設(shè)備和方法涉及印刷電子器件的領(lǐng)域且特別涉及印刷導(dǎo)體和部件組成的縱橫比高的圖案。

背景技術(shù)：

印刷電子器件是新的最近發(fā)展的電子器件的制造方法。它是一種相對低成本制造方法，允許靈活放置包括電阻器、電容器、電感器和電流導(dǎo)體的無源電子部件和有源電子部件或者簡單的導(dǎo)體。漿料形式的不同的材料被用于改變印刷導(dǎo)體和印刷部件的屬性例如電阻值。

用于在不同類型的基板上制造導(dǎo)電圖案的(特別用于制造大于大約100微米結(jié)構(gòu)的)主要印刷方法之一是絲網(wǎng)印刷。在絲網(wǎng)印刷中漿料被擠壓通過承載期望圖案的模板。當(dāng)導(dǎo)電圖案被印刷的時候，漿料可包含諸如銀和銅顆粒的金屬顆?；蛘哂袡C(jī)導(dǎo)電材料。此類漿料通常被施涂至基板以形成圖案層。圖案層然后能夠被干燥且被轉(zhuǎn)移至另一個載體或被燒結(jié)以除去有機(jī)溶劑和無機(jī)溶劑。采用絲網(wǎng)印刷遇到的一些困難包括形成縱橫比高的圖案且特別是導(dǎo)體線路的能力差。為了得到期望的橫截面，導(dǎo)體的寬度被增加。減少印刷導(dǎo)體的寬度可以提高電子電路封裝的密度，這也增加了導(dǎo)體電阻值和限制在細(xì)導(dǎo)體中的載流能力。

詞匯用語

縱橫比——如在本文中所用，縱橫比意味著印刷結(jié)構(gòu)的高度(h)與印刷結(jié)構(gòu)的寬度(w)或直徑(d)之比?？v橫比高意味著印刷的圖案可以具有超過0.5、1.0、2.0、5.0或更大的縱橫比。

豎直幾何圖案——如在本文中所用，豎直幾何圖案意味著在大致垂直于基板表面的方向上從基板的表面延伸的印刷圖案。豎直幾何圖案在幾何3D形狀例如立方體、圓柱、圓錐、棱錐等方面也能夠被描述為“點狀”圖案或在橫截面(梯形，矩形，三角形等)方面被描述為線路圖案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

描述的是用于印刷縱橫比高和/或特定豎直幾何圖案的設(shè)備和方法。設(shè)備在多印次(multi-pass)印刷模式下操作并包括：漿料分配機(jī)構(gòu)，其被配置為分配高粘度漿料以在第一印次中在基板上形成圖案；和至少一個額外的漿料分配機(jī)構(gòu)，其被配置為在同一基板上分配相同或不同的漿料至在第一印次印刷的圖案的至少一區(qū)段，以使得在第二大體非接觸印次中改變在第一印次印刷的圖案的區(qū)段的厚度。被配置為將漿料分配至在第一印次印刷的圖案的區(qū)段的漿料分配機(jī)構(gòu)在第一印次印刷的漿料干燥之前將漿料分配至先前印刷的圖案的相關(guān)區(qū)段或者這稱為“濕壓濕”印刷。在一些示例中，設(shè)備可以包括兩個以上的漿料分配機(jī)構(gòu)，每個這些機(jī)構(gòu)被配置為分配相同或不同的漿料。

在不同的印次分配或印刷的漿料特征為粘度足以支持在不同的印次濕壓濕沉積的漿料的層之間最小的塌陷。由本專利申請人所實施的印刷測驗表明，在不同印次沉積的或印刷的漿料層特征為在干燥/燒結(jié)之后在它們之間有良好的附連性。非接觸式印刷技術(shù)支持在具有附連性弱的“粘性”表面上印刷。

“濕壓濕”分配漿料和印刷圖案有利于第二和額外的漿料層的準(zhǔn)確放置，這是因為印刷層的熱處理、例如漿料的干燥將不可避免地產(chǎn)生印刷圖案的變形和使第二印刷層對準(zhǔn)復(fù)雜化。濕壓濕印刷過程避免了這個缺點。

