專利名稱：微沉積控制系統(tǒng)中用來提高分辨率的超頻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微沉積系統(tǒng)，更具體地，涉及用于制作印刷電路板、聚合物發(fā)光二極管(PLED)顯示器和其它需要微沉積流體材料的器件的微沉積系統(tǒng)中的超頻(over-clocking)。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)廠家已開發(fā)了各種用于制作襯底上有小特征尺寸的微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。通常，微結(jié)構(gòu)形成電子電路的一層或多層。這些結(jié)構(gòu)的實施例包括發(fā)光二極管(LED)顯示器件，聚合物發(fā)光二極管(PLED)顯示器件，液晶顯示(LCD)器件，印刷電路板等。絕大多數(shù)這些制造技術(shù)實現(xiàn)起來相對較昂貴，并且需要高的產(chǎn)量來分攤制造設(shè)備的成本。
用于在襯底上形成微結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)包括絲網(wǎng)印刷。在絲網(wǎng)印刷過程中，在襯底上放置精細網(wǎng)孔。流體材料通過網(wǎng)屏按網(wǎng)屏確定的圖形沉積到襯底上。絲網(wǎng)印刷需要網(wǎng)屏和襯底之間的接觸。接觸還發(fā)生在網(wǎng)屏和流體材料之間，這既污染了襯底，也污染了流體材料。
雖然絲網(wǎng)印刷適于形成一些微結(jié)構(gòu)，但是很多制造工藝必須是無污染的，以生產(chǎn)可工作的器件。因此，對于某些微結(jié)構(gòu)來說絲網(wǎng)印刷并非可行的選擇。例如，聚合物發(fā)光二極管(PLED)顯示器件就需要無污染的制造工藝。
某些多聚物可用于二極管中以產(chǎn)生不同波長的可見光。利用這些材料，可制作具有紅、綠和藍部件組成的像素的顯示器件。PLED流體材料使得可以實現(xiàn)全光譜彩色顯示，而且只需要很少的能量來發(fā)射足夠量的光?？梢灶A(yù)期，PLED顯示器將在將來用于各種應(yīng)用，包括電視、計算機顯示器、PDA、其它手持計算器件、移動電話，等等。還可以預(yù)期，PLED技術(shù)將用于制造為辦公室、儲藏室和居住空間提供環(huán)境照明的發(fā)光板。PLED顯示器件廣泛使用的一個障礙是制造PLED顯示器件所遇到的困難。
光刻是用來在襯底上制造微結(jié)構(gòu)的另一種制造技術(shù)。光刻與PLED顯示器件也是不兼容的。使用光刻的制造工藝通常包括在襯底上沉積光刻膠材料。曝光使光刻膠材料固化。使用圖形掩模版向光刻膠材料選擇性曝光。曝光的光刻膠被固化，而未曝光的部分沒有固化。未固化部分被從襯底上去除。
通過去除光刻膠層，下面的襯底表面暴露出來。光刻膠層未固化的部分殘留在襯底上。然后通過光刻膠層上的開口圖形向襯底上沉積另一種材料，隨后去除光刻膠層的固化部分。
光刻已成功地用于制造多種微結(jié)構(gòu)，例如印刷電路板上的跡線。然而，光刻污染了襯底和形成在襯底上的材料。光刻與PLED顯示器的制造不兼容，因為光刻膠會污染PLED聚合物。另外，光刻包括許多用于施加并處理光刻膠材料的步驟。當(dāng)要制作的器件數(shù)量相對較少時，光刻工藝的成本會變得過于高昂。
旋涂也用于形成微結(jié)構(gòu)。旋涂包括在旋轉(zhuǎn)襯底的同時在襯底中心沉積流體材料。襯底的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致流體材料均勻地分布在襯底的表面。旋涂也是一種昂貴的工藝，因為流體材料中大部分流體材料沒有留在襯底上。另外，旋涂工藝限制了襯底的尺寸必須小于大約12”，這使得旋涂不適合于像PLED電視這樣的大器件。
發(fā)明概述本微沉積系統(tǒng)和方法在襯底上沉積總量準確的流體材料。微沉積頭包括許多彼此隔開的噴嘴，噴出的液滴在沉積于襯底上時具有沉積寬度。定位裝置以一定沉積頭速度相對襯底移動微沉積頭?？刂破饕猿浞执笥谝旱螌挾瘸练e頭速度的速率產(chǎn)生超頻信號。控制器包括定位模塊，為定位裝置產(chǎn)生定位控制信號?？刂破靼▏娮靽娚淠K，根據(jù)超頻速率產(chǎn)生噴嘴噴射命令，打開噴嘴形成在襯底上確定特征的液滴。
在本發(fā)明的另一方面，超頻信號比液滴寬度除沉積頭速度大三倍。作為選擇，超頻信號可以是液滴寬度除沉積頭速度的大約10倍。
又一方面，微沉積系統(tǒng)形成電器件的一層中的部分。液滴至少形成下列中的一種光發(fā)射器、導(dǎo)電體、抗蝕劑、電跡線、絕緣體、電容和電阻。沉積頭組件與沉積頭項鏈。沉積頭定位模塊通過旋轉(zhuǎn)沉積頭組件調(diào)整沉積頭的步距。
其它方面，噴嘴噴射模塊利用超頻信號來調(diào)整噴嘴噴射命令的定時以補償步距的改變。第一相機產(chǎn)生液滴的數(shù)字圖像。液滴分析模塊利用光學(xué)特性識別來分析液滴形狀、尺寸、位置和速率中至少一種，并調(diào)整至少一個噴嘴噴射參數(shù)。噴嘴噴射參數(shù)包括下列中至少一種定時、幅度、持續(xù)時間、上升斜沿和下降斜沿。
再一方面，微沉積頭選自下列這些熱微沉積頭、鼓泡(bubble)微沉積頭、連續(xù)滴落微沉積頭、壓電轉(zhuǎn)換閥，以及微電機閥。
其它方面，波形發(fā)生器可對每個噴嘴調(diào)整至少一個噴嘴噴射波形。波形發(fā)生器包括選擇器，根據(jù)噴嘴的工作條件對每個噴嘴選擇許多噴嘴噴射波形中的一個。
從下文給出的詳細描述中，可以清楚地看出本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，這些詳細描述和特定實施例雖然表明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但只是作為說明性目的，并非限制本發(fā)明的領(lǐng)域。
