KR102433555B1 - 막형성장치 및 막형성방법 - Google Patents

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Abstract

테이블에 기판이 유지된다. 잉크젯헤드가, 테이블에 유지된 기판을 향하여 열경화성 잉크를 토출한다. 비접촉 가열수단이, 테이블에 유지된 기판을 비접촉으로 가열한다. 이와 같이 함으로써, 광경화성 잉크를 이용하지 않고, 잉크를 신속하게 경화시킬 수 있다.

Description

막형성장치 및 막형성방법
본 발명은, 막형성장치 및 막형성방법에 관한 것이다.
잉크젯헤드 등으로부터 광경화성(자외선경화성) 잉크를 토출시켜 기판 등의 기록매체에 묘화하는 장치가 공지이다(특허문헌 1). 기록매체에 자외선경화성 잉크를 배치한 후, 적당량의 자외선을 조사함으로써 잉크를 신속하게 경화시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-188983호
프린트기판의 솔더레지스트 용도 등에 사용되는 자외선경화성 잉크는, 통상의 잉크에 비하여 점도가 높다. 이 때문에, 잉크젯헤드에 공급되는 잉크를 가열함으로써, 잉크젯헤드로부터 잉크를 토출시킬 수 있는 정도까지 점도를 저하시키는 것이 바람직하다. 잉크의 온도가 지나치게 높아지면, 잉크의 열화가 빨라진다. 잉크의 온도가 지나치게 낮으면, 잉크의 점도가 목표의 점도보다 높아지기 때문에, 잉크의 토출이 불안정해짐과 함께, 잉크막힘 등이 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 목적은, 광경화성 잉크를 이용하지 않고, 잉크를 신속하게 경화시킬 수 있는 막형성장치 및 막형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
기판을 유지하는 테이블과,
상기 테이블에 유지된 상기 기판을 향하여 열경화성 잉크를 토출하는 잉크젯헤드와,
상기 테이블에 유지된 상기 기판을 비접촉으로 가열하는 비접촉 가열수단을 갖는 막형성장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
기판의 일부의 영역을 비접촉으로 가열하는 공정과,
상기 기판의 가열된 영역에, 열경화성 잉크를 부착시켜 경화시킴으로써 막을 형성하는 공정을 갖는 막형성방법이 제공된다.
비접촉수단으로 기판을 가열한 영역에 열경화성 잉크를 부착시킴으로써, 열경화성 잉크를 경화시킬 수 있다.
도 1a는, 실시예에 의한 막형성장치의 개략측면도이고, 도 1b는, 레이저광원의 사시도이며, 도 1c는, 잉크젯헤드, 레이저빔의 빔단면, 및 기판의 이동방향과의 상대관계를 나타내는 평면도이다.
도 2a는, 시뮬레이션 대상의 기판의 단면도이고, 도 2b는, 기판의 표면에 있어서의 빔스폿과 기판 상의 특정 개소의 위치관계를 나타내는 도이며, 도 2c는, 특정 개소의 온도변화의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 전해연마한 금, 은, 구리의 반사율의 파장의존성을 나타내는 그래프이다.
도 4a는, 다른 실시예에 의한 막형성장치의 개략측면도이고, 도 4b는, 본 실시예에 의한 막형성장치의 잉크젯헤드, 레이저광원에 의한 빔단면, 및 기판이 이동하는 방향과의 상대관계를 나타내는 평면도이다.
도 5는, 또 다른 실시예에 의한 막형성장치의 빔단면의 장축방향에 관한 광강도분포를 나타내는 그래프이다.
도 1a~도 1c를 참조하여, 실시예에 의한 막형성장치에 대하여 설명한다.
도 1a는, 본 실시예에 의한 막형성장치의 개략측면도이다. 테이블(10)이, 그 상면에 기판(30)을 유지한다. 테이블(10)은, 예를 들면 진공척기구를 갖고 있으며, 기판(30)을 흡착하여 고정한다. 잉크젯헤드(15)가, 테이블(10)에 유지된 기판(30)을 향하여 열경화성의 잉크를 토출한다. 비접촉 가열수단으로서의 레이저광원(16)이, 테이블(10)에 유지된 기판(30)에 레이저빔을 조사함으로써, 기판(30)의 일부의 영역을 비접촉으로 가열한다.
