JP4502140B2 - 液体材料塗布方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体材料、例えば接着剤等を塗布対象物に吐出して塗布を行う液体材料塗布方法及び装置に係り、特に、塗布対象物と液体材料吐出口の距離や位置を高精度（１０ミクロン前後）で制御する方法及び装置に関する。

従来、液体材料の交換は、液体材料が充填されたシリンジに取付けられたニードル（塗布ノズル）の下端（先端）を、基準プレートへ突き当ててＺ方向（シリンジ軸方向）の位置決めを行い、装置の昇降駆動系にシリンジ及びニードルを固定する。つまり、ニードル先端の位置基準は、基準プレート面としている。

このとき、径の小さいニードルの場合、基準プレートに突き当てるとニードルに撓みが生じ、基準プレートを離れる無負荷時（空中引き上げ時）にニードルの撓みが戻り、ニードル先端にＸＹＺ方向の位置ズレが生じてしまう問題がある。

また、液体材料塗布に関する公知文献としては、下記特許文献１〜５がある。

特開２００３−１１６５号公報 特開２０００−３１７３７３号公報 特開２００１−８７６９３号公報 特開平９−９９２６８号公報 特開２００１−２９１９９９号公報

特許文献１は、シリンジ側に設けた突き当て端子を塗布対象物に突き当てることにより、液体材料吐出口と基板との距離を一定に保つ構成である。

しかし、液体材料吐出口と基板との距離は、突き当て端子とシリンジと液体材料吐出口を持つニードルとの寸法精度（部品精度）で決定されてしまうため、液体材料吐出口と基板の距離をミクロンオーダで管理しなければならない装置には適さない。

特許文献２〜５は、非接触の距離センサで基板とニードル先端の距離を測定し、液体材料の塗布を行う構成である。

しかし、非接触の距離センサは、シリンジ及びニードル保持部材に取付けられており、ニードルの先端位置がいつも同じ位置であることを前提にニードル先端と基板間の距離測定を行っているため、ニードル先端の位置（Ｚ方向）が、交換時と塗布時（無負荷時）で異なっていても補正されない（検出できない）問題がある。

さらに、ワイヤーボンディング、ＩＣのリード端子間、又はＩＣのアンダーフィル等の狭い範囲、高密度な場所に塗布する装置の場合、液体材料吐出口のＸＹＺ方向の高精度化が求められ、吐出口と塗布面の間隔、又は部品との干渉を避けるための寸法は、１０ミクロン前後の管理が必要となり、このためにニードルの曲がり対策も必要となる。

本発明は、上記の点に鑑み、シリンジ及びニードルを含む液体材料供給手段の交換時やニードルの繰り返し使用によって生じるニードルの芯ズレ、曲がり、撓みの影響を受けること無く、塗布対象物に対し、高精度の液体材料の吐出しを行うことが可能な液体材料塗布方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
第一の高さであるセンサ面を有する圧力センサを用い、
交換された新しい液体材料供給手段のニードル下端を、昇降駆動系を用いて前記センサ面に接触、検知させ、前記センサ面の第一の高さを基準として前記昇降駆動系におけるニードル下端の位置関係を求め、記憶する校正工程と、
前記校正工程の後、前記塗布対象物の前記塗布面に前記液体材料を塗布する、塗布工程とを備え、
前記塗布工程は、ＸＹ面内の位置情報で規定された複数箇所の塗布ポイントにおける前記塗布面の高さを第二の高さとして測定するステップを有し、
前記校正工程における前記ニードル下端位置と、前記塗布面における第二の高さの測定値とから、塗布時における前記塗布面と前記ニードル下端の間隔を既知量として制御し、前記塗布面に対して、前記ニードル下端が前記既知量の間隔を維持した状態で、前記液体材料を塗布することを特徴としている。

本願請求項２の発明に係る液体材料塗布装置は、液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出して塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料供給手段と、
前記液体材料供給手段の昇降駆動系と、
前記液体材料供給手段の保持手段と、
第一の高さであるセンサ面を有する圧力センサと、
前記液体材料供給手段を前記昇降駆動系で下降させて、前記ニードル先端を前記センサ面に接触、検知させ、前記昇降駆動系におけるニードル下端位置との関係を求め、記憶する校正手段と、
ＸＹ面内の位置情報で規定された複数箇所の塗布ポイントにおける前記塗布面の高さを第二の高さとして測定する高さ測定手段とを備え、
校正された前記ニードル下端位置と、前記塗布面における第二の高さの測定値とに基づき、塗布時における前記塗布面と前記ニードル下端の間隔を既知量として制御し、前記塗布面に対して、前記ニードル下端が前記既知量の間隔を維持した状態で、前記液体材料を塗布可能であることを特徴としている。

