(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて所定の値の圧力を付加して前記シリンジに設けられた吐出口から吐出される液体材料の体積を制御する方法において、
前記吐出口から前記液体材料が吐出される際の前記液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された前記液体材料の形状から前記吐出される液体材料の体積を求め、前記求められた体積に基づいて前記制御が行われ、
前記算出された吐出口より吐出された液体材料の体積を第一の体積とし、前記液体材料の対象物に対しての移送後において前記吐出口に残留する前記液体材料の一部の形状を撮像し、撮像された前記一部の形状から前記液体材料の一部の体積を第二の体積として算出し、前記第一の体積より前記第二の体積を減ずることにより前記対象物に対して移送された前記液体材料の体積を求めることを特徴とする液体材料の体積を制御する方法。
【請求項２】
前記液体材料の形状の撮像および前記第一の体積の算出は、前記吐出口より吐出された前記液体材料を前記吐出口において液滴として保持した状態でなされ、前記液滴の前記対象物に対しての移送は、前記液滴が前記吐出口に保持された状態からなされることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記求められた前記対象物に対して移送された液体材料の体積に基づいて、次の工程において液体材料に対して付加される圧力および前記圧力の付加時間の少なくとも一方が定められることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて所定の値の圧力を付加して前記シリンジに設けられた吐出口から吐出される液体材料の体積を制御する方法において、
前記吐出口から前記液体材料が吐出される際の前記液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された前記液体材料の形状から前記吐出される液体材料の体積を求め、前記求められた体積に基づいて前記制御が行われ、
前記制御は、前記シリンジ内部に保持された液体材料に対して付加される圧力の値および前記圧力の付加時間が制御されることによって行われ、
前記液体材料を第一の対象物に対して移送した後に前記吐出口に残留する液滴の形状を撮像して前記液滴の体積を求め、前記吐出口に前記液滴を保持した状態で前記シリンジ内部に保持される液体材料に対して所定値の圧力を所定時間付加して、前記液滴の体積を前記吐出口において増加させるとともに、前記圧力を付加する過程での前記液滴の形状を撮像してその体積を求め、前記求められた体積に基づいて前記液滴の単位時間あたりの体積増加量を求め、前記吐出口に保持される液滴の体積、前記残留する液滴の体積、および前記単位時間あたりの体積増加量とに基づいて、前記液体材料が第二の対象物に対して移送される際の吐出体積を制御することを特徴とする液体材料の体積を制御する方法。
【請求項５】
前記第一および第二の対象物への前記液体材料の移送は、前記液体材料が液滴として前記吐出口に保持された状態でなされることを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペースト状の材料、接着剤等の粘性流体を含む液体材料を、対象物に対して吐出し、塗布、注入、充填、あるいは点滴を行う方法および装置に関する。より詳細には、液体材料の吐出装置であるディスペンサから吐出される当該液体材料の量の測定および制御を可能とし、所定体積の液体を対象物に対して吐出し、塗布、注入、充填、あるいは点滴する装置、方法および当該方法を用いた電子部品製造方法に関する（以下、単に液体材料吐出方法および装置と述べる。）。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品を製造する工程において用いられる、所定の微少体積の液体材料を対象物に対して吐出し、塗布等する液体材料吐出装置として、例えば図４に示す構成を有するディスペンサ１０１が用いられている。図に示す如く、ディスペンサ１０１は、液体材料１１０を内部に保持するシリンジ１０４、シリンジ１０４内部に加圧空気を供給するチューブ１０５、加圧空気の圧力を制御する圧力制御部１０２、液体材料１１０の温度を検出する温度センサ１０９、および当該温度を制御する温度制御部１０８から構成される。
【０００３】
ディスペンサ１０１においては、液体材料１１０に対して加圧空気を介して加えられる圧力とその加圧時間とを制御することで、吐出させる液体の体積を制御している。一般的には、シリンジ１０４の内部をチューブ１０５および圧力制御部１０２の内部に設けられたバルブ１１２を介して、所定の圧力を有する外部の圧力空気源１１１と接続し、このバルブ１１２を解放する時間によって加圧時間の制御を行っている。さらにバルブ１１２とシリンジ１０４との間に減圧弁１１３を設置し、この減圧弁１１３を用いてシリンジ１０４内部に付加される圧力を制御している。
【０００４】
また、例えば樹脂等の液体材料はその保持温度によって粘性が大きく変化し、加えられた圧力に対する液体材料の吐出体積も大きく変化する。従って、ディスペンサ１０１からの吐出量を一定にするためには、シリンジ１０４内部および吐出部の温度を常に一定にする必要がある。シリンジ１０４の内部等の温度は、温度センサ１０９、温度制御部１０８および温度調節装置１１４により一定温度の保持がなされている。
【０００５】
ここで、シリンジ１０４の下方先端に設けられた開口１０４ａに存在する液体材料に加えられる吐出圧力は、加圧空気によって付加される圧力とシリンジ１０４内部の液体材料１１０の重量により付加される圧力とからなる。一定体積の液体材料を吐出するためには、開口１０４ａに存在する液体材料に対して一定の吐出圧力が付加されなければならない。従って、液体材料が減少し、シリンジ１０４内部の液体材料１１０の総重量が減少した場合、一定の吐出圧力を開口１０４ａに加えるためにはその重量減少分に応じた圧力を付加する必要がある。
