專利名稱：用壓電微涂布法形成印刷電路板的結(jié)構(gòu)的制作方法
本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/295118和美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/295100的優(yōu)先權(quán)，前者在2001年7月1日遞交，題為“通過(guò)將液體涂布在襯底上的方法形成微結(jié)構(gòu)”，后者在2001年7月1日遞交，題為“采用將液體壓電涂布在襯底上的方法形成印刷電路板結(jié)構(gòu)，”其中各個(gè)申請(qǐng)已作為參考文獻(xiàn)包含在本文中。
發(fā)明的討論本發(fā)明涉及在印刷電路板襯底上涂布流體材料，采用壓電微涂布法(PMD)涂布，涂布時(shí)以可控量的方式涂布，由此制造和形成微結(jié)構(gòu)。
近十多年間，廠商已經(jīng)研究出各種用來(lái)在襯底例如印刷電路板上形成微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這些制造技術(shù)中的大多數(shù)技術(shù)要實(shí)施起來(lái)成本是相當(dāng)高的，而且還需要進(jìn)行大量生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上才是合算的。
具體是，制造電路板的電路需要很多工藝。在開(kāi)始時(shí)，需要在鍍銅的玻璃纖維襯底上涂上光阻材料。然后將具有孔眼的掩模或者模板放在光阻材料上，僅露出需要形成電路的那部分板。然后用紫外光照射該光阻材料，使露出的光阻材料凝固和硬化。接著用混合劑沖洗該襯底，除去還沒(méi)有硬化的所有光阻材料，由此露出選擇的襯底表面部分。然后將襯底放在酸性腐蝕浴中，一是除去沒(méi)有由光阻材料覆蓋的銅，二是除去已凝固的光阻材料。這樣便只留下對(duì)應(yīng)于原來(lái)掩模孔眼的銅電路。
現(xiàn)有電路板制造方法的另一問(wèn)題是要組裝電阻器，這種電阻器對(duì)于使用的電路板構(gòu)造是必需的。特別是，電阻器雖然通常很小，但是它仍能增加整個(gè)電路結(jié)構(gòu)的體積，因此限制了實(shí)際電路的微型化和實(shí)用結(jié)構(gòu)。另外，電阻器一般焊接在印刷電路板的表面上，這又需要增加另外的生產(chǎn)步驟。因此，制造印刷電路板需要很多步驟，成本高，特別在只需要生產(chǎn)一個(gè)樣板或者少量電路板時(shí)。
本發(fā)明涉及用壓電微涂布(PMD)工藝在襯底上形成結(jié)構(gòu)。該P(yáng)MD工藝采用PMD裝置，該裝置包括一個(gè)PMD頭，在制造電子學(xué)部分的制造工藝中，用該頭將流體材料涂布在襯底上。本發(fā)明的PMD制造工藝能夠以很高的準(zhǔn)確度將流體材料涂布在襯底上。該P(yáng)MD頭連接于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，以便精確地將流體材料的小滴涂布在襯底的選定位置。本發(fā)明的PMD系統(tǒng)可以用在需要防止污染的高純室環(huán)境中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的PMD工藝可用來(lái)制造印刷電路板和在印刷電路板上形成的各種構(gòu)件。
例如，本發(fā)明的PMD工藝可將流體材料涂布形成圖案，該材料的作用可以代替光阻材料。這種已形成圖案的材料可以容易地用作在隨后操作中的掩模，不需要涉及光刻法所需要的凝固和選擇性除去等許多操作步驟。另外，可以用PMD工藝在襯底上直接形成電路，并在印刷電路板上形成電阻器。而且作為制造工藝的一部分可以在印刷電路板上印刷電路板板本或者圖像例如商標(biāo)。
本發(fā)明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，該P(yáng)MD工藝可以與計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)聯(lián)用，可以用來(lái)制作樣板或者少量的印刷電路板，而不需要太高的成本。
本發(fā)明還可以擴(kuò)展應(yīng)用到各種技術(shù)中，這些技術(shù)與PMD頭相結(jié)合可以得到很高的準(zhǔn)確度，或者能夠形成微結(jié)構(gòu)。例如，采用具有數(shù)碼照相機(jī)的自準(zhǔn)直裝置可以調(diào)節(jié)和選擇襯底和PMD頭之間的相對(duì)位置。為了準(zhǔn)確地涂布可控量的流體材料，可利用數(shù)碼照相機(jī)或者其它光學(xué)傳感器來(lái)分析由PMD頭噴頭產(chǎn)生的液滴角和液滴體積。為了對(duì)液滴體積和液滴角的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)和準(zhǔn)確地在襯底上形成結(jié)構(gòu)，可以采用微時(shí)鐘脈沖法來(lái)增加瞬時(shí)分辨率，采用這種脈沖法可控制PMD頭的噴頭。該P(yáng)MD系統(tǒng)可以使襯底沿各個(gè)方向相對(duì)于PMD頭運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，其上放置襯底的工作臺(tái)可以沿x和y方向運(yùn)動(dòng)，從而可以在襯底上形成二維或者三維結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，該P(yáng)MD裝置可以在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和/或者沿一條直線方向運(yùn)動(dòng)。
為了形成各種各樣的結(jié)構(gòu)，可以采用本發(fā)明的具有若干個(gè)頭的PMD系統(tǒng)，將不同的流體涂布到襯底上。在襯底上涂上流體材料以后，該P(yáng)MD系統(tǒng)還可以加熱該P(yáng)MD頭或者襯底，并調(diào)節(jié)空氣流量，控制流體的干燥和固化。
根據(jù)流體材料的特性和要形成的結(jié)構(gòu)，可以使下面說(shuō)明的一些特征和所有特征與用PMD頭涂布流體材料的基本工藝聯(lián)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的PMD技術(shù)可以大大減化制造工藝，并降低成本。這樣便使得制造少量各別裝置的制造運(yùn)營(yíng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。從以下的說(shuō)明和附圖可以明顯看出本發(fā)明的這些和其它特征，或者通過(guò)隨后說(shuō)明的本發(fā)明實(shí)施方法可以理解這些和其它特征。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的上述和其它的優(yōu)點(diǎn)和特征，下面參照其特定實(shí)施例，更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，這些特定實(shí)施例例示在附圖中。應(yīng)當(dāng)看到，這些附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此，這些附圖不能認(rèn)為限制了本發(fā)明的范圍。下面參考附圖更加具體和詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，這些附圖是

圖1是本發(fā)明PMD系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2是圖1所示PMD系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3是圖1所示PMD系統(tǒng)的前視圖；圖4是圖1所示PMD系統(tǒng)的頂視圖；圖5示出安裝架一個(gè)實(shí)施例的透視圖，該安裝架用于將圖1所示PMD系統(tǒng)的PMD頭連接于PMD頭支承件；圖6示出圖5所示安裝架的側(cè)視圖，該安裝架連接于PMD頭支承件上，該安裝架包括流體制造輸送系統(tǒng)和溶劑輸送系統(tǒng)的管道；圖7示出圖6所示安裝支架和PMD頭支承件的側(cè)視圖，在該圖中，PMD頭已經(jīng)裝在安裝支架上，而且管道已經(jīng)連接于該P(yáng)MD頭；圖8示出本發(fā)明PMD系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例包括可以控制PMD系統(tǒng)和各種部件的計(jì)算機(jī)；
圖9示出圖7所示安裝架、PMD頭和PMD頭支承件，在此圖中，安裝架和PMD頭已在PMD頭支承件上轉(zhuǎn)過(guò)90°；圖10示出PMD系統(tǒng)的頭部覆蓋站，該站包括托盤(pán)、可伸出的支承件和浸泡容器；圖11示出?？空镜那耙晥D，該?？空居糜谠诓皇褂闷陂g固定PMD頭，并用于將流體制造材料輸送到壓力敏感和壓力可控的工作袋中；圖12示出圖11所示?？空镜膫?cè)視圖；圖13示出圖11所示停靠站的前視圖，圖中PMD頭固定在?？空局?；圖14示出PMD頭支承件的一個(gè)實(shí)施例，該支承件包括直線空氣墊組件；圖15示出PMD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例包括許多固定在直線空氣墊組件上的PMD頭支承件。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及以量和位置可控的方式在襯底上壓電微涂布(PMD)液體制造材料，由此制造或者形成微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具體涉及用流體材料的壓電微涂布法制造電子電路。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“流體制造材料”和“流體材料”在廣泛方面被解釋為包括表現(xiàn)為低粘度的適用于PMD工藝的任何材料，這種材料適合于用PMD頭涂布在襯底上而形成微結(jié)構(gòu)。適用的流體制造材料還包括(但不限于)塑料、金屬、石蠟、焊料、焊劑、生物藥物制品、酸、光阻材料、溶劑、粘接劑和環(huán)氧樹(shù)脂。其它適用材料包括可用來(lái)形成電阻器的高電感聚合物和發(fā)光聚合物(LEPs)，這種發(fā)光聚合物可以用來(lái)制造聚合物發(fā)光二極管顯示裝置(PLEDs和PolyLEDs)。
在本文中定義的術(shù)語(yǔ)“涂布”一般指將流體材料的各個(gè)小滴涂布在襯底上的過(guò)程。術(shù)語(yǔ)“排出”、“排出”、“形成圖案”和“涂布”在本文中可互換使用，具體指用PMD頭涂布流體材料。術(shù)語(yǔ)“小滴”和“液滴”也可以互換使用。
本文所定義的術(shù)語(yǔ)“襯底”應(yīng)廣泛解釋為包含具有表面的任何材料，該表面適合于在PMD處理期間接收流體材料。合適的襯底材料包括(但不限于)硅晶片、玻璃板、瓷磚、纖維玻璃板、硬塑料和軟塑料、金屬板以及薄板卷。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在某些實(shí)施例中，涂布的流體材料本身也包含在PMD處理期間可以接收流體材料的適當(dāng)表面，如下面說(shuō)明的。
