用于將材料沉積于基板上的方法

用于將材料沉積于基板上的方法
【專利摘要】本發明公開了一種通過材料沉積系統將材料沉積在電子基板上的方法。該沉積系統包括框架、連接至框架的機架系統、連接至機架系統并且配置成在電子基板上沉積粘性與半粘性材料的點的沉積頭、配置成控制材料沉積系統的操作包括機架系統與沉積頭的操作的控制器。該方法包括通過沿基本上不平行于材料的線路或圖案的方向的移動軸移動所述沉積頭而在電子基板上沉積材料的線路或圖案。進一步公開了其他方法與沉積系統。
【專利說明】用于將材料沉積于基板上的方法

【背景技術】 1.【技術領域】
[0001] 本說明書大體涉及用于在例如印刷電路板的基板上沉積低粘性或半粘性材料的 系統與方法，并且尤其涉及用于在電子基板上沉積更低粘性的材料（例如電子墨水）的設 備與方法。
[0002] 2.相關技術
[0003] 存在幾種類型的用于為各種應用而分配或以其他方式應用精確量的液體或糊狀 物的現有應用系統。一種這樣的應用是將集成電路芯片與其他電子元件組裝到電路板基板 上。在該應用的一個實施例中，使用自動分配系統將非常少量或點狀的粘性或半粘性材料 分配到電路板上。粘性材料可以包括液態環氧樹脂或焊膏，或某些其他相關材料。在特定 實施例中，分配系統可以包括螺旋式分配器。在其他實施例中，分配系統可以包括噴射式分 配器。在本申請的另外實施例中，通過模版印刷機的模版將材料應用于電子基板之上。


【發明內容】

[0004] 本說明書的一個方面涉及通過材料沉積系統將材料沉積于電子基板上的方法，該 材料沉積系統的類型為包括框架、連接至框架的機架系統、連接至機架系統并且配置成在 電子基板上沉積低粘性與半粘性材料點的沉積頭、以及配置成控制材料沉積系統的操作包 括機架系統與沉積頭的操作的控制器。在一個實施例中，該方法包括通過沿基本上不平行 于材料的線路或圖案的方向的移動軸移動所述沉積頭而在電子基板上沉積材料的線或圖 案。
[0005] 該方法的實施例進一步可以包括通過檢測系統獲取電子基板的圖像。該方法可以 進一步包括在沉積之前將紫外染料添加至材料中，以使得當以極小尺寸沉積材料時，材料 對于具有紫外光源的檢測系統而言是可見的。檢測系統可以包括兩個固定于沉積頭上的照 相機，第一照相機配置用于大視野，第二照相機配置用于小視野。該方法進一步可以包括冷 卻沉積于電子基板上的材料。可以通過冷卻卡盤實現冷卻。該方法進一步可以包括控制材 料沉積系統中的環境。控制環境可以包括使材料沉積系統中的一處區域隔離，以執行沉積 操作。該方法進一步可以包括清潔沉積頭與電子基板中的至少一個。可以通過使用臭氧、 C02、紅外線、紫外線、等離子體以及例如IPA或乙醇的有機溶劑之一實現清潔。該方法進一 步可以包括當靜止時以蒸汽環境包圍沉積頭，以防止沉積頭上的材料干燥。可以通過溶劑 實現包圍沉積頭。將材料沉積在電子基板上可以包括提前和延遲沉積頭的觸發脈沖，以補 償沉積過程中的誤差，包括沉積頭布置誤差、材料軌跡誤差、以及機架系統誤差。將材料沉 積在電子基板上進一步可以包括提前和延遲沉積頭的觸發脈沖，以補償電子基板的未對齊 或變動。
[0006] 本說明書的另一方面涉及通過材料沉積系統將材料沉積在電子基板上的方法，該 材料沉積系統的類型為包括框架、連接至框架的機架系統、連接至機架系統并且配置成在 電子基板上沉積低粘性與半粘性材料的點的沉積頭、配置成獲取電子基板的圖像的檢測系 統、以及配置成控制材料沉積系統的操作包括機架系統、沉積頭以及檢測系統的操作的控 制器。在一個實施例中，該方法包括：通過檢測系統獲取電子基板的圖像；通過控制器產生 將要沉積在電子基板上的材料圖案；并且基于由控制器產生的材料圖案通過沿基本上不平 行于材料線路或圖案方向的移動軸移動沉積頭而在所述電子基板上沉積材料的線路或圖 案。
[0007] 該方法的實施例進一步可以包括在沉積之前將紫外染料添加到材料中，以使得當 以極小尺寸沉積材料時，材料對于具有紫外光源的檢測系統而言是可見的。檢測系統可以 包括兩個固定于沉積頭上的照相機，第一照相機配置用于大視野，而第二照相機配置用于 小視野。該方法進一步可以包括冷卻沉積于電子基板上的材料。可以通過冷卻卡盤實現冷 卻。該方法進一步可以包括控制材料沉積系統中的環境。控制環境可以包括將材料沉積系 統中的一處區域隔離，以執行沉積操作。該方法進一步可以包括清潔沉積頭與電子基板中 的至少一個。可以通過使用臭氧、C0 2、紅外線、紫外線、等離子體以及例如IPA或乙醇的有 機溶劑之一實現清潔。該方法進一步可以包括當靜止時以蒸汽環境包圍沉積頭，以防止沉 積頭上的材料干燥。可以通過溶劑實現包圍沉積頭。將材料沉積在電子基板上可以包括提 前和延遲沉積頭的觸發脈沖，以補償沉積過程中的誤差，包括沉積頭放置誤差、材料軌跡誤 差、以及機架系統誤差。將材料沉積在電子基板上進一步可以包括提前和延遲沉積頭的觸 發脈沖，以補償電子基板的未對準或變動。可以通過沿基本上不平行于材料的線路或圖案 方向的移動軸移動沉積頭而沉積材料的線路或圖案。
