JP6040759B2 - 接着剤の塗布方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、接着剤の塗布方法及び装置に関する。
工業製品やその部品の小型化・高精細化の進展に伴い、製造・組立時に微少量の接着材を制御性よく塗布する技術が不可欠になっている。従来、接着剤の塗布にはエアー式ディスペンサやメカニカルディスペンサなどが用いられてきたが、接着剤の塗布量にはnL(ナノリットル)単位程度までの微少量化が求められており、微少量吐出に有効なメカニカルディスペンサでも対応が困難になってきている。また、現行のディスペンサを用いた接着剤の塗布方法では、過剰吐出になりやすく、更には、環境温度などの周囲の条件変化や接着剤の粘度の経時的変化などによって再現性よく接着剤の吐出量をコントロールすることが困難であった。そこで、これらの対策として、接着剤の吐出後に吸引を行うことにより接着剤の液適量をコントロールする方法が提案されている。
特開昭61−240632号公報 特開平03−036740号公報 特開平04−085834号公報 特開2003−290703号公報
吸引によって接着剤の液適量をコントロールするためには、吐出された接着剤の液適量を正確に計測し、余剰分の接着剤を吸引することが求められる。接着剤の液適量の計測は、接着剤の液滴をカメラで撮影し、撮影した画像に基づいて行われていた。
しかしながら、接着剤の液滴を上部から撮影した画像だけでは、液滴の高さを知ることはできず、吐出した接着剤の体積を正確に計測することはできなかった。接着剤を2方向から撮影して底面積と高さとを計測する方法も提案されているが、撮影に用いるカメラが2台必要であり、装置構成が複雑になるとともにコストも増加してしまう。
本発明の目的は、装置構成を複雑にすることなく接着剤の塗布量を正確にコントロールしうる接着剤の塗布方法及び装置を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、部品上に、接着剤を塗布し、前記部品上に塗布した前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影し、撮影した前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定し、推定した前記接着剤の塗布量が適正範囲内であるかどうかを判定し、推定した前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲を超えていると判定された場合に、塗布した前記接着剤に吸引用シリンジを接触させて余剰の前記接着剤を吸引す接着剤の塗布方法が提供される。
また、実施形態の他の観点によれば、部品上に、接着剤を塗布し、前記部品上に塗布した前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影し、撮影した前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定し、推定した前記接着剤の塗布量が適正範囲内であるかどうかを判定し、推定した前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲を超えていると判定された場合に、余剰の前記接着剤を吸引する接着剤の塗布装置において、部品上に前記接着剤を塗布するための第1のシリンジと、前記部品上に塗布した前記接着剤を吸引するための第2のシリンジと、前記部品上に塗布された前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影するための撮像装置と、前記撮像装置により撮影された前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定する演算装置と、前記演算装置により推定された前記接着剤の前記塗布量が適正範囲を超えている場合に、塗布した前記接着剤を吸引して前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲内となるように前記第2のシリンジを制御する制御装置とを有する接着剤の塗布装置が提供される。
開示の接着剤の塗布方法及び装置によれば、一方向から撮影した画像に基づいて接着剤の塗布量を正確に推定することができる。また、接着剤の塗布量の推定値に基づいて接着剤の吸引処理を行うことにより、接着剤の塗布量を適正値に容易に調整することができる。また、接着剤の塗布量の推定値に基づいて次に接着剤を塗布する際の塗布量を制御することにより、作業効率の向上と安定性を図ることができる。
