JP7263853B2 - Line drawing device and line drawing method for functional material - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス、プラスチック、フィルム、シリコンウェハ、セラミックス、紙等の基材の表面に、新たな特性を付与するために、定められたパターン形状で機能材料を線描画して機能材料の薄膜を形成する機能材料の線描画装置および線描画方法に関する。 In order to impart new properties to the surface of substrates such as glass, plastics, films, silicon wafers, ceramics, paper, etc., the present invention involves drawing a functional material in a predetermined pattern to form a thin film of the functional material. It relates to a line-drawing device and a line-drawing method for a functional material that forms a
近年、基材上に機能材料の薄膜をパターン形状に形成して、様々な製品が製造されている。例えば基材上に導電性インク膜を、線状の所定パターン形状に形成して電気回路や電極としたり、高抵抗インク膜をパターン形状に形成して発熱体が作成される。さらには親液性や撥液性をパターン形状に基材上で付与することが、半導体をはじめ、有機EL素子や有機太陽電池等の電子材料の製造で行われている。機能材料の薄膜を定められたパターン形状に形成する手段としては、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンサー等による印刷法や、パターン形状の膜が形成されたシートからの転写法、形状や配置位置を高精度に形成可能なフォトリソ法、スパッタリング等がある。パターン形状が小さな幅となる線で構成され、線幅精度や形状精度が比較的低くてもよく、パターン形状の変更が容易であることが求められる場合は、簡便で低コストでもることから、ディスペンサーによる印刷法のほか、ペンや筆ペン等の描画手段が基材に接触して描画する線描画法が選択される。 BACKGROUND ART In recent years, various products have been manufactured by forming a patterned thin film of a functional material on a substrate. For example, a conductive ink film is formed in a predetermined linear pattern on a base material to form an electric circuit or an electrode, or a high-resistance ink film is formed in a pattern to form a heating element. Furthermore, imparting lyophilicity or liquid repellency to a substrate in a pattern shape is performed in the manufacture of electronic materials such as semiconductors, organic EL elements, organic solar cells, and the like. Methods for forming a thin film of functional materials in a specified pattern include printing methods such as screen printing, inkjet, and dispensers, transfer methods from a sheet on which a pattern-shaped film is formed, and high-precision shaping and placement. There are photolithographic methods, sputtering, and the like, which can be formed on the substrate. The pattern shape is composed of lines with a small width, the line width accuracy and shape accuracy may be relatively low, and when it is required that the pattern shape is easy to change, it is simple and low cost. In addition to a printing method using a dispenser, a line drawing method is selected in which a drawing means such as a pen or a calligraphic pen is brought into contact with a base material to draw.
線描画法の場合、描画手段が基材に接触する時の押付力が一定でないと、線幅やパターン形状に形成された膜の厚さが変動する。さらに押付力も0.01Nオーダーの低い値にしないと、薄膜にできないし、基材によってはダメージを与えてしまうことがある。線描画法の押付力を一定にする手段としては、押付力すなわち筆圧をセンサーにより測定して一定筆圧になるようアクチュエータでペンを基材に押しつけるものがある。(例えば特許文献1) In the case of the line drawing method, if the pressing force when the drawing means contacts the base material is not constant, the line width and the thickness of the film formed in the pattern shape will fluctuate. Furthermore, unless the pressing force is set to a low value of the order of 0.01 N, the thin film cannot be formed, and depending on the base material, damage may be caused. As means for keeping the pressing force constant in the line drawing method, there is a method in which the pressing force, that is, the pen pressure is measured by a sensor and the pen is pressed against the base material by an actuator so that the pen pressure is kept constant. (For example, Patent Document 1)
しかし上記特許文献1に開示されているような方法では、基材の厚みむらとペンの水平方向移動時の上下動によって発生する接触位置変動に基づく押付力変動に、応答性よく対応することができない。特にペンが高速で移動する時には、細かな押付力変動をセンサーで測定できても、それに対応して押付力を一定の値に安定して制御することは非常に困難である。すなわち、ペンの基材に対する押付力を一定にして、パターン形状に形成された機能材料膜の線幅や厚さを安定して所望の値に一定化する適切な手段はない、というのが現状である。
However, the method disclosed in the above-mentioned
本発明は、上記課題を解決するもので、その目的とするところは、常に一定の低い描画手段の押付力を維持して線描画が行えるようにし、パターン形状に形成された機能材料の膜の線幅と厚さを、安定して所望の一定値にすることが可能な機能材料の線描画装置および線描画方法を提供することである。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and its object is to enable line drawing while always maintaining a constant low pressing force of drawing means, and to form a film of a functional material formed in a pattern shape. An object of the present invention is to provide a line drawing device and a line drawing method for a functional material that can stably set the line width and thickness to desired constant values.
