JP4162086B2 - 液体材料塗布方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体材料、例えば接着剤等を塗布対象物に吐出して塗布を行う液体材料塗布方法及び装置に係り、特に、塗布対象物と液体材料吐出口の距離や位置を高精度(10ミクロン前後)で制御する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液体材料の交換は、液体材料が充填されたシリンジに取付けられたニードル(塗布ノズル)の下端(先端)を、基準プレートへ突き当ててZ方向(シリンジ軸方向)の位置決めを行い、装置の昇降駆動系にシリンジ及びニードルを固定する。つまり、ニードル先端の位置基準は、基準プレート面としている。
【0003】
このとき、径の小さいニードルの場合、基準プレートに突き当てるとニードルに撓みが生じ、基準プレートを離れる無負荷時(空中引き上げ時)にニードルの撓みが戻り、ニードル先端にXYZ方向の位置ズレが生じてしまう問題かある。
【0004】
また、液体材料塗布に関する公知文献としては、下記特許文献1〜5がある。
【0005】
【特許文献1】
特開2003−1165号公報
【特許文献2】
特開2000−317373号公報
【特許文献3】
特開2001−87693号公報
【特許文献4】
特開平9−99268号公報
【特許文献5】
特開2001−291999号公報
【0006】
特許文献1は、シリンジ側に設けた突き当て端子を塗布対象物に突き当てることにより、液体材料吐出口と基板との距離を一定に保つ構成である。
【0007】
しかし、液体材料吐出口と基板との距離は、突き当て端子とシリンジと液体材料吐出口を持つニードルとの寸法精度(部品精度)で決定されてしまうため、液体材料吐出口と基板の距離をミクロンオーダで管理しなければならない装置には適さない。
【0008】
特許文献2〜5は、非接触の距離センサで基板とニードル先端の距離を測定し、液体材料の塗布を行う構成である。
【0009】
しかし、非接触の距離センサは、シリンジ及びニードル保持部材に取付けられており、ニードルの先端位置がいつも同じ位置であることを前提にニードル先端と基板間の距離測定を行っているため、ニードル先端の位置(Z方向)が、交換時と塗布時(無負荷時)で異なっていても補正されない(検出できない)問題がある。
【0010】
さらに、ワイヤーボンディング、ICのリード端子間、又はICのアンダーフィル等の狭い範囲、高密度な場所に塗布する装置の場合、液体材料吐出口のXYZ方向の高精度化が求められ、吐出口と塗布面の間隔、又は部品との干渉を避けるための寸法は、10ミクロン前後の管理が必要となり、このためにニードルの曲がり対策も必要となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の点に鑑み、シリンジ及びニードルを含む液体材料供給手段の交換時やニードルの繰り返し使用によって生じるニードルの芯ズレ、曲がり、撓みの影響を受けること無く、塗布対象物に対し、高精度の液体材料の吐出しを行うことが可能な液体材料塗布方法及び装置を提供することを目的とする。
【0012】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項1の発明は、液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
曲がりの無いニードル側面基準画像と、前記ニードルの繰り返し使用後の状態を、前記ニードルを少なくとも90度回転させながら横方向より撮像手段で連続的又は間欠的に撮像したニードル側面撮像画像とを比較して、前記基準画像と前記撮像画像とのずれ量が所定値を超えたとき、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴としている。
【0014】
本願請求項2の発明は、液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
前記ニードルの初期状態を底面方向より撮像手段で撮像した第1のニードル底面画像中に、ニードル先端面が、前記ニードルの曲がりによってピントがずれていて認識できないとき、又は前記第1のニードル底面画像中のニードル先端面中心と予め設定したニードル先端面中心情報とのずれ量が所定値を超えたときに、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴としている。
【0015】
本願請求項3の発明は、液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
前記ニードルの繰り返し使用後の状態を底面方向より撮像手段で撮像した第2のニードル底面画像中に、ニードル先端面が、前記ニードルの曲がりによってピントがずれていて認識できないとき、又は前記第2のニードル底面画像中のニードル先端面中心と予め設定したニードル先端面中心情報とのずれ量が所定値を超えたときに、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液体材料塗布方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【0017】
