JP2005049021A

JP2005049021A - ペースト材料の乾燥方法および乾燥装置

Info

Publication number: JP2005049021A
Application number: JP2003281623A
Authority: JP
Inventors: Masanori Suzuki; 雅教鈴木; Masataka Morita; 真登森田; Hiroyasu Tsuji; 弘恭辻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP4120522B2

Abstract

【課題】基板に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を目的とする。
【解決手段】基板２と対向するように設けた、複数に分離したヒーター２２を有する加熱手段２０と、加熱手段２０の背面側に設けた給気手段４０と、基板２面より少なくとも上方に設けた排気口５０ａを有する排気手段５０とを備え、給気は、給気手段４０から、加熱手段２０が有する分離したヒーター２２の間を通過した後、基板２に向けて吹き付けるように行い、また、排気は、排気口５０ａを通じて排気手段５０により行うように構成することで、基板２を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板２面に向けて吹き付けるように空気を供給し、そして、基板２面より少なくとも上方から排気するようにする。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。
２００１ＦＰＤテクノロジー大全、株式会社電子ジャーナル刊、２０００年１０月２５日、ｐ６６９

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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図１におけるＡ−Ａ矢視断面図本発明の一実施の形態による乾燥装置における加熱手段と給気手段の一部の概略構成を示す斜視図排気口の位置による効果の違いを説明するための乾燥装置の概略構成を示す断面図

符号の説明

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

Claims

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。
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。