特開 2024-144919 印刷装置および実装基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144919

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】印刷装置および実装基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41F 15/08 20060101AFI20241004BHJP

   B41F 15/00 20060101ALI20241004BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B41F15/08 303E

B41F15/00 B

H05K3/34 505D

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057098

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮原 清一

(72)【発明者】

【氏名】妹尾 亮

(72)【発明者】

【氏名】末安 祐介

【テーマコード（参考）】

2C035

5E319

【Ｆターム（参考）】

2C035AA06

2C035FA22

2C035FA29

2C035FB28

2C035FD01

5E319AA03

5E319AA08

5E319AB05

5E319AC01

5E319BB05

5E319CC33

5E319CD29

5E319GG09

(57)【要約】

【課題】簡素な構成により基板の下面を支持して保持し、保持した基板をマスクに近接させることができる印刷装置および実装基板の製造方法を提供する。
【解決手段】印刷装置Ｍ１は、基板Ｂの下面を支持する基板下受け部１４と、基板下受け部１４が載置され、上下方向に移動するリフト部１２と、基板Ｂのうちはんだペーストが印刷される印刷領域以外の領域にて、基板Ｂの上面に当接する当接部２４と、リフト部１２を上昇させて当接部２４を上昇させる動力部Ｅを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の開口を有するマスクを介して、基板にはんだペーストを印刷する印刷装置であって、
前記基板の下面を支持する基板下受け部と、
前記基板下受け部が載置され、上下方向に移動するリフト部と、
前記基板のうち前記はんだペーストが印刷される印刷領域以外の領域にて、前記基板の上面に当接する当接部と、
前記リフト部を上昇させて前記当接部を上昇させる動力部を有する印刷装置。

【請求項2】

請求項１に記載の印刷装置であって、さらに、
前記当接部を下降させて、前記当接部を前記基板の上面に当接させる当接部昇降部を有する印刷装置。

【請求項3】

請求項２に記載の印刷装置であって、
前記動力部は前記リフト部を上昇させて、前記基板下受け部と前記当接部で前記基板を挟んで固定させる印刷装置。

【請求項4】

請求項３に記載の印刷装置であって、
前記動力部は前記リフト部を上昇させて、前記当接部を前記マスクの下面に当接させる印刷装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載の印刷装置であって、さらに、
前記基板を搬送するコンベアと、
前記コンベアを支持するコンベア支持部を有し、
前記動力部は、前記コンベア支持部を上昇させる印刷装置。

【請求項6】

請求項５に記載の印刷装置であって、
前記動力部は前記リフト部を上昇させて、前記リフト部を前記コンベア支持部に当接させて、前記コンベア支持部を上昇させる印刷装置。

【請求項7】

請求項５に記載の印刷装置であって、
前記当接部は、前記コンベア支持部の上面側に設けられる印刷装置。

【請求項8】

請求項６に記載の印刷装置であって、さらに、
前記コンベア支持部の下限位置を規制する規制部を有し、
前記リフト部は、前記下限位置の前記コンベア支持部から離れる位置まで下降する印刷装置。

【請求項9】

請求項８に記載の印刷装置であって、さらに、
前記コンベア支持部に下降する方向の下降力を与える下降力発生部を有する印刷装置。

【請求項10】

所定の開口を有するマスクを介して、基板にはんだペーストを印刷する印刷工程を含む実装基板の製造方法であって、
コンベアで作業位置まで前記基板を搬送し、
前記作業位置の前記基板の上面のうちの前記はんだペーストが印刷される印刷領域以外の領域に当接部を当接させ、
前記基板の下面を支持する基板下受け部が載置されたリフト部を上昇させて、前記基板下受け部と前記当接部で前記基板を挟んで固定し、前記コンベアを支持するコンベア支持部に前記リフト部を当接させ、
さらに前記リフト部を上昇させて、前記当接部と前記コンベア支持部を一緒に上昇させて前記当接部を前記マスクの下面に当接させ、
前記マスクを介して前記基板の前記印刷領域に前記はんだペーストを印刷する、実装基板の製造方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の実装基板の製造方法であって、さらに、
前記リフト部を下降させて、前記コンベア支持部を下限位置まで下降させ、
さらに前記リフト部を下降させて、前記基板下受け部を前記基板の下面から離し、
前記当接部を前記基板の上面から離し、
前記コンベアで前記基板を前記作業位置から搬出する、実装基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板にはんだペーストを印刷する印刷装置および実装基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