本文定義的術(shù)語(yǔ)“微結(jié)構(gòu)”一般是指形成準(zhǔn)確度非常高的結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)的尺寸定義為可以固定在襯底上。因?yàn)榭梢愿淖儾煌r底的尺寸，所以術(shù)語(yǔ)“微結(jié)構(gòu)”不應(yīng)當(dāng)解釋為限于任何特定的尺寸，可以與術(shù)語(yǔ)“結(jié)構(gòu)”互換使用。微結(jié)構(gòu)可以包括一滴小滴流體材料、許多小滴的結(jié)合，或者在襯底上涂布小滴所形成的任何結(jié)構(gòu)，例如二維的層，三維的構(gòu)造以及任何其它需要的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的PMD系統(tǒng)可根據(jù)用戶確定的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令進(jìn)行PMD處理，將流體材料涂布在襯底上。術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令”在本文中也稱作“程序模塊”或者“模塊”，一般包括子程序、程序、目標(biāo)程序(objects)、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，這些指令補(bǔ)充特殊的抽象數(shù)據(jù)類型，或執(zhí)行特殊的任務(wù)，例如執(zhí)行實(shí)施本發(fā)明PMD處理的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，但不限于這種任務(wù)。該程序模塊可以貯存在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，包括(但不限于)RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM，或者其它的光盤(pán)存貯器、磁盤(pán)存貯器或者其它的磁性存貯裝置，或者可以貯存指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并能夠用通用和專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行存取的任何其它介質(zhì)。
按照本發(fā)明，噴墨頭可以在制造環(huán)境中涂布流體制造材料，從而按照本發(fā)明的PMD工藝，在襯底上形成流體制造材料的花樣，由此形成各種各樣結(jié)構(gòu)中的任何一種結(jié)構(gòu)，如在下面專利中清楚說(shuō)明的那樣，這些專利在2002年5月31日同時(shí)遞交，它們是題為“微涂布裝置”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“溫控真空吸盤(pán)”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“聚合物發(fā)光二極管顯示器和印刷電路板等的工業(yè)微涂布系統(tǒng)”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“可互換微涂布頭裝置和方法”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“微涂布控制系統(tǒng)的波形發(fā)生器”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“在微涂布控制系統(tǒng)中為改進(jìn)分辨率的過(guò)渡時(shí)鐘脈沖方法”的PCT專利申請(qǐng)No.……；題為“用壓電微涂布法形成印刷電路板結(jié)構(gòu)”的PCT專利申請(qǐng)No.……。其中各個(gè)專利申請(qǐng)已作為參考包含在本文中。按照本發(fā)明，與用常規(guī)技術(shù)制造同一種結(jié)構(gòu)相比，可以以較低的成本、更高的效率和更準(zhǔn)確的方式制造很多種結(jié)構(gòu)。可以用PMD工藝制造的其它結(jié)構(gòu)不能用常規(guī)方法制造。另外，本發(fā)明的PMD工藝可與高純室環(huán)境相匹配，并且與在制造工藝期間和之后均不能受污染的流體制造材料相容。
按照一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)一般包括工作臺(tái)、真空吸盤(pán)、PMD頭、PMD頭支承件、準(zhǔn)直部件、流體材料輸送系統(tǒng)、液滴診斷組件、維修站、頭部覆蓋站、?？空疽约坝?jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使PMD系統(tǒng)具有可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令，并控制PMD系統(tǒng)的各種部件。
為了在襯底上涂布流體材料和/或者形成微結(jié)構(gòu)，PMD裝置最好可相對(duì)于襯底移動(dòng)。PMD頭和襯底的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)移動(dòng)襯底和/或者PMD頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)。
對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，PMD系統(tǒng)條采用線性馬達(dá)。在一個(gè)實(shí)施例中，該P(yáng)MD系統(tǒng)包括線性馬達(dá)，該馬達(dá)作成可以用在高純室環(huán)境中，具有空氣墊，使得PMD頭的直線運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生由于摩擦產(chǎn)生的任何塵粒，污染高純室環(huán)境。該P(yáng)MD系統(tǒng)還包括滿足高純室嚴(yán)格要求的高效微?？諝膺^(guò)濾器、特殊的支承件、馬達(dá)和組件。由線性馬達(dá)形成的運(yùn)動(dòng)還有利于在大的襯底例如在不能由工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的塑料卷上進(jìn)行PMD工藝。
在某些實(shí)施例中，PMD系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)PMD頭的裝置，以適合大襯底和某些PMD工藝的要求。PMD頭的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括(但不限于)氣墊和磁繼電器。在不能轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)PMD頭特別適合于使噴頭相對(duì)在襯底上涂布流體的方向形成一個(gè)縱傾角或者一個(gè)角度，這樣可以減小涂布的流體材料之間的空隙，增加總的分辨率。
在襯底上涂布直線時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)PMD系統(tǒng)和/或者襯底，使得襯底的運(yùn)動(dòng)方向與待涂布的直線方向相同，這樣也可以提高分辨率。這樣在襯底上涂布的各個(gè)小滴將落在先前小滴的軌跡上或者尾部，由此將不均勻形狀小滴的影響減少到最小，并提高了整個(gè)直線側(cè)部的分辨率。
圖1示出PMD系統(tǒng)10的若干部件，包括工作臺(tái)12、真空吸盤(pán)14、PMD頭16、PMD頭支承件18、準(zhǔn)直部件20、液滴診斷組件22、維護(hù)站24和頭部覆蓋站26。
如圖所示，工作臺(tái)和PMD頭支承件固定在一個(gè)固定的表面28上。該固定表面包括任何表面，該表面作成為可以使PMD系統(tǒng)10在運(yùn)行期間是穩(wěn)定的，盡量減小危及PMD系統(tǒng)10精度的振動(dòng)。按照一個(gè)實(shí)施例，該固定表面包括花崗石表面。然而應(yīng)當(dāng)看到，該固定表面28還可以包括其它材料和結(jié)構(gòu)。
圖2和3示出圖1所示PMD系統(tǒng)10的相應(yīng)側(cè)視圖和前視圖。如圖所示，該工作臺(tái)12包括頂部安裝板30和中間板組件32，其中各個(gè)板作成為可以在兩個(gè)不同方向中的一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。如圖1-3所示，真空吸盤(pán)14、頭部覆蓋站26、維護(hù)站24和液滴診斷組件22裝在工作臺(tái)12的頂部安裝板30上，因此，可以隨該頂部安裝板30一起運(yùn)動(dòng)。
具體是，頂部安裝板30連接于第一馬達(dá)34，該馬達(dá)可以沿第一方向如圖1所示的x軸方向驅(qū)動(dòng)頂部安裝板30，而中間板組件32連接于第二馬達(dá)36，該馬達(dá)可以沿第二方向如圖1所示的y軸方向驅(qū)動(dòng)該中間板組件32以及頂部安裝板30。該第一和第二馬達(dá)34和36可以單獨(dú)操作或者同時(shí)操作，使得在x-y水平面上工作臺(tái)可以相對(duì)于PMD頭16進(jìn)行任何需要的運(yùn)動(dòng)。因此，應(yīng)當(dāng)看到，工作臺(tái)可以同時(shí)在x-y平面的x方向或者y方向運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)12在x-y平面上的運(yùn)動(dòng)可使裝在工作臺(tái)12上的襯底移動(dòng)與PMD頭16準(zhǔn)直，并在進(jìn)行本發(fā)明PMD工藝時(shí)移動(dòng)襯底，如下面說(shuō)明的。還應(yīng)當(dāng)看到，工作臺(tái)12被作成為適合用在高純室環(huán)境中，在這種環(huán)境中，如果將部件配置在襯底的上面，則一般不應(yīng)用活動(dòng)部件，特別是其硬表面進(jìn)行彼此相摩擦的運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)部件。
在進(jìn)行本發(fā)明的PMD工藝時(shí)，真空吸盤(pán)14可以形成一種將襯底固定在工作臺(tái)12固定位置的合適裝置。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以考慮采用其它的固定襯底的結(jié)構(gòu)和方法，包括用于柔性材料的多輥組件。
如圖4所示，利用真空吸盤(pán)14、多孔金屬板42產(chǎn)生的空氣吸力產(chǎn)生的空氣負(fù)壓可以將襯底38固定在真空吸盤(pán)14的位置上。該多孔金屬板42可以從圖1中看到。按照一個(gè)實(shí)施例，多孔金屬板42是多孔鋁板，例如Winterthur的M-Tec Holding Ltd公司的子公司PortecLtd公司出售Metapor鋁板。然而也可以采用用其它材料作的其它類型多孔板?？梢杂萌魏纹渌线m的裝置，例如真空或者泵，通過(guò)多孔金屬板42抽吸空氣，這些裝置連接于真空吸盤(pán)14的抽吸口44。
