(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出材をノズル孔から吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルに吐出材を供給する吐出材導入部とを具備する吐出装置であって、前記吐出ノズルが圧電材料からなり、前記吐出ノズルの外周面に、所定間隔をおいて４以上の偶数個の駆動電極を設けてなることを特徴とする吐出装置。
【請求項２】
吐出材をノズル孔から吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルに吐出材を供給する吐出材導入部とを具備する吐出装置であって、前記吐出材導入部が圧電材料からなり、前記吐出材導入部の外周面に、所定間隔をおいて４以上の偶数個の駆動電極を設けてなることを特徴とする吐出装置。
【請求項３】
圧電材料が、隣設する駆動電極間で分極されていることを特徴とする請求項１又は２記載の吐出装置。
【請求項４】
吐出ノズルのノズル孔の内壁面が振動することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吐出装置に関し、特に、ＩＣチップや小型電子部品を基板等の上に表面実装する、又は表面実装用の回路パターンを書き込むため、高い粘性をもったはんだや電極ペーストを微細形状のパターンで吐出、印刷する吐出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、例えば、ＩＣチップや小型電子部品を基板等の上に表面実装する、又は表面実装用の回路パターンを書き込むため、はんだや電極ペーストを微細形状のパターンで吐出、印刷するために吐出装置が用いられている。
【０００３】
このようなはんだや電極ペースト等の高粘性材料を吐出する吐出装置は、はんだや電極ペースト等の粘性及びノズル孔内壁面との摩擦に打ち勝って所望の量を所望のスピードで吐出する必要があるため、ノズル孔内のはんだ等に高い圧力を印加するとともに、高い温度を付与してはんだ等の粘性を下げるなど、粘性及び摩擦などの低減を吐出材の特性を変えることによって対応していた。
【０００４】
また、ノズル孔の内壁面は、摩擦を低減するためできるだけ滑らかな表面状態になるようにも加工されている。また、スクリュー状の加圧装置ではんだなどの吐出量をコントロールするなどの技術で、０．５ｍｍ程度の径のパターン印刷を可能にしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、ＩＣチップや小型電子部品が小型になり、このような小型のＩＣチップや小型電子部品を基板等の上に表面実装するためのはんだ、又は表面実装用の回路パターンがますます微細パターンになり、従来の吐出装置では対応できなくなってきている。
【０００６】
即ち、従来の吐出装置では、はんだや電極ペースト等の高い粘性を持った材料を吐出する点については、ノズル孔の内壁面の摩擦により、所望のスピードや塗布性能を保って吐出径を細くできるのは数１００μｍの径がほぼ限界であった。これ以下の幅の細線や実装パッド等の印刷は非常に困難であった。
【０００７】
例えば、特開２０００−１２０９８３号公報には、吐出ノズルと、この吐出ノズルの先端に残留する液体を振動により振り切る圧電素子からなる加振部とから構成された吐出装置が開示されている。この吐出装置では、加振部をｘ、ｙ方向の振動を励起させ、吐出ノズルの先端全体をｘ、ｙ方向に振動させ、吐出ノズルの先端に残留する液体を振動により振り切ることができるが、吐出ノズルの先端全体が振動するため、近年要求される微細パターンを形成できなかった。
【０００８】
本発明の吐出装置は、高い粘性をもったはんだや電極ペースト等の液体を微細パターンで印刷できる吐出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の吐出装置は、吐出材をノズル孔から吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルに吐出材を供給する吐出材導入部とを具備する吐出装置であって、前記吐出ノズルが圧電材料からなり、前記吐出ノズルの外周面に、所定間隔をおいて４以上の偶数個の駆動電極を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