附圖簡述從詳細描述和附圖中將可更完全地理解本發(fā)明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的微沉積系統(tǒng)的原理框圖；圖2為用于圖1的微沉積系統(tǒng)的控制器的原理框圖；圖3示出襯底上用于定位微沉積頭的標記；圖4示出使用光學(xué)特性識別的沉積頭與標記的對準；圖5示出示例性微沉積頭的噴嘴；圖6示出圖5的示例性微沉積頭噴射時壓電轉(zhuǎn)換器的切變；圖7和8為單色和彩色聚合物發(fā)光二極管(PLED)的示例性剖面圖；圖9示出沉積在襯底上的流體材料——例如(PPV)聚合物——的受控干燥；圖10示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于印刷電路板的制造工藝；圖11示出對印刷電路板使用微沉積系統(tǒng)在敷銅介電襯底上沉積抗蝕流體材料；圖12示出對印刷電路板使用微沉積系統(tǒng)在介電襯底上沉積導(dǎo)電流體材料以形成跡線；圖13A和13B示出電阻性流體材料在印刷電路板上的微沉積以形成電阻；圖14示出電容的微沉積；圖15示出根據(jù)本發(fā)明在微沉積跡線上使用疊層絕緣體的印刷電路板替換；圖16示出包括內(nèi)部微沉積電阻、電容和/或跡線的多層印刷電路板；圖17示出一塊發(fā)光板，包括像素板上的微沉積像素和/或可選的熔絲板上的微沉積熔絲；圖18示出波形發(fā)生器，能夠為每個噴嘴產(chǎn)生不同噴射波形；圖19示出示例性噴嘴噴射波形的上升斜沿、持續(xù)時間、定時和下降斜沿；圖20示出使用圖18的波形發(fā)生器對幾個示例性噴嘴噴射波形的上升斜沿、持續(xù)時間、定時和/或下降斜沿進行的調(diào)整；圖21為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴驅(qū)動電路的原理框圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的噴嘴驅(qū)動電路的原理框圖；圖23為示例性波形發(fā)生器的原理框圖；圖24示出包括一個或多個配置組(configuration set)的配置存儲器(configuration memory)；圖25示出使用調(diào)整配置組的波形定時的步距定時調(diào)整器對波形定時進行的調(diào)整；圖26示出與示例性配置組相關(guān)的波形；圖27示出示例性配置組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖28A-28D示出與多個配置組相關(guān)的波形；圖29A-29C示出液滴形成分析；圖30示出液滴對準；圖31A和31B示出微沉積頭的步距調(diào)整；圖32示出示例性使用超頻來調(diào)整以適應(yīng)微沉積頭的步距改變；圖33示出允許快速噴嘴噴射和所施加流體材料的重疊的超頻的優(yōu)選實施方案詳述下面優(yōu)選實施方案的描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，決不是要限制本發(fā)明、其申請或使用。為清楚起見，在附圖中使用相同的標號來標識類似的元素。
現(xiàn)在參看圖1，示出了微沉積系統(tǒng)20，該系統(tǒng)包括控制器22、沉積頭組件24和襯底組件26。使用旋轉(zhuǎn)定位馬達30和旋轉(zhuǎn)定位傳感器32調(diào)整沉積頭組件24的旋轉(zhuǎn)定位或步距。類似地，使用高度調(diào)整馬達34和高度傳感器36可調(diào)整沉積頭組件24相對于襯底組件26的高度。使用側(cè)向定位馬達40和側(cè)向定位傳感器42調(diào)整沉積頭組件24的側(cè)向定位。
在沉積頭組件24上安裝了具有許多噴嘴的微沉積頭50。其它細節(jié)可在下列同時提交的申請中找到PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“微沉積設(shè)備”；PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“溫度可控的真空卡盤”；PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“用于聚合物發(fā)光二極管顯示器、印刷電路板等的工業(yè)微沉積系統(tǒng)”；PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31提交，題為“可互換的微沉積頭設(shè)備和方法”；PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“用于微沉積控制系統(tǒng)的波形發(fā)生器”；PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“使用壓電微沉積系統(tǒng)形成印刷電路板結(jié)構(gòu)”；以及PCT專利申請?zhí)枺撸撸?002年5月31日提交，題為“用于微沉積多種流體材料的設(shè)備”；它們中的每一個都在此引入作為參考。在沉積頭組件24上裝有第一相機52。第一相機52用于相對位于襯底組件26上的襯底53定位沉積頭組件24。更特定地，第一相機52用于利用沉積頭50的一個或多個噴嘴作為參照來對準微沉積頭50。另外，第一相機52還用來進行襯底上的液滴分析，正如下面將要更完整描述的。
可使用激光器60來燒熔注入的流體材料以降低最小特征尺寸和/或形成通孔。雖然在圖1中激光器60被安裝在沉積頭組件24上，但是激光器60可安裝在相對沉積頭組件24獨立運動的激光器組件上。流體源62通過一個或多個導(dǎo)管64與微沉積頭50項鏈。流體源62提供一種或多種不同類型的流體材料，例如用于紅、綠和藍像素的聚合物PPV，溶劑，電阻性流體材料，導(dǎo)電流體材料，抗蝕流體材料，和/或絕緣流體材料。優(yōu)選地，在切換新的流體材料之前，流體源62能夠通過溶劑沖洗改變要施加的流體材料。