真空吸盤(pán)14還包括連接件45，該連接件作成為可以使真空吸盤(pán)14內(nèi)的裝置與PMD系統(tǒng)10的控制裝置相互連接，該連接件45是例如插入DB9連接件的一系列插口，該連接件將真空吸盤(pán)14內(nèi)的裝置與控制系統(tǒng)相連接。按照一個(gè)實(shí)施例，在真空吸盤(pán)內(nèi)包括加熱源和溫度傳感器，該加熱源和溫度傳感器連接于控制系統(tǒng)，從而使得操作者可以控制多孔金屬板42的溫度。
如圖4所示，襯底38裝在真空吸盤(pán)14上，位于凸緣支承件46之間，該凸緣支承件作成可以將襯底38準(zhǔn)直在真空吸盤(pán)14上。襯底38在真空吸盤(pán)14上的準(zhǔn)直可以確保流體制造材料涂布在襯底38的恰當(dāng)位置上。然而應(yīng)當(dāng)注意到，將襯底38裝在真空吸盤(pán)上的操作不能確保襯底38與PMD頭16的準(zhǔn)直達(dá)到執(zhí)行本發(fā)明PMD工藝所需要的允許精度。因此，應(yīng)當(dāng)按照本發(fā)明的方法使襯底38和PMD頭16準(zhǔn)確準(zhǔn)直。
在將襯底38對(duì)著凸緣支承件46裝在真空吸盤(pán)上時(shí)，初步使襯底38和PMD頭16準(zhǔn)直，因?yàn)檎婵瘴P(pán)已經(jīng)與PMD頭16準(zhǔn)直。為了確保使真空吸盤(pán)14與PMD頭16準(zhǔn)直，在真空吸盤(pán)16上形成兩個(gè)參照點(diǎn)48。如下面說(shuō)明的，可以利用準(zhǔn)直部件20用光學(xué)方法檢測(cè)該參照點(diǎn)48，該參照點(diǎn)總的確定真空吸盤(pán)14是否正確地與PMD頭16準(zhǔn)直。如果真空吸盤(pán)14沒(méi)有正確準(zhǔn)直，則移動(dòng)該真空吸盤(pán)14，直至達(dá)到要求的準(zhǔn)直。
為了使真空吸盤(pán)14和襯底38達(dá)到正確準(zhǔn)直，該真空吸盤(pán)14包括步進(jìn)馬達(dá)52、彈簧54和轉(zhuǎn)臂56。該轉(zhuǎn)臂56的第一端58連接于步進(jìn)馬達(dá)52，而其第二端60連接于真空吸盤(pán)14和彈簧。該真空吸盤(pán)14還可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于工作臺(tái)12角上的樞軸62。在起動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)后，這種機(jī)構(gòu)一般可使真空吸盤(pán)14繞角上的樞軸62轉(zhuǎn)動(dòng)。
按照一個(gè)實(shí)施例，該步進(jìn)馬達(dá)包括延伸臂64，該臂可以可控地伸出，將力作用在轉(zhuǎn)臂56的第一端部58，由此使轉(zhuǎn)臂56繞支點(diǎn)66順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(從圖4頂視圖看去的方向)。因?yàn)檗D(zhuǎn)臂56的第二端60連接于真空吸盤(pán)14，所以這種結(jié)構(gòu)使真空吸盤(pán)繞角上的樞軸62反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。真空吸盤(pán)14也可以向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。例如當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)52的臂64縮進(jìn)時(shí)，彈簧54便收縮，迫使轉(zhuǎn)臂56的第二端60移向彈簧54，由此使真空吸盤(pán)14繞角上的樞軸62順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
可以在任何時(shí)間用PMD系統(tǒng)10轉(zhuǎn)動(dòng)真空吸盤(pán)14，使真空吸盤(pán)14或者襯底38與PMD頭16達(dá)到要求的準(zhǔn)直。也可以轉(zhuǎn)動(dòng)真空吸盤(pán)14使襯底38與PMD頭達(dá)到要求的不準(zhǔn)直，在襯底38上形成的某些微結(jié)構(gòu)時(shí)需要這種不準(zhǔn)直。按照一個(gè)實(shí)施例，可以在PMD頭支承件18上使PMD頭16相對(duì)于襯底38轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣也能達(dá)到襯底38和PMD頭16之間所需要的準(zhǔn)直，該支承件18具有例如下面說(shuō)明的轉(zhuǎn)盤(pán)。
下面特別說(shuō)明準(zhǔn)直部件20。如圖1、3所示，該準(zhǔn)直部件20固定連接于PMD頭支承件18。按照一個(gè)實(shí)施例，該準(zhǔn)直部件20包括照相機(jī)。該照相機(jī)可以是數(shù)碼照相和光學(xué)照相的任何組合，最好連接于光學(xué)/數(shù)碼識(shí)別模塊，該模塊可以辨認(rèn)真空吸盤(pán)14上的參照點(diǎn)48以及刻在襯底38上的準(zhǔn)確準(zhǔn)直標(biāo)記。這些準(zhǔn)直標(biāo)記一般稱作基準(zhǔn)標(biāo)記，通常形成在襯底38上，一般太小，不能通過(guò)裸眼看到。在一個(gè)實(shí)施例中，該基準(zhǔn)標(biāo)記包括蝕刻在襯底38上的垂直叉絲。
按照一個(gè)實(shí)施例，可以用基準(zhǔn)標(biāo)記作襯底38和PMD頭16準(zhǔn)直的基準(zhǔn)，因?yàn)閮H有襯底38邊緣的準(zhǔn)直通常不能準(zhǔn)確到足以在襯底38上制造某些制品所需要的準(zhǔn)確度微結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，PMD系統(tǒng)10將聚合物的小滴以加減10個(gè)微米的精確度涂布在PLED顯示器的像素上，這個(gè)精度約為頭發(fā)絲直徑的1/10。應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明PMD系統(tǒng)以這種準(zhǔn)確度涂布流體材料的這種特性是對(duì)先有技術(shù)的提高。
將襯底38裝在真空吸盤(pán)14上時(shí)，PMD系統(tǒng)10可以自動(dòng)地采用與準(zhǔn)直部件20連接的照相機(jī)和光學(xué)識(shí)別模塊來(lái)確定在襯底38上的基準(zhǔn)標(biāo)記或者其它參考標(biāo)記。如果需要，真空吸盤(pán)14或者PMD頭16可以自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，校正PMD頭16襯底38之間的任何不準(zhǔn)直。這樣便可以在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)使PMD頭16和襯底38之間達(dá)到約3微米以內(nèi)公差的準(zhǔn)直。最后，在達(dá)到要求的準(zhǔn)直后，按照本發(fā)明的工藝，PMD系統(tǒng)10能夠準(zhǔn)確地將流體材料的小滴涂布在襯底38的預(yù)定位置。
按照一個(gè)實(shí)施例，在工作臺(tái)12上的襯底38于PMD頭16的下面移動(dòng)的同時(shí)，用PMD頭16涂布小滴，由此在襯底38上形成微結(jié)構(gòu)。例如，可以在工作臺(tái)12使襯底38于PMD頭的下面沿x軸移動(dòng)時(shí)，在襯底38上形成小滴的行。該工作臺(tái)還可以在這些涂布的行之間沿y軸運(yùn)動(dòng)，由此形成許多行。該工作臺(tái)還可以同時(shí)沿x軸和y軸的方向以任何方式運(yùn)動(dòng)，從而可以在襯底的任何部分準(zhǔn)確形成各種結(jié)構(gòu)。
如上所述，雖然可以調(diào)節(jié)襯底38與PMD頭16的準(zhǔn)直，但是當(dāng)PMD頭16不能正確激發(fā)時(shí)也會(huì)發(fā)生問(wèn)題。PMD頭16可以包括任何數(shù)目的噴頭。按照一個(gè)實(shí)施例，PMD頭16包括噴頭組件(未示出)，該組件具有約1個(gè)到約256個(gè)噴頭。即使一個(gè)噴頭激發(fā)不正確，則襯底38與PMD頭16的準(zhǔn)直也會(huì)失去作用。因此，重要的是，區(qū)分各個(gè)噴頭的激發(fā)特性，并校正可能存在的激發(fā)缺陷。一旦知道各別噴頭的激發(fā)特性，則可以用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)模塊各別控制這些噴頭，從而達(dá)到流體材料從這些噴頭中排出所要求的激發(fā)特性。
還提供圖1-4所示液滴診斷組件22來(lái)測(cè)量和確定PMD頭16各別噴頭的激發(fā)特性。該液滴診斷組件一般包括照相機(jī)68，該照相機(jī)具有數(shù)碼照相和光學(xué)照相的任何聯(lián)合性能，最好連接于光學(xué)/數(shù)碼識(shí)別計(jì)算機(jī)模塊，該模塊可以識(shí)別各別噴頭的不同激發(fā)特性。
按照一個(gè)實(shí)施例，該液滴診斷組件22可以在液滴從噴頭排出時(shí)拍攝該小滴的各種像，然后分析該小滴的液滴特性，由此確定各別噴頭的激發(fā)特性。如果只有一個(gè)PMD頭的噴頭沒(méi)有正確激發(fā)，則液滴診斷組件和相應(yīng)的模塊可以檢測(cè)出這種錯(cuò)誤。然后，該P(yáng)MD系統(tǒng)10將用下面說(shuō)明的維護(hù)操作自動(dòng)修理該噴頭。如果這種誤差不能自動(dòng)校正，則PMD系統(tǒng)10將向操作者發(fā)出警報(bào)，使制造操作停止，由此可以防止在裝置生產(chǎn)時(shí)間的高昂損失。然后如果需要，操作者可以修理或者替換該P(yáng)MD頭16。
按照一個(gè)實(shí)施例，液滴診斷組件20的照相機(jī)68是一種直角照相機(jī)68，該照相機(jī)可以裝在工作臺(tái)12上。還可以應(yīng)用背景光裝置例如頻閃光裝置69來(lái)提高照相機(jī)68拍攝的像的質(zhì)量，并拍攝飛行中微粒的像，如照相技術(shù)中周知的那樣。為了進(jìn)行液滴診斷，使PMD頭16在照相機(jī)68和頻閃光裝置69之間，在頭部覆蓋站26的上面移動(dòng)。隨后使PMD頭16的噴頭排出小滴，噴到頭部覆蓋站26中。接著，如下面說(shuō)明的，拍攝從噴頭排出小滴的兩個(gè)正交像，確定小滴的特性和噴頭的激發(fā)特性。待測(cè)試的噴頭最好居中配置在照相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)，以便盡量提高準(zhǔn)確度，而且最好個(gè)別測(cè)試這些噴頭。
按照一個(gè)實(shí)施例，首先在PMD頭位于第一位置時(shí)拍攝第一小滴的第一像，然后在PMD頭16轉(zhuǎn)過(guò)90°之后拍攝同一噴頭激發(fā)的第二小滴的第二像。按照另一實(shí)施例，可以用兩個(gè)正交配置的照相機(jī)同時(shí)拍攝一個(gè)小滴的兩個(gè)像。在拍攝小滴的像時(shí)，PMD系統(tǒng)10的光學(xué)識(shí)別模塊利用像和激發(fā)信息計(jì)算液滴的體積、液滴速度、液滴的噴頭位置、液滴的偏角以及液滴的形狀，據(jù)此，PMD系統(tǒng)10能夠補(bǔ)償PMD頭16噴頭之間的任何缺陷或者變化。