このような吐出装置では、圧電材料が、隣設する駆動電極間で分極されるとともに、隣設する駆動電極に異なる極性の電圧を所定の駆動周波数で印可することにより、吐出ノズルのノズル孔の内壁面を高周波の楕円形状等の定在波振動させることができる。
【００１１】
ノズル孔内壁面との摩擦に起因する吐出の際の抵抗は、吐出径が小さくなるに従って増加する。このため、はんだや電極ペーストなどの高粘性材料を吐出する限界は数１００μｍ程度である。この抵抗を低減するためには、内壁面と高粘性材料の界面の摩擦を低減する必要がある。
【００１２】
圧電振動による高周波振動をノズル孔の内壁面に生じさせると、摩擦の原因となる高粘性材料とノズル孔内壁面との界面における薄い流れの境界層を内壁面から剥がすことができ、高粘性材料のチクソトロピー性により内壁面近傍における高粘性材料の粘性を画期的に低減することができる。これにより、高い粘性を持ったはんだや電極ペースト等の吐出材でも、高い圧力や高温での吐出制御をすることなく、数１０μｍ程度の径で微細配線や実装パッドを印刷することができる。
【００１３】
また、駆動周波数を制御することにより、ノズル孔の内壁面に定在波振動を生じさせることができるとともに、吐出ノズル外形を変化させない振動モードを選択することができ、例えば、吐出ノズルの外形ぎりぎりの大きさの窪みにでも、周りに振動などの影響を与えることなくはんだや電極ペーストの塗布をおこなうことができる。
【００１４】
また、本発明の吐出装置は、吐出材をノズル孔から吐出する吐出ノズルと、該吐出ノズルに吐出材を供給する吐出材導入部とを具備する吐出装置であって、前記吐出材導入部が圧電材料からなり、前記吐出材導入部の外周面に、所定間隔をおいて４以上の偶数個の駆動電極を設けてなることを特徴とする。
【００１５】
このような吐出装置では、圧電材料が、隣設する駆動電極間で分極されるとともに、隣設する駆動電極に異なる極性の電圧を所定の駆動周波数で印可することにより、吐出ノズルのノズル孔の内壁面を高周波の楕円形状等の定在波振動させることができ、これにより、高い粘性を持ったはんだや電極ペースト等の吐出材でも、数１０μｍ程度の径で微細配線や実装パッドを印刷することができる。
【００１６】
また、駆動周波数を制御することにより、ノズル孔の内壁面に定在波振動を生じさせることができるとともに、吐出ノズル外形を変化させない振動モードを選択することができ、例えば、吐出ノズルの外形ぎりぎりの大きさの窪みにでも、周りに振動などの影響を与えることなくはんだや電極ペーストの塗布をおこなうことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の吐出装置は、図１に示すように、円筒状の吐出ノズル１１と、該吐出ノズル１１の一端に形成された吐出材導入部１３とを具備して構成されている。この吐出材導入部１３には、図示しないが、吐出材を吐出材導入部１３に供給するためのチューブ等が接続されている。
【００１８】
吐出ノズル１１には吐出材を吐出するノズル孔１１ａが形成され、吐出材導入部１３には、吐出ノズル１１に吐出材を供給する供給孔が形成されており、ノズル孔１１ａと供給孔とが連通している。ノズル孔１１ａの直径は数１０μｍ程度とされ、吐出ノズル１１の外径は１００μｍ程度とされている。ノズル孔１１ａの直径は大きくてもよいが、特に微細パターンを形成するという点から、１００μｍ以下であることが望ましい。
【００１９】
そして、本発明では、吐出ノズル１１が圧電材料から構成されており、その外周面には、図１及び図２に示すように、軸長方向に形成された矩形状の駆動電極１５が、その幅方向に所定間隔をおいて環状に４個形成されている。詳細に説明すると、駆動電極１５は、円筒状の吐出ノズル１１の外面周囲に、９０度ピッチで形成されており、その形状、厚み、材質は同一とされている。即ち、駆動電極１５は左右及び上下対称に与えられ、入力する電位は隣接する駆動電極で逆符号になるように与えられる。尚、ノズル孔１１ａの内壁面には電極が形成されていない。
【００２０】