図1は、一実施形態による接着剤の塗布装置の構造を示す概略図である。 図2は、一実施形態による接着剤の塗布装置のカメラの構造を示す概略図である。 図3は、一実施形態による接着剤の塗布装置の吐出用シリンジの構造を示す概略図である。 図4は、一実施形態による接着剤の塗布装置の吸引用シリンジの構造を示す概略断面図である。 図5は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示すフローチャートである。 図6は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その1)である。 図7は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その2)である。 図8は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その3)である。 図9は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その4)である。 図10は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その5)である。 図11は、一実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図(その6)である。 図12は、接着剤はみ出し領域を説明する図である。 図13は、同軸落射照明光学系を用いたカメラで撮像した画像の例を示す図である。 図14は、一実施形態による接着剤の塗布量推定方法を説明する図である。
一実施形態による接着剤の塗布方法及び装置について図1乃至図14を用いて説明する。
図1は、本実施形態による接着剤の塗布装置の構造を示す概略図である。図2は、本実施形態による接着剤の塗布装置のカメラの構造を示す概略図である。図3は、本実施形態による接着剤の塗布装置の吐出用シリンジの構造を示す概略図である。図4は、本実施形態による接着剤の塗布装置の吸引用シリンジの構造を示す概略断面図である。図5は、本実施形態による接着剤の塗布方法を示すフローチャートである。図6乃至図11は、本実施形態による接着剤の塗布方法を示す概略図である。図12は、接着剤はみ出し領域を説明する図である。図13は、同軸落射照明光学系を有するカメラで撮像した画像の例を示す図である。図14は、本実施形態による接着剤の塗布量推定方法を説明する図である。
はじめに、本実施形態による接着剤の塗布装置の構造について図1乃至図4を用いて説明する。
本実施形態による接着剤の塗布装置は、図1に示すように、接着剤を塗布する部品12を載置するステージ10と、ステージ10上の画像情報を取得するカメラ(撮像装置)20と、部品12上に接着剤を塗布する吐出用シリンジ30と、部品12上に塗布した接着剤を吸引する吸引用シリンジ50とを有している。
ステージ10は、ステージ駆動装置62を介して演算・制御装置60に接続されている。これにより、ステージ10は、演算・制御装置60により、ステージ駆動装置62を介して、部品12を、カメラ20、吐出用シリンジ30及び吸引用シリンジ50との位置関係に応じた所定の位置に移動できるようになっている。
カメラ20は、カメラ制御・画像処理装置64を介して演算・制御装置60に接続されている。カメラ20は、例えば図2に示すように、レンズ22を介して画像を取得するCCD等の撮像素子24と、同軸落射照明光学系によりレンズ22を介して部品を照明するLED照明26とを有している。カメラ20は、演算・制御装置60により、カメラ制御・画像処理装置64を介して、部品12上に移動し或いは部品12上から待避できるようになっている。また、カメラ20により撮影された画像は、カメラ制御・画像処理装置64により画像処理され、演算・制御装置60に入力できるようになっている。
吐出用シリンジ30は、吐出用シリンジ制御装置66を介して演算・制御装置60に接続されている。吐出用シリンジ30は、例えば図3に示すように、接着剤34が充填されたシリンジ32と、シリンジ32内の接着剤34を押圧するためのプランジャ36及びロッド38と、シリンジ32内から接着剤34を吐出するためのノズル40と、部品12に対するノズルの高さ位置を調整する接触式変位センサ42とを有するメカニカルディスペンサである。吐出用シリンジ30は、演算・制御装置60により、吐出用シリンジ制御装置66を介して、部品12上に移動し或いは部品12上から待避できるようになっている。また、演算・制御装置60により、吐出用シリンジ制御装置66を介して、ノズル40からの接着剤34の吐出を制御できるようになっている。
吸引用シリンジ50は、吸引用シリンジ制御装置68を介して演算・制御装置60に接続されている。吸引用シリンジ50は、例えば図4に示すように、シリンジ52と、シリンジ52に接続された真空系54と、部品12上の接着剤34をシリンジ52内に吸引するノズル56と、部品12に対するノズル56の高さ位置を調整する接触式変位センサ58とを有している。吸引シリンジ50は、演算・制御装置60により、吸引用シリンジ制御装置68を介して、部品12上に移動し或いは部品12上から待避できるようになっている。また、演算・制御装置60により、吸引用シリンジ制御装置68を介して、ノズル56からの接着剤34の吸引を制御できるようになっている。なお、吸引用シリンジ50は、接着剤34の吸引の際にカメラ20により画像を確認しながら行うことができるように、カメラ20の光軸に対して傾けて配置することが望ましい(図4参照)。
