JP5083118B2 - スクリーン印刷装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接しながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置、およびそれによるスクリーン印刷方法に関する。

従来、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接しながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置は知られている。
このようなスクリーン印刷装置によりスクリーン印刷を行う場合、スキージによりマスクを押圧してワーク側へ撓ませ、印刷材料を塗布する箇所のマスクをワークに対して当接させるようにしている。
前記マスクとしては、例えばメタルマスクに構成されたものがあり、このメタルマスクにおいては、マスクがワークに当接した状態でスキージによる印刷材料の塗布を行うことで、マスクの厚み分の印刷材料がワーク上に転写されることとなり、一定量（厚さ）の印刷材料をワークに対して塗布することが可能となっている。

特許文献１に記載のスクリーン印刷装置は、プリント基板に印刷材料であるクリームはんだを塗布するための装置であるが、クリームはんだのプリント基板への塗布量は、プリント基板に実装される電子部品のはんだ付け性に影響を与えるため一定にすることが望ましい。
従って、特許文献１においては、ワークとなるプリント基板の上面とマスクとの隙間が一定になるように、プリント基板が載置されるステージの高さを位置決めしている。
このように、プリント基板の上面とマスクとの隙間を一定にすることで、印刷材料を塗布する箇所のマスクとプリント基板との間に隙間が空いたり、逆にマスクがプリント基板に過度の圧力で押圧されたりすることがなく、マスクをプリント基板に対して適正な圧力で当接させることが可能となっている。

つまり、従来のスクリーン印刷装置においては、図７に示すように、印刷材料を塗布する箇所のマスク１０１は、スキージ１０２により常にワーク１１０に当接するまで押圧されており、これによりワーク１１０の全面にわたって一定量の印刷材料を塗布することが可能となっている。

図８（ａ）に示すように、ワーク１１０の表面に凹凸が存在する場合も、印刷材料を塗布する箇所のマスク１０１が常にワーク１１０の表面の形状に沿って当接することとなるため、図８（ｂ）に示すように、印刷材料はワーク１１０の表面にマスク１０１の厚みに応じた一定の厚みで塗布される。
特開平９−７６４５５号公報

図９に示すように、一般的に、発熱部品であるパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品１２１には放熱のための放熱板１１１が付設されるが、製品１２１と放熱板１１１との密着性を向上して放熱効率を高めるために、製品１２１と放熱板１１１との間にグリス１３１を介装することがある。
前記グリス１３１は、前述のスクリーン印刷装置により放熱板１１１上に塗布されるが、放熱板１１１の表面に凹凸が存在している場合でも一定の厚みで塗布されるため、凹凸がある放熱板１１１にグリス１３１を塗布して製品１２１に付設した場合、図１０に示すように、放熱板１１１の凸部のみが製品１２１に密着して、放熱板１１１の凹部と製品１２１との間には隙間が生じてしまうといったように、放熱板１１１と製品１２１との密着性が悪くなり放熱性が低下してしまうこととなる。

そこで、本発明においては、スクリーン印刷装置により塗布される印刷材料が製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスのような材料であって、印刷材料が塗布される放熱板などのワークの表面に凹凸が存在していた場合でも、製品とワークとを印刷材料の塗布範囲の全面にわたって密着させることができるスクリーン印刷装置および方法を提供するものである。

上記課題を解決するスクリーン印刷装置および方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接して該マスクをワーク側へ押圧しながらマスク面方向へ移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、ワーク表面の凹凸形状を測定する測定手段と、前記測定手段の測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御し、前記制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる。
これにより、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面は、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料（グリス）がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。
また、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスクの撓ませ量を制御することが可能となる。
さらに、マスクがワークの表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワークの上面に基準面から一定の高さ幅の印刷材料を塗布することが可能となる。

また、請求項２記載のごとく、ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクの上面に、スキージを摺接させながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスクリーン印刷方法であって、ワーク表面の凹凸形状を測定する測定工程と、前記測定工程での測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する撓ませ量制御工程とを備え、前記撓ませ量制御工程では、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御し、前記撓ませ量制御工程における前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる。
これにより、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面は、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料（グリス）がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。
また、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスクの撓ませ量を制御することが可能となる。
さらに、マスクがワークの表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワークの上面に基準面から一定の高さ幅の印刷材料を塗布することが可能となる。