【０００６】
ただし、空気の体積は加えられた圧力に対して弾性的に収縮し、かつその収縮にある程度の経過時間を要するという特性がある。さらには、液体材料の粘性等によって、例えばシリンジ１０４の内面に液体材料が付着するなどして、加圧空気による圧力がシリンジ１０４の下方以外の方向に分散してかかる場合も生じうる。このため、単純に液体材料の減少分に応じた圧力を付加するのみでは、実際にシリンジ開口１０４ａに所定の圧力が加えられなくなり、ディスペンサ１０１より吐出される体積が想定した値と異なる場合が生じうる。
【０００７】
従来技術においては、各種液体材料についての、吐出体積に対してのシリンジ１０４内の液体材料１１０の残量と供給空気の圧力との関係をあらかじめ得て、その関係から吐出体積を一定にするための圧力の補正計数を求めることとし、その補正計数に応じて随時空気の圧力を制御することで一定量の液体材料の吐出を可能としている。また、これら補正計数は、各種液体材料の、種々の温度域についてすなわち種々の粘度での関係があらかじめ求められ、実吐出体積を安定させるために用いられている。
【０００８】
実吐出体積を管理する他の方法としては、実際の吐出工程を行う直前に、実際に吐出された液体材料を精密な秤量ばかり（不図示）に取り、その重量から吐出体積を測定する方法もある。この場合、吐出作業を数回行う毎に実吐出体積を測定し、その測定結果に応じて加える圧力の大きさおよび加圧時間を制御することで実吐出体積の安定化を図ることとなる。
【０００９】
次に、電子部品の製造工程として、上記ディスペンサ１０１を用いて液体材料１１０を対象物に注入する工程の具体例について述べる。電子部品すなわち対象物としては、金バンプが形成された半導体チップ（以下フリップチップと述べる。）を有機系材料からなる基板上に接続したものがあげられる。液体材料は、フリップチップ接続後にフリップチップと基板との間に形成される隙間に注入される樹脂材料であり、この隙間に注入された樹脂材料はアンダーフィル材料と呼ばれ、アンダーフィル材を注入する方法は一般にアンダーフィルと呼ばれている。
【００１０】
図５にアンダーフィル終了後のフリップチップと基板とを側面から見た概略構成を示す。一般に、有機系材料からなる基板１３１は線膨張係数が大きく、フリップチップ１３２は線膨張係数が小さい。このため、温度変化に伴う互いの熱膨張によるストレスが金等からなるバンプ１３３に集中し、バンプの破断等が生じる。アンダーフィル材１３５を注入することにより、バンプに対する応力の集中が緩和される。
【００１１】
この場合の、実際のアンダーフィル材１３５の注入は次のとうりに行われる。まず、低粘度の樹脂からなる液体材料に圧力を加え、表面張力によりシリンジ１０４の先端部分に液体材料からなる液滴が保持された状態とする。次に当該液滴をフリップチップ１３２の端部近傍に近づけ、液滴の一部をチップ端部に接触させる。液滴は、フリップチップと基板とのすき間に、毛管現象によって引き込まれ、当該隙間が液体材料によって満たされる。更にこの状態のフリップチップ等をキュアすることによりアンダーフィル材１３５の注入は終了する。
【００１２】
なお、注入されたアンダーフィル材１３５は、フリップチップ１３２の全周において、フィレットと呼ばれる裾野状の部分１３５ａが、フリップチップ１３２の端部より基板に１３２に対して伸びる図５に示す状態を形成することが好ましい。ただし、フリップチップ１３２の下部に気泡等が存在した場合には、キュア時にその気泡が膨張し、チップの破壊等が生じるため、気泡の巻き込みを極力防止する必要がある。液体材料の粘度および充填量の最適化を図ることにより、好適なフィレット１３５ａの形成および気泡の巻き込みの防止が可能となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、例えば上述のアンダーフィル材１３５の注入時においても、吐出量に対するシリンジ１０４内の液体材料１１０の残量と加圧空気による圧力との関係を求め、その結果によりえた補正計数を用いて実際に加える圧力の値および加圧時間を制御することで、充填される液体材料の体積の制御は可能であった。また、吐出作業を数回行う毎に実吐出体積を測定し、その測定結果に応じて圧力の大きさおよび加圧時間を調整することで充填される液体材料の体積の制御を行うことも可能であった。
【００１４】
しかしながら、上記半導体チップの小型化に代表されるように、一回の液体材料の吐出工程において要求される実吐出体積は、近年ますます微少化しつつある。具体的には、従来であれば、重量にして０．１ｍｇレベルに応じた実吐出体積が制御されれば十分であってものが、精度的に一桁以上高い０．０１ｍｇ以上の精度に応じた実吐出体積の制御が要求されつつある。
【００１５】
この要求に対して、上述のあらかじめ求めた補正計数によって圧力値等を調整する方法による場合には、シリンジ１０４内部の圧力を極微少な量だけ変化させることが可能であれば、上記所要の精度を得ることも可能である。しかし、当該方法は、あらかじめ求めた補正計数に基づいて圧力および圧力の付加時間を調整する方法であり、実際の注入時の吐出体積の確認は行われていない。従って、補正計数を求めた際の条件、例えば、シリンジ内部の液体材料における粘度あるいは粘度分布が異なった場合、あるいは、圧力付加によって液体材料表面に波紋が生じるなどして液体材料の挙動等が異なってしまった場合には、実吐出体積が変化する場合が生じ得る。
【００１６】
