JP6609881B2

JP6609881B2 - 塗布ユニットとその塗布ユニットを用いた塗布装置、塗布方法

Info

Publication number: JP6609881B2
Application number: JP2015165311A
Authority: JP
Inventors: 正徳丸野; 淳平田
Original assignee: Nihon Denshi Seiki Co Ltd
Current assignee: Nihon Denshi Seiki Co Ltd
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-08-24
Also published as: JP2017042697A

Description

本発明は、塗布装置、塗布方法に関する。特に、ピンを利用した塗布装置、塗布方法に関する。

塗布装置は、近年カラーフィルタのリペア、回路パターン描画及びリペア、半田／接着剤塗布、マスク／薄膜形成、ＬＥＤ蛍光体塗布、バイオ分野での分注／スポッター、グリス／オイル充填、インカーマーキング等の用途において利用されている。
塗布装置とは一般にディスペンサと呼ばれ、ノズル先端の微細孔から高圧で液を吐き出させる装置がある。また、これとは別の方式で、ピンの先端に液を付着させ、その液を被付着物に転写する装置（特許文献１）がある。この装置を、図１（ａ）〜図１（ｆ）を用いて説明する。図１（ｂ）〜図１（ｆ）は、ノズル部分の断面図である。図１（ａ）は、ピンにかかる負荷の動作時間ごとの変化である。

ノズル１１の内部に液１３がある。移動部２１は、ピン１２を上下へ移動させる。ピン１２の先端に付着した液１３は、基板１０に付着させられる。
図１（ｂ）〜図１（ｆ）は、ノズル部分の各状態を示す。図１（ａ）で
それぞれの状態での負荷を示す。移動部２１はモータである。負荷はモータで使用される電流値で検出できる。

図１（ｂ）〜図１（ｆ）は、図１（ａ）の（ｂ）〜（ｆ）の時の状態を、それぞれを示す。
まず、図１（ｂ）では、ピン１２が液１３に入るまでである。一定の負荷である。
次に、図１（ｃ）では、ピン１２が液１３に入るところである。液１３による抵抗を受け、負荷が徐々に上がる。

次に、図１（ｄ）では、ピン１２の先端が液１３から抜けるところである。負荷が少し減り一定となる。
次に、図１（ｅ）では、ピン１２の先端の液１３が基板１０に付着するところである。ここで、初期設定としては、上記図１（ｅ）のように、ピン１２が基板１０に接触しないように設定する。ピン１２が基板１０に接触する直前で負荷を無くす。

最後に、図１（ｆ）で、ピン１２を上昇させる。ここで、図１（ａ）の（ｆ）の負荷は、（ｄ）の場合と逆方向の負荷である。この場合、負荷の絶対値で表している。

特開２０１０−０００４４２号公報

しかし、上記装置では、基板１０の凹凸により、ピン１２が基板１０と接触する場合がある。この状態を図１（ｇ）に示す。図１（ｇ）は、図１（ｅ）に相当する時の図である。ピン１２が基板１０に強く接触すると、ひどい場合、ピン１２が、変形する。例えば、ピン１２に曲がり１２ａが生じる。曲がり１２ａが生じると、液１３の塗布位置がずれることや、液１３の塗布量が変化することが起こる可能性がある。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、ピン１２の変形を抑え、長期間安定して、液１３を基板１０へ塗布する塗布方法、塗布装置を提供することを、目的とする。

上記課題を解決するために、液を内部に保持するノズルと、上記ノズルの内部と外部とを移動し、上記液を被塗布物へ塗布するピンと、上記ピンを移動させる移動機構と、上記移動機構を制御する制御部と、を含む塗布ユニットであり、上記制御部では、上記移動機構の負荷を検出する塗布ユニットを用いる。

上記塗布ユニットと、塗布ユニットを移動させる枠体と、被塗布物を移動させるステージと、上記塗布ユニットと枠体とステージを制御する制御装置と、を有する塗布装置を用いる。
液を内部に保持するノズルの内部で、ピンを移動させ、上記ピンを上記ノズルから外部へ吐出させ、被対象物に上記液を塗布する塗布工程と、上記ピンを移動させる移動部の負荷を検出する負荷検出工程と、を含み、上記負荷が基準を超えた場合、上記塗布工程が異常であると判断する塗布方法を用いる。