印刷装置は、基板の下面を支持して保持し、保持した基板をマスクに近接させて基板の上面にはんだペーストを印刷する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、複数のバックアップピンを備えて基板を下から支える基板支持装置と、モータの出力を昇降運動に変換して基板支持装置を昇降させるボールねじ機構と、基板を左右からクランプする基板保持装置と、基板支持装置と基板保持装置を一緒に昇降させる昇降装置とを備える印刷装置が開示されている。特許文献１の印刷装置は、モータとボールねじ機構で基板支持装置を上昇させて基板を下から支え、基板保持装置で基板支持装置が支持する基板を保持し、さらに昇降装置により基板支持装置と基板保持装置を一緒に上昇させてマスクに近接させ、基板の上面にはんだペーストを印刷する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－６９４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、基板支持装置を昇降させる軸と、基板支持装置と基板保持装置を一緒に昇降させる軸という２軸が必要であるため次の問題点があった。すなわち、各軸にはボールねじ機構を含む昇降機構及び昇降機構を駆動するモータがそれぞれ必要であるため構成が複雑でコストが高くなるという課題があった。

【0005】

そこで本発明は、簡素な構成により基板の下面を支持して保持し、保持した基板をマスクに近接させることができる印刷装置および実装基板の製造方法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】

【0006】

本発明の印刷装置は、所定の開口を有するマスクを介して、基板にはんだペーストを印刷する印刷装置であって、前記基板の下面を支持する基板下受け部と、前記基板下受け部が載置され、上下方向に移動するリフト部と、前記基板のうち前記はんだペーストが印刷される印刷領域以外の領域にて、前記基板の上面に当接する当接部と、前記リフト部を上昇させて前記当接部を上昇させる動力部を有する。

【0007】

本発明の実装基板の製造方法は、所定の開口を有するマスクを介して、基板にはんだペーストを印刷する印刷工程を含む実装基板の製造方法であって、コンベアで作業位置まで前記基板を搬送し、前記作業位置の前記基板の上面のうちの前記はんだペーストが印刷される印刷領域以外の領域に当接部を当接させ、前記基板の下面を支持する基板下受け部が載置されたリフト部を上昇させて、前記基板下受け部と前記当接部で前記基板を挟んで固定し、前記コンベアを支持するコンベア支持部に前記リフト部を当接させ、さらに前記リフト部を上昇させて、前記当接部と前記コンベア支持部を一緒に上昇させて前記当接部を前記マスクの下面に当接させ、前記マスクを介して前記基板の前記印刷領域に前記はんだペーストを印刷する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、簡素な構成により基板の下面を支持して保持し、保持した基板をマスクに近接させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施の形態の部品実装システムの構成説明図

【図2】本発明の一実施の形態の印刷装置の構成説明図

【図3】本発明の一実施の形態の印刷装置が備える基板保持機構の構成を示す（ａ）平面図（ｂ）正面図

【図4】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の印刷装置による印刷工程の説明図

【図5】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の印刷装置による印刷工程の説明図

【図6】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の印刷装置による印刷工程の説明図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装システム、部品実装ライン、印刷装置などの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する２軸として、基板搬送方向のＸ軸（図１における左右方向）、基板搬送方向に直交するＹ軸（図１における上下方向）が示される。図２、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてＺ軸（図２における上下方向）が示される。

【0011】

まず図１を参照して、部品実装システム１の構成を説明する。部品実装システム１は、部品実装ラインＬを通信ネットワーク２によって管理装置３と接続し、管理装置３によって管理する構成となっている。各部品実装ラインＬは、後述するように印刷装置Ｍ１を含む複数の作業装置が連結されて構成され、基板Ｂに部品Ｄを実装した実装基板を生産する機能を有している。管理装置３は、部品実装ラインＬが備える作業装置による実装基板の生産を統括して管理する機能を有している。