利用小滴的高度和/或者寬度計(jì)算液滴體積，或者利用一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)的成像面積來(lái)計(jì)算體積。在兩種計(jì)算方式中，根據(jù)特定應(yīng)用所需的準(zhǔn)確度和精確度，均采用照相機(jī)68拍攝的像來(lái)計(jì)算或者估計(jì)小滴的三維形狀。如果小滴的體積太大或者太小，則PMD系統(tǒng)10可以調(diào)節(jié)噴頭排出小滴的頻率，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。例如，可以改變輸送到PMD頭16的電壓和波長(zhǎng)來(lái)補(bǔ)償有問(wèn)題的液滴體積。功率越小，發(fā)射的小滴越小，而功率越大，發(fā)射的小滴越大。在進(jìn)行校正后，還需要用迭代方法重新分析噴頭和相應(yīng)的小滴，以便進(jìn)行細(xì)調(diào)。
校正有問(wèn)題液滴體積的第二種方法是改變PMD工藝期間涂布小滴的數(shù)目和頻率。雖然按照這種方法，各別小滴的體積仍保持不變，但是可以增加或者降低激發(fā)液滴的頻率，控制襯底上涂布的液體材料的量。在將小滴涂布成行，或者需要用多個(gè)液滴來(lái)達(dá)到要求的液滴體積時(shí)，這種補(bǔ)償液滴體積的方法是特別有用的。改變涂布小滴頻率的這種方法在本文中稱作微時(shí)鐘脈沖方法。
微時(shí)鐘脈沖方法是本發(fā)明提供的一種方法，可以克服涂布變速性缺陷例如供量不足的缺陷，這種缺陷涉及這樣一種狀態(tài)，即流體材料沒(méi)有及時(shí)地補(bǔ)充到流體室中，讓噴頭激發(fā)。現(xiàn)有的打印頭工藝通常將打印頭的時(shí)鐘頻率限制在供量不足之前便可以完成打印的最大頻率。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看出，這對(duì)于PMD頭的分辨率也形成一種實(shí)際限制，特別是在考慮到許多噴頭通常由單一的時(shí)鐘頻率操作時(shí)。
為了克服先有技術(shù)的缺陷和各別控制PMD裝置的噴頭，本發(fā)明采用微時(shí)鐘脈沖方法，人為增加輸送到PMD裝置的時(shí)鐘脈沖周期或者信號(hào)的頻率，增加到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)定的涂布速度。在PMD工藝期間，PMD系統(tǒng)還可以采用另外的時(shí)鐘脈沖周期來(lái)控制涂布流體的分辨率和量。在一個(gè)實(shí)施例中，該P(yáng)MD系統(tǒng)使時(shí)鐘脈沖周期的頻率增加到比預(yù)定涂布速度大10倍，由此使得PMD系統(tǒng)可以在涂布頻率的1/10頻率范圍內(nèi)控制涂點(diǎn)的位置。
即是涂布頻率不能克服供量不足的限制，仍然可以在微時(shí)鐘脈沖頻率將時(shí)鐘周期和信息輸送到PMD裝置，因?yàn)镻MD系統(tǒng)的可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令不允許實(shí)際的涂布信息超過(guò)供量不足頻率。在本實(shí)施例中，可以通過(guò)向各個(gè)噴頭輸送“填充數(shù)據(jù)”或者空白數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，每10個(gè)時(shí)鐘周期中輸送約9個(gè)空白脈沖。因此，PMD裝置接收的數(shù)據(jù)若干倍地大于用來(lái)涂布的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正比于除以實(shí)際涂布時(shí)鐘脈沖速度的微時(shí)鐘脈沖。這樣便可以使現(xiàn)有打印頭工藝的分辨率提高10倍或者更多，而不影響最大的涂布速度。
微時(shí)鐘脈沖法特別有益于提高在襯底上涂布流體材料的分辨率。具體是，可以更準(zhǔn)確地控制線條或者圖案的開(kāi)始和結(jié)束。在時(shí)鐘脈沖周期的頻率設(shè)定在比預(yù)定涂布速度大10倍的現(xiàn)有實(shí)施例中，可以用PMD裝置涂布流體材料，其準(zhǔn)確度比以前的準(zhǔn)確度高10倍，在同一涂布速度下達(dá)到先前允許分辨率寬度的1/10寬度。
還可以應(yīng)用微時(shí)鐘脈沖來(lái)控制流體材料涂布在襯底上的體積。例如，如果需要涂布更多的流體以補(bǔ)償性能差的噴頭，或者只增加材料的厚度，則可以將相應(yīng)的噴頭調(diào)定在用比其它噴頭高的頻率來(lái)激發(fā)流體材料的小滴。例如，指定的噴頭可以調(diào)定在每9個(gè)時(shí)鐘脈沖中激發(fā)一次，而其它噴頭可以調(diào)定在每10個(gè)時(shí)鐘脈沖激發(fā)一次。因此，這種方法可以使指定噴頭比其它噴頭激發(fā)更多的流體材料，增加約11％。同樣，也可以使原本激發(fā)太多流體的噴頭降低其涂布頻率。
在PMD裝置轉(zhuǎn)動(dòng)和噴頭不垂直準(zhǔn)直時(shí)，在對(duì)液滴速度或者液滴偏角的差別進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，在需要更高分辨率放置各別涂點(diǎn)以及需要嚴(yán)格控制涂布在襯底上的流體量時(shí)，微時(shí)鐘脈沖法也是特別有用的。
如已經(jīng)說(shuō)明的，微時(shí)鐘脈沖法一般要求送到PMD裝置的時(shí)鐘脈沖周期的頻率比預(yù)定涂布頻率高許多倍。微時(shí)鐘脈沖頻率與涂布頻率的比值控制分辨率的可能增加。用于激發(fā)流體材料產(chǎn)生涂點(diǎn)圖案的可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令必須考慮分辨率的可能增加，并注入為零的“填充數(shù)據(jù)”，以便在等待周期輸送到PMD裝置。各個(gè)涂層周期的等待周期數(shù)目等于微時(shí)鐘脈沖頻率與涂布頻率之比。
在補(bǔ)償“縱傾角”時(shí)微時(shí)鐘脈沖法也是有效的，該縱傾角是PMD工藝期間PMD裝置相對(duì)于襯底的運(yùn)動(dòng)所進(jìn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)時(shí)鐘脈沖頻率與實(shí)際涂布頻率之比，使PMD裝置縱向傾斜將導(dǎo)致分辨率可以準(zhǔn)確到涂點(diǎn)的幾分之一以內(nèi)。微時(shí)鐘脈沖法可以通過(guò)注入“填充數(shù)據(jù)”補(bǔ)償縱向傾斜，該縱向傾斜等于傾斜噴頭相對(duì)于襯底垂直運(yùn)動(dòng)偏移形成的間隙。
噴頭激發(fā)時(shí)間(Tf)和照相機(jī)頻閃裝置起動(dòng)時(shí)間(Ts)之差是飛行時(shí)間Tf-Ts＝Tt，利用這種時(shí)間延遲Tt可以計(jì)算液滴速度。然后利用光學(xué)識(shí)別模塊計(jì)算飛過(guò)的距離(Dt)，該距離是液滴中心和噴頭中心之間的距離。最后，將飛行距離除以飛行時(shí)間(Dt/Tt)，這樣便可得到液滴速度。
在流體材料的液滴打在襯底上時(shí)確定液滴速度，在襯底運(yùn)動(dòng)時(shí)這一點(diǎn)是特別重要的?？梢酝ㄟ^(guò)使小滴的激發(fā)時(shí)間偏移來(lái)校正液滴速度的問(wèn)題，以便補(bǔ)償太高或太低的液滴速度。然后按照本發(fā)明確定激發(fā)時(shí)間的調(diào)節(jié)，因?yàn)橐旱嗡俣群偷揭r底的距離是已知的。對(duì)于太高的液滴速度，可以延遲激發(fā)時(shí)間，而對(duì)于太低的液滴速度，可以加快激發(fā)時(shí)間。
調(diào)節(jié)頻閃光裝置69的照明周期，直至離開(kāi)噴頭的液滴被照相，由此可以確定液滴噴頭的位置。然后準(zhǔn)確確定噴頭的精確位置或者配置。如下面說(shuō)明的，在校正液滴偏角時(shí)可以隨同校正不整合的液滴位置。
然后確定液滴偏角，方法是將噴頭排出的流體液滴噴到預(yù)定的距離(因?yàn)橐阎旱嗡俣?，所以可以作到這一點(diǎn))，然后在該距離確定液滴的中心。隨后，利用該液滴的中心和液滴的噴頭位置來(lái)計(jì)算偏角。按照一個(gè)實(shí)施例，可以在x-y水平面的x方向和y方向計(jì)算該偏角，由此可以得到真實(shí)的三維液滴偏角。
校正液滴偏角和不整合液滴噴頭位置的方法是，應(yīng)用噴頭位置和液滴偏角，然后計(jì)算液滴將落到的位置，將此位置與預(yù)料落到的位置相比較。隨后加快或者延遲激發(fā)時(shí)間，從而可以補(bǔ)償小滴預(yù)定軌跡和實(shí)際軌跡的任何偏差。
通過(guò)分析用照相機(jī)68以及光學(xué)識(shí)別模塊得到的圖像，看看在主要小滴的外面是否存在任何不正常的形狀，由此可以確定液滴的形狀。這樣作主要是檢查小滴是否具有顯著的托尾現(xiàn)象或者相應(yīng)的伴隨液滴。術(shù)語(yǔ)“伴隨液滴”一般指與該小滴同時(shí)發(fā)射的流體材料，但該材料已與小滴分開(kāi)。
液滴形狀分析是合格/不合格試驗(yàn)分析。如果液滴確實(shí)具有異常形狀或者相應(yīng)的伴隨液滴，則PMD系統(tǒng)以兩種一般方法中的一種方法校正此問(wèn)題。第一種方法是，用PMD系統(tǒng)10的可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令改變激發(fā)小滴的噴頭的電壓和脈沖寬度設(shè)定。在使用新的流體材料或者PMD頭16時(shí)，以及缺陷遍布于PMD噴頭16的整個(gè)噴頭組件上時(shí)，通常采用這種校正。當(dāng)PMD頭16和流體材料不是新的時(shí)，PMD頭的噴頭很可能發(fā)生堵塞或者需要修理。因此，校正異常液滴形狀的第二種方法是在PMD系統(tǒng)10上進(jìn)行維修，以除去PMD頭16的噴頭堵塞或者進(jìn)行修理。如果自動(dòng)維修不能修理噴頭，則裝置在事前向使用人發(fā)出警報(bào)，由此避免材料和制品的不必要浪費(fèi)，這對(duì)于高生產(chǎn)率和高成本的制造工藝是特別重要。
PMD系統(tǒng)10的液滴診斷組件22和準(zhǔn)直部件20是優(yōu)于先有打印工藝的一種創(chuàng)新，因?yàn)榭梢岳靡旱卧\斷組件22和準(zhǔn)直部件20提高準(zhǔn)確度。另外，現(xiàn)有的打印和形成圖案的系統(tǒng)不能夠測(cè)量或準(zhǔn)確準(zhǔn)直噴頭和襯底38的位置、角度和運(yùn)行，而且在這種系統(tǒng)中也沒(méi)有任何動(dòng)力來(lái)研究高生產(chǎn)率和高成本制造工藝所需的準(zhǔn)確準(zhǔn)直方法。開(kāi)發(fā)的用于使PMD頭16和相應(yīng)的噴頭與襯底38準(zhǔn)直的這些系統(tǒng)能使本發(fā)明的PMD工藝形成需要高準(zhǔn)確度的微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明PMD系統(tǒng)10提供的無(wú)數(shù)變位調(diào)節(jié)可以在一個(gè)大面積上形成一致性。另外，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)10除在x軸方向和y軸方向運(yùn)動(dòng)之外還可控制縱向傾斜。具體是，可利用PMD頭16的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變噴頭組件相對(duì)于襯底的縱向傾斜，從而控制PMD工藝的精確度。另外，由PMD系統(tǒng)10提供光學(xué)識(shí)別和校正還可控制液滴的粒度。另外，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)10可以在高純環(huán)境中提供這種一致性、可調(diào)節(jié)性和控制性，因?yàn)樵揚(yáng)MD頭16不與襯底接觸，該襯底只接收由PMD頭涂布的材料。
