レーザ光を用いた集積回路接合材料 , ディスプレイ蛍光材料の流動制御に関する研究

-7-1.5 マルチノズルユニットの塗布制御プロセス ... 133

-7-2 今後の課題と展望 ... 134

謝辞 ... 135

- 4 - は ガ ラ ス よ り 1 桁 ほ ど よ い 0.03 cal/cm°C で あ る ． YAG レ ー ザ 発 振 器 は ， ク リ プ ト ン ア ー ク ラ ン プ や キ セ ノ ン ラ ン プ ， LD で 励 起 さ れ た 光 を ，楕 円 円 筒 型 反 射 鏡 で YAG ロ ッ ト に 取 り 込 み ，光 軸 方 向 に 設 置 し た 反 射 鏡 で 反 射 往 復 さ せ る ．励 起 し た 光 は ，Nd3 + の 吸 収 帯 ま で 励 起 さ れ る が ， 一 旦 ， 光 を 放 出 し な い 状 態 で 4 準 位 に 落 ち ， こ こ か ら 1.06 µ m の 近 赤 外 線 を 放 出 す る ．YAG レ ー ザ は ，励 起 ラ ン プ に か か る 電 流 エ ネ ル ギ ー の 1～ 3 % 程 度 し か レ ー ザ 光 に 変 換 さ れ な い た め ， そ の 他 は す べ て 熱 と な っ て し ま う ． こ の た め ， 楕 円 円 筒 型 反 射 鏡 内 は 水 冷 し て い て ， 反 射 鏡 内 の 冷 却 は 重 要 な 管 理 因 子 で あ る ． 主 な レ ー ザ 加 工 技 術 に は ，表 面 処 理 ，溶 接 ，穴 あ け ，ス ク ラ イ ブ ・ ト リ ミ ン グ ， 切 断 ， 化 学 加 工 な ど が あ る ． レ ー ザ 加 工 で は ， レ ー ザ 光 を 集 光 レ ン ズ で 絞 り ， 加 工 物 表 面 に 適 し た ス ポ ッ ト 径 で 加 工 を 行 う ． レ ー ザ 光 の 波 長 や レ ン ズ の 焦 点 距 離 に よ っ て ， ス ポ ッ ト 径 は 調 整 で き ， レ ー ザ 光 の 強 度 と レ ー ザ 光 径 に よ っ て パ ワ ー 密 度 は 決 定 さ れ る ． 加 工 物 の 種 類 ， 表 面 状 態 お よ び レ ー ザ 光 の 波 長 か ら ， 被 加 工 物 の 表 面 で レ ー ザ 光 の 反 射 率 は 異 な り ， 入 力 エ ネ ル ギ ー の 吸 収 率 が 決 定 さ れ る ． こ の 吸 収 率 に よ り ， 表 面 温 度 の 上 昇 速 度 は 変 化 し ， 被 図 1-2 加 工 方 法 に 必 要 な パ ル ス 幅 と パ ワ ー 密 度 の 関 係

（ 出 典 : J.F. Ready, SME Technical Paper MRR pp.75-06 (1975)）

結 ぶ 角 度 で あ る ． 動 照 明 法 で は ，こ の 観 測 点 た 光 点 の 像 計 測 す る ． か ら 被 測 定 点 こ の こ の 像 の 検 出 に ， De vi c e ー ザ が 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． 図 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を 図 1 結 ぶ 角 度

∠

PQ R で あ る ． 動 照 明 法 で は ，こ の 観 測 点 た 光 点 の 像 P 計 測 す る ． 図 か ら 被 測 定 点 こ の P´の 位 置 を 検 出 す れ ば ， こ の 像 の 検 出 に ， De vi c e （ CCD ー ザ が 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． 図 1-5 に ， で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を 1 - 3 三 角 測 量 法 Soc i e t y of J a pa n PQ R と

∠

動 照 明 法 で は ，こ の 観 測 点 P´を ，も う 一 方 の 観 測 点 図 1-4 に か ら 被 測 定 点 P ま で の 角 度 が 検 出 点 の 位 置 を 検 出 す れ ば ，

こ の 像 の 検 出 に ， Position Sensitive Device

CCD ） が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ ー ザ が 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． に ，レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を 三 角 測 量 法 （ 出 典 ： 村 上 文 夫 Soc i e t y of J a pa n

∠

PR Q を 測 定 し て ， 点 動 照 明 法 で は ，こ の 観 測 点 も う 一 方 の 観 測 点 に ， こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 ま で の 角 度 が 検 出 点 の 位 置 を 検 出 す れ ば ， Pos i t i on Se ns i t i ve De vi c e が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ ー ザ が 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を （ 出 典 ： 村 上 文 夫 Soc i e t y of J a pa n 16 , p. - 8 - を 測 定 し て ， 点 動 照 明 法 で は ，こ の 観 測 点 R に 投 光 器 を 置 き ，被 測 定 点 も う 一 方 の 観 測 点 Q に 置 い た レ ン ズ で 結 像 さ せ て こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 ま で の 角 度 が 検 出 点 P´ の 位 置 を 検 出 す れ ば ， P の 位 置 は 計 算 で 導 く こ と が で き る ． Pos i t i on Se ns i t i ve De vi c e が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ ー ザ が 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を （ 出 典 ： 村 上 文 夫 p. 293 ( 20 05) を 測 定 し て ， 点 P の 位 置 を 算 出 す る 手 法 に 投 光 器 を 置 き ，被 測 定 点 に 置 い た レ ン ズ で 結 像 さ せ て こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 ´の 像 の 位 置 に 変 換 さ れ る た め ， の 位 置 は 計 算 で 導 く こ と が で き る ． Pos i t i on Se ns i t i ve De vi c e （ PSP が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る 計 測 す る ． 計 測 原 理 は ， 次 の 通 り で あ る ． ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を （ 出 典 ： 村 上 文 夫 :“ レ ー ザ 変 位 計 ” 293 ( 20 05) ） の 位 置 を 算 出 す る 手 法 に 投 光 器 を 置 き ，被 測 定 点 に 置 い た レ ン ズ で 結 像 さ せ て こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 の 像 の 位 置 に 変 換 さ れ る た め ， の 位 置 は 計 算 で 導 く こ と が で き る ．

PSP） や Cha rge c o upl e が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 で は ， 測 定 す る 変 位 の 方 向 と レ ー ザ 光 軸 を 一 致 さ せ る ， ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を “ レ ー ザ 変 位 計 ” の 位 置 を 算 出 す る 手 法 に 投 光 器 を 置 き ，被 測 定 点 P に 生 じ に 置 い た レ ン ズ で 結 像 さ せ て こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 の 像 の 位 置 に 変 換 さ れ る た め ， の 位 置 は 計 算 で 導 く こ と が で き る ．

Cha rge c o upl e が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 ， 動 照 明 法 で ま ず は 便 宜 上 ， レ ー ザ の 光 軸 と 受 光 レ ン ズ の 光 軸 が 交 わ る 点 を “ レ ー ザ 変 位 計 ” The Laser の 位 置 を 算 出 す る 手 法 に 生 じ に 置 い た レ ン ズ で 結 像 さ せ て ， こ の 方 法 を 示 す ． 動 照 明 法 で は ， 測 定 点 Q の 像 の 位 置 に 変 換 さ れ る た め ， の 位 置 は 計 算 で 導 く こ と が で き る ．

Cha rge c o upl e が 使 用 さ れ る ． レ ー ザ 変 位 計 の 投 光 器 に は 半 導 体 レ

レ ー ザ 変 位 計 の セ ン サ 部 の 構 造 を 示 す ．レ ー ザ 変 位 計 動 照 明 法 で

- 9 -

Q

R

P

P

´

Lens

Laser Beam

Laser Oscillator

Position Sensor

Target Point

図 1-4 2 定 点 動 照 明 法 に よ る 測 量 方 法 （ 出 典 ： 村 上 文 夫 :“ レ ー ザ 変 位 計 ” The Laser Society of Japan 16, p.293 (2005)）