この液体材料の粘度あるいは液体材料表面の挙動の相違等の影響を減少する方法として、シリンジ１０４自体を小型化することも考えられる。しかし、シリンジ１０４が小さくなることによって、液体材料の補充、およびこれに伴って行う必要のある補充された液体材料の温度管理等、ディスペンサ１０１の初期化を要することとなり、作業効率の低下を招く可能性がある。
【００１７】
また、実際に吐出する液体材料の重量を測定し、当該測定値に基づき圧力調整等を行う方法でも、秤量ばかりの精度を高めることで対応は可能である。しかし、この場合には、実際には０．１ｍｇ以下の秤量には多くの時間を要するという問題が考えられる。さらに、このように精度を要求した場合には、秤量ばかりを含めたディスペンサ１０１の価格が高価なものとならざるを得ない。さらに、上述のような液体材料の挙動等の影響で、秤量時における吐出体積と実工程における吐出体積とが異なる場合も考えられる。
【００１８】
本発明は、上記問題に鑑み、０．０１ｍｇ以上の精度に応じた実吐出体積の制御を可能とするためになされたものであり、対象物に対して、一定の微少体積の液体材料を安定して吐出し、塗布あるいは注入することを可能とする液体材料吐出方法あるいは装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料吐出装置は、液体材料を内部に保持し液体を吐出するための吐出口を有するシリンジと、シリンジ内部に対して圧力媒体を用いて付加する圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方を制御する圧力制御部とを有する液体材料吐出装置であって、シリンジの吐出口から吐出された液体材料の形状を撮像する撮像装置と、撮像された液体材料の形状から吐出された液体材料の体積を算出する画像処理部とをさらに有し、算出された吐出された液体材料の体積に基づいて圧力制御部は圧力媒体により付加される圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方を制御することを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明に係る液体材料吐出装置においては、撮像装置は、吐出された液体材料に対して平行光を照射する照明装置を含み、平行光により形成される吐出された液体材料の影像を撮像することとしても良い。なお、本発明に係る液体材料吐出装置は、特に圧力媒体等を用いて液体材料に圧力を付加する構成に限られず、液体材料を吐出する装置であって、液体材料の吐出口から吐出された液体材料の形状を撮像する撮像装置と、撮像された液体材料の形状から吐出された液体材料の体積を算出する画像処理部とをさらに有し、算出された吐出された液体材料の体積に基づいて吐出される液体材料の体積を制御する構成のみとしても良い。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料吐出方法は、シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて所定の値の圧力を付加し、シリンジに設けられた吐出口から吐出される液体材料の体積を制御する方法において、吐出口から液体材料が吐出される際の液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された液体材料の形状から吐出される液体材料の体積に基づいて制御が行われることを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明に係る液体材料吐出方法においては、算出された液体材料の体積に基づいてシリンジ内部に保持された液体材料に対して付加される圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方が制御されることにより行われることとしても良い。また、液体材料の形状の撮像およびその体積の算出は、吐出口より吐出された液体材料を吐出口において液滴として保持した状態でなされ、算出された液滴の体積に基づきシリンジ内部に保持された液体材料に対して付加される圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方の制御が、液滴を吐出口に保持した状態されることにより行われることとしても良い。
【００２３】
また、算出された吐出口より吐出された液体材料の体積を第一の体積とし、液体材料の対象物に対しての移送後において吐出口に残留する液体材料の一部の形状を撮像し、撮像された一部の形状から液体材料の一部の体積を第二の体積として算出し、第一の体積より第二の体積を減ずることにより対象物に対して移送された液体材料の体積を求めることとしても良い。また、液体材料の形状の撮像および第一の体積の算出は、吐出口より吐出された液体材料を吐出口において液滴として保持した状態でなされ、液滴の対象物に対する移送は、液滴が吐出口に保持された状態からなされることとしてもよい。また、求められた対象物に対して移送された液体材料の体積に基づいて、次の工程において液体材料に対して付加される圧力および圧力の付加時間の少なくとも一方が定められることとしても良い。
【００２４】
さらに、液体材料を第一の対象物に対して移送した後に吐出口に残留する液滴の形状を撮像して液滴の体積を求め、吐出口に液滴を保持した状態でシリンジ内部に保持される液体材料に対して所定値の圧力を所定時間付加して、液滴の体積を吐出口に保持しうる最大値まで増加させるとともに、圧力を付加する過程での液滴の形状を撮像してその体積を求め、求められた体積に基づいて液滴の単位時間あたりの体積増加量を求め、吐出口に保持しうる液滴の体積の最大値、残留する液滴の体積、および単位時間あたりの体積増加量とに基づいて、液体材料が第二の対象物に対して移送される際の吐出体積が制御されることとしても良い。また、第一および第二の対象物への液体材料の移送は、液体材料が液滴として吐出口に保持された状態でなされることとしても良い。