本発明によれば、ピン式の塗布装置で、基板へ液を塗布時、塗布量ばらつき無く塗布できる。

（ａ）従来の塗布ノズルの負荷の変化を示す図、（ｂ）〜（ｇ）従来の塗布ノズルの断面図（ａ）実施の形態１の塗布ユニットの構成を示す図、（ｂ）実施の形態１の塗布ユニットの断面図（ａ）実施の形態１の移動部の負荷と動作時間との関係を示す図、（ｂ）〜（ｇ）実施の形態１のノズル部を示す断面図（ａ）実施の形態２の移動部の負荷と動作時間との関係を示す図、（ｂ）〜（ｇ）実施の形態２のノズル部を示す断面図（ａ）〜（ｂ）実施の形態３のノズル部の断面図、（ｃ）実施の形態３のピンの水平方向移動距離と負荷との関係を示す図実施の形態４の塗布装置の斜視図（ａ）〜（ｂ）実施の形態５のノズル部の斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図２（ａ）に、実施の形態１の塗布ユニット２０の構成を示す。図２（ｂ）に、実施の形態１の塗布ユニット２０の断面図を示す。

塗布ユニット２０は、移動部２１とノズル部２３と制御部２２とからなる。
ノズル部２３は、ピン１２とノズル１１からなり、内部に液１３を保持できる。ピン１２の上下移動で液１３を基板１０（被対象部）へ塗布できる。

ピン１２は金属のバーである。移動部２１は、ピン１２の移動をさせる機構である。ノズル１１の移動もさせてもよい。移動部２１（移動機構）は、モータなどである。
制御部２２は、移動部２１を制御する。ここでは、制御部２２は、ピン１２の移動を制御する。制御装置である。この場合、一定時間後に、ある位置にピン１２が移動するように、制御する。原則、一定速度でピン１２を移動させる。

移動部２１のモータとしていろいろなモータを使用できる。モータとして、ＡＣシンクロナスモータ、ＤＣブラシモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＤＣコアレスモータ、ステッピングモータ（ＡＣ／ＤＣ）、リニアモータ、サーボモータ、ボイスコイルモータなどが使用できる。モータでは、直接負荷（トルク）を検出できるモータもある。直接、負荷を検知できないモータの場合、電流値を負荷として検知すればよい。負荷と電流値は比例する。

モータ以外の可動機構でもよいが、負荷をモニターする（負荷検出工程）必要がある。モータのトルクは、電流値として検出できる。
図３（ａ）は、動作時間と負荷（モータの電流値）の関係である。図３（ｂ）〜図３（ｇ）は、図３（ａ）の（ｂ）〜（ｇ）の時の状態を、それぞれを示す。

まず、図３（ｂ）は、ピン１２が液１３に入るまでである。一定負荷である。
次に、図３（ｃ）は、ピン１２が液１３に入っていくところである。液１３による抵抗を受け、負荷が入るにつれて少し上がる。

次に、図３（ｄ）は、ピン１２の先端が液１３から抜けるところである。負荷が少し減る。
次に、図３（ｅ）は、ピン１２の先端の液１３が基板１０に付着するところである（塗布工程）。ここで、初期設定としては、上記図３（ｅ）のように、ピン１２が基板１０に接触しないように設定する。液１３は、基板１０に接触する。

最後に、図３（ｆ）は、ピン１２が上昇するところである。
しかし、図３（ｅ）の時に、基板１０の凹凸により、ピン１２が、基板１０と接触する場合がある。この場合の状態を図３（ｇ）で示す。負荷を、図３（ａ）の（ｇ）で示す。ピン１２が、基板１０に接触する。さらに、まだ、下方へ進むもうとする。このことで、負荷が、急激に上昇し、ピン１２が曲がる可能性がある。これを防ぐため、負荷に対して、第１基準３１を設けておく。負荷が第１基準３１を超えると、移動部２１は、制御部２２により負荷を無くする（モータの電流を零にする）。

このことで、ピン１２と基板１０との接触時に、ピン１２に生じる衝撃を緩和できる。ピン１２の変形が抑えられる。長期間、一定量の液１３を基板１０へ塗布ができる。
第１基準３１は、負荷が高いところに設定すると、それまでにピン１２が基板１０に接触し、ダメージを受けてしまう。このため、可能な限り、負荷の低い値に設定する。

ただし、図３（ｃ）、図３（ａ）の（ｃ）での負荷以上に設ける必要がある。過去の（ｃ）での負荷の最大値を制御部２２で記録し、その値より少し大きな値を第１基準３１とすることができる。液１３の種類、ノズル１１の寸法などで、第１基準３１は変わる。同じ条件下での負荷プロファイル（図３（ａ））から決定するのがよい。