[0008] 本說明書的另一方面涉及用于將材料沉積在電子基板上的材料沉積系統。在一 個實施例中，材料沉積系統包括框架，連接至框架的支撐組件，支撐組件配置成支撐電子基 板，可移動地連接至框架的機架系統，連接至機架系統的沉積頭，沉積頭配置成沉積材料， 以及連接至機架系統與沉積頭的控制器。控制器配置成操縱機架系統與沉積頭，以通過沿 基本上不平行于材料的線路或圖案方向的移動軸移動沉積頭而在電子基板上沉積材料的 線路或圖案。
[0009] 材料沉積系統的實施例進一步可以包括配置成獲取電子基板的圖像的檢測系統。 該系統進一步可以包括連接至沉積頭的材料供給管筒。在一個實施例中，在沉積材料之前 將紫外染料添加到材料中，以使得當以極小尺寸沉積材料時，材料對于具有紫外光源的檢 測系統而言是可見的。該系統進一步可以包括風扇和連接至沉積頭的至少一個加熱器。風 扇與所述至少一個加熱器可以配置成在材料被沉積在電子基板上之前降低材料的粘性。支 撐組件可以包括配置成清潔沉積頭的清潔站。清潔站可以包括配置成通過紙擦拭沉積頭的 紙擦拭系統。清潔站進一步可以包括定位于紙擦拭系統下方的順應性襯墊，以順應沉積頭 和紙擦拭系統的中的紙的不規則。控制器可以配置成提前和延遲沉積頭的觸發脈沖，以補 償沉積中的誤差。
[0010] 本說明書的另一方面涉及用于將材料沉積在電子基板上的材料沉積系統。在一 個實施例中，材料沉積系統包括框架，連接至框架的支撐組件，支撐組件配置成支撐電子基 板，可移動地連接至框架的機架系統、連接至機架系統的沉積頭，沉積頭配置成沉積材料， 以及連接至機架系統和沉積頭的控制器。控制器配置成操縱機架系統和沉積頭，以將材料 沉積在基板上。沉積頭包括2 n型滴劑噴嘴，其中η為4或更大。
[0011] 材料沉積系統的實施例進一步可以包括連接至沉積頭的檢測系統。檢測系統可以 配置成檢測沉積于電子基板上的材料。該系統進一步可以包括連接至沉積頭的材料供給管 筒。在一個實施例中，可以在沉積之前將紫外染料添加到材料中，以使得當以極小尺寸沉積 材料時，材料對于具有紫外光源的檢測系統而言是可見的。該系統進一步可以包括風扇和 至少一個連接至沉積頭的加熱器。風扇與所述至少一個加熱器可以配置成降低沉積于電子 基板上的材料的粘性。支撐組件可以包括配置成清潔沉積頭的清潔站。清潔站可以包括配 置成通過紙擦拭沉積頭的紙擦拭系統。清潔站進一步可以包括定位于紙擦拭系統之下的順 應性襯墊，以順應沉積頭和紙擦拭系統的中的紙的不規則。控制器可以配置成提前和延遲 沉積頭的觸發脈沖，以補償沉積材料中的誤差。
[0012] 本說明書的另一方面涉及用于將材料沉積在電子基板上的材料沉積系統。在一 個實施例中，材料沉積系統包括框架，連接至框架的支撐組件，支撐組件配置成支撐電子基 板，可移動地連接至框架的機架系統，連接至機架系統的沉積頭，沉積頭配置成沉積材料， 配置成獲取電子基板的圖像的成像系統，以及連接至機架系統和沉積頭的控制器。控制器 配置成基于由成像系統獲取的至少一個圖像產生將要沉積在電子基板上的材料的圖案。控 制器進一步配置成操縱機架系統和沉積頭以基于由控制器產生的材料圖案而在電子基板 上沉積材料的線或圖案。
[0013] 材料沉積系統的實施例進一步可以包括配置控制器以操縱機架系統和沉積頭，以 沿基本上不平行于線路或圖案的方向的移動軸移動沉積頭。控制器進一步可以配置成提前 和延遲沉積頭的觸發脈沖，以補償沉積中的誤差。沉積頭可以包括2 n型滴劑噴嘴，其中η為 4或更大。
[0014] 本說明書的另一方面進一步可以涉及檢測系統，其配置用于離軸查看分配的材 料，以使得濕的沉積物在沒有紫外線或紅外線的情況下可看見。
[0015] 本說明書的另一方面進一步可以包括固化在電子基板上分配的材料。可以通過熱 吸盤、紅外線光源、以及紫外線光源之一而實現固化。
[0016] 本說明書的另一方面進一步可以包括通過將分配器設備中的一處區域隔離而控 制環境，以執行分配操作。
[0017] 本說明書的另一方面進一步可以包括從將材料供給至分配頭的材料線路除去空 氣和/或將材料供給至分配頭和/或從材料的線路除去空氣包括使用重力。
[0018] 本說明書的另一方面進一步可以包括控制容納材料的管筒、將材料從管筒供給至 分配頭的流路、以及分配頭中的至少一個的溫度。
[0019] 本說明書的另一方面進一步可以包括通過紙擦拭系統清潔分配頭。清潔分配頭 可以包括將順應性襯墊定位于紙擦拭系統下方，以順應分配頭與紙擦拭系統的紙中的不規 則。
[0020] 本說明書的另一方面進一步可以包括通過第二透鏡/視窗系統實施滴劑監視系 統，第二透鏡/視窗系統可從分配器設備拆除，以允許方便的清潔。