側(cè)向定位馬達64和側(cè)向定位傳感器66用于關(guān)于沉積頭組件24定位襯底組件26。在優(yōu)選實施方案中，側(cè)向定位馬達40沿第一軸運動。側(cè)向定位馬達64沿垂直于第一軸的第二軸運動。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的，定位馬達30、34、40和64或者與沉積頭組件24相關(guān)，或者與沉積頭組件26相關(guān)。換句話說，相對運動和旋轉(zhuǎn)的程度可通過移動或旋轉(zhuǎn)襯底組件26和/或沉積頭組件24以及它們的任意組合來實現(xiàn)。
吸水臺70和吸水介質(zhì)馬達72優(yōu)選地鄰近襯底組件26。為了防止微沉積頭50的噴嘴堵塞，在使用過程中周期性清洗微沉積頭50。微沉積頭50移到吸水臺70上方的位置，在吸水臺70上擦拭微沉積頭的噴嘴盤(未示出)。吸水臺70包括一滾筒的吸水材料。吸水馬達72推動該筒溪水材料以提供清潔表面用于吸取微沉積頭50的噴嘴盤。
封蓋臺80也鄰近沉積頭組件24。在微沉積系統(tǒng)20沒有使用時，微沉積頭50停在封蓋臺80中。封蓋臺80包括盛有濕的流體材料和/或溶劑的杯子。封蓋臺80用于防止微沉積頭50所傳送的流體材料堵塞微沉積頭50的噴嘴。第二相機84用于液滴分析，鄰近封蓋臺80。優(yōu)選地，第一和第二相機52和84以及控制器22提供數(shù)字光學(xué)識別，下面將更完整地描述?？稍黾右粋€頻閃觀測器85來捕捉液滴。
襯底組件26包括卡盤86，它與襯底53相連并定位襯底53。襯底組件26優(yōu)選地包括固化器件，例如溫度控制器90和/或紫外(UV)源92。溫度控制器90控制卡盤86的溫度。對于厚度在0.3到1.2mm之間的襯底來說通常大約50℃的溫度適合于減少干燥時間。卡盤86優(yōu)選地包括真空電路，定位襯底53并與之相連。作為選擇，卡盤86可包括其它類型的在微沉積過程中定位襯底53并與之相連的器件。例如，襯底的流體表面張力、磁力、物理連接或任何其它方法都可用于在微沉積過程中連接襯底53。關(guān)于卡盤的其它細節(jié)可在以下這份申請中找到“溫度可控的真空卡盤”，序號＿＿，提交時間＿＿，在此引入作為參考。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，可使用人工調(diào)整器件——例如手動調(diào)整(例如，轉(zhuǎn)動渦輪和任何其它機械調(diào)整的手柄)——來代替馬達30、34、40和64中的一個或幾個，以降低成本?？墒褂孟駱顺哌@樣的可視器件來代替?zhèn)鞲衅?2、36、42和66中的一個或幾個，以降低成本。另外，如果需要，馬達30、34和/或40的功能可組合在一個多軸馬達中。在優(yōu)選實施方案中，使用空氣軸承和線性馬達來作為一個或多個定位裝置。馬達和傳感器所提供的功能類似于計算機數(shù)值控制(CNC)銑床。優(yōu)選地，這些馬達提供三個或多個軸上的調(diào)整。對于三維(3D)微沉積或具有復(fù)雜曲線形狀的微沉積來說，還可提供更大范圍的移動。
微沉積頭50優(yōu)選地定位在襯底上方大約0.5mm至2.0mm的距離上。盡管可以使用其它高度，但是在高度優(yōu)選的實施方案中，微沉積頭定位在至少5倍于流體材料液滴尺寸的距離上。當(dāng)需要更小的步進尺寸時，旋轉(zhuǎn)微沉積頭50來減小步距。當(dāng)需要更大的步距時，旋轉(zhuǎn)微沉積頭50并且不使用某些噴嘴，例如間隔的噴嘴不被使用。
現(xiàn)在參看圖2，更詳細地示出了控制器22?？刂破?2包括一個或多個處理器100，存儲器102(例如隨機存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，閃存，和/或任何其它合適的電子存儲媒介)，和輸入/輸出接口104。正如所能理解的，雖然示出了單個控制器22，但是可使用多個控制器。液滴分析模塊110利用第一相機52和/或第二相機84進行液滴分析，下面將更詳細地描述。
對準模塊112優(yōu)選地使用利用第一相機52和/或第二相機84的光學(xué)特性識別對準襯底和沉積頭50(在沉積流體材料之前)。噴嘴定位和噴射模塊114關(guān)于襯底53調(diào)整沉積頭組件24的定位并且產(chǎn)生噴嘴噴射波形以在襯底上形成特征。波形發(fā)生模塊116于噴嘴定位和噴射模塊114協(xié)同工作，調(diào)整噴嘴噴射波形的定時、上升斜沿、下降斜沿和/或幅度，下面將相更完整地描述。波形發(fā)生模塊116還可選地對沉積頭步距的變化調(diào)整噴嘴噴射定時。
現(xiàn)在參看圖3和4，襯底53優(yōu)選地包括許多標記117-1、117-2、117-3……117-n，在沉積流體材料之前，第一相機52和/或第二相機84利用這些標記來對準襯底53和沉積頭50。如果需要，可手動進行粗略的初始定位。作為選擇，對準模塊112可使用光學(xué)特性識別，利用標記117來進行粗略和/或精細對準。
現(xiàn)在參看圖5，更詳細地示出了示例性微沉積頭50。本發(fā)明將結(jié)合切變式壓電轉(zhuǎn)換器(PZT)微沉積頭一起描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，其它類型的微沉積頭是可以預(yù)料的，例如熱或鼓泡(bubble)微沉積頭，連續(xù)滴落(continuous drop)微沉積頭，PZT閥和微電機閥。微沉積頭50包括位于膜片134上的PZT 130。雖然只示出了一個噴嘴，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，微沉積頭50包括許多噴嘴。
