JPH0815836B2 - 直接描画装置及びその高さ測定位置データ補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ノズルと耐熱性セラミツク基板のような
被描画体とを相対移動させながら、予め高さセンサによ
つて測定した被描画面の高さデータに基づいて高さ位置
を制御されるノズルから回路形成用ペーストを吐出させ
て被描画体上に厚膜回路を形成する直接描画装置及びそ
の高さ測定位置データ補正方法に関する。

〔従来の技術〕

直接描画装置によつてアルミナ基板等の耐熱性セラミ
ツク基板上に回路形成用ペーストを吐出させて所定の回
路を描画した後、これを高温焼成して厚膜回路パターン
を形成することが行なわれている。

そして、ノズルから吐出する回路形成用ペースト（以
下「ペースト」という）の種類によつて、導電体，抵抗
体，非導電体等の種々の形状の厚膜を形成することがで
き、それらの各厚膜の膜層を積層して電気回路を構成す
る。

第６図はこのような従来の直接描画装置の斜視図であ
り、装置のフレーム１に支持板２が固着され、この支持
板２の上部にＺ方向モータ３がモータ保持部材４により
保持されている。

このＺ方向モータ３の回転軸は、カツプリング５を介
してベアリングを収納したベアリング受け６によつて支
持されたボールネジ７に連結され、このボールネジ７は
ノズル保持部材８に螺合されている。そのノズル保持部
材８は、リニアスライダ９によつて支持板２に対して上
下に摺動できるように装着されている。

そして、このノズル保持部材８にはノズル11を一体に
装着したシリンダ10が取り付けられ、そのノズル11のノ
ズル端11aから被描画体である例えばセラミツク基板12
上にペースト13を吐出する。

その際、セラミツク基板12は全体の図示を省略したXY
ステージ装着によつてＸ方向及びＹ方向に駆動される基
台14上に、複数個の位置決めピン17によつて位置決めさ
れて載置されており、ノズル11に対してその高さ方向に
直交するXY方向に相対移動されることにより、ノズル端
11aから吐出されるペーストによつて所要の厚膜パター
ンが描画される。

また、支持板２にはノズル11と並置して固定された保
持具15に、レーザ光を利用してセラミツク基板12の描画
面の高さを測定するための高さセンサ16を取り付けてい
る。

第７図はこの直接描画装置の制御系のブロツク図であ
り、制御ユニツト22は中央処理部であるCPU,プログラム
メモリであるROM,データメモリであるRAM及び入出力部
であるI/Oからなるマイクロコンピユータによつて構成
されている。

そして、この制御ユニツト22がその出力信号によつて
電空変換器24に空気源23からの空気圧を制御させると共
に、電磁弁25を開閉制御して、ノズル11を装着したシリ
ンダ10へ所要の空気圧を供給し、シリンダ10内のペース
トをノズル11のノズル端11aから吐出させる。

また、この制御ユニツト22はモータコントローラ26,2
8,31にそれぞれ信号を出力して、ドライバ27,29,32を介
して、第６図にも示したＺ方向モータ3,XYステージ装置
のＸ方向モータ30及びＹ方向モータ33をそれぞれ駆動制
御して、ノズル11の高さを制御すると共に、セラミツク
基板12を載置した移動テーブルである基台14をRAMに格
納した描画データに基づいてXY方向に移動させる。

なお、セラミツク基板12の描画面12aは、ミクロンオ
ーダではあるがかなり凹凸面になつているし、既に厚膜
パターンが形成されている場合もあるので、厚膜回路の
描画に先立つて、高さセンサ16の高さ位置を固定して基
台14をXY方向に移動させながら、その高さセンサ16によ
つてセラミツク基板12の描画面12a全域の各座標位置毎
の高さを測定し、その高さデータを制御ユニツト22に入
力して、各測定点の座標位置データと共にRAMに記憶さ
せる。

そして、制御ユニツト22はそのRAMに記憶した高さデ
ータに基づいて、描画時に前述のようにＺ方向モータ３
を駆動制御して、ノズル11の高さをセラミツク基板12の
描画面12aとの間隔を一定に保つように制御して、ノズ
ル端11aが描画面12aや前に形成されたパターンに接触し
て描画不能になつたり、離れ過ぎてパターンの線幅が細
くなつてしまつたりしないようにする。

また、この制御ユニツト22には、外部装置として操作
表示用のオペレーションパネル34及び描画データ入力用
のコントローラ35が接続されている。

このような直接描画装置では、１回の吐出で描画し得
る基本線幅は、使用するペーストの種類とそのペースト
を吐出させる空気圧の大きさによつて決まり、使用ペー
ストや空気圧を選ぶことによつて基本線幅を自由に設定
することができる。