- 10 -

と し ，こ の O を 変 位 測 定 の 基 準 点 と す る ．こ の 基 準 点 O か ら セ ン サ 先 端 ま で の 距 離 が 作 動 距 離 と な る ．レ ー ザ の 光 軸 上 の 測 定 範 囲 P1P2

は ， レ ン ズ 越 し の Positon Sensitive Device（ PSD） 上 で P´1P ´2 に 結

- 11 - 安 定 し て 測 定 す る 場 合 に 使 用 す る ．図 1-6(b) に ，投 光 ビ ー ム を 測 定 面 に 対 し て 垂 直 に 投 光 し ， 対 象 物 か ら の 拡 散 反 射 光 を 受 光 す る 拡 散 反 射 方 式 の 位 置 関 係 を 示 す ． こ の 方 式 は ， 測 定 範 囲 を 広 く と る 場 合 に 使 用 す る ． 本 研 究 で は ， 塗 布 材 の 流 動 制 御 と そ の 評 価 を 行 う た め ， 表 面 に 光 沢 が あ る ガ ラ ス 基 板 や 塗 布 材 料 の 表 面 形 状 を 非 接 触 で 計 測 す る ， レ ー ザ 計 測 技 術 の 開 発 を 行 っ て い る ．

1-1.3

レ ー ザ 加 熱 を 使 用 し た 集 積 回 路 基 板 の 実 装

電 子 機 器 の 軽 薄 短 小 と 軽 量 化 が 進 む に 従 い ， 電 子 デ バ イ ス の 接 合 微 細 化 へ の 要 望 は 高 ま っ て い る ． 一 方 ， 製 品 の 小 型 化 や 低 価 格 の た め ， 電 子 部 品 の 耐 熱 性 能 が 低 下 し て い る ． こ れ ら 電 子 部 品 の 接 合 材 料 に は ， は ん だ 材 や 異 方 性 導 電 体 材 4 )_な ど が ， 用 途 に 合 わ せ て 使 用 さ れ て い る ． 特 に ， 接 合 信 頼 性 が 高 く コ ス ト が 低 い は ん だ 材 が ， 主 流 と な っ て い る ． は ん だ 接 合 は ， 修 正 が ( b ) ( a ) Projection Lens Receiving Lens Projection Lens Receiving Lens

Laser Beam Laser Beam

- 12 - 容 易 な た め ， レ ー ザ 光 や ホ ッ ト エ ア を 使 用 し た リ ワ ー ク 技 術 も 開 発 さ れ て い る 5）_{． 近 年 で は ， 環 境 に 配 慮 し た 鉛 フ リ ー は ん だ 材 料 の 使} 用 が 進 み ， 共 晶 は ん だ よ り も 高 融 点 で の は ん だ 付 け を 行 う 必 要 が あ る ． こ の た め ， 耐 熱 性 能 の 低 い 接 合 箇 所 に よ っ て は ， 局 所 加 熱 で の は ん だ 付 け 方 法 を 検 討 す る 必 要 が あ る ． 図 1-7 に ，電 子 部 品 実 装 分 野 の パ ッ ケ ー ジ 動 向 を 示 す ．軽 薄 短 小 化 で ， パ ッ ケ ー ジ は ペ リ フ ェ ラ ル タ イ プ か ら エ リ ア ア レ イ タ イ プ に 移 行 し て い る ． し か し な が ら ， 実 装 は ん だ 材 の 接 合 状 態 が 容 易 に 検 査 で き ，接 合 部 の 信 頼 性 も 高 い ，ア ウ タ ー リ ー ド の Single Outer Lead Pa c ka ge （ SOP ） や Qua d F l a t Pa c ka ge （ QFP ） は ， さ ら な る 狭 ピ ッ チ 化 が 進 ん で い る ． QFP で は さ ら に 小 型 ・ 低 背 化 を 目 的 と し た Quad Fl a t Non- Le a de d Pa c ka ge （ Q FN） が ， 使 用 さ れ る よ う に な っ て き た ． リ ー ド 形 状 が J 型 に な り ， 接 合 部 を 極 力 パ ッ ケ ー ジ 外 周 に 出 さ な い パ ッ ケ ー ジ 形 状 と な っ て い る ． リ ー ド ピ ッ チ は 0.40 mm， 実 装 時 の 高 さ は 0.65 mm と ， 樹 脂 パ ッ ケ ー ジ 部 分 も 薄 い 6 )_． 図 1-7 電 子 部 品 実 装 分 野 の パ ッ ケ ー ジ IC の 動 向 （ 出 典 :春 田 亮 : “ パ ッ ケ ー ジ 技 術 動 向 ” エ レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌 10 , p.353 ( 2007) ） KGD Bare Chip M o u n te d A re a 1980 1990 2000 2010 2020 DIP SOJ SOP QFJ TCP T-BGA QFP P-BGA(WB) FC-BGA _POP Si-Interposer Wireless Interconnect Optical Interconnect TSV Die Stacking

FBGA Stacked SiP

WL-CSP MEMS Devices 3D-Bare SiP TCP Insert Type ⇨ Surface Mount Type

Peripheral Type ⇨ Area Allay Type

Lead frame Type ⇨

Wafer Level Type Future Generation

Year

- 13 -

図 1-8 に ，薄 型 パ ッ ケ ー ジ を 混 載 し た ，Printed Circuit Board（ PCB） の 一 般 的 な 実 装 工 程 を 示 す ． は ん だ ペ ー ス ト を PCB に ,ス ク リ ー ン 印 刷 で 供 給 し た 後 ， 部 品 搭 載 と 全 体 加 熱 リ フ ロ ー で 表 面 を は ん だ 付 け す る ．そ の 後 ，PCB を 反 転 し ，裏 面 に 部 品 を 接 着 剤 で 固 定 し て 部 品 の マ ウ ン ト を 行 う ． 再 度 PCB を 反 転 さ せ ， デ ィ ス ク リ ー ト 型 部 品 を PCB に 挿 入 し て ， リ ー ド を ク ラ ン チ 成 形 す る ． デ ィ ッ プ 式 は ん だ 漕 ま た は ポ イ ン ト デ ィ ッ プ 漕 で ， 裏 面 部 品 の は ん だ 付 け を 行 う ． こ の 裏 面 側 の は ん だ 付 け で 搭 載 で き な か っ た QFP- I C な ど の 耐 熱 性 能 の 低 い 部 品 は ， 別 途 後 工 程 で は ん だ 付 け を 行 う 7 )_． 図 1-9 に ，実 装 工 程 で 使 用 す る 電 子 部 品 の は ん だ 付 け 方 法 を 示 す ． こ の 方 法 は ， 局 所 加 熱 方 式 と 全 体 加 熱 方 式 に 大 別 さ れ る ． 局 所 加 熱 方 式 は ， レ ー ザ 光 や ホ ッ ト エ ア を 使 用 し た 非 接 触 加 熱 方 式 と ， 抵 抗 加 熱 ツ ー ル や は ん だ ご て を 使 用 し た 接 触 加 熱 方 式 が あ る ． こ の 方 式 で は ， 個 別 に は ん だ 材 の 供 給 が 必 要 に な る ． 全 体 加 熱 方 式 は ， は ん だ 漕 に 浸 け る は ん だ デ ィ ッ プ 方 式 ， ポ イ ン ト デ ィ ッ プ 方 式 ， フ ロ リ ナ ー ト を 使 用 し た ベ ー パ フ ェ ー ズ リ フ ロ ー 方 式 ，エ ア リ フ ロ ー 方 式 ， そ れ に 遠 赤 外 線 リ フ ロ ー 方 式 が あ る ． ど の 方 式 も 一 長 一 短 が あ り ，

Screen Print for Solder Paste Mount Chip Components Mount SOP Components Reflow Soldering