雖然PMD頭16和襯底38的準(zhǔn)直迄今被說(shuō)明為是在將襯底裝在PMD系統(tǒng)上以后的一個(gè)執(zhí)行步驟，但是應(yīng)當(dāng)看到，在替換PMD頭16，或者將PMD頭裝在PMD頭支承件18上時(shí)，可以隨時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)直。圖5-7示出本發(fā)明所用的安裝支架70，該支架將PMD頭連接于PMD頭支承件。另外，該安裝支架70包括閂鎖機(jī)構(gòu)74，該閂鎖機(jī)構(gòu)可以將PMD頭16固定就位于頂著安裝支架70的位置。該閂鎖機(jī)構(gòu)74一般包括閂鎖臂76，該臂可以卡緊在PMD頭16中形成的相應(yīng)凹槽內(nèi)。該閂鎖臂76由圖9所示的杠桿78操作，該杠桿位于安裝支架70的相反側(cè)，該安裝支架70還包括基準(zhǔn)點(diǎn)80，在用閂鎖臂76將PMD頭固定在安裝支架70上時(shí)，可以應(yīng)用這些基準(zhǔn)點(diǎn)將PMD頭固定在安裝支架70上。
圖7示出PMD頭16的一個(gè)實(shí)施例，該P(yáng)MD頭連接于圖6所示的安裝支架70。如圖所示，PMD頭16包括盒子90、流體入口92、溶劑入口94、內(nèi)部的PMD頭部件96和噴頭組件98。在使用期間，流體材料經(jīng)入口92進(jìn)入PMD噴頭16，并經(jīng)內(nèi)部的PMD頭部件96流到噴頭組件98，在該組件中，流體經(jīng)噴頭組件98的噴頭最后激發(fā)到襯底上。
按照一個(gè)實(shí)施例，PMD頭的部件96包括液體材料容器、隔膜和壓電傳感器例如鋯鈦酸鉛Pb(Zr，Ti)O3或者PZT傳感器，這種傳感器產(chǎn)生聲波，該聲波適合于通過(guò)噴頭組件96的噴頭激發(fā)流體材料。在壓電傳感器通電時(shí)，該隔膜和壓電傳感器便產(chǎn)生聲脈沖。當(dāng)該聲脈沖的作用力足以克服流體制造材料的表面張力時(shí)，噴頭組件98的噴頭便排出流體材料的微液滴。改變輸送到壓電傳感器的功率便可以控制排出小滴的速度和體積。
本發(fā)明的PMD系統(tǒng)可以控制由PMD頭16排出的小滴的體積。按照一個(gè)實(shí)施例，該P(yáng)MD頭排出的流體材料小滴小到約10pL，頻率達(dá)到每秒成千的小滴。因?yàn)榭梢詫⑿〉胃淖兊揭篌w積和頻率，以適應(yīng)各種類型的流體制造材料、襯底和微結(jié)構(gòu)形狀，所以可以看出，本發(fā)明不限于以特定的體積、頻率或者形狀激發(fā)流體材料的小滴。
常規(guī)的噴墨頭(“噴頭”)可以容易地配用本發(fā)明的至少一些流體材料。因此，本發(fā)明可以擴(kuò)大應(yīng)用現(xiàn)有的噴頭或者將來(lái)生產(chǎn)的噴頭，包括現(xiàn)在已經(jīng)制造的噴頭，或者將來(lái)由第三方生產(chǎn)的噴頭，以及用于噴墨印刷系統(tǒng)中激發(fā)墨水的已制造或?qū)⒁圃斓膰婎^。
按照一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)10包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，產(chǎn)生如各種印刷頭技術(shù)需要的各種數(shù)字波形、電源電流和數(shù)字信號(hào)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上可以裝在單獨(dú)的PMD系統(tǒng)的部件中，或者如圖8所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100被嵌入，該系統(tǒng)連接于PMD系統(tǒng)的不同部件，由此，操作者可以在獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上控制各個(gè)PMD系統(tǒng)的部件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括在本文中說(shuō)明的各種控制系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)10可以容易地互換具有不同性能和功能的各種PMD頭16。例如，按照一個(gè)實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100將現(xiàn)有的打印頭工藝的電子部分分成兩個(gè)不同的部分，即主要電子部分和個(gè)性化電子部分，專用電子部分可以裝在各個(gè)PMD頭16內(nèi)，或者裝在獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100內(nèi)。
主要電子部分包括對(duì)于所有PMD頭16通用的基本信號(hào)和信息，即待涂布的涂點(diǎn)圖案(涂布數(shù)據(jù))、由斜率、持續(xù)時(shí)間和振幅確定的二維波形、用在PMD頭16上的接地電壓和最大電壓以及設(shè)計(jì)用于PMD頭激發(fā)液體材料液滴的時(shí)鐘頻率。該主要電子部分通常貯存在計(jì)算機(jī)的可程序化存貯盤(pán)上，這些存貯盤(pán)上可以形成這些內(nèi)容，并貯存起來(lái)，用于各種類型的PMD頭16。
這種個(gè)性化的電子部分包括固件，這種固件專用于某些頭部制造商和模型，通常需要定制的信號(hào)裝置和連接件。該個(gè)性化的電子部分在使用期間接收主要電子部分的定制的波形和信息。個(gè)性化的電子部分通常貯存在計(jì)算機(jī)的可讀介質(zhì)上，例如定制的個(gè)性卡上。在一個(gè)實(shí)施例中，已研制出用于PMD系統(tǒng)10的各種PMD頭16的定制個(gè)性化卡。
由于采用這種方式配置電子學(xué)部分，所以本發(fā)明的PMD系統(tǒng)10其頭部是獨(dú)立的，因此在各種PMD頭16之具有互用性，因此，PMD系統(tǒng)10適合用于各種現(xiàn)有和新提出的工藝。換言之，可以替換PMD系統(tǒng)10所用的PMD頭16，而不需要對(duì)PMD系統(tǒng)10作任何硬件改變。甚至可以采用不同制造商制造的具有不同尺寸的壓電頭，并裝在本發(fā)明的PMD頭16中，這些壓電頭包括第三方制造的頭和現(xiàn)有的頭，或者原來(lái)涂布的流體材料不是本發(fā)明流體材料的頭。應(yīng)當(dāng)看出，與先有技術(shù)相比這是一個(gè)進(jìn)步，在先有技術(shù)中，現(xiàn)有壓電頭設(shè)計(jì)用于特定的頭工藝，只能用于一種壓電頭，則限制了現(xiàn)有裝置的更新，以適合新的和正發(fā)展的壓電頭工藝。以這種方式配置電子部分的另一個(gè)有利之點(diǎn)是，可以各別控制PMD頭的噴頭，以校正可能存在的不規(guī)整性。
下面參考圖6和圖7，圖中示出如何用管子110將PMD頭16與流體材料輸送系統(tǒng)102和溶劑輸送系統(tǒng)104連接起來(lái)。如圖所示，管道110包括快速松開(kāi)適配件111，該適配件作成為可以在不使用期間例如在用另一個(gè)頭換下PMD頭16時(shí)，方便地將PMD頭16的管道100移到保存裝置112上。
圖6和7還示出過(guò)濾器116如何連接于管子110，從而過(guò)濾輸送到PMD頭16的流體材料。雖然在圖中沒(méi)有示出，但是也可以配置一種過(guò)濾器，以確保輸送到PMD頭16的溶劑是清潔的。按照本發(fā)明，如下面詳細(xì)說(shuō)明的，在沖洗操作期間，將溶劑輸送到PMD頭16，沖洗PMD頭中的流體材料。
下面參考圖9，圖中示出安裝支架70如何相對(duì)于PMD頭支承件18轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示，該安裝支架70已經(jīng)從圖6和7所示的位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°。按照本發(fā)明，可以利用轉(zhuǎn)盤(pán)72使安裝支架70轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)盤(pán)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于PMD頭支承件18的底部。PMD頭16的轉(zhuǎn)動(dòng)可方便地使上面說(shuō)明液滴診斷組件拍攝正交像。也可以利用PMD頭16的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變噴頭組件98相對(duì)于襯底的縱向傾斜，從而精確控制襯底上小滴行之間的距離。
按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖9還示出基準(zhǔn)點(diǎn)80如何偏壓在PMD頭16上，以確保PMD頭16的準(zhǔn)直。該基準(zhǔn)點(diǎn)80最好包括能夠使PMD頭16與安裝支架70準(zhǔn)直硬鋼。在PMD頭16的頂表面和安裝支架70之間也可以配置另外的基準(zhǔn)點(diǎn)120，以便PMD頭16與安裝支架70準(zhǔn)直。當(dāng)PMD頭16與安裝支架70不準(zhǔn)直時(shí)，由噴頭激發(fā)的小滴液滴激發(fā)角可能偏移，在這種情況下，液滴診斷組件如上面大體說(shuō)明的那樣，可以檢測(cè)和補(bǔ)償任何不準(zhǔn)直。然而如果這種不準(zhǔn)直相當(dāng)顯著，則需要將PMD頭16重新裝在安裝支架70上。
下面轉(zhuǎn)到圖10，詳細(xì)說(shuō)明頭部覆蓋站26。如圖所示，該頭部覆蓋站26一般包括裝在可伸長(zhǎng)支架132上的托盤(pán)130和浸泡液池。頭部覆蓋站的一個(gè)用途是在不使用期間接收和沖洗PMD頭16的噴頭，以保持噴頭不被干燥和不被堵塞。例如，在一段時(shí)間不用PMD頭16時(shí)，可以將頭部覆蓋站26直接移到PMD頭16的下面，并利用該可伸長(zhǎng)的支承件132升高托盤(pán)130，直至PMD頭16的噴頭組件98進(jìn)入浸泡液池134。該浸泡液池134中充滿溶劑，該溶劑與流體材料是相匹配的，因此，可以保持噴頭組件98不干燥。該浸泡液池134由PMD頭16或者其它的輸送裝置供給溶劑，例如用直接連接于溶劑輸送系統(tǒng)(未示出)的管子供給。
