JP2017131826A - 塗布機構、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】塗布材料容器の取り付け時に取り付け穴に対して、塗布針軸が偏るのを防止することができる塗布機構、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】
塗布材料容器は、固定部２１ｂと容器部２１ａとを有する。固定部２１ｂは、塗布機構に含まれる固定部材６９に固定されることが可能なように構成される。容器部２１ａには、塗布針２４が貫通する穴７１，７２が上下に設けられる。容器部２１ａの側面は第１の鍔８０を有する。第１の鍔８０の下面が固定部２１ｂの上面と接触する。容器部２１ａの側面における第１の鍔８０より下の部分と、固定部２１ｂの側面との間に隙間が設けられ、容器部２１ａは、隙間の範囲で水平に移動可能である。
【選択図】図８

Description

本発明は、塗布機構、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に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの微小な電子部品の実装工程で、接着剤の液滴を塗布針を用いて塗布するための塗布機構、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に関する。

ＬＥＤまたはＭＥＭＳの実装工程では、パッケージングのために微細に接着剤を塗布する工程がある。微細な塗布を行う方式としては、ディスペンサ方式、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、その選択肢の一つである。

塗布針を用いて微細な塗布を行う方法については、特許文献１に記載のような塗布機構を用いて行う方法がある。この塗布機構は、微細パターンの欠陥修正を目的とするもので、広範囲な粘度の材料を用いて微細な塗布を行うことが可能である。一方、近年の電子部品の微細化に伴い、より微量で安定した塗布量を要求される用途が増えてきている。例えば、数ｎリットル±１ｎリットル程度の精度での安定した塗布の要求がある。

特許第４８０２０２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、このような要求に確実に応えることができない場合がある。

なぜなら、特許文献１に記載の装置では、塗布材料容器を塗布材料容器上穴と塗布針軸を案内にして位置決めし、マグネットで固定しているため、塗布材料容器の取り付け時に取り付け穴と塗布針軸の隙間分偏る可能性があるからである。これにより、若干塗布量が変化し、上述の要求を満たすことができなくなってきたり、あるいは上述の要求を満たすものの余裕が無くなってきている。

それゆえに、本発明の目的は、塗布材料容器の取り付け時に取り付け穴に対して、塗布針軸が偏るのを防止することができる塗布機構、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ことである。

上記課題を解決するために、本発明の塗布機構は、塗布針と、塗布材料を収納保持する塗布材料容器とを備える。塗布材料容器は、固定部と容器部とを有する。固定部は、塗布機構に含まれる固定部材に固定されることが可能なように構成される。容器部には、塗布針が貫通する穴が上下に設けられる、容器部の側面は第１の鍔を有する。第１の鍔の下面が固定部の上面と接触する。容器部の側面における第１の鍔より下の部分と、固定部の側面との間に隙間が設けられる。容器部は、隙間の範囲で水平に移動可能である。

好ましくは、容器部の側面は、第１の鍔よりも下方に第２の鍔を有する。第２の鍔の上面が固定部の下面と接触することによって、固定部が、第１の鍔と第２の鍔とによって固挟み込まれるように構成される。

本発明の塗布装置は、上述の塗布機構を搭載する。
本発明の被塗布対象物の製造方法は、上記塗布機構、または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、上記の塗布装置によって、基板の塗布対象面に塗布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、塗布材料容器の取り付け時に取り付け穴に対して、塗布針軸が偏るのを防止することができる。

塗布装置の模式的な斜視図である。 （Ａ）は、塗布機構の正面図である。（Ｂ）は、塗布機構の側面図である。 カム面を含むフランジ部を側面から見た展開図である。 従来の塗布材料容器が部材への取り付けられたときの側面から見たときの断面図である。 従来の塗布材料容器を用いた場合に、塗布針が正しい位置に設置された場合の例を表わす図である。 従来の塗布材料容器を用いた場合に、塗布針がずれた位置に設置された例を表わす図である。 従来の塗布材料容器を用いた場合に、塗布針がずれた位置に設置された別の例を表わす図である。 （Ａ）は、第１の実施形態の塗布材料容器が部材へ取り付けられたときの側面から見た断面図である。（Ｂ）は、塗布材料容器を下から見た図である。 第１の実施形態の塗布材料容器を用いた場合に、塗布針がずれた位置に設置された例を表わす図である。 図９に示す状態から容器部を右側に移動させた状態を表わす図である。 （Ａ）は、第２の実施形態の塗布材料容器が部材へ取り付けられたときの側面から見た断面図である。（Ｂ）は、塗布材料容器を下から見た図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
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、本発明の第１の実施形態の塗布装置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、塗布機構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、被塗布対象物である基板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に塗布機構４および観察光学系６が搭載されている。塗布機構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。塗布機構４は、塗布機構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、これらの塗布機構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、塗布機構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、描画位置が塗布機構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、塗布機構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。