[0021] 本說明書的另一方面進一步可以包括通過泡沫傳感器探測分配頭中的空氣。
[0022] 本說明書的另一方面進一步可以涉及一種分配頭，其包括窗口，通過該窗口可以 看到材料流經分配頭。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或幾乎相同的部 件由相同的數字表示。為了清楚的目的，不是在每個圖中均標記每個部件。在附圖中：
[0024] 圖1為材料沉積或應用系統的側示圖；
[0025] 圖2為一種示例性材料沉積系統的透視圖，其具體為本說明書的一個實施例的機 架系統與材料沉積頭；
[0026] 圖3為圖2中所示的機架系統與材料沉積頭的透視圖；
[0027] 圖4為機架系統與材料沉積頭去除了零部件后的透視圖，以更好地示出其部件；
[0028] 圖5為配置成支撐材料沉積頭的支撐組件的透視圖；
[0029] 圖6-10為材料沉積頭的透視圖；
[0030] 圖11為材料沉積系統的外圍站裝置的透視圖；
[0031] 圖12-15為材料沉積系統的外圍站的透視圖；
[0032] 圖16A-C為示出了沉積材料線的現有方法的示意圖；以及
[0033] 圖17A-C為示出了使用本說明書的多噴嘴打印頭沉積材料線的各種方法的示意 圖。

【具體實施方式】
[0034] 僅為了說明的目的，而不是為了限制一般性，現將參照附圖詳細描述本說明書。本 說明書并不將其應用限于以下說明中闡明的或圖中示出的部件的結構與布置的細節。在本 說明書中闡明的原理能夠用于其他實施例，并且能夠以各種方式實踐或實施。而且，此處使 用的措辭與術語是為了說明的目的，而不應視為限制。此處使用的"包含"、"包括"、"具有"、 "含有"、"含有"以及其變形意味著包括其后列舉的項目及其等同物以及額外的項目。
[0035] 本說明書的各種實施例涉及材料沉積或應用系統，包括這種材料沉積系統的裝 置，以及沉積材料的方法。
[0036] 特別地，本說明書涉及材料沉積系統，其包括機器底座、工件夾具（基板固定裝 置）、用于輸送基板的傳送器系統（可選擇的）、沉積罐、以及用于將沉積罐定位在基板上方 的X軸、y軸與Z軸機架。除了例如接口電子設備以外，沉積罐包括材料供給注射器、夾管 閥、再循環泵、具有液位傳感器的材料儲存器、過濾器、導管、多個加熱子系統（用于材料沉 積罐與注射器）以及打印頭。打印頭在優選實施例中為包括流體入口、流體出口、多個壓電 驅動流體泵腔室、在入口、出口以及流體泵腔室之間傳送流體的流體輸送歧管以及用于所 述多個流體泵腔室的每一個的出口噴嘴的組件。打印頭具有整體式噴嘴板，其具有眾多小 開口，每一個小開口均形成一個可以從其中噴射材料的噴嘴。
[0037] 在一個實施例中，單個打印頭包括2n型滴劑噴嘴，其中η為4或更大。例如，單個 打印頭可以具有8、16、32、64、124或256個以單線陣列布置的噴嘴。其他實施例可以包括 多個材料沉積頭。打印頭的噴嘴相對于彼此的固定模式特性有助于打印頭相對于將要沉積 的圖案線的不平行運動。如果通過使用每條線一個噴嘴，并且通過沿線的方向移動打印頭 而沉積一排線，則線之間產生的間距由噴嘴與噴嘴的間距、以及由打印頭相對于行進方向 的角度決定。因此，噴嘴之間的間距或打印頭相對于行進方向的旋轉中的任何缺陷都將導 致沉積線的布置誤差。每個噴嘴將沉積單條線。
[0038] 如果噴嘴在打印頭中放錯位置或沒有與軌跡中對齊，則隨后產生的線將也錯位。 而且，打印頭噴嘴的整齊間距支配整齊地間隔開的線，或支配至少為有效噴嘴間距的倍數 的的線間距。然而，如果通過沿不平行于將要沉積的線路的方向移動噴嘴陣列來沉積線，則 每條線可以通過一系列滴劑來構建，每滴滴劑均在由一個不同噴嘴貢獻的給定的線中。因 此，待畫的線的位置變成不僅是每個噴嘴定位在何處的函數，而且是每個噴嘴何時觸發的 函數。每條線的位置可以因此通過改變噴嘴的定時而單獨改變，因為打印頭中的每個噴嘴 經過待沉積的線的所需位置。可以進一步校正每個噴嘴的放置誤差，以使得給定噴嘴的定 時可以補償其放置的誤差。滴劑隨后可以沿預期的待沉積線放置達到比加工時刻計入打印 頭中的精確度更好的精確度。
[0039] 圖1示意性地示出了根據本說明書的一個實施例的材料沉積系統，大體以10表 示。材料沉積系統10用于將低粘性材料（例如，具有小于50厘泊的材料）沉積于電子基 板12上，例如印刷電路板或半導體薄片。電子基板12進一步可以包括其他基板，例如太陽 能電池。材料沉積系統10還可以用于將其他更低粘性的材料（半粘性材料），例如導電墨 水，沉積于電子基板12上。材料沉積系統10能夠可替換地被用于其他應用中，例如用于應 用汽車襯墊材料或用于特定醫學應用中。應該理解的是，提及如此處使用的低粘性或半粘 性材料是作為示例，并且除非另有說明，否則其旨在為非限制性的。