上記課題を解決するため、本発明の機能材料の線描画装置は、基材に描画部が接触して機能材料を前記基材に線状に描画する描画手段と、該描画手段の描画部を基材に一定の押付力で接触させる押付力付与手段と、基材を固定保持する基材固定手段と、固定保持された基材に対し描画部が一定力で接触している上記描画手段を相対的に移動させる相対移動手段と、を有する機能材料の線描画装置であって、上記押付力付与手段では、微量往復回転自在な揺動回転中心から左右両方向に延びるシーソーの一端に上記描画手段が配置されているとともに、それとは逆側の一端に押付力調整用のカウンターウェイトが配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the line drawing apparatus for functional materials of the present invention comprises drawing means for drawing the functional material linearly on the base material by contacting the drawing part with the base material, and the drawing part of the drawing means. pressing force applying means for contacting the base material with a constant pressing force; base fixing means for fixing and holding the base material; relative movement means for relatively moving the functional material line drawing device, wherein the pressing force applying means applies the drawing means to one end of a seesaw extending in both left and right directions from a rocking rotation center capable of reciprocally rotating by a small amount; is arranged, and a counterweight for adjusting the pressing force is arranged at one end on the opposite side.
ここで、上記シーソーの揺動回転中心は、上記描画手段の描画先端部が基材表面に接触する時に、基材表面に沿う直線上に略配置されること、さらに上記カウンターウェイトは、上記描画手段の描画部を基材に接触させる押付力が調整自在となるように、上記揺動回転中心から上記シーソーが延びる方向に移動して位置決め可能に構成されていること、が好ましい。 Here, the rocking rotation center of the seesaw is arranged substantially on a straight line along the base material surface when the drawing tip of the drawing means contacts the base material surface. It is preferable that the seesaw can be positioned by moving in the direction in which the seesaw extends from the swing rotation center so that the pressing force that brings the drawing portion of the means into contact with the base material can be adjusted.
本発明の機能材料の線描画方法は、上記押付力付与手段で、上記カウンターウェイトを移動して位置決めすることにより上記描画手段の描画部が基材に接触する押付力を調整した後に、上記基材固定手段に固定された基材に対して、機能材料が供給された上記描画手段の描画部を接触させるとともに相対移動手段により移動させて、上記機能材料を基材上に線描画することを特徴とする。 In the line drawing method of the functional material of the present invention, the pressing force imparting means adjusts the pressing force with which the drawing part of the drawing means contacts the base material by moving and positioning the counterweight. The drawing part of the drawing means to which the functional material is supplied is brought into contact with the base material fixed to the material fixing means and moved by the relative moving means to line draw the functional material on the base material. Characterized by
本発明の機能材料の線描画装置は、描画手段が微量に揺動回転するシーソーの一端に取付けられているので、基材の厚みむらと描画手段の水平方向移動時の上下動によって発生する接触位置変動があっても、その接触位置変動にならって描画手段が動作するため、ペン等の描画手段の基材への押付力を常に一定の低い値に維持して線描画することができる。この作用効果は描画手段が高速で移動する場合も、変わりなく発揮される。以上の描画手段の基材への押付力を常に一定の低い値に維持できるのであるから、パターン形状に形成された機能材料の膜の線幅と厚さを、安定して一定値にすることが可能となる。 In the line drawing apparatus for functional materials of the present invention, the drawing means is attached to one end of the seesaw that slightly rocks and rotates. Even if there is positional variation, the drawing means operates according to the contact position variation, so that the pressing force of the drawing means such as a pen against the base material can always be maintained at a constant low value for line drawing. This operational effect is exhibited without change even when the drawing means moves at high speed. Since the pressing force of the drawing means against the base material can always be maintained at a constant low value, the line width and thickness of the film of the functional material formed in the pattern shape can be stably set at a constant value. becomes possible.