（塗布機構の構成）
上述した塗布機構４に関して、図２および図４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に固定された塗布機構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２１は、部材６９に固定される。
［従来の塗布材料容器］
図４は、従来の塗布材料容器２１が部材６９への取り付けられたときの側面から見たときの断面図である。

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が収納されている。この塗布材料は、高粘度の金属導電材料などである。塗布材料容器２１の底部分に下孔７２が開口され、上蓋部分２９に上孔７１が開口されている。

塗布針２４は、下孔７２および上孔７１を通る直線に沿って移動可能に設けられている。塗布機構４の直動機構によって、塗布針２４を上，下方向に往復移動させることができる。

下孔７２は、塗布針２４を貫通させて下方へ向けて塗布針２４の先端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。上孔７１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、上孔７１の壁と塗布針２４の間に微小な隙間７３ａ，７３ｂ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の先端の表面に塗布材料を付着させた状態で、下孔７２から被塗布対象物に向けて突出される。

塗布材料容器２１の固定ピン９３を部材６９のマグネット９２に接着させることによって、塗布材料容器２１が固定される。接着位置がずれたり、塗布材料容器２１の大きさにばらつきがあると、塗布針２４が正しい位置に設置されないことがある。

図５は、従来の塗布材料容器２１を用いた場合に、塗布針２４が正しい位置に設置された場合の例を表わす図である。図５の例では、塗布針２４を下方向に移動させることによって、塗布針２４の先端を下孔７２から突出させることができる。

図６は、従来の塗布材料容器２１を用いた場合に、塗布針２４がずれた位置に設置された例を表わす図である。図６の例では、塗布針２４の位置がずれたため、塗布針２４の先端が下孔７２から偏った状態で突出する。この偏りにより塗布量が変化する。

図７は、従来の塗布材料容器２１を用いた場合に、塗布針２４がずれた位置に設置された別の例を表わす図である。図７の例では、塗布針２４が右側にずれたため、上孔７１の壁と塗布針２４との左側の隙間７３ａが広がり、上孔７１の壁と右側には隙間がなくなっている。その結果、上孔７１の壁と塗布針２４の接触部分に力が働くため、偏荷重が発生する。

［第１の実施形態の塗布材料容器］
図８（Ａ）は、第１の実施形態の塗布材料容器２１が部材６９へ取り付けられたときの側面から見た断面図である。図８（Ｂ）は、塗布材料容器２１を下から見た図である。

図８（Ａ）、（Ｂ）に示す第１の実施形態の塗布材料容器２１が、図４の従来の塗布材料容器２１と相違する点は、第１の実施形態の塗布材料容器２１が、固定部２１ｂと容器部２１ａとに分割されることである。

固定部２１ｂは、固定ピン９３を有する。固定ピン９３を部材６９のマグネット９２に接着させることによって、固定部２１ｂが固定される。

容器部２１ａの側面に鍔８０が設けられる。固定部２１ｂの上面は、鍔８０の下面と接触して、鍔８０を支持する。容器部２１ａの側面の鍔８０より下の部分と、固定部２１ｂの側面との間に隙間７４ａ，７４ｂが設けられる。

固定部２１ｂに容器部２１ａが隙間７４ａ，７４ｂをもって挿入されることができる。固定部２１ｂの固定ピン９３を部材６９のマグネット９２に接着させた後でも、容器部２１ａは、隙間７４ａ，７４ｂの範囲で左右に移動することができるので、容器２１ａの上穴７１と塗布針２４の隙間７３ａ、７３ｂを小さくしても塗布針２４に対して容器２１ａを正しい位置に設置しやすくできる。