【００２５】
なお、上記方法は、圧力媒体を用いて液体材料に加圧することによって液体材料を吐出する工程に限定されることなく、吐出される液体材料の体積を制御する方法であって、吐出口から液体材料が吐出される際の液体材料の形状を撮像し、撮像された液体材料の形状から吐出される液体材料の体積を求め、求められた体積に基づいて吐出される液体材料の体積の制御が行われる方法であっても良い。
【００２６】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る電子部品製造方法は、シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて圧力を付加してシリンジに設けられた吐出口から吐出される液体材料を電子部品に移送する電子部品製造方法において、吐出口から液体材料が吐出される際の液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された液体材料の形状から吐出される液体材料の体積を求め、求められた体積に基づいて、付加される圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方が制御されて、移送される液体材料の制御が行われることを特徴としている。
【００２７】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料の体積測定方法としては、鉛直方向に延在してその内部を液体材料が流れる円筒において、円筒の鉛直方向下方の開口端部において液体材料が液滴を形成した場合における液滴の体積を求める方法であって、円筒および液滴に対して水平方向からその影像を撮像し、影像の外形線と水平線との二つの交点の間の距離を直径とする微少厚さを有する円盤について、円筒の下方端部より上方に離間した所定位置から液滴の下方端部の間に存在する円盤の体積を積算し、積算された体積より円筒の下方端部から所定位置までの体積を減ずることを特徴としている。
【００２８】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料の体積測定方法としては、落下する液滴の体積を求める方法であって、液滴に対して水平方向からその影像を撮像し、影像の外形線と水平線との二つの交点の間の距離を直径とする微少厚さを有する円盤について、液滴の上方端部より液滴の下方端部の間に存在する円盤の体積を各々求め、各々の円盤の体積を積算することを特徴としている。
【００２９】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料吐出装置は、液体材料を内部に保持し液体を吐出するための吐出口を有するシリンジと、シリンジ内部に対して圧力媒体を用いて付加する圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方を制御する圧力制御部とを有する液体材料吐出装置であって、シリンジの吐出口から吐出された液体材料の吐出時の形状を撮像する撮像装置と、撮像された液体材料の形状から吐出された液体材料の体積を算出する画像処理部とを有することを特徴としている。
【００３０】
また、上記装置は、さらに、画像処理部により算出された液体材料の体積を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された体積と画像処理部により算出された新たな体積とを比較してその相違を求める比較部とを有し、圧力制御部は比較部が求めた相違に基づいて制御を行うこととしても良い。
【００３１】
さらに、上記課題を解決し、液体材料吐出工程を停止する際に吐出口に液体材料を安定して保持するために、本発明に係る液体材料の体積を制御する方法としては、シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて所定の値の圧力を付加し、液体材料をシリンジに設けられた吐出口から吐出する液体材料吐出装置において、液体材料の吐出を停止する際に吐出口に保持される液体材料の体積を制御する方法において、液体材料が吐出口において保持される際の液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された液体材料の形状から保持される液体材料の体積を求め、求められた体積に基づいて制御が行われることを特徴としている。
【００３２】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る液体材料吐出装置は、液体材料を内部に保持し液体を吐出するための吐出口を有するシリンジと、シリンジ内部に対して圧力媒体を用いて付加する圧力の値および圧力の付加時間の少なくとも一方を制御する圧力制御部とを有する液体材料吐出装置であって、シリンジの吐出口から吐出された液体材料の吐出時の形状を撮像する撮像装置と、撮像された液体材料の形状を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された形状と新たに撮像された形状とを比較してその相違を求める比較部とを有し、圧力制御部は比較部が求めた相違に基づいて制御を行うこととしても良い。
【００３３】
さらに、上記課題を解決するために、シリンジ内部に保持された液体材料に対して圧力媒体を用いて所定の値の圧力を付加し、液体材料をシリンジに設けられた吐出口から吐出する液体材料吐出装置において、液体材料の吐出を停止する際に吐出口に保持される液体材料の体積を制御する方法においては、液体材料が吐出口において保持される際の液体材料の形状を撮像装置にて撮像し、撮像された液体材料の形状に基づいて制御が行われることとしても良い。
【００３４】