設(shè)備還包括一個或多個印刷裝置。印刷裝置可以根據(jù)不同的印刷技術(shù)印刷。例如，印刷裝置可以被配置為通過第一印刷技術(shù)印刷在第一印次印刷的圖案和通過第二印刷技術(shù)印刷將要在第二通常非接觸印次印刷的圖案。第一印刷技術(shù)和第二印刷技術(shù)可以是相同的印刷技術(shù)或不同的印刷技術(shù)。額外的印次可以使用相同的印刷技術(shù)或額外的印刷技術(shù)。

設(shè)備包括基板支承機(jī)構(gòu)?；逯С袡C(jī)構(gòu)被配置以在第一和第二印次過程中支承基板并且如果期望的話移動基板。為了在第二或第三或其它印次、大體上非接觸額外印次進(jìn)行印刷，基板支承機(jī)構(gòu)將基板保持在與第一印次的位置相同的位置中?？商娲?，帶有相應(yīng)的印刷裝置的漿料分配機(jī)構(gòu)可以被移動。

漿料分配機(jī)構(gòu)以足以形成將要印刷的圖案的量分配漿料。漿料可以是導(dǎo)電漿料且包括C、Cu、Ag和Au顆粒或?qū)щ娋酆衔餄{料。設(shè)備在第一印次通過第一漿料印刷圖案和通過與第一漿料不同的漿料或第二漿料印刷在第二印次印刷的圖案。第二漿料可以與第一漿料中的至少一種漿料屬性不同。

將要被印刷的圖案可以包括不同縱橫比的區(qū)段和結(jié)構(gòu)。圖案的區(qū)段和結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)電的導(dǎo)體或跡線和不同橫截面的樁例如錐形，圓柱形，圓錐形和其它橫截面。每個結(jié)構(gòu)可以包括利用不同特性的漿料在不同的印次印刷的多個漿料層。

附圖說明

圖1是基板的一個示例的示意圖，在所述基板上印刷有包括不同縱橫比的區(qū)段的圖案；

圖2是根據(jù)一個示例的印刷設(shè)備的示意圖；和

圖3是印刷設(shè)備的另一個示例的示意圖。

具體實施方式

印刷縱橫比高的圖案且特別包括導(dǎo)電圖案的圖案的能力能夠支持在同一基板上印刷較細(xì)、較高的傳導(dǎo)信號的導(dǎo)體或跡線和較粗的供電導(dǎo)體或跡線的組合。不同部件可以被安裝或連接至具有不同區(qū)段厚度的區(qū)段。具有不同區(qū)段厚度的區(qū)段可以增加封裝密度、改進(jìn)散熱、降低電子電路組件成本、減少互連的數(shù)量和改進(jìn)產(chǎn)品的可靠性。

參考圖1，其是基板的一個示例的示意圖，在所述基板上印刷有包括不同縱橫比的區(qū)段的圖案?；?00可以包括由導(dǎo)體或跡線108、112和116和多個錐形、圓錐形、圓柱形或其它橫截面的樁120、124和128組成的圖案104。每個導(dǎo)體108、112、116和每個樁120、124、128可以具有不同的縱橫比或豎直幾何形狀，且可以包括不同材料的層。例如，導(dǎo)體可具有20-50微米的寬度和60-150微米的高度，且樁可具有30-80微米的直徑和60-150微米的高度。

基板100可以由金屬、塑料或其它材料制成。基板100可以是剛性或柔性的基板。導(dǎo)體108的區(qū)段132和樁124可以包括由含有不同材料的漿料印刷的層。例如，導(dǎo)體112的層136可以由第一材料制成，且導(dǎo)體112的層140可以由第二材料制成。以類似的方式，樁124的層144可以由第一材料制成，且層148可以由第三材料制成。樁120可以完全由第二材料沉積或印刷。

