JP2017094286A - 塗布ユニット、塗布装置、被塗布対象物の製造方法および基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布材料を長時間安定して塗布することが可能な塗布ユニット、それを用いた塗布装置、被塗布対象物の製造方法および基板の製造方法を提供する。【解決手段】塗布ユニット４は、塗布材料を収納する塗布材料容器２１と、塗布材料容器２１内に収容された塗布材料を塗布対象面に塗布するための塗布針２４とを備える。塗布材料容器２１の底部分に第１の孔２２が開口され、塗布材料容器２１の上蓋部分２９に第２の孔２７が開口される。塗布針２４は、第１の孔２２および第２の孔２７を通る直線に沿って移動可能に設けられる。空気を通すために塗布材料容器２１の一部に第３の孔８０が開口されている。【選択図】図４

Description

本発明は、液体状の塗布材料を塗布する塗布ユニットおよびそれを用いた塗布装置に関し、より特定的には、塗布針を用いて被塗布物に塗布材料を塗布して、導電性のパターン描画または導電性パターンのオープン欠陥を修正するための塗布ユニットおよびそれを用いた塗布装置に関する。さらに、本発明は、そのような塗布ユニットまたは塗布装置を用いた被塗布対象物の製造方法、および基板の製造方法に関する。

近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどの微細な回路を印刷（以下、塗布とも称する。）方式で描画して形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が急速に発展してきている。微細な回路のパターンや電極パターンを形成する方式としては、印刷方式、インクジェット方式などが一般的であるが、塗布針を用いた方式も、広範囲の粘度の材料を用いて微細な塗布が可能な点で、注目されている。

塗布針を用いて塗布材料の微細な塗布を行なう方法については、たとえば特許第４８０２０２７号（特許文献１）に開示されている塗布ユニットを用いる方法が提案されている。

このような塗布ユニットは、微細パターンの欠陥を修正することを目的とするもので、広範囲な粘度の塗布材料を用いて微細な塗布を行なうことが可能である。塗布動作の際、塗布材料を保持する塗布材料容器の底部に形成された貫通孔から、１本の塗布針を突出させる。塗布針は、先端に付着している塗布材料を塗布対象物（以下、被塗布物と称する。）に接触させて転写塗布（以下、塗布と称する。）を行なう。

特許第４８０２０２７号公報

しかしながら、塗布動作を繰り返すことによって、以下のような問題が生じる。
図６および図７は、塗布動作を繰り返す場合の塗布ユニットの状態の例を表わす図である。図６は、繰返し回数が少ないため、塗布ユニットが正常に動作する場合を示し、図７は、繰り返し回数が多いため、塗布ユニットの動作に異常が生じる場合を示す。

図６（ａ）は、塗布待機状態を表わす図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から遷移後の塗布針突出状態を表わす図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態から遷移後の塗布待機状態を表わす図である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、塗布材料容器１２１には、塗布材料１００が収納されている。

塗布材料容器１２１の底部分２８に第１の孔２２が開口され、上蓋部分１２９に第２の孔２７が開口されている。塗布針２４は、第１の孔２２および第２の孔２７を通る直線に沿って移動可能に設けられている。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、正常に動作する場合には、後述するような塗布材料溜まりが発生しない。

図７（ａ）は、塗布待機状態を表わす図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態から遷移後の塗布針突出状態を表わす図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態から遷移後の塗布待機状態を表わす図である。

図７（ｃ）に示すように、第１の孔２２に塗布材料溜まり（（２）に示す）が発生している。これにより、塗布針２４の先端２３に付着する塗布材料１００の量が変化するので、塗布対象部に塗布される塗布材料１００の量がばらつくという問題が生じる。このような塗布材料溜まりが発生する原因は、以下である。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数回塗布動作を繰り返す間に、（１）に示すように、塗布材料１００が塗布針２４の上部に付着するとともに、塗布針２４の上部と第２の孔２７の壁との隙間にも付着することによって、塗布材料容器２１の上蓋部分１２９が密閉される。そのため、塗布時に塗布針２４の大径軸が塗布材料容器１２１内に挿入される時に、塗布材料容器１２１内の空気が加圧され、塗布材料容器１２１の第１の孔２２に塗布材料が押し出されてしまうことによって、塗布材料溜まりが発生する。この問題は、塗布材料１００が、金属粉を含んだ導電性の高粘度材料の場合に特に顕著となる。

