JP2005049021A - Paste material drying method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上にペースト材料を所定パターンで塗布した後、乾燥する際の、乾燥方法および乾燥装置に関するものである。 The present invention relates to a drying method and a drying apparatus when a paste material is applied on a substrate in a predetermined pattern and then dried.
例えば、プラズマディスプレイパネル(PDP)など、電子デバイスにおいては、ガラスやセラミックスなどの基板上に、金属材料や無機材料などが結着成分によって結着してなる構成要素が、所定パターンで形成されている。例えば、PDPにおいては、電極や誘電体層や隔壁や蛍光体層などが、この構成要素に該当する。 For example, in an electronic device such as a plasma display panel (PDP), a component formed by binding a metal material or an inorganic material with a binding component on a substrate such as glass or ceramics is formed in a predetermined pattern. Yes. For example, in a PDP, an electrode, a dielectric layer, a partition wall, a phosphor layer, and the like correspond to this component.
上記のような構成要素は、その前駆体となるペースト材料を、スクリーン印刷やダイコート法によって基板上に所定パターンで塗布し、その後、焼成することで形成する。 The components as described above are formed by applying a paste material as a precursor thereof in a predetermined pattern on a substrate by screen printing or a die coating method, and then baking.
ここで、前駆体となるペースト材料としては、上述した、金属材料や無機材料などに結着成分を添加したものに対して、さらに、所定のパターンに塗布した後、そのパターン形状を保持するための、例えばエチルセルロースやアクリル等の熱分解性のよい高分子化合物(樹脂成分)や、印刷に適した所定の粘性を与えるための、例えばテルピネオールやカルビトールアセテート等の溶剤を加えたものである。 Here, as a paste material used as a precursor, in order to maintain the pattern shape after applying a predetermined pattern to the above-described metal material or inorganic material added with a binder component. A high-decomposable polymer compound (resin component) such as ethyl cellulose or acrylic, or a solvent such as terpineol or carbitol acetate for giving a predetermined viscosity suitable for printing is added.
そしてこのペースト材料を基板上に所定パターンで塗布した後、例えば数百(℃)程度の所定温度で加熱処理することで、結着成分の溶融や材料自体の軟化、溶融、あるいは焼結により、所定の機能を有する構成要素として基板上に固着、形成する。 And after applying this paste material on the substrate in a predetermined pattern, for example, by heat treatment at a predetermined temperature of about several hundred (° C.), by melting the binder component, softening the material itself, melting, or sintering, It is fixed and formed on the substrate as a component having a predetermined function.
ここで、上述のペースト材料に含まれる、所定の粘性を与えるための溶剤は、上述の加熱処理に先立って、乾燥処理によってその溶剤の除去が行われる(例えば、非特許文献1参照)。 Here, the solvent for giving the predetermined viscosity contained in the paste material is removed by a drying process prior to the heat treatment (see, for example, Non-Patent Document 1).
この乾燥処理によって、塗布したペースト材料は固化するので、その後に行う加熱処理までの間に、塗布したペースト材料にダストなどが付着したり、また塗布の際の形状が「だれ」などで変化してしまうことを抑制することが可能となる。
ペースト材料を塗布して形成したパターンの形状は、その乾燥過程における溶剤の蒸発速度に大きく影響を受ける。そして、蒸発速度は蒸気圧分布による影響を強く受け、蒸気圧は温度、蒸気濃度に大きく影響される。すなわち、乾燥過程において基板の面内で大きな温度分布、および大きな蒸気濃度分布が生じると、溶剤の蒸発速度にばらつきが生じ、それに起因して、形成したパターンの、高さや幅などの形状が、不均一となってしまい、その結果、構成要素を所望の機能を有するものとすることが困難となってしまう場合があった。このような問題は、基板の大型に伴いさらに顕著となる。すなわち、乾燥処理は、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を可及的に均一に保ちつつ実施することが要求される。 The shape of the pattern formed by applying the paste material is greatly affected by the evaporation rate of the solvent during the drying process. The evaporation rate is strongly influenced by the vapor pressure distribution, and the vapor pressure is greatly influenced by the temperature and the vapor concentration. That is, when a large temperature distribution and a large vapor concentration distribution occur in the plane of the substrate in the drying process, the evaporation rate of the solvent varies, and as a result, the shape of the formed pattern, such as the height and width, As a result, it may be difficult to make a component have a desired function. Such a problem becomes more conspicuous as the substrate becomes larger. That is, the drying process is required to be performed while keeping the temperature distribution and the vapor concentration distribution in the plane of the substrate as uniform as possible.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保つことで、ペースト材料の均一な乾燥を可能とする、ペースト材料の乾燥方法および乾燥装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and when applying a paste material containing a solvent and then drying, the temperature distribution and the vapor concentration distribution in the surface of the substrate are kept uniform, thereby making the paste material uniform. It is an object of the present invention to provide a drying method and a drying apparatus for a paste material that can be easily dried.
