JP3536924B2

JP3536924B2 - ペースト均一塗布装置

Info

Publication number: JP3536924B2
Application number: JP56026099A
Authority: JP
Inventors: 昭雄原田; 毅西
Original assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2004-06-14
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: WO1999062644A1

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は電子部品等の部品内面に金属ペーストを所望
形状に塗布する装置に関し、更に詳細には、貴金属を含
有したペーストを均一な厚さに塗布して貴金属の使用量
を必要最小限に制限でき、しかも電極膜の厚さを極めて
均一に形成して良品質の電子部品を生産できるペースト
均一塗布装置に関する。（背景技術）電子部品技術の進展に伴って、半導体等の電子部品の
電極を形成するために、白金等の貴金属ペーストが用い
られることが多くなった。この貴金属ペーストは、例え
ば貴金属の有機金属錯体を有機溶媒中に分散させた所定
粘度を有する半流動状物質で、平面状の電子部品表面に
はスクリーン印刷技術を用いて所望のパターンに塗布す
ることができる。貴金属ペーストを塗布した後乾燥さ
せ、電極部分を所定温度で焼成すれば、有機物質はすべ
て除去飛散され、最終的に金属だけが金属膜として終結
し、電子部品表面に金属配線や金属電極が形成される。前述したスクリーン印刷技術は金属ペーストを平面状
電子部品の表面に塗布するには極めて有効な技術であ
る。しかし、近年、曲面状や筒状の電子部品が多く出現
するようになり、この曲面や筒状部品の内面に所望形状
の電極や配線を形成する新しい技術が要望されるように
なった。例えば、図１は自動車の排気ガス中の酸素濃度を検出
する酸素センサの要部断面図である。この円筒状の酸素
センサ２はセラミック製で、内面には白金からなる環状
の内部電極４とそのリード部６が形成され、外面には先
端部に外部電極（図示せず）が形成されている。この酸
素センサを排気管内に装着し、排気ガス中酸素濃度を外
部電極により、大気中酸素濃度を内部電極により検出
し、内外の酸素濃度の差に応じた電圧を発生して、排気
ガス中酸素濃度を測定するものである。形状は円筒状に
限らず、多角筒状や円錐状、窪み状など多様な形状が考
えられる。外部電極は電子部品のペーストへの浸漬や既存の印刷
技術で簡単に形成できるが、問題は内部電極を如何に形
成するかである。このような電子部品の内部電極を連続
的に形成するために、本発明者は特開平９−75810号公
報に開示されたペースト塗布装置を既に提案している。
図７はこの従来装置の概略正面図を示しており、この装
置は、酸素センサ等の円筒状の電子部品８を装着した取
付部10と、この取付部10を上下に移動可能に回転させる
駆動部12と、ペーストを充填した水平配置のディスペン
サ本体14と、そのノズル16と、ペースト圧送部18とから
構成される。図８はこの従来装置によるペースト塗布状態の説明図
で、先端を封止したノズル16の端部に軟質部材20を取り
付け、この軟質部材20とノズル16を貫通する吐出孔22を
形成している。この従来装置の特徴は、弾縮自在な軟質
部材20を電子部品８の内面8aに圧接させながらペースト
を塗布してゆくことである。ペースト圧送部18を所定時
間だけ加圧状態にすると、ディスペンサ本体14から一定
量のペーストが圧送され、吐出孔22からペーストが流出
する。この状態で電子部品８を回転させると、所定幅の
環状の内部電極４が形成され、回転停止後にノズル16を
後退させると、図９に示すような直線状のリード部６が
形成される。この従来装置の第１の欠点は、軟質部材20を電子部品
８の内面8aに圧接していることである。発明者がこの従
来装置を発明した段階では、圧接方式により、軟質部材
20の幅ｗだけの幅を有する電極を形成できると考えてい
た。また、圧接により、内部電極４とリード部６の塗布
を確実に行うことができると考えていたのである。しか
し、この圧接方式が内部電極４とリード部６の厚みを幅
方向に不均一にする原因であることが分かってきた。つ
まり、圧接方式は、電極幅方向の左右両端部のペースト
を厚くし、中央部を薄くする効果を有する。中央の吐出
孔からから流出するペーストは軟質部材20の圧接によっ
