JP3982633B2 - 小さなドットとラインを分配するための完全自動ペースト分配システム - Google Patents

Description

本発明は、ペーストを分配するシステムに関し、具体的には、機械支援のペースト分配装置、およびマイクロエレクトロニクス回路に利用されるセラミック・グリーンシート上に導電ペーストの小さなドットとラインを分配する方法に関する。

セラミック・グリーンシートは、マイクロエレクトロニクス集積回路デバイスの製造に使用される。通常、こうしたグリーンシートは、導電ペーストを、マスクを使用してラインの形状に付着させることによって個別化する。ガラス・セラミック・グリーンシート製品の収率低下は、しばしば３０％を越え、ラインのボイドまたは充填不足のバイアを修理するために、導電ペーストを表面に付着させることができる。従来技術の方法は、非常に細かいブラシを使用すること、例えば１本の毛髪を使ってこれをペーストの容器に浸し、顕微鏡を使ってグリーンシート上のラインのボイド内にこのペーストを移すものであった。販売されている別のディスペンサー・システムは、圧力と押込み変位のみに基づいて導電ペーストを分配ノズルから絞り出している。こうしたシステムは、小さなドットの導電ペーストを分配するようにこれを縮小した場合、詰まりの問題に悩まされている。これらのシステムはまた、生成されるドットのサイズが一定しない。ラインが次第に狭くなるにつれて、すなわち５０ミクロンを下回るようになると、この種の修理を、ブラシを使ってまたはペースト分配装置によって手作業で行う能力は、不可能ではないにしてもますます困難になってきた。

従来技術の問題点と欠点を念頭におくと、本発明の目的は、様々な流動性材料の導電ペーストを、セラミック・グリーンシートなどの加工物上に分配するための改良された方法および装置を提供することである。

本発明の別の目的は、グリーンシート上により小さいドットまたはラインを作ることができる、流動性ペーストの分配方法および装置を提供することである。

本発明の別の目的は、ノズル詰りの問題を低減させる、導電ペーストの分配方法および装置を提供することである。

さらに本発明の別の目的は、制御性および再現性のあるドット・サイズを与える、導電ペーストの分配方法および装置を提供することである。

当分野の技術者には明瞭な、上記および他の目的および利点は、第１態様で、第１表面、第２表面およびこの表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、このオリフィス部材の第１表面に隣接した流動性材料用の加圧チャンバと、このオリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチとを備えた分配装置から、加工物上に流動性材料を分配する方法を対象とする本発明において達成される。この方法は、流動性材料をチャンバに供給するステップと、パンチ面がオリフィス部材の第１面から間隔をおくように、パンチをオリフィス部材の孔の外に配置するステップとを含む。この方法は、次いで、パンチ面に所望量の流動性材料を流すステップと、パンチとパンチ面上の所望量の流動性材料とを、オリフィス部材の孔を通して、パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させるステップと、依然としてパンチ面上にある所望量の流動性材料を加工物に接触させるステップとを含む。オリフィス部材の下面が加工物に接触しないことが好ましい。この方法は、次いで、所望量の流動性材料を加工物上に付着させるステップと、パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまでパンチを後退させるステップとを含む。

パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になった後、この方法は、任意選択で、パンチ面および同一面のオリフィス部材の第２表面を洗浄して、その上に残留した流動性材料をすべて除去するステップをさらに含むことができる。

チャンバは、オリフィス部材の孔より大きな直径を有することが好ましい。前記パンチが前記オリフィス部材の孔の中で滑り嵌めシールを作ることが好ましい。その結果、パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまでパンチを後退させるステップが、孔とチャンバを同時に密封する。好ましい実施形態では、流動性材料は接着性導電ペーストであり、加工物はセラミック・グリーンシートである。オリフィス部材の孔の直径は７２μｍ未満であることが好ましい。これにより、直径５０μｍ未満、容積５０ピコリットル未満の流動性材料を付着させることができる。

パンチがオリフィス部材の孔の外に配置され、パンチ面がオリフィス部材の第１表面から間隔をおいている場合、流動性材料をオリフィス部材の孔を通って押出してしまうことのないように、チャンバ内で流動性材料を加圧して、所望量の流動性材料をパンチ面に流すことができる。

この方法は、所望量の流動性材料を加工物上に付着させるステップを連続的に複数回繰返すことができ、さらに、すでに付着させた量の流動性材料の上に所望量の流動性材料を付着させるステップを複数回繰返して、加工物上に流動性材料の所望高さを作ることができる。

流動性材料が導電ペーストであり、加工物がセラミック・グリーンシートである好ましい実施形態では、この方法は、所望量の流動性導電ペーストをグリーンシートのバイア開口部内に付着させるステップを含むことができ、またはすでに付着させた量の流動性材料に隣接して所望量の流動性導電ペーストを繰返し付着させて、セラミック・グリーンシート上に導電ペーストのラインを作るステップを含むことができ、あるいはこれら両方のステップを含むことができる。

パンチ面に流動性材料を流すステップと、加工物上に流動性材料を付着させるステップとを連続的に繰返しながら、この方法は、ｉ）オリフィス部材の第１表面からパンチ面までの間隔を同時に調整して、パンチ面上の流動性材料の所望量を調整するステップ、またはｉｉ）パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離を同時に調整して、加工物上に付着した所望量の流動性材料の直径を調整するステップ、またはｉｉｉ）加工物上に付着した流動性材料のサイズを同時に測定するステップと、このサイズ測定を使って、パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離および加工物上に付着した所望量の流動性材料のサイズを調整するステップとをさらに含み、あるいはこれらのステップのすべてをさらに含む。

この方法は、オリフィス部材の第２表面への加工物の距離を測定するステップと、この距離測定を使って、パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離、および加工物上に付着した所望量の流動性材料の直径を調整するステップとをさらに含むことができる。