さらに本発明の好ましい態様では、シーソーの揺動回転中心を、描画手段の描画部が接触する基材表面に沿う直線上に概略配置したので、上記のような基材と描画手段の接触位置の上下動があっても、描画手段の基材に対する設置傾き角度がほとんど変化しないため、パターン形状に形成された機能材料の膜の線幅と厚さを、安定して一定にすることができる。 Further, in a preferred embodiment of the present invention, the center of swing rotation of the seesaw is roughly arranged on a straight line along the surface of the substrate with which the drawing section of the drawing means contacts. Even if there is a vertical movement, the installation inclination angle of the drawing means with respect to the substrate hardly changes, so that the line width and thickness of the functional material film formed in the pattern shape can be stably made constant.
さらに本発明の好ましい態様では、押付力を、カウンターウェイトの揺動回転中心からの配置位置を移動させて位置決めできるので、容易に0.01Nオーダーで所望の値に調整することが可能となり、描画手段の基材への押付力を所望の値に調整して、機能材料の膜の線幅と厚さを、容易に所望の一定値にすることが可能となる。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the pressing force can be positioned by moving the position of the counterweight from the swing rotation center. By adjusting the pressing force of the means to the substrate to a desired value, the line width and thickness of the film of the functional material can be easily set to desired constant values.
本発明を図1~3を参照しながら説明する。図1は本発明になる線描画装置1の概略正面図、図2は線描画ユニット20の概略平面図、図3は描画手段10の一実施態様の概略拡大正面断面図、である。
The present invention will be described with reference to FIGS. 1-3. 1 is a schematic front view of a
まず図1を参照すると、本発明になる線描画装置1が示されている。線描画装置1は、機能材料を線描画する描画手段10を備えた線描画ユニット20と、線描画される矩形状の基材である基板4を保持して、線描画ユニット20を3次元的に相対移動させるXYZステージ40とより構成されている。
Referring first to FIG. 1, there is shown a
さらに線描画ユニット20の一部に保持されている描画手段10の詳細は、図3に示されている。図3を見ると描画手段10は、線描画ユニット20の左端にある先端保持部材25内に設けられたU字長穴23に装着されている。図2に示される通りU字長穴23は片側が開いているので、割締めボルト24の締結力により、U字長穴23で描画手段10を挟持して固定化している。なお図3で、斜線は断面部分を示している。断面を示されている描画手段10はいわゆる筆ペンであり、線描画を行う描画部11は、一定長さの多数の毛状部材を束ねて構成されている。そして基板4と接触して線描画を行う描画先端部16に向かって、先細の円錐形状となるように形成されている。この描画部11は、その描画先端部16の逆側が、細長い円筒形状のカートリッジ12内の液貯蔵部13に貫通して保持されている。液貯蔵部13の塗りつぶされた部分には液体状の機能材料Aが充填されており、それが毛細管により描画部11の描画先端部逆側から描画先端部16に伝わって流れて、描画先端部16とその近傍で機能材料Aを基材に線描画できるようになる。カートリッジ12の上部には、機能材料Aの乾燥防止のために脱着可能なふた14が設けられている。またカートリッジ12の下方には、機能材料Aが充填された描画手段10を上下方向に先端保持部材25に支持させる同心円形形状の座面15が設けられている。
Further details of the drawing means 10 held in part of the
以上の構成により描画手段10は、基板4に描画部11が接触して機能材料Aを基板4に線状に描画するものとなる。
With the above configuration, the drawing means 10 draws the functional material A linearly on the
