JP2007090188A

JP2007090188A - 印刷材料塗布方法および印刷材料塗布装置

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Publication number: JP2007090188A
Application number: JP2005281208A
Authority: JP
Inventors: Motomichi Ito; 元通伊藤; Kenichi Kubo; 賢一久保
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】本発明は、液状の印刷材料を所定のパターンで被塗布体に塗布するにあたり、被塗布体に歪等が生じているため印刷材料を塗布する場所の高さが場所により異なる場合であっても、その高さのバラツキを吸収し印刷材料を塗布することのできる印刷材料塗布方法及び印刷材料塗布装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の印刷材料塗布方法は、所定のパターンで被塗布体の一面に液状の印刷材料を塗布する印刷材料塗布方法であって、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段の該突起部を被塗布体の一面に位置合わせをし、支持部の位置を保持しつつ突起部を被塗布体の一面に当接させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状の印刷材料を所定のパターンで被塗布体に塗布する印刷材料塗布方法および印刷材料塗布装置に係り、特にＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｌｌａｙ）タイプ又はＦＣ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）タイプなどのエリアアレイ型の接続バンプ構造を有する半導体部品又はウエハ、パッケージに導電性ボールを搭載する際、印刷材料としてのフラックスをそれらに塗布するのに好適なに印刷材料塗布方法および印刷材料塗布装置に関するものである。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高速化と高機能化、及び軽量化、小型化と薄型化が進むにつれ、それらに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装するウエハに対しては、その小型化、薄型化と接続端子数の増加という相反する性能が要求されている。その要求に応ずるものとして、ＢＧＡタイプ或いはＦＣタイプなどエリアアレイ型の接続バンプをパッド状の電極に形成した半導体部品、基板、ウエハまたはパッケージ（以下半導体部品、基板、ウエハおよびパッケージなどを総して電子部品と称する。）が採用されている。

例えば半田や銅など導電材を用いて接続バンプを形成する方法としては、導電材を含んだペーストを電極に印刷するペースト方式、導電性を有するボール（導電性ボール）を電極に搭載する導電性ボール方式、導電材をメッキや蒸着する膜付け方式などがある。多端子化のため電極の配列は高密度化し、それに伴い接続バンプの大きさも小型化する傾向にある。小型の接続バンプを形成する場合には、接続バンプの配列精度や生産性の面で有利な導電性ボール方式が採用される場合が多い。

導電性ボール方式においては、前記接続バンプは、少なくとも、電極上に薄くフラックスを塗布する塗布工程と、フラックスが印刷された電極に導電性ボールを搭載する搭載工程と、その導電性ボールを加熱するなどして接続バンプを形成するバンプ形成工程を経て製造される。以下、上記フラックスの塗布を例にして従来技術を説明するが、本発明の課題とするところはフラックスの塗布に限定されるものではない。

電極にフラックスを塗布する周知の方法としては、マスクを用いて印刷する印刷方式、ピンの先端にフラックスを付けそれを電極に塗布するピン塗布方式がある。印刷方式の場合、図９（ａ）に示すように、マスクＭの全ての開口部を電極Qに完全に一致させることが困難であり、電子部品Ｋの表面に対して電極が凹んだ位置に配置されている場合や窪んでいる場合には、マスクＭの開口部の周囲Ｓが電子部品Ｋの電極Ｑと密着せず、その周囲ＳにフラックスＰが広がって（裏回りと称する）電極Ｑの外まで滲み出すことがある。また、図９（ｂ）に示すように、電子部品Ｋから上方に離したマスクＭの開口部の周囲ＳにフラックスＰが付着し、マスクＭを毎回洗浄する必要が生じるなどの問題が生じていた。また、電極Ｑが深い位置に配置されている場合には、マスクＭの開口部から押し出されたフラックスＰが電極Ｑまで届かず塗布されない場合や、図９（Ｃ）に示すように、所定量のフラックスＰを塗布出来ない場合、フラックスＰが空気Ａを巻き込んでしまう場合があった。このように塗布状態が不完全なフラックスＰに載置された導電性ボールをリフローすると、接続バンプが正常に形成されない場合がある。この現象は、電極サイズが小さくなるのに伴って顕著となる。