オリフィス部材の第２表面を越えてパンチ面を延出させて、所望量の流動性材料を加工物上に付着させる前に、この方法は、パンチを、オリフィス部材の孔の外でパンチ面がオリフィス部材の第１表面から離れている位置から、オリフィス部材の孔を通って、パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面となる位置まで繰返し移動させるステップを含むことができる。

別の態様では、本発明は、セラミック・グリーンシート上に導電ペーストを分配する方法であって、第１表面、第２表面およびこれらの表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、このオリフィス部材の第１表面に隣接した導電ペースト用のチャンバと、このオリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチとを備えた分配装置を初めに備えつけるステップと、導電ペーストをこのチャンバに供給するステップとを含む方法を対象とする。この方法は、次いで、パンチ面がオリフィス部材の第１面から間隔をおくように、パンチをオリフィス部材の孔の外に配置するステップを含み、次いで、パンチ面に所望量の導電ペーストを流すステップによって、所望量の導電ペーストをグリーンシート上に付着させるステップを含む。この方法は、次いで、パンチとパンチ面上の所望量の導電ペーストとを、オリフィス部材の孔を通して、パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させるステップと、依然としてパンチ面上にある所望量の導電ペーストをグリーンシートに接触させるステップと、この所望量の導電ペーストをグリーンシート上にドットの形状で移すステップとを含む。この方法は、次いで、追加の所望量の導電ペーストを、別個の相離れたドットの形状でグリーンシート上に付着させるステップと、ドットのサイズを測定することによって、グリーンシート上に付いた導電ペーストのドットのサイズを補正するステップと、ドットのサイズの測定に基づいて、導電ペーストをグリーンシート上に分配するためのパラメータを調整するステップとを含む。この方法はまた、パンチを、パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで後退させるステップも含む。

パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になった後、この方法は、パンチ面と、同一面のオリフィス部材の第２表面とを洗浄して、その上に残留した流動性材料をすべて除去するステップをさらに含むことが好ましい。

導電ペーストのドットのサイズを補正するステップにおいて、この方法は、グリーンシート上のドットのサイズの変化率を求めるステップと、グリーンシート上のドットの平均サイズを求めるステップと、グリーンシート上のドット間のサイズの差を求めるステップとをさらに含むことができる。このような場合は、導電ペーストをグリーンシート上に分配するためのパラメータを調整するステップは、ドットのサイズの変化率の測定、ドットの平均サイズの測定およびグリーンシート上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定の内、１つまたは複数の測定に基づくことができる。この方法は、ドットのサイズの変化率の測定、ドットの平均サイズの測定および加工物表面上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定に基づいて、補正スコアを割り当てるステップをさらに含むことができる。

さらに別の態様では、本発明は、加工物上に流動性材料を分配する装置であって、第１表面、第２表面およびこれら表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、このオリフィス部材の第１表面に隣接した流動性材料用のチャンバと、このオリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチと、このオリフィス部材の第２表面から所望の距離に加工物を支持する支持体とを備えた装置を提供する。この装置はまた、パンチを動作させる制御システムも備えている。この制御システムは、パンチ面がオリフィス部材の第１面から間隔をおくようにパンチをオリフィス部材の孔の外に配置し、パンチ面に所望量の流動性材料を流し、パンチとパンチ面上の所望量の流動性材料とを、オリフィス部材の孔を通して、パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させ、依然としてパンチ面上にある所望量の流動性材料を加工物に接触させ、所望量の流動性材料を加工物上に付着させ、パンチを、パンチ面がオリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで後退させるように構成されている。パンチ面をこのように配置することにより、パンチ面と、同一面のオリフィス部材の第２面とを洗浄して、これらの上に残留したどんな流動性材料をも除去することができる。

この装置は、加工物上に付着した流動性材料の量のサイズを測定するセンサーと、この加工物上に付いた流動性材料のドットのサイズを、センサーによるドットのサイズの測定に基づいて、加工物上に流動性材料を付着させるパラメータを調整することによって補正する補正システムとをさらに備えることが好ましい。この装置がこうしたセンサーを備える場合は、この制御システムは、付着させた流動性材料のサイズの測定を利用してオリフィス部材の第１表面からのパンチ面の間隔を調整して、パンチ面上の流動性材料の所望量を調整し、かつ加工物上に引き続き付着させる流動性材料の所望量のサイズを調整するように構成することができる。この装置は、オリフィス部材の第２表面への加工物の距離を測定する第１センサーと、加工物上に付着した流動性材料の量のサイズを測定する第２センサーとをさらに備えることがより好ましい。この制御システムは、加工物の距離の測定と、付着させた流動性材料のサイズの測定とを利用して、記パンチ面がオリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離を調整し、かつ加工物上に引き続き付着させる流動性材料の所望量のサイズを調整するように構成することができる。

本発明の別の態様は、加工物上に付いた流動性材料のドットのサイズを補正する方法であって、流動性材料を別個の相離れたドットの形状で、加工物表面上に付着させるステップと、加工物表面上のドットのサイズを測定するステップと、加工物表面上のドットのサイズの変化率を求めるステップと、加工物表面上のドットの平均サイズを求めるステップと、加工物表面上のドット間のサイズの差を求めるステップとを含む方法を提供する。この方法は、次いで、ドットのサイズの変化率の測定、ドットの平均サイズの測定および加工物表面上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定の内、１つまたは複数の測定に基づいて加工物表面上に流動性材料を分配するためのパラメータを調整するステップとを含む。好ましくは、この方法は、ドットのサイズの変化率の測定、ドットの平均サイズの測定および加工物表面上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定に基づいて、補正スコアを割り当てる。