【0012】

次に図１を参照して、部品実装ラインＬの詳細な構成を説明する。部品実装ラインＬは、基板搬送方向の上流（紙面左側）から下流（紙面右側）に向けて、印刷装置Ｍ１、部品実装装置Ｍ２～Ｍ５、リフロー装置Ｍ６などの作業装置が直列に連結されて構成されている。印刷装置Ｍ１、部品実装装置Ｍ２～Ｍ５、リフロー装置Ｍ６は、通信ネットワーク２を介して管理装置３に接続されている。印刷装置Ｍ１は、はんだ印刷作業部によって上流から搬入された基板Ｂに所定の開口４ａを有するマスク４を介してはんだペーストＳを印刷する印刷作業を実行する（図２、図５（ｃ）参照）。

【0013】

図１において、部品実装装置Ｍ２～Ｍ５は、搬送コンベア、部品供給部、実装ヘッドを含む部品実装作業部によって基板Ｂの実装点に部品Ｄを実装する部品実装作業を実行する。なお、部品実装ラインＬが備える部品実装装置Ｍ２～Ｍ５は４台に限定されることはなく、１台～３台、または、５台以上であってもよい。リフロー装置Ｍ６は、装置内に搬入された基板Ｂを搬送コンベアで搬送しながら基板加熱部によって加熱して、基板Ｂ上のはんだペーストＳを融解させた後に硬化させ、基板Ｂの電極部（ランド）と部品Ｄとを接合する基板加熱作業を実行する。

【0014】

次に図２、図３を参照して、印刷装置Ｍ１の要部の構成を説明する。印刷装置Ｍ１は、複数の開口４ａが設けられたマスク４を介して基板Ｂの印刷領域Ｒｐ（図４（ｃ）参照）にはんだペーストＳを印刷する機能を有している。開口４ａは、基板Ｂに形成されたランド（電極）の形状、位置に対応して形成されている。印刷装置Ｍ１は、基板保持移動ユニット５、スキージユニット６及びペースト供給装置（図示省略）を備えている。

【0015】

基板保持移動ユニット５は、基台７上に設けられており、基板Ｂの保持及び移動を行う。マスク４は、基板保持移動ユニット５に保持される基板Ｂの上方に水平姿勢で保持されている。スキージユニット６は、マスク４の上方に設けられている。ペースト供給装置は、スキージユニット６と一体に設けられており、マスク４上にはんだペーストＳを供給する。印刷装置Ｍ１の各部は、印刷装置Ｍ１が備える印刷制御装置８によって制御される。

【0016】

次に、印刷装置Ｍ１が備える各部の詳細について順に説明する。図２において、基板保持移動ユニット５は、ＸＹθ移動機構９と基板保持機構１０を備えて構成されている。ＸＹθ移動機構９は印刷制御装置８によって制御され、基板保持機構１０を水平面内（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）で移動させ、Ｚ軸回りにθ回転させる。

【0017】

図２、図３において、基板保持機構１０は、ベーステーブル１１、リフト部１２、一対のコンベア支持部１３を下方から順に備えている。リフト部１２の中央には、基板Ｂの下面を支持する基板下受け部１４が載置されている。ベーステーブル１１には、４本のボールねじ１５がベーステーブル１１を上下（Ｚ軸方向）に貫通して配置されている。ベーステーブル１１の下方に突出するボールねじ１５の下端には、被駆動プーリ１５ａが装着されている。また、ベーステーブル１１には、出力軸に駆動プーリ１６ａが装着されたモータ１６が配置されている。モータ１６は、印刷制御装置８によって制御される。駆動プーリ１６ａと４つの被駆動プーリ１５ａには、無端の伝動ベルト１７が周回して調帯されている。

【0018】

リフト部１２には、４本のボールねじ１５に係合するナット１８が配置されている。ナット１８に係合したボールねじ１５の先端は、コンベア支持部１３を上下に貫通して形成されたボールねじ貫通孔１３ａに挿入されている。印刷制御装置８がモータ１６を駆動させることにより４本のボールねじ１５が回転し、ナット１８と一体となってリフト部１２が昇降する。このように、モータ１６、駆動プーリ１６ａ、被駆動プーリ１５ａ、伝動ベルト１７、ボールねじ１５、ナット１８は、リフト部１２を昇降させる動力部Ｅを構成する。