流體源62通過一個和多個導(dǎo)管138向形成于膜片134和剛性墻140之間的流體溝道139提供一種或多種流體材料。噴嘴盤142包括形成于其中的噴嘴開口144。電引線(未示出)將PZT 130與控制器22相連?？刂破?2發(fā)送噴嘴噴射波形產(chǎn)生聲學(xué)脈沖148。聲學(xué)脈沖148傳播經(jīng)過流體溝道139中的流體，并噴射液滴150。由噴嘴噴射波形來控制液滴的形狀、體積和定時。
微沉積頭50向襯底53上分配精確的液滴150。更特定地，利用微沉積系統(tǒng)20的控制器22相對于襯底53精確定位微沉積頭組件24。結(jié)果，微沉積頭50能夠在襯底53的準確位置上放置液滴。
當(dāng)控制器22出發(fā)噴嘴噴射波形時，切變式作用使液滴150分配。通常，微沉積頭50將包括64至256蓋噴嘴，盡管可使用更多或更少的噴嘴。微沉積頭50的每個噴嘴144每秒能夠分配5000-20000滴液滴，盡管可提供更高或更低的液滴分配速率。通常，取決于所使用的微沉積器件的類型，每個液滴含有10至80皮升流體材料，盡管可提供更大或更小的液滴體積。現(xiàn)在參看圖6，進一步示出了切變式PZT 130。在施加電場時，PZT 130切變響應(yīng)，產(chǎn)生聲波148。
現(xiàn)在參看圖7和8，示出了使用微沉積系統(tǒng)20所能制作的示例性器件。在圖7中，示出了單色PLED 160，包括襯底164，襯底164可包括一層或多層玻璃層166和/或硅層168。在襯底164上利用任何合適的制造技術(shù)——例如光刻、腐蝕等——制作抗蝕劑170。在抗蝕劑170之間形成阱172。微沉積頭50在阱172中沉積一種或多種流體材料。例如，第一層176為銦錫氧化物(ITO)。第二層180為聚苯胺(PANI)。第三層182為PPC聚合物。
現(xiàn)在參看圖8，示出彩色PLED 190，包括具有一層或多層玻璃層196和/或硅層198的襯底194?？刮g劑200制作在襯底194上，形成阱202。微沉積系統(tǒng)20用來形成阱202中的多層。例如，第一層204包括ITO。第二層206包括PPV聚合物。第三層208包括ITO。第四層210為蓋帽層。
參看圖9，某些要由微沉積頭50分配的流體材料隨著流體材料變干會收縮很多。為此，固化器件優(yōu)選地和襯底組件26一起給出，以控制固化和收縮。使用溫度控制器90和/或紫外(UV)源92來促進沉積在阱中的流體材料的適當(dāng)固化。例如，溫度控制器90加熱卡盤86，后者通過接觸加熱襯底53。作為選擇，UV源92產(chǎn)生紫外線，照射到沉積在襯底53的流體材料上以促進固化。另外，可使用外罩、風(fēng)扇或其它合適的氣流設(shè)備來控制(防止)環(huán)繞襯底組件周圍的氣流?？墒褂贸瑑羰抑谐Ｓ玫脑O(shè)備。
當(dāng)流體材料最初施加上時，它會形成210所示的球泡。如果在環(huán)境條件下干燥，干燥的流體材料會呈現(xiàn)211、212或213所示的形狀。如果經(jīng)過適當(dāng)處理，干燥的流體材料會具有214所示的外觀。能給出均勻表面214的氣流、紫外線和/或溫度的特定組合取決于所選擇的流體材料。
現(xiàn)在參看圖10，示出了傳統(tǒng)印刷電路板(PCB)的制造。對敷銅介電襯底215進行光刻。使用光源216和掩模版217來曝光光刻膠的選定部分。選定部分的曝光使光刻膠變硬。光刻膠未曝光部分被腐蝕掉，制成具有跡線的PCB 218。
現(xiàn)在參看圖11，使用根據(jù)本發(fā)明的微沉積系統(tǒng)20，腐蝕之前在敷銅介電材料215上微沉積抗蝕劑替代物219——例如丙稀聚合物。結(jié)果，省略了掩模和曝光處理。
作為選擇，使用微沉積系統(tǒng)20沉積金屬油墨或另一含有金屬粉末的金屬導(dǎo)電流體220，以在介電襯底222上形成跡線221。介電襯底222上無須銅箔或包層，并且無須進行掩模和腐蝕步驟。金屬油墨或金屬導(dǎo)電流體220在介電材料222上形成導(dǎo)體通路或跡線。合適的金屬流體包括銅、銀和銦氧化物的溶液。取決于所用流體材料，優(yōu)選地使用快速干燥工藝來固化跡線221并使之均勻。
另外，使用具有電阻特性的流體——例如電阻性油墨——來形成電阻和電容。例如，在圖13A和13B中，使用許多電阻性流體材料——例如電阻性油墨——來沉積電阻性液滴223-1和223-2。這些液滴組合起來形成具有不同電阻值的電阻223-3、223-4和223-5。例如，如果第一液滴224-1給出10k Ohm(Ω)的阻值，而第二液滴224-2給出1kΩ的阻值，那么電阻223-5即為一個5kΩ的電阻，電阻223-4即為一個6kΩ的電阻，而電阻223-3即為一個7kΩ的電阻。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可形成液滴的其它電阻值和其它液滴組合。還可使用微沉積系統(tǒng)來沉積圖例(legend)、焊料掩模、焊膏和其它用于印刷電路板制造中的流體材料。優(yōu)選地使用沉積液滴的激光微調(diào)來提高精確度。在圖14中，通過微沉積形成電容224，利用導(dǎo)電跡線224-1和224-2以及分隔的平板224-3和224-4。
在圖15的替代實施方案中，在空白襯底或顯示器的背面(都用227標示)利用微沉積系統(tǒng)20沉積跡線226。在跡線上利用具有絕緣特性的流體材料——例如丙稀聚合物——疊加絕緣層228。如果需要，可加上更多的跡線和絕緣層。如果使用像Kapton這樣的聚酰亞胺膜作為疊層絕緣層228，那么就使用激光器60在不同層上的跡線之間造成通孔。作為選擇，絕緣層可直接沉積在襯底上，覆蓋跡線226或整個表面。
現(xiàn)在參看圖16，利用微沉積在可包括分立電路元件的多層PCB的各層之間制作電阻223和電容224。各層之間電阻的制作留出了有用的外表面區(qū)域，可供分立電路元件使用。更多細節(jié)可在下面找到“制造印刷電路板的方法”，序號＿＿，提交時間＿＿，在此引入作為參考。