関連する態様では、本発明は、加工物表面上に付いた流動性材料のドットのサイズを補正するために、コンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段を内部に包含した、コンピュータ使用可能媒体を備えた製造物を提供する。この製造物中のコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段は、流動性材料のドット・サイズを補正する上記のステップを実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段を含むものである。

別の関連する態様は、加工物表面上に付いた流動性材料ドットのサイズを補正する上記の方法ステップを行うために、機械が実行可能な命令のプログラムを具体的に組み入れた機械可読のプログラム記憶装置を提供する。

本発明の特徴は新規なものであり、本発明に特有な要素は頭記の特許請求の範囲に詳細に述べられている。図は例示のみを目的とするものであり、正確に縮小拡大されて描かれてはいない。しかし、本発明自体は、構成および操作方法のいずれも、以下の詳細な説明を付随の図面と合わせて参照することによって最高に理解することができるであろう。

本明細書では図面の図１〜１３を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明するが、これらの図面では、同様な数字は本発明の同様な特徴を意味する。これらの図面において、本発明の特徴は必ずしも正確に縮小拡大されてない。

本発明の装置および方法は、導電ペーストまたは他の流動性材料の小さなドットおよびラインを、セラミック・グリーンシートなどの加工物上に分配することを可能にし、グリーンシートの個別化およびすでに個別化されたグリーンシートの修理のいずれも可能にする。従来技術の分配技術に対する利点としては、例えば直径５０ミクロン未満といった、より小さいサイズの流動性材料を分配できること、ならびに乾燥してノズル・オリフィスを詰まらせる傾向がある高粘度の流動性材料を分配できることである。通常、導電ペーストは銅およびバインダー材料を含んでいる。本明細書では、接着性導電ペーストについて本発明の操作を説明するが、加工物の表面または開口部に付着させる必要がある、様々な高粘度流体またはその他の流動性材料にこれを使用することもできる。

好ましい実施形態では、本発明は、上部ガイド・ブッシングおよび下部オリフィス・ブッシングからなる加圧ペースト・チャンバを用いる。一体に作られたパンチは、軸部分ではより大きなガイド直径を有し、ヘッド部分ではより小さなパンチ直径すなわち先端部直径を有する。これらの軸部分およびヘッド部分は、それぞれガイド・ブッシングおよびオリフィス・ブッシングを通して、それぞれ緊密な滑りクリアランスを有し、ペースト・チャンバの上部シールおよび下部シールを形成している。使用中パンチは上下に移動し、その結果、パンチ先端部がペースト・チャンバ内上方へ、ブッシングのオリフィスの外へ後退すると、加圧されたペーストが、パンチが動いてできたボイドを充填しオリフィスの孔を覆う。ペーストの圧力は、ペーストをオリフィスから外へ押出すほど高くなく、このボイドを充填しオリフィスの孔を覆う程度の大きさとする。次いで、パンチを、オリフィス・ブッシングを通して下方に移動させ、パンチの先端部がオリフィスの開口部を通してペーストのスラグを押出す。このパンチの動きを、パンチ先端部がセラミック・グリーンシートの上面からわずかに上のところで停止させ、ペーストだけがこのシートに接触するようにする。グリーンシートの表面張力がパンチ先端部の表面張力より大きいので、ペーストはシートに移行する。次いで、パンチを後退させて、このプロセスを繰返すことができる。アイドル状態にあるときは、パンチは、パンチの先端部がオリフィスの底部と同一平面になるように位置決めされる。これにより、オリフィスとパンチ先端部に残留ペーストがあってもこれを拭き取って清浄化することができ、かつペースト・チャンバを密封してペーストの早すぎる乾燥を防止する。

本発明の好ましい装置およびシステム２０を図１に示した。加工物３０（ここではセラミック・グリーンシートを含む）は、加工物ホルダーまたはベース２８上に固定されている。フレーム２４がコンピュータ制御直動ステージ（リニア・ステージ）３２を保持しており、この直動ステージは、ステージ制御装置２６に動作可能に接続されている。フレーム２４の下端部には、ペースト分配ヘッド４６があり、このヘッドはパンチ・ブッシングまたはダイ５４、５６とペースト・チャンバ４８を備えている。フレーム２４と分配ヘッド４６は、ｘ−ｙ−ｚ−ｚ並進ステージ制御器２６に接続されている。この制御装置は、パンチ・アセンブリ４０の動作制御に加えて、グリーンシート３０の上方でこのシートに対して、分配ヘッド４６が、水平ｘ方向およびｙ方向へ動くこと、かつ垂直ｚ方向へ動くことを可能にする。加圧空気供給源３６を使って、ペースト・チャンバ４８のペーストの圧力を制御する。コンピュータ制御装置２２は、並進ステージ制御器部２６と空気圧供給源３６の動作を連係して働かせる。

プランジャー３４が直動ステージ３２から下方に延在して、パンチ・アセンブリ４０を固定しており、一方戻しばね３８がパンチ・アセンブリを後退させる。直動ステージ３２の動作は、矢印４４が示す方向にプランジャー、パンチ・アセンブリおよびばねが、垂直に上下に動くことを可能にする。コンピュータ制御装置２２は、上部、中間部および下部位置の間において、パンチ・アセンブリの動作の無限制御を可能にする。パンチ軸５０がパンチ・アセンブリ４０から下方に延在しており、その下端部にパンチ・ヘッド６０がある。パンチ軸５０は、上部ガイド・ブッシングまたはダイ５４の開口部を通って垂直にスライドする。パンチ軸直径とガイド・ブッシング孔径の間のクリアランスは、垂直運動はできるがペーストを下部のペースト・チャンバ４８内に実質的に封入するような緊密な滑り嵌めになっていることが好ましい。パンチ・ヘッド６０は、ペースト・チャンバ４８および下部オリフィス部材またはブッシング５６の孔または開口部６４を通って垂直下方に移動する。オリフィス６４の直径は、７２ミクロン以下とすることができ、グリーンシート上に小径ドットのペーストを付着させることを可能にする。パンチ軸および上部ガイド・ブッシングと同じように、パンチ・ヘッド６０とオリフィス孔６４の直径の差は、緊密な滑り嵌めになっていることが好ましい。この緊密な滑り嵌めもまた、上部のペースト・チャンバ４８の実質的な密封を可能にする。ペースト・チャンバ４８は、オリフィス孔６４の直径または幅より大きい直径または幅を有する。