이동기구(13)가, 테이블(10)에 유지된 기판(30)과 잉크젯헤드(15)의 일방을 타방에 대하여 이동시킨다. 이동방향은, 테이블(10)의 상면에 평행이다. 이동기구(13)는, 테이블(10)을 일 방향으로 안내하는 가이드(11), 및 테이블(10)을 가이드(11)를 따라 이동시키는 구동부(12)를 포함한다.
제어장치(20)가, 잉크젯헤드(15)로부터의 잉크의 토출을 제어한다. 또한, 제어장치(20)는, 구동부(12)를 제어함으로써, 테이블(10)을 목표속도로 이동시킨다. 제어장치(20)에, 형성해야 하는 막의 평면형상을 정의하는 패턴데이터가 기억되어 있다. 제어장치(20)는, 패턴데이터에 근거하여 잉크젯헤드(15) 및 이동기구(13)를 제어함으로써, 기판(30)의 상면의 원하는 개소에 열경화성 잉크를 부착시키고, 수지막(32)을 형성할 수 있다.
도 1b는, 레이저광원(16)의 사시도이다. 레이저광원(16)은, 빔단면(18A)이 장척형상인 레이저빔(18)을 출력한다. 레이저광원(16)으로서, 수랭기구를 구비한 레이저다이오드(LD)바를 이용할 수 있다. 예를 들면, 어레이폭 10mm의 LD바를 5개 나열함으로써, 어레이폭 50mm의 LD바가 얻어진다. 레이저광원(16)의 발진파장은, 예를 들면 808nm이며, 빔단면은, 장축방향의 치수가 약 50mm인 장척형상이다. 막형성 시의 기판(30)의 이동방향과, 빔단면의 장축방향은 직교한다. 단축방향의 확산각은, 렌즈를 포함하여 약 1°이며, 50mm 떨어진 기판 상에 있어서의 단축방향의 빔사이즈는 약 1.5mm이다. 레이저광원(16)의 출력은, 기판(30)의 온도를 목표로 하는 온도까지 상승시키는 것이 가능한 크기로 설정되어 있다.
도 1c는, 잉크젯헤드(15), 레이저빔의 빔단면(18A), 및 기판(30)의 이동방향(58)의 상대관계를 나타내는 평면도이다. 잉크젯헤드(15)의 복수의 노즐구멍으로 이루어지는 노즐열(15A)이, 기판(30)의 이동방향(58)에 대하여 직교한다. 평면에서 보았을 때에 있어서, 장척형상인 빔단면(18A)이 노즐열(15A)에 평행하게 배치되어 있다. 빔단면(18A)은 노즐열(15A)보다 길다. 이 때문에, 잉크젯헤드(15)로부터 토출된 열경화성 잉크가 부착되는 전체영역을, 레이저조사에 의하여 가열할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 의한 막형성장치의 동작에 대하여 설명한다.
제어장치(20)는, 기판(30)의 일부의 영역이 레이저광원(16)으로 가열된 후, 잉크젯헤드(15)의 아래를 통과하도록 이동기구(13)를 동작시킨다. 이로써, 기판(30)의 일부의 영역이 레이저광원(16)에 의하여 비접촉으로 가열되고, 그 후 가열된 영역에 잉크젯헤드(15)로부터 토출된 잉크가 부착된다. 잉크가 기판(30)에 부착될 때의 기판(30)의 표면온도가 잉크의 경화온도 이상으로 유지되도록, 레이저빔의 파워밀도, 빔단면의 치수, 기판(30)의 이동속도가 설정되어 있다. 이 때문에, 잉크젯헤드(15)로부터 토출된 잉크는, 기판(30)에 부착된 직후에 경화한다.
레이저광원(16) 및 잉크젯헤드(15)에 대하여 기판(30)을 이동시킴으로써, 가열하는 영역 및 열경화성 잉크를 부착시키는 영역이, 기판(30)의 표면 내에서 이동한다. 이로써, 기판(30)의 표면에 열경화성 잉크가 경화한 수지막(32)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 막형성을 위하여 열경화성의 잉크가 이용된다. 일반적으로, 열경화성의 잉크는, 자외선경화성의 잉크보다 각종 소재에 대한 밀착성이나 내약품성이 우수하며 저점도이다. 예를 들면, 실온에서 잉크젯헤드(15)로부터 안정적으로 잉크를 토출시키는 것이 가능한 정도의 저점도인 열경화성의 잉크를 입수하는 것이 가능하다. 이 때문에, 잉크의 점도를 저하시키기 위한 잉크가열장치를 준비할 필요가 없다.
