微沉积装置的制作方法

专利名称：微沉积装置的制作方法
对相关的申请的交叉参考本申请要求下列申请的优先权美国临时专利申请No60/295,118，发明名称为“Formation of Microstructures Using PiezoDeposition of Liquid Onto Substrate”，申请日为2001年6月1日，以及美国临时专利申请No.60/295,100，发明名称为“Formation ofPrinted Circuit Board Structures Using Piezo Deposition of LiquidOnto Substrate”，申请日为2001年6月1日，特将上述每个申请列于此处供参考。
本发明的讨论本发明涉及在基底上形成微结构的方法和系统，以及更具体地说，涉及实现液体制造材料的压电微沉积(PMD)用的方法和系统。
制造商已发展各种技术用于在基底上产生微结构，比如，光发射二极管(LED)显示器件，液晶显示器件(LCD)，印刷电路板(PCBs)以及其它。大多数这种制造技术对于实现是比较昂贵和要求大的产量才能在经济上可行。
在基底上形成微结构的一种技术包括筛选制版。在筛选制版时，一个细网板放置在基底上和液体材料通过网板沉积到基底上，呈网板限定的图案。筛选制版的一个问题是它要求网板和基底之间，以及网板和液体材料之间的接触，从而导致基底和液体材料的污染。虽然这种技术适合于形成某些结构，许多制造过程必须无污染地进行，以便使最终的结构是可以工作的。因此，筛选制版在制造某些微结构时不是有生存力的。举例来说，以及不是局限的，微结构要求一个洁净室环境，以及不能容许基底或液体材料污染，它是聚合物光发射二极管(PLED)显示器件和印刷电路板(PCBs)。
近年来，已发现某些聚合物物质能够在二极管内使用，以产生不同波长的可见光。
使用这些聚合物，显示器件能够产生带有红色、绿色和蓝色子件的像素。PLED液体材料是特别希望的，因为它们能够给出全光谱颜色显示，以及要求极小的功率以发射大量的光线。
可以预期，PLED显示在将来会使用于各种用途，包括电视，计算机监控器，个人数字助理(PDAs)，其它手持计算器件，蜂窝电话和其它。也可以预期，PLED工艺将会使用于光发射平板的制造，它能够用于提供办公室、仓库和生活区的照明。
PLED显示器件广泛使用的一个障碍是在使用普通的制造技术制造PLED显示器件遭遇的困难。例如，如上所述，PLEDs不能够使用筛选制版制造，因为聚合物对污染非常敏感。
在LED，LCD和PCB产品的基底上制造微结构使用的另一种技术是光刻法。使用光刻法的制造过程通常包括在底基上沉积一种光敏材料。此光敏材料随后借助曝光而固化。典型地，一种图案掩模使用于选择性地施加光线到光敏材料上，从而使光敏层的一定的部分固化，而保留其它部分未固化。未固化部分随后由基底清除，它导致基底的下层表面通过光敏层暴露，并且光敏层的固化部分形成一个掩模，它保留在基底上。另外一种材料随后通过在光敏层上的开放的图案沉积到基底上，跟随是清除光敏层的固化的部分。
虽然光刻法已成功地使用于许多微结构的制造，例如，印刷电路板上的痕迹，这种过程也会污染基底和基底上形成的材料。因此，光刻法不能适应接触敏感结构的制造，比如，PLED显示器件和PCBs，例如，光敏材料会污染制造材料。此外，光刻法包括涂覆和处理光敏材料的许多步骤，比如当形成的结构的数量较小时，价格可能是不能接受的。
其它的普通技术，比如，旋转涂覆已使用于形成其它的微结构。旋转涂覆包括旋转一个基底，而沉积液体材料在基底的中心，基底的旋转引起液体材料沿基底的表面均匀地分散。然而，旋转涂覆可能是一种昂贵的过程，因为大部分液体材料没有保留在基底上，而是在旋转涂覆过程中被浪费，或者被光刻或激光蚀刻清除，因此要求附加的步骤。