（実施の形態２）
実施の形態２を図４（ａ）〜図４（ｇ）を用いて説明する。説明しない事項は、実施の形態１と同様である。
図４（ａ）は、図３（ａ）に相当し、図４（ｂ）〜図４（ｇ）は、図３（ｂ）〜図３（ｇ）に、それぞれ相当する。

実施の形態１との違いは、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ａ）の（ｃ）〜（ｄ）の接触４０の部分である。
つまり、図４（ｄ）でピン１２がノズル１１に接触４０している。経時的変化でピン１２の位置が、ノズル１１に対して、変化する。その結果、ピン１２がノズル１１と接触する。

その結果、負荷が急上昇する。図４（ａ）の接触４０のところである。こうなると、塗布される液１３の量が変化する。
実施の形態２では、図４（ａ）に示すように、第２基準３２を設ける。第２基準３２は、第１基準３１（実施の形態１）より低い値とする。

負荷が第２基準３２以上であるが、第１基準３１に達しない場合は、図４（ｄ）のように、ピン１２がノズル１１と接触４０したと判断できる。この場合、液１３を塗布すると、塗布される液１３の量が減るので、塗布を中止する。図４（ａ）では、説明のために、液１３の基板１０への塗布まで表示しているが、ストップさせる。

一方、第２基準３２を超え、さらに、第１基準３１に達すると、ピン１２が基板１０に接触したことが分かる。この場合、実施の形態１と同様に負荷を減らす。第２基準３２を超えた時点で、負荷を減少させるとよい。
第１基準３１、第２基準３２を設けたことで、ピン１２がノズル１１との接触している状態と、ピン１２が基板１０への接触する状態とが、判別でき、それぞれに対応できる。

ピンの速度、位置などで異常を判断する必要はなく、負荷の値で判断ができる。速度、位置より、負荷の方が感度よく状況を検出できる。
（実施の形態３）
実施の形態３を図５（ａ）〜図５（ｃ）で説明する。説明しない事項は上記実施の形態と同様である。

図５（ａ）は、ピン１２がノズル１１と接触４０する場合の図である。この状態となると、基板１０への液１３の塗布量がばらつく。
実施の形態２でこの状態を認識した場合、塗布を止める。そして、ピン１２の交換、または、ピン１２とノズル１１との位置関係の調整をする。

ピン１２とノズル１１との位置関係の調整をする場合、この実施の形態では、保持機構７０で調整できる。保持機構７０は、移動部２１とピン１２とを移動可能に保持している。保持機構７０により、ピン１２と移動部２１とを、ノズル１１と独立させ、水平方向７１へ移動できる。逆に、ノズル１１を移動させてもよい。

この場合、ピン１２とノズル１１との位置関係の最適位置を判断することは難しい。そこで、上記実施の形態と同様に、ピン１２を上下方向へ移動させ、負荷を調べる。
図５（ｃ）に、ピン１２の水平方向７１の位置と、その位置での負荷との関係しめす。ここで負荷は、各位置での負荷の内、図４（ａ）の（ｃ）と（ｄ）の間のところ（接触４０）の値を示す。負荷が低いところは、ピン１２がノズル１１に接触４０していないところである。

一方、両端の負荷が大きいところは、ピン１２がノズル１１に接触４０しているところである。
結果、負荷が低い部分の中央のところへピン１２を設置すればよい。

（実施の形態４：塗布装置）
図６に実施の形態４の塗布装置２００を示す。説明しない事項は、実施の形態と同様である。
塗布ユニット２０と、塗布ユニット２０を保持、移動させる枠７４と、被塗布物７２を保持、移動させるステージ７３（駆動部）と、塗布装置２００全体を制御する制御装置７５とを有する。

塗布ユニット２０は、上記または下記の実施の形態のいずれかの塗布ユニットである。
塗布ユニット２０は、枠７４に沿って１方へ移動でき、被塗布物７２は、ステージ７３の移動により別の１方向へ移動できる。塗布ユニット２０と被塗布物７２とが目的の配置へ移動後、塗布ユニット２０のピン１２により、被塗布物７２上へ液１３が塗布される。

塗布ユニット２０と被塗布物７２との移動は、上記方法でなくとも、相対的に移動できればよい（相対位置関係を変更できればよい）。一方のみ移動させてもよい。その他、種々のオプションを付加できる。
（実施の形態５：付属機構）
図７（ａ）、図７（ｂ）に、別の機構を示す。図７（ａ）、図７（ｂ）に、ノズル部２３（塗布ユニット２０）の断面図を示す。説明しない事項は上記と同様である。

