JP2020127920A - 液体塗布ユニットおよび液体塗布装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<液体塗布ユニットの構成>
図1は、実施の形態1に係る液体塗布ユニットをY方向負側から見た正面図である。図2は、実施の形態1に係る液体塗布ユニットをX方向正側から見た側面図である。すなわち図1と図2とは同一の液体塗布ユニットを示している。なお以下においては説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1および図2を参照して、本実施の形態の液体塗布ユニットは、塗布針1を用いて対象物としての基板などの表面に液体材料21を塗布するためのものである。当該液体塗布ユニットは、塗布針1と、液体材料容器11と、サーボモータ20とを主に備えている。ただし当該液体塗布ユニットは上記以外にも多数の部材を備えている。また本実施の形態の特徴部分である濡れ広がり抑制構造については、後で詳述する。
図3は、図1に示した液体塗布ユニットを搭載した、本発明の実施の形態に係る液体材料塗布装置の全体構成を示す斜視図である。図3を参照して、本実施の形態の液体材料塗布装置100は、観察光学系40、CCDカメラ41および液体塗布ユニット39を主に備える。観察光学系40は、照明用の光源、対物レンズなどを含み、対象物である基板5の表面状態や、液体塗布ユニット39によって塗布された液体材料21(図1参照)の状態を観察するために用いられる。観察光学系40によって観察される画像は、CCDカメラ41により電気信号に変換される。液体塗布ユニット39は、たとえば、基板5上に形成された配線パターンに発生した断線部に導電性の液体材料21(図1参照)を塗布して修正する。この場合、観察光学系40、CCDカメラ41、および液体塗布ユニット39は、修正ヘッド部を構成する。また、液体材料塗布装置100は、たとえば基板5の表面に液体材料21(図1参照)を塗布して所定のパターンを形成してもよい。
図4は、実施の形態1に係る液体塗布装置に含まれる液体材料容器の部分の構成、および液体材料塗布方法を示す概略断面図である。なお図4においては、特に液体材料容器11およびその内部に配置される塗布針1の部分を示しており、他の部分の図示を省略している。なお図4中の一部分の形状は、後述の各実施の形態の特徴的な形状を総括したものであるため、実際の本願発明の特徴的な形状とは異なる場合がある。
本実施の形態において使用される液体材料21は、金属微粒子が含まれる導電性材料であることが好ましい。具体的には、液体材料21はたとえばはんだペースト、銀ペースト、銅ペーストからなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。液体材料21の粘度は一般的に20Pa・s以上80Pa・s以下であることが好ましい。液体材料21の平均比重は一般的に5以上9以下であることが好ましい。ただし液体材料21の粘度よび平均比重は、その使用用途および印刷方法により多種多様である。
図4を再度参照して、左側の図に示すように、液体材料容器11の空間50内に、液体材料21が保持されている。塗布針1の先端部3は、液体材料容器11の空間50内の液体材料21に浸されている。なおこのとき、先端部3は、液体材料21が塗布される対象物である基板5と対向するように配置されている。図4の左側の図は、基板5の表面に液体材料21を供給する前段階としての、先端部3に液体材料21が塗布される工程を示している。図4の左側の図は、塗布針1の先端部が液体材料容器11の空間50内に位置する第1状態に相当する。