本発明によれば、印刷材料を、ワーク上面の基準面から一定の高さ幅までの範囲に、全体的に塗布することが可能となり、塗布された印刷材料の上面を、ワーク上面の凹凸状態にかかわらず平坦とすることができる。
従って、例えば、ワークがパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品に付設される放熱板であり、印刷材料が製品とワークとの間に介装されるグリスである場合には、ワークの表面に凹凸が存在していたとしても、ワークを製品に組み付けたときに、印刷材料（グリス）がワークと製品との間に隙間なく充填された状態として、ワークと製品とを全体的に密着させることができ、製品からのワークへの放熱性を向上させることが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示すスクリーン印刷装置は、印刷材料３１を塗布する対象となるワーク１０を載置するステージ３と、ワーク１０の上方に配置され、少なくともワーク１０に対向する箇所に開口部を形成したマスク１と、マスク１上に載置されたペースト状の印刷材料３１を、前記開口部を通じてワーク１０上に塗布するスキージ２とを備えている。

前記スキージ２は、マスク１と並行に配置されるレール８に沿って移動可能な支持部材７に支持されており、前記支持部材７と一体的に水平方向（マスク１の面方向）へ移動可能に構成されている。
前記支持部材７は昇降器６により昇降可能に構成されており、これによりスキージ２がマスク１面に対して直交する方向へ移動可能となっている。
前記マスク１はメタルマスクに構成されている。

また、スクリーン印刷装置はワーク１０の表面形状測定器４を備えている。前記表面形状測定器４は、例えばレーザー照射器４ａからワーク１０の表面にレーザー光を照射して、ワーク１０の表面での反射光を撮像器４ｂにより撮像することでワーク１０の表面形状を測定するレーザー変位計にて構成されている。
前記表面形状測定器４はスキージ２の移動方向と同じ方向へ移動可能に構成されており、ワーク１０の表面形状を全範囲にわたって測定可能となっている。
なお、本例では表面形状測定器４としてレーザー変位計を用いているが、これに限るものではなく、ワーク１０の表面形状を測定可能な測定器であれば用いることができる。

スクリーン印刷装置によりワーク１０に対して印刷材料３１を塗布するときには、スキージ２をマスク１に押し付けて、スキージ２によりマスク１をワーク１０側へ撓ませた状態で、スキージ２をマスク１の面方向へ移動させることで、マスク１上に載置されたペースト状の印刷材料３１を、マスク１に摺接するスキージ２により前記開口部を通じてワーク１０の表面に塗布するように構成されている。

スキージ２のマスク１への押し付けは、前記昇降器６によりスキージ２をマスク１側へ移動させることで行うが、スクリーン印刷装置には、図２に示すように、スキージ２を移動させるための昇降器６の動作を制御する制御装置５を備えている。
つまり、昇降器６は、ワーク１０に印刷材料３１を塗布するときにはスキージ２を下降してマスク１側へ近づくように移動させ、ワーク１０への印刷材料３１の塗布後にはスキージ２を上昇してマスク１側から離れるように移動させるものである。

制御装置５には表面形状測定器４にて測定されたワーク１０の表面形状の測定値が入力され、前記制御装置５においては、入力されたワーク１０の表面形状の測定値に基づいて、印刷材料３１を塗布する際のスキージ２の摺接位置におけるマスク１の撓ませ量を制御するようにしている。
つまり、制御装置５は、ワーク１０の表面形状の測定値に基づいて、適正なマスク１の撓ませ量を算出し、算出した撓ませ量だけマスク１が撓むように、スキージ２をマスク１側へ移動させるべく、昇降器６の動作を制御する。

具体的には、制御装置５では、表面形状測定器４にて測定されたワーク１０の表面形状の測定値に基づいて、ワーク１０の上面における基準面Ｌの高さ位置から、ワーク１０の上面において最も突出している箇所の高さ位置までの寸法ｄ１を凸寸法として算出する。
この場合、凸寸法ｄ１は、例えば表面形状測定器４から基準面Ｌまでの距離と、表面形状測定器４からワーク１０の上面における最も突出している箇所までの距離との差を求めることにより算出することができる。
また、前記基準面Ｌは、例えばワーク１０の表面における凸部を除いた平坦面部分に設定したり、ワーク１０上面の高さ位置の平均値からなる仮想面に設定したりすることができる。

また、制御装置５においては、表面形状測定器４からマスク１の下面までの距離が予め記憶されており、ワーク１０の表面形状の測定値から、マスク１の下面と前記基準面Ｌとの隙間寸法ｄ２が算出される。
そして、前記隙間寸法ｄ２と前記凸寸法ｄ１との差寸法Δｄを算出して、この差寸法Δｄをマスク１の撓ませ量として求める。