圖2是根據(jù)一個示例的印刷設(shè)備的示意圖。設(shè)備200被配置用于印刷縱橫比高和/或特定豎直幾何圖案，并且大體上在多個印次(printing pass)中印刷縱橫比高和/或特定豎直幾何圖案。設(shè)備200針對每個印次可以使用類似的或不同的印刷技術(shù)和機(jī)構(gòu)。設(shè)備200包括漿料分配機(jī)構(gòu)204，所述漿料分配機(jī)構(gòu)配置為分配高粘度漿料以在第一印次中在基板100上形成圖案104或不同的圖案。設(shè)備200包括額外的漿料分配機(jī)構(gòu)208，所述額外的漿料分配機(jī)構(gòu)被配置為在基板100上分配漿料至圖案104的至少一個區(qū)段，例如在第一印次被印刷的圖案104的區(qū)段132或樁124(圖1)，以在第二通常非接觸印次中改變在第一印次被印刷的圖案的區(qū)段的厚度?；逯С袡C(jī)構(gòu)212被配置為在第一印次和第二印次和整個印刷過程中支承基板100和如果期望的話移動基板。實際上，導(dǎo)體和樁的、即印刷結(jié)構(gòu)的高度是完成的印次數(shù)量的函數(shù)。大體上，相對大數(shù)量的印次可以被完成，且不同高的縱橫比的結(jié)構(gòu)可以被印刷。

設(shè)備200被配置為由印刷裝置216印刷在第一印次被印刷的圖案104的各區(qū)段或者整個圖案104，其中所述印刷裝置根據(jù)第一印刷技術(shù)來印刷或操作。印刷技術(shù)可以例如是：例如絲網(wǎng)印刷，在屬于同一受讓人和同一發(fā)明人的美國專利#8,652,872和美國未決專利申請No.2011/0197965中被公開的PTP技術(shù)和PTP技術(shù)的改型、LIFT(Laser Induced Forward Transfer)或MAPLE(基質(zhì)輔助脈沖激光蒸發(fā))轉(zhuǎn)印技術(shù)。對于第二印次，基板支承機(jī)構(gòu)212將基板100保持在與第一印次的位置相同的位置中。在一個示例中，通過將其上固定有基板100的基板支承機(jī)構(gòu)212在單元224和單元228之間移動來實現(xiàn)基板100在與第一印次的位置相同的位置中的保持，單元224包含漿料分配機(jī)構(gòu)204和印刷裝置216，單元228包含漿料分配機(jī)構(gòu)208和印刷裝置220。在另一個示例中，其上固定有基板100的基板支承機(jī)構(gòu)212在第一印次和第二印次過程中保持靜止，且單元224和單元228被移動以印刷圖案104。單元224和單元228在不同印次之間的位移和對準(zhǔn)的準(zhǔn)確性可以通過本領(lǐng)域公知的方法支持。

設(shè)備200被配置為由第二印刷裝置220印刷在第二大體非接觸印次被印刷的圖案104的各區(qū)段，其中第二印刷裝置根據(jù)第二印刷技術(shù)來操作或印刷。第二印刷技術(shù)可以例如是：如在屬于同一受讓人和同一發(fā)明人的美國專利No.8,652,872和美國未決專利申請No.2011/0197965中被公開的PTP技術(shù)、LIFT或MAPLE轉(zhuǎn)印。

圖2示出了彼此不同的第一漿料分配機(jī)構(gòu)204和第一印刷裝置216和第二漿料分配機(jī)構(gòu)208和第二印刷裝置220，且它們相應(yīng)地使用彼此不同的第一印刷技術(shù)和第二印刷技術(shù)進(jìn)行印刷。在一些示例中，第一印刷技術(shù)和第二印刷技術(shù)可以是相同的印刷技術(shù)，且印刷裝置216和印刷裝置220可以是相同的印刷裝置。