次に、本実施形態による接着剤の塗布装置を用いた接着剤の塗布方法について図5乃至図14を用いて説明する。
まず、ステージ10上に、接着剤を塗布する部品12を設置した治具14を載置する。部品12は、特に限定されるものではないが、例えば、光学ドライブに用いられる光ピックアップ用レンズや、光通信系などの微細な光学部品等が挙げられる。
次いで、カメラ制御・画像処理装置64により部品12上にカメラ20を移動し、部品12上に設けられた位置合わせ用のマーク(図示せず)の位置をカメラ20で確認する。演算・制御装置60は、カメラ20から得られたマークの位置情報に基づき、接着剤の滴下位置を決定する(図6、ステップS11)。
次いで、演算・制御装置60により、部品12上の接着剤の滴下位置が適正位置であるかどうかを判定する(ステップS12)。
接着剤の滴下位置が適正位置でない場合には、接着剤の滴下位置が適正位置になるように、ステージ駆動装置62によりステージ10を移動する(ステップS13)。ステージ10の位置調整では、ステージ10の面内方向の位置(X,Y)とZ方向の傾き(θ)の調整を行う。その後、ステップS11に戻り、接着剤の滴下位置の確認を再度行う。
接着剤の滴下位置を調整する上記一連の作業は、部品12上に他の部品を実装した際に接着剤の周囲へのはみ出しの制約条件を維持するために重要な工程である。すなわち、実装後の、位置決め時の微動範囲を最小限化することで、先の制約条件を維持することを容易にするためと、接着剤が多少基準量よりも多くても救済できるように対応している。
接着剤の滴下位置を適正位置に調整した後、カメラ制御・画像処理装置64によりカメラ20を部品12上から一時待避し、また、吐出用シリンジ制御装置66により吐出用シリンジ30を部品12上に移動する。
次いで、吐出用シリンジ制御装置66により、吐出用シリンジ30のノズル40が所定の高さに位置するように調整する(図7、ステップS14〜ステップS15)。
ノズル40の高さを所定の位置に調整した後、ノズル40から接着剤34を部品12上へ滴下する(図8、ステップS16)。部品12上へ滴下する接着剤34の量は、適正値と見込まれる量よりも多い量、例えば1.5倍程度に設定することが望ましい。
接着剤34の滴下は、部品12とノズル40とのギャップ(隙間)を接触式変位センサ42を用いて一定に維持した状態で行う。この状態で、吐出用シリンジ制御装置66からの吐出量指示値に対応した移動量だけ、シリンジ32内に内接且つ充填された接着剤34に接触してなるプランジャ36を、ロッド38を介して押し込み、押し込まれた分の体積の接着剤34をノズル40の先端から吐出する。
本方式は、シリンジ32の断面積が大きいと鈍感になりやすく、この断面積が小さいほど感度を高くできる。微少量の接着剤の滴下には、ガラス製のマイクロシリンジを採用して対応することもある。また、ノズル40の内径(断面積)をより細くすることも有効であるが、その反面、製作コストアップや目詰まりなどの対策など問題が多い。吐出量が多い場合には、ノズル40の先端部に液滴で膨らみが見える状態となるが、本実施形態による塗布装置の目的であるnL単位である場合、ほとんどのケースでノズル40の先端部に液滴の変化を見ることはない。この微少量の液滴を部品12に受け渡しするために、部品12とノズル40との間のギャップ精度を高めることが重要である。
接着剤34を部品12上に滴下した後、吐出用シリンジ制御装置66により、吐出用シリンジ30を部品12上から待避する(ステップS17)。
次いで、カメラ制御・画像処理装置64により部品12上にカメラ20を移動し、部品12上に接着剤34が塗布されているかどうかをカメラ20で確認する(ステップS18)。その結果、部品12上に接着剤34が塗布されていない場合には、ステップZS14に戻り、接着剤34の塗布工程を改めて行う。
部品12上に接着剤34が塗布されていることが確認された場合には、カメラ20で撮影した接着剤34の画像に基づき、塗布された接着剤34の塗布量を、以下の手順により推定する(図9、ステップS19〜ステップS20)。
なお、接着剤34の塗布量を測定するのは、部品12上に接着剤34によって部品16を接着した際に、接着剤のはみ出しを適正範囲に抑えるためである。例えば図12(a)に示すように、部品12上に過剰な接着剤34が塗布された状態で部品16を接着しようとすると、余分な接着剤34が部品16の周囲にはみ出すことになる。部品16の周囲には他の部品(図示せず)が実装されることもあり、部品16の接着領域には予め接着剤はみ出し領域が規定されている。接着剤はみ出し領域を超えて接着剤34が広がると、他の部品の実装に影響するため、接着剤34の塗布量は適正範囲に制御することが求められる。接着剤はみ出し領域内になるように接着剤34を塗布するためにはnL単位の微少量吐出が求められるが、エアー式ディスペンサよりは微少量吐出に適したメカニカルディスペンサであっても、nL単位の制御は困難である。