以上説明した描画手段10を保持する線描画ユニット20について、再び図1と図2を参照して説明する。図1を見て、線描画ユニット20は、Z軸可動テーブル81に固定されたブラケット35にボルト39で締結固定されている保持板21、保持板21の下方に取付けられた揺動回転軸36に回転自在に保持されているL型部材30、描画手段10を保持するとともにL型部材30の左側端部でボルト22により固定されている先端保持部材25、L型部材30の右側側面に固定されているX方向に延びるねじ軸31、このねじ軸31にねじ係合している円筒形状のカウンターウェイト32、L型部材30の揺動回転軸36回りの左回転を、L型部材30の阻止部38と接触して止めるストッパー37、より構成されている。なおストッパー37は保持板21に取付けられている。
The
ここで描画手段10は上記したように、カートリッジ12の下部が先端保持部材25のU字長穴23に装着され、座面15が先端保持部材25の上部と接触することで上下方向に支持、位置決めされている。さらに先端保持部材25は、ボルト22を緩めれば、ボルト22の中心回りに回転可能となる構成になっているので、描画手段10の基板4に対する傾き角度を図1に示す90度から変更することができる。所望の傾き角度にしてからボルト22を締結すれば、その傾き角度を維持することができる。
Here, as described above, the drawing means 10 is supported vertically by the lower portion of the
またL型部材30の揺動回転(微小量の往復回転)は、揺動回転軸36の中心が揺動回転中心Oとなって行われる。すなわち、L型部材30は揺動回転中心O周りに揺動回転自在となっているので、揺動回転軸36とL型部材30とでシーソーを構成しているといえる。シーソーは揺動回転中心Oから左右両方向であるX方向に延びている。この揺動回転中心Oの左側に描画手段10、右側にカウンターウェイト32が配置されているので、シーソーの作用でカウンターウェイト32によって、描画手段10の描画部11の基板4への押付力を設定することが可能となる。また押付力の大きさは、カウンターウェイト32の重さや重心位置を変えて調整することができる。図1に示す線描画装置1では、カウンターウェイト32をねじ軸31回りに回転させて、カウンターウェイト32の重心を揺動回転中心Oに対してX方向に相対移動させることで、描画手段10の基板4への押付力を自在に調整することができる。また、ねじ軸31はおねじ、ねじ軸31と係合するカウンターウェイト32の部分はめねじ(ナット)となっている。これによってカウンターウェイト32を回転させて微小量移動して位置を固定できる、すなわち微小量の移動位置決めが容易に行えるので、押付力を0.001Nオーダーで精密にかつ安定して調整することができる。
The rocking rotation (reciprocating rotation of a very small amount) of the L-shaped
すなわち本実施態様では、描画手段10の描画部11を基板4に接触させる押付力が調整自在となるように、カウンターウェイト32は、揺動回転中心Oからシーソーが延びる方向であるX方向に移動して位置決め可能に構成されているといえる。なお描画手段10の描画部11が基板4に接触する時は、L型部材30は左回転するが、それが行きすぎないように途中で止めるためにストッパー37が設けられている。ただし線描画を行う時は、ストッパー37とL型部材の阻止部38が接触しないように、ストッパー37の取付け位置を調整する。以上の構成により線描画ユニット20は、描画手段10の描画部11を基板4に一定の押付力で接触させる押付力付与手段となる。そのような機能を発現するために線描画ユニット20では、微量往復回転自在な揺動回転中心Oから左右両方向であるX方向に延びるシーソーの一部となるL型部材30の一端に描画手段10が配置されているとともに、それとは逆側の一端に押付力調整用のカウンターウェイト32が配置されている。
That is, in this embodiment, the
つづいて、線描画装置1を構成するXYZステージ40の詳細について説明する。図1を見ると、XYZステージ40の一部となる吸着盤50には基板4が載置されている。吸着盤50の上面には図示されていない吸着孔が多数配置されており、図示されていない真空源からの真空圧によって基板4を吸着保持して固定することができる。すなわち吸着盤50は、基材である基板4を固定保持する基材固定手段となる。また吸着盤50は、X軸リニア駆動装置60のX軸可動テーブル61上に固定されている。X軸リニア駆動装置60はベース台41上に固定されており、X軸可動テーブル61とそれに固定されている吸着盤50を、X方向に自在に往復動させることができる。
Next, the details of the
次に、XYZステージ40を構成するZ軸リニア駆動装置80のZ軸可動テーブル81には、上記したように、保持板21を介して線描画ユニット20を保持するブラケット35が締結固定されている。これによって、Z軸リニア駆動装置80はZ軸可動テーブル81とそれに連結している線描画ユニット20、およびその一端に保持されている描画手段10を、上下方向であるZ方向に自在に往復動させることができる。そしてZ軸リニア駆動装置80は、Y軸リニア駆動装置70のY軸可動テーブル71に固定されている。Y軸リニア駆動装置70は、ベース台41の右側端部に固定されている門型フレーム42のステー部43の左側側面に、Y方向すなわち紙面に垂直な方向に延びるように取り付けられている。Y軸リニア駆動装置70を駆動させることにより、これもまた線描画ユニット20とその一端に保持されている描画手段10を、Y方向に自在に往復動させることができる。
Next, the Z-axis movable table 81 of the Z-axis