[0040] 材料沉積系統10包括大體以14表示的沉積單元或頭，以及控制材料沉積系統操 作的控制器18。雖然示出了單個沉積頭，但應該理解的是，可以提供兩個或多個沉積頭。材 料沉積系統10還可以包括具有用于支撐基板12的底座22的框架20,以及可移動地連接至 框架20用于支撐并且移動沉積頭14的機架系統24。沉積頭14與機架系統24連接至控 制器18,并且在控制器的指示下操作。傳送器系統（未示出）或其他傳輸機構，例如活動 梁，可以在材料沉積系統10中使用，以控制將電路板裝載至材料沉積系統以及從材料沉積 系統卸載電路板。機架系統24可以使用在控制器18的控制之下運動的電機而被移動以將 沉積單元14定位在電路板上的預定位置。材料沉積系統10可選擇性地包括連接至控制器 18用于向用戶顯示各種信息的顯示單元28。在另一實施例中，可能存在用于控制沉積單元 的可選擇的第二控制器。
[0041] 參照圖2,大體以100表示的示例性的材料沉積系統可以通過由馬薩諸塞州富蘭 克林的Speedl ine科技股份有限公司提供的XYFLEXPR0?分配器平臺配置。材料沉積系 統100包括支撐材料沉積系統部件的框架102,材料沉積系統的部件包括但并不限于位于 材料沉積系統的機殼104中的控制器，例如控制器18,以及大體以106表示的用于沉積低粘 性和/或半粘性材料的沉積頭。沉積頭106可以在控制器18的控制之下通過大體以108 表示的機架系統沿正交軸移動，以允許將材料分配在例如基板12的電路板上，如上所述， 電路板有時會被稱為電子基板或電路板。蓋110被示為處于開啟位置以顯示材料沉積系統 100的內部元件，包括沉積頭106與機架系統108。
[0042] 送入材料沉積系統中的電路板，例如基板12,通常具有一個焊接點圖案或其它，其 通常為導電表面區域，材料將沉積于該導電表面區域上。材料沉積系統100還包括傳送器 系統（未示出），其可通過沿材料沉積系統的每一側設置的開口 112進入，以沿X軸方向將 電路板輸送至材料沉積系統中的沉積位置。在某些實踐中，材料沉積系統100具有外圍站 組件，大體以114表示，當電路板在處于沉積頭106之下的沉積位置時，其被放置為相鄰于 電路板。當由材料沉積系統100的控制器控制時，傳送器系統將電路板提供至相鄰于外圍 站組件114并且在沉積頭106之下的位置。一旦到達沉積頭106之下的位置，則電路板處 于用于例如沉積操作的加工操作的合適位置。
[0043] 材料沉積系統100進一步包括視覺檢測系統，大體以116表示，其配置成使電路板 對齊，并且檢測沉積在電路板上的材料。為成功地將材料沉積于電路板上，電路板與沉積頭 106經由控制器對齊。基于從視覺檢測系統116讀取的內容，通過移動沉積頭106和/或電 路板而完成對齊。當沉積頭106與電路板準確對齊時，沉積頭被操作以執行沉積操作。在 沉積操作之后，可以借助于視覺檢測系統116對電路板執行可選擇的檢測，以確保已沉積 適當量的材料，并且材料沉積在電路板上的適當位置處。視覺檢測系統116可以使用基準 點、芯片、板孔、芯片邊緣、或電路板上其他可識別的式樣，以確定適當對齊。在電路板的檢 測之后，控制器使用傳送器系統控制電路板移動至下一位置，在該位置可以完成板組件加 工中的下一操作，例如可以將電子元件放置在電路板上或可以固化沉積于板上的材料。
[0044] 在某些實施例中，材料沉積系統100可如下操作。可以使用傳送器系統，并且通過 將電路板與沉積頭106對齊而將電路板裝載于材料沉積系統100中的沉積位置中。沉積頭 106隨后可以由控制器啟動，以執行沉積操作，在該操作中，材料被沉積于電路板上的精確 位置處。一旦沉積頭106已完成沉積操作，則電路板可以通過傳送器系統從材料沉積系統 100輸送，以使得第二、隨后的電路板可以裝載于材料沉積系統中。
[0045] 圖3與4示例了可通過機架系統108沿X軸與y軸方向移動的沉積頭。在一個實 施例中，機架系統108包括沿一對沿間隔開的軌道120U22架設的機架平臺118,軌道120、 122沿材料沉積系統的相對側設置以提供機架平臺沿y軸方向的運動。機架平臺118配置 成由任意合適的運動機構驅動，例如滾珠螺桿、滑輪、或帶驅動機構，其由合適的電機提供 動力。優選的實施例包含用于該目的的線性無刷電機。止動器124設置于軌道120U22的 端部處，以限制機架平臺118沿y軸方向的運動。將沉積頭106固定至支撐結構126,其依 次配置成沿線性軸承128架設，線性軸承128在X軸方向固定至機架平臺118的下側。該 布置使得沉積頭106能夠沿X軸方向移動。電子接口盒130提供從控制器至沉積頭106的 通信和/或電力。