現(xiàn)在參看17，本發(fā)明的微沉積系統(tǒng)還可用于制作發(fā)光板230的像素板229。發(fā)光板還包括像素擴散板231和可選的熔絲板232?？蛇x的熔絲板可包括微沉積制成的熔絲和跡線。
現(xiàn)在參看圖18和19，用于每個噴嘴234-1、234-2、234-3……234-n的噴嘴噴射波形分別由控制器22控制。通過通過分別控制噴嘴噴射波形，顯著改善了液滴150的均勻性。換句話說，如果來自某個特定噴嘴的液滴150具有不一致或不需要的形狀，則調(diào)整響應(yīng)噴嘴的噴嘴噴射波形來提供具有一致或所需形狀的液滴150。波形發(fā)生模塊116、液滴分析模塊110和/或定位和噴射模塊114利用第一和/或第二相機52和84以及光學(xué)識別來收集數(shù)據(jù)?？衫密浖蛠碜砸旱畏治龅姆答佔詣舆M行調(diào)整。
更特定地，波形發(fā)生模塊116與波形發(fā)生器236-1、236-2、236-3……236-n相連，對每個噴嘴234分別調(diào)整噴嘴噴射波形的定時、持續(xù)時間、幅度、上升斜沿和/或下降斜沿。在圖19中，示出示例性噴嘴噴射波形240-1。示例性噴嘴噴射波形240-1具有持續(xù)時間tD241-1，上升斜沿242-1，下降斜沿244-1以及幅度246-1。
現(xiàn)在參看圖20，可以多種不同方法調(diào)整示例性噴嘴噴射波形240-1。例如，持續(xù)時間241-2如240-2那樣增加。類似地，持續(xù)時間可以減少(未示出)。噴嘴噴射波形240-3的上升斜沿243-3和下降斜沿244-3減小，而噴嘴噴射波形240-3的持續(xù)時間241-3增加。作為選擇，可如240-4所示那樣調(diào)整噴嘴噴射波形的定時。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然還有其它變化。
現(xiàn)在參看圖21，示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)噴嘴驅(qū)動電路250，包括固定電源251、噴嘴252和開關(guān)253。當(dāng)開關(guān)253關(guān)閉以開啟噴嘴252時，開關(guān)253向整個噴嘴252施加固定電壓。接地254如圖所示那樣連接。在傳統(tǒng)噴嘴驅(qū)動電路250中，在噴射時，設(shè)定沉積頭50使電流從公共極進入，從尖端線流出，如箭頭所示。
現(xiàn)在參看圖22，示出根據(jù)本發(fā)明的噴嘴驅(qū)動電路255，包括與噴嘴257和地線258相連的波形發(fā)生器256，如圖所示。波形發(fā)生器256產(chǎn)生可調(diào)的電壓波形。為了保持噴射的相同電流極性，噴嘴驅(qū)動電路255使公共線接地，尖端線為負。地線與大地相連或相對于系統(tǒng)電源地線為浮動正電壓。
現(xiàn)在參看圖23，更詳細地示出波形發(fā)生模塊和波形發(fā)生器?？刂破?2通過總線260與FIFO寄存器261相連。FIFO寄存器261與數(shù)據(jù)路徑定序器262和移位寄存器263相連。數(shù)據(jù)路徑定序器262與配置控制器264耦合，后者與配置鎖存器265、像素鎖存器266以及一個或多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)定序器267-1、267-2……267-n(合起來用標號267表示)耦合。配置鎖存器265和像素鎖存器266與移位寄存器268耦合。像素鎖存器266與DAC定序器267耦合。配置鎖存器265與一個或多個配置存儲電路269-1、269-2……以及269-n相連，配置存儲電路為隨機存取存儲器(RAM)或任何其它合適的電子存儲器。
DAC定序器267-1、267-2……267-n的輸出耦合進加權(quán)電阻性梯形DAC電路(RDAC)270-1、270-2……270-n(合起來用標號270表示)。RDAC270-1、270-2……270-n的輸出耦合進高電壓運算放大器(OpAmp)271-1、271-2……271-n，后者產(chǎn)生驅(qū)動噴嘴230的輸出電壓。如果配置存儲器269包括多于一個配置組，則使用選擇器272-1、272-2……272-n來選擇其中一個，下面將更完整地描述。雖然對于每個配置存儲器269示出選擇器272，但是對所有配置存儲器都使用一個選擇器。公共選擇器單獨或共同切換所有配置組。
在優(yōu)選實施方案中，運算放大器(opamp)271工作在+150V到-15V電源電壓(未示出)下，信號范圍從0v到+135V，盡管也可使用其它電壓范圍。沉積頭公共極與電源電壓干線或電源電壓干線之間的中點相連。運算放大器271輸出的電壓波形由一組或多組包括電壓和持續(xù)時間對的配置組來確定。在優(yōu)選實施方案中，電壓河持續(xù)時間對由儲存在相應(yīng)配置存儲器267中的從v0，t0到v7，t7的八組電壓和持續(xù)時間對來確定。
現(xiàn)在參看圖24，配置存儲器269可包括一組或多組配置組276-1、276-2……276-n。正如下面將更詳細描述的，第一工作條件選擇第一配置組276-1，第二工作條件選擇第二配置組276-2，第n工作條件選擇第n配置組276-n。使用選擇器272來在配置組276中進行選擇。下面將進一步結(jié)合圖9G-9J描述使用多個配置組的可能。使用配置鎖存器265將配置組傳送到配置存儲器269。使用像素鎖存器將像素噴射數(shù)據(jù)傳送到DAC序列267。
現(xiàn)在參看圖25，示出了對沉積頭50步距變化進行調(diào)整的方法。步距定時調(diào)整器277從控制器22接收沉積頭步距信號。步距定時調(diào)整器277使用步距角和噴嘴間隔來對每個噴嘴調(diào)整噴嘴噴射參數(shù)。產(chǎn)生定時偏移并用之調(diào)整電壓和持續(xù)時間對。