以下、図8および図9の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果を説明する。図8は比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる、塗布針の位置と液体材料容器の状態の変化とを示す概略断面図である。図9は比較例における液体材料塗布方法を繰り返すことによる液体材料容器の状態の変化を示す概略断面図である。図8を参照して、図中矢印で示されるように時刻が経過される順に、第1図〜第5図とする。このとき、第1図、第3図および第5図は図4の上記第1状態に対応し、第2図および第4図は図4の上記第2状態に対応する。図4の第1状態および第2状態を繰り返すことにより、図8の第5図に示すように、塗布針1の先端部3に付着した液体材料21が、孔部15hの真下および、孔部15hの周囲の液体材料容器11の表面に付着する。図9を参照して、このように孔部15hの真下および液体材料容器11の表面に液体材料21が付着した状態で、さらに図4の第1状態および第2状態が繰り返される。これにより、図9中の矢印で示すように時刻が経過されるにつれ、液体材料容器11の下部に液体材料21が濡れ広がる。このように液体材料21が濡れ広がるのは表面張力の作用によるものである。すなわち表面張力の作用により、塗布針1が上昇して液体材料容器11内に戻る際に、孔部15hの最下部からはみ出した液体材料21が孔部15hの周囲に滞留し、濡れ広がる。
図10は、実施の形態2の第1例に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図11は、図10で示す領域をZ方向下側から平面視した態様を示す概略拡大平面図である。図10および図11を参照して、本実施の形態の第1例に係る液体材料容器11のうちの孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置されている。具体的には、図10および図11においては当該濡れ広がり抑制構造は環状溝17である。環状溝17は、塗布針1の中心から平面視における径方向に間隔をあけて複数拡がっている。当該環状溝17は、Z方向について凹んだ凹部と突起した凸部とが複数、上記径方向に交互に並ぶことにより、当該凹部と凸部とが径方向に間隔をあけて複数拡がった構成を形成している。このように、本実施の形態においては、液体材料容器11の孔部15hを挟む領域の表面が、凹部と凸部とが複数ずつ並ぶ溝状表面GSを形成している。溝状表面GSが平面視にて同心円状に拡がることにより、環状溝17を構成している。
本実施の形態の液体塗布ユニット39においては、濡れ広がり抑制構造は、塗布針1の中心から径方向に間隔をあけて複数拡がる環状溝17である。このような構成を有することにより、孔部15hの周囲の液体材料容器11の最下部の表面、すなわち環状溝17が形成される溝状表面GSは、液体材料21との接触角が大きくなる。このため溝状表面GSの撥液性が向上する。したがってたとえば図8および図9の比較例のように液体材料容器11の孔部15hから漏出した液体材料21が液体材料容器11の表面に濡れ広がる不具合を抑制できる。これにより本実施の形態も、実施の形態1と同様に、塗布対象物への液体材料21の塗布量のばらつきが抑制される。その結果、塗布量が安定することにより、高粘度の液体材料を長時間安定して塗布することができる。
ところで、本実施の形態における環状溝17の、溝状表面GSの凹凸部で発揮される撥液性のパターンは、Cassie−Baxter理論のパターンとWenzel理論のパターンとの2種類を有する。まずCassie−Baxter理論のパターンでは、液体材料21が溝状表面GSの凹部の底まで到達できない。このため液体材料21の液滴は、凸部と、凹部内の空気との双方に接触する複合接触状態となる。これにより、疎液性が最も高い空気に液体材料21が接触する面積が増加するため、高い撥液性が得られる。一方Wenzel理論のパターンでは、液体材料21が溝状表面GSの凹部の底まで入り込む。これにより、液体材料21の液滴は、上記のような複合接触状態ではなく、液滴と基板5(図1参照)の表面とに接触した状態となる。これにより、液滴と基板5の表面とに液体材料21が接触する面積が増加する。それに伴い、液滴の基板5の表面との界面における界面自由エネルギーが増加し、基板5の濡れ性が強調される。したがって、液体材料容器11が撥液性の高い材料により形成されることにより、液体材料容器11の撥液性をさらに高めることができる。具体的には、本実施の形態における液体材料容器11は、樹脂またはステンレス鋼などの撥液性の高い材料により形成されることが好ましい。なお上記の液体材料容器11の好ましい材料は実施の形態1においても同様である。
