
具体的には、版離れ角度βを一定にする為の、α回動軸１１の回転角（傾斜角）αの補正量と印刷テーブルの高さ補正量（Ｈ寸法、Ｚ軸方向）は、Ｘ軸をパラメータとして、ＣＡＤ図での移動軌跡より出力し、印刷機の印刷テーブル１０のＮＣ用座標入力値に変換する。
【００３２】
以下の表２は、ＣＡＤ図での移動軌跡よりのＮＣ用出力座標値の例で、印刷機の印刷テーブル装置のＮＣ用座標入力となるものであり、Ｘ軸方向の位置（スキージ先端位置）の変化に対するＺ軸及びα角の変位量を示す。但し、版離れ角度β＝１°、版ギャップＨ＝１．５mmに設定した。
【００３３】
【表２】

【００３４】
印刷時のスキージ２の移動にともない（例えばサーボモータ駆動で印刷位置のＸ軸方向位置検出により）、回転角α及びＺ軸方向の補正動作を前記表２の補正量を用いて行えばよい。
【００３５】
この実施の形態のスクリーン印刷機を用い、図７のように、印刷対象物としてのグリーンシート上の印刷範囲に、印刷方向（スキージ印刷方向）に５個、スキージ幅方向に多数個のパターン個片（長さＬ×幅Ｗ）を印刷した場合、前記表１の改善後パターン寸法の例のように、線Ａ上のパターン個片のＷ寸法＝Ｗ１、Ｂ上のＷ寸法＝Ｗ２、Ｃ上のＷ寸法＝Ｗ３、Ｄ上のＷ寸法＝Ｗ４、Ｅ上のＷ寸法＝Ｗ５としたとき、Ｗ１〜Ｗ５の寸法値は略一致し、Ｗ値のばらつきの程度を表す３σ（σ：標準偏差）は０．００２と小さな値となる。スキージ２の移動により、スクリーン版１と印刷対象物２０との線接触位置が変わっても、当該線接触位置での印刷直後の印刷対象物２０とスクリーン版１との版離れの角度β（本実施の形態では印刷対象物２０の厚さを無視して印刷テーブル１０とスクリーン版１との角度としている）が一定に制御されるため、印刷対象物２０上に印刷された印刷パターンの寸法精度の向上を図ることができる。
【００３６】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３７】
(1) スキージ２が移動すると共に印刷テーブル１０の傾斜角も同時に変化し、版離れ角度βが終始一定となる。それによって印刷精度が向上し、品質を確保できる。
【００３８】
(2) 印刷テーブル１０の傾斜角度の分解能は、板カム６０の傾斜形状と直線方向の変位量により変えることができ、高精度の傾斜角度制御が可能である。
【００３９】
(3) 印刷テーブル１０を含む印刷テーブル装置は、市販品のＸ，Ｙ，θテーブル３１を利用し、これにＺ軸動作、α角可変動作の機構を付加することで構成でき、シンプルで精度の高い構造である。
【００４０】
なお、上記実施の形態では印刷テーブル１０の一方の端部にα回転軸を設けたが、動作原理上は印刷テーブル１０の中間位置にα回動軸１１を配置してもよい。この場合を、本発明の他の実施の形態として図５に示す。
【００４１】
図５の場合の印刷テーブル１０の回転角度α及びＺ軸方向の高さの制御は、同図（Ｂ）のように、スキージ２の先端位置（線接触位置）が、α回動軸１１の真上のＸ２位置のときの印刷テーブル１０を水平面とし、そのときの版離れ角度（本実施の形態では印刷テーブルと印刷後のスクリーン版の角度としている）β２及びα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ２を基準とする。そして、図５（Ａ）のようにスキージ２先端位置がα回動軸１１の左側のＸ１位置ではα回動軸１１は右回転（回転角度α減少）して印刷テーブル１０は左上がりに傾斜しており、スキージ２先端位置がα回動軸１１の真上のＸ２位置に近づくに従い回転角度α減少量は少なくなり、Ｘ２位置にて回転角度α減少量はゼロとなり、さらに、スキージ２先端位置がＸ２位置の右側に進み位置Ｘ３に至るまでは、同図（Ｃ）のように、α回動軸１１は左回転（回転角度α増加）して印刷テーブル１０を右上がりに傾斜させる。これとともに、印刷テーブル１０が傾斜することによりスキージ２先端位置（線接触位置）での版ギャップが減少することを補正するために、スキージ２がＸ１位置のときのα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ１は前記Ｚ２よりも増加させ、同様にスキージ２がＸ３位置のときのα回動軸１１の中心とスクリーン版１までの距離Ｚ３も前記Ｚ２よりも増加させる補正を行う。
【００４２】
図５の実施の形態の場合、印刷テーブル１０の昇降駆動機構は前述の図１乃至図４の実施の形態と同様でよい。また、印刷テーブル１０を傾斜させる傾斜駆動機構としてカム機構を用いる場合、印刷テーブル１０の左端側を駆動するカム機構と右端側を駆動するカム機構とが必要となるが、カム機構の動作は同様よく、それ以外の機構は図１乃至図３と同様でよい。
【００４３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクリーン印刷機によれば、固定支持されたスクリーン版に対して印刷テーブルを直接的に傾斜させることで、スキージの移動にかかわらずスクリーン版の版離れ角度を一定に保ちながらオフコンタクト印刷が可能であり、印刷パターンの寸法精度の向上を図ることが可能である。また、スクリーン版側を固定側とし、印刷テーブル側（印刷対象物側）を可動側にし、印刷テーブル側の機構は、Ｘ，Ｙ，θテーブルにＺ軸動作、α角可変動作の機構を付加することで構成でき、簡素で精度の高い構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクリーン印刷機の実施の形態を示す正面図である。
【図２】同平面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】実施の形態の場合の動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の場合の動作説明図である。
【図６】従来のスクリーン印刷機の場合の版離れ角度の変化を示す説明図である。
【図７】オフコンタクト印刷における印刷位置とパターン個片バラツキの傾向を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１スクリーン版
２スキージ
５スクリーン枠
１０印刷テーブル
１１ α回動軸
２０印刷対象物
３０基台
３１Ｘ，Ｙ，θテーブル
４０Ｚテーブル
４５，６０板カム
４６，６１ローラー
４７，６５ナット
４８，６６螺子軸
５０，７０サーボモータ