本発明が対象とする液体材料塗布方法は、特に、ワイヤーボンディング、ICのリード端子間、又はICのアンダーフィル等の狭い範囲、高密度な場所に塗布する用途に使用するものであるので、ニードル下端(先端)の液体材料吐出口のXYZ方向の高精度化が求められる。ちなみに、吐出口と基板等の塗布面の間隔、又は部品との干渉を避けるための寸法は、10ミクロン前後の管理が必要となる。
【0018】
図1は液体材料塗布方法及び装置の第1の参考例であって、ニードル下端の液体材料吐出口と塗布対象物の塗布面との間隔を高精度で管理するための構成を示す。この図において、1は液体材料供給手段であり、接着剤等の塗布すべき液体材料を収納したシリンジ2の下端にニードル(塗布ノズル)3を連結して設けたものであり、ニードル3はシリンジ内部に連通してニードル下端(先端)が吐出口となっている。シリンジ2の作用でニードル下端の吐出口より所定量の液体材料を吐出する構造である。
【0019】
この液体材料供給手段1はシリンジ2の部分にて保持手段5で保持され、保持手段5は少なくともZ軸方向移動機能(昇降機能)を有する駆動系6に固定されている。保持手段5は液体材料供給手段1を交換できるように、シリンジ部分の保持を解除できる機能と、シリンジ部分を固定保持する機能とを有する。
【0020】
図1(A)及び(B)は、液体材料供給手段1を交換するときに用いる交換ステーションを示しており、交換台(ニードルセット基準プレート)11と、この側方に立設固定されたマーク部材12とを有する交換ステージ10を備える。マーク部材12の側面には高さ基準マーク13が設けられている。また、高さ基準マーク12を視野に含む横向き(水平面;XY平面に配置)の撮像手段としての横カメラ15が交換ステージ10近傍に固定支持されている。
【0021】
図1(C)は、塗布ステーションを示しており、載置台20上に塗布対象物としての基板21が載置固定されている。基板21の上面が塗布面22であり、塗布面22の高さを測定する高さ測定手段としてリニアセンサ25が設けられている。リニアセンサ25は塗布面22に接触して複数箇所(好ましくは塗布ポイント若しくはその近傍等)の高さ測定を行うものである。前述したように、ニードル下端の吐出口と基板21の塗布面22との間隔は、10ミクロン前後の管理が必要となり、そのために基板21の微小な反り等の歪みを検知するために接触式のリニアセンサ25が設けられている。
【0022】
なお、基板上に部品が密集していて、接触式リニアセンサの接触端子の入る隙間の無い場合は、非接触式センサを用いても良いが、測定対象物が違うと反射率が異なる為、高精度の情報が得られない場合がある。接触式リニアセンサは、測定対象物に左右されない利点がある。
【0023】
なお、塗布面22の歪みが無視できる平面度の基板20であれば、リニアセンサ25を省略して、塗布面22が既知の一定高さの平面(載置台20の高さが既知で、基板20の厚さが既知量であることから求められる)として処理してもよい。
【0024】
前記液体材料供給手段1の駆動系6は水平面内のX軸方向、及びこれに直交するY軸方向にも移動機能を備えるものであってもよいし、交換ステージ10及び載置台20がXYテーブルに搭載されていてX軸方向及びY軸方向の移動機能がある場合にはZ軸方向のみの昇降機能があるものでもよい。
【0025】
次に、図1の第1の参考例の場合の液体材料供給手段の交換、及び交換後の塗布動作について説明する。
【0026】
液体材料供給手段1(シリンジ2及びニードル3)の交換作業は、交換ステージ10の交換台11上まで液体材料供給手段1を移動させ、使用を終了した液体材料供給手段1を保持手段5から取り外し、あらかじめ設定した位置(高さ)に液体材料供給手段1の保持手段5を移動し、図1(A)のように液体材料の充填された新しい液体材料供給手段1を人手によって交換して取り付ける。このとき、取付作業はニードル3の下端を交換台11の上面に突き当てて行う。交換台11の上面の高さは既知量であるが、径の小さいニードル3の場合、交換台11に突き当てるとニードル3に撓みが生じ、交換台11を離れる無負荷時(空中引き上げ時)にニードル3の撓みが戻り、ニードル先端にXYZ方向の位置ズレが生じてしまう問題がある。
【0027】
そこで、新しい液体材料供給手段1に交換後、ニードル3の下端の位置を正確に検出するために、図1(B)のように、Z軸方向に液体材料供給手段1を上昇させ、駆動系6(Z軸方向の移動機能を有する)を基準高さに設定したときのニードル3下端を、高さ基準マーク13とともに横カメラ15で撮像して、ニードル下端の高さ位置と高さ基準マーク13との高さの差を算出し(計算処理し)、前記高さの差から前記ニードル下端の高さ位置を求め、前記昇降駆動系6の高さとニードル3下端の高さ位置との関係を正確に求める(高さ基準マーク13とニードル下端の位置を画像認識で処理し、駆動系6を基準高さに設定したときのニードル先端位置として記憶する)。
【0028】