本願請求項３の発明に係る液体材料塗布装置は、請求項２において、前記測定手段が前記塗布面に接触して測定するリニアセンサであることを特徴としている。

本発明によれば、シリンジ及びニードルを含む液体材料供給手段の交換時やニードルの繰り返し使用によって生じるニードルの芯ズレ、曲がり、撓みの影響を受けること無く、塗布対象物に対し、高精度の液体材料の吐出、塗布を行うことが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、液体材料塗布方法及び装置の実施の形態を図面に従って説明する。

本発明が対象とする液体材料塗布方法及び装置は、特に、ワイヤーボンディング、ＩＣのリード端子間、又はＩＣのアンダーフィル等の狭い範囲、高密度な場所に塗布する用途に使用するものであるので、ニードル下端（先端）の液体材料吐出口のＸＹＺ方向の高精度化が求められる。ちなみに、吐出口と基板等の塗布面の間隔、又は部品との干渉を避けるための寸法は、１０ミクロン前後の管理が必要となる。

図１は液体材料塗布方法及び装置の参考例であって、ニードル下端の液体材料吐出口と塗布対象物の塗布面との間隔を高精度で管理するための構成を示す。この図において、１は液体材料供給手段であり、接着剤等の塗布すべき液体材料を収納したシリンジ２の下端にニードル（塗布ノズル）３を連結して設けたものであり、ニードル３はシリンジ内部に連通してニードル下端（先端）が吐出口となっている。シリンジ２の作用でニードル下端の吐出口より所定量の液体材料を吐出する構造である。

この液体材料供給手段１はシリンジ２の部分にて保持手段５で保持され、保持手段５は少なくともＺ軸方向移動機能（昇降機能）を有する駆動系６に固定されている。保持手段５は液体材料供給手段１を交換できるように、シリンジ部分の保持を解除できる機能と、シリンジ部分を固定保持する機能とを有する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、液体材料供給手段１を交換するときに用いる交換ステーションを示しており、交換台（ニードルセット基準プレート）１１と、この側方に立設固定されたマーク部材１２とを有する交換ステージ１０を備える。マーク部材１２の側面には高さ基準マーク１３が設けられている。また、高さ基準マーク１２を視野に含む横向き（水平面；ＸＹ平面に配置）の撮像手段としての横カメラ１５が交換ステージ１０近傍に固定支持されている。

図１（Ｃ）は、塗布ステーションを示しており、載置台２０上に塗布対象物としての基板２１が載置固定されている。基板２１の上面が塗布面２２であり、塗布面２２の高さを測定する高さ測定手段としてリニアセンサ２５が設けられている。リニアセンサ２５は塗布面２２に接触して複数箇所（好ましくは塗布ポイント若しくはその近傍等）の高さ測定を行うものである。前述したように、ニードル下端の吐出口と基板２１の塗布面２２との間隔は、１０ミクロン前後の管理が必要となり、そのために基板２１の微小な反り等の歪みを検知するために接触式のリニアセンサ２５が設けられている。

なお、基板上に部品が密集していて、接触式リニアセンサの接触端子の入る隙間の無い場合は、非接触式センサを用いても良いが、測定対象物が違うと反射率が異なる為、高精度の情報が得られない場合がある。接触式リニアセンサは、測定対象物に左右されない利点がある。

なお、塗布面２２の歪みが無視できる平面度の基板２０であれば、リニアセンサ２５を省略して、塗布面２２が既知の一定高さの平面（載置台２０の高さが既知で、基板２０の厚さが既知量であることから求められる）として処理してもよい。

前記液体材料供給手段１の駆動系６は水平面内のＸ軸方向、及びこれに直交するＹ軸方向にも移動機能を備えるものであってもよいし、交換ステージ１０及び載置台２０がＸＹテーブルに搭載されていてＸ軸方向及びＹ軸方向の移動機能がある場合にはＺ軸方向のみの昇降機能があるものでもよい。