頭部覆蓋站26的另一用途是在液滴診斷期間，收集從PMD頭16排出的任何流體材料。例如，在液滴診斷期間，流體材料可以落在托盤(pán)130的任何部分。落在托盤(pán)130上的過(guò)量流體和溶劑用連接于托盤(pán)130的排液管138除去。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，PMD頭是可互換的，并可以用手動(dòng)或自動(dòng)方法進(jìn)行切換。在一個(gè)實(shí)施例中，該P(yáng)MD頭包括快速連接適配件，而該P(yáng)MD系統(tǒng)包括可以自動(dòng)切換PMD裝置的裝置。作為一個(gè)例子(但不限于此例)，門(mén)形架上的相互作用面和PMD頭上的相應(yīng)相互作用面是一種自動(dòng)切換PMD頭的適合裝置。該門(mén)形架是一個(gè)臂，該P(yáng)MD頭可拆卸地連接于該臂。當(dāng)PMD頭用另一個(gè)PMD頭切換時(shí)，從門(mén)形架的相互作用面上用手動(dòng)方法或自動(dòng)方法卸下該P(yáng)MD頭，然后放在裝置的支架上。隨后用手動(dòng)方法或自動(dòng)方法將替代的PMD頭放置在該門(mén)形架的相互作用面上。在將新的PMD頭固定后，使該門(mén)形架定位在要求的位置，以便準(zhǔn)直、測(cè)試和校正該P(yáng)MD頭。
如圖11-13所示，還可以配置停靠站140，以便在不使用期間浸泡PMD頭16的噴頭。當(dāng)PMD頭16預(yù)定在一段較長(zhǎng)的時(shí)間不使用時(shí)，或者PMD頭16僅僅是用于PMD系統(tǒng)若干PMD頭中的一個(gè)頭時(shí)，該?？空?40是特別有用的。在這種情況下，可以將不用的PMD頭貯存在個(gè)別的停靠站140，從而防止PMD頭的噴頭變干。
如圖11和12所示，?？空?40包括用于安裝PMD頭、液池托盤(pán)144和浸泡池146的安裝支架142。安裝支架142作成為可以使PMD頭16保持在使PMD頭16的噴頭組件98進(jìn)入浸泡液池146的位置，如圖13所示，該液池托盤(pán)144作成為可以收集在沖洗操作期間從PMD頭流出的任何流體材料，如下面說(shuō)明的。因此，液池托盤(pán)144還包括排液管148，該排液管可以排出沖洗期間由液池托盤(pán)144收集的任何溶劑和流體材料。沖洗后的流體材料和溶劑可以流到貯存容器，以便容易處理。
圖11和12還示出?？空?40如何作成為連接流體輸送系統(tǒng)150的一部分。具體是，?？空?40包括貯存室152，該貯存室作成為可以裝入工作袋154。在使用期間，首先將流體材料泵入到工作袋154中，流體材料裝在該袋中，直至流體最后輸送到PMD頭。按照一個(gè)實(shí)施例，該貯存室152裝在一個(gè)稱重器156上，該稱重器可在任何給定時(shí)間控制裝在工作袋154內(nèi)的流體材料量。該稱重器156連接于計(jì)算機(jī)模塊和泵160，該泵將流體材料從流體材料供料池162泵到工作袋154中。按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，兩通閥168控制流體材料流入或流出工作袋154的流量。
如圖11-13所示，貯存室152具有壓力控制板164，該控制板可以將預(yù)定的壓力作用在工作袋154上，以確保從工作袋154輸送到PMD頭16的流體材料輸送量是恒定的。按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，這對(duì)于防止流體材料在PMD頭的噴頭上形成彎曲液面是很重要的，這種彎曲液面可能造成噴頭激發(fā)的不規(guī)則性。按照另一實(shí)施例，泵160直接向PMD頭輸送流體材料，并控制流體材料的壓力。
按照一個(gè)實(shí)施例，流體材料輸送系統(tǒng)150一般包括管子100、工作袋150、泵160和流體材料供液池162，可以根據(jù)各種流體材料和打印頭工藝的要求，在各種壓力下應(yīng)用該流體材料輸送系統(tǒng)150。流體材料輸送系統(tǒng)150的材料最好是耐用的，并且與PMD頭系統(tǒng)用的溶劑不反應(yīng)。例如，按照一個(gè)實(shí)施例，流體材料輸送系統(tǒng)包括用聚四氟乙烯(例如DuPont E.I.DeNemours&Co公司出售的Teflon)作的襯里，當(dāng)然也可以使用其它材料。
如上所述，?？空?40的一個(gè)作用是保持PMD頭16，同時(shí)將流體材料從PMD頭16沖洗出來(lái)。有時(shí)需要沖洗，例如在進(jìn)行單一PMD處理期間采用一個(gè)PMD頭來(lái)涂布多種不同流體材料時(shí)，在這種情況下，可以在兩次涂布之間沖洗PMD頭，以防止不同的流體材料混雜。
為了進(jìn)行清洗操作，首先將PMD頭16裝在?？空?40上，如圖13所示。接著將溶劑從溶劑源104泵入到PMD頭16。該溶劑迫使流體材料流過(guò)該P(yáng)MD頭，直至PMD頭完全被清洗干凈。在這種操作期間，從PMD頭16流出的流體材料和任何溶劑可以排到液池托盤(pán)144中，并通過(guò)排液管148排出。在清洗后，將PMD頭16浸泡在新輸送的流體材料中。應(yīng)當(dāng)看到，雖然說(shuō)明清洗操作在?？空?40中進(jìn)行，但是這種清洗也可以在頭部覆蓋站中以基本上相同的方式進(jìn)行。
下面參考圖1說(shuō)明維護(hù)站24，該維護(hù)站包括輥組件170、緩沖表面172和吸濕布174。在使用期間，該吸濕布174穿過(guò)輥組件170到達(dá)緩沖表面172的頂部。當(dāng)PMD頭16需要維護(hù)時(shí)，例如當(dāng)噴頭堵塞或者流體材料聚集在噴頭組件上時(shí)，將維護(hù)站24移動(dòng)到PMD頭16的下面，使得緩沖表面172直接位于PMD頭16的噴頭組件98的下面。然后用升高機(jī)構(gòu)例如用液壓杠桿組件176升高該緩沖表面172，直至吸濕布174與噴頭組件98接觸。達(dá)到可以充分吸除聚集在噴頭組件98上的任何流體材料的程度。然而有時(shí)需要進(jìn)行擦洗。
為了對(duì)噴頭組件98進(jìn)行擦洗操作，使噴頭組件98靠著吸濕布174同時(shí)，輸送該吸濕布174通過(guò)輥組件170。這樣一般將使吸濕布174摩擦接觸該噴頭組件98，由此從噴頭上清除任何堆集的流體。按照一個(gè)實(shí)施列，該吸顯布174包括非摩擦性材料，該材料適合于洗潔噴頭而又不過(guò)度損傷或者磨損該噴頭。為了進(jìn)一步減小對(duì)噴頭可能的損害，該緩沖表面172作成為可以吸收在噴頭16和維護(hù)站24之間可能發(fā)生的任何振動(dòng)。
下面參考圖14，圖中示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，PMD頭支承件200包括可滑動(dòng)裝在梁220上的直線空氣墊組件210。該直線空氣墊組件210一般包括具有空氣墊的線性馬達(dá)。線性馬達(dá)在這種技術(shù)中是眾所周知的，它采用磁線圈和鐵芯來(lái)消除運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦。
利用該線性空氣墊組件210特別有利于在高純室環(huán)境中進(jìn)行PMD工藝，并且可以提供在較大襯底上進(jìn)行本發(fā)明PMD工藝所需要的運(yùn)動(dòng)。具體是，由線性空氣墊組件210提供的運(yùn)動(dòng)一般不需要利用工作臺(tái)12，使各個(gè)PMD部件完全在PMD頭16的下面移動(dòng)。利用線性空氣墊組件210可以使PMD頭16在PMD部件的上面運(yùn)動(dòng)。在襯底38上涂布流體材料期間，該線性空氣墊組件也可以移動(dòng)PMD頭16。然而為防止在PMD頭16中某些流體材料的壓力波動(dòng)，最好在流體材料正從PMD頭16排出時(shí)不移動(dòng)該P(yáng)MD頭16。當(dāng)流體材料在PMD頭內(nèi)晃動(dòng)時(shí)，便會(huì)造成這種壓力波動(dòng)，從而造成影響液滴形成和從噴頭排出的不規(guī)則壓力。
本發(fā)明的一個(gè)有效應(yīng)用是有利于制造電路板。本發(fā)明的PMD系統(tǒng)和工藝至少在以下方面有利于制造電路板。第一，本發(fā)明的PMD工藝可以代替現(xiàn)在用來(lái)在鍍銅玻璃纖維電路板上形成電路的光刻工藝。第二，采用PMD工藝可以直接將導(dǎo)電材料的線路涂布在用作電路板的襯底上。第三，可以采用PMD工藝來(lái)準(zhǔn)確涂布焊劑和其它材料，使電子器件固定在電路板上。該P(yáng)MD工藝還提供一種方法，用這種方法可以在組裝電路板之前或者之后將必需的信息和獨(dú)特的商標(biāo)印刷在電路板上。
通常采用若干步驟形成電路板的電路。首先，在鍍銅的玻璃纖維襯底上涂上光阻材料，然后在該光阻材料上放上有孔眼的掩?；蛘吣０?，只露出電路板上要形成電路的部分。隨后用紫外光照射光阻材料，使露出的光阻材料凝固和固化。隨后用混合劑清洗該襯底，除去所有還未固化的光阻材料，由此露出襯底的選擇表面部分。然后將襯底放在酸性腐蝕浴中，一是除去沒(méi)有由光阻材料覆蓋的銅，二是除去已固化的光阻材料。這樣便只留下對(duì)應(yīng)于原來(lái)模板上孔眼的銅電路。
本發(fā)明可以除去若干常規(guī)步驟，這些常規(guī)步驟需要將光阻材料涂在待形成電路的襯底上。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以將鍍銅的玻璃纖維襯底裝在PMD系統(tǒng)的工作臺(tái)上。隨后PMD裝置將流體材料涂布在襯底上，涂在要形成電路的位置。涂布在襯底上的流體材料起掩模的作用，代替常規(guī)使用的光阻材料。接著在酸性腐蝕浴中處理該襯底，除去襯底上露出的銅表面，隨后的處理是除去由涂布的流體材料形成的掩模，最后只留下在光阻材料下面的銅電路。
按照本發(fā)明，可以不用整個(gè)的光刻工藝，掩?？梢灾苯蛹釉谝r底的要求位置，而不需要光阻材料以及對(duì)紫外線光曝光等步驟。這種簡(jiǎn)化的工藝可以節(jié)省制造電路板的時(shí)間和成本。
本發(fā)明還提供另一種在電路板上形成電路的方法。具體是，可以應(yīng)用本發(fā)明的PMD系統(tǒng)直接將電路涂布在要求的襯底上。按照此實(shí)施例，該襯底不是鍍銅的，包括例如玻璃纖維板。將該玻璃纖維板裝在PMD系統(tǒng)的工作臺(tái)上，并采用PMD裝置將導(dǎo)電的流體材料涂布在該玻璃纖維板上，由此形成電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬溶液包括懸浮在流體粘接劑中的金屬粒子，將該金屬溶液涂布在襯底上。當(dāng)粘接劑干燥時(shí)，該金屬便在要形成電路的位置形成結(jié)晶。然后加熱該襯底和結(jié)晶金屬的混合物，由此在襯底的表面上形成金屬電路。
在用PMD工藝涂布電路期間，PMD裝置的噴頭最好在襯底運(yùn)動(dòng)的方向與襯底準(zhǔn)直，使得末尾的液滴在各個(gè)連續(xù)液滴的下面準(zhǔn)確地形成直線。然而在一些情況下，電路板的電路包括復(fù)雜的幾何形狀，在這種幾何形狀中，電路沿45°角和135°角形成。在這些情況下，最好通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)PMD裝置和/或者襯底來(lái)達(dá)到準(zhǔn)直。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)PMD裝置和/或者襯底可以提供最好的準(zhǔn)直，如上所述。還可以轉(zhuǎn)動(dòng)PMD裝置和/或者襯底，以形成可以減小涂布電路之間距離所需的縱向傾斜或者縱傾角?？v向傾斜和應(yīng)用微時(shí)鐘點(diǎn)脈沖法來(lái)調(diào)節(jié)縱向傾斜的方法上面已經(jīng)說(shuō)明。
