JP6436634B2

JP6436634B2 - 液状の膜材料の吐出装置

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Publication number: JP6436634B2
Application number: JP2014047141A
Authority: JP
Inventors: 潤西牧
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: KR101730506B1; CN104907222A; CN104907222B; JP2015170831A; TWI558468B; TW201534401A; KR20150106323A

Description

本発明は、液状の膜材料をノズル孔から吐出する吐出装置に関する。

ノズルヘッドから膜材料の液滴を吐出して、基板の表面に、所定のパターンを有する膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。膜を形成すべき基板は、例えばプリント基板、厚銅基板等である。プリント基板に形成される膜は、例えばソルダーレジストであり、厚銅基板に形成される膜は、例えば厚銅パターンの間に配置される絶縁膜である。

液状の膜材料は、循環装置から材料供給用の配管を通ってノズルヘッドに供給され、余分な膜材料が、材料回収用の配管を通って循環装置に回収される。ノズルヘッドから液滴を安定して吐出するために、膜材料を加熱して、膜材料の粘度を低下させることが好ましい。下記の特許文献２に、膜材料を蓄えているタンクからノズルヘッドまでの配管を加熱することにより、膜材料の粘度の低下を防止する基板製造装置が開示されている。

特開２００４−１０４１０４号公報国際公開第２０１３／０１５０９３号

タンクからノズルヘッドまでの配管で液状の膜材料を加熱しても、ノズルヘッドに膜材料が長時間滞留すると、膜材料の温度が低下してしまう。ノズルヘッド内での滞留時間を短くするために、膜材料の流量を多くすることが好ましい。ところが、流量が多くなると、配管内での流速が速くなり、膜材料が配管内で加熱される時間が短くなる。十分な加熱時間を確保するためには、配管を長くしなければならない。

本発明の目的は、配管を長くすることなく、膜材料を十分加熱することができる吐出装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
内部に液状の膜材料を収容する第１のタンクと、
前記第１のタンクの中に配置されたヒータであって、前記第１のタンクの側面と前記ヒータとによって前記膜材料が流れる加熱流路を画定する前記ヒータと、
前記加熱流路で加熱され前記第１のタンクから溢れた前記膜材料を収容する第２のタンクと、
前記加熱流路に前記膜材料を供給する第１の経路と、
前記膜材料を吐出する複数のノズル孔が設けられたノズルヘッドと、
前記第２のタンクから前記ノズルヘッドまで前記膜材料を輸送する第２の経路と、
を有し、
前記第２のタンクは、収容される前記膜材料の液面が流出高さを超えると、前記膜材料が前記第２のタンクから溢れるように構成されており、
前記ノズル孔から、前記第２のタンクの前記流出高さまでの高低差に依存する水頭圧が、前記ノズル孔の位置の前記膜材料に加わっている吐出装置が提供される。

第１のタンク内にヒータを配置して加熱流路を画定することにより、第１のタンク内で膜材料を加熱することができる。このため、配管を長くすることなく、十分な加熱を行う
ことが可能になる。

図１は、実施例による吐出装置の概略図である。図２は、実施例による吐出装置の、膜材料の循環経路の概略図である。図３は、供給タンクの平断面図である。図４は、図３の一点鎖線４−４における断面図である。図５は、図３の一点鎖線５−５における断面図である。図６は、他の実施例による吐出装置の、膜材料の循環経路の概略図である。図７は、さらに他の実施例による吐出装置の、膜材料の循環経路の概略図である。

図１に、実施例による吐出装置の概略図を示す。基台１０に、移動機構１１によってステージ１３が支持されている。ｘｙ面を水平面とし、鉛直上方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を定義する。ステージ１３は、ｘ方向及びｙ方向に移動可能である。ステージ１３の上に、膜を形成する対象物である基板１５が保持される。基板１５は、例えばソルダーレジストを形成する対象のプリント基板、厚銅基板を形成するための下地となる支持基板等である。基板１５がステージ１３に吸着される。