また、ピン塗布方式の一例が下記特許文献１に開示されている。ピン塗布方式によれば、ピンの先端でフラックスを塗布するのでピンの直径を電極より小さくしておけば、電子部品の表面に対し電極が深い位置に配置されている場合でも比較的容易にフラックスを塗布することができる。また、特許文献１のピン塗布方式によれば、各々のピンが上下動可能なようスプリングを用いてバネ性を持たせているので、電子部品そのものが歪んでいたり電極の深さが個々に異なっている場合でも、各電極にフラックスを塗布することができるという利点がある。しかしながら、電子部品の高性能化に伴い電極の径が１００μｍ以下と小さくなり、また電極の配列ピッチが２００μｍ以下と狭ピッチ化しており、特許文献１のように機械的に昇降するピンの製作が困難となり、非常にコスト高となるため工業生産上において問題となる。

また、ピン塗布方式の別の一例が下記特許文献２に開示されている。特許文献２のピン塗布方式は、図１０に示すように、下面に突起部９１を形成した支持体９２を、ゴム弾性体９３を介して本体９４に取り付けられた転写ヘッド９により、突起部９１に付着させたフラックスを電子部品Ｋの電極Ｑに塗布するものであり、電子部品Ｋに傾きがある場合でも、ゴム弾性体９３の弾性により傾きを吸収し突起部２１３を倣わせることで、フラックスを電極Ｑに塗布できるというものである。しかしながら、特許文献２のピン塗布方式は電子部品の傾きには対応できるものの、突起部９１や支持体９２が弾性を有していないので、電子部品の歪（うねりや変動する傾き）又は電極Ｑの位置する深さのバラツキなどを吸収することは困難である。
特開平８−６６６５０号公報特開２００４−１１９９９９号公報

本発明は、上記した従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、液状の印刷材料を所定のパターンで被塗布体に塗布するにあたり、被塗布体に歪等が生じているため印刷材料を塗布する場所の高さが場所により異なる場合であっても、その高さのバラツキを吸収し印刷材料を塗布することのできる印刷材料塗布方法及び印刷材料塗布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の印刷材料塗布方法は、所定のパターンで被塗布体の一面に液状の印刷材料を塗布する印刷材料塗布方法であって、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段の該突起部を被塗布体の一面に位置合わせをし、支持部の位置を保持しつつ突起部を被塗布体の一面に当接させる。かかる印刷材料塗布方法によれば、被塗布体に位置合わせされ、支持部が所定の位置に保持された塗布手段の突起部は被塗布体の一面に当接する。このとき、被塗布体が歪を有し印刷材料を塗布する場所の高さが異なっている場合には、塗布手段の可撓部は被塗布体の歪に倣い変形する。その結果、突起部に液状の印刷材料を付着させておけば、被塗布体の所望の場所に印刷材料が塗布される。

また、上記印刷材料塗布方法を好適に具現するため、本発明の印刷材料塗布装置は、所定のパターンで被塗布体の一面に液状の印刷材料を塗布する印刷材料塗布装置であって、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段と、前記支持部の位置が保持された状態で前記被塗布体の一面に位置合わせされた前記突起部を該被塗布体の一面に当接させる外力印加手段とを有する。かかる印刷材料塗布装置によれば、その外力印加手段によって上記のように印刷材料を塗布することができる。

外力印加手段の具体的態様として磁石を適用するとともに、磁石の磁力により突起部を被塗布体に当接させるため、少なくとも前記突起部又は該突起部に対応する前記可撓部が軟磁性を有する構成とすることができる。磁石の磁力自体を制御したり又は磁石と塗布手段の間の距離を制御することにより、突起部は所定の力で被塗布体に当接する。なお、上記塗布手段は、例えば突起部と可撓部を共に金属で構成したり、突起部のみを金属で可撓部を樹脂で構成したりすることができる。突起部と可撓部を共に金属で構成する場合には、可撓性のある金属薄板をハーフエッチングし突起部と可撓部を形成したり、精密電気鋳造法（アディティブ法）により突起部と可撓部を形成すればよい。また、金属及び樹脂の積層薄板を用いることにより、突起部又は可撓部のいずれか一方を金属あるいは樹脂で形成することができる。これらは、対象とする被塗布体の特性により適宜選択すればよい。