또한, 상기 실시예에서는, 레이저광원(16)을 이용하여 기판(30)을 국소적으로 가열하고 있다. 예를 들면, 테이블(10)(도 1a)에 핫플레이트 기능을 갖게 하여 기판(30)의 전체를 대략 균일하게 가열하는 것이 가능하다. 그런데, 이 방법에서는, 기판(30)을 테이블(10)에 유지시키고 나서 목표로 하는 온도까지 가열될 때까지 장시간 대기해야 한다. 본 실시예에서는 가열을 위한 대기시간을 필요로 하지 않기 때문에, 가열처리에 의한 스루풋의 저하를 회피할 수 있다.
또, 테이블(10) 자체를 가열하면, 열팽창의 영향에 의하여 테이블(10) 및 이동기구(13)의 기계정밀도를 유지하는 것이 곤란해진다. 본 실시예에서는, 테이블(10)을 가열하지 않고 기판(30)을 비접촉으로 가열하기 때문에, 기계정밀도의 저하를 회피할 수 있다.
기판(30)에 잉크를 부착시킨 직후에, 잉크의 부착 개소에 레이저빔을 입사시켜 기판을 가열하면, 레이저빔의 고에너지에 의하여 잉크가 비산해버리는 현상이 확인되었다. 본 실시예에서는, 잉크의 부착 전에 기판(30)을 가열하기 때문에, 잉크가 비산해버리는 경우는 없다. 또, 잉크가 기판(30)에 부착되면 즉시 경화를 시작하기 때문에, 잉크의 과도한 퍼짐이나 번짐을 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 실시예에서는, 비접촉 가열수단으로서 레이저광원(16)(도 1b)을 이용했지만, 그 외에, 비접촉으로 기판(30)을 국소적으로 가열하는 것이 가능한 가열장치를 이용해도 된다. 예를 들면, 발광다이오드(LED) 등의 광에너지에 의하여 가열하는 장치, 또는 고주파 유도가열장치 등을 이용하는 것도 가능하다.
상기 실시예에서는, 레이저광원(16) 및 잉크젯헤드(15)에 대하여 기판(30)을 이동시켰지만, 그 반대로, 기판(30)에 대하여 레이저광원(16) 및 잉크젯헤드(15)를 이동시켜도 된다. 또, 상기 실시예에서는, 레이저광원(16)으로부터 출력되는 레이저빔을 연속파 레이저빔으로 했지만, 펄스레이저빔으로 해도 된다.
상기 실시예에서는, 노즐열(15A)(도 1c)을, 기판(30)의 이동방향(58)(도 1c)에 대하여 직교시켰지만, 반드시 직교시킬 필요는 없다. 노즐열(15A)을, 기판(30)의 이동방향(58)에 대하여 교차시키면 된다.
다음으로, 도 2a~도 2c를 참조하여, 구리박을 갖는 기판에 레이저빔을 입사했을 때의 온도변화의 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.
도 2a는, 시뮬레이션 대상의 기판(50)의 단면도이다. 기판(50)은, 두께 800μm의 에폭시기판(51), 두께 30μm의 구리박(52), 및 두께 10μm의 에폭시층(53)으로 이루어지는 3층 구조를 갖는다. 도 1a~도 1c에 나타낸 실시예에서는, 레이저빔을 조사하는 시점에서 기판(30)에 수지막(32)(도 1a)은 형성되어 있지 않지만, 기판(30)에 부착된 잉크를 경화온도까지 가열할 필요가 있기 때문에, 시뮬레이션에서는, 기판(30)에 부착된 잉크에 상당하는 에폭시층(53)을 가열대상에 포함시켰다.