通過(guò)提供一種方法，將焊劑或者其它導(dǎo)電粘合劑準(zhǔn)確涂布在電路板上，使得可以將電子器件電連接于電路板的電路，采用這種方法也使本發(fā)明的PMD也有助于制造電路板。還可以利用組裝機(jī)器和現(xiàn)有的機(jī)器人技術(shù)，在PMD系統(tǒng)涂布焊劑或者其它流體材料以后，將電子器件組裝到電路板上。
有時(shí)需要在制造的電路板上印刷信息例如廠商的商標(biāo)、產(chǎn)品說(shuō)明、型號(hào)、序號(hào)等。本發(fā)明可以作到這一點(diǎn)，方法是用PMD系統(tǒng)在電路板上直接進(jìn)行印刷，例如，PMD系統(tǒng)可以用墨水印刷或者用酸將信息并永久地蝕刻在電路板上，這樣便可以不用常規(guī)系統(tǒng)中所用的網(wǎng)屏法或者其它的印刷工藝，并且很適合在各個(gè)電路板上印刷不同的信息，因?yàn)镻MD頭由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)控制。
本發(fā)明的另一個(gè)有效的應(yīng)用是制造塑料電子器件例如電阻器和半導(dǎo)體器件。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用本發(fā)明的PMD系統(tǒng)將高電感的聚合物涂布在電路板上。這些高電感聚合物的電阻可以設(shè)計(jì)成利用組成和配方改變。電阻率是導(dǎo)電材料的一種物理特性，它由在單位體積材料上測(cè)量的電阻確定。具體是，電阻率被定義為在單位立方長(zhǎng)度測(cè)量的電壓(V/m)除以流過(guò)該單位立方橫截面積的電流(I/m2)，因此，單位為歐姆m2/m或者歐姆-m。
采用兩種和多種具有不同電阻率的聚合物材料，本發(fā)明的PMD工藝可以在印刷電路板上涂布具有不同電阻的電阻器。例如，第一聚合物可在給定長(zhǎng)度形成具有1歐姆電阻的電阻器，而第二聚合物將在同一長(zhǎng)度形成電阻為100歐姆的電阻。因此，為了改變電阻，可以選擇不同的聚合物，通過(guò)增加涂布聚合物層的體積或者厚度減小涂布在襯底上的電阻器電阻，或者通過(guò)減小涂層的體積或者厚度可以增加該電阻。
PMD系統(tǒng)通過(guò)準(zhǔn)確控制聚合物的涂布可以形成具有預(yù)定電阻的電阻器。該P(yáng)MD系統(tǒng)還包括用于測(cè)試電阻器已形成后電阻的裝置例如電子電路。如果電阻太高，則在已有的電阻器上再涂上聚合物材料，形成層狀電阻。如果電阻太低，則利用激光燒蝕法燒去該材料，如上面說(shuō)明的。
技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看出，按照本發(fā)明，在電路板上涂上電阻器是對(duì)先有技術(shù)的一種改進(jìn)。具體是，涂布的電阻器比通常必須用連接件焊接在電路板上的常規(guī)電阻器的體積小得多，這種連接器常常會(huì)脫開(kāi)，并使電阻器突出在電路板上，因而增加了電路結(jié)構(gòu)的體積。還應(yīng)當(dāng)看出，可以用PMD系統(tǒng)和工藝來(lái)制造其它類型的塑料電子器件，例如聚合物半導(dǎo)體器件，以進(jìn)一步減小電子電路的成本和尺寸。
迄今的說(shuō)明只說(shuō)明在任何給定時(shí)間，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)只能利用一個(gè)單一的PMD頭。然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)還可以作成為同時(shí)裝有多個(gè)PMD頭。例如本發(fā)明的的PMD系統(tǒng)可以作成為具有若干PMD頭支承件，每個(gè)支承件包括單獨(dú)的PMD頭。
圖15示出這樣一個(gè)實(shí)施例，在此實(shí)施例中，PMD系統(tǒng)300具有多個(gè)PMD頭支承件310和在一條生產(chǎn)線上相鄰配置的相應(yīng)PMD頭320。如圖所示，該P(yáng)MD頭320配置在工作臺(tái)330上面，該工作臺(tái)作成為可以沿x-y平面的x方向在各個(gè)PMD頭320的下面移動(dòng)。各個(gè)PMD頭支承件310還可以使PMD頭沿x-y平面的y方向移動(dòng)。
按照此實(shí)施例，各個(gè)PMD頭320作成為可以涂布不同流體材料輸送系統(tǒng)(未示出)輸送的不同流體材料。此實(shí)施例特別用于在一個(gè)單一的襯底350例如電路板上涂布塑料電子器件、焊劑和液體金屬的任何組合形式。例如，第一PMD頭裝備成可以涂布液體金屬，形成襯底上的電路，第二PMD頭可以裝備成涂布高阻抗的聚合物，在襯底上形成電阻器，而第三PMD頭可以裝備成涂布焊劑，以便焊接裝在該襯底上的電子器件。按照此實(shí)施例，在工作臺(tái)330上的襯底350可以順序在不同PMD頭320的下面移動(dòng)，使得首先涂布電路，然后涂布高阻抗的聚合物。最后，在襯底350上涂布焊劑。涂布的焊劑能使電子器件焊接在電路板上。
在將可識(shí)別獨(dú)特屬性的材料涂布在很接近的范圍內(nèi)時(shí)，此實(shí)施例是特別有用的。具體是，本實(shí)施例可使同一的獨(dú)特屬性的流體材料首先進(jìn)行干燥或者固化，然后在很靠近的區(qū)域內(nèi)涂布另一種流體材料，由此可以防止流體材料混雜和失去其需要的同一獨(dú)特屬性。例如，在某些情況下，需要使電路硬化后，再在很靠近的區(qū)域或者與該電路接觸的位置涂布電阻器。本實(shí)施例還可以消除在涂布不同流體材料之間進(jìn)行費(fèi)時(shí)的清洗或沖洗PMD頭320的操作。在兩次涂布之間沖洗PMD頭320也是很耗費(fèi)的，因?yàn)橄闯龅牧黧w材料受到粘污，不能再使用。
按照另一實(shí)施例，可以用多個(gè)單獨(dú)的PMD系統(tǒng)來(lái)順序地將顏色不同的聚合物涂布在一個(gè)襯底上，由此也可以使流體材料在不同的涂布期間得到完全干燥，因而也不再需要沖洗相應(yīng)的PMD頭。
按照再一實(shí)施列，可以利用單一的PMD噴頭涂布各種不同的流體材料。按照此實(shí)施例，在兩次使用期間需要沖洗該P(yáng)MD頭，如上面參考圖13大體說(shuō)明的。
應(yīng)當(dāng)看到，采用單一的PMD系統(tǒng)還可以提供在涂布不同流體材料之間所需的適當(dāng)干燥時(shí)間，該單一的PMD系統(tǒng)在完成涂布一種流體材料之后，再涂布下一個(gè)流體材料。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，單一PMD系統(tǒng)包括若干PMD裝置，該P(yáng)MD裝置分別整體連接于單獨(dú)的袋或流體材料源，使得可以在需要涂布不同流體材料時(shí)變換該P(yáng)MD裝置。按照本實(shí)施例，可以以下列方式在印刷電路板上涂布先前例子中的高阻抗聚合物、焊劑和液體金屬。首先用第一PMD裝置涂布液體金屬，形成電路。隨后用第二PMD裝置涂布高阻抗聚合物，形成電阻。最后用第三PMD裝置涂布焊劑。本實(shí)施例允許在涂布不同流體材料之間干燥流體材料，并且本實(shí)施還可有利消除在使用新的PMD裝置或流體材料時(shí)要沖洗該系統(tǒng)和PMD裝置的操作。這樣還允許應(yīng)用特殊的PMD裝置來(lái)滿足不同流體材料的特別要求。
雖然先前的例子涉及特殊類型的流體以及涂布流體材料的特殊順序的細(xì)節(jié)，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于使用具有任何特定組分的流體材料，或者不限于以特定的順序涂布流體材料。例如，可以先涂布用來(lái)形成電阻器的高阻抗聚合物，然后再涂布液體金屬來(lái)形成電路。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的PMD系統(tǒng)可以與任何其它的部件或者機(jī)器相聯(lián)合。例如，該P(yáng)MD系統(tǒng)還可以與組裝機(jī)器相結(jié)合，將電子器件連接于已涂布的焊劑上。
在PMD工藝期間幫助流體材料干燥的另一種方法是，可控地加熱流體材料和襯底。還可以提供空氣流，以幫助流體材料干燥。
如上所述，在真空吸盤(pán)和/或工作臺(tái)上的襯底可以用輻射熱、對(duì)流熱和/或傳導(dǎo)熱加熱。還可以在例如PMD裝置中加熱流體材料。在某些情況下，必須加熱流體材料例如焊劑、某些塑料和金屬，使其變成適合于由PMD裝置噴涂的粘性狀態(tài)。在這狀態(tài)下，流體材料的凝固或固化需要在流體材料涂布在襯底上以后立刻冷卻該流體材料，在這種情況下，需要冷卻襯底和周?chē)沫h(huán)境，以加速流體材料的固化過(guò)程。冷卻裝置連接于工作臺(tái)，通過(guò)接觸冷卻襯底。也可以利用已致冷的氣流冷卻襯底，使制冷的空氣或氣體吹在襯底上。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，流體材料和/或襯底的冷卻和加熱不折不扣是一種控制流體材料在襯底上成形的適當(dāng)方法。具體是，不同的流體材料具有不同的特性，有些材料是憎水的或者親水的，有些材料憎油的或者是親油的，而有些材料具有很快的干燥速度。另一些材料具有很慢的干燥速度。這些特性中各種特性以及流體材料與其它化合物的反應(yīng)特性可能影響流體材料涂在襯底上以后流體材料層的結(jié)構(gòu)。因此，可將PMD系統(tǒng)的可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令編成程序，調(diào)節(jié)PMD系統(tǒng)的冷卻和加熱部件，以適應(yīng)特定類型的流體材料以及適應(yīng)影響涂布材料最后形狀的其它因素。這些其它因素包括(但不限于)層涂布速度、涂布體積、涂布材料的離析性或濃度、襯底的類型和厚度、襯底的材料和結(jié)構(gòu)以及流體材料與襯底的反應(yīng)性。
取決于襯底和流體材料，加熱/冷卻或控制涂布環(huán)境具有各種優(yōu)點(diǎn)。例如，擴(kuò)大干燥溫度范圍便允許在制造各種裝置的工藝中使用原本不能使用的溶劑。在將流體材料激發(fā)到襯底上時(shí)，頭部上的材料和噴頭的干燥可能會(huì)堵塞噴頭，并影響制造工藝的可靠性。為加速在襯底上的干燥，可加熱/冷卻襯底，這樣便使得PMD工藝可以用于大量的在室溫下緩慢干燥的各種流體。
盡管已采用加熱/冷卻襯底的各種各樣方法，但可按下述方式執(zhí)行一個(gè)實(shí)施例。將固定襯底的真空吸盤(pán)加熱/冷卻到根據(jù)襯底、流體材料和正形成結(jié)構(gòu)的特征選擇的溫度。將該真空吸盤(pán)被加熱/冷卻到選擇溫度的規(guī)定準(zhǔn)確度范圍內(nèi)(例如在1攝氏度范圍內(nèi))。
使襯底達(dá)到選定的溫度，在此時(shí)將流體材料涂布在襯底上。已加熱/冷卻的襯底有助于流體材料的干燥或者固化，并可以改進(jìn)層的結(jié)構(gòu)，并且，依賴于具體的流體材料可以提高制造工藝結(jié)束后所形成結(jié)構(gòu)的效能。