現(xiàn)在參看圖26，示出相應(yīng)于示例性結(jié)構(gòu)組276的電壓波形。使用示例性配置組276中的第一電壓和持續(xù)時間對v0，t0來存儲上升斜沿和下降斜沿數(shù)據(jù)。序列中的最有一組電壓和持續(xù)時間對v7，t7優(yōu)選地具有t＝0，終止波形發(fā)生序列。輸出電壓優(yōu)選地保持在先前電壓和持續(xù)時間對所設(shè)定的水平上。例如，如果t7＝0，則輸出電壓維持在v6。當(dāng)開始向v2，t2這樣新的波形段時，在下降或上升斜沿處，如v0，t0所確定的那樣，電壓從v1跳變到v2。電壓跳變所需要的總時間是指定持續(xù)時間t2的一部分。如果跳變所需時間小于該持續(xù)時間，那么電壓波形就會在目標電壓上保持一段時間，這段時間等于持續(xù)時間減去跳變時間。如果跳變時間長于持續(xù)時間，那么目標電壓將不能達到。
例如在圖26中，電壓和持續(xù)時間對v1，t1的電壓部分無須跳變，因為該電壓等于電壓和持續(xù)時間對v4，t4的電壓部分。電壓v2小于v1。因此，電壓波形以v0，t0所確定的速率向下跳變，直到該電壓部分等于v2。由于t2＞跳變時間，所以電壓波形在t2的剩余時間內(nèi)保持為v2。
電壓v3大于v2。因此，電壓波形向上跳變至v3。由于t3＞跳變時間，所以電壓波形在t3的剩余時間那保持為v3。電壓v4小于v3。因此，電壓波形從v3向下跳變至v4。剩下的電壓和持續(xù)時間對(t5、t6和t7)設(shè)置為等于0，以標識該序列的終止。現(xiàn)在參看圖27，示出用于配置組276的示例性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參看圖28A-28D，示出配置組276所產(chǎn)生的示例性電壓波形。如果噴嘴最近——也就是說，在預(yù)定時期內(nèi)——噴射過，那么使用第一電壓波形280。預(yù)定時期的選擇取決于流體材料和噴嘴的特性。預(yù)定使其的典型值為5毫秒。
在281示出噴射閾值。在282，電壓波形280超過噴射閾值281，從噴嘴中射出流體材料。當(dāng)噴嘴在預(yù)定時期內(nèi)沒有噴射過，那么使用第二或第三電壓波形283或284以改善液滴外形。電壓波形283包括不超過噴射閾值281的正脈沖285。正脈沖285先于并/或跟隨超過噴射閾值281的那部分波形。類似地，電壓波形284包括不超過噴射閾值281的的負脈沖286。負脈沖286先于并/或跟隨超過噴射閾值281的那部分波形。第四電壓波形287包括不超過噴射閾值281的正脈沖288-1和/或負脈沖288-2。脈沖288用于將噴嘴分配的流體材料保持在液態(tài)和/或適于沉積的狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解，在超過噴射閾值的那部分電壓波形之前，可有一個或多個相同和/或不同幅度的正和/或負脈沖。
當(dāng)噴嘴最近沒有噴射過時，可使用第四電壓波形287。從非噴射模式過渡到噴射模式時，運算放大器271從電壓波形287過渡到電壓波形280、282或284。類似地，當(dāng)噴嘴從更不活躍的狀態(tài)過渡到更活躍的狀態(tài)時，運算放大器從電壓波形282或284過渡到電壓波形280。
使用選擇器272在配置組間進行選擇。例如，選擇器272接收定序器267輸出的噴射命令。選擇器272包括定時器，當(dāng)接收到噴射命令時被重置。如果定時器小于第一預(yù)定時期，那么選擇器272選擇第一配置組276-1。如果定時器超過了第一預(yù)定時期，則選擇器272選擇不同的配置組，例如276-2。作為選擇，選擇器272還接收來自檢測流體材料溫度的溫度傳感器的傳感器輸入，并根據(jù)該溫度選擇配置組276中的某一組。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然還有其它選擇配置組276的方法。
現(xiàn)在參看圖5和29A-29C，使用第一和/或第二相機52和84來捕捉飛行中的液滴150。液滴分析模塊110利用光學(xué)識別來分析液滴150并調(diào)整噴射電壓波形的幅度、定時、斜沿、形狀等。相機優(yōu)選地是具有頻閃觀測器的數(shù)碼相機。例如在圖29A中，示出了沒有調(diào)整噴嘴噴射波形的第一液滴300。進行噴嘴噴射波形調(diào)整之后，來自同一噴嘴的第二液滴304具有所需的形狀和尺寸。在圖29B中，來自噴嘴的第一液滴306具有第一電壓幅度。來自同一噴嘴的第二液滴308具有低于第一電壓幅度的第二電壓幅度。結(jié)果，第二液滴308的尺寸小于第一液滴306的尺寸。在圖29C中，由于310處噴嘴堵塞，液滴分析模塊110產(chǎn)生一個標記。
現(xiàn)在參看圖30，使用液滴分析模塊110以及第一和/或第二相機52和84還可進行微沉積頭50的精確對準。更特定地，將312所標識的預(yù)期液滴位置與314所標識的實際液滴位置相比較。進行調(diào)整將預(yù)期液滴位置與實際液滴位置相比較。利用液滴分析模塊110進行了液滴對準校正。
由相機52和84中的一個或兩個獲取液滴數(shù)據(jù)。液滴分析模塊110計算液滴體積/質(zhì)量、下落速度、角度偏差、液滴品質(zhì)和構(gòu)造、液滴和噴嘴粘稠度，以及噴嘴盤142的濕潤度。根據(jù)所收集的液滴數(shù)據(jù)進行噴嘴噴射波形調(diào)整。例如，延遲噴嘴噴射波形以控制液滴的放置位置。調(diào)整脈沖形狀和寬度以改善液滴品質(zhì)和體積。使用脈沖電壓來調(diào)整某些情形中的體積和/或品質(zhì)。如果在液滴分析過程中出現(xiàn)了其它問題，那么在再次使用微沉積頭50之前可進行沉積頭維護。另外，在進行其它微沉積之前，使用者可獲得提醒。還可使用其它修改噴嘴噴射波形的方法來影響液滴的形狀、定時和/或體積。