て左右にかき出されてゆくからである。その結果、図示
するように電極の幅方向の厚みが不均一になり、電極の
抵抗性能や導電性能にムラを生じ、電子部品としての測
定精度の誤差を増大することにつながる。また、ペース
トの滲みだしにより内部電極４の幅Ｗがどうしても軟質
部材20の幅ｗより大きくなり、軟質部材20の幅ｗによっ
て内部電極４の幅を設計できないという欠点があった。
この欠点は、図９からも分かるように、リード部６の厚
み不均一と幅の拡大にも現れ、圧接方式による電極形成
の最大の弱点となっている。また、第２の欠点は、図７から分かるように、ディス
ペンサ本体14が水平方向に配置されていることから生じ
る。ペースト圧送部18を加圧状態にしている場合は、デ
ィスペンサ14内に充填されているペーストはノズル側に
押圧され、ペースト圧送部18側に垂れ下がってくること
はない。しかし、圧送を止めると、ディスペンサ本体14
内のペーストが自重でペースト圧送部18に流下する。長
期間の不使用によってペースト圧送部内でペーストが固
結すると装置の故障の原因ともなってきた。（発明の開示）前記欠点を解消するために鋭意研究した結果、軟質部
材を電子部品表面に圧接しながらペーストを吐出するこ
とが厚みムラの最大原因であることが分かった。本発明
者が前記従来技術を開発したときには、軟質部材でペー
ストを引きずりながら内部電極やリード部を形成するこ
とが適切であり、圧接によって電子部品の内面を傷つけ
ないために軟質部材に材料を限定したのである。従って、本発明では軟質部材を電子部品表面に接触さ
せない方式を採用することにした。接触させないのであ
るから電子部品に傷を付けるという心配がなく、軟質部
材に限らず硬質部材も利用することができる。つまり、
軟質部材や硬質部材の材料限定は不要で、今後両者を包
含した吐出部材という概念で表現する。この吐出部材を
電子部品表面からどれくらいの間隔を保って離間させる
かが本発明のポイントになる。つまり、ペーストをその
間隔、即ち隙間に吐出させながら吐出部材を部品表面に
対し相対運動させれば、吐出速度と相対速度を調整する
ことによって、その間隔で決められた均一な厚みのペー
スト膜を形成することが可能となる。換言すれば、その
隙間が過不足なくペーストで満たされるような吐出速度
と相対速度に設定すれば、その間隔がペースト膜厚にな
り、吐出部材の幅がペースト膜の幅になるのである。吐
出速度と相対速度とは間隔が決まれば経験的に割り出す
ことができるから、結局はその間隔をどうするかが本発
明のポイントとなる。前述したように、一般にペーストは有機金属錯体を有
機溶媒に所定粘度で溶解させた材料であり、この湿潤状
態のペーストをある厚みで塗布しても乾燥させると有機
溶媒の蒸発によってその厚みは収縮する。また、その後
焼成すれば有機物質は飛散除去されるから、急激な体積
減少後に、最終的には白金等の金属単体の膜が形成され
ることになる。本発明者は鋭意検討した結果、電子部品
の電極として機能できる金属膜の厚みを１〜10μｍと算
定し、好適には２〜７μｍと考えた。この数値は電極膜
に適用できるだけでなく、半導体の厚膜技術にも適用で
きることが意図されている。各種の実験を行うことにより、焼成によって乾燥ペー
ストの厚みは約1/5に減縮し、乾燥によって湿潤ペース
トの厚みはその50％に減縮するという結果を得た。従っ
て、前記金属膜の厚みから逆算すると、乾燥ペーストの
厚みは５〜50μｍとなり、湿潤ペーストの厚みは10〜10
0μｍが適切であることを見いだすに至った。結論的に
は、吐出部材表面と電子部品表面の間隔は10〜100μｍ
に設定されるべきで、望ましくは20〜70μｍに設定され
るべきである。このように設定すれば、電極膜厚を１〜
10μｍに、好適には２〜７μｍに形成することができ
る。吐出部材と部品表面の間隔を調整する手段としては、
吐出部材を固定するノズルまたは電子部品を上下動でき
る上下位置調整装置を設ければよい。例えば、電子部品
を装着する取付手段とその回転駆動部の全体に対する公
知の上下位置調整装置を設ける。また、先端を吐出部材
で被覆したノズルの全体に対する上下位置調整装置を設
ける。これらの一方または両方の上下位置調整装置によ
り間隔調整を行う。ペーストを吐出させる手段は、ペーストを内部に充填
したディスペンサ本体と、この本体の先端に連結された
ノズルと、ディスペンサ本体からノズル先端に所定量の
ペーストを圧送するペースト圧送部から構成できる。こ
の方法以外にペーストを機械的に所定量づつ送り込む回
