專利名稱：輸送材料到基片上的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷電路的制造，更具體地說，涉及用于把電路元件直接印刷到電路基片上的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知的應(yīng)用于紙面打印圖像的噴墨技術(shù)也被應(yīng)用于印刷電路的制造。更具體地說，采用熱噴墨(TIJ)或者壓電(PZT)換能器的噴墨打印頭已經(jīng)用于直接在電路基片上印刷電路元件。
流體從打印頭噴射出有兩種普通的方式。一種方式稱為請求式滴落(DOD)，另一種稱為連續(xù)噴墨。正如名字所暗示的，DOD系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)成可以在需要液滴時(shí)候通過在PZT元件或者薄膜電阻元件上施加電壓來噴出液體的系統(tǒng)。另一方面CIJ系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)成噴射流體細(xì)流的系統(tǒng)，所述流體細(xì)流因?yàn)槿鹄环€(wěn)定性而被分解為液滴。對于這些不同類型的系統(tǒng)而言，DOD系統(tǒng)比CIJ系統(tǒng)復(fù)雜程度低，但由于液體的流向在液滴形成和斷開時(shí)候相反，DOD打印頭比起CIJ系統(tǒng)的射流設(shè)計(jì)更復(fù)雜并且需要比CIJ系統(tǒng)大三個(gè)數(shù)量級或者更多數(shù)量級的能量來產(chǎn)生液滴。另外，CIJ系統(tǒng)比起DOD系統(tǒng)對噴嘴不完美更不敏感些。因此，DOD系統(tǒng)使用的噴嘴的制造允差比起CIJ系統(tǒng)要小。導(dǎo)致的結(jié)果就是制造CIJ系統(tǒng)噴嘴的成本多數(shù)時(shí)候要比生產(chǎn)DOD系統(tǒng)的噴嘴成本低。
典型的TIJ類型的打印頭包括用于把加熱元件附近打印材料的一小部分加熱至過熱的薄膜電阻，在過熱期間被氣化的材料產(chǎn)生氣泡且氣泡的爆炸性增長把液體從打印頭的開口處排出形成液滴。因此薄膜電阻位于噴嘴附近并且打印材料被輸送到薄膜電阻和噴嘴開口之間的位置。TIJ型的打印頭應(yīng)用完全受能從打印頭中噴出的材料類型的限制。例如，TIJ型打印頭可能不能夠給高熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性材料提供足夠的過熱能量。TIJ型打印頭的與在打印電路元件中的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于采用請求式滴落型交流操作，所以液滴的頻率受到和射流控制電路相關(guān)的交流阻抗的限制。
典型的PZT，或者鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽類型的打印頭包括一個(gè)在接收到電壓脈沖時(shí)體積會(huì)發(fā)生變化的換能器部件。這個(gè)體積變化產(chǎn)生的壓力波(聲波)把打印材料從打印頭的噴嘴里推擠出來。PZT型打印頭不適合應(yīng)用于需要在高溫環(huán)境下使用導(dǎo)電性材料的情況，例如，金屬、無機(jī)物半導(dǎo)體和陶瓷，這是因?yàn)橥ǔＳ米鲌?zhí)行器的PZT元件受限于鐵電特性的去極化溫度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明涉及輸送材料到基片上的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括噴射組件，所述噴射組件具有盛放材料的容器，而所述容器包括其盛放的材料可以從中噴出的噴嘴。容器和噴嘴之間有個(gè)拱形部分。材料從容器穿過拱形部分和噴嘴。系統(tǒng)同時(shí)還包括用于在容器中的材料上施加靜態(tài)壓力的裝置，其中，借助于所述用于施加壓力的裝置通過施加壓力而使材料從容器中噴出從而形成來自噴嘴的材料柱。一種用于產(chǎn)生聲波調(diào)制的部件被結(jié)合到容器所述并配置成對瑞利不穩(wěn)定性提供聲波擾動(dòng)及幫助調(diào)節(jié)從材料柱形成液滴。另外，系統(tǒng)包括充電環(huán)，所述充電環(huán)配置成在液滴通過其中時(shí)對所述液滴中選中的液滴施加電荷。還包含一個(gè)或多個(gè)用于改變帶電液滴的軌跡的偏轉(zhuǎn)板


對本專業(yè)的技術(shù)人員來說通過參照以下附圖的描述本發(fā)明的特征是顯而易見的，附圖中
圖1A基于本發(fā)明的實(shí)施例示意性解釋了一個(gè)輸送材料到基片上的系統(tǒng)；圖1B基于本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例示意性解釋了一個(gè)輸送材料到基片上的系統(tǒng)；圖1C基于本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例示意性解釋了一個(gè)輸送材料到基片上的系統(tǒng)；圖2是基于本發(fā)明實(shí)施例的用于操作輸送材料到基片上的系統(tǒng)的控制方案的示例性框圖；圖3是基于本發(fā)明實(shí)施例的用于操作輸送材料到基片上的系統(tǒng)的方法的操作模式的示例性流程圖；以及圖4基于本發(fā)明的實(shí)施例解釋一個(gè)示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
為了簡化和說明的目的，主要通過參考示范實(shí)施例來描述本發(fā)明，在下面的描述里羅列了大量的特定細(xì)節(jié)用于幫助對本發(fā)明有一個(gè)深入的理解。但顯見的是本專業(yè)的技術(shù)人員可以不受這些特定細(xì)節(jié)的限制而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。另一方面，對眾所周知的方法和結(jié)構(gòu)沒有做細(xì)節(jié)描述以避免使本發(fā)明不必要地變得模糊。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，系統(tǒng)配置成精確有效地把用于電路制造的材料輸送到基片上。這個(gè)系統(tǒng)一般實(shí)施連續(xù)噴墨打印技術(shù)(CIJ)，即，材料以完全連續(xù)的方式從容器中噴出并且在噴嘴里沒有逆流。通過在材料相對比較大的表面施加靜壓力使材料從容器中噴出，一般以流體柱形態(tài)從容器噴嘴里噴出的材料由于瑞利不穩(wěn)定性斷裂成液滴。在這方面，不必采用壓電換能器或者薄膜電阻使材料從容器中噴出。換能器或者機(jī)電器件可以與容器結(jié)合并且可能用于調(diào)制液滴的形成。一旦液滴形成，從充電環(huán)穿過的部分或者全部的液滴就被充電。