配置為在基板100上將漿料分配至在第一印次印刷的圖案的至少一區(qū)段的漿料分配機(jī)構(gòu)208在第一印次印刷的漿料干燥之前分配漿料至先前印刷的圖案的區(qū)段或者這被稱為“濕壓濕”印刷。在當(dāng)前過程中使用的印刷漿料大體上具有200cps到1000cps的粘度，且在第一印次和第二印次之間特點為最小化塌陷。申請人實施的印刷測試表明，在不同印次沉積或印刷的漿料層特點仍為在基板和在連續(xù)印刷中印刷或沉積的漿料層之間良好的附連性。

根據(jù)濕壓濕印刷技術(shù)分配漿料和印刷圖案有利于第二和額外的漿料層的準(zhǔn)確放置，這是因為印刷層的熱處理、例如漿料的干燥將不可避免地產(chǎn)生印刷圖案變形和使第二印刷層的對準(zhǔn)復(fù)雜化。濕壓濕印刷過程避免了這個缺點。因為基板100在整個印刷過程中保持其固定位置，所以對準(zhǔn)第二漿料層和額外的漿料層通過漿料分配機(jī)構(gòu)204與208和印刷機(jī)構(gòu)216、220在X-Y方向上的簡單運動被完成。雖然在一些示例中，帶有基板100的基板支承機(jī)構(gòu)212被移動，但單元224和單元228保持了它們的固定位置。

設(shè)備200的漿料分配機(jī)構(gòu)204被配置為針對第一印次分配漿料，所分配的漿料量足以形成具有厚度在5至50微米范圍內(nèi)的圖案和形成具有寬度在10至150微米范圍內(nèi)的線路的圖案。大體上，漿料是導(dǎo)電漿料，且是從包括C、Cu、Ag、Au和導(dǎo)電性聚合物漿料的一組漿料中選擇的。在一個示例中，設(shè)備200可以在第一印次和第二印次通過使用相同的漿料印刷圖案104。在一些示例中，設(shè)備200在第一印次通過第一漿料印刷圖案104，且整個圖案104或圖案104的一些區(qū)段可以在第二大體非接觸印次通過與第一漿料不同的漿料或第二漿料被印刷。第二漿料可以與第一漿料在至少一種屬性方面不同。例如，它可以具有不同的導(dǎo)電材料或不同的填料。

在一個示例中，設(shè)備200在第二大體非接觸印次印刷與在第一印次印刷的圖案相同的圖案104，即導(dǎo)體和樁的布局和它們的寬度與在第一印次印刷的圖案的寬度將是相同的。在另一個示例中，設(shè)備200在第二印次可以印刷與在第一印次印刷的圖案不同的圖案，即導(dǎo)體和樁的布局和它們的寬度與第一印次印刷的圖案可以是不同的。

現(xiàn)在將描述印刷縱橫比高和/或特定豎直幾何圖案的方法。首先，待印刷的基板100被提供并安裝在印刷機(jī)200(方框304)的基板支承機(jī)構(gòu)212上。在第一印次，漿料分配機(jī)構(gòu)204將高粘度漿料施涂至基板100，施涂的量足以在基板100上形成圖案104(方框308)。印刷裝置216變成可操作的(方框312)以在基板100上印刷或形成圖案104。印刷裝置216可以在第一印次通過第一印刷技術(shù)印刷圖案104。第一印刷技術(shù)可以例如是：如絲網(wǎng)印刷，在屬于同一受讓人和同一發(fā)明人的美國專利No.8,652,872和美國未決專利申請No.2011/0197965中公開的PTP技術(shù)、LIFT或MAPLE轉(zhuǎn)印技術(shù)和它們的改型。

在第一印次完成之后，漿料分配機(jī)構(gòu)208施涂高粘度漿料，施涂的量足以形成第二印次(方框316)。漿料分配機(jī)構(gòu)208在第一印次印刷的圖案104的至少一區(qū)段上沉積額外層，以使得改變在第一印次印刷的圖案的區(qū)段的厚度。厚度變化將增加區(qū)段的縱橫比，且縱橫比更高的圖案將被印刷。在第一印次印刷的漿料變干燥之前漿料分配機(jī)構(gòu)208將漿料施涂或分配至先前印刷的圖案的區(qū)段，或者這稱為“濕壓濕”印刷技術(shù)。