ＲＦＩＤタグなどの微細な回路を描画するためには、高粘度の金属材料を長時間安定して塗布できることが必要であるが、上述のように、従来方式では、その構成上、高粘度の金属導電材料を長時間安定して塗布することが難しかった。

本発明の主たる目的は、上記従来の課題を鑑み、塗布材料を長時間安定して塗布することが可能な塗布ユニットおよびそれを用いた塗布装置を提供することである。

本発明の塗布ユニットは、塗布材料を収納する容器と、容器内に収容された塗布材料を塗布対象面に塗布するための塗布針とを備える。容器の底部分に第１の孔が開口され、容器の上蓋部分に第２の孔が開口される。塗布針は、第１および第２の孔を通る直線に沿って移動可能に設けられる。空気を通すために容器の一部に第３の孔が開口されている。

好ましくは、上蓋部分に第３の孔が開口されている。
本発明の塗布装置は、上記塗布ユニットを用いて、塗布対象面に塗布材料を塗布する。

本発明の被塗布対象物の製造方法は、上記塗布ユニット、および上記塗布装置のうちのいずれかを用いる。

本発明の基板の製造方法は、上記塗布装置によって、基板の塗布対象面に塗布材料である導電性の材料を塗布することによって基板の回路パターンを描画する工程を含む。

本発明によれば、塗布材料を長時間安定して塗布することが可能となる。

本発明の実施の形態に従った塗布装置の模式的な斜視図である。 （Ａ）は、塗布ユニットの正面図である。（Ｂ）は、塗布ユニットの側面図である。 カム面を含むフランジ部を側面から見た展開図である。 図１に示した塗布ユニットに含まれる塗布材料容器および塗布針を表わす図である。 図４（Ａ）に示す領域３５０の部分を拡大した図である。 塗布動作の繰り返し回数が少ない場合の塗布ユニットの状態の例を表わす図である。 塗布動作の繰り返し回数が多い場合の塗布ユニットの状態の例を表わす図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［塗布装置全体の構成］
図１は、本発明の実施の形態に従った塗布装置２００の模式的な斜視図である。図１を参照して、本発明の実施の形態の塗布装置２００は、床面に配置された基台１２と、Ｘ軸テーブル１と、Ｙ軸テーブル２と、Ｚ軸テーブル３と、塗布ユニット４と、観察光学系６と、観察光学系６に接続されたＣＣＤカメラ７と、制御部１１とを含む。

基台１２の上面には、図１中のＹ軸方向に移動可能に構成されたＹ軸テーブル２が設置されている。具体的には、Ｙ軸テーブル２の下面にガイド部が設置されており、基台１２の上面に設置されたガイドレールに沿って摺動可能に接続されている。また、Ｙ軸テーブル２の下面には、ボールねじが接続されている。ボールねじをモータなどの駆動部材により動作させることにより、Ｙ軸テーブル２はガイドレールに沿って（Ｙ軸方向に）移動可能になっている。また、Ｙ軸テーブル２の上面部は、被塗布物である基板５を搭載する搭載面となっている。

基台１２上には、Ｘ軸方向にＹ軸テーブル２のガイドレールを跨ぐように設置された門型の構造体が設けられている。この構造体上には、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル１が搭載されている。Ｘ軸テーブル１は、たとえばボールねじを用いてＸ軸方向に移動可能である。

Ｘ軸テーブル１の移動体には、Ｚ軸テーブル３が搭載されており、このＺ軸テーブル３に塗布ユニット４および観察光学系６が搭載されている。塗布ユニット４および観察光学系６は、Ｚ軸テーブル３とともにＸ方向へ移動可能である。塗布ユニット４は、塗布ユニット４に設けられた塗布針を用いて、基板５の被塗布面（上面側）に塗布材料を塗布するために設けられる。観察光学系６は、塗布対象の基板５の塗布位置を観察するために設けられる。観察光学系６のＣＣＤカメラ７は、観察した画像を電気信号に変換する。Ｚ軸テーブル３は、これらの塗布ユニット４および観察光学系６をＺ軸方向に移動可能に支持している。

制御部１１は、操作パネル８、モニタ９、および制御用コンピュータ１０を備える。制御部１１は、Ｘ軸テーブル１、Ｙ軸テーブル２、Ｚ軸テーブル３、塗布ユニット４および観察光学系６を制御する。操作パネル８は、制御用コンピュータ１０への指令を入力するために用いられる。モニタ９は、観察光学系６のＣＣＤカメラ７で変換された画像データ、および制御用コンピュータ１０からの出力データを表示する。