根據(jù)本發(fā)明，單個(gè)或者多個(gè)偏轉(zhuǎn)板可以改變帶電液滴的方向到用作收集不需要的液滴的收集板。收集板接收的廢棄液滴可以循環(huán)回到容器里或者送到廢物區(qū)。在這個(gè)實(shí)施例里未充電的液滴行進(jìn)到基片并在那里淀積。另外偏轉(zhuǎn)板可以配置成轉(zhuǎn)移所有的帶電液滴到收集板，改變噴嘴和基片的相對位置即可以改變液滴帖附的位置。例如噴射容器或者基片可以固定在能在一個(gè)或多個(gè)方向移動(dòng)的支撐板上。液滴可以以這種方式帖附到基片的不同位置。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所有穿過充電環(huán)的液滴可能都可以被充電。偏轉(zhuǎn)板可以用于控制液滴的飛行路徑。一般來說，偏轉(zhuǎn)板可以使部分或者所有液滴轉(zhuǎn)移到收集板或者基片上。另外，偏轉(zhuǎn)板也可以改變將要帖附在基片上的液滴的飛行路徑來控制液滴在基片上帖附的位置。
通過實(shí)施基于本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)，可以采用相對簡單和有效的方式來制造電路。另外用于從容器中噴射材料的裝置不會(huì)受與用于在基片上印刷電路材料的已知機(jī)制有關(guān)的缺點(diǎn)的影響。
圖1A給出了基于本發(fā)明的輸送材料到基片上的系統(tǒng)100的圖示性解釋。系統(tǒng)包括噴射組件，所述噴射組件具有用于盛放待輸送到基片106上的材料104的容器102。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，容器102包括不與材料104發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料?；蛘撸萜?02可以包括不與材料104發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)襯。材料104可以包括任何合理的可用于制造電路的材料，例如半導(dǎo)體、金屬、介質(zhì)、鈍化材料、蝕刻劑、摻雜劑、反應(yīng)物、保護(hù)性涂層等等。容器102包括噴射材料104的噴嘴108。如曲線形、弓形的拱形部分110位于容器102和噴嘴108之間材料流體的路徑上。如下面的詳細(xì)描述的，拱形部分110對于防止噴嘴108堵塞很有用。
如箭頭112所示的壓力施加到容器102中的材料104的相當(dāng)大部分表面114上使材料104從噴嘴108中噴出。壓力也可以以一種完全固定并且均勻的方式施加。從噴嘴108中噴出的材料104由于施加壓力是完全連續(xù)的。可以采用任何合理可用的介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)在材料104上的大部分面積114上施加完全均勻的壓力。這些合適的介質(zhì)可以是氣體例如空氣、氮?dú)?、氬氣或者其他適合的氣體供給到材料表面114和容器102的之間的空間116。適合的介質(zhì)也可能包括施加在容器102里引入額外材料在材料104上的施加的壓力。壓力施加裝置可以包括機(jī)械元件如可動(dòng)活塞、振動(dòng)膜或者板之類可以施加壓力到面114的元件。
無論什么方式，材料104以流體柱形式從噴嘴108中射出。流體柱118的長度及流體柱118從噴嘴108中射出的速度基本上通過改變材料104上的壓力來控制。取決于材料104上的壓力的不同，當(dāng)流體柱118達(dá)到關(guān)鍵長度，流體柱118的連續(xù)性由于毛細(xì)流斷開及液滴120形成而崩潰。液滴120從例如流體柱118之類的液體流中形成的現(xiàn)象稱作瑞利不穩(wěn)定性。瑞利發(fā)現(xiàn)壓力下從孔中流出的流體由于流體細(xì)流中引入的毛細(xì)波的放大而斷裂成均勻的液滴。鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽型換能器(PZT)122位于接近噴嘴108的位置并用于產(chǎn)生通過流體柱118傳播的壓力震蕩或者調(diào)制。壓電換能器122可以以任何合理的方式配置在噴嘴118的外面來完全防止材料104的熱量對壓電換能器122的不利影響。從某個(gè)角度而言，在壓電換能器和噴嘴108之間的界面可以設(shè)置熱絕緣材料(未顯示)。
盡管以采用壓電換能器122產(chǎn)生壓力調(diào)制的方式公開了圖1A，但是可以采用任何合適的可以產(chǎn)生合適壓力調(diào)制的機(jī)電器件而不偏離本發(fā)明的范圍。
可以設(shè)置加熱元件124以便給材料104供熱。加熱元件124可以包括任何可以給材料104提供足夠熱量以維持104的完整的液體形式的加熱元件。在這方面，加熱元件124可以根據(jù)容器102中材料的成分來選擇。圖1A中對加熱元件124的位置的描述僅僅是解釋目的而不對發(fā)明在任何方面作出限制，因此加熱元件124可能置于相應(yīng)于容器102的任何合適位置包括容器102的內(nèi)部而不偏離本發(fā)明范圍。
沿著液滴120的飛行路徑設(shè)置充電環(huán)126，使得液滴120穿過充電環(huán)126。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，充電環(huán)126可以大致置于接近流體柱118形成液滴120的位置。充電環(huán)一般包括以電容性或電感性方式在液滴120上感生電荷的導(dǎo)電裝置。對于容性耦合，在流體柱118經(jīng)容器102接地的情況下施加在充電環(huán)126的電壓極性決定了帶電液滴的電荷極性。在這點(diǎn)上，充電環(huán)126配置成接受靜電勢并在液滴120上感生電荷。液滴120在從流體柱118中斷裂出來時(shí)也可能保持充電環(huán)126上得到的電荷。如果充電環(huán)126的靜電勢在流體柱斷裂時(shí)候消失，則液滴120將保持中性。