使用濕壓濕印刷技術(shù)的優(yōu)點在于其有利于第二和額外的漿料層的準(zhǔn)確放置，這是因為印刷層的熱處理例如漿料的干燥將不可避免地產(chǎn)生印刷的圖案變形和使第二印刷層的對準(zhǔn)復(fù)雜化。濕壓濕印刷過程避免了這個缺點。因為基板100在整個印刷過程中保持其固定位置，所以對準(zhǔn)第二漿料層和額外漿料層可以如果需要的話通過漿料分配機(jī)構(gòu)204與208和印刷機(jī)構(gòu)216、220在X-Y方向上的簡單運動被完成。

印刷裝置220變成可操作的(方框320)以在基板100上印刷或形成圖案104的縱橫比高的區(qū)段132(圖1)。印刷裝置220可以通過與第一印次印刷技術(shù)相同的印刷技術(shù)或與第一印次印刷技術(shù)不同的技術(shù)來印刷圖案104的區(qū)段132。第二大體非接觸印刷技術(shù)可以例如是：如在屬于同一受讓人和同一發(fā)明者的美國專利No.8,652,872和美國未決專利申請No.2011/0197965中公開的PTP技術(shù)或PTP技術(shù)的改型、LIFT或MAPLE轉(zhuǎn)印技術(shù)或LIFT或MAPLE轉(zhuǎn)印技術(shù)的改型。

在第一印次被印刷的圖案可以具有在5至50微米范圍內(nèi)的厚度和形成具有在10至150微米范圍內(nèi)寬度的導(dǎo)體線路。在第二和其它大體非接觸印次，印刷的結(jié)構(gòu)可以具有相同的寬度或更小的寬度，例如更小的寬度可以有助于形成具有梯形或錐形豎直橫截面的點狀凸起物。

根據(jù)方法，不同的導(dǎo)電漿料可以在第一印次和第二印次使用。這些不同的導(dǎo)電漿料可以是包括C、Cu、Ag、Au顆粒和導(dǎo)電聚合物漿料的漿料。在一個示例中，在第一印次和第二印次印刷的圖案可以通過相同的漿料被印刷。在另一個示例中，在第一印次印刷的圖案通過第一漿料被印刷，且在第二印次印刷的圖案通過與第一漿料不同的漿料或第二漿料被印刷。在隨后印次中使用的第二漿料和其它漿料可以與第一漿料在至少一種屬性方面不同。

根據(jù)方法，在第二印次印刷的圖案可以與在第一印次印刷的圖案相同或至少部分地重疊。根據(jù)另一個示例，在第二印次印刷的圖案可以與在第一印次印刷的圖案不同。根據(jù)所公開的印刷方法，在第二印次或額外的印次、附著在先前印刷的圖案的區(qū)段上被印刷的額外的印刷層(或多個層)改變了所得到的印刷圖案的厚度并增加了印刷圖案的縱橫比。

公開的方法和設(shè)備支持印刷縱橫比高的不同的圖案。優(yōu)化的若干印刷技術(shù)和合適的粘度印刷漿料的組合支持實現(xiàn)縱橫比高的圖案印刷。印刷方法是“濕壓濕”，且除了別的以外，該印刷方法由正確選擇漿料粘度得以有利實現(xiàn)，以在連續(xù)印刷之間提供最小化塌陷。濕壓濕印刷過程的優(yōu)點在于在連續(xù)漿料分配和印刷過程之間的對準(zhǔn)是簡單的操作。盡管多印次，方法支持在連續(xù)印刷中印刷的不同的漿料和材料之間的良好的附連性，包括在具有附連性低的“粘性”表面上進(jìn)行印刷。

方法和設(shè)備支持以較低成本與較高生產(chǎn)率進(jìn)行印刷。

本文提供了方法和設(shè)備的一些示例，然而應(yīng)當(dāng)注意的是方法和設(shè)備可以在不脫離權(quán)利要求書的精神或范圍的情況下不同于如具體說明和描述被實施。