CN1228177C - 薄膜制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明能够有效、准确地对薄膜厚度进行控制。利用涂布部(4)在承载膜(3)上涂布浆液状原料，在用干燥部(6)对浆液状原料进行干燥前，利用特性测定部(5)在湿的状态下对与浆液状原料的厚度有关的特定的特性进行测定。运算部(7a)由目标薄膜厚度、浆液状原料的特性测定值和浆液状原料的比重计算出薄膜厚度的预计值t，并与薄膜厚度的目标值T相比较。调节输出部(7b)根据上述比较结果，将厚度调节信号输出至上述厚度调节装置(9)，对承载膜(3)上的浆液状原料的涂布厚度进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷生坯薄片这类薄膜的制造方法。
背景技术
一直以来，制造多层陶瓷电容器及陶瓷多层基板等时，一般都采用陶瓷生坯薄片。随着电子器件等的日益小型化，就要求这种陶瓷生坯薄片能够薄膜化。但由于薄膜化的陶瓷生坯薄片机械强度小、易损坏，因此需要准备一种挠性承载膜，在此承载膜上形成陶瓷生坯薄片，采用这种方法，能够得到以承载膜为衬底的陶瓷生坯薄片。
现有的采用承载膜的陶瓷生坯薄片的制造装置，一般至少具有传送承载膜的部件、在承载膜上涂布陶瓷浆料的涂布部件、使承载膜上的陶瓷浆料干燥形成薄膜的干燥炉这样的干燥部件(参照专利文献1：特開平11-77627号公报(全文、全图))。
上述陶瓷生坯薄片的制造装置，一般以如下方式来控制生坯薄片的厚度，即测定干燥后的薄膜的厚度，并将厚度的测定结果反馈给涂布陶瓷浆料的部件，调节在承载膜上涂布的陶瓷浆料的厚度。但是，这种方法信息反馈慢，厚度控制效率低。
另外还可以用特殊的光学测定装置，在干燥前湿的状态下测定承载膜上的陶瓷浆料的涂布厚度，采用这种方法必须准确预测在测定涂布厚度时的陶瓷浆料的涂布层在干燥后所形成的薄膜的厚度，如果此预测不准确，厚度控制也就不会准确。
本发明的课题是使采用承载膜的薄膜制造装置可以有效地、准确地进行薄膜的厚度控制。
发明内容
本发明者为解决上述课题，进行了各种试验，结果发现通过跟踪浆液状原料的比重的变化，能够基本准确地预测薄膜厚度这一事实，并根据这一发现，最终完成了本发明。
即本发明的薄膜制造装置由下述部分构成，涂布部，其作用是在沿设定路线传送的承载膜上涂布形成薄膜的浆液状原料；厚度调节装置，其作用是调节上述承载膜上的上述浆液状原料的涂布厚度；干燥部，其作用是干燥上述承载膜上的浆液状原料形成薄膜；特性测定部，其作用是在干燥前湿的状态下测定与上述承载膜上的浆液状原料的厚度相关的特定的特性；存储部，其作用是存储表示上述承载膜上的浆液状原料的上述特性的测定值、浆液状原料的比重及浆液状原料经干燥后得到的薄膜的厚度的关系的数据；运算部，其作用是根据上述存储部存储的数据，由薄膜的目标厚度、上述特性测定部测定的浆液状原料的上述特性的测定值和浆液状原料的比重计算出上述薄膜厚度的预计值，并与薄膜厚度的目标值相比较；调节输出部，其作用是根据上述运算部得到的比较结果，将厚度调节信号输出至上述厚度调节装置。
这里，与厚度相关的特定的特性是指随浆液状原料形成薄膜时的厚度的变化而变化的特性，例如采用射线测厚计作为特性测定部时，得到的放射性射线衰减量，又例如采用激光测厚计作为特性测定部时，得到的激光的反射强度。
上述薄膜制造装置中，如果输入薄膜的目标厚度、浆液状原料的比重的测定值、与浆液状原料的厚度相关的特定的特性的测定值，则可以根据预先存储在存储部中的数据，计算出由浆液状原料得到的薄膜的厚度(薄膜厚度的预计值)。然后，在运算部，比较薄膜厚度的预计值和薄膜厚度的目标值，并将信息反馈给厚度调节装置，使涂布于承载膜上的浆液状原料的涂布厚度调节到合适的厚度，以便使薄膜厚度的预计值接近薄膜厚度的目标值。
这种情况下，由于作为薄膜厚度预计值的依据的与承载膜上的浆液状原料的厚度相关的特定的特性是在浆液状原料干燥前测定的，反馈时时间延迟少，相应地就可以有效地控制厚度。