位于液滴120飛行路徑上的是一對偏轉(zhuǎn)板128。偏轉(zhuǎn)板128是可以接受和輸送靜電電勢的電導(dǎo)裝置。靜電勢可以加在偏轉(zhuǎn)板128上用以改變液滴120的運(yùn)行方向。例如，可以把基本上恒定的電勢加到偏轉(zhuǎn)板128上，使得從充電環(huán)126接受電荷的所有液滴120、例如不需要的液滴120’，被轉(zhuǎn)移到收集板130。這個(gè)例子里，中性的液滴120從偏轉(zhuǎn)板飛過去被淀積在基片106上。作為可供選擇的方法，某些或者所有的液滴120可以從充電環(huán)126接受電荷，偏轉(zhuǎn)板128可以用于轉(zhuǎn)移特定或者所有的液滴120，例如不需要的液滴120’到收集板130。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，偏轉(zhuǎn)板128可以用于改變特定部分的帶電液滴的軌跡。更具體地說，偏轉(zhuǎn)板128可用于偏轉(zhuǎn)那些具有不落在預(yù)定的電質(zhì)比范圍內(nèi)的特定電質(zhì)比的液滴120。例如，液滴120可以根據(jù)他們的質(zhì)量來獲得電荷因此這些液滴120具有一定的電質(zhì)比，例如，小的液滴120可以認(rèn)為是不需要的液滴120’并被送到收集板130?；蛘?，具有一定電荷的液滴120，例如小液滴可以穿過偏轉(zhuǎn)板128并淀積在基片106上。從某個(gè)方面而言，偏轉(zhuǎn)板128用于產(chǎn)生具有足夠強(qiáng)度的靜電電勢來改變具有一定電荷的液滴120的軌跡。
收集板130可以包括用于收集不需要的液滴120’的裝置和用于循環(huán)使用不用的或者不需要的液滴120’的裝置。在此點(diǎn)上，收集板130可以包括加熱元件(未顯示)用于維持不需要的液滴120’的液態(tài)形式。另外收集板也可以包括用于把未使用的材料104送回到容器102以便再利用的裝置。所述輸送裝置可以包括泵或者其他已知的可以用于操縱流體的設(shè)備。
那些沒有被轉(zhuǎn)移到收集板130的液滴120可以完全自由地運(yùn)行并沖擊基片。在圖1A的實(shí)施例中?；?06固定在可動(dòng)的承載板132上。箭頭134表示承載板132可以以與圖1A的平面平行的垂直運(yùn)動(dòng)的方式移動(dòng)。根據(jù)某些實(shí)施例，承載板132也可以在進(jìn)入圖1A的平面或從圖1A的平面中出來的方向上，或者在這兩個(gè)方向上移動(dòng)。
可以通過液滴120軌跡和承載板132之間的相對移動(dòng)來大體上控制液滴120在基片106上的位置。在上面的例子中，可以以二維形式控制液滴120位置的定位。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可以把容器102的組件、充電環(huán)126、偏轉(zhuǎn)板128和收集板130安裝在承載板132上以提供相對于基片106的相對運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)例子里，承載板132不需要置于基片106的后面?；诹硗庖粋€(gè)實(shí)施例，承載板132也可以僅作一維移動(dòng)，例如沿箭頭134的方向。從任何一點(diǎn)而言，液滴120可以以至少兩個(gè)自由度淀積在基片106上。通過將液滴120彼此堆積在一起形成多層結(jié)構(gòu)也可以得到第三個(gè)自由度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以例如在沿進(jìn)入圖1A的平面或者平行于圖1A的平面的軸的方向上設(shè)置多個(gè)容器102。另外，多個(gè)容器102可以含有相同或者不同的材料104。因此，基于本發(fā)明的實(shí)施例，液滴120可以通過承載板沿著一個(gè)方向的移動(dòng)施加到基片106的不同位置上從而形成電路。此外，也可以通過以基本上同步的方式施加不同的材料來形成電子電路。
承載板132可以用于接收靜電電勢。承載板132接受的靜電電勢可以用于延遲或者加速液滴120的速度。例如如果液滴120以負(fù)極性被充電，通過施加負(fù)的靜電勢到承載板132可以將液滴的速度減緩。相反的液滴120可以通過在承載板132上施加正的靜電勢而被加速。因此液滴120在速度上的差異是可以用于控制液滴120在基片106上的淀積的另外一個(gè)控制參數(shù)。
如前面所闡釋的，拱形部分110可以用于防止噴嘴108的阻塞。圖1A中給出的容器102的配置要求材料104通過噴嘴108噴出之前從拱形部分110流過。因此當(dāng)壓力施加裝置112停止對材料104施加壓力時(shí)，拱形部分內(nèi)的材料104或者流回容器102的主腔或者流出噴嘴108。在這一點(diǎn)上，拱形部分110本質(zhì)上避免材料104沉淀在噴嘴108附近的位置。因此，在某種意義上，可以基本上避免材料104干涸并堵塞噴嘴108。
盡管圖1中未顯示，但容器102可以包括圖1B所示并描述的再充裝設(shè)備154。因此，可以將成分相同或者不同的其他材料104加入容器102。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，容器102可以包括位于系統(tǒng)100內(nèi)的可更換部件。即，例如，可以把容器102可拆卸地安裝在拱形部分110上，以便可以在盛裝的材料104耗盡或者準(zhǔn)備在系統(tǒng)100應(yīng)用盛裝不同材料的不同容器102時(shí)更換容器102。另一個(gè)例子是容器102、拱形部分110和噴嘴108及壓電換能器122可以包括可以在上述情況下更換的整體地制造的部件。
圖1B示出了用于輸送材料到基片上的系統(tǒng)150。系統(tǒng)150包括圖1A中提到的所有元件。因此后面對圖1B討論是為了幫助理解那些在圖1A中提到但是沒有特別說明的部件。盡管如此，如下面所述，一些部件可能會(huì)以與圖1A中描述不同的方式工作。更具體地說，充電環(huán)126可能給通過的每個(gè)液滴120充電。另外，偏轉(zhuǎn)板128可以用于控制如箭頭152和152’所示的每個(gè)液滴120的軌跡。