【実施例】
本発明に係る、液体材料吐出装置および方法に関する具体的な実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る液体材料吐出装置の概略構成を示す図である。
【００３５】
液体材料吐出ユニットであるディスペンサ１は、液体材料１０を内部に保持するシリンジ４、シリンジ４内部に圧力媒体としての空気を供給するチューブ５、空気の圧力を制御する圧力制御部２、液体材料１０の温度を検出する温度センサ９、当該温度を実際に保持する温度調節装置１４、および温度調節装置１４を制御する温度制御部８とから構成される。また、吐出された液体材料の体積測定ユニットは、シリンジ４の先端近傍に対して水平方向より平行光を照射する照明装置２３、照明装置２３により形成される影像を撮像する撮像装置であるＣＣＤ２２、およびＣＣＤ２２により得られた画像を処理する画像処理部２１から構成される。
【００３６】
実際の吐出工程においては、シリンジ４の下方端に設けられた吐出口４ａから吐出される液体材料の映像を、照明装置２３およびＣＣＤ２２とにより撮影し、得られた画像を用いて画像処理部２１が吐出される液体材料の体積を求めることとなる。求められた体積に基づいて、圧力制御部２がシリンジ４の内部に付加している圧力および圧力の付加時間の少なくとも一方を微制御することにより、所定の吐出体積を得ることが可能となる。
【００３７】
ここで、圧力制御部２は、シリンジ４内部の圧力を制御することが可能となるように、蓄圧装置、減圧装置、圧力媒体をシリンジに導入する際に用いられるバルブ、およびこれらの制御装置等から構成される。、しかしながら、これらの構成要素については、上述の課題を解決する手段とは直接的には関わりがないため、詳細な説明については省略する。すなわち、これら構成要素は、公知の圧力制御システム等に準じて、吐出開口４ａに液滴を保持し、かつその体積の増減が可能となるように配置されていれば良い。
【００３８】
なお、本発明に係る液体材料吐出装置は、さらに、上述の液体材料吐出ユニット、および体積測定ユニットに加え、対象物３０を保持しＸＹ方向の移動を可能とするＸＹテーブル４０、およびＸＹテーブル４０の駆動およびシリンジ４の上下方向の駆動とを制御する軸制御部４１とを有している。
【００３９】
上記構成からなる液体材料吐出装置を用いて、微少体積の液体材料を、精度良く対象物に対して吐出し、塗布、注入、充填、あるいは点滴を行う方法について、次に実際の吐出体積の制御方法の具体例について述べる。なお、以下に述べる具体例においては、液体材料を吐出する対象物として、従来例としても述べたフリップチップを用いることとする。従って、対象物３０はフリップチップおよび基板であり、樹脂である液体材料は、アンダーフィル形成部分に対して毛管現象によって注入されることとなる。
【００４０】
（第一の実施例）
液体材料１０をシリンジ４内部に充填し、液体材料１０の加熱を行う。液体材料１０の温度が定常状態となった後、液体材料１０に対して加圧空気により圧力を付加し、シリンジ４の先端に設けられた液体材料の吐出口４ａから液体材料の一部を吐出させる。この吐出した液体材料１０は、その表面張力により液体材料１０からなる液滴１０ａを形成し、かつ吐出口４ａにおいて保持される。
【００４１】
ＣＣＤ２２によりシリンジ４の先端部および液滴１０ａを撮像し、画像処理部２１によりその画像から液滴１０ａの体積ＶＴｌを算出する。なお、算出方法については後述する。算出された体積ＶＴｌが所定量に満たない場合には、圧力制御部２がシリンジ４内部の圧力を増加させ、液滴１０ａの体積ＶＴｌを増加させる。また、算出された体積ＶＴｌが所定量よりも大きい場合には、シリンジ４内部の圧力を減少させることにより、液滴１０ａはその一部がシリンジ４内部に引き戻されることとなり、吐出口４ａに保持される液滴１０ａの体積ＶＴｌを減少させることができる。
【００４２】
以上の体積測定、圧力制御、の操作を繰り返すことにより所定体積の液滴１０ａが得られる。所定体積の液滴１０ａが得られた後、シリンジ４は対象物３０に向けて降下され、液滴１０ａの一部が対象物３０に接触させられる。なお、対象物３０は、液体材料を注入すべき所定部分がシリンジ直下に位置するように、あらかじめＸＹテーブル４０により位置決めされている。また、液滴１０ａは、対象物３０に接触した後、毛管現象等により上記所定部分に注入される。
【００４３】
なお、所定体積は、画像処理部あるいはメインコントローラに設けられた不図示の記憶部に予め入力され、上記制御はこの入力値に基づいて行われる。この場合、例えば、同一の液体材料に関してシリンジ４を複数個交換して吐出作業を行う場合、予め圧力等の制御パラメータと吐出量との関係を上記記憶部に記憶させておき、この記憶されたデータに基づいて行うこととしても良い。さらに、吐出量の許容誤差が大きい場合に対しては、体積算出前の形状と体積の関係を記憶し、形状に基づいて圧力等の制御を行うこととして各吐出工程毎の所要時間の短縮を図っても良い。
【００４４】
次に、ＣＣＤ２２により得られた画像から液滴１０ａの体積ＶＴｌを求める手法について説明する。体積ＶＴｌを求める際の画像解析の方法を説明するための図、および体積算出処理に関するフローチャートを、それぞれ図２および図３に示す。図２は、シリンジ４の先端４ａに液滴１０ａが形成された状態を示しており、液滴１０ａの上端部は、表面張力等により先端４ａから上方に向かって、シリンジ４外周部にもその一部が付着している。
【００４５】
液滴１０ａの体積測定においては、まず、ＣＣＤ２２により液滴１０ａの側面から、図２中で四角く囲まれた範囲が画像処理範囲として撮影され、図３に示すに示すフローチャートのステップ１より、体積算出処理が開始される。次に、ステップ２において、体積算出処理における変数である算出位置を示すＬおよびＬまでの算出体積を示すＶＴの初期化が行われる。