以上の構成によって、XYZステージ40は、吸着盤50に固定された基板4に対して、描画手段10をX、Y、Z方向に自在に相対移動させることができる。すなわちXYZステージ40は、固定保持された基板4に対し描画部11が一定力で接触している描画手段10を相対的に移動させる相対移動手段となる。そしてその動作は、図示されていない制御装置によって、あらかじめ設定された条件に基づいて制御される。
With the above configuration, the
なお図1で、上記に詳細を説明した線描画装置1の線描画ユニット20の揺動回転中心Oは、描画手段10の描画部11の描画先端部16が基板4に接触する時に、基板4の表面に沿う直線である線BL(破線で表示)上に配置されるように、揺動回転軸36の配置位置を定めるのが好ましい。このように配置するのは、(1)基板4の厚さむら、(2)XYZステージ40のX軸可動テーブル61やY軸可動テーブル71の走行、に起因する描画手段10の上下動が発生しても、描画手段10の描画先端部16のX方向の位置変動が極く小さいので、Y方向に線描画する時の位置ずれや、線幅変動がほとんど無視できるほど小さくすることができるためである。なお、Y方向に線描画する時の位置ずれや線幅変動は、描画手段10の描画部11と描画先端部16の基材4に対する設置傾き角度(図1では90度)が変動することで発生する。
Note that in FIG. 1, the swing rotation center O of the
そしてさらには、線BL上にカウンターウェイト32の重心が配置されるように、線BLとねじ軸31の中心軸を一致させて、カウンターウェイト32とねじ軸31を配置することがより好ましい。これによって、上記理由に起因する描画手段10の上下動が発生しても、X方向の描画先端部16の位置変動やカウンターウェイト32の重心位置変動を極めて小さくできるので、押付力の変動をより小さくすることが可能となるためである。なお上記の作用を最大に得るには、揺動回転中心Oは線BL上に配置されるのが好ましいが、線BLから±1mmの範囲内で離れた位置に配置されてもほぼ同様の作用が得られる。このことから、揺動回転中心Oを線BLから±1mmの範囲内で離れた位置に配置することを「略配置する」と定める。以上より、シーソーを構成するL型部材30等の揺動回転中心Oは、描画手段10の描画先端部16が基板4表面に接触する時に、基板4表面に沿う直線である線BL上に略配置されても、線BL上に配置されたものと同等の作用効果を発現する。
Furthermore, it is more preferable to arrange the
次に、図4を参照して、線描画装置1を用いた本発明の機能材料の線描画方法について説明する。図4(a)~(e)には、図1で示される線描画装置1の一部である描画手段10、線描画ユニット20、吸着盤50、基板4を取り出して拡大して示す概略正面図(Y方向に見た図)が配置されている。またステップST1~ST5が図4(a)~(e)に対応していて、それぞれのステップの時の状況や各部の動作の結果が、対応する図に示される。ステップSTは数字の大きい方が時間的に後になる。さらに図4(d1)と(d2)では、(d2)の方が時間的に後になる。
Next, with reference to FIG. 4, the line drawing method of the functional material of the present invention using the
図4で示される具体的な線描画方法は、図5に示される描画パターンに基づく。図5は基材上に線描画した一実施例を示す平面図であり、基板4に機能材料Aを線描画した結果を示している。図5に示されるように、機能材料Aを線幅WLで点C→点D→点E→点F→点Cの順に矩形状に線描画する方法を、図4でステップSTを順にたどって具体的に説明する。
The specific line drawing method shown in FIG. 4 is based on the drawing pattern shown in FIG. FIG. 5 is a plan view showing an example of line drawing on the base material, showing the result of line drawing of the functional material A on the
(ステップST0)(図4に図示なし)
線描画を行う前の準備(段取り)ステップである。描画手段10を線描画ユニット20に装着、固定してから、線幅WLで機能材料Aを基板4に線描画できるように押付力の調整を行う。描画手段10の描画部11の先端である描画先端部16を電子天秤等の荷重測定器に置き、荷重を測定しながら、カウンターウェイト32をねじ軸31上で回転し、荷重すなわち押付力が所望の値になるように、カウンターウェイト32の重心位置を調整する。調整後、XYZステージ40の各軸の原点復帰を行う。これによって図1で、吸着盤50はX方向の一番左側の位置に移動し、描画手段10はY方向には吸着盤50の中央位置、Z方向には吸着盤50から離れた一番高い位置に移動する。
(Step ST0) (not shown in FIG. 4)
This is a preparatory (setup) step before line drawing. After the drawing means 10 is attached and fixed to the
(ステップST1)(図4(a)の状況)
線描画準備ステップ1である。原点復帰完了後に、基板4を吸着盤50上に置き、吸着固定する。
(Step ST1) (situation of FIG. 4(a))
This is line
(ステップST2)(図4(b)の状況)