与形成微结构的普通的制造过程相反，本发明的压电微沉积(PMD)过程是使用于沉积液体制造材料液滴在基底上，而不会污染基底或液体制造材料。因此，本发明的PMD过程尤其是适用于洁净室环境，在这里污染能够避免，例如，当制造PLED显示器件或PCBs。
本发明的PMD方法和系统通常包括使用PMD工具，它包括一个头部，用以沉积液体制造材料在基底上，以及一个喷嘴组件，包括多个独立的喷嘴。PMD头部与计算机数字控制系统连接，用于制图案，即，精密地沉积液体制造材料的液滴到基底的预定的位置以及用于单独地控制每个喷嘴。通常，PMD头部是设计为当与本发明的在基底上形成微结构用的各种技术和方法相结合时，提供高的精密和精确度。
有关精密和精确度，基底和PMD头部之间的相对的位置可以使用PMD系统的一个对准元件选择和控制，它设计为可识别基底上的一组基准标记，以及将基底与PMD头部对准。为了增加PMD系统的精密度，一个液滴诊断组件用于识别和分析单独的喷嘴的激发特性和由喷嘴排放液滴的特性。本发明的PMD系统是专门地设计的，以便单独地控制喷嘴的激发特性，以及补偿PMD头部的喷嘴之间的任何的偏离。再者，PMD系统包括一个活动工作台，带有一个真空夹盘，设计为固定地保持基底在相对于PMD头部的一个位置，活动工作台包括平板，设计为可相对于PMD头部，沿着一个X-Y平面的X轴和Y轴移动基底。在其它的实施中，PMD头部设计为可相对于基底移动。例如，PMD头部可以安装在一个转台上，它设计为可转动的，以及PMD头部也可以安装在一个直线的空气轴承组件上，它设计为沿一个水平面移动PMD头部。
根据所使用的液体材料和准备形成的基底的本性，这里所述的某些或全部特点可以与本发明的基本的过程相结合使用，以借助一个PMD头部沉积液体材料到基底上。已经发现，使用本发明的PMD技术，制造过程能够简化和更经济，比如，举例来说，借助使其经济而适合于小数量的制造。本发明的PMD系统和过程一般能够以高的精密度在基底上形成微结构。
本发明的这样的和那样的目的和特点，将通过下列的说明和所附权利要求书更充分地体现出来，或者可以从本发明下列的实践学习。
附图的简要说明为了明确本发明的上述的和其它的优点和特点，本发明的更具体的说明将结合参见专门的实施例和附图进行。应该理解，这些附图仅描述本发明的典型的实施例，以及因此不应考虑局限于其范围。本发明将结合附加的特点通过附图的使用来说明和解释，其中

图1示出本发明的PMD系统的一个实施例的透视图；图2示出图1的PMD系统的一个侧视图；图3示出图1的PMD系统的一个前视图；图4示出图1的PMD系统的一个顶视图；图5示出安装托架的一个实施例的一个透视图，设计用于接合一个PMD头部至图1的PMD系统的一个PMD头部支承；图6示出图5的安装托架的侧视图，带有一个PMD头部支承，它包括液体制造材料供给系统和溶剂供给系统的管道；图7示出图6所示的安装托架和PMD头部支承的侧视图，其中PMD头部已经安装在安装托架上，以及其中管道已经连接至PMD头部；图8示出本发明的PMD系统的一个实施例，它包括一个计算机，设计用于控制PMD系统和部件；图9示出图7的安装托架，PMD头部和PMD头部支承，其中安装托架和PMD头部已经在PMD头部支承上转动90°；图10示出PMD系统的一个封盖站，它包括一个托盘，一个可伸延的支承和一个浸渍贮箱；图11示出一个停泊站的前视图，它设计用于当不使用时安装一个PMD头部以及用于在一个压敏和压力可控的工作袋内液体材料的供给；
图12示出图11的停泊站的一个侧视图；图13示出图11的停泊站的一个前视图，带有一个PMD头部安装在停泊站上；图14示出PMD头部支承的一个实施例，它包括一个直线的空气轴承组件；以及图15示出PMD系统一种形状的一个实施例，它包括一组PMD头部支承，安装在直线的空气轴承组件上。