- 17 -

1-1.4

レ ー ザ 計 測 を 使 用 し た デ ィ ス ペ ン ス 塗 布

デ ィ ス プ レ イ は ， 高 度 な 情 報 ネ ッ ト ワ ー ク と 連 携 し ， ヒ ュ ー マ ン イ ン タ ー フ ェ ー ス と し て 進 化 を し て い る ．特 に ，テ レ ビ の 分 野 で は ， 大 型 薄 型 テ レ ビ の 臨 場 感 を い っ そ う 高 め る た め の 高 輝 度 化 ， 高 解 像 度 化 が ， 進 め ら れ て い る ． 世 の 中 の フ ラ ッ ト パ ネ ル デ ィ ス プ レ イ に は ， 液 晶 パ ネ ル デ ィ ス プ レ イ（ Liquid Crystal Display，LCD）や プ ラ ズ マ デ ィ ス プ レ イ パ ネ ル （ Plasma Display Panel ， PDP ）， 電 界 放 電 型 デ ィ ス プ レ イ （ Field E mi s s i on Di s pl a y ， FED） な ど が あ る 1 6 ) , 1 7 )． PDP は プ ラ ズ マ 放 電 に よ る 蛍 光 体 発 光 を 行 う デ ィ ス プ レ イ で あ る 1 8 ) , 1 9 )_{． FED は 電 界 電 子} 放 出 型 デ ィ ス プ レ イ で あ る 2 0 ) , 2 1 )_{．こ れ ら PDP と FED は LCD に 比 べ ，} 輝 度 や 応 答 性 に 優 れ て い る 2 2 )_{． し か し ， 大 型 化 パ ネ ル の 生 産 に は ，} 蛍 光 体 層 の 形 成 が 困 難 で ，生 産 コ ス ト が 高 く ，歩 留 り が 低 い こ と が ， 問 題 で あ っ た 2 3 )_． こ れ ま で ， 蛍 光 体 成 形 工 程 は 蛍 光 体 1 色 ご と に ， 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 供 給 ， 希 釈 溶 剤 の 乾 燥 ， 剥 離 ， 熱 処 理 が 必 要 と な っ て い た ． こ れ は ，赤 ，緑 ，青 の 3 色 を 形 成 す る 際 に ，そ れ ぞ れ 必 要 な 工 程 で あ り ， 3 回 同 じ プ ロ セ ス を 行 う 必 要 が あ る 2 4 )． 図 1-12 に ， 蛍 光 体 ペ ー ス ト を 供 給 す る 方 法 を 示 す ． こ の 方 法 に は ， ス ク リ ー ン 印 刷 2 5 ) , 2 6 ) _{や グ ラ ビ ア 印 刷} 2 7 ) , 2 8 )_{， ス ピ ン コ ー ト} 2 9 )_,

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参 考 文 献

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- 27 -

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31 ）J .H. Le e , S.J . Na , C .D. Yoo, Y. Ki m: “ F a br i c a ti on of L CD c ol or fi l t e r us i ng l a s e r- i nduc e d t he r ma l s pr a y pr i nt i ng” , Se ns . Ac t ua t or s A Phys . 1 48 , pp.45 4- 461 ( 2008) .

32 ）Y.D. Ki m, J .P. Ki m, O.S. K wo n, a nd I .H. Cho, Dy e s , “ The synt he s i s a nd a ppl i ca t i on of t he r ma l l y s t a bl e dye s for i nk- j e t pr i nt e d LCD c ol or fi l t er s ” , Pi gme nt s , 81 , pp.45- 52 ( 2009) .

33 ）D. Le e , W. Wa n g, T. Gut u, C. J e ffr ye s , G.L. Ror r e r, J . J i a o, C. Cha ng: “ B i oge ni c s il i c a ba s e d Zn2Si O4: M n2+ a nd Y2Si O5: Eu3+ phos phor l a ye r s pa tt e r ne d by i nkj e t pr int i ng pr oc e s s ” , J our na l of M a t e r i al s Che mi s t r y, 18 , pp.3 633- 3635 ( 2008) .

34 ）A. Fl a na g a n, A. Co nne e l y, T. J . Gl ynn, G. Lo we : “ La s e r s olde r i ng a nd i ns pe c t i on of fi ne pi t c h el e c t r oni c c o mpone n t s ” , J . M a te r. Pr oc e s s . Te c hnol . 56 , pp.531- 5 41 ( 1996) .

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- 29 -

2-2.1

YAG レ ー ザ 光 の 4 分 岐 光 学 系 の 評 価 方 法

- 30 - 図 2-2 に ，開 発 し た レ ー ザ 光 4 分 岐 光 学 系 の 原 理 と レ ー ザ 光 の 出 力 の 測 定 方 法 を 示 す ． こ の 分 岐 光 学 系 は ， 以 前 に 論 文 掲 載 し た 内 容 を 元 に ， 改 良 を 行 っ た 8 ) , 9 )_{． YAG レ ー ザ 発 振 器 か ら 発 振 し た レ ー ザ} 光 は ，75 %，65 % お よ び 50 % の 透 過 型 ミ ラ ー と 全 反 射 の ミ ラ ー を 使 用 す る こ と で ， レ ー ザ 出 力 を 4 等 分 に 分 割 し た ． ま た ， レ ー ザ 光 が 45 ° で 入 射 す る よ う に ミ ラ ー を 設 置 す る こ と で ，光 軸 に 対 し 90 ° 曲 げ て 分 岐 光 を 取 り 出 し た ． 4 分 岐 し た レ ー ザ 光 は ， レ ン ズ で 集 光 さ せ ， 光 フ ァ イ バ ー に 入 射 し た ．光 フ ァ イ バ ー を 使 用 す る こ と で ，自 在 か つ 搬 送 ロ ス を 抑 え て ， 加 工 点 ヘ ッ ド に レ ー ザ 光 を 供 給 で き た ． こ の 光 フ ァ イ バ ー は ， コ ア 層 の 周 囲 を ク ラ ッ ド 層 と 被 覆 層 で 構 成 さ れ て い る ． 入 射 し た レ ー ザ 光 は ， こ の ク ラ ッ ド 層 の 表 面 を 反 射 し な が ら ， コ ア 層 を 伝 搬 す る ． こ の た め ， 光 フ ァ イ バ ー の 曲 率 径 を 小 さ く し て ゆ く と ， ク ラ ッ ド 層 で の レ ー ザ 光 の 入 射 角 度 が 大 き く な り ， 反 射 時 の ロ ス や 反 射 で き ず 透 過 す る 場 合 が あ る ． こ の 理 由 に よ り ， 光 フ ァ イ バ ー の 最 小 曲 率 径 図 2-2 レ ー ザ 光 4 分 岐 光 学 系 の 構 成 と 出 力 測 定 方 法 Laser Beam Shutter

He-Ne Laser Oscillator

Input Lens

Output Lens Optical Fiber YAG Laser Oscillator

100 % Refection Mirror 50% Transparent Mirror 75 % Transparent Mirror 100 % Refection Mirror 67 % Transparent Mirror He-Ne Laser Beam Beam Shade Adjustment

Laser Power Meter YAG Laser

- 34 -

- 37 - 離 に 対 し ， 都 度 の 補 正 が 必 要 に な る か ら で あ る ． 図 2-7 に ，熱 電 対 に よ る ス キ ャ ン ラ イ ン の 温 度 状 態 を 測 定 す る 方 法 を 示 す ． は ん だ ペ ー ス ト を 供 給 し な い 状 態 で ， 熱 電 対 を QFP-IC リ ー ド と 基 板 パ タ ー ン 間 に 設 置 し ， こ の 位 置 が ず れ な い よ う に ， 熱 電 対 と QFP-IC パ ッ ケ ー ジ を ， 熱 硬 化 樹 脂 で 固 定 し た ． 温 度 プ ロ フ ァ イ ル の 測 定 箇 所 は ，ス キ ャ ン ラ イ ン に お け る ラ イ ン 端 部 (a) と 中 央 部 (b) で あ る ． ラ イ ン 端 部 (a) と 中 央 部 (b) の 温 度 測 定 は ，ス キ ャ ン 周 波 数 ご と に 昇 温 状 態 を 測 定 し た ．測 定 に は ，横 河 電 機 製 の ペ ン レ コ ー ダ 3056 型 を 使 用 し た ． こ の 測 定 箇 所 に ， は ん だ ペ ー ス ト を 供 給 し な い 理 由 は ， は ん だ ペ ー ス ト に よ る レ ー ザ 光 の 吸 収 率 の 変 化 や 接 合 部 で の 熱 容 量 の 変 化 を ， 実 験 結 果 か ら 除 外 す る た め で あ っ た 1 2 )_． 図 2-6 赤 外 線 放 射 温 度 カ メ ラ に よ る ス キ ャ ン ラ イ ン の 温 度 測 定 方 法