ノズルヘッド２０が、支持プレート２１によって、ステージ１３の上方に支持されている。ノズルヘッド２０は、ステージ１３に保持された基板１５に向けて、液状の膜材料を液滴化して吐出する。膜材料には、例えば光硬化性の樹脂が用いられる。図１には現れていないが、支持プレート２１に、膜材料を硬化させるための硬化用光源が取り付けられている。膜材料に、紫外線硬化性の樹脂が用いられる場合は、硬化用光源は、基板１５に向けて紫外光を放射する。

制御装置１６が、形成すべき膜のパターンを定義する画像データを記憶している。制御装置１６は、この画像データに基づいて、移動機構１１による基板１５の移動制御、及びノズルヘッド２０からの膜材料の吐出のタイミング制御を行う。これにより、基板１５に、画像データで定義されたパターンを有する膜が形成される。

第１の経路２３、供給タンク３０、第２の経路２４、ノズルヘッド２０、第３の経路２５、及び回収側バッファタンク４０を経由して第１の経路２３に戻る循環経路が形成されている。第１の経路２３を通って供給タンク３０に液状の膜材料が供給される。

供給タンク３０は、第１のタンク３１、第２のタンク３２、及び第３のタンク３３を含む。供給タンク３０に供給された膜材料は、第１のタンク３１の下端から第１のタンク３１内に導入される。膜材料は、第１のタンク３１内を上方に輸送される間に加熱される。第１のタンク３１から溢れた膜材料が、第２のタンク３２に流入する。第２のタンク３２内の膜材料が、第２の経路２４を通ってノズルヘッド２０に供給される。第２のタンク３２から溢れた膜材料が第３のタンク３３に流入する。

供給タンク３０にエアバルブ３５が取り付けられている。エアバルブ３５を開放すると、供給タンク３０内が大気圧状態になる。エアバルブ３５を閉鎖すると、供給タンク３０内が密閉状態になる。これにより、供給タンク３０内を加減圧することが可能になる。

ノズルヘッド２０から吐出されなかった膜材料が、第３の経路２５を通って回収側バッファタンク４０に回収される。第１の経路２３は、回収側バッファタンク４０内の膜材料を供給タンク３０に戻す。第１の経路２３に、回収側バッファタンク４０から供給タンク
３０に向かって、還流ポンプ２６、第３のタンク３３、及びオーバフローポンプ２７がこの順番に挿入されている。回収側バッファタンク４０は、膜材料を収容する密閉空間を画定しており、密閉空間内に膜材料を一時的に蓄える。これにより、回収側バッファタンク４０は、還流ポンプ２６に起因する脈動がノズルヘッド２０まで伝搬することを防止する。

補給タンク４２から、三方弁４３を介して第１の経路２３に、膜材料が補給される。三方弁４３は、通常は、補給タンク４２から第１の経路２３に膜材料を補給する経路を遮断している。膜材料の補給時には、補給タンク４２から第１の経路２３へ膜材料を補給する経路を開く。

図２に、膜材料の循環経路の概略図を示す。第１の経路２３を通って供給タンク３０に供給された膜材料が、供給タンク３０内の第１の経路２３を通って供給タンク３０の底部まで輸送された後、第１のタンク３１の下端から第１のタンク３１内に導入される。第１のタンク３１内にヒータ３４が収容されている。第１のタンク３１の側面とヒータ３４との間に、加熱流路３６が画定されている。第１のタンク３１内の膜材料の液面がある高さを越えると、膜材料が第１のタンク３１から溢れる。

第１のタンク３１内に導入された膜材料は、加熱流路３６を下方から上方に向かって流れる間に、ヒータ３４によって加熱される。加熱された後、第１のタンク３１から溢れた膜材料が、第２のタンク３２に流入する。

第２のタンク３２の底面に、第２の経路２４の上流端が接続されている。第２のタンク３２内の膜材料が、第２の経路２４を通ってノズルヘッド２０に供給される。第２の経路２４は、断熱カバー２８で覆われている。このため、膜材料が第２のタンク３２からノズルヘッド２０に輸送されるまでの期間における温度の低下を抑制することができる。なお、断熱カバー２８に加えて、または断熱カバー２８に代えて、ヒータを配置してもよい。