如果襯底的熱膨脹系數(shù)和襯底被加熱/冷卻的溫度太高，則襯底可能膨脹或者收縮到這樣的程度，即在不加熱襯底時(shí)進(jìn)行的校正和準(zhǔn)直變得不準(zhǔn)確，此時(shí)可采用至少兩種機(jī)構(gòu)中的一種機(jī)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償這種膨脹和/或收縮。第一，如果熱膨脹系數(shù)是已知的，則可以根據(jù)原來(lái)的位置和預(yù)料的膨脹或者收縮位置，來(lái)確定整個(gè)襯底的新位置。第二，在加熱/冷卻之后，可以利用本發(fā)明的光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)來(lái)重新校正和重新準(zhǔn)直該襯底。雖然兩種方法都是適用的，但后一種方法更準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢灾苯訙y(cè)量襯底的位置。
如果溫度太高，可使與襯底接觸的被加熱的真空吸盤(pán)與PMD機(jī)器工作臺(tái)的其余部分熱絕緣。這種熱絕緣可以防止工作臺(tái)顯著膨脹，否則這種膨脹將降低襯底相對(duì)于PMD頭的準(zhǔn)確準(zhǔn)直和定位。
為了增加效率，可以將襯底配置在真空吸盤(pán)以前，進(jìn)行預(yù)加熱或者預(yù)冷卻，這樣便可減少真空吸盤(pán)加熱或冷卻襯底期間的等待時(shí)間。同樣，如果在涂布之后需要繼續(xù)進(jìn)行溫度控制，則可以將襯底和形成在該襯底上的結(jié)構(gòu)從吸盤(pán)取下來(lái)，然后再放在溫度控制板上。這種方法允許加熱/冷卻襯底，同時(shí)又能使PMD系統(tǒng)在處理前一襯底之后，緊接著接收另一襯底。
在某些實(shí)施例中，PMD系統(tǒng)還包括加熱裝置。該加熱裝置有助于在襯底上涂布流體材料之后，緊接著干燥、凝固和固化流體材料。該加熱裝置可以直接加熱襯底或者圍繞該襯底的環(huán)境。熱量可以通過(guò)輻射、對(duì)流或者傳導(dǎo)傳到襯底上。作為一個(gè)例子(不限于此例子)，可以用加熱裝置直接加熱真空吸盤(pán)和/或工作臺(tái)，因此提供使熱量傳送到襯底的熱源?；蛘咴谡婵瘴P(pán)和/或工作臺(tái)內(nèi)裝上加熱部件或者其它的起加熱裝置作用的熱源。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看到，已經(jīng)有各種各樣的可由本發(fā)明的PMD系統(tǒng)用來(lái)加熱襯底的加熱部件和裝置。如果需要，該加熱裝置還可以作成為能夠提供均勻分散的熱量，或者不連續(xù)的熱量?？梢蕴貏e利用加熱裝置的控制器來(lái)控制干燥曲線和流體在干燥或者固化后的最后形狀。具體是，加熱裝置可以形成一種用于控制固化時(shí)流體材料毛細(xì)作用的裝置，由此控制流體材料的小滴是固化成凹面形、凸面形、對(duì)稱形、非對(duì)稱形、一致形、還是不規(guī)則形。
按照另一實(shí)施例，PMD系統(tǒng)裝有固化裝置例如紫外光源，以便在流體涂布在襯底上以后，使該光源的紫外光射到襯底和/或流體材料上。此實(shí)施例可用于固化由紫外光固化的流體材料，該固化裝置還包括激光系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該激光系統(tǒng)起熱源的作用，用于固化涂布的流體材料。然而在另一實(shí)施例中，該激光系統(tǒng)形成為一種修整或者燒蝕已涂布流體材料的裝置。即使激光燒蝕包括后面的涂布操作，但是為了形成另一種能夠控制在襯底上涂布流體材料的裝置，這是很有用的。
因此，要求專利權(quán)的本發(fā)明可以以其它特定的方式實(shí)施，而不違背本發(fā)明的精神和本質(zhì)屬性。已說(shuō)明的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在所有方面均是例示性的，不具有限制性。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)確定，而不由上述說(shuō)明確定。意義和范圍與權(quán)利要求書(shū)等效的所有改變應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種將材料涂布在襯底上的方法，用于在襯底上形成結(jié)構(gòu)，該方法包括以下的步驟將襯底定位在一個(gè)機(jī)器上，該機(jī)器能夠執(zhí)行流體制造材料的壓電涂布；使襯底與該機(jī)器的壓電涂布頭準(zhǔn)直；在襯底的選擇位置用壓電涂布頭涂布流體制造材料的小滴時(shí)，用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制該襯底和壓電涂布頭的相對(duì)位置，由此在襯底上形成結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，準(zhǔn)直步驟包括以下步驟在小滴從噴頭排出時(shí)或者在排出之后，用光學(xué)方法分析該液滴，由此識(shí)別該壓電涂布頭排出的操作；根據(jù)光學(xué)分析，選擇襯底和壓電涂布頭的準(zhǔn)直，使噴頭排出的小滴涂布在襯底的選擇位置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該流體制造材料是導(dǎo)電的流體材料；該結(jié)構(gòu)是形成在襯底上的電路。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括控制壓電涂布噴頭排出液滴的涂布頻率和涂布時(shí)刻的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，控制該頻率和時(shí)刻的步驟還包括以下步驟采用微時(shí)鐘脈沖頻率來(lái)控制壓電涂布頭，該微時(shí)鐘脈沖頻率大于壓電涂布頭能夠在供量不足時(shí)涂布小滴的頻率；將空白信息插入到該微時(shí)鐘脈沖頻率的選定周期，從而增加小滴涂布時(shí)刻被控制在的瞬時(shí)分辨率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括加熱襯底和壓電涂布頭中至少一個(gè)的步驟，從而可在襯底上涂布流體制造材料的小滴以后，控制該流體制造材料的干燥或者固化。
7.一種壓電涂布機(jī)器，用于將流體制造材料的小滴涂布在襯底上，從而在該襯底上形成結(jié)構(gòu)，該機(jī)器包括能夠接收襯底和固定該襯底的工作臺(tái)；門(mén)形架；壓電涂布頭，相對(duì)于工作臺(tái)由該門(mén)形架支承就位，使得由壓電涂布頭的一個(gè)和多個(gè)噴頭排出的流體制造材料的小滴涂布在襯底上，其中，該工作臺(tái)和壓電涂布頭可以彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得在將小滴涂布在襯底的選擇位置時(shí)，在襯底上形成該結(jié)構(gòu)。
8.一種如權(quán)利要求7所述的壓電涂布機(jī)器，其特征在于，該工作臺(tái)能夠沿x軸和y軸運(yùn)動(dòng)。
9.一種如權(quán)利要求7所述的壓電涂布機(jī)器，其特征在于，該門(mén)形架能夠使壓電涂布頭沿一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)。
10.一種如權(quán)利要求7所述的壓電涂布機(jī)器，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于使工作臺(tái)和壓電涂布頭彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
11.一種如權(quán)利要求7所述的壓電涂布機(jī)器，其特征在于，還包括多個(gè)獨(dú)立操作的壓電涂布頭。
12.一種如權(quán)利要求7所述的壓電涂布機(jī)器，其特征在于，該門(mén)形架包括相互作用面，該作用面可使壓電涂布頭可取下地固定于該作用面，并使該壓電涂布頭連接于壓電涂布機(jī)器的其余部分。
13.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其特征在于，該相互作用面能夠接收具有不同功能的其它壓電涂布頭。
14.如權(quán)利要求13所述的機(jī)器，其特征在于，還包括主要電子部分，該電子部分能夠使壓電涂布機(jī)與上述其它壓電涂布頭中任何一個(gè)頭協(xié)同操作并控制該頭。
15.一種將材料涂布在印刷電路板襯底上的方法，用于在該印刷電路板襯底上形成結(jié)構(gòu)，該方法包括以下步驟將印刷電路板襯底定位在能夠壓電涂布流體制造材料的機(jī)器上；使印刷電路板襯底與該機(jī)器的壓電涂布頭準(zhǔn)直；在用壓電涂布頭將流體制造材料的小滴涂布在印刷電路板襯底上選定位置的同時(shí)，用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制該印刷電路板襯底和壓電涂布頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此在印刷電路板襯底上形成結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該印刷電路板襯底具有導(dǎo)電表面層；在該印刷電路板襯底上的結(jié)構(gòu)是一種掩蔽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使表面層的選定部分露出，使得在隨后的操作過(guò)程中可以除去該表面層的選定部分，由此在由掩蔽結(jié)構(gòu)覆蓋的那部分表面層上形成電路。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該掩蔽結(jié)構(gòu)消除了原本用來(lái)產(chǎn)生光阻掩蔽結(jié)構(gòu)的光刻操作過(guò)程。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該流體制造材料是使得在流體材料涂布在印刷電路板上以后進(jìn)行處理時(shí)，該流體材料變成印刷電路板襯底上的金屬電路。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在印刷電路板襯底上形成的結(jié)構(gòu)是電阻器。
全文摘要
本發(fā)明的用于在印刷電路板襯底上形成結(jié)構(gòu)的方法包括將印刷電路板襯底(38)定位在能夠執(zhí)行流體制造材料壓電涂布的機(jī)器(10)上。使該印刷電路板襯底(38)與該機(jī)器(10)的壓電涂布頭(16)準(zhǔn)直，用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制印刷電路板襯底(38)和壓電涂布頭(16)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得可以將流體制造材料的小滴涂布在印刷電路板襯底(38)的選定位置。該印刷電路板襯底(38)包括導(dǎo)電的表面層和掩蔽結(jié)構(gòu)，該掩蔽結(jié)構(gòu)使表面層的選定部分露出，從而在除去表面層的選定部分以后形成電路。另外，在印刷電路板上形成的結(jié)構(gòu)可以是電阻器。
文檔編號(hào)B41J2/04GK1630939SQ02813311
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者查爾斯·O·愛(ài)德華茲, 戴維·阿爾貝特爾里 申請(qǐng)人:利特斯公司