【0019】

図２、図３において、ベーステーブル１１には、４本のロッド１９が上方に突出して配置されている。ロッド１９の中間の高さ位置には、上面がコンベア支持部１３の下面に当接する規制部２０が配置されている。ロッド１９の先端は、コンベア支持部１３に貫通して形成されたロッド貫通孔１３ｂに挿入されている。一対のコンベア支持部１３は、ロッド１９に沿って上下に移動する。コンベア支持部１３とベーステーブル１１の間には、弦巻ばねなどのコンベア支持部１３に下降する方向の下降力を与える下降力発生部２１が配置されている。下降するコンベア支持部１３は、規制部２０に当接して停止する。すなわち、規制部２０は、コンベア支持部の下限位置Ｈｌを規制する。なお、コンベア支持部１３の自重を利用して、コンベア支持部１３を下降させてもよい。また、コンベア支持部１３が規定の位置まで下降したことを検出する検出センサを使用してもよい。

【0020】

一対のコンベア支持部１３は、Ｘ軸に沿って延びてＹ軸方向に対向配置され、基板Ｂを搬送する一対のコンベア２２を支持している。コンベア２２は印刷制御装置８によって制御され、基板Ｂを下方から支持して搬送する。コンベア支持部１３の上面には、没突するピストン２３ａを上方に向けたシリンダ２３がコンベア２２に沿ってそれぞれ２つ配置されている。

【0021】

シリンダ２３は印刷制御装置８によって制御され、エアや電気によりピストン２３ａを没突させる。コンベア支持部１３の２つのシリンダ２３のピストン２３ａには、薄い金属板などからなる当接部２４が固定されている。すなわち、当接部２４は、コンベア支持部１３の上面側に設けられている。このように、コンベア支持部１３の上面に配置された２つのシリンダ２３は、当接部２４を昇降させる当接部昇降部２５を構成する。当接部２４は軽量であるため、当接部２４を昇降させるシリンダ２３は小さなサイズ（小型）でよい。

【0022】

図２において、スキージユニット６は、Ｘ軸に沿って延びて設けられたスキージベース２６の下方にＹ軸方向に対向配置された２つのスキージ２７を備えている。スキージベース２６は、スキージユニット移動機構（図示省略）によってＹ軸に沿って移動する。２つのスキージ２７は、スキージベース２６に設けられたスキージ昇降シリンダ２８によって個別に昇降する。スキージユニット移動機構とスキージ昇降シリンダ２８は、印刷制御装置８によって制御される。印刷制御装置８は、はんだペーストＳが供給されたマスク４上に一のスキージ２７を下降（矢印ｄ）させて当接させ、Ｙ軸に沿って移動（矢印ｅ）させるスキージ動作を実行させる（図５（ｃ）参照）。

【0023】

次に、図４～図６を参照して、基板ＢにはんだペーストＳを印刷し、はんだペーストＳが印刷された基板Ｂに部品Ｄを実装してリフローする実装基板の製造方法について説明する。以下では、実装基板の製造方法のうち、印刷装置Ｍ１において実行される、所定の開口４ａを有するマスク４を介して基板ＢにはんだペーストＳを印刷する印刷工程について説明する。図４（ａ）は、基板Ｂが搬送される前の基板保持機構１０をＸ軸側から見た側面図である。この状態で、一対のコンベア支持部１３は、下降力発生部２１による下降力によって規制部２０に当接して下限位置Ｈｌに位置している。また、リフト部１２は、一対のコンベア支持部１３の下面から下方に離れた待機位置Ｈｒに位置している。

【0024】

まず、印刷制御装置８は一対のコンベア２２を制御して、コンベア２２により基板下受け部１４の上方の作業位置まで基板Ｂを搬送させる（基板搬入工程）（図４（ｂ））。次いで印刷制御装置８は当接部昇降部２５を制御して当接部２４を下降させ（図４（ｃ）の矢印ａ）、作業位置の基板Ｂの上面のうちのはんだペーストＳが印刷される印刷領域Ｒｐ以外の領域に当接させる（当接部下降工程）。