第２のタンク３２内の膜材料の液面がある高さ（流出高さ）を越えると、膜材料が第２のタンク３２から溢れる。第２のタンク３２から溢れた膜材料が第３のタンク３３に流入する。

供給タンク３０の上面にエアバルブ３５が取り付けられている。エアバルブ３５を開放した状態では、第１のタンク３１、第２のタンク３２、及び第３のタンク３３内の膜材料の液面に大気圧が印加される。エアバルブ３５を閉鎖すると、供給タンク３０内が密閉された状態になる。このため、オーバフローポンプ２７と還流ポンプ２６との流量によって、供給タンク３０の内圧が変動する。本実施例では、エアバルブ３５が開放されており、第１のタンク３１、第２のタンク３２、及び第３のタンク３３内の膜材料の液面に大気圧が印加されている。

ノズルヘッド２０の底面に複数のノズル孔２２が設けられている。ノズル孔２２から膜材料が液滴化されて吐出される。

第２のタンク３２からノズルヘッド２０に供給される膜材料の流量よりも、第１の経路２３から第１のタンク３１に供給される膜材料の流量の方が多くなるように、オーバフローポンプ２７及び還流ポンプ２６が流量制御されている。このため、膜材料が、第２のタンク３２から第３のタンク３３に常時溢れており、第２のタンク３２内の膜材料の液面の高さが一定に維持される。第２のタンク３２内の膜材料の液面には大気圧が印加されているため、ノズル孔２２の位置に、ノズル孔２２から第２のタンク３２内の膜材料の液面までの高低差ｈに依存する水頭圧が加わる。高低差ｈを調節することにより、ノズル孔２２
の位置における膜材料の圧力を調整することができる。

図３に、供給タンク３０の平断面図を示す。外側容器５０内に、中間容器５１が収容され、中間容器５１内に、内側容器５２が収容されている。外側容器５０の内側の表面と、中間容器５１の外側の表面との間に空間が確保されている。この空間が第３のタンク３３に相当する。中間容器５１の側面の内側の表面と、内側容器５２の側面の外側の表面との間に空間が確保されている。この空間が、第２のタンク３２に相当する。内側容器５２内の空間が、第１のタンク３１（図２）に相当する。

内側容器５２内にヒータ３４及び管路部材５５が収容されている。管路部材５５内に、第１の経路２３（図２）の一部を構成する流路が設けられている。ヒータ３４は、伝熱ブロック３７及び発熱体３８を含む。伝熱ブロック３７は、中心部材３７Ａ、及び中心部材３７Ａから側方に延びる複数の放熱フィン３７Ｂを含む。中心部材３７Ａに複数の発熱体収容部、例えば凹部が形成されており、この凹部に、それぞれ発熱体３８が挿入されている。

放熱フィン３７Ｂの先端が、内側容器５２の側面に接触している。相互に隣り合う放熱フィン３７Ｂ、中心部材３７Ａ、及び内側容器５２の側面で囲まれた空間が、加熱流路３６（図２）に相当する。

図４に、図３の一点鎖線４−４における断面図を示す。外側容器５０内に中間容器５１が収容され、中間容器５１内に内側容器５２が収容されている。外側容器５０と中間容器５１とにより、第３のタンク３３が画定される。中間容器５１と内側容器５２とにより、第２のタンク３２が画定される。

外側容器５０の底面に排出口５７が設けられ、側面に流入口５８が設けられている。回収側バッファタンク４０（図２）から、第１の経路２３、還流ポンプ２６（図２）、及び流入口５８を通って、第３のタンク３３に膜材料が回収される。第３のタンク３３内の膜材料が、排出口５７、第１の経路２３、及びオーバフローポンプ２７（図２）を通って、供給タンク３０に戻される。

中間容器５１の底面に排出口５９が設けられている。排出口５９は、外側容器５０の底面を貫通して、供給タンク３０の外側まで引き出されている。第２のタンク３２内の膜材料が、排出口５９及び第２の経路２４を通って、ノズルヘッド２０（図２）に供給される。