Quad Flat Package IC

Print Circuit Board

- 39 - 図 2-2 に 示 す レ ー ザ 光 4 分 岐 光 学 系 の 分 岐 特 性 を 評 価 す る た め ， 図 2-9 に 定 電 圧 の 電 流 を 入 力 し て 発 振 さ せ た レ ー ザ 光 を 分 岐 ，集 光 ， 光 フ ァ イ バ ー で の 搬 送 後 に 集 光 し た レ ー ザ 光 出 力 の 測 定 結 果 を 示 す ． 横 軸 は 設 定 し た 入 力 電 流 値（ A），縦 軸 は 4 分 岐 後 の レ ー ザ 光 出 力 で あ る ． こ の 値 は ， レ ー ザ パ ワ ー メ ー タ PM30 で 20 回 （ 1 分 岐 あ た り 5 回 ） 測 定 値 し た 値 の 平 均 値 と ， ± 3 σ 値 で あ る ．

10

20

30

40

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

Input Electric Current [A]

- 40 - 入 力 電 流 40 A か ら 48 A の 間 で ，レ ー ザ 出 力 が 17.5 W か ら 22 W に 比 例 し ，48 A 以 上 の 出 力 で は ，入 力 電 流 に 対 す る レ ー ザ 出 力 の 上 昇 率 が 低 下 し た ． 4 本 分 割 で の ば ら つ き は ， 出 力 の ±8.5 % 以 内 で あ っ た ． YAG レ ー ザ 発 振 器 は ，ク リ プ ト ン ア ー ク ラ ン プ の 光 を ，YA G レ ー ザ ロ ッ ト に 吸 収 さ せ ， そ の エ ネ ル ギ ー を ポ ン ピ ン グ す る こ と で ， レ ー ザ 光 を 発 振 す る ．こ の た め ，図 2-8 は ，レ ー ザ 発 振 器 の 入 力 電 流 に よ る ク リ プ ト ン ア ー ク ラ ン プ の エ ネ ル ギ ー と ， レ ー ザ 出 力 は 比 例 関 係 に あ る こ と を 示 し た ．

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

40 42 44 46 48 50

L

a

s

e

r

Be

a

m

Po

w

e

r

[W

]

Electric Current [A]

n=20

- 42 - レ ー ザ 光 ス キ ャ ン 速 度 は 200 mm/s ， そ の 時 の ス キ ャ ン ミ ラ ー の 振 幅 周 波 数 は 1 Hz で あ る か ら ，ラ イ ン 端 部 と 中 央 部 の レ ー ザ 光 が 通 過 す る 間 隔 は ， そ れ ぞ れ 1 秒 と 0.5 秒 で あ る ． シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 結 果 ， 端 部 と 中 央 部 と も レ ー ザ 光 の 通 過 時 に 温 度 が 上 昇 し ， 通 過 後 か ら 次 の 通 過 ま で は 温 度 が 下 降 す る こ と を ， 繰 返 し た ． 端 部 と 中 央 部 の 温 度 差 は ， 目 標 10 °C に 対 し 25 °C で あ っ た ． レ ー ザ 光 照 射 時 間 が 経 過 す る に つ れ て ， 1 ス キ ャ ン ご と の 平 均 温 度 は 上 昇 し た ． こ の 結 果 は ， ド ー ナ ツ 型 の ビ ー ム モ ー ド の レ ー ザ 光 で 加 熱 し た 際 の ，温 度 プ ロ フ ァ イ ル と 同 様 の 挙 動 を 示 し た 8 ) , 9）_．

Laser Beam Irradiation Time [s]

- 50 -

- 51 -

参 考 文 献

1 ） Y. Ti a n, C . Wa n g, a nd D. Li u, “ The r ma l me c ha ni c a l be ha vi or of PBG A pa c ka ge dur i ng l a s e r and hot a i r r e fl ow s ol de r i ng” , in El e c t r oni c M a t e r i al s a nd Pa c ka gi ng, 2002. Pr oc e e di ngs of t he 4t h I nt e r na ti ona l Sy mp os i um on, Anony mo us , pp. 29 3- 299 ( 2002) 2 ） J . P. J ung, “ A s t udy on t he s ol de r a bi l it y of Q FP ou t e r l e a d usi ng

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3 ） K. M ur a ka mi , A. Ad a c hi , J . Hi r ot a , O. H a ya s hi , S. Hos hi nou c hi , a nd M . Sa ka o: “ St udy of a La s e r Sol de r i ng Pr oc e s s for Fi ne - Pi t ch Le a ds . ( 2nd Re po r t ) ” , J our na l of t he J a pa n Soc i e t y for Pr e c i s i on

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4 ） Z. Ha n, S. Xue , J . Wa ng, X. Z ha ng, S. Yu, a nd L. Zha ng, “ L a s e r Sol de r i ng of Fi ne Pi t c h QFP D e vi c e s Us i ng Le a d- Fr e e Sol de rs ” , J OU RN A L OF EL E CTR ONI C PAC KA G I NG 131 , pp.021004 1 - 0210045 ( 2009) .

5 ） J . A ma ko, K. U me t s u, H. Na k a o: “ La s e r s ol de r i ng wi t h

l i ght - i nt ens i t y pa t te r ns r e c ons t r uc t e d fro m c o mpu t e r- ge ne rat e d hol ogr a ms ” , Appl . O pt . 40 , pp. 5643- 5649 ( 2001) .

6 ） H. M i ur a , K. I s hi ka wa , K. Ok i no: “ De ve l opme nt of a r e c t a ngul a r dua l - be a m opt i c a l uni t for YA G l a s e r s ol de r i ng of fi ne pi t c h fl a t pa c ka ge I C 's ” , The Re vi e w of La s e r Engi ne e r i ng 17 , pp.46 9- 477 ( 1989) .

7 ） M . Br a ndne r, G. Se i bol d, C. Cha ng, F. Da us i nge r, a nd H. H üge l , “ Sol de r i ng wi t h s ol i d s t a t e a nd di ode l a s e r s : Ene rgy c oupl i ng, t e mpe r a t u r e r i s e , proc e s s wi ndow” , J . L a s e r Appl . 12 , pp.19 4- 199 ( 2000) .

- 52 - I nt e r na ti ona l 2 , pp.269- 276 ( 1988) .

10 ）H. Ka wa s u mi , T. Ar a i : “ St udie s on Sur f a c e Ha r de ni ng wi t h Co2 La s e r ( 2nd Re por t ) On t he E ff e c t of He a t Sour c e Pa t t e r n of

Ga us s i a n a nd Doug hnut Be a m t o t he L a s e r Ha r de ni ng” , J our na l of t he J a pa n Soc i e t y of Pr e c i s i on Engi ne e r i ng 47 , pp. 1470- 1475 ( 1981) [i n J a pa ne s e ].

11 ）H. Ka wa s u mi , T. Ar a i : “ St udie s on Sur f a c e Ha r de ni ng wi t h Co2 La s e r ( 1St Re por t ) On t he E ff e c t of Re c t a ngul a r and M odi fi e d Re c t a ngul a r Sour c e t o La s e r Ha r de ni ng” , J our na l of t he J a pa n Soc i e t y of Pr e c i s i on Engi ne e r ing 47 , pp. 669- 674 ( 1981) [i n J a pa ne s e ].