优选的实施例的详细说明本发明的目的在于在基底上压电微沉积(PMD)控制数量的液体制造材料，以及放置以制造或产生微结构。
术语“液体制造材料”和“液体材料”在此处广义地解释为包括任何材料，它能够设想为一种低粘度形式，以及它适合于由PMD头部沉积到一个基底上，以形成一个微结构。液体制造材料可以包括，但不局限于光发射聚合物(LEPs)，它能够用于形成聚合物光发射二极管显示器件(PLEDs和PolyLEDs)。液体制造材料还可以包括塑料、金属、蜡料、钎料、钎料膏、生物产物、酸类、光敏材料、溶剂、粘接剂和环氧。
术语“液体制造材料”在此处可以与“液体材料”互换。
术语“沉积”在此处一般地指沉积独立的液体材料液滴到基底上。术语“喷射”，“排放”，“图案”和“沉积”可以互换地使用，在此处特别地指由一个PMD头部沉积液体材料。术语“液滴”和“小滴”在此处也可以互换地使用。
术语“基底”在此处广义地解释为包括任何材料，具有一个表面适合于在PMD过程中接受一种液体材料。基底包括，但不局限于玻璃板、吸管、硅晶片、陶瓷瓦、刚性和柔性塑料和金属板及卷材。在某些实施例中，沉积的液体材料本身可以形成一个基底，由于它也具有一个表面适合于在PMD过程中接受一种液体材料，比如，例如当形成三维的微结构时，术语“微结构”在此处一般地指以一种高精密度形成的结构，它在尺寸上与一个基底配合。由于不同的基底的尺寸可以改变，术语“微结构”不应理解为局限于任何具体的尺寸，以及可以与术语“结构”互换地使用。“微结构”可以包括液体材料的一个单独的液滴，液滴的任何组合，或沉积液滴在一个基底上形成的任何结构，比如，一个二维层，三维的建筑和任何其它希望的结构。
本发明的PMD系统进行PMD过程是按照用户规定计算机执行指令沉积液体材料到基底上。术语“计算机执行指令”在此处也是指“程序模块”或“模块”，一般地包括日常程序、目标、元件、数据结构或其它，它们实现特定的文摘数据类型或进行特定的任务，比如，但局限于执行计算机数字控制，用于实现本发明的PMD过程。程序模块可存储在任何计算机可读的媒体内，包括，但不局限于RAM，ROM，EEPROM，CD-ROM，或其它光盘存储器，磁盘存储器，或其它磁存储器件，或任何其它媒体，它们能够存储指令或数据结构，以及能够被一个通用目的或专用目的计算机存取。
按照本发明，一个油墨喷射头能够在制造环境内沉积液体制造材料以形成广泛变化的任何结构，其方法是按照本发明的PMD过程图案化液体制造材料在一个基底上。它叙述于下列的临时专利申请PCT专利申请No.＿＿申请日为2002年5月31日，题目为Temprature Controlled Vacuum Chuck；PCT专利申请No.＿＿申请日为2002年5月31日，题目为Industrial Microdeposition SystemFor Polymer Light Emitting Diode Displays，Printed Circuit BoardsAnd the like；PCT专利申请NO.＿＿，申请日为2002年5月31日，题目为Interchangeble Micro deposition Head Apparatus and Method；PCT专利申请NO.＿＿申请日为2002年5月31日，题目为WaveformGenerator For Microdeposition Control System；PCT专利申请NO.＿＿申请日为2002年5月31日，题目为Over-Clocking in AMicrodeposition Control System To Improve Resolution；PCT专利申请NO.