内側容器５２の少なくとも１つの側面及び底面に沿って、管路部材５５が配置されている。管路部材５５の内部に形成された流路が、第１の経路２３の一部分を構成する。内側容器５２内の残余の空間に、第１のタンク３１が画定される。第１のタンク３１内に、伝熱ブロック３７が収容されている。伝熱ブロック３７に形成された複数の発熱体収容部に、それぞれ発熱体３８が挿入されている。

管路部材５５の内部に形成された第１の経路２３が、内側容器５２の側面に沿う部分の上端から、内側容器５２の底面に沿う部分まで延びる。外側容器５０の上方の開口部が、蓋５３で塞がれている。蓋５３に取入口６０が形成されている。供給タンク３０の外側の第１の経路２３が、取入口６０を介して、管路部材５５の内部の第１の経路２３に繋がる。

管路部材５５の、底面に沿う部分に、第１の経路２３内の膜部材を第１のタンク３１に流入させる噴出口２９が形成されている。取入口６０から、管路部材５５の内部の第１の
経路２３に流入した膜部材が、噴出口２９から第１のタンク３１内に導入される。

図５に、図３の一点鎖線５−５における断面図を示す。外側容器５０内に中間容器５１が収容され、中間容器５１内に内側容器５２が収容されている。外側容器５０と中間容器５１との間に第３のタンク３３が画定されている。中間容器５１と内側容器５２との間に第２のタンク３２が画定されている。内側容器５２の底面に、管路部材５５が配置されている。管路部材５５の内部に形成された第１の経路２３から、噴出口２９を通して第１のタンク３１内に膜材料が導入される。

内側容器５２内にヒータ３４が収容されている。ヒータ３４と内側容器５２との間に、加熱流路３６が画定される。噴出口２９から第１のタンク３１内に導入された膜材料は、加熱流路３６を上方に向かって流れる。このとき、膜材料がヒータ３４によって加熱される。加熱流路３６を上方に向かって流れた膜材料は、内側容器５２の側面の上端から溢れて、第２のタンク３２に流入する。

第２のタンク３２内の膜材料は、排出口５９から第２の経路２４に流出する。また、一部の膜材料は、中間容器５１の側面の上端から溢れ、第３のタンク３３に流入する。中間容器５１の側面の高さによって、第２のタンク３２内の膜材料の液面の高さが規定される。第３のタンク３３に流入した膜材料は、排出口５７を通って第１の経路２３に流出する。

図１〜図５に示した実施例では、加熱流路３６の流路断面が、第１の経路２３、第２の経路２４の流路断面より大きい。このため、加熱流路３６内の膜材料の流速が、第１の経路２３及び第２の経路２４内の膜材料の流速よりも遅くなる。これにより、膜材料を目標温度まで加熱するための十分な時間を確保することができる。チューブヒータを用いて同等の加熱時間を確保するためには、チューブヒータを、加熱流路３６より長くしなければならない。上記実施例では、加熱流路３６を短くできるため、膜材料を加熱するための加熱機構の小型化を図ることができる。

さらに、上記実施例では、ノズル孔２２（図２）の位置における膜材料の圧力のうち水頭圧が、ノズル孔２２から、第２のタンク３２内の膜材料の液面までの高さに依存する。このため、膜材料が第２のタンク３２から溢れる状態が維持されているという条件の下で、循環する膜材料の総量が増減しても、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力のうち水頭圧を一定に維持することができる。

次に、図６を参照して、他の実施例について説明する。以下、図１〜図５に示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

図６に、膜材料の循環経路の概略図を示す。本実施例においては、エアバルブ３５が閉鎖されている。このため、供給タンク３０が密閉されている。第１の圧力センサ７０が第２の経路２４内の膜材料の圧力を測定する。第２の圧力センサ７１が、第３の経路２５内の膜材料の圧力を測定する。第１の圧力センサ７０及び第２の圧力センサ７１の測定結果が制御装置７５に入力される。