現(xiàn)在參看圖31A和31B，微沉積頭50包括許多噴嘴230，這些噴嘴優(yōu)選地均勻間隔。然而，也可使用非均勻間隔。相對沉積頭組件和/或襯底的側(cè)向移動所確定的平面調(diào)整微沉積頭50的角度取向。當(dāng)微沉積頭50的取向相對于襯底53的移動垂直(箭頭336所示)時，步距最大，如330所示。類似地，沉積頭50所掃過的面積也最大，如332所示。隨著沉積頭50的角度從垂直取向變小，步距也變小，如340所示。類似地，沉積頭50所掃過的面積也減小，如342所示。
現(xiàn)在參看圖32，使用350所示的超頻來提高分辨率并可選地對沉積頭50的步距改變進行調(diào)整。此處，超頻(over-clocking)指的是相對于液滴寬度以及沉積頭的側(cè)向和縱向速率來說更高的時鐘頻率。在像噴墨這樣的微沉積應(yīng)用中，定義印刷網(wǎng)格，它包括以某一時鐘頻率出現(xiàn)的網(wǎng)格線。令時鐘頻率與沉積頭的側(cè)向和縱向速率同步，以在網(wǎng)格的每個矩形(或方形)中給出(或不給出)一個液滴。換句話說，液滴與網(wǎng)格矩形的比例為1∶1。在噴墨中可能發(fā)生液滴的一些局部重疊。在網(wǎng)格的每個矩形或方形中要么形成一個液滴，要么不形成液滴。
根據(jù)本發(fā)明的超頻包括使用高得多的時鐘頻率。時鐘頻率比傳統(tǒng)1∶1比率至少提高3倍。在高度優(yōu)選的實施方案中，時鐘頻率提高10x。
現(xiàn)在參看圖31B和32，為了在垂直于沉積頭50運動方向(例如，箭頭336)的兩條相鄰直線中添加流體材料，在第一和第二時間354和355噴射第一噴嘴350-1。在分別晚于第一和第二時間354和355的第三和第四時間356和357噴射第二噴嘴350-2。類似地，在晚于第二時間356的第五和第六時間358和359噴射第三噴嘴350-3。相鄰噴嘴的時間值之間的暫停時間由沉積頭50的步距決定。隨著步距降低，暫停時間增加。360的虛線示出用于更小步距的噴嘴定時。
現(xiàn)在參看圖33，超頻還使得流體材料能夠從噴嘴中快速噴出。在相鄰兩個始終周期期間，在362和364處重復(fù)噴射某一個噴嘴。例如，在圖34中，示出從某一個噴嘴噴射的液滴366-1、366-2和366-3以及368-1、368-2和368-3的重疊。重疊的總量和間隔由超頻速率以及襯底53和/或沉積頭組件24移動的速率決定。
現(xiàn)在參看圖35A，示出相應(yīng)于液滴374-1、374-2、374-3……374-8的未校正噴嘴波形370-1、370-2、370-3……370-8。液滴374-1稍大于所需尺寸。液滴374-2稍大且稍早。液滴374-3、374-7和374-8沒問題。液滴374-4稍小且稍晚。液滴374-5稍晚且需要改進液滴品質(zhì)。
在圖35B中，示出相應(yīng)于液滴384-1、384-2、384-3……384-8的改進噴嘴波形380-1、380-2、380-3……380-8。噴嘴噴射波形381具有調(diào)整了的幅度。噴嘴噴射波形382具有調(diào)整了的幅度和起始時間。噴嘴噴射波形383沒有改變。噴嘴噴射波形384具有調(diào)整了的幅度和起始時間。噴嘴噴射波形385具有調(diào)整了的上升斜沿和起始時間。噴嘴噴射波形386具有調(diào)整了的幅度。噴嘴噴射波形384-7和384-8沒有改變。應(yīng)當(dāng)理解，校正的噴嘴波形380具有均勻或所需的形狀和正確的定時。
現(xiàn)在參看圖36和37，當(dāng)使用微沉積來確定特征時，超頻還提高了分辨率。例如，當(dāng)未用超頻來沉積對角特征線390時，會產(chǎn)生鋸齒形特征線392，因為鋸齒形特征線392中的液滴必須以網(wǎng)格394對準。當(dāng)在圖37中使用超頻時，液滴396置于網(wǎng)格394之間，于是形成了更精確的特征線。
現(xiàn)在參看圖38，第一改進微沉積頭400包括多個微沉積頭402-1、402-2和402-3，它們彼此相連或安裝在固定的相對位置上。應(yīng)當(dāng)理解，改進微沉積頭400與單個微沉積頭402相比步距更小?，F(xiàn)在參看圖39，示出第二改進微沉積頭420。微沉積頭420包括多個微沉積頭422-1、422-2和422-3，它們可沿箭頭426-1、426-2和426-3所指示的方向運動，由傳動器424-1、424-2和424-3驅(qū)動。由控制器22調(diào)整第二改進微沉積頭420和傳動器422的角度位置，以給出許多步距。
從前面的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，關(guān)于本發(fā)明的所說的能以多種形式來實現(xiàn)。因此，雖然結(jié)合其特定實施方案描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的真實范圍不應(yīng)受到這樣的限制，因為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)對附圖、說明書和所附權(quán)利要求的研究，將能明顯地看出其它修改。
權(quán)利要求
1.微沉積系統(tǒng)，用于在襯底上沉積精確量的流體材料，包含微沉積頭，它包括許多間隔開的用于噴射液滴的噴嘴，這些液滴沉積到所述襯底上時具有某一寬度；定位裝置，以某一沉積頭速度相對所述襯底移動所述微沉積頭；以及控制器，以基本上大于所述沉積頭速度除以所述液滴寬度的速率產(chǎn)生超頻信號，控制器包括產(chǎn)生用于定位裝置的定位控制信號的定位模塊，以及包括根據(jù)所述超頻速率產(chǎn)生噴嘴噴射命令以噴射噴嘴以便形成在所述襯底上確定各個特征的液滴的噴嘴噴射模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，其中所述超頻信號大于所述沉積頭速度除以所述液滴寬度的三倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，其中所述微沉積系統(tǒng)形成一種電器件一個層的一部分，其中所