また、前記外力印加手段の具体的態様として、可撓部の一面側から該可撓部を被塗布体の方向に引き込む引込手段を適用することができる。また、前記外力印加手段の具体的態様として、可撓部の他面側から該可撓部を被塗布体の方向に押圧する押圧手段を適用することができる。これらの態様によっても上記と同様な作用を奏することができる。なお、前記引込手段により被塗布体の一面側へ可撓部を引き込む場合には、可撓部全体を同時に引き込むことが、印刷材料を均一に塗布するためには好ましい。また同様に、押圧手段で可撓部を押圧する場合にも、可撓部全体を同時に押圧することが望ましい。

上記説明のように本発明によれば、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段の該突起部を被塗布体の一面に位置合わせをし、支持部の位置を保持しつつ突起部を被塗布体の一面に当接させるので、印刷材料を塗布する場所の高さが場所により異なる場合であっても、その高さのバラツキを吸収し印刷材料を塗布することができる。

本発明について、その実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の説明においては、フラックスを塗布する被塗布体として基板を対象としているが、例えば、半導体チップ、ウエハ又はパッケージ、その他電子部品など接続バンプとして導電性ボールが採用される電子部品は本発明の被塗布体に含まれる。また、電子部品に接続バンプを形成するための部材、例えば導電性ボールを電子部品に搭載するため該導電性ボールが配置される部材も本発明で言う被塗布体に含まれる。さらに、印刷材料には、フラックスのみならず半田ペースト、銀ペーストなど粘性のあるもの、インク等の粘性の小さいもの、スラリー状のものなど種々の印刷材料が含まれる。

［実施形態１］
本発明の第１態様について図１〜５を参照し説明する。図１は第１態様の印刷材料塗布装置の概略構成図、図２は図１の印刷材料塗布装置の部分拡大断面図、図３は図１の印刷材料塗布装置の動作を説明する図、図４は図１の印刷材料塗布装置の効果を説明する図、図５は図１とは異なった基板に図１の印刷材料塗布装置で印刷材料を塗布している状態を示す図である。

第１態様の印刷材料塗布装置（以下、塗布装置と言う。）１が対象とする被塗布体は、図１に示すように、上面に所定の配列パターンで配列された電極Ｑを有する矩形状の基板Ｋである。ここで、電極Ｑは、具体的例としては直径８０μｍであり、基板Ｋの上面に形成された凹部の深さ２０μｍにある底面に配置されており、電極Ｑの配列ピッチは１５０μｍである。また、この基板Kは、製造上不可避の歪を有している。

塗布装置１において、符号１１は、基板Ｋの上面を上向きに載置する載置手段である。載置手段１１には、図３に示すように、載置された基板Ｋを真空吸着で固定するため真空ポンプ等と連結された通路１１１が形成されている。

符号１２は、載置手段１１に載置された基板Ｋの電極ＱにフラックスＰを塗布する塗布手段である。塗布手段１２は、図２に示すように、可撓性及び軟磁性を有する可撓部１２２と、可撓部１２２の下面に下向きに電極Ｑの配列パターンに応じて形成された突起部１２１と、可撓部１２２の平坦性を保つように可撓部１２２を支持する枠状の支持部１２３とで構成されている。ここで、突起部１２１は、電極Ｑが配された凹部に挿入可能な大きさを有するとともに、凹部の深さ以上の高さを有している。具体的には、突起部１２１は略円柱形状をなし、その直径は５０μｍ、高さは８０μｍである。また、本態様の可撓部１２２は軟磁性材であるＮｉを主体とし、フラックス５０を塗布する際の応力に耐えうる機械的強度と十分な可撓性を有しており、厚みが２０〜５０μｍの略平板状をなしている。