- 55 - は い な い ． こ の 方 式 を 採 用 す る こ と で ， 0.65 mm ピ ッ チ 100 ピ ン QFP- I C に 必 要 な 塗 布 時 間 は ， 5 秒 が 可 能 と な り ， 全 自 動 ラ イ ン の タ ク ト タ イ ム に 収 ま っ て い る ． デ ィ ス ペ ン ス 方 式 の 塗 布 で は ， 塗 布 ノ ズ ル 内 で の 圧 力 損 失 が 一 定 な た め ， 塗 布 量 は 塗 布 ノ ズ ル と 基 板 の ギ ャ ッ プ 量 ， ノ ズ ル 径 ， 塗 布 速 度 ， 塗 布 圧 力 ， は ん だ ペ ー ス ト の 粘 度 で 決 定 さ れ る ． 図 3-3 に ，塗 布 ヘ ッ ド の 外 観 写 真 を 示 す ．特 に ，ギ ャ ッ プ 量 の 変 化 が ， 塗 布 量 の ば ら つ き に 影 響 を 与 え る こ と を 考 慮 し ， 機 械 式 の 倣 い 機 構 を 塗 布 ヘ ッ ド に 具 備 し た ． ギ ャ ッ プ 量 と ペ ー ス ト 粘 度 が 一 定 に な れ ば ， 塗 布 量 は 塗 布 速 度 と 塗 布 圧 力 で 決 定 で き る と 考 え た ． こ の 制 御 因 子 で あ る 塗 布 圧 力 と 塗 布 時 間 は ， レ ギ ュ レ ー タ ， 電 磁 弁 の 開 閉 時 間 で 数 値 制 御 が 可 能 で あ る ． 本 研 究 で は ， 高 速 度 カ メ ラ で 加 圧 圧 力 ，加 圧 時 間 お よ び 塗 布 量 の 関 係 を 測 定 し た ．具 体 的 に は ， 一 定 時 間 に お け る 吐 出 ペ ー ス ト の 長 さ を 測 定 し ， 単 位 時 間 当 た り の 塗 布 体 積 か ら 塗 布 量 を 算 出 し た ． 高 速 度 カ メ ラ で 長 さ を 計 測 す る 方 法 を 採 用 し た 理 由 は ， 塗 布 さ れ た は ん だ ペ ー ス ト の 質 量 を 高 精 度 に Dispenser Head Dispenser Pressure Controller

Gap Tracing Unit Head Positioning Table along Z axis

PCB

Motion Table along Y axes

Recognition Camera

Motion Table along X axes

- 59 -

図 3-5 QFP-IC リ ー ド 接 合 部 と 樹 脂 パ ッ ケ ー ジ 内 部 の 温 度 測 定 方 法 : (a) ス キ ャ ン ラ イ ン 端 部 の 接 合 部 温 度 , (b) ス キ ャ ン ラ イ ン 中 央 部 の 接 合 温 度 , (c) 樹 脂 パ ッ ケ ー ジ 内 部 の 温 度

Quad Flat Package IC

Print Circuit Board

Infrared Thermal

Imaging Camera

- 65 - 圧 力 が 高 い と 分 離 す る .こ の た め ，は ん だ ペ ー ス ト の 塗 布 ば ら つ き を 低 減 の た め の 施 策 と し て ， ノ ズ ル 径 を 細 く し て 塗 布 圧 力 を 上 げ る 方 法 は 適 さ な い と い え る ． 塗 布 量 制 御 因 子 の ひ と つ に ，塗 布 ノ ズ ル と PCB の 間 隔 制 御 が あ る ． 図 3-12 に ， 考 案 し た 間 隔 を 一 定 と す る 機 械 式 の 倣 い 機 構 を 示 す ． こ の 機 構 は ， 4 方 向 に は ん だ ペ ー ス ト 供 給 す る た め ， 途 中 で 倣 い 機

Dispense Pressure [10

-1

_{MPa ]}

2

3

4

5

6

A = 0.41mm

2

A = 0.21mm

2

A = 0.14mm

2

70

60

50

40

30

20

10

0

S

o

ld

e

r

P

a

s

te

D

is

p

e

n

s

e

A

m

o

u

n

t

[m

g

/

s

]

A : Nozzle Inner Sectional Area

- 66 - 構 の 位 置 を 180 ° 変 更 す る 回 転 機 構 を 設 け ， 塗 布 し た は ん だ ペ ー ス ト を 倣 い 機 構 が 通 過 し な い よ う ， 外 周 を 倣 い 棒 が 走 行 す る ． 機 構 の 制 約 か ら ， 塗 布 ノ ズ ル と 倣 い 機 構 の 距 離 は 10 mm と し た ． こ の 機 械 式 倣 い 機 構 に よ る 倣 い 精 度 は ， ±0.5 mm で あ っ た ． こ の 制 御 に よ る は ん だ ペ ー ス ト の ば ら つ き 量 は ， 0.65 mm ピ ッ チ 100 ピ ン QFP- I C の 必 要 は ん だ 量 に 対 し ，許 容 で き る 範 囲 で あ る ．こ の 方 式 は ， 塗 布 ヘ ッ ド に 設 け た ， 倣 い 棒 が 基 板 に 接 触 す る た め ， 摩 擦 に よ る 不 純 物 の 発 生 や 走 査 速 度 が 上 げ ら れ な い と い っ た 問 題 が あ っ た ． 今 後 は ， レ ー ザ 光 に よ る 非 接 触 計 測 を 検 討 す る 必 要 が あ る と 考 え る ． 図 3-13 に ， 0.65 mm ピ ッ チ 100 ピ ン QFP-IC の リ ー ド 4 本 を は ん だ 付 け し た 際 の ， レ ー ザ 光 径 と は ん だ 付 け 時 間 の 関 係 の 測 定 結 果 を 示 す ．横 軸 は レ ー ザ 光 径（ mm），縦 軸 は は ん だ 付 け 時 間（ s）で あ る ． 測 定 方 法 は ， 停 止 し た 20 W 出 力 の レ ー ザ 光 を リ ー ド 4 本 分 の 接 合 箇 所 に 照 射 し ， 目 視 で は ん だ 付 け 終 了 を 確 認 し た ． PCB の 接 合 図 3-12 塗 布 ヘ ッ ド の 機 械 式 倣 い 機 構 の 構 成

Tracing Head

Dispenser Nozzle

- 68 - ッ ケ ー ジ に も 熱 影 響 が 懸 念 さ れ る と 考 え ら れ る ． こ の こ と か ら ， 接 合 部 の 加 熱 に は ， 接 合 部 の 寸 法 に 合 わ せ た 適 正 な レ ー ザ 光 径 の 選 定 が 必 要 と い え る 2 ) , 6 )_． 図 3-14 に ， レ ー ザ 照 射 エ ネ ル ギ ー と は ん だ 付 け 時 間 の 関 係 を 測 定 し た 結 果 を 示 す ． は ん だ 付 け 条 件 は ， 0.65 mm ピ ッ チ 100 ピ ン QFP- I C の 1 リ ー ド 当 た り に ， 0.83 mg の は ん だ ペ ー ス ト を 供 給 し ， 4 mm の レ ー ザ 光 径 を 40 H z で ス キ ャ ン し た ． レ ー ザ 照 射 エ ネ ル ギ ー は ， 20 W， 26 W， 30 W， 38 W と し ， 10 回 の 測 定 を 行 っ た ． は ん だ 付 け 時 間 は ， カ メ ラ 映 像 を 拡 大 し ， 目 視 で は ん だ 材 の 溶 融 状 態 を 確 認 し て 判 定 し た ． 横 軸 に レ ー ザ 照 射 エ ネ ル ギ ー （ W） を ， 縦 軸 に は ん だ 付 け 時 間 （ s） を 示 す ． レ ー ザ 照 射 エ ネ ル ギ ー を 20 W か ら 40 W に 上 げ る と ， は ん だ 付 け 時 間 は 6 秒 か ら 3 秒 に 短 縮 さ れ た ． こ れ は ， 接 合 部 に 供 給 し た は ん だ ペ ー ス ト が ， レ ー ザ 照 射 エ ネ ル ギ ー を 吸 収 し た た め と 考 え る ．