転機構やピストン機構等の手段が採用されてもよい。電子部品等の部品と吐出部材との相対運動装置は、部
品へのペーストの塗布形状に依存する。例えば、部品が
前述した酸素センサ等の筒状部品であり、その筒状の内
面に環状の内部電極を塗布する場合には、部品を装着す
る取付部を回転駆動すればよく、回転駆動装置が相対運
動装置となる。また、その円筒状の内面に直線状のリー
ド部を形成するには、ノズルを前記円筒軸方向に進退自
在にすればよく、ノズルの進退駆動装置が相対運動装置
となる。また、本発明は筒状電子部品に限られるものではな
く、部品が曲面形状や円錐形状等の多様な形状に対して
も有効である。例えば、部品表面が曲面形状である場合
には、ノズルを３次元的に移動させる水平移動装置と上
下移動装置が必要となり、曲面の座標をコンピュータで
読み取りながらノズルを３次元移動させることになる。
この場合には水平移動装置と上下移動装置が相対運動装
置となる。この様な３次元相対運動装置もコンピュータ
技術を利用すれば容易に実現できる。（図面の簡単な説明）図１は自動車の排気ガス中の酸素濃度を検出する円筒
状の酸素センサの要部断面図である。図２は本発明に係るペースト均一塗布装置の概略正面
図である。図３は本発明装置により環状内部電極を形成するため
のペースト塗布状態の説明図である。図４は本発明装置により直線状のリード部を形成する
ためのペースト塗布状態の説明図である。図５は図４のＡ−Ａ線端面図である。図６は排気ガス中の酸素濃度を検出する２段円筒状の
酸素センサの要部断面図である。図７は従来のペースト塗布装置の概略正面図である。図８は従来装置による環状内部電極を形成するための
ペースト塗布状態の説明図である。図９は従来装置による直線状リード部を形成するため
のペースト塗布状態の説明図である。（発明を実施するための最良の形態）本発明を実施するための最良の形態を実施例として図
面により説明する。図２は本発明に係るペースト均一塗布装置の概略正面
図である。図７と同一部分には同一番号を付してその詳
細を説明する。本装置は、酸素センサ等の円筒状の電子
部品８を装着したチャック等からなる取付部10と、この
取付部10を回転駆動する駆動部12と、取付部10と駆動部
12を一体に上下動させる上下位置調整装置13と、ペース
トを充填した垂直配置のディスペンサ本体14と、先端部
が水平配置されたノズル16と、ディスペンサ本体14とノ
ズル16を一体に水平方向に左右移動させる進退移動装置
17と、ペースト圧送部18とから構成される。本発明で
は、ディスペンサ本体を略垂直に配置しているから、内
部に充填されたペーストは常にノズル側に自重で流下す
る傾向を有する。但し、実際にはノズル側に流下しない
ように圧力調整されている。従って、ペースト圧送部側
にペーストが逆流することがないので、ペースト詰まり
は改善されている。図３は本発明装置によるペースト塗布状態の説明図
で、ノズル16の先端に吐出部材21を被覆し、この吐出部
材21とノズル16を貫通する吐出孔22を穿孔している。本
発明装置の特徴は、吐出部材21を電子部品８の内面8aか
ら一定間隔ｈだけ離間させていることである。この間隔
ｈは10〜100μｍ、望ましくは20〜70μｍの範囲内の好
適値に設定される。この間隔は形成されるペースト膜厚
と等しくなり、この膜厚は最終的に形成される電極膜厚
と直接関係する。発明者の研究によれば、前述したよう
に市販の金属ペーストでは乾燥焼成により約1/10に厚み
が縮減するから、ペースト膜厚が10〜100μｍであれば
金属膜厚は１〜10μｍにまで縮減する。従って、最終的
に得ようとする金属膜厚の約10倍に前記間隔ｈを設定す
ることが重要となる。この間隔ｈを保持した状態でペースト圧送部18を駆動
させると、その作動圧力と作動時間に相応した量のペー
ストがディスペンサ本体14から供給される。ペーストは
ノズル16を介して吐出部材21の吐出孔22から吐出され、
その間に取付部10が矢印ａ方向に回転して環状の内部電
極４が形成される。この内部電極４のペースト膜厚は前
記間隔ｈに等しくなる。つまり、回転速度とペースト吐
出速度とを経験的に調整することにより、間隔ｈの隙間
にペーストを過不足なく一杯に充填しながら、無理なく
環状の内部電極が形成されるのである。この場合には吐
出部材の幅ｗが内部電極４の幅に等しくなり、電極幅を
吐出部材の幅により設計できる。つまり、吐出部材の幅
を選択することによって電極幅を可変にできる。もちろ
ん、吐出部材21に穿孔される吐出孔22の個数も幅長に応
じて変更することができる。図４はリード部６の形成工程を示している。取付部10