図２に、分配ヘッドおよびパンチ・アセンブリを、様々な動作位置でより詳細に示した。３つのパンチ・ヘッド４６が結合されて、３ドットの導電ペーストを同時または順次付着させることを可能にする１組のパンチ・ヘッドを形成している。この３つの分配ヘッド４６は、説明の目的で３つの異なる位置に示してあるが、同じ位置で同時に動作することもできる。左側の分配ヘッドは、パークまたはアイドル位置にある。分配ヘッドが使用されていない場合は、パンチ・アセンブリは一般にこの位置に維持される。中央の分配ヘッドは、パンチ先端部が上部位置に移動した、後退位置にあるパンチ・アセンブリを示す。この位置では、ペースト・チャンバ４８内のペーストがパンチ先端部の下面に流れることができる。右側の分配ヘッドは、分配位置にあるパンチ・アセンブリを示す。この位置では、パンチ先端部は、グリーンシート上にペーストを移すための最も低い位置にある。グリーンシート上に導電ペーストのドットの分配を開始する前に、下準備シーケンスを利用することができる。下準備シーケンスでは、アイドル位置と後退位置の間を、パンチを繰返し移動させて分配ヘッドを使用する準備をする。

図３〜８は、図１および２に示した装置のシーケンス動作を示す図である。図３に示した初めのアイドル位置では、パンチ面６２は、オリフィス・ブッシング５６の下面５８ｂと同一平面にある。パンチ先端部６０とオリフィス孔５４間の緊密なクリアランスのために、ペースト・チャンバ４８内のペーストは、その下端部で実質的に密封されている。オリフィス・ブッシング５６の下面５８ｂは、ｘ−ｙ−ｚ−ｚ並進制御によって位置決めされて、グリーンシート３０表面の上方の所望の距離ａにある。図４に示したように、さらにより詳細に図９に示したように、パンチ面６２が所望の距離ｃだけオリフィス部材５６の上面５８ａの上方になるように、最初は、パンチ６０を上方向にペースト・チャンバ内へ後退させる。孔６４の上方のパンチ面６２の距離ｃを十分にとり、所望量の導電ペースト７０がパンチ面の近くに流れることができるようにする。パンチ・チャンバ４８は加圧されており、圧力の程度は、ペーストのかなりの量がオリフィス孔６４内へ流れ落ちることなしに、ペースト７０のパンチ面への流れが可能になるように選択される。その後、直動ステージ３２を作動させて、図５に示したように、パンチ・アセンブリ４０とパンチ先端部６０を、パンチ面６２上のペースト７０と一緒に、下方へオリフィス孔６４の中へ押し込む。図６に示したように、パンチ６０は引き続いて下方へ動き、その結果、パンチ先端部がオリフィス部材５６の下面５８ｂの下から出てくる。

図７に示したように、パンチ６０の移動は、これがオリフィス部材５６の底部からの所望の距離ｂに到達し、導電ペースト７０がグリーンシート３０の表面に接触するまで制御される。導電ペーストのドットを付着させこれを移す際に、パンチ面６２がグリーンシート面に接触しないことが好ましい。ドット形状の導電ペースト７０は、パンチ先端部６０が上方に後退する際に、グリーンシート表面３０とパンチ面６２の表面張力の差の結果として、グリーンシート表面に付着する。パンチ面６２上の流動性材料７０の通常の量は５０ピコリットルであり、導電ペーストの直径は５０ミクロン未満である。図４〜７に示したステップのプロセスを繰返して、所望量の別個のペースト・ドット７０を付着させることができる。所望により様々なペースト・ドットを付着させるために、分配ヘッドをｘｙｚ制御装置３６で移動させることができる。図８に示したように、ペースト・ドットを所望したように付着した後、パンチを再びそのアイドル位置へ後退させ、図３に示したように、パンチ面６２をオリフィスの下面５８ｂと実質的に同一面とする。この位置では、残存ペーストがあれば、これを拭き取るかクリーナーを吹き付けることによって、パンチ面およびオリフィス表面５８ｂを清浄化することができる。

連続した繰返し動作中に、後退位置にあるパンチ面６２の距離ｃを無限に調整して、その下に流れ込む導電ペースト７０の量を変えることができる。同様に、パンチ６０がオリフィス部材５６から延出する距離ｂを調整して導電ペースト・ドットの付着を調整し、ドットの導電ペーストの量または直径を変化させることができる。それぞれ距離ｂおよびｃを制御するための下方および上方停止位置、ならびにアイドル位置におけるパンチの位置は、直動ステージ３２用のステージ制御装置で設定する。

本発明のシステム２０はまた、センサー・システム７２を備えることが好ましい。センサー・システムは、分配ヘッドからグリーンシートまでの距離ａを測定するための距離センサー７４、ならびに、グリーンシート上に付着した導電ペーストのドットのサイズ、例えば直径および高さを測定するためのビジョン・システムを組み込んでいる。距離ａは、ドット付着プロセス中連続的に測定することが好ましい。