線描画準備ステップ2である。XYZステージ40のX軸リニア駆動装置60とY軸リニア駆動装置70を駆動して、図5に示す基板4の点Cの直上に、描画手段10の描画先端部16が来るように両者を移動し、完了後静止させる。この時描画手段10は、ストッパー37により垂直よりやや傾いた角度にて静止する。この時の垂直からの傾き角度は好ましくは5度以下、より好ましくは1度以下にする。
(Step ST2) (situation of FIG. 4(b))
This is line drawing preparation step 2 . By driving the X-axis
(ステップST3)(図4(c)の状況)
線描画準備ステップ3である。Z軸リニア駆動装置80を駆動して描画手段10を下降させ、Z方向に揺動回転中心Oが基板4の表面の高さ位置に来たら停止させる。これによって線描画手段10の描画先端部16は基板4の表面に着地して接触する。そして描画手段10は基板4に対して垂直になるとともに、ストッパー37はL型部材30の阻止部38から離れる。
(Step ST3) (situation of FIG. 4(c))
This is line drawing preparation step 3 . The drawing means 10 is lowered by driving the Z-axis
この時、線描画手段10の描画部11は、ステップST0で調整した押付力にて基板4に押しつけられている。また描画手段10の描画部11と描画先端部16の基材4に対する設置傾き角度は、90度となる。
At this time, the
(ステップST4)(図4(d1)、(d2)の状況)
線描画実行ステップである。まずX軸リニア駆動装置60を駆動して、描画手段10が図5に示す点Cから点Dに移動するように吸着盤50を速度Vで移動させる(図4(d1)の状態)。つづいてY軸リニア駆動装置70、X軸リニア駆動装置60を次々駆動して、描画手段10を図5に示す点D→点E→点F→点Cに速度Vで移動させる。点Cへの移動によって始点位置に戻り、基板4への線幅WLの機能材料Aの線描画が完了する(図4(d2)の状態)。
(Step ST4) (Situation of (d1) and (d2) in FIG. 4)
This is the line drawing execution step. First, the X-axis
(ステップST5)(図4(e)の状況)
終了ステップである。Z軸リニア駆動装置80を駆動して、描画手段10をZ方向の原点位置まで上昇させる(図4(e)の状態)。その後XYZステージ40の各軸の原点復帰を行ってから、吸着盤50の吸着を解除して、線描画した基板4を取り出す。
(Step ST5) (situation of FIG. 4(e))
This is the end step. By driving the Z-axis
以降繰り返して線描画する場合は、ステップST1から実行する。 If line drawing is to be repeated thereafter, the process is executed from step ST1.
以上のステップST0~ST5を実行することによって、押付力付与手段である線描画ユニット20で、カウンターウェイト32を移動して位置決めすることにより描画手段10の描画部11が基材である基板4に接触する押付力を調整した後に、基材固定手段である吸着盤50に固定された基板4に対して、機能材料Aが供給された描画手段10の描画部11を接触させるとともに相対移動手段であるXYZステージ40により移動させて、機能材料Aを基板4上に線描画する本発明の機能材料の線描画方法を、実現することになる。
By executing the above steps ST0 to ST5, the
つづいて別の描画手段100について、図6を参照して説明する。図6は、別の描画手段100の実施態様を示す概略正面断面図であり、斜線部分は断面を示している。図6では描画手段100は、図1に示す描画手段10に替えて、描画ユニット20の先端保持部材25のU字長穴23に装着されている。そして割締めボルト24による締結により、先端保持部材25にしっかりと保持されている。その先端保持部材25は、水平より傾き角θだけ傾いた状態でL型部材30の左側端部に、ボルト22により固定されている。その結果として、描画手段100の中心線CLは、基板4に対して垂直から傾き角θだけ傾いている。描画手段100は、内部に機能材料Aを一旦貯めこむマニホールド103を備えるシリンジ102、細長いパイプ形状の描画部101より構成されている。液体状の機能材料Aは供給装置110から、供給口104を介してシリンジ102のマニホールド103に流入する。そしてそれがマニホールド103と連通している描画部101内部の流出流路105を経て、流出口106から流出して、基板4上に描画される。描画される機能材料膜の線幅WLは、直径diの流出口106近傍でビードを形成するので、パイプ形状の描画部101の外径doより少し大きくなる。さらに基板4と接触する描画部101の接触部107は、基板4の表面と平行な面にしている。これは、描画部101で基板4表面を傷つけるのを防止するためである。この目的のためには接触部107はR形状でもよい。
Next, another rendering means 100 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic front cross-sectional view showing another embodiment of the drawing means 100, and the shaded area indicates the cross section. In FIG. 6, the drawing means 100 is attached to the U-shaped