【００４６】
初期化終了後、得られた液滴１０ａの画像において、処理位置Ｌでのシリンジ４を水平方向に切断した場合の両端部（処理位置Ｌ＋ｍでは液滴１０ａを水平方向に切断した場合の両端部）の座標を求める。なお、液滴１０ａおよびシリンジ４を水平方向に切断した場合に得られる切断面は、液滴の表面張力の作用により円形となり、求めようとする体積は、この円盤を上下端面とする微少厚さを有する円盤の積み重ねにより得られるとする。ステップ４では両端の座標が求められたか否かを判定し、求められた場合にはステップ５に進む。ステップ５において、両端間の距離から、円形部分の半径ｒ０を求める。
【００４７】
ここで、処理位置Ｌにおいてシリンジ４を水平方向に切断した場合にえられる円盤状の部分の半径はｒ０となる。ステップ５においては、このｒ０の値より処理位置Ｌにおける所定の微少厚さを有する円盤状の部分の体積Ｖが求められる。さらに、円盤状の部分の体積Ｖの算出後、変数Ｌに１を、ＶＴにＶの値をそれぞれ加えた後、ステップ３に戻る。以下、両端の座標が求められなくなるまで、すなわち液滴１０ａの下方先端部である図２における処理位置Ｌ＋ｎまでステップ３からステップ５の処理が繰り返される。
【００４８】
処理位置Ｌ＋ｎに達すると、ステップ４においてNoが選択され、画像処理範囲における液滴１０ａおよびシリンジ４の体積の総和であるＶＴが算出される。以上のようにして求められたＶＴの値より、あらかじめ同様の手法により求めておいた、同一画像処理範囲におけるシリンジ４のみの体積ＶＴｓを差し引くことにより、液滴１０ａの体積ＶＴｌが求められる。
【００４９】
ノズル先端４ａに液滴１０ａが保持される場合、例えば液滴１０ａの形状が図２にしめすように、歪む場合も考えられる。しかし、上述のように、液滴を水平方向に切断し、その切断面を含む極微少厚の円盤の体積Ｖを求め、かつこれら円盤の体積Ｖを積算するという手法を持ちいることにより、液滴形状が歪んだ場合においても、精確に液滴１０ａの体積ＶＴｌを求めることが可能となる。
【００５０】
（第二の実施例）
上述の第一の実施例においては、対象物３０において生じる毛管現象により、吐出口４ａに保持される液滴１０ａは全て対象部に注入されることと仮定している。しかしながら、用いる液体材料に働く表面張力が大きい場合には、液滴１０ａの全てが注入されず、その一部分が吐出口４ａにおいて液滴１０ａ’として残留する場合がある。この場合、注入工程後の液滴１０ａ’の体積ＶＴｌ’を上述の画像処理により算出し、注入工程前に算出されている液滴１０ａの体積ＶＴｌから、残留液滴１０ａ’の体積ＶＴｌ’を減ずることにより、実際に対象物に対して注入された液体材料の体積を知ることができる。
【００５１】
なお、吐出口４ａより液滴１０ａを吐出させ、滴下させる場合、一般的には吐出口４ａに残留する残留液滴１０ａ’の体積は、液滴１０ａの表面張力、液体材料１０の凝集力、あるいは液滴１０ａが吐出口４ａから離れる際の抗張力等のバランスによって容易に変動するといわれている。しかしながら、液滴１０ａを対象物３０に接触させて注入工程を行う場合には、上記の如く作用する力に加え、液体材料と対象物３０との界面接着力あるいは対象物３０における毛管現象による張力等が働き、残留液滴１０ａ’の体積は単に滴下させる場合に比べて小さくなり、同時に変動幅も小さくなる。
【００５２】
本実施例においては、各工程毎に残留液滴１０ａ’の体積が異なることを想定して、残留液滴１０ａ’の体積を注入工程前の液滴の体積１０ａから減ずることによって実際の液体材料の注入体積を求めることとしている。しかし、液滴１０ａを対象物３０に対して接触させて液体材料の注入を行う場合には、上述のように残留液滴１０ａ’の体積の変動が小さくなる。よって、接触により液体材料を注入する際には、直前に行われた注入工程における残留液滴１０ａ’の体積と同等の体積を有する残留液滴１０ａ’がその次の注入工程においても残留すると仮定して、次回の注入工程において対象物３０に接触させる液滴１０ａの体積を決定することとしても良い。
【００５３】
（第三の実施例）
次に、吐出対象物３０が比較的大きいものであって、吐出口４ａにおいて保持し得る液滴の最大体積よりも、必要となる液体材料の体積が大きい場合の液体材料の体積の制御方法について述べる。この場合の吐出体積の制御として、予めいくつかの圧力および加圧時間で液体材料１０の吐出を行い、各条件で吐出口４ａから滴下する液体材料１０ａの吐出体積を上記の画像処理による手法によって求め、必要となる液体材料の体積が得られる条件で実際の吐出工程を行うこととしても良い。
【００５４】
この場合、撮像すべき液体材料の形状は、吐出口４ａからは離れた滴状あるいは長さの伸びた滴状の形状となる。しかしながら、液体材料に働く表面張力の作用により、上記滴における水平方向の断面は、ほぼ円形となる。従って、最初から撮像範囲にはシリンジ４に該当する体積が存在しないこととして、上述の体積測定方法をそのまま用いることが可能である。この方法を用いることにより、高価な秤量ばかり等を用いることなく、吐出された液体材料の体積を求めることが可能となる。
【００５５】
（第四の実施例）
ただし、第三の実施例による場合、上述の如く吐出口４ａにおける残留液滴１０ａ’の体積が変動する可能性があり、得られた条件から本来得られると予定される体積を供し得ない場合が考えられる。また、実際の注入工程が、液滴１０ａの一部を対象物３０に接触させて行われるのであれば、対象物３０に対する液滴１０ａの界面接着力等により所定体積以上の液体材料が注入される可能性もある。従って、所定体積が得られる条件は、実際の対象物３０と同等の条件設定用の対象物３０’を用いて求めることが好ましい。
【００５６】
以下に、条件設定用の対象物３０’を用いて液体材料の吐出条件を求める方法を述べる。