導電ペースト７０のドットをグリーンシート上に付着させる際に、視覚センサー７６がそれぞれのドットのサイズ、特に好ましくはドットの直径を測定する。様々な付着ドットのサイズを測定する際に、システムが、加工物表面上のドットの平均サイズ、加工物表面上の最大および最小ドットのサイズの差、および加工物表面上のドット・サイズの変化率を測定することが好ましい。これらの測定が行われると、これらの測定に基づいて、導電ペーストを分配するためのパラメータを修正することができる。これらのパラメータとしては、とりわけ、ペースト・チャンバ内の圧力と、パンチ・アセンブリ４４を移動させるための上方および下方停止位置が含まれる。これらの停止位置は、距離ａ（分配ヘッドとグリーンシート表面の間）、および距離ｂ（パンチ・ヘッドがディスペンサー・ヘッドから外へ延在する量）、および距離ｃ（パンチ面がペースト・チャンバ内に入った間隔）を決めるものである。ドットのサイズを補正する際には、加工物表面上の、ドット・サイズの変化率、ドットの平均サイズ、または最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定に基づいて、補正スコアを割り当てることができる。

ドットをわずかに重ねてつなぎ合わせることによって、ドットだけでなくラインも分配することができる。ドットのサイズを知ることによって、滑らかなラインのために必要なドット間のピッチを容易に計算することができる。ドットと同様に、ラインも、互いの上に積み上げて所望のライン高さを得ることができる。次の動作のためにパンチのストロークを調節することによって、これらすべてを自動的に行うことができる。図１０は、導電ペーストをグリーンシート３０のバイア６６内に付着させるパンチ先端部６０を示す。バイアには深さがあるので、導電ペースト・ドットのいくつかの逐次層７０ａ、７０ｂを次々と上に付着させてドットの高さを構築し、バイアを実質的に充填する。図１１は、他のドットから離れた、導電ペーストの別個の単一ドット７０ｆの付着、あるいは、互いに隣接し接触した逐次ドット７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄおよび７０ｅを重ねて付着させてグリーンシート３０上にラインを形成したものを示す。導電性ドットの直径も、図１２に示したように制御することができる。すなわち、パンチ先端部６０は、グリーンシート３０の表面に接近して下方へ延出し、導電ペースト・ドット７０を広げその直径を増大させる。

本発明を実施する好ましい方法には、分配されるドットのサイズをすべて制御することを可能にする、いくつかのプログラム可能なパラメータの使用が含まれる。これらのパラメータは、ペースト粘度および分配ヘッドに対するグリーンシート高さの任意の変動を調整することができる閉ループ・システムで調整される。この閉ループ・システムは、所望のドット・サイズを与えるようにすべての重要なパラメータを自動的に調整する補正ソフトウェアを包含している。これらの重要なパラメータの制御は完全自動化されており、逐次ドットを異なる所望サイズで配置することができる。これらのパラメータの制御はまた、ドットが互いの上に積み重なって、高さの異なるドットおよびラインもたらすことを可能にし、かつグリーンシートのバイア・ホールをペーストで充填することを可能にする。また、このツールがアイドル状態にあった後、自動的に行うことができる「下準備」シーケンスがある。この「下準備」シーケンスは、パンチをペースト・チャンバ内へ上昇させて、またその同一平面位置（アイドル位置）へ下降させて戻すことを繰返すことからなる。分配ヘッドがアイドル状態にあった時間に応じて、これを数回繰返すことができる。また、ヘッドがアイドル状態にあった長さを常時監視することができる制御システムに、これを接続することができる。

この閉ループ・システムは４つの主要部分からなる。第１部分は、パンチをステージに対して上下に移動させる一体型のプログラム可能な分配ヘッド・アセンブリおよび加工物ホルダーまたはステージを有する分配ヘッド、ならびに上記のようにペースト・チャンバの圧力を設定するプログラム可能な圧力調節器である。分配ヘッド・アセンブリまたはステージあるいはその両方は、パンチのストロークを正確に設定する、動的に調整可能な位置停止を有するが、所望によりさらに多くの位置停止を有する。このシステムの第２部分は、上記のように、ドットを配置しようとする箇所におけるグリーンシートの高さを、分配ヘッドに対して測定するセンサーからなる。これは、Ｋｅｙｅｎｃｅ社が市販しているものなどの、レーザー変位センサーまたは同等品を用いた非接触測定装置であることが好ましい。このシステムの第３部分は、上記のように、付着したドットの直径および高さを測定することができる、Ｃｏｇｎｅｘ社のビジョン・システムなどである。この閉ループ・システムの第４（最後の）部分は、すべての部分を結びつけるコンピュータ・ソフトウェアである。好ましくは、このソフトウェアは、このシステムの他の部分からのすべての調整可能なパラメータおよび読取り測定値を制御するだけでなく、必要なサイズのドットを分配するように、このシステムのパラメータを自動的に調整する。この自動補正ソフトウェアは、ドットを分配し、このドットを測定かつ分析し、必要なドット・サイズが得られるように特定のパラメータを調整する、双方向プロセスを形成したアルゴリズムからなる。

好ましくは、測定されたドットの分析における第１ステップは、分析対象のすべてのドットが存在することを確かめることである。存在しない場合は、すべてのドットが存在することを保証するように調整を行う。さらに、分配された第１ドットが存在するかどうか、最小ドット、または最大ドットが存在するかどうかを確認する。このために異なった調整になってしまうことがある。好ましい第２ステップは、ドット・サイズのデータに対する最良適合ラインの勾配を決定することである。さらに、第１ドットを無視して最良適合ラインの勾配を計算することによって、正規化された勾配も決定する。この情報を使って、１シート当たり最大数のドットが分配された場合に、不具合なドットが生じる恐れのある速度でドットが大きくなっているのか、あるいは小さくなっているのかを判断する。（通常、この数は、分配される補正用のドットの数より大きい。）好ましい第３ステップは、分析対象のドットの平均ドット・サイズを求めることである。平均サイズに加えて、最小ドットと最大ドットを無視して、正規化された平均も求める。この情報を用いて、平均ドット・サイズが所望のドット・サイズの許容限度内にあるように調整を行う。好ましい第４ステップは、分配されるドットの整合性を求めることである。これは、最小ドット・サイズと最大ドット・サイズを確認することによって行われる。この低〜高の広がりは、所望のサイズの許容限度内にあることが必要である。最初の４ステップに合格した場合は、好ましい第５（最終）ステップは、補正の精度を示す補正スコアを割り当てることである。この反復補正プロセス時に、それぞれの反復からのデータと、それぞれの反復で分配ヘッドに対して行われた調整を記録するために、時刻が刻印されたログ・ファイルが保存される。