＿＿申请日为2002年5月31日，题目为Formation of PrintedCircuit Board Structures Using Piezo Microdeposition；and PCT专利申请NO＿＿申请日为2002年5月31日，题目为Apparatus ForMicrodeposition of Multiple Fluid Materials；特将上述每个申请列于此处供参考。许多结构能够按照本发明制造，与使用普通的技术制造的相同的结构比较，它价格较廉，更有效和更精密。使用PMD过程制造的其它的结构，使用普通的方法无法制造。再者，本发明的PMD过程可以与洁净室环境相匹配，以及与液体制造材料相匹配，使在制造过程中或之后不被污染。
按照一个实施例，本发明的PMD系统一般地包括一个工作台，一个真空夹头，一个PMD头部，一个PMD头部支承，一个对准部件，一个液体材料供给系统，一个液滴诊断组件，一个维护站，一个封盖站，一个停泊站，以及一个计算机系统。计算机系统提供带有计算机执行指令的PMD系统，以及控制PMD系统的各种部件。
为了沉积液体材料和/或在一个基底上形成微结构，可以使用PMD工具相对于基底移动。PMD头部和基底的相对移动可以借助移动基底和/或PMD头部实现。此移动可以是直线的或旋转的。
对于直线的移动，PMD系统可以使用一个直线电动机。在一个实施例中，PMD系统包括一个直线电动机，它设计为用于洁净室环境，具有空气轴承，从而使PMD头部的直线移动不会产生任何来自摩擦的颗粒能污染洁净室环境。PMD系统还可包括高效悬粒空气过滤器(HEPA)，专门的轴承，电动机和组件，以满足严格的洁净室要求。直线电动机提供的可动性有利于使PMD过程能够在大的底基上进行，比如在塑料卷材上，它不能够在工作台上转动。
在某些实施例中，PMD系统包括转动PMD头部的器件，以适应大的基底和某些PMD过程的要求。转动PMD头部用的器件可以包括，但不局限于空气轴承和磁性继电器。转动PMD头部特别适合于提供喷嘴相对于一个方向的斜度和角度，当工作台不能实际转动时在此方向上液体材料被沉积到基底上，从而减少了沉积的液体材料之间的空间和提高了分辨率。
当借助转动PMD系统和/或基底将直线沉积到基底上时分辨率也能够改进，这样能使基底与沉积的直线在相同的方向上移动。使用这种方式，沉积在基底上的每个液滴将会落在先前液滴的轨迹或尾部上，从而减少任何不规则形状液滴的作用以及改进直线侧面的总的分辨率。
图1示出PMD系统10的一些部件，包括工作台12，真空夹头14，PMD头部16，PMD头部支承18，对准部件20，液滴诊断组件22，维护站24和封盖站26。
如图所示，工作站12和PMD头部支承18安装在固定表面28上。固定表面28可以包括任何适当的表面，它制造为可提供PMD系统10的稳定性，以及减少振动，它在使用中可能危及PMD系统10的精密度。按照一个实施例，固定表面28包括一个花岗岩块。当然，应该理解，固定表面28也可以包括其它材料和基底。
图2和3示出图1的PMD系统10的相应的侧视图的前视图。如图所示，工作台12包括一个顶安装板30和一个中间板组件32，其中每个设计为在一个或两个不同的方向上移动。如图1-3所示，真空夹头14、封盖站26、维护站24和液滴诊断组件22安装在工作台12的顶安装板30上以及因此将与顶安装板30一起移动。
尤其是，顶安装板30连接至一个第一电动机34，它设计为在图1所示X轴的第一方向上驱动顶安装板30，以及中间板组件32连接至一个第二电动机36，它设计为在图1所示Y轴的第二方向上驱动中间板组件32以及顶安装板30。第一和第二电动机34和36可以单独地或同时地工作，以提供在X-Y平面内工作台12相对于PMD头部的任何希望的移动。因此，应该理解，工作台12也能够在X-Y平面的X和Y方向上同时地移动。工作台12在X-Y平面内的可移动性可以用于移动安装在工作台12上的一个基底与PMD头部16对准，以及在本发明的PMD过程中移动基底，如下文所述。应该理解，工作台12如上所述设计为用于洁净室环境，其中移动部件，尤其是具有固体的表面而又彼此相对移动的部件如果它们位于基底的上面，通常都不能使用的。