基板５に回路パターンを初めから形成する場合、または基板５に形成されている回路パターンの欠陥部分を修正する場合は、塗布対象の基板５の描画する位置を観察光学系６の直下までＸ軸テーブル１およびＹ軸テーブル２で移動させ、観察光学系６で描画開始位置を観察および確認し、描画開始位置を決定する。そして、決定した描画開始位置を基準に回路パターンを描画する。描画開始位置から、順次、描画位置が塗布ユニット４の直下にくるようにＸ軸テーブル１およびＹ軸テーブル２で基板５を移動させる。移動が完了した時点で、塗布ユニット４を駆動して塗布を行なう。これを連続して繰り返すことで、回路パターンを描画することができる。

塗布針２４の下降端位置と観察光学系６のフォーカス位置の関係は予め記憶されており、描画時には、観察光学系６で画像のフォーカスを合わせた位置をＺ軸方向基準に、塗布針２４が基板５に接触する高さまで、Ｚ軸テーブルでＺ軸方向位置を移動させてから塗布を行なう。描画する回路パターンの面積が広く、描画途中での塗布対象の基板５の基板面高さの変化が大きい場合は、必要に応じて途中でフォーカス位置を確認し、Ｚ軸方向の位置を修正してから塗布を行なう。この時のフォーカス位置の調整は、画像処理を用いて自動でフォーカスする方法でも良いし、レーザセンサ等を用いて、常に塗布対象の基板５の表面の高さ位置を検出し、リアルタイムで補正を掛ける方法でも良い。

上述のような基板５に回路パターンを描画する方法によって基板の回路パターンを初めから形成する工程を含む基板の製造方法によって、パターンが形成された基板を得ることができる。

また、上述のような基板５に回路パターンを描画する方法によって、印刷方式またはインクジェット方式などの他の方法で既に形成されている基板の回路パターンの欠陥を修正する工程を含む基板の製造方法によって、パターンに欠陥のない基板を得ることができる。

（塗布ユニットの構成）
上述した塗布ユニット４に関して、図２および図３を参照してより詳しく説明する。図１に示したＺ軸テーブル３に固定された塗布ユニット４は、サーボモータ４１と、カム４３と、軸受４４と、カム連結板４５と、可動部４６と、塗布針ホルダ２０と、当該塗布針ホルダ２０に保持された塗布針２４と、塗布材料容器２１とを主に含んでいる。サーボモータ４１は、図１に示したＺ軸方向に沿った方向に回転軸が延びるように設置されている。サーボモータ４１の回転軸にはカム４３が接続されている。カム４３は、サーボモータ４１の回転軸を中心として回転可能になっている。

カム４３は、サーボモータ４１の回転軸に接続された中心部と、当該中心部の一方端部に接続されたフランジ部とを含む。図３（Ａ）に示すように、フランジ部の上部表面（サーボモータ４１側の表面）はカム面６１となっている。このカム面６１は、中心部の外周に沿って円環状に形成されているとともに、フランジ部の底面からの距離が変動するようにスロープ状に形成されている。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、カム面６１はフランジ部の底面からの距離が最も大きくなっている上端フラット領域６２と、この上端フラット領域６２から間隔を隔てて配置され、フランジ部の底面からの距離が最も小さい下端フラット領域６３と、上端フラット領域６２と下端フラット領域６３との間を接続するスロープ部とを含む。ここで、図３（Ｂ）は、中心部を囲むように環状に配置されたカム面６１を含むフランジ部を側面から見た展開図である。

このカム４３のカム面６１に接するように軸受４４が配置されている。軸受４４は、図２（Ａ）に示すようにカム４３から見て特定の方向（サーボモータ４１の右側）に配置されており、サーボモータ４１の回転軸が回転することでカム４３が回転したとき、カム面６１に接触した状態を保つ。この軸受４４にカム連結板４５が接続されている。カム連結板４５において、軸受４４と接続された一方端部と反対側の他方端部は可動部４６に固定されている。可動部４６には、塗布針ホルダ固定部４７および塗布針ホルダ収納部４８が接続されている。この塗布針ホルダ収納部４８に塗布針ホルダ２０が収納されている。

塗布針ホルダ２０は塗布針２４を含む。塗布針２４は、塗布針ホルダ２０の下面（サーボモータ４１が位置する側と反対側である下側）において塗布針ホルダ２０から突出するように配置されている。塗布針ホルダ２０下には塗布材料容器２１が配置されている。塗布材料容器２１に塗布針２４は挿入された状態で保持されている。