図１３の流れ図に示したように、この自動補正ルーチンは、初めにプロセスの反復回数が最大設定を下回るかどうかを判定すること（１０５）によって開始する（１００）。最大を下回らない場合は、エラー１１０が記録される。最大反復を下回る場合、このシステムは、上記のようにドットを分配し（１１５）、視覚センサーがドットを測定する（１２０）。次いで、システムは、測定したいすべてのドットが存在するかどうかを判定する（１２５）。ＮＯの場合、調整できる場合（１３０）は、システム・パラメータに対する調整が行われ（１３５）、ルーチンが再び開始される（１００）。調整できない場合は、エラー・メッセージ１４０が表示される。すべてのドットが存在すると仮定して、グラフ上の連続するドット間の勾配の差を表すラインの勾配を決めることによってドット・サイズの変化率を求める。平均勾配が最大勾配より小さい場合（１５５）は、システムは続行される。ＮＯの場合は、様々なパラメータの調整が行われ（１６０）、ルーチンが再び開始される（１００）。ラインの平均勾配が最小勾配より大きい場合（１６５）も、システムは続行される。ＮＯの場合は、システム・パラメータの調整が行われ（１７０）、ルーチンが再び開始される（１００）。次いで、ドットの平均直径を求める。初めに、この平均直径が最大平均より小さいかどうかを判定する（１７５）。ＮＯの場合は、パンチ延出寸法ｂ（図７）を調整するダウン・ストップの調整を行い（１８０）、ルーチンが再び開始される（１００）。ＹＥＳの場合は、平均直径をチェックして、最小平均より大きいかどうかを判定する（１８５）。ＮＯの場合は、調整可能かどうかを判定する（１５０）。不可能な場合は、エラー・メッセージ１４０が表示される。可能な場合は、ダウン・ストップまたは互いの上に分配されたドットの数に対して調整が行われ（１４５）、ルーチンが再び開始される（１００）。平均直径が最小平均より大きい場合は、最小直径が最小範囲より大きいかどうかを判定する（１９０）。ＮＯの場合は、調整可能かどうかを判定する（１９５）。調整可能な場合は、プライム・サイクルまたはダウン・ストップの調整を行い（２００）、ルーチンが再び開始される（１００）。調整不可能な場合は、エラー・メッセージ２０５が表示される。最小直径が最小範囲より大きい場合は、最大直径をチェックして、最大範囲より小さいかどうかを判定する（２１０）。ＮＯの場合は、調整可能かどうか判定する（２１５）。調整不可能な場合は、エラー・メッセージ２０５が表示される。調整可能な場合は、プライム・サイクルまたはダウン・ストップの調整を行い（２２０）、ルーチンが再び開始される（１００）。最大直径が最大範囲より小さい場合は、補正スコアについて計算を行い（２２５）、ルーチンが終了する（２３０）。

グリーンシート上に付着させた導電ペーストのドット・サイズを補正するための本発明の方法は、他の点では通常のプログラム・コードに上記のプロセス・ステップおよび命令を組み込み、他の点では通常のプログラム記憶装置に格納した、コンピュータ・プログラムまたはソフトウェアによって実施することができる。図１に示したように、プログラム・コードおよび必要な任意の入力情報は、コンピュータ２２のプログラム記憶装置７８、例えば、半導体チップ、読出し専用メモリ、ディスケットまたはコンピュータ・ハードディスクなどの磁気媒体、あるいはＣＤまたはＤＶＤ ＲＯＭなどの光学媒体に格納することができる。コンピュータ・システム２２は、装置７８に格納されたプログラム・コードを読み取って、上記のように実行するためのマイクロプロセッサ８０を有する。

本発明の好ましいシステムの、制御可能な固定パラメータを表１に示した。これらのパラメータは、更新することができる構成ファイルにあることが好ましい。

本発明の好ましいシステムの計算されたパラメータを表２に示した。

本発明の好ましいシステムの調整可能な分配ヘッド・パラメータを表３に示した。これらのパラメータも、更新できる構成ファイルにあって、補正時にアクセスして分配ヘッドを調整できることが好ましい。

本発明の好ましいシステムのいろいろな分配ヘッド・パラメータを表４に示した。これらのパラメータは、補正中には調整されないが、必要に応じてマニュアル調整ができるように、これらをアクセス可能な構成ファイルに入れておくことが好ましい。

６３μｍのストリッパ孔径と、５０μｍのパンチ・ヘッド直径を用いて、直径４０〜８０μｍのペースト・ドットが得られる。ストリッパ孔径とパンチ・ヘッド直径のサイズを大きくしたり小さくすることにより、それぞれ、さらに大きいか、またはさらに小さいペースト・ドット直径を得ることができる。したがって、本発明の方法およびシステムでは、ペーストのより小さいサイズのドットまたはラインをグリーンシート上に作ることができるように流動性ペーストを分配することができ、かつ制御可能で繰返し可能なドット・サイズを得ることができる。本発明はまた、グリーンシート上に導電ペーストを分配する際のノズル詰りの問題も低減する。本発明の装置は、グリーンシートに孔を開けるのに使う部品を改良することによって、カスタムメードのペースト分配装置と比べて著しく低いコストで製作することができる。