而且，在计算出薄膜厚度的预计值时，由于综合考虑了可能会影响经干燥得到的薄膜的厚度的全部要素，因此薄膜厚度的预计值非常接近干燥得到的薄膜的实际厚度，从而可以依据此薄膜厚度的预计值准确地控制厚度。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式所涉及的陶瓷生坯薄片的制造装置的结构图。
图2为图1所示装置中的一部分的控制部功能的功能框图。
图3为表示作为生坯薄片的原料的陶瓷浆料的比重和计算生坯薄片的厚度所需的换算系数的关系的图，表示制造各种厚度的生坯薄片时的关系。
图4为表示陶瓷浆料的比重和换算系数的关系的图，表示制造特定厚度的生坯薄片时的关系。
图5为表示陶瓷浆料的比重和换算系数的关系的图，表示制造其他特定厚度的生坯薄片时的关系。
符号的说明：3承载膜，4涂布部，5面积重量测定部(特性测定部)，6干燥炉，7控制部(7a为运算部、7b为调节输出部)，9浆料送出装置(厚度调节装置)，13存储器。
具体实施方式
图1～图5是本发明的一种实施方式，图1为该实施方式所涉及的陶瓷生坯薄片的制造装置的结构图。图2为表示图1所示装置中的一部分的控制部功能的功能框图。图3～图5都是表示作为原料的陶瓷浆料的比重和计算生坯薄片厚度所需的换算系数的关系，图3表示制造各种厚度的生坯薄片时的关系，图4表示制造特定厚度的生坯薄片时的关系，图5表示制造其他特定厚度的生坯薄片时的关系。
如图1所示，该实施方式的陶瓷生坯薄片的制造装置1具有贮存陶瓷浆料S的浆料箱2和将从浆料箱2送出的陶瓷浆料S涂布在承载膜3上的涂布部4及面积重量测定部5，它是对作为与承载膜3上涂布的陶瓷浆料S的厚度相关的特定的特性之一的单位面积重量进行测定的特性测定部，该装置还具备干燥承载膜3上的陶瓷浆料S形成薄膜的干燥炉6和控制部7。
贮存在浆料箱2的陶瓷浆料S是将已调整到所需组成的陶瓷原料粉末和粘结剂溶液混合形成的。
在从浆料箱2至涂布部4的浆料供给线路8中设置浆料送出装置9，该装置只按设定的量送出浆料，具体来说它由浆料泵构成。在该实施方式中，浆料送出装置9响应从控制部7发出的厚度调节信号，增减向涂布部4的浆料的供给量，它是权利要求书中所说的“厚度调节装置”。
浆料供给线路8中还设置了测定陶瓷浆料比重的比重测定器10。用此比重测定器10测定的陶瓷浆料的比重的数据输入至控制部7。
涂布部4具有浆料涂布机4a和与之对置的后滚子4b，可调节间距，二者间的间距可以手动调节，也可以如图示由调节器4c驱动，机械调节两者间的间距。
承载膜3从供给滚子11送出，由卷取滚子12卷取。其间，承载膜3从浆料涂布机4a和后滚子4b的间隔通过，在其一面上涂布陶瓷浆料S，在此状态下沿着设定的输送路线输送，即从后滚子4b的外周面到面积重量测定部5的内部，接着再到干燥炉6的内部。
面积重量测定部5因为上侧设备5a和下侧设备5b不接触，可以同时测定涂布在承载膜3上的陶瓷浆料S的单位面积重量和承载膜3的单位面积重量。在本实施方式中，此面积重量测定部5由射线测厚计构成，更具体地说就是采用横河电机株式会社制WG21型厚度计(商品名「WEBFREX」)。
这里，单位面积重量是将与涂布的陶瓷浆料S的厚度相关的特定特性的测定值换算成等同此特性的测定值的特定的物质的单位面积重量得到的。实际上是测定与放射性射线衰减量相对应的电流值，再将该电流值换算成铝箔的单位面积重量。
这种换算方法是预先测定各种厚度的铝箔的放射性射线衰减量和单位面积重量，制成表示其放射性射线衰减量和单位面积重量的关系的检量线，然后根据此检量线，将测定的浆液状原料的放射性射线衰减量转换成单位面积重量。
射线测厚计是用X射线或者β射线等放射性射线辐射被测定物，从放射性射线透过被测定物时的衰减量求得被测定物的厚度。如果构成被测定物的主要元素是比较轻的元素时或被测定物的单位面积重量较小(500g/m2以下)时使用X射线，如果被测定物的主要元素是比较重的元素时或被测定物的单位面积重量较大(超过500g/m2、2000g/m2以下)时使用β射线。