そして、実際の描画に際しては、例えばCADシステム
によつて回路パターンデータを作成し、その回路パター
ンデータと上記描画条件とを描画データとして制御ユニ
ツト22に入力して描画を行なう。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の直接描画装置においては、ノズル11
と高さセンサの取り付け間隔のメカ調整を高精度に行な
つて、基台14に対するノズル端11aからのペースト吐出
点と高さセンサ16による高さ測定点との間隔Ｄを設計値
（例えば650mm）に精度よく一致させようとしている。

しかし、実際には第６図における保持具15を支持板２
にねじ止めするためのネジ切り誤差と取り付け誤差、保
持具15に高さセンサ16をねじ止めするためのネジ切り誤
差と取り付け誤差等により、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞ
れ数10μｍ程度の誤差が生じる場合が多く、調整が大変
難しい。

これは、ペーストによる描画パターンの１本の線幅程
度に相当し、前述のように描画開始に先立つて高さセン
サ16によつてセラミツク基板12の描画面の各座標位置毎
の高さを測定して、そのデータを制御ユニツト22内のRA
Mに記憶させても、その座標位置データと実際の測定点
（レーザスポツトの位置）とがずれていることがある。

そのため、その座標位置のＸ座標のみを設計値Ｄだけ
ずらしてノズル端11aの位置座標として、その点の高さ
データに基づいてノズル11の高さ位置を制御すると、実
際には描画面上のＸ方向及びＹ方向にパターンの線幅程
度ずれた位置の高さデータに基づいて制御してしまうこ
とがあり、ノズル端11aが描画面12aや前に形成された描
画パターンに接触して描画不能あるいは不安定になつた
り、離れ過ぎてパターンの線幅が細くなつてしまつたり
して、描画品質が悪化する恐れがあるという問題点があ
つた。

この発明は、このような従来の直接描画装置における
問題点を解決するため、それ程高精度のメカ調整をしな
くても、高さセンサの測定点とノズル端との位置関係の
設計値に対する誤差を容易に検出して、高さ測定位置デ
ータを正しく補正できるようにして、描画品質を向上さ
せることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記の目的を達成するため、上述のような
直接描画装置において、基台の上面に、略鏡面をなし、
ノズルと基台との相対移動方向で互いに直交するＸ方向
とＹ方向にそれぞれ沿う少なくとも２部分からなる凸条
あるいは凹溝を形成した基準面を設けたものである。

さらに、上記基準面を設けた直接描画装置において、
次のような手順による高さ測定位置データ補正方法も提
供する。

高さセンサの測定スポツトをその基準面内の凸条あ
るいは凹溝からＸ方向及びＹ方向にそれぞれ予め規定し
た距離a,bだけ離れるべき基準点に位置させる。

その後、高さセンサによつてその基準面の高さを検
出しながら高さセンサと基台とをＸ方向に相対移動させ
て、高さセンサが凸条あるいは凹溝を検出するまでの相
対移動距離をＡとする。

その高さセンサの測定スポツトを再び基準点に戻
す。

その後、その高さセンサによつて基準面の高さを検
出しながらその高さセンサと基台とをＹ方向に相対移動
させて、高さセンサが凸条あるいは凹溝を検出するまで
の相対移動距離をＢとする。

その各測定結果からａ−Ａ及びｂ−Ｂを算出して、
それぞれＸ方向及びＹ方向の位置データ補正量としてメ
モリに格納する。

高さセンサによつて被描画体の描画面の高さを測定
した時の各測定点のＸ方向及びＹ方向の位置データを、
上記メモリに格納したＸ方向及びＹ方向の位置データ補
正量によつて補正する。

〔作用〕

凸条又は凹溝を形成した基準面は、基台の上面の一部
に直接形成するかあるいは別に形成して貼着することに
よつて精度よく設けることができる。

そして、支持板へのノズルと高さセンサの取り付け位
置に多少の誤差があつても、この基準面を使用すれば上
記のようにしてその誤差を正確に検出して、被描画体の
高さ測定時の測定位置データをソフト的に補正すること
ができる。

すなわち、基準面内の基準点から凸条又は凹溝までの
Ｘ方向,Y方向の実際の距離A,Bは、高さセンサと基台を
Ｘ方向,Y方向へ相対移動させながら基準面の鏡面と凸条
又は凹溝との高さの違いを高さセンサによつて検出する
までの移動距離として容易に測定できる。