從某個(gè)方面來說，偏轉(zhuǎn)板128可以通過改變加在上下偏轉(zhuǎn)板上的靜電電荷電平來控制液滴120的軌跡。例如如果給液滴120充以負(fù)電荷，則可以這樣改變液滴120的軌跡，使得液滴120落在或者沖擊基片上較高的位置。在這個(gè)例子里，上偏轉(zhuǎn)板充以正電位而下偏轉(zhuǎn)板充以負(fù)電位，使得液滴120將被上偏轉(zhuǎn)板吸引而被下偏轉(zhuǎn)板排斥。
如圖1B所示，部分液滴120如那些不需要的液滴120’可以通過改變它們的如箭頭所示的軌跡到收集板130以廢棄掉。另外，可以這樣控制剩余的液滴120的軌跡，以便利用另外一對正交于偏轉(zhuǎn)板128的偏轉(zhuǎn)板(未顯示)使它們沿圖1B的垂直面打在基片106的不同的2維位置上，從而實(shí)現(xiàn)材料104在基片106的的2個(gè)自由度淀積。根據(jù)實(shí)施例，可以分別沿著進(jìn)入或平行于圖1B的軸移動(dòng)承載板132。承載板132的額外的二維運(yùn)動(dòng)可以一塊一塊地?cái)U(kuò)展偏轉(zhuǎn)板128’的二維偏轉(zhuǎn)區(qū)域，以便覆蓋整個(gè)基片106。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例。承載板134可能相對固定并且可以沿著或者在圖1B平面內(nèi)或者進(jìn)入圖1B平面的軸設(shè)置多個(gè)容器102。從任何意義上說，可以以至少2個(gè)自由度在基片106上淀積液滴120?？梢酝ㄟ^把液滴120堆積在一起形成多層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)第三個(gè)自由度。
圖1B也闡釋了包括閥門156和容器102的開口158的再充裝設(shè)備154。再充裝設(shè)備154可以給容器102加入額外的材料104。再充裝設(shè)備154包括用于把再充裝設(shè)備154連接到例如額外材料的供應(yīng)盒的接口159。
盡管已經(jīng)解釋了包含閥門156和容器102的開口158的再充裝設(shè)備154，但是，顯然，可以使用任何合適的可以把材料104加入容器102的設(shè)備而不偏離本發(fā)明的范圍。這些設(shè)備包括諸如蓋住開口158的帽、封條、隔膜和類似的物體。另外，也可以使用注射器型設(shè)備把材料104注入容器102中而不偏離本發(fā)明的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，容器102可以包括系統(tǒng)150中的可更換部件。即，例如，可以把容器102可拆卸地安裝在拱形部分110上，以便可以在盛裝的材料104耗盡或者系統(tǒng)150采用盛裝不同材料的不同的容器102時(shí)更換容器102。另外一個(gè)例子是容器102、拱形部分110和噴嘴108及壓電換能器122可以包括可以在上述情況下更換的整體制造的部件。
圖1C圖示出了用于輸送材料到基片上的系統(tǒng)160。系統(tǒng)160包括圖1A中提到的所有元件。因此后面對圖1C討論是為了幫助理解那些在圖1A中提到但是沒有特別說明的部件。圖1C相對于圖1B而言，兩個(gè)系統(tǒng)的明顯區(qū)別是材料104從噴嘴108中噴出的方向。更具體地說，圖1C示出開口向下的噴嘴108。
另外，拱形部分110’比起圖1A和圖1B中的拱形部分110相對高些，根據(jù)拱形部分110’的設(shè)置，加到材料110’上的壓力下降到預(yù)設(shè)水平以下時(shí)，位于拱形部分110’第一邊的拱形部分110’的材料104或者流回容器102或者保留在拱形部分110’，位于拱形部分110’第二邊的拱形部分110’的材料104通過拱形部分110’的設(shè)置而流出噴嘴108。在這方面，拱形部分110’可以完全防止噴嘴108中的材料104干涸或者積累。
盡管圖1C中未顯示，但容器102可以包括圖1B所示并描述的再充裝設(shè)備154，因此成分相同或者不同的額外的材料104可以加入到容器102。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，容器102可以包括系統(tǒng)160中的可更換部件。即，例如可以把容器102可拆卸地安裝到拱形部分110’上，以便可以在盛裝的材料104耗盡或者系統(tǒng)160采用盛裝不同材料的不同容器102時(shí)更換容器102。另外一個(gè)例子是容器102、拱形部分110’和噴嘴108及壓電換能器122可以包括可以在上述情況下更換的整體地制造的部件。
圖1A-1C一般性闡釋了把材料104加載到基片106上的幾個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的這些實(shí)施例。系統(tǒng)100、150、160使用的材料104可能包括蝕刻劑用于消除選擇區(qū)域的材料。例如，可以把蝕刻劑涂敷到覆蓋有不需要材料的區(qū)域。蝕刻劑接觸不需要的材料然后通過熱或者光把它蒸發(fā)掉?；蛘撸诘诙N材料上加上第一種材料，此時(shí)第一種材料將第二種材料氧化，使第二種材料絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，系統(tǒng)100、150、160可以以不同的方式參與電子電路的制造。例如系統(tǒng)100、150和160可以用于在基片上涂敷掩模層或者抗蝕劑。掩模層或者抗蝕劑可以用于傳統(tǒng)的光刻工藝。
圖2是基于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于輸送材料到基片上的控制方案202的示意性框圖200。應(yīng)當(dāng)理解的是下面的描述是控制方案202的一種配置方案但只是控制方案202多種可能配置方案中的一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制方案202可以包括任何數(shù)量的控制器和存儲(chǔ)器，它們配置成操作材料傳送系統(tǒng)內(nèi)的不同部件。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是框圖200可以包括額外的部件且這兒提到的部分部件可以在不偏離本發(fā)明范圍的前提下進(jìn)行更換或者去除。