这种射线测厚计通过扫描被测定物的一定范围，直接检测出被测定物的单位面积重量。在本实施方式中，将射线测厚计直接检测出的被测定物的单位面积重量作为面积重量测定部5的测定输出。
控制部7由微型计算机构成，在作为其存储部分的存储器13中存储表示承载膜3上陶瓷浆料S在湿的状态下的单位面积重量、陶瓷浆料的比重和陶瓷浆料经干燥后得到的陶瓷生坯薄片的厚度之间的关系的数据，以及与将由面积重量测定部5得到的测定值换算成陶瓷生坯薄片的单位面积重量的上述检量线相关的数据。这些数据都是本发明者进行各种实验而得到的，其中不单单是数值数据，还包含不同种类数据间的关系式、关联表等。
在本实施方式中控制部7获取所要的数据，即陶瓷生坯薄片的目标厚度(薄膜厚度的目标值)的数据、承载膜3上的陶瓷浆料的单位面积重量的数据和陶瓷浆料的比重的数据，根据这些数据，控制陶瓷生坯薄片的厚度。从功能上看，具有运算部7a，其作用是根据上述各种数据计算出生坯薄片厚度的估计值，并与目标值比较，还具有调节输出部7b，其作用是根据运算部7a得到的比较结果，将厚度调节的信号输出到作为厚度调节装置的浆料送出装置9。
上述控制部7的数据处理方法，特别是生坯薄片厚度的估计值的计算方法是本发明者经过各种试验得到的。
本发明者认为通过将承载膜3上的陶瓷浆料S的单位面积重量乘除适当的换算系数，就能够计算出陶瓷浆料经干燥得到的陶瓷生坯薄片的厚度，为此进行了改变各种制造条件和求得换算系数的试验。
由换算系数K2和承载膜3上的陶瓷浆料S的单位面积重量W，求得陶瓷生坯薄片的厚度t的计算公式为：
t＝(W-c)/K2 ……(1)
上述(1)式中，c是承载膜3的单位面积重量。
由求得换算系数K2的试验，得到如图3所示的结果，本发明者根据这一结果发现了陶瓷生坯薄片的厚度t和陶瓷浆料的比重G及换算系数K2之间存在若干规律。即，(1)制造较厚的陶瓷生坯薄片和制造较薄的陶瓷生坯薄片时，换算系数K2相差很大，在制造较厚的陶瓷生坯薄片时，换算系数K2比较小，而在制造较薄的陶瓷生坯薄片时，换算系数K2比较大。(2)制造相同厚度的陶瓷生坯薄片时，陶瓷浆料的比重G越大，换算系数K2就越小。
这里，本发明者使需要制造的陶瓷生坯薄片的厚度固定不变，进一步详细研究了陶瓷浆料的比重G和换算系数K2的关系。其一部分结果见图4及图5。
图4为制造厚100μm的陶瓷生坯薄片时，陶瓷浆料的比重G和换算系数K2的关系。图5为制造厚200μm的陶瓷生坯薄片时，陶瓷浆料的比重G和换算系数K2的关系。在这些图中，四方形的点或者空心的圆点是测定点，横穿这些测定点的所在位置的直线是根据测定点所求得的一次函数式。
根据图4和图5所示的结果可知，换算系数K2能够用以陶瓷浆料的比重G为自变量的一次函数式表示，而且此一次函数式的系数是根据陶瓷生坯薄片的目标厚度T确定的。
如果将图4和图5所示的结果普遍化，换算系数K2可以由下述(2)式计算出，(2)式是以陶瓷浆料的比重G为自变量的一次函数式，包含根据陶瓷生坯薄片的目标厚度T确定的修正系数h及修正基准值k。
K2＝(h×G)+k ……(2)
从以上的试验结果还可以知道，通过(2)式能够由生坯薄片的目标厚度T和陶瓷浆料的比重G计算出换算系数K2。由此换算系数K2和承载膜上的陶瓷浆料的单位面积重量W通过(1)式可求得生坯薄片的厚度t。
在上述结构中，贮存在浆料箱2中的陶瓷浆料S由设置在供给线路8上的浆料送出装置9供给浆料箱4a。承载膜3从浆料箱4a的开口部和后滚子4b之间通过，在承载膜3的一面上涂布陶瓷浆料S。
承载膜3上的陶瓷浆料S经干燥炉6干燥，形成以承载膜3为衬底的陶瓷生坯薄片。在本发明中，承载膜3上的陶瓷浆料S的单位面积重量由设置在干燥炉6前的面积重量测定部5在湿的状态下测定，其测定值输入到控制部7。
在控制部7，除承载膜3上的陶瓷浆料S的单位面积重量的数据外，还有从比重测定器10输入陶瓷浆料的比重G的数据及预先输入的生坯薄片的目标厚度T的数据。