この測定距離A,Bと設計上の距離a,bとの差ａ−Ａ及び
ｂ−ＢがそれぞれＸ方向及びＹ方向の誤差、すなわち測
定点の位置データ（XY座標）を補正すべき量である。

したがつて、この各補正量を記憶しておいて、高さセ
ンサによつて実際に被描画体の描画面の高さを測定した
時の各測定点の位置データを補正すれば、正確な測定位
置データに対する高さデータを得ることができ、そのデ
ータに基づいて描画時のノズルの高さを制御すれば、高
品質の描画パターンを得ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を添付図面を参照して具体
的に説明する。

第１図は、この発明の一実施例である直接描画装置の
要部斜視図であり、第６図と同じ部分には同一符号を付
してあるので、それらの説明は省略する。

この実施例において第６図の従来装置と異なるのは、
XYステージ装置の移動テーブルである基台14の上面の左
上コーナ部付近に基準面18を設けたことである。

この基準面18は、第１図に示すように位置決めピン17
より外側でセラミツク基板12等の被描画体を載置しない
部分に設けた方が、補正量を求めた後直ちに被描画体の
高さ測定に移れるので望ましいが、必須のことではな
い。

基準面18は鏡面に近い平面に形成され、第２図に示す
ような矩形のエリアをなし、そこに基台14の互いに直交
する移動方向であるＸ方向とＹ方向にそれぞれ沿う２本
の凹溝19x,19yからなる十字状の凹溝19を形成してい
る。なお、この凹溝に代えて十字状の凸条を形成しても
よい。

この凹溝19x,19yを、XYステージ装置の移動テーブル
である基台14の上面に直接刻設すれば、設計上規定した
Ｙ座標位置及びＸ座標位置に精度よく形成することがで
きる。

この実施例では、ノズル端11aからの垂線が基台14の
上面に当るペースト吐出点Ｐと、高さセンサ16からのレ
ーザスポツト光が基台14の上面に当る測定スポツト（測
定点）Ｑとの位置関係が、Ｙ方向の座標位置は等しく、
Ｘ方向にＤ＝650mmの間隔を有するように設計され、そ
うなるようにノズル11と高さセンサ16の支持板２への取
り付け位置を調整している。

したがつて、点Ｐの座標を（x,y）＝（0,0）とする
と、測定スポトＱの座標は（x,y）＝（650,0）となるは
ずである。

しかしながら、実際には取り付け時の精度誤差によ
り、第１図に示すように測定スポツトＱが設計上の点か
らＸ方向にΔx,Y方向にΔｙだけずれてしまつている。

そこで、このずれ量を基準面18を使用して容易に且つ
正確に検出して、高さセンサ16による測定点の位置デー
タの補正量とすることができる。

なお、この実施例の制御系は第７図によつて説明した
従来例と同様であるが、そのマイクロコンピユータによ
る制御ユニツト22のROMには、高さセンサ16による被描
画体の高さ測定に先立つて、上記補正量を決定してRAM
に格納するための処理プログラム、及び被描画体の高さ
測定時あるいは測定後、その各測定点の位置データを補
正するための処理プログラムが格納されている。

また、高さセンサ16としては、レーザスポト光を用い
た三角測量方式の距離センサ等が使用されるが、例えば
第４図に示すような距離センサを使用するとよい。

これは、小型で高出力の半導体レーザ41と、高分解能
で高速応答性を有する半導体位置検出器（Position Sen
sitive Device:以下「PSD」と略称する）42とを組合わ
せたものであり、光源である半導体レーザ41からのレー
ザ光を投光レンズ43によつて集光して、測定すべき対象
物体45上にスポツト光f₁として照射し、その対象物体45
からの反射光f₂を、投光レンズ43から所定の間隔を置い
て配設された受光レンズ44によつてPSD42の受光面上の
一点に集光して受光させる構造になつている。

そして、対象物体45の矢示方向の変位によつて、受光
レンズ44によつて集光される反射光f₂の角度θが変化す
るため、PSD42上の集光スポツトの位置、すなわち受光
位置Ｘがそれに比例して変位する。この受光位置Ｘは、
PSD42によつて容易に検出することができる。

そこで、投光レンズ43と受光レンズ44との光軸間隔を
d,受光レンズ44とPSD42との間隔をＦとすると、対象物
体45までの距離Ｌを次式によつて求めることができる。