まず、条件設定用の対象物３０’に対する液体材料の注入を行い、注入直後における吐出口４ａの残留液滴１０ａ’の体積Ｖｌ０を画像解析により求める。次に、所定の圧力に設定された圧力空気を所定時間ｔ１だけシリンジ４内部に導入し、吐出口４ａに小さな液滴１０ａを形成し、同様にその体積Ｖｌ１を求める。圧力空気を、さらに所定時間ｔ２だけシリンジ４内部に導入し、吐出口４ａに保持される液滴１０ａを大きくし、同様にその体積Ｖｌ２を求める。
【００５７】
ここで、Ｖｌ２−Ｖｌ１より体積増加量ΔＶｌを求める。シリンジ４内部に保持される液体材料１０の体積はおよびシリンジ４内部の圧力は、この工程だけでは大きく変動しないとすると、シリンジ４内部に単位時間だけ所定圧力の圧力空気を導入することでΔＶ／ｔ２の体積の液体材料が吐出口４ａから吐出すると近似できる。なお、単位時間あたりの吐出量をより精度を良く得たい場合は、第三の体積Ｖｌ２’も測定し、ｔを変数とした近似式を求め、この式より吐出量を求めることとしても良い。
【００５８】
次に、吐出口４ａに保持し得る液滴１０ａの体積Ｖｌ３を求める。この液滴１０ａを対象物３０に接触させた場合に、実際に注入される体積はＶｌ３−Ｖｌ０となると推定される。所定形状のアンダーフィル形成のために必要な液体材料の体積をＶとすると、吐出口４ａに保持し得る最大体積Ｖ３の液滴１０ａを毛管現象により注入した後、（Ｖｌ３−Ｖｌ０）＋（ΔＶ／ｔ２)×Ｔ＝Ｖ  なる関係を満足する時間Ｔだけ圧力空気をシリンジ４内部に導入することにより、所定体積の液体材料の吐出および注入が可能となる。
【００５９】
なお、以上に述べた液体材料の吐出量の制御方法については、シリンジ４内に保持された液体材料１０が所定の粘度を有する状態を維持し続けることが好ましいため、所定温度に加熱後、その温度において保持することとしている。しかしながら、本発明においては、実際の吐出体積を測定し、常に必要となる体積の液体材料を吐出することが可能であるため、吐出工程中に液体材料の粘度が変動しても一定体積の液体材料を吐出することが可能である。
【００６０】
（第五の実施例）
上述の第一乃至第四の実施例に示される方法を用いることにより、微量量の液体材料を安定して供給することが可能となる。しかしながら、実際の液体材料の供給工程においては、例えば、吐出量の許容誤差は比較的大きい反面、液体材料の供給を多数の対象物に対して迅速に行うことを要求される場合がある。上記実施例の如く、液体材料を吐出する毎にその体積を測定した場合、この要求を満たすことは困難である。
【００６１】
単に供給速度のみを高めた、従来のディスペンサを用いることで、供給速度についての要求を満たすことは可能である。しかし、この場合には別途基板上に一旦液体材料を吐出してその体積を求める、いわゆる試し打ちを行い、吐出量の確認及び調整をある供給回数毎に行うことが必要となる。この確認及び調整の工程には、ある程度操作に熟練したオペレータを要していた。
【００６２】
本実施例においては、複数回液体材料を吐出する毎に、第一乃至第四の実施例に示した画像処理装置による吐出体積を測定することとしている。すなわち、連続的に液体材料の供給を行うことにより、工程全体としての液体材料の供給速度を高め、かつ画像処理によって供給体積を確認し、精度良く調整することが可能となる。本実施例に示される形態とすることにより、多数の対象物に対する迅速な液体材料の供給を可能とし、かつ試し打ちを行うことなく吐出体積を知ることを可能としている。
【００６３】
なお、本実施例においては、画像処理により得た吐出体積に基づいて、シリンジ４内部の圧力を制御するフィードバック制御を行うこととしている。ある体積測定から次の体積測定までに行われる液体材料の供給の回数は、特に規定されず、液体材料の残量、粘度等に応じて順次変更されることが望ましい。また体積測定の結果を記憶する記憶部を設けることとして、この記憶された体積と各々の体積とを比較することとしても良い。さらに、体積を求めず、得られた形状を予め記憶しておくこととし、更なる撮像によって得られた液滴１０ａの形状とこれとを比較し、この比較結果に基づいてシリンジ４内部の圧力を制御することとしても良い。また、吐出体積の許容誤差が大きいあるいは吐出体積を確認する程度でよい等の場合には、例えば従来のディスペンサにＣＣＤ２２及び画像処理部２１のみからなる体積測定系を付加することとしても良い。
【００６４】
（第六の実施例）
液体材料の供給工程においては、例えば、昼休み、あるいは対象物の変更に伴う圧力制御部２のパラメータ設定時等、吐出作業をある程度以上の間停止しなければならない場合が生じうる。この停止時においては、液体材料が１０が吐出口４ａから滴下しないようにシリンジ４内部の圧力を調整する必要がある。しかし、この圧力は、液滴１０ａの滴下の防止をすると同時に、液滴１０ａが吐出口４ａの内部まで後退することも防止する圧力であることを要し、この調整には作業者の熟練を要していた。
【００６５】
さらに、これら条件が見出されない場合には、停止後最初の吐出工程においては、初期状態における吐出口４ａに保持される液滴１０ａの形状、大きさが通常と異なってしまう恐れがあった。この場合には、所要の体積を得ることはできないか、あるいは得ることが困難であり、場合によっては複数回の試し打ちを行って吐出量の安定化を図る必要まで生じた。
【００６６】
本実施例は、吐出作業停止時において、吐出口４ａに存在する液滴１０ａあるいは残留液滴１０ａ’の体積を、画像処理を用いて一定に保ち、熟練した作業者によることなく、停止後直ちに所要の体積の液体材料の吐出を可能とするものである。具体的には、吐出前に吐出口４ａに保持される液滴１０ａの形状あるいは体積を画像処理により測定し、その測定結果に基づいて、停止時においてもこの形状及び体積を一定に保持するように、圧力制御部２を介してシリンジ４内部の圧力を調整することとしている。