同軸落射照明光学系を有するカメラ20を用いてLED照明26からの光を照射した状態で取得した部品12上の接着剤34の画像には、接着剤34の頭頂部にハイライト部分が存在する。このハイライト部分の大きさは、接着剤34の形状に依存する。外形サイズが同じで高さが異なる接着剤34の液滴を比較した場合、例えば図12に示すように、接着剤34の高さが低い図13(b)の接着剤の画像の方が、接着剤34の高さが高い図13(a)の接着剤の画像の方よりも、ハイライト部分が大きくなる。
すなわち、接着剤34の画像から外形サイズとハイライト部のサイズとを計測することで、接着剤34を上方から撮影した1つの画像だけで、接着剤34の塗布量を推定することが可能となる。具体的には、例えば以下の手順により、接着剤34の塗布量を推定することができる。
まず、カメラ20で撮影された画像を画像処理し、接着剤34の外径Wとハイライト径Wとを計測する(図9、ステップS19)。
ここで、接着剤34の外形形状が、図14(a)に示すように球体の一部により構成されていると仮定すると、接着剤34の高さは、
h=r±√(r−a
と表すことができる。ここで、aは接着剤34の底面の半径(=W/2)であり、
a=h(2r−h)
と表すことができる。また、rは、球体の半径である。
また、ハイライト径Wは、同軸落射照明光学系の開口数NAをsin2θとすると、図14(b)に示すように、
=2rsinθ
と表すことができる。球体の半径rは、W/αと表すことができる。ここで、αは、同軸落射照明光学系で決まる定数である。これらパラメータから、接着剤34の体積Vは、
V=1/6×πh(3a+h
と表すことができる。
したがって、カメラ20で撮影された画像から接着剤34の外径Wとハイライト径Wとを計測することにより、部品12上に塗布した接着剤34の塗布量(体積V)を推定することができる(ステップS20)。
次いで、推定した接着剤34の体積Vが、接着剤はみ出し領域を超えない適正値であるかどうかを判定する(ステップS21)。
その結果、接着剤34の体積Vが適正値を超えている場合には、吸引用シリンジ50により、接着剤34の吸引を行う(図10、ステップS22)。
なお、接着剤34の体積Vが適正範囲であるかどうかの判断に当たっては、接着剤はみ出し領域を超えない条件を満足する適切な塗布量で塗布された液滴を撮像した画像(基準液滴画像)から上記と同様の手法により推定された体積Vを予め記録しておき、これを接着剤34の体積Vの適正値として用いることが望ましい。接着剤の液滴を撮像して得られた画像から推定された体積と基準液滴画像から推定された体積とを比較し、その結果に基づいて接着剤の塗布量を修正することで、必ずしも接着剤の絶対量を基準にしなくても、適正な量の接着剤を塗布することができる。
接着剤34の吸引時には、シリンジ52のノズル56の先端を接着剤34に近づけ、精密真空レギュレータなどの真空系54を用いて吸引を精密にコントロールしながら、吸引を行う。なお、吸引用シリンジ50は、繰り返し精度を維持するために、接触式変位センサ58によって常に一定した位置に持ってくるようにセッティングされている。
吸引後、ステップS19に戻り、接着剤34の体積Vが適正値になったかどうかを再度判断する(ステップS19〜ステップS21)。なお、部品12の表面の濡れ性などの要因で、接着剤34が吸引された後でも接着剤の外形Wが変化しないこともあるが、接着剤34のハイライト径Wをも計測することで、接着剤34の体積Vをより正確に推定することができる。
接着剤34の吸引は、カメラ20による画像観察を行いながらリアルタイムで行うようにしてもよい。接着剤34の体積推移を計測することにより、接着剤34を過剰に吸引することを抑制することができる。
接着剤34を過剰に吸引しすぎ、接着剤34の塗布量が適正値よりも過小になった場合には、必要に応じて塗布した接着剤34を総て吸引して取り除いた後、ステップS11に戻り、接着剤34の滴下処理をやり直す。
このような一連の処理の結果、部品12上に塗布した接着剤34の塗布量(体積V)が基準量の範囲内であると判定された場合には、接着剤34の塗布工程を完了する(図11)。
この後、部品12に接着される部品を接着剤34上に載置し、部品同士を接着する。
接着剤34の塗布を複数の部品12について行う場合において、最初に塗布した接着剤34の塗布量が基準量の範囲内でなかったときには、ステップS20における体積Vの推定結果に基づいて、次の部品12に接着剤34を塗布する際の塗布量を増減するようにしてもよい。
このように、本実施形態によれば、接着剤の液滴を撮影した画像から液滴の外径とハイライト径とを計測し、これらの値から接着剤の塗布量を推定するので、一方向から撮影した画像に基づいて接着剤の塗布量を正確に推定することができる。また、接着剤の塗布量の推定値に基づいて接着剤の吸引処理を行うことにより、接着剤の塗布量を適正値に容易に調整することができる。また、接着剤の塗布量の推定値に基づいて次に接着剤を塗布する際の塗布量を制御することにより、作業効率の向上と安定性を図ることができる。