Ｌ＝ｄ・F/X 次に、この実施例の制御ユニツトによる補正量決定処
理について、第３図のフローチヤートによつて説明す
る。

この処理を開始すると、先ずステツプ１でXYステージ
装置のXYテーブルである基台14を移動させて、高さセン
サ16の測定スポツトＱが基準面18内に当るようにする。

次に、ステツプ２で第２図に示すように基準面18の凹
溝19x,19yの交点Ｃの座標を（x,y）＝（0,0）とした
時、この交点Ｃに対して測定スポツトＱをその座標が
（x,y）＝（a,b）となるべき基準点に位置させる。

すなわち、基準面18内で凹溝19yから距離a,凹溝19xか
ら距離ｂだけ離れた位置に設計上規定された点に測定ス
ポツトＱが当るように、基台14を移動する。

そして、ステツプ３で高さセンサ16によつて現在位置
（基準面18の平面部に測定スポツトＱが当つている）の
高さを計測して、その結果を基準高さとして記憶する。

その後、ステツプ４で基台14をＸ方向へ１ステツプ
（Ｘ方向の移動最小分解能に相当し、この実施例では５
ミクロン）だけ凹溝19yに近づけるように移動させ、そ
の移動開始後のＸ方向の移動量をＡとする。

ステツプ５で高さセンサ16によつてその位置の高さを
計測する。

ステツプ６ではその計測値が先に記憶した基準高さに
対して所定値以上変化したか否か、すなわち凹溝19yを
検出したか否かを判定する。

そして、高さ変化がなければステツプ４〜６を繰返
し、基台14をＸ方向へ１ステツプずつ移動させながら高
さを計測して、高さ変化があるとステツプ７へ進んでそ
の時のＡの値を記憶する。

次に、ステツプ８で基台14をステツプ２の状態（第２
図に示す位置に測定スポトＱが当るべき状態）に戻し、
ステツプ９で基台14をＹ方向へ１ステツプ（Ｙ方向の移
動最小分解能に相当し、この実施例では５ミクロン）だ
け凹溝19xに近づけるように移動させ、その移動開始後
のＹ方向の移動量をＢとする。

ステツプ10で高さセンサ16によつてその位置の高さを
計測し、ステツプ11ではその計測値が先に記憶した基準
高さに対して所定値以上変化したか否か、すなわち凹溝
19xを検出したか否かを判定する。

そして、高さ変化がなければステツプ９〜11を繰返
し、基台14をＹ方向へ１ステツプずつ移動させながら高
さを計測して、高さ変化があるとステツプ12へ進んでそ
の時のＢの値を記憶する。

さらに、ステツプ13で（ａ−Ａ）と（ｂ−Ｂ）を算出
して、これを取り付け時の精度誤差Δx,Δｙと判断し、
高さセンサ16による測定点のＸ方向及びＹ方向の位置デ
ータ補正量としてメモリ（RAM）に格納して、この処理
を終了する。

その後、第１図に仮想線で示すように、基台14上に被
描画体であるセラミツク基板12を複数個の位置決めピン
17によつて位置決めして載置し、その描画面全域の高さ
を高さセンサ16によつて測定するが、その測定時の各測
定点の位置データ（座標値）を先にメモリに格納したＸ
方向とＹ方向の補正量（ａ−Ａ）と（ｂ−Ｂ）によつて
補正する。

すなわち、第１図におけるノズル11によるペースト吐
出点Ｐの座標を（x,y）＝（0,0）とした時、測定スポト
Ｑの座標を（x,y）＝｛650＋（ａ−Ａ），（ｂ−Ｂ）｝
と補正する。

したがって、ノズル11によるペースト吐出点Ｐから基
台14を上記補正した座標分だけ移動した点の高さを計測
すれば、正確なペースト吐出点の高さを計測できること
になる。

このようにすれば、高さセンサ16による描画面の各高
さ測定点の位置データの誤差がなくなり、ペースト吐出
位置に正確に対応する高さデータを得ることができるの
で、そのデータに基づいて描画時のノズル11の高さを制
御することによつて、高品質の描画パターンを得ること
ができる。

なお、上記実施例では基準面18を基台14の上面の一部
に直接形成し、そこに凹溝19を直接刻設するように説明
したが、凹溝19を形成した上面が略鏡面をなす基準面を
別に作成して、基台14の上面の所定位置に貼着等によつ
て装着するようにしてもよい。

また、基準面18に形成する凹溝19の形状は、十字形に
限るものではなく、例えば第５図（イ）〜（ホ）に示す
ように、かぎ形や矩形等種々の形状にすることが可能で
あり、ノズルと基台との相対移動方向で互いに直交する
Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ沿う少なくとも２部分を有し
ていればよい。