供給タンク３０が密閉されているため、オーバフローポンプ２７によって供給タンク３０に送り込まれる膜材料の量、すなわち第２のタンク３２から第３のタンク３３へ溢れる膜材料の量と、還流ポンプ２６から第３のタンク３３に送り込まれる膜材料の量との合計に基づいて、第２のタンク３２の液面に作用する圧力（供給タンク３０の内圧）が決定される。このように、オーバフローポンプ２７と還流ポンプ２６との流量を制御することにより、供給タンク３０の内圧を調整することができる。

制御装置７５は、第１の圧力センサ７０の測定結果と、第２の圧力センサ７１の測定結果との差が許容範囲に収まるように、オーバフローポンプ２７及び還流ポンプ２６の流量制御を行う。第１の圧力センサ７０の測定結果と、第２の圧力センサ７１の測定結果との差を許容範囲に収めることにより、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力を一定に維持することができる。

図６に示した実施例では、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力を一定にするために、図２に示したノズル孔２２と、第２のタンク３２内の膜材料の液面との高低差ｈに依存する水頭圧を利用していない。

次に、図７を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図５に示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

図７に、膜材料の循環経路の概略図を示す。本実施例においては、第２の経路２４に、第１のタンク３１からノズルヘッド２０に向かって、供給ポンプ７２及び供給側バッファタンク７３がこの順番に挿入されている。第１の圧力センサ７０が、供給側バッファタンク７３とノズルヘッド２０との間の第２の経路２４内の膜材料の圧力を測定する。第２の圧力センサ７１が、第３の経路２５内の膜材料の圧力を測定する。第１の圧力センサ７０及び第２の圧力センサ７１の測定結果が制御装置７５に入力される。供給側バッファタンク７３は、供給ポンプ７２の脈動がノズルヘッド２０まで伝搬することを防止する。

制御装置７５は、第１の圧力センサ７０の測定結果と、第２の圧力センサ７１の測定結果との差が許容範囲に収まるように、還流ポンプ２６及び供給ポンプ７２の流量制御を行う。第１の圧力センサ７０の測定結果と、第２の圧力センサ７１の測定結果との差を許容範囲に収めることにより、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力を一定に維持することができる。図７に示した実施例においても、図６に示した実施例と同様に、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力を一定にするために、図２に示したノズル孔２２と膜材料の液面との高低差ｈに依存する水頭圧を利用していない。このため、膜材料を第２のタンク３２から溢れさせる必要はない。図７に示した実施例では、ノズル孔２２の位置における膜材料の圧力を一定にするために、供給タンク３０の内圧を利用していない。このため、エアバルブ３５は開放されている。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０基台
１１移動機構
１３ステージ
１５基板
１６制御装置
２０ノズルヘッド
２１支持プレート
２２ノズル孔
２３第１の経路
２４第２の経路
２５第３の経路
２６還流ポンプ
２７オーバフローポンプ
２８断熱カバー
２９噴出口
３０供給タンク
３１第１のタンク
３２第２のタンク
３３第３のタンク
３４ヒータ
３５エアバルブ
３６加熱流路
３７伝熱ブロック
３７Ａ中心部材
３７Ｂ放熱フィン
３８発熱体
４０回収側バッファタンク
４２補給タンク
４３三方弁
５０外側容器
５１中間容器
５２内側容器
５３蓋
５５管路部材
５７排出口
５８流入口
５９排出口
６０取入口
７０第１の圧力センサ
７１第２の圧力センサ
７２供給ポンプ
７３供給側バッファタンク
７５制御装置