【００６７】
これにより、停止後最初の吐出工程において、液滴１０ａを停止以前の初期形状、すなわち通常の吐出前の状態とすることにより、試し打ちを無くすあるいはその回数を減少することが可能となる。なお、この場合、制御を容易に行うためには、停止時の液滴１０ａは、吐出口４ａ周辺に付着した液体材料等による体積の測定後差が少なくなるような充分な大きさであるとともに、この液体材料の表面張力等により容易に吐出口４ａに保持されうる大きさであることが好ましい。
【００６８】
しかしながら、液体材料によっては、硬化等を防止するために極力大気中への暴露を防止することが望ましい場合もある。この場合には、画像処理を行いながら液滴１０ａを吐出口４ａ内部に後退させ、液体材料を極力シリンジ４内部に保持する状態であって、且つ迅速に次の吐出工程を実行しうる状態とすることが好ましい。具体的には、例えば側面より観察した場合に吐出口４ａと液体材料１０ａの下面とが一致する状態、あるいは液体材料１０ａの下面がその表面張力等によって僅かに吐出口４ａからのぞく状態にシリンジ４内部の圧力を調整することが望ましい。
【００６９】
本実施例の如く、液体材料をこの状態で保持することにより、液体材料の大気への暴露を極力防止するとともに、容易に吐出工程を再会することが可能となる。なお、吐出工程再開時においては、画像処理によって液滴１０ａの体積等をモニターし、予め測定しておいた吐出工程連続時における液滴１０ａの状態と比較しながら圧力制御部２を介してシリンジ４内部の圧力を調整することが望ましい。これにより、容易に通常の吐出前の状態とすることが可能となり、試し打ちを無くすあるいはその回数を減少することが可能となる
【００７０】
上述の第一乃至第六の実施例においては、シリンジ４内部に圧力を付加する際に用いる圧力媒体としては空気を用いているが、圧力媒体はこれに限定されるものではなく、窒素等のその他の気体あるいは液体を用いても良い。液体材料の吐出後の操作としては、主として液体材料を対象物に対して注入する場合について述べているが、本発明はこれに限定されることなく、塗布、充填、点滴等、種々の液体材料の移送工程を行うことが可能である。撮像装置としてはＣＣＤを用いているが、液滴の外形を撮像することが可能な撮像装置であれば、ＣＣＤに限定されることはない。
【００７１】
さらに、上述の実施例においては、空気等を圧力媒体とし、この圧力媒体を介して液体材料を吐出させる装置における液体材料の吐出体積の制御に関して述べている。しかしながら、本発明の態様はこれに限定されるものではなく、例えば、シリンジ内にピストン等を配して機械的にピストンを駆動して液体材料を吐出させる場合、液体材料を可撓性のチューブ内に保持することとしてこのチューブを絞ることにより液体材料を吐出させる場合等、種々の液体材料の吐出装置および方法としても用いることが可能である。
【００７２】
また、上述の実施例は、主として電子部品を製造する装置および方法とについて述べているが、本発明に係る装置および方法の用途はこれらに限定されず、例えばベアリング等の摺動部に対して潤滑油を注入する際に用いられる潤滑油の注入装置等、種々の液体材料の吐出、塗布、注入等に対して用いることが可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係る液体材料吐出方法あるいは装置によれば、０．０１ｍｇ以上の精度に応じた実吐出体積の制御が可能であり、対象物に対して、一定の微少体積の液体材料を安定して吐出し、塗布あるいは注入することが可能となる。又、実際の吐出工程中で実吐出量の測定が可能であり、液体材料の粘度変化等に対しても随時吐出条件を校正し、吐出体積を一定に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、液体材料吐出装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る、吐出される液体材料の体積を求める際の画像解析の方法を説明するための図である。
【図３】本発明に係る、吐出される液体材料の体積算出処理に関するフローチャートである。
【図４】従来技術における液体材料吐出装置の概略構成を示す図である。
【図５】アンダーフィル形成後のフリップチップと基板とを側面から見た概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１      ディスペンサ
２、１０２      圧力制御部
４、１０４      シリンジ
４ａ            吐出口
５、１０５      チューブ
８、１０８      温度制御部
９、１０９      温度センサ
１０、１１０      液体材料
１０ａ            液滴
１４、１１４      温度調節装置
２１              画像処理部
２２              ＣＣＤ
２３              照明装置
３０              対象物
４０              ＸＹテーブル
４１              軸制御部
１１１              圧力空気源
１１２              バルブ
１１３              減圧弁
１３１              基板
１３２              フリップチップ
１３３              バンプ
１３５              液体材料
１３５ａ            フィレット
【図１】
0003731863.tif 000002
【図２】
0003731863.tif 000003
【図３】
0003731863.tif 000004
【図４】
0003731863.tif 000005
【図５】
0003731863.tif 000006