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、吐出用シリンジとしてメカニカルディスペンサを用いたが、接着剤を塗布する手段は、必ずしもメカニカルディスペンサに限定されるものではない。メカニカルディスペンサはエアー式ディスペンサ等と比較して微少量吐出が容易であるが、エアー式ディスペンサ等を用いた場合にも、上記実施形態の方法を用いることにより、その後に接着剤の塗布量を適正に調整することが可能である。
また、吸引用シリンジとしてバキューム機能を付帯したシリンジを用いたが、接着剤を吸引する手段は、必ずしもこれに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、接着剤の塗布装置に適用した場合を示したが、塗布する液体は必ずしも接着剤である必要はない。微少量吐出が求められる種々の液体を塗布する場合に、上記実施形態に記載の方法及び装置を適用することができる。
また、上記実施形態に記載した接着剤の塗布装置及び塗布方法は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
10…ステージ
12,16…部品
14…治具
20…カメラ
22…レンズ
24…撮像素子
26…LED照明
30…吐出用シリンジ
32…シリンジ
34…接着剤
36…プランジャ
38…ロッド
40,56…ノズル
42,58…接触式変位センサ
50…吸引用シリンジ
52…シリンジ
54…真空系
60…演算・制御装置
62…ステージ駆動装置
64…カメラ制御・画像処理装置
66…吐出用シリンジ制御装置
68…吸引用シリンジ制御装置

Claims (5)

  1. 部品上に、接着剤を塗布し、
    前記部品上に塗布した前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影し、撮影した前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、
    計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定し、
    推定した前記接着剤の塗布量が適正範囲内であるかどうかを判定し、
    推定した前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲を超えていると判定された場合に、塗布した前記接着剤に吸引用シリンジを接触させて余剰の前記接着剤を吸引す
    とを特徴とする接着剤の塗布方法。
  2. 請求項1記載の接着剤の塗布方法において、
    推定した前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲でない場合に、次に前記接着剤を塗布する際の塗布量を、前記塗布量の推定値に応じて増減する
    ことを特徴とする接着剤の塗布方法。
  3. 部品上に、接着剤を塗布し、前記部品上に塗布した前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影し、撮影した前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定し、推定した前記接着剤の塗布量が適正範囲内であるかどうかを判定し、推定した前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲を超えていると判定された場合に、余剰の前記接着剤を吸引する接着剤の塗布装置において、
    部品上に前記接着剤を塗布するための第1のシリンジと、
    前記部品上に塗布した前記接着剤を吸引するための第2のシリンジと、
    前記部品上に塗布された前記接着剤の液滴を同軸落射照明を当てながら撮影するための撮像装置と、
    前記撮像装置により撮影された前記液滴の画像から、前記液滴の外径と、前記液滴中のハイライト部の径とを計測し、計測した前記外径及び前記ハイライト部の径に基づき、前記接着剤の塗布量を推定する演算装置と、
    前記演算装置により推定された前記接着剤の前記塗布量が適正範囲を超えている場合に、塗布した前記接着剤を吸引して前記接着剤の前記塗布量が前記適正範囲内となるように前記第2のシリンジを制御する制御装置と
    を有することを特徴とする接着剤の塗布装置。
  4. 請求項3記載の接着剤の塗布装置において、
    前記第1のシリンジは、シリンジ内に充填された前記接着剤を押圧するプランジャを駆動することにより前記シリンジの先端のノズルから前記接着剤を吐出するメカニカルディスペンサである
    ことを特徴とする接着剤の塗布装置。
  5. 請求項3又は4記載の接着剤の塗布装置において、
    前記第2のシリンジは、前記接着剤を吸入するバキューム機能を備えたシリンジを有する
    ことを特徴とする接着剤の塗布装置。
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