さらに、マスク１の撓ませ量となる差寸法Δｄを算出した制御装置５は、印刷材料３１の塗布時にマスク１が差寸法Δｄだけ撓むように、スキージ２によるワーク１０側へのマスク１の押し込み量（つまり、昇降器６によるスキージ２のワーク１０側への移動量）を制御する。

このように、スキージ２によるワーク１０側へのマスク１の押し込み量を制御することで、スキージ２をマスク１に摺接させながらマスク面方向（水平方向）へ移動して、マスク１上に載置された印刷材料３１をワーク１０上に塗布する場合は、図３に示すように、スキージ２の摺接位置におけるマスク１の下面は、常にワーク１０の基準面Ｌから凸寸法ｄ１だけ離間した位置まで押し込まれた状態となる。

スキージ２によるワーク１０側へのマスク１の押し込み量を前記制御装置５により制御して、マスク１の下面が常にワーク１０の基準面Ｌから凸寸法ｄ１だけ離間した位置まで押し込まれた状態としながら、スキージ２をマスク面方向へ移動してワーク１０への印刷材料３１の塗布を行うと、印刷材料３１はマスク１の開口部を通じてマスク１下面とワーク１０上面との間に充填され、図４に示すように、ワーク１０には基準面Ｌから一定の高さ幅ｄｐの範囲に印刷材料３１が全域にわたって塗布されることとなる。

つまり、マスク１の下面とワーク１０の上面とが離間している箇所では、離間している凸寸法ｄ１分の印刷材料３１が離間箇所に充填されるとともに、マスク１の厚み寸法ｄｍ分の印刷材料３１が塗布されることとなる。
また、ワーク１０の上面において最も突出している箇所は、前記基準面Ｌから凸寸法ｄ１だけ突出しており、最も突出している箇所においては印刷材料３１の塗布時にマスク１の下面が当接するため、最も突出している箇所にはマスク１の厚み寸法ｄｍ分の印刷材料３１が塗布されることとなる。
これにより、ワーク１０上には、ワーク１０の上面における凹凸状態にかかわらず、全体的に基準面Ｌから一定の高さ幅ｄｐの印刷材料３１が塗布されることとなる。
つまり、ワーク１０の上面における凹部では印刷材料３１が厚く塗布され、凸部では印刷材料３１が薄く塗布されて、塗布された印刷材料３１の上面は、ワーク１０上面の凹凸状態にかかわらず平坦となる。

このように、本スクリーン印刷装置においては、表面形状測定器４によりワーク１０の表面の凹凸形状を測定工程にて測定した後、撓ませ量制御工程にて、前記測定工程でのワーク１０の表面形状の測定値に基づいて、印刷材料３１をワーク１０に塗布する際のスキージ２の摺接位置におけるマスク１の撓ませ量を、制御装置５により一定に制御しているので、ワーク１０の上面に全体的に基準面Ｌから一定の高さ幅ｄｐの範囲に印刷材料３１を塗布することが可能となっている。
これにより、例えば、ワーク１０がパワー半導体素子を搭載したインバータモジュールなどの製品２１に付設される放熱板であり、印刷材料３１が製品２１とワーク１０との間に介装されるグリスである場合には、図５に示すように、ワーク１０の表面に凹凸が存在していたとしても、ワーク１０を製品２１に組み付けたときに、印刷材料（グリス）３１がワーク１０と製品２１との間に隙間なく充填された状態として、ワーク１０と製品２１とを全体的に密着させることができ、製品２１からのワーク１０への放熱性を向上させることが可能となる。

また、制御装置５によるマスク１の撓ませ量は、印刷材料３１のワーク１０への塗布時におけるスキージ２のマスク１に対する位置、すなわちスキージ２によるマスク１のワーク１０側への押し込み量を変化させることにより制御しているので、特別な部材を追加することなく簡単な構成でマスク１の撓ませ量を制御することが可能となっている。

さらに、制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、前記スキージ２が摺接している箇所のマスク１下面が、ワーク１０表面の最も突出している箇所よりもワーク１０側へ押し込まれないように行われているので、マスク１がワーク１０の表面の形状に沿って当接することがなく、確実にワーク１０の上面に基準面Ｌから一定の高さ幅ｄｐの印刷材料３１を塗布することが可能となっている。