次に、図１の参考例の場合の液体材料供給手段の交換、及び交換後の塗布動作について説明する。

液体材料供給手段１（シリンジ２及びニードル３）の交換作業は、交換ステージ１０の交換台１１上まで液体材料供給手段１を移動させ、使用を終了した液体材料供給手段１を保持手段５から取り外し、あらかじめ設定した位置（高さ）に液体材料供給手段１の保持手段５を移動し、図１（Ａ）のように液体材料の充填された新しい液体材料供給手段１を人手によって交換して取り付ける。このとき、取付作業はニードル３の下端を交換台１１の上面に突き当てて行う。交換台１１の上面の高さは既知量であるが、径の小さいニードル３の場合、交換台１１に突き当てるとニードル３に撓みが生じ、交換台１１を離れる無負荷時（空中引き上げ時）にニードル３の撓みが戻り、ニードル先端にＸＹＺ方向の位置ズレが生じてしまう問題がある。

そこで、新しい液体材料供給手段１に交換後、ニードル３の下端の位置を正確に検出するために、図１（Ｂ）のように、Ｚ軸方向に液体材料供給手段１を上昇させ、駆動系６（Ｚ軸方向の移動機能を有する）を基準高さに設定したときのニードル３下端を、高さ基準マーク１３とともに横カメラ１５で撮像して、ニードル下端の高さ位置と高さ基準マーク１３との高さの差を算出し（計算処理し）、前記高さの差から前記ニードル下端の高さ位置を求め、前記昇降駆動系６の高さとニードル３下端の高さ位置との関係を正確に求める（高さ基準マーク１３とニードル下端の位置を画像認識で処理し、駆動系６を基準高さに設定したときのニードル先端位置として記憶する）。

そして、図１（Ｃ）の塗布ステーション上に前記液体材料供給手段１は移動し、載置台２０上の塗布対象物としての基板２１の塗布面２２（上面）に対して、ニードル３下端の液体吐出口から塗布面２２に接着剤等の液体材料を塗布する。このとき、ニードル３下端の吐出口の高さ位置と駆動系６の高さ位置との関係は正確にわかっており、また塗布面２２の高さは接触式のリニアセンサ２５で複数箇所（例えば、塗布ポイント等）において正確に測定されているから、先に得られたＸＹ面内の位置情報で規定された塗布ポイントにおいて、ニードル３下端の吐出口と塗布面２２との間隔を既知量として制御でき、例えばその間隔を１０ミクロン程度に保って液体材料の塗布が可能である。

この参考例によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 液体材料供給手段１の駆動系６を基準高さに設定したときのニードル３下端を、高さ基準マーク１３とともに横方向より撮像手段としての横カメラ１５で撮像して、前記ニードル下端の高さ位置と前記高さ基準マーク１３との高さの差から前記ニードル下端の高さ位置を求め、ひいては、駆動系６の高さと前記ニードル下端の高さとの関係を正確に求めることができる。とくに、ニードル３の径が細く撓みの影響を無視できない場合に有効である。

(2) 塗布対象物の塗布面２２の高さを測定する高さ測定手段として、塗布面に接触して測定するリニアセンサ２５を用いることにより、塗布ポイント等の高さを正確に測定でき、その測定値に基づき液体材料塗布時の液体材料供給手段１の高さを補正、制御可能である。

(3) 上記(1)，(2)により、ＸＹ面内の位置情報で規定された塗布ポイントにおいて、ニードル３下端の吐出口と塗布面２２との間隔を正確に既知量として制御でき、例えばその間隔を１０ミクロン程度に保って液体材料の塗布が可能である。

図２は本発明に係る液体材料塗布方法及び装置の実施の形態であって、ニードル下端の吐出口と塗布対象物の塗布面との間隔を高精度で管理するための構成を示す。ここで、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、液体材料供給手段１を交換するときに用いる交換ステーションを示しており、交換台（ニードルセット基準プレート）１１と、これに隣接して配置固定された圧力センサ（接触センサ）１６とを有する交換ステージ１０を備える。圧力センサ１６のセンサ面１６ａは高さが既知である。

この場合、液体材料供給手段１（シリンジ２及びニードル３）の交換作業は、交換ステージ１０の交換台１１上まで液体材料供給手段１を移動させ、使用を終了した液体材料供給手段１を保持手段５から取り外し、あらかじめ設定した位置（高さ）に液体材料供給手段１の保持手段５を移動し、図２（Ａ）のように充填された新しい液体材料供給手段１を人手によって交換して取り付ける。このとき、取付作業はニードル３の下端を交換台１１の上面に突き当てて行う。交換台１１の上面の高さは既知量であるが、径の小さいニードル３の場合、交換台１１に突き当てるとニードル３に撓みが生じ、交換台１１を離れる無負荷時（空中引き上げ時）にニードル３の撓みが戻り、ニードル先端にＸＹＺ方向の位置ズレが生じてしまう問題がある。