第１態様の塗布手段１２は、軟磁性を有する薄い鋼板をハーフエッチングして突起部１２１及び可撓部１２２を形成したものであり、突起部１２１と可撓部１２２は一体のものとなっている。なお、このように突起部１２１と可撓部１２２とが一体となった塗布手段１２は、例えば精密電気鋳造法（アディティブ法）によって作成することができる。

符号１３は、塗布手段１２の突起部１２１にフラックスＰを転写させる転写手段である。転写手段１３は、ゴム、プラスティック又は金属などからなるスキージ１３１と、スキージ１３１によりフラックスＰが塗り広げられる平板状の転写ベース１３２と、転写ベース１３２に塗り広げられるフラックスＰの厚みを均一にするためスキージ１３１の下面と転写ベース１３２の間に挿設された一定の厚さを有するスペーサ１３３とから構成されている。なお、転写ベース１３１にフラックスＰを塗り広げる手段としては、フラックスＰをスプレー等で噴霧して塗布するものでも良く、スピンコート等で塗布するものでもよい。

符号１４は、塗布手段１２の支持部１２３に接続され塗布手段１２を水平移動させる水平移動手段である。また、符号１５は、前記水平移動手段１４に接続され塗布手段１２を昇降させる昇降手段である。昇降手段１５及び水平移動手段１４により、塗布手段１２を載置手段１１及びと転写手段１３それぞれに対し位置決め可能としている。

符号１６は、第１態様の外力印加手段である略平板状の永久磁石であり、少なくとも塗布手段１２の複数の突起部１２１を包含しうる面積を有するとともに載置手段１１を介し塗布手段１２と対向する状態で配置されている。なお、磁石としては、磁力の制御が容易な電磁石を適用してもよい。符号１７は、前記永久磁石１６を昇降させる磁石昇降手段であり、永久磁石１６の磁力を制御する目的で塗布手段１２との距離を可変とするため設けられている。また、永久磁石１６は、不図示の磁石水平移動手段によって載置手段１１の下から転写ベース１３２の下に移動可能になされている。これは、転写ベース１３２の上面が歪を有している場合でも、転写ベース１３２の下方に永久磁石１６を位置させることにより、塗布手段１２の突起部１２１が歪に倣うように変形しフラックスＰに接触するので、突起部１２１の全てにフラックスＰを付着させることができるからである。

上記塗布装置１の動作について説明する。

転写手段１３の転写ベース１３２に、スキージ１３１でフラックスＰを１０〜２０μｍの厚さに塗布する。

塗布手段１２を転写ベース１３２の上方に移動し、図２に示すように、転写ベース１３２に突起部１２１が接触するまで塗布手段１２を降下させる。このとき、永久磁石１６は、転写ベース１３２の下方に位置しており、塗布手段１２を下降させる前に磁石昇降手段１７で所定位置に位置決めする。その結果、塗布手段１２の突起部１２１は転写ベース１３２に引き寄せられ、全ての突起部１２１にフラックスＰが付着される。その後、永久磁石１６を、載置手段１１の下方に移動する。

塗布手段１２を載置手段１１の上方に移動させた後、載置手段１１に固定された基板Ｋの電極Ｑに突起部１２１が対応するよう、水平移動手段１４で塗布手段１２を水平方向に位置合わせをし、次いで、昇降手段１５で塗布手段１２を下降させる。すると、図３（ａ）に示すように、歪んでいる基板Ｋにおいて最も高い位置にある電極Ｑ２に突起部１２１の一部が当接する。その後、図３（ｂ）に示すように、更に塗布手段１２を下降させ所定の位置、例えば基板Ｋが平坦である場合の位置で塗布手段１２を停止させ、支持部１２３をその位置で保持する。この場合でも、一部の電極Ｑ４〜６には突起部１２１は当接していない。ここで、図３（ｃ）に示すように、載置手段１１の下方に位置させた永久磁石１６を上昇させる。すると、突起部１２１は永久磁石１６の方向に吸引され、それとともに可撓部１２２は基板Ｋの歪に倣い変形し、全ての突起部１２１が電極Ｑに接触する。その後、永久磁石１６を下降させ、塗布手段１２を上昇させると、突起部１２１の先端に付着したフラックスＰは電極Ｑに塗布される。なお、図３（ｂ）において、塗布手段１２を停止して保持部１２３の位置を保持せず、更に塗布手段１２を下降させることは好ましくない。すなわち、図４に示すように、一部の突起部１２１が当接した状態で塗布手段１２を下降させ続けると、可撓部１２２が湾曲し、全ての突起部１２１が電極Ｑに当接できないからである。