可動部４６には固定ピン５２が設置されている。また、サーボモータ４１を保持している架台には他方の固定ピン５１が設置されている。この固定ピン５１、５２の間を繋ぐようにバネ５０が設置されている。このバネ５０により、可動部４６は塗布材料容器２１側に向けた引張り力を受けた状態になっている。また、このバネ５０による引張り力は、可動部４６およびカム連結板４５を介して軸受４４に作用する。このバネ５０の引張り力によって、軸受４４はカム４３のカム面６１に押圧された状態を維持している。

また、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８は、上記架台に設置されたリニアガイド４９に接続されている。リニアガイド４９は、Ｚ軸方向に延びるように配置されている。そのため、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８はＺ軸方向に沿って移動可能になっている。

［塗布材料容器および塗布針］
図４は、図１に示した塗布ユニット４に含まれる塗布材料容器２１および塗布針２４を表わす図である。図４（Ａ）は、塗布針２４が上昇した塗布待機状態を表わし、図４（Ｂ）は、塗布針２４が下降した塗布状態を表わしている。図５は、図４（Ａ）に示す領域３５０の部分を拡大した図である。

塗布材料容器２１には、パターンの描画を行なう際に用いる塗布材料１００が収納されている。この塗布材料１００は、高粘度の金属導電材料などである。塗布材料容器２１の底部分２８に第１の孔２２が開口され、上蓋部分２９に第２の孔２７が開口されている。さらに、本実施の形態では、従来方式における塗布材料溜りの発生を防止するために、蓋部分２９に第３の孔８０が開口されている。第３の孔８０を通って、塗布材料容器２１と外部との間で空気が出入りすることが可能である。

塗布針２４は、第１の孔２２および第２の孔２７を通る直線に沿って移動可能に設けられている。後述の塗布ユニット４の直動機構によって、塗布針２４の先端２３を上，下方向に往復移動させることができる。

第１の孔２２は、塗布針２４を貫通させて下方へ向けて先端２３を突出させることができる大きさで、かつ、塗布材料容器２１に保持された塗布材料が垂れ落ちない大きさに設定されている。第２の孔２７は、塗布針２４を上下方向に往復移動させることができる大きさである。つまり、塗布針２４が上下方向に移動可能となるために、第２の孔２７の壁と塗布針２４の間に微小な隙間が形成されている。

上下方向に往復移動可能な塗布針２４が下向きに移動すると、塗布針２４は、先端２３の表面に塗布材料を付着させた状態で、第１の孔２２から被塗布物に向けて突出される。

図４（Ａ）を参照して、塗布針２４は、その移動が可能な範囲の上端位置に移動している。このとき、塗布針２４の先端２３は、塗布材料容器２１内に収納されている塗布材料１００内に浸されている。

図４（Ｂ）には、塗布針２４が下降し基板５の被塗布面に塗布針２４の先端２３が接触し、塗布材料１００が塗布されている状態が示されている。

図４（Ｂ）を参照して、塗布針２４が下端位置に移動すると、先端２３は、塗布材料容器２１の底部に形成された第１の孔２２を貫通して塗布材料容器２１の底面から下向きに突出される。

複数回塗布動作を繰り返す間に、背景技術で説明したときと同様に、（１）に示すように、塗布材料が塗布針２４の上部に付着するとともに、塗布針２４の上部と第２の孔２７の壁との隙間にも付着することによって、塗布材料容器２１の上蓋部分２９が密閉される。しかしながら、塗布針２４の大径軸が塗布材料容器２１内に挿入される時に、第３の孔８０を通って空気が排出されるので、塗布材料容器２１内の空気が加圧されず、塗布材料容器２１の第１の孔２２に塗布材料１００が押し出されてしまうことがない。それゆえ、本実施の形態では、塗布材料溜まりが発生することがない。

［塗布ユニットの動作］
次に、上述した塗布ユニット４の動作について説明する。上述した塗布ユニット４においては、サーボモータ４１を駆動することによりサーボモータ４１の回転軸を回転させてカム４３を回転させる。この結果、カム４３のカム面６１は、Ｚ軸方向における高さが変化するため、図２（Ａ）におけるカム４３の右側においてカム面６１に接触している軸受４４のＺ軸方向における位置もサーボモータ４１の駆動軸の回転に応じて変動する。そして、この軸受４４のＺ軸方向での位置変動に応じて、可動部４６、塗布針ホルダ固定部４７、塗布針ホルダ収納部４８がＺ軸方向に移動する。この結果、塗布針ホルダ収納部４８に保持されている塗布針ホルダ２０もＺ軸方向に移動するので、当該塗布針ホルダ２０に設置されている塗布針２４のＺ軸方向における位置を変化させることができる。