10

20

30

40

3

4

5

6

2

Laser Beam Power per Line [W]

- 75 - N= 12 M e a s ur e me nt Poi nt 1 2 3 4 Ave r a ge (µ m ) - 7.25 - 10.00 12.12 7.33 3 σ (µ m ) 11.47 17.95 9.27 7.30 M a x (µ m ) - 1.00 - 4.00 19.50 11.00 M i ni mu m (µ m ) - 15.00 - 24.50 7.50 12.00 得 ら れ た 実 験 結 果 か ら ， ± 50 µ m 以 内 の ば ら つ き を 持 つ 部 品 の マ ウ ン ト 精 度 よ り も 位 置 ず れ が 低 減 さ れ た の は ， セ ル フ ア ラ イ メ ン ト に よ る 位 置 精 度 向 上 の 効 果 が あ っ た と 考 え ら れ る ． 図 3-20 に ， 接 合 部 の 信 頼 性 評 価 の た め ， 接 合 強 度 を 測 定 し た 結 果 を 示 す ． 横 軸 に TCT の 期 間 （ 回 数 ） を ， 縦 軸 に 接 合 強 度 （ N） を 示 す ． 表 3-1 加 圧 に よ る QFP-IC と PCB パ タ ー ン の 位 置 ず れ 量 測 定 結 果

29.4

19.6

0 20 100

500

1000

9.8

Thermal Cycle Test [cycle]

- 82 -

参 考 文 献

1 ） J . P. J ung, “ A s t udy on t he s ol de r a bi l it y of Q FP ou t e r l e a d usi ng Nd: YA G l a s e r ” , M e ta l s a nd M a t e r i al s 5 , pp.317- 3 21 ( 1999) . 2 ） A.Fl a na ga n, A. Con ne e l y, T. J . Gl ynn, G. Lo we : “ La s e r s olde r i ng

a nd i ns pe c t i on of fi ne pi t c h el e c t r oni c c o mpone n t s ” , J . M a te r. Pr oc e s s . Te c hnol . 56 , pp.531- 5 41 ( 1996) .

3 ） K. M ur a ka mi , A. A da c hi , J . Hi r ot a , O. Ha ya s hi , S. Hos hi n ouc hi , M . Sa ka o: “ St udy of a La s e r Sol de r i ng Pr oc e s s for Fi ne - Pi t ch Le a ds . ( 2nd Re po r t ) . De ve lop me nt of t he Hi gh Spe e d Sol de r i ng Pr oc e s s by a Ne w Be a m- Sc a nni ng Te c hni que ” , J our na l of t he J a pa n Soc i e t y for Pr e c i s i on Engi ne e r ing 60 , pp. 713- 717 ( 1994) [i n J a pa ne s e ].

4 ） We b [ht t p: / / t os hi ba .se mi c on- s t or a ge .c om/ j p/ de s i gn- s uppor t / re l i a bi li t y/ de vi c e /t e s t i ng/t e st i ng1/ 1271174.ht ml ]

5 ） E. Se me r a d, L. M us i e j ovs ky, a nd J . Ni c o l i c s , “ La se r s ol de r ing of s ur fa c e - mount e d de vi c e s for hi gh- r e l iabi l i t y a ppli c a t i ons ” , J . M a t e r. Sc i . 28 , p p.5065- 50 69 ( 1993) .

6 ） M . Br a ndne r, G. Se i bol d, C. Cha ng, F. Da us i nge r, H. H üge l : “ Sol de r i ng wi t h s ol i d s t a t e a nd di ode l a s e r s : Ene rgy c oupl i ng, t e mpe r a t u r e r i s e , proc e s s wi ndow” , J . L a s e r Appl . 12 , pp.19 4- 199 ( 2000) .

7 ） Z. H AN, S . XU E, J . WA NG, X . ZH AN G, L. Z HA N G, S. Y U, W. H ui : “ M e c ha nic a l pr ope rt i e s of QF P mi c r o- joi nt s s ol de r e d wi t h l e a d- fr e e s ol de r s usi ng di ode l a s e r s ol de r i ng t e c hnol ogy” , Tr a ns a c t i ons of Nonfe r r ou s M e t a l s Soc i e t y of Chi na 18, pp.814- 81 8 ( 2008) .

8 ） M . I na ba , M . Ho mm a , K. Te j i ma , S. Hi r a o, T. Sa k ur a i : “ Eff e c t s of Fe , Ni a nd on r e a c t ion di ffus i on a t s ol de r / Cu- ba se - a l l oys int e r fa c e ” , The J a pa n I ns t i t ut e of M e t a l s a nd M a t e ri a l s 48 , pp.863- 870 ( 1984) . 9 ） H. Ya ma d a , K. Oga wa : “ El e c tr oni c J ourna l ” , R& D Re vi e w of

- 86 -

AD

∆

K

V

_Z

=

_V

×

・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (4-1) こ こ で ，

V

_Zは Ｚ 軸 の 速 度（ mm/s），

K

_V は フ ィ ー ド バ ッ ク ゲ イ ン ，

∆

AD

は ギ ャ ッ プ 目 標 値 に 対 す る 誤 差（ V）で あ る ．ガ ラ ス 基 板 を 125 mm/s で 走 査 し た 際 に ，選 定 し た レ ー ザ 変 位 計 の 計 測 出 力 で Z 軸 の ギ ャ ッ プ 制 御 精 度 を 実 現 す る ， フ ィ ー ド バ ッ ク ゲ イ ン を 測 定 し た ． ギ ャ ッ プ 量 は ， 30 µ m を 設 定 し た ．

4-2.3

塗 布 断 面 測 定 装 置 と 測 定 方 法

図 4-3 に ，こ の デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 装 置 で 塗 布 し た ，蛍 光 体 ペ ー ス ト の 塗 布 断 面 測 定 装 置 を 示 す 4 ) , 5 )_{． こ の 測 定 装 置 に は ， キ ー エ ン ス} 製 の レ ー ザ フ ォ ー カ ス 変 位 計 LT-8100 を 搭 載 し ，蛍 光 体 ペ ー ス ト の 表 面 厚 さ を ， 計 測 分 解 能 ±0.1 µ m で 測 定 し た ． 蛍 光 体 ペ ー ス ト は ， 溶 剤 で 蛍 光 体 粒 子 を ペ ー ス ト 状 に し て い る た め ， 塗 布 直 後 の 表 面 に は 光 沢 が あ る ． こ の た め ， レ ー ザ フ ォ ー カ ス 変 位 計 の 測 定 方 式 は ， 正 反 射 方 式 を 選 定 し た ． こ の 方 式 は ， レ ー ザ 光 を 照 射 し た 物 体 か ら の 正 反 射 光 を 直 接 受 光 し ， 測 定 す る ． こ れ は ， 表 面 に 光 沢 の あ る 対 象 物 に レ ー ザ 光 を 絞 っ て 測 定 す る 方 式 で あ る ． ま た ， こ の 測 定 装 置 に は ， キ ー エ ン ス 製 の デ ジ タ ル マ イ ク ロ ス コ ー プ VHX-700F を 搭 載 し ， 塗 布 状 態 を 観 察 可 能 と し た ．

Computer

Monitor

Measurement Controller

Positioning

Table along

Z axis

Laser Displacement

Gauge

Motion Table

along X and

Y axes

Digital Microscope Camera

- 87 - 図 4-4 に ，レ ー ザ 変 位 計 を 使 用 し た ，蛍 光 体 ペ ー ス ト の 厚 さ 測 定 の 方 法 を 示 す ．こ れ は ，図 4-2 の 測 定 部 の 詳 細 図 で あ る ．測 定 し た 値 か ら ， 次 の 区 分 求 積 の 式 で 断 面 積 を 算 出 し た ．