図11に示すように、本実施の形態においては、溝状表面GSは同心円状を有する。すなわち液体材料21が液体材料容器11の表面上を濡れ広がる方向とたとえば直交など交差する方向(円周方向)に延びるように、溝状表面GSの凹部および凸部が形成されている。このようにすれば、上記の撥液性を向上させる効果に加え、当該凹部および凸部の断面におけるエッジ部(凹部の入口部の縁、凸部の最上部の縁など)において液体材料容器11の表面の液体材料21の接触角が大きくなるいわゆるピン止め効果が得られる。これにより、当該エッジ部において、さらに撥液性が向上する。
図14は、実施の形態3に係る、図4中の点線で囲まれた領域Aの概略拡大断面図である。図14を参照して、本実施の形態に係る液体材料容器11のうちの孔部15hの周囲には、液体材料21の濡れ広がり抑制構造が配置されている。具体的には、図14においては当該濡れ広がり抑制構造は、撥液性を有する撥液被膜8として形成されている。具体的には、撥液被膜8は液体材料21に対して高い撥液性を有する薄膜である。たとえば液体材料21が導電性材料である場合には、液体材料21中に、フラックスとして、一般的にロジンと呼ばれる有機系の物質が含められる。このため撥液被膜8としては撥油性の高い薄膜が形成されることが好ましい。
Claims (11)
- 塗布針を用いて対象物の表面に液体材料を塗布するための液体塗布ユニットであって、
前記塗布針と、
前記液体材料を貯留する液体材料容器とを備え、
前記液体材料容器には、前記液体材料を貯留するための空間と、前記空間に前記塗布針を挿通させるための孔部とが形成されており、
前記液体材料容器のうち前記孔部の周囲には、前記液体材料の濡れ広がり抑制構造が配置される、液体塗布ユニット。 - 前記塗布針は、前記対象物に前記液体材料を塗布する先端部と、前記先端部よりも付根側に配置される保持部とを含み、
前記濡れ広がり抑制構造は、前記液体材料容器が前記塗布針の先端部側に向けて凸形状を有する凸形状部であり、
前記孔部に沿った断面において、前記凸形状部は、前記孔部の幅が前記先端部側にて前記保持部側よりも広くなるように前記凸形状部の表面である凸形状部表面が傾斜した形状を有する第1形状部と、前記凸形状部の幅が前記先端部側から前記保持部側に向けて広くなるように前記孔部の外側にて前記凸形状部表面が傾斜した形状を有する第2形状部とを含む、請求項1に記載の液体塗布ユニット。 - 前記凸形状部は、前記第1形状部と前記第2形状部とを接続する接続部をさらに含む、請求項2に記載の液体塗布ユニット。
- 前記接続部は、前記塗布針の中心からの径方向において50μm以下の寸法を有する、請求項3に記載の液体塗布ユニット。
- 前記第1形状部および前記第2形状部のうち少なくともいずれかは円弧状である、請求項2〜4のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
- 前記第1形状部および前記第2形状部のうち少なくともいずれかは直線状である、請求項2〜4のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
- 前記第2形状部は前記第1形状部よりも前記孔部の延在方向に対して急峻な斜面を有する、請求項2〜6のいずれか1項に記載の液体塗布ユニット。
- 前記濡れ広がり抑制構造は、前記塗布針の中心から径方向に間隔をあけて複数拡がる環状溝である、請求項1に記載の液体塗布ユニット。
- 前記塗布針は、前記対象物に前記液体材料を塗布する先端部と、前記先端部よりも付根側に配置される保持部とを含み、
前記孔部に沿った断面において、前記環状溝の前記孔部側に、前記孔部の幅が前記先端部側にて前記保持部側よりも広くなるように前記液体材料容器の表面が傾斜した形状を有する第3形状部を含み、
前記孔部に沿った断面において、前記第3形状部は直線状である、請求項8に記載の液体塗布ユニット。 - 前記濡れ広がり抑制構造は、撥液性を有する撥液被膜として形成されている、請求項1に記載の液体塗布ユニット。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の液体塗布ユニットと、
前記対象物を保持する保持台とを備える、液体塗布装置。
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