控制方案202包括用于控制材料輸送系統(tǒng)如系統(tǒng)100、150、160的操作的控制器204。在這方面，下面對控制方案202的討論涉及系統(tǒng)100、150、160中的部件。應(yīng)當(dāng)理解的是以系統(tǒng)100、150、160的部件為參考是為了闡明和理解本發(fā)明的不同的實(shí)施例并不是為了限制本發(fā)明。因此也應(yīng)當(dāng)理解的是控制方案202可能用于那些具有與系統(tǒng)100、150、160不同的配置的系統(tǒng)。
控制器204可以控制包括微處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)及類似的部件?？刂破?04可以與電源206連接并提供給材料輸送系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)部件提供不同的電壓。例如、控制器204可以通過改變供給壓力施加裝置的電壓大小控制壓力施加裝置208施加到材料上即材料104的壓力大小。
控制器204可以與存儲(chǔ)器210連接以提供賦予控制器204操作材料系統(tǒng)功能的計(jì)算機(jī)軟件的存儲(chǔ)空間。存儲(chǔ)器210可以是易失性和非易失性存儲(chǔ)器如DRAM、EEPROM、閃存及類似器件的組合。存儲(chǔ)器210也可以設(shè)置成用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)/信息以適用于那些用不同材料輸送系統(tǒng)形成不同電路的方式。
基于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器210的算法或者軟件，控制器204可以操作材料輸送系統(tǒng)的部分或者所有的部件。如上所述，控制器204可以通過控制壓力施加裝置208(例如壓力施加裝置112)來控制施加到材料上的壓力量。在這方面，可以本質(zhì)上控制來自噴嘴的出來的流體柱長度和噴出速度。另外，控制器204可以操作加熱元件212諸如加熱器124來控制諸如容器102內(nèi)材料的溫度。控制器204可以通過改變供給加熱器212的電壓來控制加熱元件212。另外，在材料輸送系統(tǒng)使用不同材料所需要的溫度信息可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器210?？刂破?04可以存取這些信息并控制加熱元件212根據(jù)容器內(nèi)所盛裝的材料產(chǎn)生不同的熱量。
控制器204可以用于控制壓電換能器214例如壓電換能器122的工作。壓電換能器可以與控制器204有電氣連接且控制器204可以通過改變供給壓電換能器的電壓和頻率來改變壓電換能器的工作。控制器204可以存取存儲(chǔ)器210中的信息例如查詢表(未顯示)來得到為獲得需要的振蕩而必需的電壓和頻率之間的關(guān)系。這種信息也可以包括適用于不同材料所需要的電壓和頻率的相關(guān)數(shù)據(jù)。
控制器204可以與充電環(huán)216如充電環(huán)126、偏轉(zhuǎn)板218如偏轉(zhuǎn)板128進(jìn)行電氣連接。控制器204可以用于控制供給充電環(huán)126和偏轉(zhuǎn)板218的靜電電荷。從某個(gè)方面來說控制器可以控制供給充電環(huán)126和偏轉(zhuǎn)板218靜電電荷的極性和電平。控制器204因此可以在液滴穿過充電環(huán)時(shí)候控制供給液滴如液滴120電荷。另外如上所述控制器204可以通過改變供給偏轉(zhuǎn)板218的靜電電勢來控制帶電液滴的軌跡。
在控制方案202中。控制器204可以控制承載板220如承載板132的不同的操作。例如圖2所示，承載板220可以包括用于控制承載板220相對于偏轉(zhuǎn)板218的位置的一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器。如上所述?？梢匝匾痪S或多維的軸控制承載板220以便使液滴可以定位在基片如基片106上不同的位置?？刂破?04可以控制執(zhí)行器222以便控制承載板220以非常精確的移動(dòng)來控制液滴在基片上的定位。
控制器204可以控制供給承載板220的靜電充電設(shè)備的電壓。如上所述，可以向承載板220提供靜電電荷以便當(dāng)液滴接近基片時(shí)或者控制其加速或者控制其減速。因此，控制器204可以控制靜電電荷的極性和相對強(qiáng)度來改變液滴的加速或者減速。
已經(jīng)闡述的控制器204通過改變供給這些部件的電壓控制某些材料輸送系統(tǒng)的部件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，控制器204可以通過發(fā)送控制信號(hào)給這些部件控制某些或者所有的材料輸送系統(tǒng)的此類部件。在這方面，某些或者所有的材料輸送系統(tǒng)的部件可能含有可以根據(jù)來自控制器的指令操作部件的機(jī)制。例如此類機(jī)制可以包括配置成接收或者處理來自控制器204的指令的各個(gè)單獨(dú)的控制器。
圖3解釋了基于本發(fā)明實(shí)施例的一種操作材料輸送系統(tǒng)的方法的操作模式300的示范性流程圖。應(yīng)當(dāng)理解的是下面對操作模式300的描述是本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于實(shí)踐的一種方案但卻是眾多不同方案中的一種。對于本專業(yè)的技術(shù)人員而言操作模式300代表著一般化的解釋并且其他的步驟或者現(xiàn)存的步驟可以進(jìn)行去除、更改或者重新安排而不偏離本發(fā)明的范圍。
對操作模式300的描述將引用圖2中的框圖200和相應(yīng)的圖1A-1C中的系統(tǒng)100、150、160的提到的元件。應(yīng)當(dāng)理解的是操作模式300既不局限于框圖200也不局限于系統(tǒng)100、150和160。應(yīng)當(dāng)理解為操作模式300可以以不同于這兒提到的框圖200和系統(tǒng)100、150、160的配置而用于實(shí)踐。