真空夹头14提供一个适当的器件用于在本发明的PMD过程中固定一个基底在工作台12上的一个固定的位置。其它的保持基底用的结构和方法，包括柔性材料用的卷筒至卷筒组件也可考虑属于本发明的范围内。
图4所示的一个基底38被通过真空夹头14的松孔金属板42的空气吸力产生的负空气压力固定地保持在真空夹头14上的位置。松孔金属板42能够由图1看出。按照一个实施例，松孔金属板42是一个松孔的铝板，比如Metapor，供应商为Portec Ltd.，a subsidiary ofM-Tec Holding Ltd.Winterthur。然而，用其它材料制造的松孔板也可以使用。空气是借助任何适当的器件通过松孔金属板42吸取的，比如真空源或泵，它可以连接至真空夹头14的一个吸气口44。
真空夹头也可以包括一个匹配件45，它能够设计为将真空夹头14内的器件与PMD系统10的控制器件互连。匹配件45设置一个串联的口，例如通过一个DB 9连接器它将真空夹头14内的器件与一个控制系统连接。按照一个实施例，一个加热源和温度传感器包容在真空夹头14内以及与控制系统连接，以便使操作员能够控制松孔金属板42的温度。
如图4所示，一个基底38能够安装在真空夹头14上的凸耳支承46之间，它构造为对准真空夹头14上面的基底38。真空夹头14上面的基底38的对准有利于保证液体制造材料沉积在基底38上的正确的位置。应该指出，然而，安装基底38在真空夹头14上的动作并不能保证基底38与PMD头部16对准，达到实现本发明的PMD过程要求的精密度容差。因此，基底38应该按照本发明的方法与PMD头部16精密地对准。
当基底38安装在真空夹头14上面顶住凸耳支承46时提供了基底38和PMD头部之间的最初对准，因为真空夹头14已经与PMD头部16对准。为了保证真空夹头14与PMD头部16精密地对准，在真空夹头14上设置两个基准点48。基准点48被一个对准部件20光学上探测，详见下文，它通常确定真空夹头14是否与PMD头部正确地对准。如果真空夹头14没有正确地对准，随后真空夹头14移动，直到获得希望的对准。
为了提供真空夹头14和基底38的正确的对准，真空夹头14包括一个步进电动机52，一个弹簧54和一个枢轴支臂56。枢轴支臂56与步进电动机52在第一端58连接，以及与真空夹头14和一个弹簧连接，它来自一个第二端60。真空夹头14还与工作台12在一个枢轴隅角62处枢动地连接。这样通常可使当步进电动机工作时真空夹头14沿枢轴隅角62枢动。
按照一个实施例，步进电动机包括一个延伸支臂64，它能够可控地延伸，以便施加一个力至枢动支臂的第一端，从而引起枢轴支臂56沿一个枢轴点66在顺时针转动时枢动(由图4的顶视图)。由于枢轴支臂56的第二端60与真空夹头14连接，这样引起真空夹头14沿枢轴隅角62在一个反时针转动中枢动。真空夹头14也可以在相反的方向上枢动。例如，当步进电动机52的支臂64收缩时。弹簧54收缩，和强迫枢轴支臂56的第二端60移动接近弹簧54，从而引起真空夹头14沿枢轴隅角62在顺时针转动时枢动。
真空夹头14的枢动可以借助PMD系统10在任何时间进行，以获得真空夹头14或基底38与PMD头部16的希望的对准。真空夹头14的枢动也可以进行，以产生基底38与PMD头部的希望的对不准，当在基底38上形成某种微结构时，它可能是希望的。
按照一个实施例，基底38与PMD头部之间的希望的对准可以借助相对于位于PMD头部支承18上的基底38转动PMD头部16而获得。这样，例如使用一个转台，如以下说明。