そして、図1(C)の塗布ステーション上に前記液体材料供給手段1は移動し、載置台20上の塗布対象物としての基板21の塗布面22(上面)に対して、ニードル3下端の液体吐出口から塗布面22に接着剤等の液体材料を塗布する。このとき、ニードル3下端の吐出口の高さ位置と駆動系6の高さ位置との関係は正確にわかっており、また塗布面22の高さは接触式のリニアセンサ25で複数箇所(例えば、塗布ポイント等)において正確に測定されているから、先に得られたXY面内の位置情報で規定された塗布ポイントにおいて、ニードル3下端の吐出口と塗布面22との間隔を既知量として制御でき、例えばその間隔を10ミクロン程度に保って液体材料の塗布が可能である。
【0029】
図2は液体材料塗布方法及び装置の第2の参考例であって、ニードル下端の吐出口と塗布対象物の塗布面との間隔を高精度で管理するための構成を示す。ここで、図2(A)及び(B)は、液体材料供給手段1を交換するときに用いる交換ステーションを示しており、交換台(ニードルセット基準プレート)11と、これに隣接して配置固定された圧力センサ(接触センサ)16とを有する交換ステージ10を備える。圧力センサ16のセンサ面16aは高さが既知である。
【0030】
この場合、液体材料供給手段1(シリンジ2及びニードル3)の交換作業は、交換ステージ10の交換台11上まで液体材料供給手段1を移動させ、使用を終了した液体材料供給手段1を保持手段5から取り外し、あらかじめ設定した位置(高さ)に液体材料供給手段1の保持手段5を移動し、図2(A)のように充填された新しい液体材料供給手段1を人手によって交換して取り付ける。このとき、取付作業はニードル3の下端を交換台11の上面に突き当てて行う。交換台11の上面の高さは既知量であるが、径の小さいニードル3の場合、交換台11に突き当てるとニードル3に撓みが生じ、交換台11を離れる無負荷時(空中引き上げ時)にニードル3の撓みが戻り、ニードル先端にXYZ方向の位置ズレが生じてしまう問題がある。
【0031】
そこで、新しい液体材料供給手段1に交換後、ニードル3の下端の位置を正確に検出するために、交換後の液体材料供給手段1をニードル下端が交換台11に接触しない位置までZ軸方向に上昇させ、ニードル3の撓みを除去後、図2(B)のように液体材料供給手段1をニードル3の下端が圧力センサ16のセンサ面16aに接触するまで下降させ、接触した位置(センサが圧力を検知してセンサ信号オン時)をニードル下端位置として記憶する。つまり、圧力センサ16の圧力検知時に、センサ面16aの高さを基準としてニードル下端の高さ位置を検知することができ、センサ面16aの高さは既知量で、センサ面が微小量押されて圧力検知動作が行われるが、前記微小量も既知量とすることが可能であるから、センサ圧力検知時の前記ニードル下端の高さと、このときの駆動系6の高さとの関係を正確に求めることができる。
【0032】
従って、この第2の参考例の場合にも、XY面内の位置情報で規定された塗布ポイントにおいて、ニードル3下端の吐出口と塗布面22との間隔を正確に既知量として制御でき、例えばその間隔を10ミクロン程度に保って液体材料の塗布が可能である。
【0033】
なお、液体材料供給手段1の交換時にニードル3を圧力センサ16に突き当てて液体材料供給手段1の交換を行うと圧力センサ16に負荷がかかり、精度に影響する恐れがあるため、交換台11と圧力センサ16の位置は異なるように配置する。
【0034】
なお、その他の構成及び動作は前述した第1の参考例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0035】
図3は本発明に係る液体材料塗布方法の第1の実施の形態であって、塗布位置を高精度で管理するための、比較画像によるニードル曲がり検出を行う方法を示す。この場合、あらかじめ、曲がりの無いニードル3の側面形状を横向き(水平面;XY平面に配置)の撮像手段としての横カメラ15によって撮像して画像処理し、ここで得られたニードル形状の情報(ニードル側面基準画像)と、シリンジ2及びニードル3を有する液体材料供給手段1のセット後に横カメラ15で撮像して画像処理されたニードル形状の情報(無負荷時のニードル側面撮像画像)とを比較し、両画像のずれ量がある値以上である場合、ニードル曲がり異常と判断し、ニードルの使用を不可とする。画像撮影は、ニードル3の軸に対し、90〜360度回転させて行う。
【0036】
前記液体材料供給手段1のセット直後はニードル曲がりに異常がなくとも、時間経過(繰り返し使用)に伴いニードル曲がりが発生する可能性がある。このために、ニードル3の繰り返し使用後にも横カメラ15でニードル側面を撮像して画像処理されたニードル形状の情報(繰り返し使用時のニードル側面撮像画像)と前記ニードル側面基準画像とを比較し、両画像のずれ量がある値以上である場合、ニードル曲がり異常と判断し、ニードルの使用を不可とする。
【0037】
この第1の実施の形態の場合、曲がりの過大なニードル3の使用を未然に禁止することにより、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布するときに、XY方向の塗布位置精度を向上させることが可能である。