上記目的を実現するために本発明の基板上のペースト材料の乾燥方法は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する際、前記基板を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板面に向けて吹き付けるように空気を供給し、そして、基板面より少なくとも上方から排気することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the method for drying a paste material on a substrate according to the present invention is such that when the paste material applied on the substrate is dried, the substrate is heated so that the entire surface is uniform, and at the same time directed toward the substrate surface. Then, air is supplied so as to be blown and exhausted from at least above the substrate surface.
また、上記目的を達成するために本発明の基板上のペースト材料の乾燥装置は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する乾燥装置であって、基板と対向するように設けた、複数に分離したヒーターを有する加熱手段と、加熱手段の背面側に設けた給気手段と、基板面より少なくとも上方に設けた排気口を有する排気手段とを備え、給気は、給気手段から、加熱手段が有する分離したヒーターの間を通過した後、基板に向けて吹き付けるように行い、また、排気は、排気口を通じて排気手段により行うように構成したことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the apparatus for drying a paste material on a substrate according to the present invention is a drying apparatus for drying a paste material applied on a substrate, and is provided so as to face the substrate and separated into a plurality of parts. A heating means having a heater, an air supply means provided on the back side of the heating means, and an exhaust means having an exhaust port provided at least above the substrate surface, the supply air from the air supply means to the heating means After passing between the separated heaters, the substrate is blown toward the substrate, and the exhaust is performed by the exhaust means through the exhaust port.
本発明によれば、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことが可能となるため、ペースト材料の均一な乾燥を実現することができる。 According to the present invention, when the paste material containing the solvent is applied and then dried, the temperature distribution and the vapor concentration distribution in the surface of the substrate can be kept uniform. Can be realized.
すなわち、本発明の請求項1に記載の発明は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する際、前記基板を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板面に向けて吹き付けるように空気を供給し、そして、基板面より少なくとも上方から排気することを特徴とするペースト材料の乾燥方法である。 That is, according to the first aspect of the present invention, when the paste material applied on the substrate is dried, the substrate is heated so that the entire surface is uniform, and at the same time, air is blown toward the substrate surface. It is a method for drying a paste material, characterized in that it is supplied and exhausted from at least above the substrate surface.
また、請求項2に記載の発明は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する乾燥装置であって、基板と対向するように設けた、複数に分離したヒーターを有する加熱手段と、加熱手段の背面側に設けた給気手段と、基板面より少なくとも上方に設けた排気口を有する排気手段とを備え、給気は、給気手段から、加熱手段が有する分離したヒーターの間を通過した後、基板に向けて吹き付けるように行い、また、排気は、排気口を通じて排気手段により行うように構成したことを特徴とするペースト材料の乾燥装置である。
The invention according to
以下、本発明の一実施の形態による、基板上のペースト材料の乾燥方法、およびその際に用いる乾燥装置について、図を用いて説明する。 Hereinafter, a method for drying a paste material on a substrate and a drying apparatus used at that time according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態による乾燥装置の概略構成を示す断面図であり、側面から見たものである。また、図2は、図1におけるA−A矢視断面図であり、図1に示す側面構造のものが2列並列して配設されたものであることを示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a drying apparatus according to an embodiment of the present invention, viewed from the side. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and shows that the side structure shown in FIG. 1 is arranged in two rows in parallel.