なお、本例ではマスク１の撓ませ量を、マスク１の下面と前記基準面Ｌとの隙間寸法ｄ２からワーク１０の上面において最も突出している箇所の凸寸法ｄ１を減じた差寸法Δｄ、すなわちワーク１０の上面において最も突出している箇所とマスク１の下面との隙間寸法に設定しているため、図６に示すように、ワーク１０の凸寸法ｄ１が小さければマスク１の撓ませ量（スキージ２のワーク１０側への移動量）は大きくなり、ワーク１０の凸寸法ｄ１が大きければマスク１の撓ませ量（スキージ２のワーク１０側への移動量）は小さくなる。

また、本例では、マスク１の撓ませ量を、マスク１の下面と前記基準面Ｌとの隙間寸法ｄ２からワーク１０の上面において最も突出している箇所の凸寸法ｄ１を減じた差寸法Δｄ、すなわちワーク１０の上面において最も突出している箇所とマスク１の下面との隙間寸法に設定しているが、ワーク１０の上面において最も突出している箇所とマスク１の下面との隙間寸法（差寸法Δｄ）から所定の寸法を減じた寸法とすることも可能である。
この場合、マスク１の撓ませ量は差寸法Δｄよりも小さくなるため、ワーク１０の上面において最も突出している箇所に印刷材料３１を塗布する場合でも、マスク１はワーク１０の上面に当接しない。

また、本例では、マスク１の撓ませ量は、スキージ２を昇降器６によりマスク１面に対して直交する方向へ移動させて、印刷材料３１の塗布時におけるスキージ２のマスク１に対する位置を変化させることにより制御しているが、印刷材料３１の塗布時におけるスキージ２のマスク１に対する当接圧を用いて制御することも可能である。

スクリーン印刷装置を示す側面図である。 スクリーン印刷装置の表面形状測定器、昇降器、および制御装置を示すブロック図である。 スキージの摺接位置におけるマスク１の下面位置を示す側面図である。 ワークの基準面から一定の厚み寸法で印刷された印刷材料を示す側面図である。 印刷材料が印刷されたワークを製品に組み付けた状態を示す側面図である。 ワーク表面の最も突出している箇所の凸寸法とスキージの移動量との関係を示す図である。 従来のスクリーン印刷装置において印刷材料をワークに塗布する際のマスクの撓む様子を示す側面図である。 （ａ）はワーク表面に凸部が存在した場合に、従来のスクリーン印刷装置にて印刷材料をワークに塗布する際のマスクの撓む様子を示す側面図であり、（ｂ）は従来のスクリーン印刷装置にてワークに塗布された印刷材料を示す側面図である。 従来のスクリーン印刷装置により塗布された、製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスを示す側面図である。 放熱板に凹凸があった場合の、従来のスクリーン印刷装置により塗布された、製品と製品に付設される放熱板との間に介装されるグリスを示す側面図である。

１ マスク
２ スキージ
３ ステージ
４ 表面形状測定器
５ 制御装置
６ 昇降器
１０ ワーク
３１ 印刷材料

Claims (2)

1. ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクと、前記マスク上面に摺接して該マスクをワーク側へ押圧しながらマスク面方向へ移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、
   ワーク表面の凹凸形状を測定する測定手段と、
   前記測定手段の測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御し、
   前記制御手段による前記スキージのマスクに対する位置の制御は、
   前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる、
   ことを特徴とするスクリーン印刷装置。
2. ワークに対向して配置され開口部が形成されたマスクの上面に、スキージを摺接させながら平行移動することで、前記マスク上に載置されたペースト状の印刷材料を、前記開口部を通じて前記ワーク上に塗布するスクリーン印刷方法であって、
   ワーク表面の凹凸形状を測定する測定工程と、
   前記測定工程での測定値に基づいて、前記印刷材料を塗布する際の前記スキージの摺接位置におけるマスクの撓ませ量を制御する撓ませ量制御工程とを備え、
   前記撓ませ量制御工程では、前記印刷材料の塗布時における前記スキージのマスクに対する位置を変化させることにより、前記マスクの撓ませ量を制御し、
   前記撓ませ量制御工程における前記スキージのマスクに対する位置の制御は、
   前記スキージが摺接している箇所のマスク下面が、ワーク表面の最も突出している箇所よりもワーク側へ押し込まれないように行われる、
   ことを特徴とするスクリーン印刷方法。

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