[0046] 參照圖5,支撐結構126包括安裝組件132與機架安裝組件134。安裝組件132包 括一個或多個安裝環136,其用于將沉積頭106以下面更加詳細描述的方式固定至支撐結 構126。機架安裝組件134包括配置成沿線性軸承128架設的支架138。電機140被提供 為驅動支撐結構126 (以及沉積頭106)沿線性軸承128的運動。支撐結構126進一步支撐 視覺檢測系統116,視覺檢測系統116被配置成包括一個或多個照相機，照相機被設計成查 看電子基板和/或外圍站組件114中的位置。支撐結構進一步容納激光高度傳感器142,其 設計成測量沉積頭106距離電子基板和/或外圍站組件114的高度。視覺檢測系統116與 激光高度傳感器142被合適地連接至支撐結構126的安裝組件132,并且連接至控制器。
[0047] 支撐結構126配置成提供沉積頭106朝向與遠離電路板的z軸運動。特別地，將 安裝組件132配置成通過電機（未示出）在控制器的控制下沿z軸方向相對于機架安裝組 件134移動。激光高度傳感器142可以用于測量沉積頭106距離基板或外圍站組件114的 距離。在另一實施例中，系統包括Θ軸（在X-Y平面內旋轉），以調節材料沉積頭的印刷頭 的角度。
[0048] 現轉至圖6-10,并且尤其是圖6,沉積頭106包括具有安裝在安裝環136中、并且 固定至安裝環136的凸緣136b的圓柱形體136a，安裝環136依次被固定至支撐結構126 (在 圖6中未示出）。沉積頭106可以通過卡口式扭轉底座和定位銷（未示出）固定至安裝環 136。沉積頭106的凸緣136b具有多個開口 144,其每一個均被配置成接收合適的緊固件 (未示出），例如，機械螺釘，以將凸緣固定至安裝環136。這樣布置使得沉積頭106可以相對 于支撐結構126旋轉預定的旋轉角度。將筒狀支撐物146固定至沉積頭106的外殼148,筒 狀支撐物配置成接收大致圓筒形材料供給筒150,以向沉積頭提供材料（例如，導電墨水）。 可以提供加熱器（未標示）以加熱正在沉積的材料。可以提供玻璃或合適的透明材料制成 的窗格或窗口 152以觀察通過沉積頭106的材料流。
[0049] 在圖7中，材料從管筒150流動通過夾管閥154和過濾器156。當材料被沉積時， 板158將材料保持在熱穩定的環境中。提供風扇160以使沉積頭中的空氣循環，以輔助實 現沉積頭106中的恒溫（例如，65攝氏度）。泡沫傳感器162 (也參見圖10)可以設置在沉 積頭106內和/或沉積頭106外，以使得控制器可以監控材料流以及監控材料流中是否出 現了空氣。材料可以在沉積頭106中再循環，直至將空氣從材料流路移除。
[0050] 在圖8中，沉積頭106包括控制板164,其控制沉積頭的各種部件的操作。沉積頭 106通過電纜（每個均以166表示）與控制器以及材料沉積系統100的其他部件相連接。
[0051] 在圖9中，清楚地示出了風扇160。可以提供幾個加熱元件（每個均以168表示） 來加熱通過風扇160循環的空氣。還清楚示出了氣泡傳感器162。沉積頭106包括再循環 泵170以驅動材料穿過沉積頭的運動。配置成沉積例如導電墨水的材料的噴射組件172通 過連接器174被連接至沉積頭106的外殼148。在一個實施例中，噴射組件172包括噴嘴 板，其在特定實施例中可以是2 n型滴劑噴嘴，其中η為4或更大。例如，噴射組件172可以 是由加利福尼亞圣克拉拉的FUJIFILM Dimatix股份有限公司提供的Q級256噴嘴按需滴 定嗔射組件。
[0052] 在圖10中，在一個實施例中，一個泡沫傳感器162可以在材料流被從管筒150輸 送至沉積頭106之前定位于材料流中，并且另一個泡沫傳感器可以定位于沉積頭中的材料 流中。在另一實施例中，傳感器可以設置在通向沉積頭106的線路中或設置在從沉積頭排 出的線路中。可以進一步提供加熱的歧管176以加熱材料，并且將加熱的材料傳送至噴射 組件172和從噴射組件172傳送加熱的材料。提供傳感器178以測量設置于沉積頭中的儲 液器179中的材料的高度。儲存器179 (圖7)由一個透明管的短片（例如，1/2英寸直徑 管）和兩個連接至管并且通過0型環密封的塊構成。這兩個塊形成蓋并且提供配合位置， 在該配合位置處，流體和/或空氣可以被運送至儲存器179。傳感器178被設計成可通過儲 存器179的透明管觀察，以查看管中的流體是否在預定高度之上或之下。可以包括電路板 以控制泵操作的泵170安裝于泵安裝座180上。