なお描画部101の接触部107は、基板4の表面と平行に接触する時、基板4の表面に平行で揺動回転中心Oを通る線BL(破線で表示)上に配置されるように描画手段100を構成することが好ましい。
Note that the
以上説明した描画手段100の特徴は、描画した機能材料膜の線幅がより安定しているのと、膜の厚さを供給装置110からの供給量で制御できることである。上記の傾き角θをゼロにすると、基板4の表面で描画手段100の流出口106をふたする形になって、機能材料Aの流出が妨げられ、好ましくない。機能材料が供給装置110からの供給量分だけ吐出口107から流出できるよう、傾き角θは好ましくは2~30度、より好ましくは5~15度にする。
The features of the drawing means 100 described above are that the line width of the drawn functional material film is more stable and that the thickness of the film can be controlled by the supply amount from the
なお供給装置110は、描画手段100の供給口104に接続する供給チューブ111の上流側に、供給バルブ112、シリンジポンプ120、吸引チューブ113、吸引バルブ114、タンク115を備えている。ここで供給チューブ111は描画手段100~シリンジポンプ120まで連通し、吸引チューブ113はシリンジポンプ120~タンク115まで連通している。最も上流にあるタンク115には液体である機能材料Aが蓄えられており、圧空源116に連結されて任意の大きさの背圧を機能材料Aに付加することができる。タンク115内の機能材料Aは、吸引チューブ113を通じてシリンジポンプ120に供給される。シリンジポンプ120では、シリンジ121、ピストン122が本体123に取り付けられている。ここでピストン122は図示しない駆動源によって上下方向に自在に往復動できる。シリンジポンプ120は、一定の内径を有するシリンジ121内に機能材料Aを充填し、それをピストン122により押し出して、描画手段100に一定容量の機能材料Aを供給できる間欠型定容量ポンプである。シリンジ121内に機能材料Aを充填するときは、シリンジポンプ120の上流側の開閉バルブである吸引バルブ114を開、下流側の開閉バルブである供給バルブ112を閉として、ピストン122を下方に移動させる。またシリンジ121内に充填された塗布液を描画手段100に向かって供給するときは、吸引バルブ114を閉、供給バルブ112を開とし、ピストン122を上方に移動させることで、ピストン122でシリンジ121内部の機能材料Aを押し上げ排出する。
The
以上の供給装置110を、描画手段10への機能材料Aの供給に用いてもよい。この場合、機能材料Aをカートリッジ12内部の液貯蔵部13に、フル充填しないことが好ましい。また描画手段10は、液貯蔵部13を空にしておいて、描画手段10の描画部11だけを小容器に貯えた機能材料Aに浸して、供給するようにしてもよい。この場合は、描画手段10で線描画する都度に、機能材料Aを浸漬供給することになる。
The
なお線描画装置1で描画手段100を用いた時の線描画方法であるが、上記ステップST0~ST5で示した描画手段10を用いた時の線描画方法と、以下の変更点以外は全く同じとなる。
Note that the line drawing method when the drawing means 100 is used in the
(1)ステップST0で、描画手段100を線描画ユニット20に装着、固定後に、図6のタンク115~描画手段100の流出口106までを機能材料Aで充満して残留空気を排出する。そして供給装置110の状態は、シリンジ121に機能材料Aがフル充填、吸引バルブ114は閉、供給バルブ112は開、そしてピストン122は最下端の位置、であり、いつでも機能材料Aを描画手段100に供給できるようにする。
(1) In step ST0, after the drawing means 100 is attached to the
またその後の押付力の調整については、描画手段100が基板4の表面にダメージを与えない値をあらかじめ求めておいて、その値になるように調整する。(押付力の大きさで線幅WLが変わらないため)。
As for the subsequent adjustment of the pressing force, a value that does not damage the surface of the
(2)ステップST4で、描画手段の移動と同時に、供給装置110から描画手段100に機能材料Aを供給する。単位時間あたりの供給量は、(描画手段100の相対移動速度V)×(膜の線幅WL)×(膜の厚さ)で算出する。
(2) At step ST4, the
本発明が適用可能な機能材料には特に制約はないが、各種の親液剤、撥液剤、導電性インク、高抵抗インク、はんだ用フラックス、等に好ましく適用される。 The functional materials to which the present invention can be applied are not particularly limited, but are preferably applied to various lyophilic agents, lyophobic agents, conductive inks, high-resistance inks, soldering fluxes, and the like.