可以在步驟302中響應(yīng)不同的激勵(lì)源而啟動(dòng)操作模式300。例如可以通過響應(yīng)操作員的手動(dòng)指令、預(yù)定的倒計(jì)時(shí)、對發(fā)射信號(hào)的接收響應(yīng)而啟動(dòng)操作模式300。一旦啟動(dòng)，在步驟304，把壓力加到容器102中的材料104上。壓力的施加可以通過前面詳述過的壓力施加裝置112、228等進(jìn)行。另外壓力施加裝置112、208可以在材料104上施加完全一致的壓力。一般而言，施加到材料104上的壓力大小可能和噴嘴中噴出的流體柱的長度和噴出速度一致。此外，通過借助于壓力施加裝置112和208施加壓力，材料104可以在到達(dá)噴嘴108之前引入拱形部分110、110’。同時(shí)，如上所述，拱形部分110、110’可能對于防止噴嘴108的阻塞很有用。
在材料104上施加壓力一般可以使材料104在通過拱形部分100、110’后如步驟306所示從噴嘴108中噴出。此外，在步驟308，通過由從噴嘴108噴出的材料104形成的流體柱118產(chǎn)生聲波。可以由設(shè)置在噴嘴108附近的壓電換能器122、214產(chǎn)生聲波。流體柱118由于前述的瑞利不穩(wěn)定性斷裂成液滴120。
在步驟310，來自流體柱118的一個(gè)或多個(gè)液滴120由充電環(huán)126、216充電。液滴120接受電荷的方式在前面已經(jīng)詳細(xì)描述。液滴120穿過充電環(huán)126、216后穿過一對偏轉(zhuǎn)板128、218。偏轉(zhuǎn)板128、218一般用于改變帶電液滴120的軌跡。
在步驟312，控制器204可以確定是否應(yīng)當(dāng)廢棄某些或者所有液滴。例如那些被確定為不需要淀積到基片108上的某些或者全部液滴120可能被廢棄掉。如果控制器204確定了某些液滴120要被廢棄，那么，在步驟314，控制器120可以控制偏轉(zhuǎn)板128、218發(fā)射靜電電荷使得所述被確定的液滴120被偏轉(zhuǎn)到收集板130。如果控制器204確定沒有液滴120需要廢棄或者這些液滴是要送達(dá)基片的，那么，在步驟316，控制器204可以確定接受了電荷的液滴120的軌跡是否需要改變?？刂破?04可以確定，要改變所述各液滴120中某些液滴的軌跡以便改變它們在基片108上的位置。
如果控制器204確定要改變液滴120中一個(gè)或多個(gè)液滴的軌跡，那么，在步驟318，控制器204可以操作偏轉(zhuǎn)板128、218發(fā)射靜電電荷改變所需的液滴120的軌跡。例如可以通過改變偏轉(zhuǎn)板128、218上的靜電電荷的極性和數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。
在步驟320中，控制器204可以確定應(yīng)當(dāng)改變液滴120中一個(gè)或多個(gè)液滴的速度。更具體地說，控制器204可以確定在到達(dá)基片108之前對所述液滴120中一個(gè)或多個(gè)液滴是加速還是減速有利。如果要改變所述液滴120中一個(gè)或多個(gè)液滴的速度，那么，在步驟322，控制器204可以控制承載板132、220上的靜電充電設(shè)備224發(fā)射靜電電荷。為了加速液滴120，控制器204可以控制靜電充電設(shè)備224產(chǎn)生和液滴120上的所帶電荷相反的靜電電荷。相反，為了使液滴120減速，控制器204可以控制靜電充電設(shè)備224產(chǎn)生和液滴120上的所帶電荷相同的靜電電荷。
在步驟324，控制器204可以確定是否要移動(dòng)基片108。例如，控制器204可以確定將在系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)基片108，在該系統(tǒng)中要求移動(dòng)基片108以便于液滴120定位在基片108上的不同位置。這種類型的配置中，控制器204可以確定基片108的移動(dòng)以允許液滴120可以定位在基片108上的不同位置例如產(chǎn)生電子電路元件。在步驟326，如果控制器204確定基片108需要移動(dòng)，那么，控制器204可以操作承載板132、220上一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源222來對基片108重新定位。否則控制器204可以確定操作模式300是否繼續(xù)到步驟328。
如果確定操作模式300要繼續(xù)，那么，可以在任何合適的時(shí)段(例如不確定地直到電路制造完成為止等等)重復(fù)步驟304-328。另一方面，如果確定要在一段時(shí)間過后、電路完成等情況下不中止操作模式300，那么，可以在步驟330結(jié)束操作模式300。如上所述，容器102中的拱形部分110、110’可以用于防止材料在噴嘴108中滯留。因此操作模式300可以中斷相當(dāng)長的時(shí)間而不必考慮噴嘴108的阻塞問題。
圖3中的操作模式300的這些操作可以以實(shí)用程序、程序或子程序的形式被包含在任何所需的計(jì)算機(jī)可存取介質(zhì)中。此外，可以通過活動(dòng)的和非活動(dòng)的各種計(jì)算機(jī)程序來實(shí)施操作模式300。例如它們可以以軟件程序的形式存在，所述軟件程序包括源代碼、可執(zhí)行代碼或者其他格式的程序指令。上述任何一種程序指令都可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括壓縮或者非壓縮形式的存儲(chǔ)設(shè)備和信號(hào)。
示例性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)設(shè)備包括傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)RAM、ROM、EPROM、EEPROM和磁或者光盤或者磁帶。不管是否利用載波進(jìn)行了調(diào)制，示例性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)信號(hào)是這樣的信號(hào)主導(dǎo)或者運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以存取該信號(hào)，包括從互聯(lián)網(wǎng)或者其他網(wǎng)絡(luò)下載的信號(hào)。上述計(jì)算機(jī)可讀程序的具體的例子包括CD-ROM上分發(fā)的或者通過互聯(lián)網(wǎng)下載的程序。在某種意義上，互聯(lián)網(wǎng)本身作為一個(gè)抽象的實(shí)體是一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，同樣的概念對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也是正確的。