[0053] 在特定實施例中，由材料供給管筒供給的材料用于重新填充儲存器。當傳感器178 探測到儲存器中的高度下降時，控制器開啟夾管閥154,并且允許額外的材料從管筒150流 入儲液器。當傳感器178探測到高度超過由傳感器設定的高度時，關閉夾管閥154。因此高 度被保持在基本恒定的高度處，而高度的變化受到傳感器178的磁滯以及傳感器、控制器 (例如，控制器18)和夾管閥154的響應時間的限制。儲液器中材料的高度連同材料的密度 在噴嘴面板處建立了流體的大體恒定的水頭壓力。在正常情況下，因為噴射組件172的每 個噴嘴均提供打開的流路，所以該水頭壓力將使得流體流出噴嘴。為了補償該水頭壓力，將 精密的真空調節器（未示出）連接至儲液器中材料上方的氣室。真空度被設定為大體保持 噴嘴處的略微凈負流體壓力。與略微凈負的流體壓力相平衡的流體表面張力在每個噴嘴開 口處保持流體彎液面（meniscus)。如果將彎液面真空被設定得過低，則流體滴出。如果其 設定得過高，則空氣可能吸回打印頭，并且噴嘴將變得未裝填。為了產生清洗操作（將材料 推出噴嘴），彎液面真空度升高至略微正壓，通常為幾個PSI。當將材料推出噴嘴時，儲液器 中的高度開始下降，傳感器178使得夾管閥154開啟，并且注射器中的加壓的液體重新填充 儲液器。當清洗壓力恢復至受控的彎液面真空度時，系統恢復至平衡狀態，同時，材料在每 個噴嘴處形成彎液面。
[0054] 現轉至圖11，其示出了與材料沉積系統100的其他部件分開的外圍站組件114。如 圖所示，外圍站組件114包括滴劑遮板182,其具有用于四個站184、186、188、190以及一個 觀察站192的開口。外圍站組件被定位于材料沉積系統中，以使得沉積頭106可以進入外 圍站。如圖所示，四個站包括配置成清潔沉積頭106的噴射組件172的噴嘴板的擦拭站84、 覆蓋站188、以及清洗杯站190。應該理解的是，這些站184、186、188、190能夠以任意方式 布置于支撐臺板182上，并且可以進一步包括完成其他功能的其他類型的站或以其替代此 處描述的站之一。觀察站192被提供為觀察來自噴嘴的材料的沉積。
[0055] 圖12與13示出了擦拭站184的一個實施例。如圖所示，將例如硅膠襯墊194的 順應性材料設置在紙供給源下方（從圖12與13中移除了紙以更好地示出擦拭站184的部 件）。紙（未示出）被提供為擦拭沉積頭106的噴射組件172的噴嘴板。合適的機構（例 如電機196)被提供為驅動紙從供應輥子198運動至卷曲輥子200。這樣布置使得通過支撐 結構126降低噴嘴并且移動沉積頭跨越紙以清潔沉積頭106的噴射組件172的噴嘴板，從 而清潔噴嘴。作為一種選擇，在噴嘴板與紙相接觸的時候紙可以移動。順應性材料194確 保在該過程中紙輕輕地擦拭噴射組件172的噴嘴板。
[0056] 圖14與15示出了觀察站192的一個實施例。如圖所示，觀察站由LED閃光燈202 與照相機204構成，LED閃光燈202配置成朝向沉積操作引導光，照相機204配置成接收沉 積操作的圖像。集液槽206設置成獲取沉積的材料。
[0057] 參照圖2-15論述的材料沉積系統能夠實現很多將低粘性與半粘性材料沉積在電 子基板上的方法。例如，當沉積材料線或圖案時，一個方法可以具體化為沿大體垂直于線或 圖案方向的移動軸移動沉積頭。因此，沉積頭被沿著大體垂直于待沉積線路的方向或尤其 是沿著不平行于線路方向的方向而移動。該方法的一個好處在于更加準確的沉積結果。傳 統地，如圖16A-16C中所示，通過沿線的長度方向平行運動來移動沉積頭而沉積材料線。然 而，該傳統方法要求電路板準確地與沉積頭的行進方向對齊。如果待沉積一系列平行線，則 噴嘴之間的距離必須與待沉積的平行線之間的所需距離相匹配。在先技術眾所周知的是調 節打印頭相對于行進方向的角度以將噴嘴之間的有效距離調整至小于噴嘴之間的實際距 離的量。
[0058] 然而，一系列整齊間隔的噴嘴被限制為印刷一系列具有相似的整齊間距的線，或 者通過選擇性地使用噴嘴的子設備印刷至少為所設定間距的倍數的統一體。而且，如圖16C 中所示的錯位的或錯誤對準的噴嘴將沉積錯位的線。與此相比，如在圖17A-17C中示出的， 并且尤其參照圖17C，由錯位或錯誤對準的噴嘴沉積的一點材料仍可以沿所期望的線路被 沉積。當沿垂直于或不平行于待沉積線路的方向沉積時（圖17A-17C中所示的噴嘴不平行 于待沉積線路），通過噴嘴的觸發定時控制材料位置的準確性，噴嘴的觸發定時可以由控制 器準確地控制。沉積操作可以通過提前或延遲觸發脈沖的定時而被改進，以補償沉積過程 中的誤差以及所需的沉積圖案。這些誤差包括頭噴嘴放置誤差、流體軌跡誤差、和/或機架 誤差。而且，沉積頭中的觸發脈沖的提前和延遲可以用于補償將要在其上進行沉積的零部 件（基板）的不對齊。
[0059] 在另一實施例中，將紫外染料添加至材料，從而當材料以極小尺寸被沉積時，材料 可被具有紫外線光源的視覺系統通過該UV光源照明而看見。
[0060] 在另一實施例中，視覺系統可以配置用于沉積的材料的離軸觀察，以使得濕的沉 積物在不需要紫外線或紅外線的情況下也可見。
[0061] 在另一實施例中，沉積的材料通過熱卡盤、紅外線光源、以及紫外線光源中的一個 固化。
[0062] 在另一實施例中，通過使用材料沉積系統中的一個或多個冷卻卡盤（cooling chuck)而冷卻沉積的材料。冷卻卡盤的使用使得材料凝結，從而它們不滲出擴張至不需要 的更大的沉積物。