(

) ( ) ( )

+

=

−

∑

(

( ) ( )

+

)

∑

−

=

= − − = n k k k k k n k

b

f

b

f

n

a

b

n

b

f

b

f

a

b

A

1 1 1 1

2

2

・ (4-2) こ こ で ，

b

−

a

は 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 幅 （ µ m），

n

は 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 厚 さ 測 定 回 数 ， f

( )

b_k は

b

_k 地 点 で の 変 位 計 に よ る 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 厚 さ（ µ m）で あ る ．蛍 光 体 ペ ー ス ト の 幅 は ，デ ジ タ ル マ イ ク ロ ス コ ー プ VHX-700F で ， 随 時 測 定 し 確 認 し た ． 図 4-5 に ，正 反 射 式 レ ー ザ 変 位 計 の 走 査 方 向 と ，レ ー ザ 照 射 方 向 の 組 み 合 わ せ に よ る ， 測 定 値 の 評 価 方 法 を 示 す ． (a) は 塗 布 断 面 に 対 し ， 直 角 方 向 に レ ー ザ 光 を 照 射 し な が ら 断 面 を 計 測 し た ． (b) は 塗 布 断 面 に 対 し ， 平 行 方 向 に レ ー ザ 光 を 照 射 し な が ら 断 面 を 計 測 し た ． 被 塗 布 体 に は ， 経 時 変 化 が 少 な い 粘 度 60 Pa· s の シ ー ル 材 を 使 用 し た ． こ の 断 面 積 の 測 定 精 度 を 評 価 す る た め ， 評 価 の 指 標 と な る 断 面 積 は ， 2 枚 の ガ ラ ス 基 板 で 挟 み 込 ん で 広 げ た 塗 布 材 料 の 広 が り 面 積 と ガ ラ ス 基 板 の ギ ャ ッ プ 量 か ら 体 積 を 求 め ， そ れ を 元 に 算 出 し た ． こ の 算 出 し た 値 と ， 塗 布 断 面 測 定 装 置 に 搭 載 す る レ ー ザ 変 位 計 の 走 査 方 向 と レ ー ザ 照 射 方 向 の 組 み 合 わ せ で 得 ら れ た 値 を 比 較 評 価 し た ．

Glass Substrate

Laser Beam

Laser Displacement Gauge

- 88 -

4-2.4

塗 布 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 方 法

図 4-6 に ，デ ィ ス ペ ン サ 塗 布 装 置 の 加 工 点 の 構 成 を 示 す ．こ の デ ィ ス ペ ン サ 塗 布 は ， 塗 布 ノ ズ ル を 介 し ， 圧 力 ， ノ ズ ル 内 径 ， ノ ズ ル と 塗 布 基 板 の ギ ャ ッ プ を パ ラ メ ー タ と し た ． こ の 装 置 か ら 塗 布 さ れ る ， 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 断 面 積 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う 式 を ， 次 に 求 め た 6 )_． こ の 塗 布 ノ ズ ル か ら 塗 布 す る 際 の ，圧 力 損 失 の 合 計 ∆Pは ，塗 布 ノ ズ ル の 半 径 方 向 の 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

₁ と ， 塗 布 ノ ズ ル 内 の 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

₂ の ， 和 で 表 せ ら れ る ． 塗 布 ノ ズ ル の 半 径 方 向 の 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

₁ は ，2 枚 の 平 行 円 板 の 隙 間 を 放 射 状 に 流 れ る 流 量 Q の 式₁ か ら 求 め る こ と が で き る ．ま た ，ノ ズ ル 内 の 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

₂ は ， ノ ズ ル 内 部 の 圧 力 損 失 を 示 す Hagen Poiseuille の 式 か ら 求 め る こ と が で き る ． 以 上 か ら

∆

P

は ， 次 の (4-3) 式 で 与 え ら れ る ．

π

d

L

Q

µ

G

π

d

a

log

Q

µ

P

∆

P

∆

P

∆

e

















+













=

+

=

4 1 1 1 3 1 1 2 1

128

6

・ ・ ・ (4-3)

Laser Displacement Gauge

- 89 - こ こ で ，

µ

は 塗 布 材 料 の 粘 性 係 数（ Pa· s），

a

は 塗 布 幅（ mm），

d

₁ は 塗 布 ノ ズ ル の 内 径 （ mm），

L

₁ は 塗 布 ノ ズ ル の 長 さ （ mm），Q は₁ 塗 布 ノ ズ ル か ら 広 が る 塗 布 体 積 （ mm3_）， G は 塗 布 ノ ズ ル と ガ ラ ス 基 板 の ギ ャ ッ プ 量 （ mm） で あ る ． ( 4- 3) 式 か ら ，デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 装 置 の 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

は 塗 布 ノ ズ ル か ら 広 が る 塗 布 体 積

Q

₁ に 依 存 す る と い え る ． 一 方 ， 塗 布 ノ ズ ル か ら 広 が る 塗 布 体 積

Q

₁ は ， 塗 布 後 の 断 面 積 と 塗 布 速 度 か ら 次 式 で 与 え ら れ る ．

AV

Q

₁

=

・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (4-4) こ こ で ，

A

は 塗 布 後 の ペ ー ス ト 断 面 積 （ mm2_）， V は 塗 布 テ ー ブ ル の 移 動 速 度 （ mm/s） で あ る ． 塗 布 ペ ー ス ト は 塗 布 後 に 大 気 圧 力 下 と 同 じ と な る た め ， 圧 力 損 失 の 合 計

∆

P

は ， デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 装 置 の 圧 力 と 同 じ に な る と 考 え る ． こ の 関 係 か ら 塗 布 後 の 断 面 積 は ， 次 の (4-5) 式 で 与 え ら れ る ． Inner Diameter (d₁) Dispenser Nozzle Dispenser Pressure (P) Fluorescent Paste Nozzle Length (L₁) Gap (G) （Viscosity Coefficient (µ) Cross-Sectional Area (A)

Table Scan Speed (V) Outer

Diameter (D)

Paste Width (a)

- 93 -

4-3.3

塗 布 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 お よ び 考 察

図 4-10 に ， シ ン グ ル ノ ズ ル で の デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 に お け る ，ノ ズ ル 内 径 ， デ ィ ス ペ ン ス 圧 力 ， ノ ズ ル と ガ ラ ス 基 板 の ギ ャ ッ プ 量 ， 塗 布 断 面 積 の 関 係 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 結 果 を 示 す ． こ こ で ， デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 装 置 の 安 定 塗 布 条 件 を 検 討 し た ． こ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に は ， (4-5) 式 を 使 用 し ， デ ィ ス ペ ン ス 塗 布 速 度 は 125 mm/s， 蛍 光 体 ペ ー ス ト の 粘 性 係 数 は 45 Pa· s， ノ ズ ル 長 さ は 0.05mm に 設 定 し た ． ま た ， ノ ズ ル 内 径 は 0.12 mm， 0.14 mm， 0.16 mm の 3 種 類 に 設 定 し た ．横 軸 は ギ ャ ッ プ 量（ µ m），縦 軸 は 塗 布 断 面 積（ µ m2_{）で あ} る ． 目 標 の 塗 布 断 面 積 は ，2050 µ m2 と し た ．こ れ は ，蛍 光 体 ペ ー ス ト の 厚 さ を 15.8 µ m ， ペ ー ス ト 内 の 蛍 光 体 材 含 有 量 55 % ， 塗 布 幅 130 µ m と し た 場 合 ， ( 4- 6) 式 か ら 算 出 し た 塗 布 断 面 積 で あ る ． シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 結 果 か ら ，蛍 光 体 ペ ー ス ト の 断 面 積 が 2000～ 2 1 5 0 µ m2 の 間 で ， ギ ャ ッ プ 量 の 変 動 影 響 は 小 さ い こ と を 確 認 し た ． 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 C ro s s S e c ti on al A re a [ µ m 2]

Dispenser Pressure [10-1_MPa]

- 97 -

参 考 文 献

1 ） P. St oke s : “ Aut o ma t e d di s pe ns i ng i n s ur fa c e mount a s s e mbl y” , As s e m. A ut o m. 16 , pp.30- 30 ( 1996) .