述液滴至少形成下列中的一種光發(fā)射器、導(dǎo)電體、抗蝕劑、電跡線、絕緣體、電容和電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，進一步包含沉積頭組件，它與所述沉積頭相連，其中所述定位模塊通過旋轉(zhuǎn)所述沉積頭組件調(diào)整沉積頭的步距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的微沉積系統(tǒng)，其中所述超頻信號大約是所述沉積頭速度除以所述液滴寬度的十倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的微沉積系統(tǒng)，其中所述噴嘴噴射模塊利用所述超頻信號調(diào)整所述噴嘴噴射命令的定時，以補償所述步距的改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，進一步包含第一相機，產(chǎn)生所述液滴的數(shù)字圖像；以及液滴分析模塊，其利用光學(xué)特性識別來分析所述液滴的形狀、尺寸、位置和速度中的至少一種，以及調(diào)整至少一個噴嘴噴射參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的微沉積系統(tǒng)，其中所述噴嘴噴射參數(shù)至少包括下列中的一個定時、幅度、持續(xù)時間、上升斜沿和下降斜沿。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，其中所述微沉積頭選自下列組中熱微沉積頭、鼓泡微沉積頭、連續(xù)滴落微沉積頭、壓電轉(zhuǎn)換閥和微電機閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，進一步包含波形發(fā)生器，可對所述噴嘴中的每一個調(diào)整至少一個噴嘴噴射波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的微沉積系統(tǒng)，其中所述波形發(fā)生器包括選擇器，根據(jù)所述噴嘴的工作條件為每個噴嘴選擇許多噴嘴噴射波形中的一個。
12.在襯底上沉積精確量的流體材料的方法，包含提供包括噴嘴的沉積頭；以某一沉積頭速度相對所述襯底移動微沉積頭；以顯著大于沉積液滴寬度除所述沉積頭速度的速率產(chǎn)生超頻信號；根據(jù)所述超頻速率產(chǎn)生噴嘴噴射命令；以及在所述襯底上形成各個特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述超頻信號大于所述沉積頭速度除以所述液滴寬度的大約三倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述微沉積系統(tǒng)形成一種電器件的一部分，其中所述液滴至少形成下列中的一種光發(fā)射器、導(dǎo)電體、抗蝕劑、電跡線、絕緣體、電容和電阻。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進一步包含調(diào)整所述沉積頭的步距。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述超頻信號提高了特征分辨率。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述噴嘴噴射模塊利用所述超頻信號調(diào)整所述噴嘴噴射命令的定時，以補償所述步距的改變。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進一步包含產(chǎn)生所述液滴的數(shù)字圖像；利用光學(xué)特性識別來分析所述液滴的形狀、尺寸、位置和速度中的至少一種；以及調(diào)整至少一個噴嘴噴射參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述噴嘴噴射參數(shù)至少包括定時、幅度、持續(xù)時間、上升斜沿和下降斜沿中的一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述微沉積頭選自下列組中熱微沉積頭、鼓泡微沉積頭、連續(xù)滴落微沉積頭、壓電轉(zhuǎn)換閥和微電機閥。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進一步包含調(diào)整所述噴嘴的至少一個噴嘴噴射波形。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進一步包含根據(jù)所述噴嘴的工作條件為每個噴嘴選擇許多噴嘴噴射波形中的一個。
23.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述超頻信號大約是所述沉積頭速度除以所述液滴寬度的十倍。
全文摘要
微沉積系統(tǒng)(20)和在襯底上沉積總量精確的流體材料的方法。微沉積頭(50)包括許多相互隔開的用于噴射液滴的噴嘴，這些液滴沉積到所述襯底上時具有某一寬度。定位裝置以某一沉積頭速度相對襯底移動微沉積頭(50)?？刂破?22)以顯著大于所述液滴寬度除沉積頭速度的速率產(chǎn)生超頻信號，以提高分辨率?？刂破?22)包括產(chǎn)生用于定位裝置的定位控制信號的定位模塊?？刂破?22)包括根據(jù)超頻速率產(chǎn)生噴嘴噴射命令以噴射噴嘴形成在襯底上確定特征的液滴的噴嘴噴射模塊(144)。
文檔編號B41J2/04GK1535186SQ02814823
公開日2004年10月6日 申請日期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.·愛德華茲, 戴維·阿爾伯塔利, 霍華德·W.·比利奇, 詹姆斯·米德利滕, W. 比利奇, 米德利滕, 查爾斯 O. 愛德華茲, 阿爾伯塔利 申請人:利特斯公司