[0063] 在另一實施例中，材料沉積系統可以配置成控制材料沉積系統的環境，例如溫度 與濕度。該環境控制允許在不在材料沉積系統中產生凝結的情況下使用冷卻卡盤。風扇與 加熱元件可用于控制環境。
[0064] 在另一實施例中，材料沉積系統可以包括材料沉積系統中的隔離空間，以容納用 于在材料沉積系統中建立受控制的溫度與濕度環境的特定產品工具。該工具可以被配置成 加熱或冷卻材料，并且具有最小的尺寸并直接接觸基板，這樣以致不影響材料沉積系統的 其他部件。工具的供應可以保存能量與低成本。
[0065] 在另一實施例中，可以通過使用重力從沉積頭中的材料流中除去空氣。特別地，可 以提供支架管，以迫使材料在向下引導至沉積頭的噴嘴之前升高至材料池的表面。支架管 對于從截留空氣中分離流體是有效的。
[0066] 在另一實施例中，材料沉積系統可以配置成以溶劑清洗沉積頭，以將材料轉移到 單個垃圾站中，并且將溶劑污染的材料轉移到另一垃圾站中。
[0067] 在另一實施例中，在材料沉積系統中建立清洗過程，材料沉積系統使用并聯處理 或串聯處理方式的額外的清洗過程。清洗過程可以包括使用以下的材料或技術中的一個或 多個，包括臭氧、C02、紅外線、紫外線、等離子體、或例如IPA或乙醇的有機溶劑。這些材料 可以用于清潔沉積頭、電子基板或清潔兩者。
[0068] 在另一實施例中，可以在材料沉積系統中提供多站基板處理。例如，該多站基板處 理可以包括在串聯或并聯工序中的加熱、冷卻或清潔電子基板。
[0069] 在另一實施例中，沉積頭在靜止時可以被包圍或包覆在蒸汽環境（潛在溶劑）中， 以防止沉積的材料干燥，由此使材料價值最大化并且最小化清潔時間與廢物。以該方法，可 以將該環境單獨集中至沉積頭，而不集中至材料沉積系統的剩余部件。
[0070] 在另一實施例中，控制電子設備被分為兩個分開的控制板，一個與沉積頭相關聯 (例如，控制板164)，另一個與機架系統相關聯。該配置可以使用低階微分控制阻抗信號以 在不損失信號或時間完整性的情況下通訊。
[0071] 在另一實施例中，可以使用兩個分開的照相機，一個與沉積頭相關聯，另一個與支 撐組件相關聯。與沉積頭相關聯的照相機提供相對小的視野，而與支撐組件相關聯的照相 機提供相對大的視野。小視野照相機具有更高的放大率以及更淺的景深。因此，小視野照相 機必須沿z軸方向運動，以確保能夠聚焦在在電子基板上的高度可能改變的特征。在一個 實施例中，小視野照相機安裝于沉積頭上，以實現z軸運動。大視野照相機具有相對大的景 深，并且不需要沿z軸方向運動。在一個實施例中，大視野照相機安裝于機架安裝組件上。
[0072] 在另一實施例中，沉積頭可以配置有三個明顯分開的溫度控制器，一個控制器用 于管筒中的材料，一個控制器用于流路中的材料，一個控制器用于沉積頭（歧管）中的材 料。該配置僅通過在分配過程的每個階段將材料的溫度增加最小量而使材料的儲存期最大 化。
[0073] 在另一實施例中，滴劑監視系統能夠以第二透鏡/窗口系統實現，該第二透鏡/窗 口系統可從材料沉積系統容易地拆除，以允許方便的清潔。
[0074] 在另一實施例中，材料沉積系統可以包括非接觸式頭覆蓋站。該站提供蒸汽環境， 其防止材料在噴射組件的噴嘴板的表面上干燥。該覆蓋站可僅在不覆蓋之前被清洗，以將 材料沉積系統中的溶劑保持在最小值。
[0075] 在另一實施例，基板可以被移動而沉積頭不被移動。特別地，基板可以從一個印刷 位置移動至另一印刷位置，允許材料沉積系統容納具有比材料沉積系統的有限工作區域更 大長度的基板。而且，為了高精度應用，可以通過X/Y運動階段將基板定位在固定的打印頭 下方。該方法可以優選地用于高準確性應用，因為可以使得X/Y運動階段的幾何形狀比機 架系統的幾何形狀具有更高的精確度。另一實施例可以涉及沿一個軸（例如，沿y軸方向） 移動基板，并且沿另一個軸（例如，沿X軸方向）移動打印頭。
[0076] 已經說明了本說明書的至少一個實施例的幾個方面，應該知道的是對本領域技術 人員而言，將易于作出各種替換、修改、以及改進。這種替換、修改、以及改進旨在成為本說 明書的一部分，并且旨在落入本發明的精神與范圍內。因此，前述說明與附圖僅當作示例。
[0077] 權利要求如下：
【權利要求】
1. 一種通過材料沉積系統將材料沉積在電子基板上的方法，該材料沉積系統的類型為 包括框架、連接至所述框架的機架系統、連接至所述機架系統并且配置成在所述電子基板 上沉積低粘性與半粘性材料的點的沉積頭、配置成控制所述材料沉積系統的操作包括所述 機架系統與所述沉積頭的操作的控制器，所述方法包括： 通過沿基本上不平行于材料的線路或圖案的方向的移動軸移動所述沉積頭而在電子 基板上沉積材料的線路或圖案。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括通過檢測系統獲取所述電子基板的圖像。
3. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括在沉積之前將紫外染料添加至所述材料， 以使得當以極小尺寸沉積材料時，所述材料對具有紫外光源的所述檢測系統而言是可見。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述檢測系統包括固定于所述沉積頭上的兩個 照相機，第一照相機配置用于大視野，而第二照相機配置用于小視野。
5. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括冷卻沉積在所述電子基板上的材料。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，通過冷卻卡盤實現所述冷卻。
7. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括控制所述材料沉積系統中的環境。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，控制環境包括使所述材料沉積系統中的一處區 域隔離，以執行沉積操作。
9. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括清潔所述沉積頭與所述電子基板中的至少 一個。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，通過使用臭氧、C02、紅外線、紫外線、等離子體以 及例如IPA或乙醇的有機溶劑之一實現所述清潔。
11. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括當靜止時以蒸汽環境包圍所述沉積頭，以 防止所述沉積頭上的材料干燥。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中，包圍所述沉積頭通過溶劑來實現。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中，將材料沉積在所述電子基板上包括提前和延遲 所述沉積頭的觸發脈沖，以補償所述沉積過程中的誤差，包括沉積頭放置誤差、材料軌跡誤 差、以及機架系統誤差。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中，將材料沉積在所述電子基板上包括提前和延遲 所述沉積頭的觸發脈沖，以補償所述電子基板的未對齊或變動。
15. -種通過材料沉積系統將材料沉積在電子基板上的方法，該材料沉積系統的類型 為包括框架、連接至所述框架的機架系統、連接至所述機架系統并且配置成在所述電子基 板上沉積低粘性和半粘性材料的點的沉積頭、配置成獲取所述電子基板的圖像的檢測系 統、以及配置成控制所述材料沉積系統的操作包括所述機架系統、所述沉積頭以及所述檢 測系統的操作的控制器，所述方法包括： 通過所述檢測系統獲取所述電子基板的圖像； 通過所述控制器產生將要沉積在所述電子基板上的材料圖案；并且 基于由所述控制器產生的材料圖案，在所述電子基板上沉積材料線路或圖案。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，通過沿基本上不平行于材料的線路或圖案的 方向的移動軸移動所述沉積頭而沉積材料的線路或圖案。
17. 根據權利要求15所述的方法，進一步包括在沉積之前將紫外染料添加至所述材 料，以使得當以極小尺寸沉積材料時，所述材料對具有紫外光源的所述檢測系統而言是可 見的。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述檢測系統包括固定于所述沉積頭上的兩 個照相機，第一照相機配置用于大視野，而第二照相機配置用于小視野。
19. 根據權利要求15所述的方法，其中，將材料沉積在所述電子基板上包括提前和延 遲所述沉積頭的觸發脈沖，以補償所述沉積過程中的誤差，包括沉積頭放置誤差、材料軌跡 誤差、以及機架系統誤差。
20. 根據權利要求15所述的方法，其中，將材料沉積在所述電子基板上包括提前和延 遲所述沉積頭的觸發脈沖，以補償所述電子基板的未對齊或變動。
【文檔編號】H01L21/67GK104094392SQ201280068186
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2011年11月29日
【發明者】丹尼斯·G.·道爾, 托馬斯·C.·普倫蒂斯, 帕特希·A.·馬特奧, 大衛·P.·普林斯 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司