도 2b는, 기판(50)의 표면에 있어서의 빔스폿(56)과 기판(50) 상의 특정 개소(55)의 위치관계를 나타내는 도이다. 빔스폿(56)의 직경을 0.5mm로 하고, 기판(50)의 표면에 있어서의 레이저빔의 파워밀도를 12kW/cm2로 하며, 기판(50)의 이동속도를 200mm/s로 했다. 기판(50) 상의 특정 개소(55)는, 이동속도 200mm/s로 이동하고, 빔스폿(56)의 중심을 통과한다. 이때, 특정 개소(55)에 레이저빔이 조사되는 시간은 2.5ms가 된다. 시뮬레이션에서는, 레이저빔의 전체에너지가 흡수된다고 가정했다.
도 2c는, 특정 개소(55)의 구리박(52)의 표면의 온도변화의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 경과시간을 단위 "ms"로 나타내고, 세로축은 온도를 단위 "℃"로 나타낸다. 특정 개소(55)에 레이저빔의 입사가 개시되면 온도가 상승하고, 최고 도달온도는 250℃를 초과한다. 150℃를 초과하는 시간은 5ms 정도이다.
레이저빔의 조사가 종료되면 약 120℃까지 온도가 급격하게 저하되지만, 그 후의 온도의 저하는 완만하다. 온도의 저하가 완만해지는 시점의 온도는, 레이저빔의 파워밀도나 조사시간(빔스폿(56)의 크기)에 의하여 변동한다고 생각된다. 온도의 저하가 완만해지는 시점의 온도가 잉크의 경화온도 이상이면, 열경화성 잉크를 경화시킬 수 있다고 생각된다.
도 2a~도 2c에 나타낸 시뮬레이션 결과로부터, 레이저빔의 파워밀도, 및 빔스폿(56)의 크기를 조정함으로써, 열경화성 잉크를 경화시킬 수 있다고 생각된다.
다음으로, 열경화성 잉크를 경화시킬 수 있는 것을 확인하기 위하여 행한 간단한 예비실험의 결과에 대하여 설명한다. 파장 808nm, 빔스폿직경 0.5mm, 기판의 이동속도 200mm/s의 조건으로 구리박에 레이저빔을 조사한 후, 가열된 구리박에 열경화성 잉크를 스프레이분사했다. 그 결과, 레이저조사된 영역에 있어서 열경화성 잉크가 경화한 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 가열을 위하여 이용하는 레이저빔의 바람직한 파장에 대하여 설명한다.
도 3은, 전해연마한 금, 은, 구리의 반사율의 파장의존성을 나타내는 그래프이다. 가로축은 파장을 단위 "nm"로 나타내고, 세로축은 반사율을 나타낸다. 기판 상의 금속박을 효과적으로 가열하기 위해서는, 반사율이 낮은 파장역의 레이저빔을 이용하는 것이 바람직하다. 도 3으로부터, 예를 들면 기판표면에 구리박이 마련되어 있는 경우에는, 570nm 이하의 파장역의 레이저빔을 이용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 기판표면에 금박이 마련되어 있는 경우에는, 520nm 이하의 파장역의 레이저빔을 이용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 기판표면에 은박이 마련되어 있는 경우에는, 350nm 이하의 파장역의 레이저빔을 이용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 다른 실시예에 의한 막형성장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1a~도 1c에 나타낸 실시예와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 4a는, 본 실시예에 의한 막형성장치의 개략측면도이다. 도 1a에 나타낸 실시예에서는, 레이저광원(16)이 잉크젯헤드(15)의 일방의 측에만 배치되어 있었지만, 본 실시예에서는, 잉크젯헤드(15)의 양측에 각각 레이저광원(16, 17)이 배치되어 있다.
도 4b는, 본 실시예에 의한 막형성장치의 잉크젯헤드(15), 레이저광원(16, 17)에 의한 빔단면(18A, 19A), 및 기판(30)이 이동하는 방향(58A, 58B)과의 상대관계를 나타내는 평면도이다. 노즐열(15A)의 양측에, 각각 빔단면(18A, 19A)이 배치된다.
기판(30)을 빔단면(18A)으로부터 노즐열(15A)을 향하는 방향(58A)으로 이동시키는 경우에는, 빔단면(18A)용 레이저광원(16)을 동작시키고, 타방의 레이저광원(17)은 동작시키지 않는다. 반대로, 기판(30)을 빔단면(19A)으로부터 노즐열(15A)을 향하는 방향(58B)으로 이동시키는 경우에는, 빔단면(19A)용 레이저광원(17)을 동작시키고, 타방의 레이저광원(16)은 동작시키지 않는다.