図９は、第１の実施形態の塗布材料容器２１を用いた場合に、塗布針２４がずれた位置に設置された例を表わす図である。

図９に示すように、塗布針２４が左側にずれた位置に設置されているので、塗布針２４の先端が下孔７２から偏った位置から突出する。

図１０は、図９に示す状態から容器部２１ａを右側に移動させた状態を表わす図である。

容器部２１ａを右側に移動させることによって、左側の隙間７４ａが広がり、右側の隙間７４ｂが狭くなる。塗布針２４に沿って容器部２１ａを右側に移動させることによって調芯が行われ、塗布針２４と上穴７１の間に偏荷重が発生することも無く、塗布針２４が下穴７２のより中心位置から突出可能となる。その結果、より安定した塗布量での塗布が可能となる。

［塗布機構の動作］
次に、上述した塗布機構４の動作について説明する。上述した塗布機構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、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、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、塗布針２４は塗布材料容器２１の底部に形成された下孔７２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の一部が付着した状態となっている。Ｚ軸テーブル３（図１参照）が塗布機構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、塗布材料を基板５の表面に塗布することができる。本実施の形態では、前述のように、容器部２１ａの位置を水平に移動させることによって、塗布針２４の先端が、下孔７２の中心にくるように調整されているので、塗布材料を基板５の表面に適切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機構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。

［第２の実施形態］
図１１（Ａ）は、第２の実施形態の塗布材料容器２１が部材６９へ取り付けられたときの側面から見た断面図である。図１１（Ｂ）は、塗布材料容器２１を下から見た図である。

容器部２１ａの側面に鍔８０に加えて、鍔８１が設けられる。固定部２１ｂの上面は、鍔８０の下面と接触して、鍔８０を支持する。容器部２１ａの側面の鍔８０より下の部分と、固定部２１ｂの側面との間に隙間７４ａ，７４ｂが設けられる。

容器部２１ａの側面の鍔８１の上面は、固定部２１ｂの下面と接触する。
鍔８０と鍔８１によって固定部２１ｂを挟み込むことによって、固定部２１ｂに対して容器部２１ａが外れないようにすることができる。

本実施の形態では、第１の実施形態と同様に、上孔７１の壁と塗布針２４の接触部分に力が働いて偏荷重が発生するという問題を回避して、より安定した塗布量での塗布が可能となる。本実施の形態では、さらに、固定部２１ｂから容器部２１ａが外れることがなく、塗布材料容器２１の取り付け、および取り外しが容易に行えるようになる。

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機構、および塗布装置に特に有利に適用される。

１ Ｘ軸テーブル、２ Ｙ軸テーブル、３ Ｚ軸テーブル、４ 塗布機構、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、２０ 塗布針ホルダ、２１ 塗布材料容器、２４ 塗布針、２９ 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、５１，５２，９３ 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、６９ 固定部材、７１ 上孔、７２ 下孔、７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ 隙間、８０，８１ 鍔、９２ マグネット、２００ 塗布装置。

Claims (5)

1. 塗布機構であって、
   塗布針と、
   塗布材料を収納保持する塗布材料容器とを備え、
   前記塗布材料容器は、固定部と容器部とを有し、
   前記固定部は、前記塗布機構に含まれる固定部材に固定されることが可能なように構成され、
   前記容器部には、前記塗布針が貫通する穴が上下に設けられ、
   前記容器部の側面は第１の鍔を有し、
   前記第１の鍔の下面が前記固定部の上面と接触し、
   前記容器部の側面における前記第１の鍔より下の部分と、前記固定部の側面との間に隙間が設けられ、前記容器部は、前記隙間の範囲で水平に移動可能である、塗布機構。
2. 前記容器部の側面は、前記第１の鍔よりも下方に第２の鍔を有し、
   前記第２の鍔の上面が前記固定部の下面と接触することによって、前記固定部が、記第１の鍔と前記第２の鍔とによって挟み込まれるように構成される、請求項１記載の塗布機構。
3. 請求項１または２に記載の塗布機構を搭載した塗布装置。
4. 請求項１記載の塗布機構、請求項２記載の塗布機構、または請求項３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、基板の塗布対象面に塗布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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