なお、上記構成の塗布装置１を用いれば、図５に示すように、基板Ｋには歪は無いものの、表面に対する電極Ｑの深さ方向の位置が相異なる場合にも、上記と同様に電極ＱにフラックスＰを塗布することができる。フラックスＰの塗布量を変えたい場合には、転写ベース１３２に塗り広げるフラックスＰの厚みにより、又は、突起部１２１の直径、先端形状、材質若しくは表面粗さなどを適宜選定することにより対応できる。

［実施形態２］
本発明の第２態様について図６を参照し説明する。図６は、第２態様の塗布装置２の塗布手段１２、載置手段２１及び外力印加手段２６のみを示す概略構成図である。

第２態様の塗布装置２は、上記第１態様の塗布装置１と以下の点で異なっている。すなわち、載置手段２１には、基板Ｋが固定される場所の周囲に基板Ｋより厚い枠部２１２が設けられている。また、第２態様の外力印加手段として、可撓部１２２の下面側から突起部１２１を基板Ｋに引き込むため引込手段２６が載置手段２１と一体に設けられている。この引込手段２６は、具体的には、前記枠部２１２と基板Ｋとの間に開口された開口部２６１を有する吸引通路２６２と、吸引通路２６２に接続された真空ポンプ（不図示）とで構成されている。

第２態様の塗布装置２の動作を説明する。
上記第１態様の塗布装置１と同様に、転写手段（不図示）にて突起部１２１にフラックスＰを付着させる。次いで、塗布手段１２を基板Ｋに位置合わせをし、塗布手段１２を所定の位置まで下降させ、支持部１２３をその位置で保持する。なお、停止した状態において枠部２１２の上面と可撓部１２２の下面とは密着し、枠部２１２と可撓部１２２とで減圧室２１３が形成される。そして、真空ポンプを作動すると、減圧室２１３の内部が減圧され、可撓部１２２が下方に引き込まれるので、図６（ａ）に示すように、一部の電極Ｑ４〜６に当接していない突起部１２１が、図６（ｂ）に示すように、電極Ｑに接触し、全ての電極ＱにフラックスＰが塗布される。

［実施形態３］
本発明の第３態様について図７を参照し説明する。図７は、第３態様の塗布装置３の塗布手段１２、載置手段１１及び外力印加手段３６のみを示す概略構成図である。

第３態様の塗布装置３は、上記第１態様の塗布装置１と、可撓部１２２の上面側から可撓部１２２を基板Ｋの方向に押圧する押圧手段３６を外力印加手段として設けた点で相違する。具体的には、押圧手段３６は、下方に開口した筐体３６３と、筐体３６３の開口を閉塞する変形可能な弾性膜３６１と、筐体３６３及び弾性膜３６１で形成された膨張室３６４と、筐体３６３の上部に設けられた流路３６２と、流路３６２を介して膨張室３６４に空気を流入・流出させるポンプ（不図示）とで構成され、更に、可撓部１２２に対し位置合わせ可能なように不図示の移動手段に接続されている。筐体３６３の開口（すなわち弾性膜３６１）は、少なくとも複数の突起部１２１を包含できる面積を有している。