具体的には、図２および図３を参照して、軸受４４がカム４３のカム面６１における上端フラット領域６２に接している場合には、図４（Ａ）に示すように塗布針２４はその上端位置（サーボモータ４１に最も近い位置）に配置されることになる。このとき、塗布針２４の先端部は、塗布材料容器２１内に保持されている塗布材料１００内に浸漬された状態になっている。

次に、サーボモータ４１が回転軸を回転させることにより、カム４３が回転し、軸受４４がカム面６１の下端フラット領域６３が軸受４４に接する位置に来た場合には、図４（Ｂ）に示すように塗布針２４は塗布材料容器２１の底部に形成された第１の孔２２を通り、塗布材料容器２１の底面から下向きに突出した状態になる。このとき、塗布材料容器２１の底面から突出した塗布針２４の表面には塗布材料１００の一部が付着した状態となっている。そして、Ｚ軸テーブル３（図１参照）が塗布ユニット４を基板５側に移動させることにより、基板５の表面に塗布針２４の先端部が接触して、塗布材料１００を基板５の表面に塗布することができる。なお、Ｚ軸テーブル３の移動を先に行なってからサーボモータ４１を駆動させてもよいし、Ｚ軸テーブル３とサーボモータ４１との動作をほぼ同時に実施してもよい。

このように上記塗布ユニット４では、サーボモータ４１の回転運動を塗布針２４のＺ軸方向における運動（上下運動）に変換することができる。このような構成とすることにより、塗布針２４を迅速かつ正確にＺ軸方向において移動させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、高粘度の金属導電材料などの塗布材料を、長時間安定して塗布することが可能となる。

なお、上記塗布装置の構成は一例であり、塗布対象基板の塗布対象面の任意の位置に塗布ができる構成であれば良く、上記構成に限定されるものではない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、導電性のパターン描画や、導電性パターンのオープン欠陥の修正、さらにはＲＦＩＤタグなどの微細な回路パターンの形成や欠陥修正、導電性接着剤の塗布などを実施するための塗布ユニット、塗布装置、被塗布対象物の製造方法、および基板の製造方法などに特に有利に適用される。

４ 塗布ユニット、５ 基板、６ 観察光学系、７ カメラ、８ 操作パネル、９ モニタ、１０ 制御用コンピュータ、１１ 制御部、１２ 基台、２１，１２１ 塗布材料容器、２２ 第１の孔、２３ 先端、２４ 塗布針、２７ 第２の孔、２８，１２８ 底部分、２９，１２９ 上蓋部分、４１ サーボモータ、４３ カム、４４ 軸受、４５ カム連結板、４６ 可動部、４７ 塗布針ホルダ固定部、４８ 塗布針ホルダ収納部、４９ リニアガイド、５０ バネ、５１，５２ 固定ピン、６１ カム面、６２ 上端フラット領域、６３ 下端フラット領域、８０ 第３の孔、１００ 塗布材料、２００ 塗布装置。

Claims (5)

1. 塗布材料を収納する容器と、
   前記容器内に収容された前記塗布材料を塗布対象面に塗布するための塗布針とを備え、
   前記容器の底部分に第１の孔が開口され、前記容器の上蓋部分に第２の孔が開口され、前記塗布針は、前記第１および第２の孔を通る直線に沿って移動可能に設けられ、空気を通すために前記容器の一部に第３の孔が開口されている、塗布ユニット。
2. 前記上蓋部分に前記第３の孔が開口されている、請求項１記載の塗布ユニット。
3. 請求項１または２に記載の塗布ユニットを用いて、前記塗布対象面に前記塗布材料を塗布する、塗布装置。
4. 請求項１に記載の塗布ユニット、請求項２に記載の塗布ユニット、および請求項３に記載の塗布装置のうちのいずれかを用いた被塗布対象物の製造方法。
5. 請求項３に記載の塗布装置によって、基板の前記塗布対象面に前記塗布材料である導電性の材料を塗布することによって前記基板の回路パターンを描画する工程を含む、基板の製造方法。

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