また本発明が適用可能な基材にも特に制約はないが、ガラス基板、各種の樹脂基板、シリコンウェハ、フィルム、紙、セラミックス基板、等に好ましく適用される。 Also, the substrate to which the present invention can be applied is not particularly limited, but it is preferably applied to glass substrates, various resin substrates, silicon wafers, films, paper, ceramic substrates, and the like.
また描画手段の基材への押付力については、好ましくは0.01~5N、より好ましくは0.05~1Nにする。小さすぎると、描画手段が基材上に着地する時に跳ねてしまい、静止するまで時間を要するのと、大きすぎると線幅や厚さが極端に大きくなるので、好ましくない。 The pressing force of the drawing means to the substrate is preferably 0.01 to 5N, more preferably 0.05 to 1N. If it is too small, the drawing means bounces when it lands on the base material, and it takes a long time until it stops.
本発明の機能材料の線描画装置および線描画方法は、様々な特性をもつ機能材料の膜を基材上に線状パターン形状に形成する時に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The line-drawing apparatus and line-drawing method for functional materials of the present invention can be used to form films of functional materials having various properties in linear patterns on a substrate.
1 線描画装置
4 基板
10 描画手段
11 描画部
12 カートリッジ
13 液貯蔵部
14 ふた
15 座面
16 描画先端部
20 線描画ユニット
21 保持板
22 ボルト
23 U字長穴
24 割締めボルト
25 先端保持部材
30 L型部材
31 ねじ軸
32 カウンターウェイト
35 ブラケット
36 揺動回転軸
37 ストッパー
38 阻止部
39 ボルト
40 XYZステージ
41 ベース台
42 門型フレーム
43 ステー部
50 吸着盤
60 X軸リニア駆動装置
61 X軸可動テーブル
70 Y軸リニア駆動装置
71 Y軸可動テーブル
80 Z軸リニア駆動装置
81 Z軸可動テーブル
100 描画手段
101 描画部
102 シリンジ
103 マニホールド
104 供給口
105 流出流路
106 流出口
107 接触部
110 供給装置
111 供給チューブ
112 供給バルブ
113 吸引チューブ
114 吸引バルブ
115 タンク
116 圧空源
120 シリンジポンプ
121 シリンジ
122 ピストン
123 本体
A 機能材料
BL 線
C、D、E、F 点
CL 描画手段100の中心線
O 揺動回転中心
WL 線幅
θ 傾き角
REFERENCE SIGNS
101
Claims (3)
前記押付力付与手段では、微量往復回転自在な揺動回転中心から左右両方向に延びるシーソーの一端に前記描画手段が配置されているとともに、それとは逆側の一端に押付力調整用のカウンターウェイトが配置されており、
前記シーソーの揺動回転中心は、前記描画手段の描画先端部が基材表面に接触する時に、基材表面に沿う直線から±1mmの範囲内で離れた位置に配置されることを特徴とする機能材料の線描画装置。 Drawing means for drawing the functional material linearly on the base material by contacting the drawing part with the base material, pressing force imparting means for bringing the drawing part of the drawing means into contact with the base material with a constant pressing force, and the base material and a relative movement means for relatively moving the drawing means in which the drawing unit is in contact with the fixed and held base material with a constant force. and
In the pressing force imparting means, the drawing means is arranged at one end of the seesaw extending in both left and right directions from the pivotal rotation center capable of reciprocally rotating slightly, and a counterweight for adjusting the pressing force is arranged at one end on the opposite side. is placed,
The rocking rotation center of the seesaw is arranged at a position apart from a straight line along the base material surface within a range of ±1 mm when the drawing tip of the drawing means contacts the base material surface. Line drawing equipment for functional materials.
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