上記塗布装置３の動作を説明する。
上記と同様に、転写手段（不図示）にて突起部１２１にフラックスＰを付着させる。次いで、塗布手段１２を基板Ｋに位置合わせをし、塗布手段１２を所定の位置まで下降させ、支持部１２３をその位置で保持する。この状態において、不図示の移動手段により押圧手段３６の弾性膜３６１を可撓部１２２の上面に当接させ、空気を流入して膨張室３６４を膨張させる。すると、弾性膜１１１の膨張とともに等方的な下方に向かう力が可撓部１２２に作用し、可撓部１２２は下方に向かい変形する。したがって、上記塗布手段１２を停止した状態で、一部の電極Ｑに当接していない突起部１２１がある場合でも、突起部１２１を電極Ｑに接触させることができ、全ての電極ＱにフラックスＰが塗布される。なお、本実施態様では、塗布手段１２と押圧手段３６は別個の移動手段により移動させたが、塗布手段１２の可撓部１２２の上方に押圧手段３６を固定的に設けておいてもよい。

［実施形態４］
本発明の第４態様について図８を参照し説明する。図８は、第４態様の塗布装置４の塗布手段１２、載置手段１１及び外力印加手段４６のみを示す概略構成図である。

第４態様の塗布装置４は、上記第３態様の塗布装置３と、可撓部１２２の上面に接触し、所定の力で押圧しながら可撓部１２２の上面を水平移動するローラ状の押圧手段４６を有する点で相違する。かかる塗布装置４によれば、上記と同様に、転写手段（不図示）にて突起部１２１にフラックスＰを付着させる。次いで、塗布手段１２を基板Ｋに位置合わせをし、塗布手段１２を所定の位置まで下降させ、支持部１２３をその位置で保持する。この状態において、図８（ａ）に示すように、可撓部１２２の上面を所定の力で押圧しながら押圧手段４６を水平移動させる。押圧手段４６で押圧された可撓部１２２は下方に向かい変形する。したがって、上記塗布手段１２を停止した状態で、一部の電極Ｑに当接していない突起部１２１がある場合でも、突起部１２１を電極Ｑに接触させることができ、全ての電極ＱにフラックスＰが塗布される。

本発明に係わる第１態様の印刷材料塗布装置の概略構成図である。図１の印刷材料塗布装置の部分拡大断面図である。図１の印刷材料塗布装置の動作を説明する図である。図１の印刷材料塗布装置の効果を説明する図である。図１とは異なった基板に図１の印刷材料塗布装置で印刷材料を塗布している状態を示す図である。本発明に係わる第２態様の塗布装置の概略構成図である。本発明に係わる第３態様の塗布装置の概略構成図である。本発明に係わる第４態様の塗布装置の概略構成図である。従来のスクリーン印刷機を示す概略図である。従来のピン塗布方式の塗布装置を示す概略図である

符号の説明

１（２、３、４）：塗布装置
１１（２１）：載置手段
１２（２２）：塗布手段
１２１：突起部、１２２：可撓部、１２３：支持部
１３：転写手段
１３１：スキージ、１３２：転写ベース、１３３：スペーサ
１４：昇降手段
１５：水平移動手段
１６（２６、３６、４６）：外力印加手段
Ｋ：基板
Ｑ：電極
Ｐ：フラックス

Claims

所定のパターンで被塗布体の一面に液状の印刷材料を塗布する印刷材料塗布方法であって、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段の該突起部を被塗布体の一面に位置合わせをし、支持部の位置を保持しつつ突起部を被塗布体の一面に当接させる印刷材料塗布方法。
所定のパターンで被塗布体の一面に液状の印刷材料を塗布する印刷材料塗布装置であって、前記パターンに対応した突起部と前記突起部が一面に配設された可撓部と前記可撓部を支持する支持部とを備えた塗布手段と、前記支持部の位置が保持された状態で前記被塗布体の一面に位置合わせされた前記突起部を該被塗布体の一面に当接させる外力印加手段とを有する印刷材料塗布装置。
前記外力印加手段が磁石であり、少なくとも前記突起部又は該突起部に対応する前記可撓部が軟磁性を有する請求項２に記載の印刷材料塗布装置。
前記外力印加手段が前記可撓部の一面側から該可撓部を被塗布体の方向に引き込む引込手段である請求項２に記載の印刷材料塗布装置。
前記外力印加手段が前記可撓部の他面側から該可撓部を被塗布体の方向に押圧する押圧手段である請求項２に記載の印刷部材塗布装置。