2 ） X. Zha ng, I . Todo: “ Cont r ol of Se a l i ng Robot Us i ng Se a m Pos i t i on De t e c t i on M e t hod Ba s e d on I nt e gr a ti on of Ra ng e a nd Gr a y- Sc a l e I ma ge s ” , Tr a ns . J pn. Soc . M e c h. Eng. Se r. C 60 , pp.3 130- 3137 ( 1994) [i n J a pa ne s e ].

3 ） E. Duqi , M . Boc c hi , L. Gi ul i a ne l l i , N. Pe c or a r i , E.F. Sc a r s e l l i , R. Gue r r i e r i ,: “ Fa s t c a l i br a ti on of a di s pe ns e r noz z l e for de l i ve r y of mi c r odr op l e t s ove r a fl e xi bl e s ubs t r a t e” , Se ns . Ac t ua t or s A Phy s . 168 , pp.3 20- 327 ( 2011) .

4 ） E.A. Chi nnov, E. N. Sha t s ki i , O.A. Ka bov: “ Evol ut i on of t he Te mpe r a t ur e Fi e l d a t t he Thr e e - Di me ns i ona l Wa ve Fr ont i n a He a t e d Li qui d Fi l m” , Hi gh Te mp. 50 , pp.98- 10 5 ( 2012) .

5 ） T. M ogi , K. Ha t a ke ya ma , T. Ta guc hi , H. Wa ke , T. Ta na a mi , M . Hos oka wa , T. Ta na k a , T. M a t s una ga : “ Re a l - ti me d e t e c t i on of D NA hybr i di z a ti on on mi c r oa r r a y us i ng a CC D- ba s e d i ma gi ng s ys t e m e qui ppe d wi t h a r ota t e d mi c r ol e ns a r ray di s k” , Bi os e ns . Bi oe l e c t r on. 26 , pp.19 42- 1946 ( 2011) .

- 110 -

参 考 文 献

1 ） A. Ni wa , T. At s u mi , K. I na gu ma , T. Ok a mot o, K. No mur a , a nd H. Oku mur a : “ A 17- i n hi gh r e s olut i on DC pl a s ma di s pl a y” ， The J our na l of t he I ns t i tut e of Te l e vi s i on Engi ne e r s of J a pa n 44 , pp.571- 57 7 ( 1990) .

2 ） We b [ht t p: / / www.pa t e nt j p.c om/ 1 6/ V/ V 100310/ D A10001.ht ml ]. 3 ） P. Va uda i n e , R. M e y e r : “ 'M i c r ot i ps ' fl uo r e s c e nt dis pl a y” ， i n

Anony mo us , pp. 19 7- 200 ( 1991) .

4 ） D. M oon, D.J . I m, S . Le e , I .S. Ka ng: “ A nove l a ppr oa c h for

dr op- on- de ma nd a n d pa r t i c l e e nc a ps ul at i on ba s e d on l i qui d br i dge br e a kup” ， Exp. T he r m. Fl ui d Sc i . 53 , pp.251- 25 8 ( 2014) .

5 ） E. Li t bor n, M . St j e r ns t r öm, J . Roe r a a de : “ Na nol i te r Ti t r a t i on Ba s e d on Pi e z oe l e c t r i c Dr op- on- De ma nd Te c hn ol ogy a nd La s e r- I nduc e d Fl uor e s c enc e De t e c t i on” , Ana l .Che m 70 , pp.4847- 4852 ( 199 8) . 6 ） G. Li , J . L i n: “ Re c e nt pr ogr e ss i n l ow- vol t a ge c a thodol u mi ne s c e nt

ma t e r i a l s : s ynt he s i s, i mpr ove me nt a nd e mi s s i on pr ope r t i e s” , Che m. Soc . Re v. 43 , pp.70 99- 7131 ( 2014) .,

7 ） B.H. Che o ng, V. Di e p, T. W. N g, O. W. L i e w: “ Tr a ns pa r e nc y- ba s e d mi c r opl a t e s for fl uo r e s c e nc e qua nt i fi c a t ion” , Ana l . Bi oc he m. 422 , pp.39- 45 ( 2012) .

8 ） J . Wa ng , Y. Zho u, H. Qi u, H. Hua ng, C . Sun, J . Xi , Y. H u a ng: “ A c hi p- t o- c hi p na nol i te r mi c r ofl ui di c di s pe ns e r ” , La b Chi p 9 , pp.1831- 1 835 ( 2009 ) .

9 ） C. Ue ma t s u, I . M a ki no, T. M a t s una ga , K . Ha r a da : “ An Aut o ma t e d Li qui d Ha ndl i ng Sys t e m for P ol y me r a s e Cha i n Re a c t i on Sa mpl e Pr e pa r a t i on” , J . Bi o s c i . Bi oe ng. 97 , pp. 432- 435 ( 2004) .

- 111 -

- 126 - ド か ら マ ル チ ノ ズ ル ユ ニ ッ ト を 着 脱 す る た め ， マ ル チ ノ ズ ル ユ ニ ッ ト 間 の 相 対 位 置 を 決 め る 機 能 も 必 要 で あ る ． こ の 技 術 は イ ン ク ジ ェ ッ ト 塗 布 な ど の ヘ ッ ド 管 理 技 術 を 応 用 展 開 す る こ と で ， 量 産 適 用 が 可 能 と な る と 考 え ら れ る ． FED は ， 電 界 印 加 で 放 出 さ れ る 電 子 の 方 向 を 制 御 す る ． こ の 電 子 の 放 出 方 向 は ， ア ノ ー ド と カ ソ ー ド の 間 に 設 置 し た ス ペ ー サ で 制 御 を 行 う た め ， 高 抵 抗 値 の ス ペ ー サ が 必 要 で あ る ． 実 用 例 で は ， 幅 50 µ m， 厚 さ 160 µ m の 形 状 で ， 9.6 × 101 1Ω / mm2 の 高 抵 抗 体 構 造 の ス ペ ー サ と し た ． こ の た め ， BM の 開 口 部 を 覆 う 部 分 の み に 蛍 光 体 層 を 形 成 し ， 形 成 後 に ス ペ ー サ を 設 置 す る こ と で ， ス ペ ー サ の 清 浄 度 は 維 持 が 可 能 と な っ た 7 )_. 開 発 し た 蛍 光 体 層 の 露 光 プ ロ セ ス は ， BM 開 口 部 を 通 し て 裏 面 露 光 す る た め ， 剥 離 後 は BM 開 口 部 の み に 蛍 光 体 層 を 形 成 し た ． ま た 厚 さ は ， ギ ャ ッ プ 制 御 下 で の 蛍 光 体 ペ ー ス ト 塗 布 プ ロ セ ス と 蛍 光 体 含 有 率 で 決 定 し た ． こ れ ら 別 々 の プ ロ セ ス で 制 御 が 可 能 で あ っ た た め ， シ ン グ ル ノ ズ ル か ら マ ル チ ノ ズ ル ユ ニ ッ ト へ の プ ロ セ ス 展 開 が 可 能 と な っ た ． 課 題 で あ っ た 多 数 同 時 塗 布 の 量 産 化 は ， こ の マ ル チ ノ ズ ル ユ ニ ッ ト を 組 み 合 わ せ た マ ル チ ノ ズ ル ヘ ッ ド で ， 量 産 の 可 能 性 を 見 出 し た ． 厚 膜 蛍 光 体 層 を 使 っ た FED は ，高 品 質 ，ハ イ コ ン ト ラ ス ト ，広 視

Head Scanning Direction Multi-Nozzle Unit

Glass Substrate Dispensed Paste Multi-Nozzle Head