Claims

スクリーン版を固定支持し、該スクリーン版と印刷テーブル上の印刷対象物間に所定の版ギャップを設けるスクリーン印刷機であって、
前記スクリーン版上を移動するスキージの移動方向に直交する回転中心にて回動自在に支持され、かつ昇降自在な前記印刷テーブルと、
前記スキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを回動させ傾斜角を変えて、前記スクリーン版の版離れ角度を一定に保つ傾斜駆動機構と、
前記スキージの移動位置にあわせ、前記印刷テーブルを昇降させて前記スクリーン版と前記印刷対象物の線接触位置での版ギャップを一定に保つ昇降駆動機構とを備えることを特徴とするスクリーン印刷機。
前記傾斜駆動機構が前記印刷テーブルの一方又は両方の端部に設けられたカム機構である請求項１記載のスクリーン印刷機。
前記カム機構は前記印刷テーブル側に設けられたカムフォロアに当接するカム部材を有し、該カム部材に螺合する螺子軸をモータで回転駆動することで当該カム部材を移動させて前記印刷テーブルの傾斜角を変化させる請求項２記載のスクリーン印刷機。
水平面内のＸ軸方向、これに直交するＹ軸方向に移動自在でかつ水平面内で回転自在なＸ，Ｙ，θテーブル上に、Ｚテーブルを有する前記昇降駆動機構を設置し、昇降自在な前記Ｚテーブル上に前記印刷テーブルが設置されている請求項１，２又は３記載のスクリーン印刷機。