因此應(yīng)當(dāng)理解的是任何具備執(zhí)行以上所述能力的電子設(shè)備可以執(zhí)行上面列舉的那些功能。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400包括一個(gè)或多個(gè)控制器如處理器402。所述處理器可以用于執(zhí)行操作模式300中所描述的部分或者所有步驟。來自處理器402的指令和數(shù)據(jù)通過通信總線404進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400還包括主儲(chǔ)存器406例如用于控制方案202執(zhí)行時(shí)所用的程序代碼所在的存儲(chǔ)器210、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)以及二級存儲(chǔ)器408。二級存儲(chǔ)器408包括一個(gè)或多個(gè)硬盤410或者可拆裝存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器412如軟盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、閃存卡/棒存儲(chǔ)器等等，控制方案202的程序代碼在這里上載或者存儲(chǔ)。
可拆裝存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器410以眾所周知的方式讀寫可拆裝存儲(chǔ)單元414。用于輸入和輸出設(shè)備包括鍵盤416、鼠標(biāo)418、觸摸屏或者唱針(未顯示)和顯示器420。顯示適配器422可以和通信總線420連接并且可以接收來自處理器402的顯示數(shù)據(jù)然后將顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用于顯示器420的顯示指令。處理器402可以通過網(wǎng)絡(luò)適配器424在網(wǎng)絡(luò)、互連網(wǎng)、LAN等等進(jìn)行通信。
對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400內(nèi)其他已知的電子元件也可以增加或者替換。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400包括用于數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)的系統(tǒng)板或架、傳統(tǒng)的“白盒子”服務(wù)器或者計(jì)算機(jī)設(shè)備等等。此外，圖4中一個(gè)或多個(gè)部件可能是可選的(例如，用戶輸入設(shè)備、二級存儲(chǔ)器等等)
通過實(shí)施根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)和方法，可以以相對簡單有效的方式制造電子電路。用于從容器噴射材料的裝置將不會(huì)受到與用于把電路材料印刷在基片上的已知的機(jī)制相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)的影響。因此基于本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)和方法可以采用廣泛范圍的材料進(jìn)行電路制造，例如半導(dǎo)體材料、金屬、介質(zhì)、鈍化和保護(hù)涂層材料、蝕刻劑、反應(yīng)物等等。與本發(fā)明提到的已知的通過連續(xù)材料流輸送材料的系統(tǒng)相比，輸送材料到基片上的時(shí)間相對縮短。
本文描述和闡釋了本發(fā)明的實(shí)施例及一些變型。這里使用的術(shù)語、描述、圖表僅僅是為了解釋而不意味著限制。本專業(yè)的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的范圍和精神范圍內(nèi)可以有很多變化，本發(fā)明的范圍和精神將由下面的權(quán)利要求書及其等效物限定，在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，這里的術(shù)語有最廣泛的合理的意義，除非另外指明。
權(quán)利要求
1.一種輸送材料(104)到基片(106)上的系統(tǒng)(100、150、160、202)，所述系統(tǒng)(100、150、160、202)包括噴射組件，所述噴射組件包括盛裝所述材料(104)的容器(102)，所述容器(102)具有所述材料(104)從所述容器(102)噴出時(shí)所經(jīng)過的噴嘴(108)；位于所述容器(102)和所述噴嘴(108)之間的拱形部分(110，110’)，其中，所述材料(104)經(jīng)過所述拱形部分(110，110’)和所述噴嘴(108)從所述容器(102)噴出；用于在所述容器(102)內(nèi)的所述材料(104)上施加壓力的壓力施加裝置(112，208)，其中，所述材料(104)借助于所述壓力施加裝置(112)施加的壓力從所述容器(102)噴出，從而從所述噴嘴108產(chǎn)生所述材料(104)的柱(118)；以及設(shè)置在所述噴嘴108附近用于產(chǎn)生壓力調(diào)制(122，214)的裝置，所述壓力調(diào)制裝置(122，214)配置成對從所述材料柱(118)形成液滴(120)的過程進(jìn)行調(diào)節(jié)；充電環(huán)(126，216)，所述液滴(120)穿過所述充電環(huán)(126，216)，所述充電環(huán)(126，216)配置成在選中的液滴(120)上感生電荷；以及用于改變帶電液滴(120)的軌跡的一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)板(128，218)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100，150，160)，其特征在于還包括配置成承載所述基片和所述噴射組件之一或者兩者的承載板(132，220)，所述承載板(132，220)配置成以二維或者二維以上的形式移動(dòng)，從而移動(dòng)所述基片(106)；以及用于向所述承載板(132，220)輸送靜電電壓的靜電電壓輸送設(shè)備(224)，其中，靜電電壓輸送到所述承載板(132，220)以便改變所述液滴(120)沖擊所述基片(106)的速度。