乾燥装置1は、炉室10と加熱手段20と搬送手段30と給気手段40と排気手段50とを備えており、例えば、ガラスやセラミックスなどの、1500×1000(mm)程度の大きさの基板2上に、金属材料や無機材料などが結着成分によって結着してなる構成要素、例えば、PDPにおいては、隔壁、電極、誘電体層、蛍光体層などを形成するに際し、その前駆体となるペースト材料を塗布した後、乾燥する目的で用いられるものである。
The
炉室10は、基板2の搬送方向に、例えば3つのゾーン10a、10b、10cに分けられており、例えば、基板2に対して、昇温、維持、降温などのように、独立した温度変化を与えることが可能となっている。
The
加熱手段20は、基板2に対して例えば200(mm)程度の距離を隔てて対向して炉室10内に備えられており、炉室10内を、基板2の搬送方向に従って、ゾーン毎に独立して温度設定できるよう、それぞれのゾーン毎に、遠赤外線マトリックスヒーターユニット21a、21b、21c(以下、特に区別しないときは単にヒーターユニット21という)を備える。ここで、ヒーターユニット21は、図3に基板2との上下位置関係を図1、図2とは反対の状態で、且つ、間隔dを拡大した状態で示すように、複数に分離した、面状のヒーター22a、22b、22c(以下、特に区別しないときは単にヒーター22という)をマトリックス状に配列したものである。ヒーターユニット21は、例えば格子状、メッシュ状の骨組みであり、そこにヒーター22が配設されており、この構造においては、その厚み方向に対して、配列されたヒーター22の間をぬけて通気可能な状態となっている。これにより、給気手段40からの空気は加熱手段20を通過して基板2に吹き付けられる。
The heating means 20 is provided in the
また、基板2に入射する遠赤外線強度は、図3中の基板2上に破線で示すように、ヒーター22それぞれに対応する領域毎に、独立、或いは組合せて制御することが可能である。なお、ヒーター22によって構成されるヒーターユニット21の面積は、炉室10内で乾燥される基板2の大きさよりも、例えばヒーター22の1枚分程度の幅、大きな面積となるように設定している。
Further, the far-infrared intensity incident on the
搬送手段30は、例えば、ローラーやベルトやチェーン等により基板2を図の左方から右方に連続的、或いは間欠的に搬送するもので、その搬送過程で、加熱手段20による加熱により、基板2上に塗布したペースト材料は乾燥させられる。
The transport means 30 is for transporting the
給気手段40は、炉室10内に空気を供給するために、図示しないエア供給源に接続されているダクト41と、そのダクト41を介して供給されるエアを必要に応じて加熱するための加熱ヒーター42と、そのエアから塵埃を除去するためのフィルタ43と、体積流量を調整する、例えば、ダンパーなどの流量調整弁44とを備える。なお、給気手段40の開口面積は、基板2よりも各辺で250(mm)程度以上大きくなるよう設定している。
In order to supply air into the
排気手段50は、排気口50a、および図示しない排気通路、排気装置とを備えるものである。ここで、排気口50aは、少なくとも基板面より上方に設けられている。
The exhaust means 50 includes an
以上の構成により、給気手段40からの空気は、加熱手段20の上方、すなわち背面側から、加熱手段20が有する分離したヒーター22の間を通過して、基板2に向かって吹き付けられ、その後、排気手段50により、すなわち、排気口50aおよび排気通路を通じて排気装置により排気される。
With the above configuration, the air from the air supply means 40 passes from above the heating means 20, that is, from the back side, between the
ここで、上述したようなヒーター22の温度設定の手順は以下のとおりである。まず、基板2の温度分布の発生傾向や乾燥装置1の構造等を考慮し、さらに、経験的知識に基づいて、ヒーター22の温度を個々に仮設定する。次に、乾燥処理しようとする基板2と同様な材質および大きさのダミー基板(例えば、ペースト材料が塗布されていない基板)を用意し、そのダミー基板の表面に、数箇所から数十箇所程度に区分した領域毎に熱電対等の温度センサを取り付け、このダミー基板を基板2の通常の乾燥処理手順に従って、炉室10内を搬送しつつ加熱する。そして、加熱中のダミー基板の各領域の温度を上記の温度センサによって連続的に測定することにより、そのダミー基板の温度分布を経時的に測定する。そして、測定した温度分布、すなわち各時間におけるダミー基板内の最高温度と最低温度との差ΔTnが、予め定められた所定値ΔTd(例えば10(℃))以下であり、且つ、各時間におけるダミー基板内の平均温度と目標基板温度との差ΔTmが、予め定められた所定値ΔTa(例えば3(℃))以下であるか否かを判断する。そして、ΔTn>ΔTd、或いはΔTm>ΔTaの場合には、上記ヒーター22の温度設定を変更した上で、同様のダミー基板による温度測定を再び実施する。この時、個々のヒーター22の目標温度は、前回測定されたダミー基板の温度分布に基づいて、温度が低い領域に対応するヒータ22の遠赤外線の放射強度が高く、反対に温度が高い領域に対応するヒーター22の遠赤外線の放射強度が低くなるように設定変更する。このようにして、ΔTn≦ΔTd、およびΔTm≦ΔTaの条件を満足するまで繰り返し実施することにより、基板2の温度分布が略均一になるように個々のヒーター22の温度設定を行う。