ここで、図７（ａ）では、ピン１２の周辺に圧力センサ８１が配置されている。初期には、ピン１２は圧力センサ８１に接触しない。しかし、長期間の動作によりピン１２が曲がり、または、位置がずれ、圧力センサ８１に接触する。この時、圧力センサ８１は、それを検知し異常を知らせることができる。

また、図７（ｂ）では、ピン１２とノズル１１との間を接続する導通センサ８２がある。初期にはピン１２は、ノズル１１に接触しない。しかし、長期間の動作によりピン１２が曲がり、または、位置がずれ、ノズル１１に接触する。この時、導通センサ８２は、導通によりそれを検知し異常を知らせることができる。

これらは、単独で使用することもできるが、上記実施の形態の負荷による検知とともに使用することで、さらに、精度よく塗布ができる。
つまり、ピン１２のいろいろな変形、位置づれに対して、総合的に検出ができる。また、ピン１２の動作によっては、上記いずれかの方法での検知ができない場合がある。しかし、上記の他の検知方法で検知できる。

（なお）
液１３は、固形成分を含んでいてもよい。はんだペースト、導電ペースト、バイオ関連の液などいろいろな液体を微少量塗布できる。
上記実施の形態は組み合わせることができる。

なお、ピン１２の作製は、金属を切削加工してもよい。また、ピンにワイヤーを巻くことで作製してもよい。他の方法で作製してもよい。製造方法には限定されない。

本願発明は、塗布装置、塗布方法として広く利用される。各種液を塗布する製造装置として利用される。

１０基板
１１ノズル
１２ピン
１２ａ曲がり
１３液
２０塗布ユニット
２１移動部
２２制御部
２３ノズル部
３１第１基準
３２第２基準
４０接触
７０保持機構
７１水平方向
７２被塗布物
７３ステージ
７４枠
７５制御装置
８１圧力センサ
８２導通センサ
２００塗布装置

Claims

液を内部に保持するノズルと、
前記ノズルの内部と外部とを移動し、前記液を被塗布物へ塗布するピンと、
前記ピンを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、を含む塗布ユニットであり、
前記制御部では、前記移動機構の負荷を検出し、前記負荷を制御し、前記移動機構は、モータであり、前記モータの前記負荷を直接検出する塗布ユニット。
前記制御部では、第１基準を設定し、前記負荷が前記第１基準を超えた時、前記ピンが前記被塗布物と接触したと判断する請求項１記載の塗布ユニット。
液を内部に保持するノズルと、
前記ノズルの内部と外部とを移動し、前記液を被塗布物へ塗布するピンと、
前記ピンを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、を含む塗布ユニットであり、
前記制御部では、前記移動機構の負荷を検出し、前記負荷を制御し、
前記制御部では、第１基準を設定し、前記負荷が前記第１基準を超えた時、前記ピンが前記被塗布物と接触したと判断し、
前記制御部では、前記第１基準より低い負荷である第２基準を設定し、前記負荷が前記第２基準を超えた時、前記ピンが前記ノズルと接触したと判断する塗布ユニット。
前記基準を複数設定し、前記ピンが前記ノズルと接触したこと、前記ピンが前記被塗布物と接触したこと、とを判断する請求項３記載の塗布ユニット。
液を内部に保持するノズルと、
前記ノズルの内部と外部とを移動し、前記液を被塗布物へ塗布するピンと、
前記ピンを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、を含む塗布ユニットであり、
前記制御部では、前記移動機構の負荷を検出し、前記負荷を制御する塗布ユニットであり、
前記ピンと前記ノズルとの相対位置関係を変更できる保持機構を有し、
前記相対的位置関係と、前記ピンの前記移動機構による移動での前記負荷と、から前記ピンと前記ノズルとの最適な位置を求める塗布ユニット。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗布ユニットと、
塗布ユニットを移動させる枠体と、
被塗布物を移動させるステージと、
前記塗布ユニットと枠体とステージを制御する制御装置と、を有する塗布装置。
液を内部に保持するノズルの内部で、ピンを移動させ、前記ピンを前記ノズルから外部へ吐出させ、被対象物に前記液を塗布する塗布工程と、
前記ピンを移動させる移動部の負荷を検出する負荷検出工程と、を含み、
前記負荷が基準を超えた場合、前記負荷を無くす、塗布方法であり、
前記負荷検出工程で、前記移動部が、モータであり、前記モータの前記負荷を直接検出する塗布方法。