駆動電極１５には、吐出材導入部１３の表面に形成された引出電極（図示せず）が接続され、これらの引出電極は、入力信号を発生させる吐出装置内の電源に接続されており、引出電極を介して各駆動電極１５に所望の極性を有する電圧を所望の周波数で印加することができるようになっている。
【００２１】
吐出ノズル１１は、隣設する駆動電極１５間で分極されており、電源装置及び引出電極を介して隣設する駆動電極１５に異なる符号の電圧を印加するように形成されている。
【００２２】
以上のように構成された吐出装置では、電源装置により、各駆動電極に印加される電圧の駆動周波数を変化させることにより、ノズル孔１１ａの内壁面を振動させる駆動周波数を選択することができる。
【００２３】
また、駆動周波数を制御することによりノズル孔１１ａの内壁面を振動させ、吐出ノズル１１の外形を変化させない振動モードとすることができる。図２は、このような振動モードで振動している図１（ｂ）の吐出ノズル１１の概念図を示すもので、ノズル孔１１ａの内壁面が楕円形状等の定在波振動を起こすのに対して、吐出ノズル１１の外面は、その外面（円周上）にそってのみ振動するモードになっている。尚、黒丸（●）は不動点を示しており、この部分に駆動電極が形成されている。
【００２４】
本発明者等は、図１（ｂ）に示す構造にて、ＦＥＭ解析をおこない、駆動周波数によりどのような振動モードが発生するかを調べたところ、図２に該当する共振モードが存在することを確認した。図３にＦＥＭ解析によって得られた共振モードを示す。この図３から、外周部は円周上にそってのみ振動し、内周部は楕円等の定在波で内壁面のみが振動していることが判る。
【００２５】
尚、ここでは、吐出ノズル１１の外形を１００μｍ、内径を４０μｍとし、圧電材料はＰＺＴとした。この場合、振動モードは約６３ＭＨｚのところに現われることを確認した。
【００２６】
従って、本発明の吐出装置では、基板上に既に実装している部品や、凹凸を持った実装基板の凸部等に吐出ノズル１１が触れることがあっても、吐出ノズル１１の外形は変化しない振動モードであるため、吐出ノズル１１近傍の周りの構造に障害となるような振動を与えることがなく、ノズル孔１１ａの内壁面のみが空間を変形させるような振動するため、微細な凹凸形状を持った基板上に微細な電極パターンや実装パッドを吐出、印刷することができる。例えば、１００μｍ程度の幅の凹部に、実装パターン等の塗布が可能となる。
【００２７】
即ち、吐出ノズル１１の外面に貼り付けられた駆動電極１５に、交互に符号の異なった高周波電気信号を入力することにより圧電振動が励起され、ノズル孔１１ａの内壁面に高周波の定在波振動が現われる。特に、適切な周波数を選ぶことにより、図２に示すような、内壁面は楕円形状等の定在波振動をし、外面は円形を保ったままの円周上の振動をする振動モードを選択することができる。この振動を選択することにより、吐出ノズル１１の外形ぎりぎりの大きさの窪みにでも、周りに振動などの影響を与えることなく、はんだや電極ペーストの塗布をおこなうことができる。
【００２８】
また、圧電振動による高周波振動をノズル孔１１ａの内壁面に生じさせると、摩擦の原因となる高粘性材料とノズル孔１１ａ内壁面との界面における薄い流れの境界層を内壁面から剥がすことができ、高粘性材料のチクソトロピー性により内壁面近傍における高粘性材料の粘性を画期的に低減することができる。これにより、高い粘性を持ったはんだや電極ペースト等の吐出材でも、高い圧力や高温で駆動することなく、数１０μｍ程度の径で微細配線や実装パッドを印刷することができる。
【００２９】
尚、近傍の微細凹凸パターンに振動の影響を与える心配のない場合には、図２に示される振動モードを敢えて採用する必要はなく、内壁面の振動が大きいモードであれば十分である。
【００３０】
図４は、本発明の他の吐出装置を示すもので、この吐出装置は、吐出ノズル１１ではなく、吐出材導入部１３に駆動電極２５が形成されている。
【００３１】
即ち、この吐出装置では、吐出ノズル１１の一端には円錐状の吐出材導入部１３が接続され、この吐出材導入部１３は圧電材料により構成されている。そして、吐出材導入部１３の周囲に、４個の駆動電極２５が形成されている。
【００３２】