상술과 같이, 본 실시예에서는, 기판(30)을 서로 역방향의 2방향 중 어느 방향으로 이동시키는 경우이더라도, 잉크젯헤드(15)로부터 잉크를 토출시켜 막을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 또 다른 실시예에 의한 막형성장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1a~도 1c에 나타낸 실시예와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 5는, 빔단면(18A)의 장축방향에 관한 광강도분포를 나타내는 그래프이다. 장축방향의 양단 근방 이외의 영역에서는, 광강도는 대략 일정하다. 빔단면의 양단에 있어서, 광강도가 다른 영역보다 높아져 있다. 이와 같은 광강도분포로 함으로써, 빔단면(18A)의 양단 근방에 있어서의 온도상승의 부족을 보상하고, 양단 근방에 있어서도 충분한 온도까지 가열할 수 있다.
상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
10 테이블
11 가이드
12 구동부
13 이동기구
15 잉크젯헤드
15A 노즐열
16, 17 레이저광원
18 레이저빔
18A, 19A 빔단면
20 제어장치
30 기판
32 수지막
50 시뮬레이션 대상의 기판
51 에폭시기판
52 구리박
53 에폭시층
55 기판 상의 특정 개소
56 빔스폿
58, 58A, 58B 기판이 이동하는 방향

Claims (8)

  1. 기판을 유지하는 테이블과,
    상기 테이블에 유지된 상기 기판을 향하여 열경화성 잉크를 토출하는 잉크젯헤드와,
    상기 테이블에 유지된 상기 기판을 비접촉으로 가열하는 비접촉 가열수단을 갖고,
    상기 잉크젯헤드는, 상기 기판의 이동방향에 대하여 교차하는 방향으로 나열된 복수의 노즐로 이루어지는 노즐열을 포함하고,
    상기 비접촉 가열수단은, 상기 테이블에 유지된 상기 기판의, 상기 노즐열에 평행한 장척형상의 영역에 광을 입사시킴으로써, 상기 기판을 가열하며,
    상기 비접촉 가열수단에 의해 광이 입사하는 장척형상의 양단에 있어서의 광강도가, 다른 영역에 있어서의 광강도보다 높은 광강도 분포를 갖는 막형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이블에 유지된 상기 기판과, 상기 잉크젯헤드의 일방을 타방에 대하여 이동시키는 이동기구와,
    상기 잉크젯헤드 및 상기 이동기구를 제어하는 제어장치를 더 갖고,
    상기 비접촉 가열수단은, 상기 테이블에 유지된 상기 기판의 일부의 영역을 가열하며,
    상기 제어장치는, 상기 비접촉 가열수단으로 가열된 영역에, 상기 잉크젯헤드로부터 토출된 상기 열경화성 잉크가 부착되도록 상기 이동기구 및 상기 잉크젯헤드를 제어하는 막형성장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비접촉 가열수단은, 상기 테이블에 유지된 상기 기판의 일부의 영역에 레이저빔을 입사시킴으로써, 상기 기판을 가열하는 막형성장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비접촉 가열수단으로 가열되는 영역은, 상기 노즐열보다 긴 장척형상을 갖는 막형성장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비접촉 가열수단은, 상기 잉크젯헤드의 상기 노즐열의 양측에 배치된 레이저광원을 포함하는 막형성장치.
  6. 기판의 일부의 영역을 비접촉으로 가열하는 공정과,
    복수의 노즐로 이루어지는 노즐열을 포함하는 잉크젯헤드로부터 열경화성 잉크를 토출하고, 상기 기판의 가열된 영역에 상기 열경화성 잉크를 부착시켜서 경화시킴으로써 막을 형성하는 공정을 가지고,
    상기 가열하는 공정에 있어서 광을 입사시키는 영역은, 상기 노즐열에 평행한 장척형상을 가지고, 장척형상의 양단에 있어서의 광강도가, 다른 영역에 있어서의 광강도보다 높은 광강도 분포를 갖는, 막형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판에 레이저빔을 입사시킴으로써 상기 기판의 일부의 영역을 가열하는 막형성방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 가열하는 영역, 및 상기 열경화성 잉크를 부착시키는 영역을, 상기 기판의 표면 내에서 이동시키면서 상기 막을 형성하는 막형성방법.
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