【0025】

次いで印刷制御装置８は動力部Ｅを制御して基板下受け部１４が載置されたリフト部１２を上昇させて（図５（ａ）の矢印ｂ）、基板下受け部１４と当接部２４で基板Ｂを挟んで固定させる（基板固定工程）。この過程で、リフト部１２の上面が一対のコンベア支持部１３の下面に当接する（図５（ａ））。さらに印刷制御装置８は動力部Ｅを制御してリフト部１２を上昇させて（図５（ｂ）の矢印ｃ）、当接部２４と一対のコンベア支持部１３を一緒に上昇させて当接部２４の上面をマスク４の下面に当接させる（当接部当接工程）。

【0026】

次いで印刷制御装置８はスキージ昇降シリンダ２８を制御して印刷領域Ｒｐにおいて一方のスキージ２７を下降させ（図５（ｃ）の矢印ｄ）、スキージ２７をマスク４上に当接させてマスク４の下面が基板Ｂの上面に当接するまで押し込ませる。次いで印刷制御装置８はスキージユニット移動機構を制御してスキージ２７をＹ軸に沿って移動させ（図５（ｃ）の矢印ｅ）、マスク４の開口４ａにはんだペーストＳを押し込む（印刷工程）。これにより、マスク４を介して基板Ｂの印刷領域ＲｐにはんだペーストＳが印刷される。印刷制御装置８はスキージ２７を印刷領域Ｒｐの端まで移動させると、スキージ昇降シリンダ２８を制御してスキージ２７を上昇させる。

【0027】

次いで印刷制御装置８は動力部Ｅを制御してリフト部１２を下降させ（図６（ａ）の矢印ｆ）、基板Ｂをマスク４から離反させる（版離れ工程）。これにより、基板ＢにはんだペーストＳが転写（印刷）される（図６（ａ））。リフト部１２が下降すると、一対のコンベア支持部１３は下降力発生部２１による下降力によってリフト部１２と一緒に下降する。リフト部１２がさらに下降すると、一対のコンベア支持部１３は規制部２０に当接して下限位置Ｈｌで停止する（図６（ａ））。

【0028】

さらに印刷制御装置８は動力部Ｅを制御してリフト部１２を下降させ（図６（ｂ）の矢印ｇ）、リフト部１２を待機位置Ｈｒで停止させる。すなわち、リフト部１２は、下限位置Ｈｌのコンベア支持部１３から離れる位置（待機位置Ｈｒ）まで下降する。この過程で、基板下受け部１４が基板Ｂの下面から離れて基板Ｂの固定が解除される（基板固定解除工程）（図６（ｂ））。次いで印刷制御装置８は当接部昇降部２５を制御して当接部２４を上昇させ（図６（ｃ）の矢印ｈ）、当接部２４を基板Ｂの上面から離す（当接部上昇工程）。

【0029】

次いで印刷制御装置８は一対のコンベア２２を制御して、コンベア２２で基板Ｂを作業位置から搬出させる（基板搬出工程）。印刷装置Ｍ１から搬出された基板Ｂは、部品実装装置Ｍ２～Ｍ５で順に部品Ｄが実装され（部品実施工程）、リフロー装置Ｍ６で基板加熱作業が実行される（リフロー工程）。

【0030】

上記説明したように、本実施の形態の印刷装置Ｍ１は、基板Ｂの下面を支持する基板下受け部１４と、基板下受け部１４が載置され、上下方向に移動するリフト部１２と、基板ＢのうちはんだペーストＳが印刷される印刷領域Ｒｐ以外の領域にて、基板Ｂの上面に当接する当接部２４と、リフト部１２を上昇させて当接部２４を上昇させる動力部Ｅを有する。これによって、１つの動力部Ｅにより当接部２４とリフト部１２を上昇させる簡素な構成により基板Ｂの下面を支持して保持し、保持した基板Ｂをマスク４に近接させて、基板ＢにはんだペーストＳを印刷させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本発明の印刷装置および実装基板の製造方法は、簡素な構成により基板の下面を支持して保持し、保持した基板をマスクに近接させることができるという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。

【符号の説明】

【0032】

４ マスク
４ａ 開口
１２ リフト部
１３ コンベア支持部
１４ 基板下受け部
２０ 規制部
２１ 下降力発生部
２２ コンベア
２４ 当接部
２５ 当接部昇降部
Ｂ 基板
Ｅ 動力部
Ｈｌ 下限位置
Ｈｒ 待機位置
Ｍ１ 印刷装置
Ｒｐ 印刷領域
Ｓ はんだペースト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】