【0038】
図4は本発明に係る液体材料塗布方法の第2の実施の形態であって、塗布位置を高精度で管理するための、ニードル先端面の画像認識によるニードル曲がり検出を行う方法を示す。この場合、ニードル先端面と向合う下カメラ30でニードル底面方向より撮像して画像認識する構成を備える。新しい、シリンジ2及びニードル3を有する液体材料供給手段1のセット後に、ニードル3の初期状態を下カメラ30で撮像し、撮像して得た第1のニードル底面画像中に、ニードル3の曲がり(作業ミス等に起因する曲がり)によってピントがずれていてニードル先端面が認識出来ない場合は、ニードル異常と判定し使用不可とする。ニードル先端面中心が検出できた場合でも、その値をあらかじめ設定したニードル曲がりの無いときのニードル先端面の中心情報と比較し、比較結果(X軸方向のズレ量及びY軸方向のズレ量)がある値以上となった場合、ニードル異常と判断し使用不可とする。
【0039】
前記液体材料供給手段1のセット直後はニードル曲がりに異常がなくとも、時間経過(繰り返し使用)に伴いニードル曲がりが発生する可能性がある。このために、ニードル3の繰り返し使用後にもニードル先端面を下カメラ30で撮像し、撮像して得た第2のニードル底面画像中に、ニードル3の曲がり(経時変化による曲がり)によってピントがずれていてニードル先端面が認識出来ない場合は、ニードル異常と判定し使用不可とする。ニードル先端面中心が検出できた場合でも、その値をあらかじめ設定したニードル曲がりの無いときのニードル先端面の中心情報と比較し、比較結果(X軸方向のズレ量及びY軸方向のズレ量)がある値以上となった場合、ニードル異常と判断し使用不可とする。
【0040】
この第2の実施の形態の場合も、曲がりの過大なニードル3の使用を未然に禁止することにより、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布するときに、XY方向の塗布位置精度を向上させることが可能である。
【0041】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリンジ及びニードルを含む液体材料供給手段の交換時やニードルの繰り返し使用によって生じるニードルの芯ズレ、曲がり、撓みの影響を受けること無く、塗布対象物に対し、高精度の液体材料の吐出、塗布を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の参考例を示す概略構成図である。
【図2】 第2の参考例を示す概略構成図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態を示す概略構成図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 液体材料供給手段
2 シリンジ
3 ニードル
5 保持手段
6 駆動系
10 交換ステージ
11 交換台
12 マーク部材
13 基準マーク
15 横カメラ
20 載置台
21 基板
22 塗布面
25 リニアセンサ
30 下カメラ
Claims (3)
- 液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
曲がりの無いニードル側面基準画像と、前記ニードルの繰り返し使用後の状態を、前記ニードルを少なくとも90度回転させながら横方向より撮像手段で連続的又は間欠的に撮像したニードル側面撮像画像とを比較して、前記基準画像と前記撮像画像とのずれ量が所定値を超えたとき、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴とする液体材料塗布方法。 - 液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
前記ニードルの初期状態を底面方向より撮像手段で撮像した第1のニードル底面画像中に、ニードル先端面が、前記ニードルの曲がりによってピントがずれていて認識できないとき、又は前記第1のニードル底面画像中のニードル先端面中心と予め設定したニードル先端面中心情報とのずれ量が所定値を超えたときに、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴とする液体材料塗布方法。 - 液体材料を収納したシリンジにニードルを設け、該ニードル先端の吐出口から液体材料を吐出する液体材料供給手段を用い、塗布対象物の塗布面に液体材料を塗布する液体材料塗布方法において、
前記ニードルの繰り返し使用後の状態を底面方向より撮像手段で撮像した第2のニードル底面画像中に、ニードル先端面が、前記ニードルの曲がりによってピントがずれていて認識できないとき、又は前記第2のニードル底面画像中のニードル先端面中心と予め設定したニードル先端面中心情報とのずれ量が所定値を超えたときに、前記ニードルの曲がり異常と判定することを特徴とする液体材料塗布方法。
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