特定の好ましい実施形態と共に本発明を具体的に説明してきたが、上記の説明を考えてみるに、当分野の技術者には、多くの代案、修正および変更が明白であることが明らかである。したがって、頭記の特許請求の範囲は、任意のこうした代案、修正および変更を、本発明の真の範囲および精神内にあるものとして包含すると考えられる。

グリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する本発明の好ましい装置の、一部を断面とした立面図である。 本発明による１組のペースト分配ヘッドの、一部を断面とした立面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する一連のパンチの断面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する一連のパンチの断面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する一連のパンチの断面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配するパンチのシーケンスの断面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する一連のパンチの断面図である。 分配ヘッドからグリーンシート上に導電ペーストのドットを分配する一連のパンチの断面図である。 図４に示したように、ペースト・チャンバ内で後退位置にあるパンチのクローズアップ図である。 パンチ・ヘッドで付着させた導電ペーストの逐次層が充填された、グリーンシートのバイアの断面を示す側面図である。 グリーンシートの表面上に複数のペースト・ドットを順次付着させることによって形成された、導電ペーストのラインの斜視図である。 グリーンシート表面からのパンチ・ヘッドの距離によって、導電ペーストのドットの直径を制御するパンチ・ヘッドを示す立面図である。 グリーンシート上に付着したペーストのドット・サイズを測定してこれを制御するために、本発明の好ましい実施形態で使用される補正ルーチンの好ましいステップを示す流れ図である。

符号の説明

２２ コンピュータ制御装置
２４ フレーム
２６ ステージ制御装置
２８ 加工物ホルダーまたはベース
３０ 加工物（グリーンシート）
３２ 直動ステージ
３４ プランジャー
３６ 加圧空気供給源
３８ 戻しばね
４０ パンチ・アセンブリ
４４ 矢印
４６ ペースト分配ヘッド
４８ ペースト・チャンバ
５０ パンチ軸
５４ パンチ・ブッシングまたはダイ（上部ガイド・ブッシングまたはダイ）
５６ パンチ・ブッシングまたはダイ（下部オリフィス部材またはブッシング）
５８ａ オリフィス部材５６の上面
５８ｂ オリフィス・ブッシング５６の下面
６０ パンチ・ヘッド（パンチ先端部）
６２ パンチ面
６４ 孔または開口部（オリフィス）
７０ ペースト
７０ａ（〜７０ｆ） ペースト・ドット
７２ センサー・システム
７４ 距離センサー
７６ 視覚センサー
７８ プログラム記憶装置
８０ マイクロプロセッサ

Claims (25)