Claims

内部に液状の膜材料を収容する第１のタンクと、
前記第１のタンクの中に配置されたヒータであって、前記第１のタンクの側面と前記ヒータとによって前記膜材料が流れる加熱流路を画定する前記ヒータと、
前記加熱流路で加熱され前記第１のタンクから溢れた前記膜材料を収容する第２のタンクと、
前記加熱流路に前記膜材料を供給する第１の経路と、
前記膜材料を吐出する複数のノズル孔が設けられたノズルヘッドと、
前記第２のタンクから前記ノズルヘッドまで前記膜材料を輸送する第２の経路と、
を有し、
前記第２のタンクは、収容される前記膜材料の液面が流出高さを超えると、前記膜材料が前記第２のタンクから溢れるように構成されており、
前記ノズル孔から、前記第２のタンクの前記流出高さまでの高低差に依存する水頭圧が、前記ノズル孔の位置の前記膜材料に加わっている吐出装置。
前記第１の経路は、前記加熱流路の下端から前記加熱流路に前記膜材料を供給する請求項１に記載の吐出装置。
さらに、
前記膜材料を一時的に蓄える回収側バッファタンクと、
前記ノズルヘッド内の前記膜材料を前記回収側バッファタンクまで輸送する第３の経路と
を有し、
前記第１の経路は、前記回収側バッファタンク内の前記膜材料を前記第１のタンクまで輸送する請求項１または２に記載の吐出装置。
内部に液状の膜材料を収容する第１のタンクと、
前記第１のタンクの中に配置されたヒータであって、前記第１のタンクの側面と前記ヒータとによって前記膜材料が流れる加熱流路を画定する前記ヒータと、
前記加熱流路に前記膜材料を供給する第１の経路と、
前記膜材料を吐出する複数のノズル孔が設けられたノズルヘッドと、
前記加熱流路で加熱されて前記第１のタンクから溢れた前記膜材料を収容する第２のタンクと、
前記第２のタンクから前記ノズルヘッドまで前記膜材料を輸送する第２の経路と、
前記膜材料を一時的に蓄える回収側バッファタンクと、
前記ノズルヘッド内の前記膜材料を前記回収側バッファタンクまで輸送する第３の経路と、
前記第１の経路に、前記回収側バッファタンクから前記第１のタンクに向かって順番に挿入された還流ポンプ、第３のタンク、及びオーバフローポンプと、
内部が密閉され、密閉された空間に前記第１のタンク、前記第２のタンク、及び前記第３のタンクを収容し、密閉された空間内の圧力が前記第２のタンクの液面に作用する容器と、
前記第２の経路内の前記膜材料の圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記第３の経路内の前記膜材料の圧力を測定する第２の圧力センサと、
前記第１の圧力センサの測定結果と、前記第２の圧力センサの測定結果との差に基づいて、前記差が許容範囲に収まるように、前記還流ポンプ及び前記オーバフローポンプの流量制御を行って前記容器内の空間の内圧を調整する制御装置と
を有する吐出装置。
内部に液状の膜材料を収容する第１のタンクと、
前記第１のタンクの中に配置されたヒータであって、前記第１のタンクの側面と前記ヒータとによって前記膜材料が流れる加熱流路を画定する前記ヒータと、
前記加熱流路に前記膜材料を供給する第１の経路と、
前記膜材料を吐出する複数のノズル孔が設けられたノズルヘッドと、
前記第１のタンクから前記加熱流路で加熱された前記膜材料を、前記ノズルヘッドまで輸送する第２の経路と、
前記膜材料を一時的に蓄え、前記第１の経路に前記膜材料を送り出す回収側バッファタンクと、
前記ノズルヘッド内の前記膜材料を前記回収側バッファタンクまで輸送する第３の経路と、
前記第１の経路に挿入された還流ポンプと、
前記第２の経路に、前記第１のタンクから前記ノズルヘッドに向かって順番に挿入された供給ポンプ及び供給側バッファタンクと、
前記供給側バッファタンクと前記ノズルヘッドとの間の前記第２の経路内の前記膜材料の圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記第３の経路内の前記膜材料の圧力を測定する第２の圧力センサと、
前記第１の圧力センサの測定結果と、前記第２の圧力センサの測定結果との差に基づいて、前記差が許容範囲に収まるように、前記還流ポンプ及び前記供給ポンプの流量制御を行う制御装置と
を有する吐出装置。
前記加熱流路は、インクが前記加熱流路を下方から上方に向かって流れる間にインクを加熱し、
前記第１のタンクの上端から溢れたインクが第２のタンクに流入し、
前記第２のタンクの底面に前記第２の経路が接続されている請求項５に記載の吐出装置。