特定的基准现在向着对准部件20。如图1和3所示，对准部件20固定地连接至PMD头部支承18。按照一个实施例，对准部件20包括一个摄像机。此摄像机可能具有数字和光学能力的任何组合，以及最好连接至光学/数字识别模块，它设计为识别真空夹头14上的基准点48，以及精密地对准蚀刻在基底38上的对准标记。这里所指的这些对准标记是作为基准标记，典型地是制造在基底38上，以及通常太小，难以用肉眼看见。在一个实施例中，基准标记包括蚀刻在基底38上的垂直的交叉发纹。
按照一个实施例，基准标记用作基底38与PMD头部16对准用的一个基础，因为单独地对准基底38的边缘是典型地不够精密，不足以用某些产品制造要求的精密度在基底38上形成微结构。例如，在一个实施例中，PMD系统10沉积聚合物液滴在一个PLED显示器的像素上，在正或负约10μm范围内，它大致相当于人的头发直径的1/10。应该理解，本发明的PMD系统以这样的精密度精密地沉积液体制造材料的能力是对现有技术的一项改进。
当基底38是安装在真空夹头14上时，PMD系统10自动地使用摄像机和带有对准部件20的光学识别模块，以识别在基底38上的基准标记或其它基准标记。真空夹头14或PMD头部随后自动化地按要求枢动或转动，以校正PMD头部和基底38之间的任何不对准。以这种方式获得存在于PMD头部16和基底38之间的对准。其次，使容差在约3μm内。最后，一旦希望的对准达到，FMD系统10能够按照本发明的过程精密地沉积液体材料的液滴到基底38的预定的位置。
按照一个实施例，当基底38在工作台12上的PMD头部16下面移动时，由PMD头部沉积在基底38上的液滴形成了微结构。例如，当工作台12在PMD头部下面沿X轴移动基底38时，液滴排能在基底38上形成。工作台12还能够沿Y轴在各排沉积之间移动，从而能够形成多数的排。工作台还能够在X和Y轴方向的任何组合下移动以便在基底的任何部分精密地形成各种结构。
虽然，如上所述，基底38与PMD头部16的对准能够调节，当PMD头部16的喷嘴的激发不正确时，它能够受阻碍。PMD头部16可能具有，例如任何数目的喷嘴。按照一个实施例，PMD头部16包括一个喷嘴组件(图中未示出)具有约1-256个喷嘴。即使一个单独的喷嘴错激发，随后基底38与PMD头部的对准可能失败。因此，重要的是识别每个喷嘴的激发特性以及校正可能存在的任何激发不规则性。一旦单独的喷嘴的激发特性已经知道，就有可能使用本发明的计算机模块单独地控制喷嘴，以达到由喷射液体材料希望的排放。
图1-4所示的液滴诊断组件22是设置用于测量和识别PMD头部16的单独的喷嘴的激发特性。液滴诊断组件通常包括一个摄像机68，它具有数字和光学能力的任何组合，以及最好连接至光学/数字识别计算机模块，它设计用于识别单独的喷嘴的不同的激发特性。
按照一个实施例，液滴诊断组件22借助捕获由喷嘴排放出的液滴的各种影像以及分析液滴的落下特征来识别单独的喷嘴的激发特性。如果PMD头部的一个单独的喷嘴的激发不正确，液滴诊断组件和相应的模块探测这个错误。PMD系统10随后尝试用维修程序自动化地修理喷嘴。如果此错误不能够自动化地校正，PMD系统10警告操作员和制造停顿，从而防止器件产量方面的价格损失。PMD头部16可以由操作员根据要求修理或更换。
按照一个实施例，液滴诊断组件22是一个直角的摄像机68，设计为配合在工作台12上。一个背灯，比如选通灯69设置用于增强被摄像机68捕获的影像的质量以及用于在灯光下捕获液滴的影像，如照像技术熟知的那样。为了进行液滴诊断，在封盖站26上面，PMD头部在摄像机68和选通灯69之间移动。液滴随后由PMD头部16的喷嘴排放进入封盖站26。液滴的特性和喷嘴的激发特性随后测定，如下所述，用捕获的由喷嘴排放的液滴的两个正交的影像来进行。最好能使被试验的喷嘴定中心在摄像的视场内，以获得最大的精密度和它们是单独地试验的。