さらに、前述したように基準面18にこれらの凹溝の代
りに凸条を形成してもよく、その場合に印刷によつてそ
の凸条を形成することもできる。但し、そのインク塗布
層の厚さが高さセンサによつて検知できる程度であるこ
とが必要である。

なおまた、この発明は被描画体を載置した基台側を固
定して、高さセンサ及びノズル側をX,Y方向に移動させ
て、高さ測定及びペーストの塗布を行なう装置にも同様
に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明による直接描画装置は、
被描画体を載置する基台上に略鏡面をなす基準面を設け
て、そこにＸ方向とＹ方向にそれぞれ沿う少くとも２部
分からなる凸状あるいは凹溝を形成したので、この基準
面を使用すれば、高さセンサの取り付け位置誤差による
測定点位置の設計値からのずれ量、すなわち補正すべき
量を容易に検出することができる。

また、この発明による高さ測定位置データ補正方法に
よれば、上記基準面を利用して高さセンサの測定点位置
データの補正量を求め、それによつて高さセンサによる
被描画体の描画面の高さを測定した時の各測定点の位置
データを補正するので、正確な測定位置データに対する
高さデータを得ることができ、そのデータに基づいて描
画時のノズルの高さを制御すれば、高品質の描画パター
ンを得ることができる。

さらに、この発明による高さ測定位置データ補正方法
によれば、高さセンサと基台とをX,Yの２方向に移動さ
せるだけでよいため検出動作時間が短く、しかも高さセ
ンサX,Yの２方向において凸条あるいは凹溝を検出する
だけで位置データ補正量を算出できるので、簡易かつ迅
速に処理演算することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す直接描画装置の要部
斜視図、 第２図は同じくその基準面の拡大図、 第３図は同じくこの実施例による補正量決定処理のフロ
ー図、 第４図はこの実施例に使用する高さセンサーの一例を示
す説明図。 第５図（イ）〜（ホ）はこの発明における基準面のそれ
ぞれ他の異なる例を示す拡大図、 第６図はこの発明を適用する従来の直接描画装置一例の
外観を示す斜視図、 第７図は同じくその制御系のブロツク図である。 ２…支持板、３…Ｚ方向モータ 10…シリンダ、11…ノズル 12…セラミツク基板（被描画体） 13…ペースト、14…基台 15…保持具、16…高さセンサ 17…位置決めピン、18…基準面 19…凹溝、22…制御ユニツト 30…Ｘ方向モータ、33…Ｙ方向モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被描画体を載置する基台と、所定の間隔で
   固定されたノズルと高さセンサとを高さ方向に直交する
   方向に相対移動可能に設け、前記高さセンサによつて予
   め測定した被描画体の描画面全域の各位置毎の高さデー
   タに基づいて前記ノズルの高さを制御しながら該ノズル
   と前記被描画体とを前記方向に相対移動させ、前記ノズ
   ルから回路形成用ペーストを吐出させて前記被描画体上
   に厚膜回路を形成する直接描画装置において、 前記基台の上面に、略鏡面をなし、前記ノズルと基台と
   の相対移動方向で互いに直交するＸ方向とＹ方向にそれ
   ぞれ沿う少なくとも２部分からなる凸条あるいは凹溝を
   形成した基準面を設けたことを特徴とする直接描画装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の直接描画装置において、高
   さセンサの測定スポツトを前記基準面内の凸条あるいは
   凹溝から前記Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ予め規定した
   距離a,bだけ離れるべき基準点に位置させた後、 前記高さセンサによつて前記基準面の高さを検出しなが
   ら該高さセンサと前記基台とを前記Ｘ方向に相対移動さ
   せて、高さセンサが前記凸条あるいは凹溝を検出するま
   での相対移動距離をＡとし、 前記高さセンサの測定スポツトを再び前記基準点に戻し
   た後、その高さセンサによつて前記基準面の高さを検出
   しながら該高さセンサと前記基台とを前記Ｙ方向に相対
   移動させて、高さセンサが前記凸条あるいは凹溝を検出
   するまでの相対移動距離をＢとし、 その各測定結果からａ−Ａ及びｂ−Ｂを算出して、それ
   ぞれＸ方向及びＹ方向の位置データ補正量としてメモリ
   に格納し、 前記高さセンサによつて被描画体の描画面の高さを測定
   した時の各測定点のＸ方向及びＹ方向の位置データを、
   前記メモリに格納したＸ方向及びＹ方向の位置データ補
   正量によつて補正することを特徴とする高さ測定位置デ
   ータ補正方法。