そこで、新しい液体材料供給手段１に交換後、ニードル３の下端の位置を正確に検出するために、交換後の液体材料供給手段１をニードル下端が交換台１１に接触しない位置までＺ軸方向に上昇させ、ニードル３の撓みを除去後、図２（Ｂ）のように液体材料供給手段１をニードル３の下端が圧力センサ１６のセンサ面１６ａに接触するまで下降させ、接触した位置（センサが圧力を検知してセンサ信号オン時）をニードル下端位置として記憶する。つまり、圧力センサ１６の圧力検知時に、センサ面１６ａの高さを基準としてニードル下端の高さ位置を検知することができ、センサ面１６ａの高さは既知量で、センサ面が微小量押されて圧力検知動作が行われるが、前記微小量も既知量とすることが可能であるから、センサ圧力検知時の前記ニードル下端の高さと、このときの駆動系６の高さとの関係を正確に求めることができる。

従って、この実施の形態の場合にも、ＸＹ面内の位置情報で規定された塗布ポイントにおいて、ニードル３下端の吐出口と塗布面２２との間隔を正確に既知量として制御でき、例えばその間隔を１０ミクロン程度に保って液体材料の塗布が可能である。

なお、液体材料供給手段１の交換時にニードル３を圧力センサ１６に突き当てて液体材料供給手段１の交換を行うと圧力センサ１６に負荷がかかり、精度に影響する恐れがあるため、交換台１１と圧力センサ１６の位置は異なるように配置する。

なお、その他の構成及び動作は前述した参考例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

なお、前記参考例に示した接触式リニアセンサの接触端子は、狭いところにも対応可能なように針状のものでもよい。

また、前記参考例及び実施の形態におけるニードル先端位置確認は、シリンジ交換時だけでなく、同一シリンジに対して日に数回実施してもよい。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明の参考例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 液体材料供給手段
２ シリンジ
３ ニードル
５ 保持手段
６ 駆動系
１０ 交換ステージ
１１ 交換台
１２ マーク部材
１３ 基準マーク
１５ 横カメラ
１６ 圧力センサ
２０ 載置台
２１ 基板
２２ 塗布面
２５ リニアセンサ

Claims (3)

1. 液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
   第一の高さであるセンサ面を有する圧力センサを用い、
   交換された新しい液体材料供給手段のニードル下端を、昇降駆動系を用いて前記センサ面に接触、検知させ、前記センサ面の第一の高さを基準として前記昇降駆動系におけるニードル下端の位置関係を求め、記憶する校正工程と、
   前記校正工程の後、前記塗布対象物の前記塗布面に前記液体材料を塗布する、塗布工程とを備え、
   前記塗布工程は、ＸＹ面内の位置情報で規定された複数箇所の塗布ポイントにおける前記塗布面の高さを第二の高さとして測定するステップを有し、
   前記校正工程における前記ニードル下端位置と、前記塗布面における第二の高さの測定値とから、塗布時における前記塗布面と前記ニードル下端の間隔を既知量として制御し、前記塗布面に対して、前記ニードル下端が前記既知量の間隔を維持した状態で、前記液体材料を塗布することを特徴とする液体材料塗布方法。
2. 液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出して塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料供給手段と、
   前記液体材料供給手段の昇降駆動系と、
   前記液体材料供給手段の保持手段と、
   第一の高さであるセンサ面を有する圧力センサと、
   前記液体材料供給手段を前記昇降駆動系で下降させて、前記ニードル先端を前記センサ面に接触、検知させ、前記昇降駆動系におけるニードル下端位置との関係を求め、記憶する校正手段と、
   ＸＹ面内の位置情報で規定された複数箇所の塗布ポイントにおける前記塗布面の高さを第二の高さとして測定する高さ測定手段とを備え、
   校正された前記ニードル下端位置と、前記塗布面における第二の高さの測定値とに基づき、塗布時における前記塗布面と前記ニードル下端の間隔を既知量として制御し、前記塗布面に対して、前記ニードル下端が前記既知量の間隔を維持した状態で、前記液体材料を塗布可能であることを特徴とする液体材料塗布装置。
3. 前記測定手段が前記塗布面に接触して測定するリニアセンサである請求項２記載の液体材料塗布装置。

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