このような吐出装置では、吐出ノズル１１から離れた圧電材料からなる吐出材導入部１３表面に、駆動電極２５を形成し、この駆動電極に２５吐出ノズル１１の所望振動モードに該当する周波数の電気信号を入力することにより、吐出ノズル１１の外面に直接駆動電極を貼り付けることなく、ノズル孔１１ａ内壁面を振動させることができ、吐出材導入部１３の先端に形成された吐出ノズル１１のノズル孔１１ａの内壁面に所望の圧電振動を励起することができる。即ち、共振モードの不完全なエネルギー閉込め効果を利用することによってノズル孔１１ａの内壁面のみが振動する振動モードを実現することができる。
【００３３】
この場合は、最も激しく振動する部位と電極張り付け位置が離れていて入力インピーダンスのピークが駆動電極位置によって小さくなることが予想されるため、吐出装置内の高周波信号発生装置は所望の高周波振動数を精度良く発生させるよう設計しておく必要がある。図４の吐出装置では、吐出ノズル１１は圧電材料で作製されている必要はなく、細い径をもった円筒形状の作製に有利な、また高粘性材料に摩耗される度合いの少ない金属材料等を選ぶことができる。
【００３４】
図４、図５に示すように、駆動電極の張られている位置は吐出ノズル１１が装着されている吐出材導入部１３の外周面である。この吐出材導入部１３が圧電体で作製されていればこの部位に圧電振動が励起され、この振動が吐出ノズル１１に伝わる。適切な周波数の入力信号を与えることによって、吐出ノズル１１が所望の共振状態を起こして目的とする高粘性流体の吐出を可能にする。
【００３５】
実装基板上の吐出箇所近傍の微細凹凸パターンに振動の影響を与える心配のない場合には、図２に示される振動モードを敢えて採用する必要はなく、内壁の振動が大きいモードであれば十分である。この場合には、吐出ノズルの中心軸が振動して、吐出した印刷パターンににじみ等が発生することを防ぐために、図１（ｂ）に示すように、電極位置の左右、上下の対称性を保つようにして張る必要がある。この際、電極数は多くてもかまわないが、８枚を超える場合では基本的な振動の場合でも、振動振幅は低減するため、所望の特性は劣化することが考えられる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の吐出装置では、吐出ノズルの外周面に、所定間隔をおいて４以上の偶数個の駆動電極を設けたので、圧電材料を隣設する駆動電極間で分極するとともに、隣設する駆動電極に異なる極性の電圧を所定の駆動周波数で印可することにより、吐出ノズルのノズル孔の内壁面を高周波の楕円形状等の定在波振動させることができ、これにより、高い粘性を持ったはんだや電極ペースト等の吐出材でも、高い圧力や高温で駆動することなく、数１０μｍ程度の径で微細配線や実装パッドを印刷することができる。
【００３７】
また、駆動周波数を制御することにより、ノズル孔の内壁面に定在波振動を生じさせることができるとともに、吐出ノズル外形を変化させない振動モードを選択することができ、例えば、吐出ノズルの外形ぎりぎりの大きさの窪みにでも、周りに振動などの影響を与えることなくはんだや電極ペーストの塗布をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吐出装置を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は吐出ノズルの断面図である。
【図２】吐出ノズルに生じる圧電振動モードを示す説明図である。
【図３】振動モードを説明するためのシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の他の吐出装置を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の吐出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１・・・吐出ノズル
１１ａ・・・ノズル孔
１３・・・吐出材導入部
１５、２５・・・駆動電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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