Here, the procedure for setting the temperature of the
また、上述したようなヒーター22の温度設定は以下の理由によるものである。一般に、図1に示すような構成の乾燥装置1で基板2を乾燥する場合には、炉室10の壁面からの熱損失により、図3の基板2上に破線で区分して示す複数の領域60において、搬送方向Aと垂直な基板2の幅方向の両端部の領域60sでは相対的に温度が低く、中央部の領域60cでは相対的に温度が高くなる。さらに、連続搬送方式では、基板2の搬送方向Aと垂直な基板2の幅方向の温度差にのみ配慮すれば良いが、間欠搬送方式では、炉室10内での温度勾配によって基板2の搬送方向Aに沿った方向において、前方の領域60fと後方の領域60rと中央部の領域60cとでは温度差が発生する。例えば、乾燥装置1の炉室10の3つのゾーンのうち、中央に位置するゾーン10bでは、所定の温度で基板2を保持するキープゾーンに対応するため、ゾーン10b内は中央側程高温となり、入口および出口においては外気等による冷却もあって低温となる。そのため、基板2の搬送方向Aに沿った方向において、前方の領域60fと後方の領域60rとが相対的に温度が低く、中央部の領域60cが相対的に温度が高くなる。そこで、基板2の表面温度を均一にして基板2上に塗布したペースト材料を均一に乾燥するためには、これらの昇温特性を考慮して、入射させる遠赤外線の放射強度を温度が低い領域程高くする必要がある。そこで、個々のヒーター22の設定温度は、それぞれの放射強度に対応するように、例えば中央部で低く、搬送方向に対する幅方向両端部で高く、また、ゾーン10bの中央部側で低く入口および出口側で高くなるように設定を行う。
The temperature setting of the
また、上述したような排気手段50の設置は、以下の理由によるものである。例えば図4に示すような、排気手段50の排気口50aが基板2の面より低い位置に設けられている乾燥装置1で基板2を乾燥する場合には、給気手段40から加熱手段20を通過して基板2上に吹き付けられた空気は、基板2の下方に設けられた排気手段50により排気されることとなり、排気口50aから排気される過程において、図4中の矢印で示すような、基板2の中央から基板2の周縁部に向かう空気の流れが発生し、その回り込みの影響を受け、基板2の中央部に比べ周縁部では空気の流れの速度が増してしまう。そこで、回り込みによる流速の増加を抑制する目的で、図2に示す本発明の一実施の形態の焼成装置のように、排気口50aを、基板2の、ペースト材料を塗布して形成した面よりも上方に設ける。このことにより、給気手段40から加熱手段20を通過して基板2上に向けて吹き付けられた空気は、基板2の上方に設けられた排気手段50により排気されることとなるため、図2中に矢印で示すような気流の流れとなり、基板2上には、排気手段50による排気に伴う気流の発生が抑制されることとなる。その結果、ペースト材料の乾燥を基板2の面内の蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことが可能となり、したがって均一な乾燥状態が得られる。また、排気口50aと基板2の周縁部とが近接しすぎると、基板2上における排気口50a近傍において、排気手段50による排気に伴う気流が発生してしまう場合があるため、これを避けるために、基板2の周縁部と排気口50aとは例えば250(mm)以上隔てて設けると良い。
Moreover, the installation of the exhaust means 50 as described above is for the following reason. For example, when the
以上の説明から明らかなように本発明によれば、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことを可能とすることで、ペースト材料の均一な乾燥を実現することができる乾燥方法および乾燥装置を提供できる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, when applying a paste material containing a solvent and then drying, it is possible to carry out while keeping the temperature distribution and vapor concentration distribution in the plane of the substrate uniform. Thereby, the drying method and drying apparatus which can implement | achieve uniform drying of paste material can be provided.
1 乾燥装置
2 基板
10 炉室
10a、10b、10c 炉室
20 加熱手段
22(22a、22b、22c) ヒーター
30 搬送手段
40 給気手段
50 排気手段
50a 排気口
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