控制部7从其存储器13中调出含根据生坯薄片的目标厚度T确定的修正系数h和修正基准值k的(2)式，将陶瓷浆料的比重G代入(2)式，计算出换算系数K2，再通过(1)式由换算系数K2和承载膜3上的陶瓷浆料的单位面积重量的数据计算出生坯薄片的厚度(预计值)t。
计算出生坯薄片的厚度(预计值)t前的参数列举于表1。
表1
| T | t | W | c | K2 |
| 目标厚度 | 薄膜厚度 | WET(湿)测定数据 | 承载膜厚度 | 换算系数 |
| (μm) | (μm) | (g/m2) | (g/m2) | (g/m2/μm) |
| 100 | 100 | 758.0 | 50.0 | 7.08 |
| 105 | 793.4 | 50.0 | 7.08 | |
| 100 | 772.0 | 50.0 | 7.22 | |
| 105 | 808.1 | 50.0 | 7.22 | |
| 200 | 200 | 1326.0 | 50.0 | 6.38 |
| 205 | 1357.9 | 50.0 | 6.38 | |
| 200 | 1346.0 | 50.0 | 6.48 | |
| 205 | 1378.4 | 50.0 | 6.48 |
| T | t | K2 | h | G | K | |
| 目标厚度 | 薄膜厚度 | 换算系数 | 修正系数 | 浆料比重数据 | 修正基准值 | |
| (μm) | (μm) | (g/m2/μm) | ||||
| 100 | 100 | 7.08 | -0.7733 | 3.18 | 9.5402 | |
| 105 | 7.08 | -0.7733 | 3.18 | 9.5402 | ||
| 100 | 7.22 | -0.7733 | 3.00 | 9.5402 | ||
| 105 | 7.22 | -0.7733 | 3.00 | 9.5402 | ||
| 200 | 200 | 6.38 | -0.5273 | 3.18 | 8.0639 | |
| 205 | 6.38 | -0.5273 | 3.18 | 8.0639 | ||
| 200 | 6.48 | -0.5273 | 3.00 | 8.0639 | ||
| 205 | 6.48 | -0.5273 | 3.00 | 8.0639 |
接着，比较薄膜厚度的目标值T和预计值t，根据其比较结果，增减浆料送出装置9的浆料送出量，浆料送出装置9为浆料泵时，将薄膜厚度的目标值T和预计值t之比(T/t)乘以浆料泵当前的转数R1，求得新的转数R2，这样就可以通过改变浆料泵的转数等来增减陶瓷浆料的送出量，从而将陶瓷生坯薄片的厚度控制在所需的厚度上。
这时，作为薄膜厚度预计值t的依据的承载膜3上的陶瓷浆料的重量在浆料干燥前测定，这与浆料经干燥形成生坯薄片后再测定厚度相比，反馈上的时间延迟小，相应地就能够有效地控制厚度。
还有，获取作为厚度控制依据的数据的部分(面积重量测定部5)和接受数据反馈的部分(涂布部4)位置接近，因此就可以减少其间不能控制厚度而浪费掉的材料。
而且，在计算薄膜厚度的预计值t时，由于综合考虑了可能会影响薄膜厚度的全部要素，因此薄膜厚度的预计值非常接近经干燥得到的薄膜的实际厚度，从而可以依据此薄膜厚度的预计值准确地控制厚度。
在上述实施方式中，用(2)式和陶瓷浆料的比重G通过运算求得换算系数K2，但也可以预先对应生坯薄片的各种目标厚度，编制如表2所示的陶瓷浆料的比重G和换算系数K2的对照表，对照此表求得换算系数K2。
表2 换算系数K2的确定表(t＝100μm)
| G | K2 |
| 浆料比重 | 换算系数 |
| 3.255～3.278 | 7 |
| 3.232～3.254 | 7.02 |
| 3.209～3.231 | 7.04 |
| 3.186～3.208 | 7.06 |
| 3.163～3.185 | 7.08 |