1. 加工物上に流動性材料を分配する方法であって、
   第１表面、第２表面および前記表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、前記オリフィス部材の第１表面に隣接した流動性材料用の加圧チャンバと、前記オリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチとを備えた分配装置を用意するステップと、
   流動性材料を前記チャンバに供給するステップと、
   前記パンチ面が前記オリフィス部材の第１表面から間隔をおくように、前記パンチを前記オリフィス部材の孔の外に位置取りするステップと、
   前記パンチ面に所望量の流動性材料を流すステップと、
   前記パンチと前記パンチ面上の所望量の流動性材料とを、前記オリフィス部材の孔を通して、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させるステップと、
   依然として前記パンチ面上にある前記所望量の流動性材料を前記加工物に接触させるステップと、
   前記所望量の流動性材料を前記加工物上に付着させるステップと、
   前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで、前記パンチを後退させるステップと、
   前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になった後、前記パンチ面および同一面のオリフィス部材の第２表面を洗浄して、その上に残留した流動性材料をすべて除去するステップと
   を含む方法。
2. 前記チャンバが、前記オリフィス部材の孔より大きな直径を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記オリフィス部材の下面が前記加工物に接触しない、請求項１に記載の方法。
4. 前記パンチが前記オリフィス部材の孔の中で滑り嵌めシールを作っており、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで前記パンチを後退させる前記ステップが、前記孔とチャンバを同時に密封する、請求項１に記載の方法。
5. 前記オリフィス部材の孔の直径が７２μｍ未満である、請求項１に記載の方法。
6. 前記流動性材料を５０μｍ未満の直径で付着させる、請求項１に記載の方法。
7. ５０ピコリットル未満の前記流動性材料を前記加工物上に付着させる、請求項１に記載の方法。
8. 前記流動性材料が接着性導電ペーストであり、前記加工物がセラミック・グリーンシートである、請求項１に記載の方法。
9. 前記所望量の流動性材料を加工物上に付着させる前記ステップを連続的に複数回繰返すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. すでに付着させた量の流動性材料の上に前記所望量の流動性材料を付着させるステップを複数回繰返して、前記加工物上に流動性材料の所望の高さを作るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記流動性材料が導電ペーストであり、前記加工物が、その中にバイア開口部を有するセラミック・グリーンシートであり、前記所望量の流動性導電ペーストを前記バイア開口部内に付着させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記流動性材料が導電ペーストであり、前記加工物がセラミック・グリーンシートであり、すでに付着させた量の流動性材料に隣接して所望量の流動性導電ペーストを繰返し付着させて、前記セラミック・グリーンシート上に導電ペーストのラインを作るステップを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記パンチ面に前記流動性材料を流す前記ステップと、前記加工物上に前記流動性材料を付着させる前記ステップとを連続的に繰返すステップを含み、前記オリフィス部材の第１表面から前記パンチ面までの間隔を同時に調整して、前記パンチ面上の流動性材料の前記所望量を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記パンチ面に前記流動性材料を流す前記ステップと、前記加工物上に前記流動性材料を付着させる前記ステップとを連続的に繰返すステップを含み、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離を同時に調整して、前記加工物上に付着した前記所望量の流動性材料の直径を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記パンチ面に前記流動性材料を流す前記ステップと、前記加工物上に前記流動性材料を付着させる前記ステップとを連続的に繰返すステップを含み、前記加工物上に付着した前記流動性材料のサイズを同時に測定するステップと、前記サイズ測定を使って、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離および前記加工物上に付着した前記所望量の流動性材料のサイズを調整するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記パンチが前記オリフィス部材の孔の外に位置取りされ、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第１表面から間隔をおいている場合、前記流動性材料を前記オリフィス部材の孔を通って押出さないように、前記チャンバの前記流動性材料を加圧して、前記所望量の流動性材料を前記パンチ面に流すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記オリフィス部材の第２表面を越えて前記パンチ面を延出させて、前記所望量の流動性材料を前記加工物上に付着させる前に、前記パンチを、前記オリフィス部材の孔の外で前記パンチ面が前記オリフィス部材の第１表面から離れている位置から、前記オリフィス部材の孔を通って、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面となる位置まで繰返し移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記オリフィス部材の第２表面への前記加工物の距離を測定するステップと、前記距離測定を使って、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離、および前記加工物上に付着した前記所望量の流動性材料の直径を調整するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. セラミック・グリーンシート上に導電ペーストを分配する方法であって、
    第１表面、第２表面および前記表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、前記オリフィス部材の第１表面に隣接した導電ペースト用のチャンバと、前記オリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチとを備えた分配装置を用意するステップと、
    導電ペーストを前記チャンバに供給するステップと、
    前記パンチ面が前記オリフィス部材の第１面から間隔をおくように、前記パンチを前記オリフィス部材の孔の外に位置取りするステップと、
    前記パンチ面に所望量の導電ペーストを流すステップと、前記パンチと前記パンチ面上の所望量の導電ペーストとを、前記オリフィス部材の孔を通して、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させるステップと、依然として前記パンチ面上にある前記所望量の導電ペーストを前記グリーンシートに接触させるステップと、前記所望量の導電ペーストを前記グリーンシート上にドットの形状で移すステップとによって、前記所望量の導電ペーストを前記グリーンシート上に付着させるステップと、
    追加の所望量の導電ペーストを、ドットの形状で前記グリーンシート上に付着させるステップと、
    前記ドットのサイズを測定することによって、前記グリーンシート上に付いた導電ペーストの前記ドットのサイズを補正するステップと、
    前記ドットのサイズの測定に基づいて、前記導電ペーストを前記グリーンシート上に分配するためのパラメータを調整するステップと、
    前記パンチを、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで後退させるステップと
    を含む方法。
20. 前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になった後、前記パンチ面と、同一面のオリフィス部材の第２表面とを洗浄して、その上に残留した流動性材料をすべて除去するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 導電ペーストの前記ドットのサイズを補正するステップが、前記グリーンシート上の前記ドットのサイズの変化率を求めるステップと、前記グリーンシート上の前記ドットの平均サイズを求めるステップと、前記グリーンシート上のドット間のサイズの差を求めるステップとをさらに含み、前記導電ペーストを前記グリーンシート上に分配するためのパラメータを調整するステップが、前記ドットのサイズの変化率の測定、前記ドットの平均サイズの測定および前記グリーンシート上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定の内、１つまたは複数の測定に基づくものである、請求項１９に記載の方法。
22. 前記ドットのサイズの変化率の測定、前記ドットの平均サイズの測定および前記加工物表面上の最小ドットと最大ドットのサイズの差の測定に基づいて、補正スコアを割り当てるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 加工物上に流動性材料を分配する装置であって、
    第１表面、第２表面および前記表面間を通る孔を有するオリフィス部材と、
    前記オリフィス部材の第１表面に隣接した流動性材料用のチャンバと、
    前記オリフィス部材の孔を通って移動可能な面を有するパンチと、
    前記オリフィス部材の第２表面から所望の距離に加工物を支持する支持体と、
    前記パンチを動作させる制御システムであって、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第１面から間隔をおくように前記パンチを前記オリフィス部材の孔の外に位置取りし、前記パンチ面に所望量の流動性材料を流し、前記パンチと前記パンチ面上の所望量の流動性材料とを、前記オリフィス部材の孔を通して、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出するまで移動させ、依然として前記パンチ面上にある前記所望量の流動性材料を前記加工物に接触させ、前記所望量の流動性材料を前記加工物上に付着させ、前記パンチを、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面と実質的に同一面になるまで後退させるように構成された前記制御システムと、加工物上に付着した流動性材料の量のサイズを測定するセンサーと、前記加工物上に付いた流動性材料のドットのサイズを、前記センサーによる前記ドットの前記サイズの測定に基づいて、前記加工物上に前記流動性材料を付着させるパラメータを調整することによって補正する補正システムと
    を備えた装置。
24. 前記加工物上に付着した流動性材料の量のサイズを測定するセンサーをさらに備え、前記制御システムが、前記付着させた流動性材料のサイズの測定を利用して、前記オリフィス部材の第１表面からの前記パンチ面の間隔を調整して、前記パンチ面上の流動性材料の前記所望量を調整し、かつ前記加工物上に引き続き付着させる流動性材料の前記所望量のサイズを調整するように構成されている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記オリフィス部材の第２表面への前記加工物の距離を測定する第１センサーと、前記加工物上に付着させた流動性材料の量のサイズを測定する第２センサーとをさらに備え、前記制御システムが、前記加工物の距離の測定と、前記付着させた流動性材料のサイズの測定とを利用して、前記パンチ面が前記オリフィス部材の第２表面を越えて延出する距離を調整し、かつ前記加工物上に引き続き付着させる流動性材料の前記所望量のサイズを調整するように構成されている、請求項２３に記載の装置。

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