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)(100，150，160，202)，其特征在于還包括位于所述一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)板(128，218)和所述基片(106)之間的收集板(130)，所述收集板(130)用于接收不需要的液滴(120’)，所述收集板(130)配置成把接收的液滴(120’)引導(dǎo)到廢物區(qū)和所述容器(102)中的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)(100，150，160，202)，其特征在于所述材料(104)包括半導(dǎo)體材料、金屬、介質(zhì)、鈍化材料、保護(hù)涂層材料、蝕刻劑、摻雜劑、反應(yīng)劑中的一種或者多種材料。
5.一種淀積材料(104)到基片(106)上的方法(300)，所述的方法包括施加(304)壓力(112)到容器(102)中的材料(104)上，所述壓力(112)使所述材料(104)流過拱形部分(110，110’)并以流體柱(118)的形式流出噴嘴(108)；在整個(gè)所述流體柱(118)上產(chǎn)生壓力調(diào)制(308)，以便對從所述流體柱(118)形成液滴(120)的過程進(jìn)行控制，所述液滴(120)沿著從所述流體柱(118)開始的飛行路徑行進(jìn)；對一個(gè)或多個(gè)所述液滴(120)充電(310)；以及改變(314，318)所述一個(gè)或多個(gè)帶電液滴(120)中的至少一個(gè)帶電液滴的飛行路徑。
6.如權(quán)利要求5所述的方法(300)，其特征在于還包括確定(312)是否要廢棄所述一個(gè)或多個(gè)帶電液滴(120)中的至少一個(gè)帶電液滴；以及其中，改變(314)所述一個(gè)或多個(gè)帶電液滴(120)中的至少一個(gè)帶電液滴的飛行路徑的所述步驟包括改變要廢棄的一個(gè)或多個(gè)液滴的飛行路徑以便將所述要廢棄的一個(gè)或多個(gè)液滴引導(dǎo)到收集板(130)。
7.如權(quán)利要求5和6中任何一個(gè)所述的方法(300)，其特征在于還包括在所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)淀積到所述基片(106)上的步驟之前確定(320)是否要改變所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)淀積到所述基片(106)上的速度；以及對改變所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)淀積到所述基片(106)上的速度的決定作出響應(yīng)而改變(322)所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)的速度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法(300)，其特征在于還包括施加具有和所述一個(gè)或多個(gè)液滴上的所帶電荷相同極性的靜電電荷(322)以降低所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)的速度；以及施加具有和所述一個(gè)或多個(gè)液滴上的所帶電荷相反極性的靜電電荷(322)以提高所述一個(gè)或多個(gè)液滴(120)的速度。
9.一種輸送材料(104)到基片(106)上的系統(tǒng)(100，150，160，202)，所述系統(tǒng)(202)包括用于盛裝所述材料(104)的裝置(102)；用于在所述材料(104)上施加壓力的裝置(208)；用于從盛裝所述材料(104)的所述裝置(102)中噴出所述材料(104)的裝置(108)；引導(dǎo)裝置(110，110’)，用于把所述材料(104)從盛裝所述材料(104)的裝置(102)引導(dǎo)到噴出所述材料(104)的裝置(108)，其中，引導(dǎo)所述材料(104)的所述引導(dǎo)裝置(110，110’)包括拱形形狀；用于從由噴出所述材料(104)的所述裝置(108)噴出的流體柱(118)產(chǎn)生基本上均勻的液滴(120)的裝置(122，214)；以及用于對所述液滴(120)進(jìn)行選擇性充電(126，216)的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(100，150，160，202)，其特征在于還包括用于沿著至少一維的平面移動(dòng)所述基片(106)的裝置(132，220)，其中，用于移動(dòng)所述基片(106)的所述裝置(132，220)包括用于把靜電電荷加到所述移動(dòng)裝置(132，220)以便改變帶電液滴接近所述基片(106)的速度的裝置(224)。
全文摘要
一種輸送材料(104)到基片(106)上的系統(tǒng)(100，150，160，202)包括具有盛裝材料的容器(102)的噴射系統(tǒng)，容器包括材料從容器中噴出經(jīng)過的噴嘴(108)。拱形部分(110，110’)位于容器和噴嘴之間。材料經(jīng)過拱形部分和噴嘴從容器噴出。系統(tǒng)還用于在容器(102)中的材料上施加壓力的裝置(112，208)，其中，材料(104)借助于壓力施加裝置(112，208)施加的壓力從容器中噴出從而從噴嘴(108)形成流體柱(118)。產(chǎn)生壓力調(diào)制的裝置(122，214)設(shè)置在噴嘴(108)附近并用于從流體柱(118)中形成液滴(120)。系統(tǒng)還包括在液滴從充電環(huán)(126，216)通過時(shí)在選中的液滴(120)感生電荷的充電環(huán)(126，216)。一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)板(128，218)用于改變帶電液滴(120)的軌跡。
文檔編號(hào)B05D3/00GK1612674SQ200410090538
公開日2005年5月4日 申請日期2004年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者C·C·楊, G·吉布森 申請人:惠普開發(fā)有限公司