が回転した後、進退移動装置17が後退して、吐出部材21
が電子部品８の出口部8bまで矢印ｂ方向に水平に移動す
る。この間もペースト圧送部18が作動して、直線状のリ
ード部６が形成される。リード部６のペースト膜厚も前
記間隔ｈに等しくなることは云うまでもない。図５は図
４のＡ−Ａ線端面図であり、リード部６の厚みが間隔ｈ
に等しく、しかも膜厚が均一に形成されていることを示
す。しかもリード部６の幅Ｌは吐出速度と相対運動速度
を調整することにより細く設定でき、この結果使用する
ペースト量を減少化できる、この量子部品８を乾燥させ
ると湿潤ペースト膜から有機溶媒が蒸発して乾燥ペース
ト膜になり、その後焼成して有機物質を飛散除去させる
と、ペースト膜が金属膜に変化し、図１に示される酸素
センサ４が形成される。図６は排気ガス中の酸素濃度を検出する２段円筒状の
酸素センサの要部断面図である。酸素センサ２の直線状
のリード部６に段部6aが存在する。この段部6aは次のよ
うな工程で形成できる。進退移動装置17によりノズル16
が後退している途中で、上下位置調整装置13により取付
部10をその段差だけ上動させれば、段部6aを有するリー
ド部６が完成される。尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変
形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含するもので
ある。（産業上の利用可能性）本発明に係るペースト均一塗布装置によれば、ノズル
先端部の吐出部材と部品表面との間に一定間隔を設定
し、この条件下で吐出孔から所定量のペーストを吐出す
るから、部品表面に極めて均一な厚みを有するペースト
塗膜を形成できる。従って、乾燥焼成後に形成できる金
属膜の厚みも極めて均一な膜厚を有し、抵抗性能や導電
性能においてもムラのない良質な電極膜を形成すること
ができる。白金等の貴金属は極めて高価であるから、電
極の厚みを限定することによって貴金属の使用量を必要
最小限に制限でき、電子部品単価の低減化にも貢献でき
る。また、電子部品の回転、上下移動、ディスペンサ本
体の進退移動や上下移動の条件設定により、内孔面全面
あるいは必要部分のみへの電極膜形成も容易に行うこと
ができ、作業性が大幅に改善できる。従って、産業上極
めて有益なペースト均一塗布装置を実現できた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05C 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ペーストを塗布すべき部品を装着する取付
部と、ペーストを供給するノズルと、このノズルの先端
部を被覆する吐出部材と、ノズルと吐出部材を貫通する
吐出口と、この吐出口からペーストを吐出させる手段
と、前記部品とノズルを相対運動させる手段を有して構
成されたペースト塗布装置において、吐出部材表面と前
記部品の塗布表面との間隔を10〜100μｍに設定する間
隔調整手段を設け、この間隔を保持して吐出部材の吐出
口を筒状内面に離間して対向配置させ、この間隔を一定
に保持した状態でペーストを吐出しながら吐出口を部品
に対し相対運動させ、部品表面に前記間隔に相当する均
一厚のペースト膜を形成させることを特徴とするペース
ト均一塗布装置。
【請求項２】筒状の内面を有した電子部品を上下位置調
整可能に装着する取付部と、この取付部を回転させる駆
動部と、ペーストを内部に充填したディスペンサ本体
と、このディスペンサ本体の先端に固定されたノズル
と、このノズルを進退自在に制御する進退制御手段と、
加圧により所定量のペーストをノズルに流送するペース
ト圧送部と、このノズルの先端部を被覆する吐出部材
と、ノズルと吐出部材を貫通する吐出口を有して構成さ
れたペースト塗布装置において、吐出部材表面と電子部
品の筒状内面との間隔を10〜100μｍに設定する間隔調
整手段を設け、この間隔を保持して吐出部材の吐出口を
筒状内面に離間して対向配置させ、駆動部による電子部
品の回転を通して電子部品の筒状内面に前記間隔に相当
する均一厚のペースト膜を円周状に形成させることを特
徴とするペースト均一塗布装置。
【請求項３】前記ディスペンサ本体を略鉛直に配置し、
このディスペンサ本体から垂下させたノズルを途中で水
平方向へとＬ字状に屈曲させ、水平方向に配置されたノ
ズルの先端部に前記吐出部材を被覆し、ディスペンサ本
体内のペーストが自重で垂下したノズル方向へと流下す
るように構成された請求項２に記載のペースト均一塗布
装置。