| 3.140～3.162 | 7.1 |
| 3.116～3.139 | 7.12 |
| 3.093～3.115 | 7.14 |
| 3.070～3.092 | 7.16 |
| 3.047～3.069 | 7.18 |
| 3.024～3.046 | 7.2 |
| 3.001～3.023 | 7.22 |
| 2.978～3.000 | 7.24 |
陶瓷浆料的比重除了由设置在浆料供给线路8上的比重测定器10即时测定，并将此测定数据输出到控制部7外，因为陶瓷浆料的比重变化不大，因此在新投入陶瓷浆料时，可以用其他测定手段测定比重，并将此数据预先输出到控制部7。
在上述实施方式中，浆料送出装置9可以是厚度调节装置，它根据从控制部发出的指令增减承载膜3上的陶瓷浆料的涂布量。如果涂布装置4依靠调节器4c的驱动改变承载膜3上的陶瓷浆料的涂布量时，则此涂布装置4也可以作为厚度调节装置。
本发明根据与承载膜上的浆液状原料的厚度相关的特定的特性和浆液状原料的比重，算出薄膜厚度的预计值，再依据此预计值增减承载膜上的浆液状原料的涂布量，由此来控制薄膜的厚度。由于是在浆液状原料干燥形成薄膜前测定其单位面积重量，并反馈信息，所以反馈上的时间延迟较少，相应地就能够准确地控制厚度。
而且，在计算薄膜厚度的预计值时，由于综合考虑了可能会影响薄膜厚度的全部要素，因此薄膜厚度的预计值非常接近经干燥得到的薄膜的实际厚度，从而可以依据此薄膜厚度的预计值准确地控制厚度。
Claims (6)
1.薄膜制造装置，其特征在于，具有涂布部，其作用是在沿设定路线传送的承载膜上涂布形成薄膜的浆液状原料；厚度调节装置，其作用是调节上述承载膜上的上述浆液状原料的涂布厚度；干燥部，其作用是干燥上述承载膜上的浆液状原料形成薄膜；特性测定部，其作用是在上述干燥部干燥前的湿的状态下测定与上述承载膜上的浆液状原料的厚度相关的特定的特性；存储部，其作用是存储表示上述承载膜上的浆液状原料的上述特性的测定值、浆液状原料的比重及浆液状原料经干燥后得到的薄膜的厚度的关系的数据；运算部，其作用是根据上述存储部存储的数据，由薄膜的目标厚度、上述特性测定部测定的浆液状原料的上述特性的测定值和浆液状原料的比重计算出上述薄膜厚度的预计值，并与薄膜厚度的目标值相比较；调节输出部，其作用是根据上述运算部得到的比较结果，将厚度调节信号输出至上述厚度调节装置。
2.如权利要求项1所述的薄膜制造装置，其特征还在于，上述特性测定部由射线测厚计构成，上述特性是沿上述浆液状原料的厚度方向对上述浆液状原料辐射放射性射线时检测出的放射性射线衰减量。
3.如权利要求项1或2所述的薄膜制造装置，其特征还在于，上述厚度调节装置是将浆液状原料输送至上述涂布部的浆料送出装置。
4.如权利要求项1或2所述的薄膜制造装置，其特征还在于，上述涂布部由浆料涂布机和与之对置并可调节间距的后滚子构成，该涂布部可以兼作上述厚度调节装置。
5.如权利要求项1所述的薄膜制造装置，其特征还在于，在浆液状原料的存储部或其供给线路上设置浆液状原料的比重测定器。
6.如权利要求项1所述的薄膜制造装置，其特征还在于，承载膜上的浆液状原料经干燥后得到的薄膜厚度的预计值t，由单位面积重量W和单位面积重量c通过含换算系数K2的下述(1)式：
t＝(W-c)/K2 ……(1)
求得，单位面积重量W是将承载膜上的干燥前的浆液状原料的上述特性的测定值换算成等同上述特性的测定值的特定物质的单位面积重量而得到的，单位面积重量c是用与上述承载膜上的浆液状原料相同的方法测定的承载膜的上述特性的测定值换算成等同上述特性的测定值的上述物质的单位面积重量而得到的，上述换算系数K2由下述(2)式：
K2＝(h×G)+k ……(2)
和浆液状原料的比重G计算出，(2)式含有根据陶瓷生坯薄片的目标厚度T确定的修正系数h及修正基准值k。
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