按照一个实施例，一个第一影像是在PMD头部处于第一位置时由第一液滴摄取的，以及一个第二影像是在PMD头部已转动90°之后，由相同的喷嘴激发的液滴摄取的。按照另一个实施例，使用两个正交安装的摄像机同时地摄取一个单独的液滴的两个影像。在捕获液滴的影像时，PMD系统10的光学识别模块使用影像和激发信息以计算落下体积、落下速率、落下喷嘴位置、偏离落下角和落下形成，从而能使PMD系统10补偿PMD头部16的喷嘴之间的任何不足或变动。
落下体积可以使用液滴的高度和/或宽度计算，或者用一个或两个摄像机的成像面积计算体积。在两种情况下被摄像机68捕获的影像使用于计算或评定液滴的三维形状，它取决于特定的用途要求的精密度和精确性。如果液滴体积太大或太小，PMD系统10借助调节液滴的喷嘴排放频率自动化地补偿。例如，传送至PMD头部的电压或波长的数量能够改变，以补偿缺陷的落下体积。使用较小的功率，将喷射较小的液滴，使用较大的功率，将喷射较大的液滴。一旦校正已进行，可能需要再次分析一个相互作用过程中喷嘴和相应的液滴，以便使调节精确化。
与落下体积相关的校正问题的第二个方式是改变PMD过程中沉积的液滴的数目和频率。虽然按照本方法单独的液滴的落下体积保持相同，借助增加或减少沉积液滴时的频率，在基底上沉积的液体材料的数量能够被控制。这种与落下体积有关的校正问题的方法，在当沉积液滴成排和多个液滴需要达到希望的落下体积时尤其适用。这种改变沉积液滴时的频率的方法在此处称为微定时。
微定时法是本发明提供的一种方法，用于克服沉积速度的局限性，比如缺液，它属于这样一种状态，这时液体材料进入液体室不足，不能由喷嘴足够快的喷射出。现有的打印头工艺典型地限制打印头的定时频率调节至最大频率，以便在缺液发生之前能够实现打印。对于一个技术人员应该理解，对于PMD头部的分辨率也存在实际的限制，尤其是考虑到多喷嘴的头部典型地是同一个单独的时钟工作。
为了克服现有技术的局限性和获得对PMD工具的喷嘴的单独的控制，本发明使用一种微定时法，以便人工地增加时钟循环或发送至PMD工具的信号的频率，远超过指定的沉积速度。PMD系统能够使用附加的时钟循环，以控制在PMD过程中沉积的液体材料的分辨率和质量。在一个实施例中，PMD系统按照与指定的沉积速度的比例为10∶1增加时钟循环的频率，从而使PMD系统有能力以1/10的沉积频率控制点的位置。
即使沉积频率不能够超过缺液的局限性，它仍旧有可能以微时钟速率发送时钟循环和数据至PMD工具，因为PMD系统的计算机执行指令不会允许实际的沉积数据超过缺液速率。本发明的这点的实现是借助发送“填充剂数据”或空白数据至每个喷嘴，在每10个时钟循环中大约占9个。PMD工具因此接收比它使用与微时钟成正比的沉积除以真实的沉积时钟速度多许多倍的数据。使用这种方式，它有可能增加现有的打印头工艺的分辨率10倍或更大，而不会冲击最大的沉积速度。
微定时特别有利于改进在一个基底上沉积的液体材料的分辨率。尤其是，线条或形状的开始和结束能够更精密地控制。在本实施例中，其时钟循环的频率是按超过指定的沉积速度从比率10∶1调节。液体材料能够使用PMD工具以比以往允许的大10倍的精密度沉积，在相同的沉积速度下在允许的分辨率的以往的宽度的1/10以内。
微定时还可使用于控制在基底上沉积的液体材料的体积。例如，如果希望具有更多的液体沉积，或者用于补偿弱的喷嘴，或者用于仅增加材料的厚度，此相应的喷嘴调节至使用比其它喷嘴更高的频率喷射液体材料的液滴。例如，指定的喷嘴可以调节至每9个时钟循环喷射出一次，而其它的喷嘴每10个时钟循环喷射出一次。这种技术用指定的喷嘴比其它喷嘴沉积的液体材料多约11％。类似地，那些另外沉积太多的液体的喷嘴能够引起以较低频率的沉积。
微定时法还特别适合使用于下列情况当PMD工具是转动的和喷嘴不是垂直对准的，当试图调节落下速率差或偏离角度时，当希望较高的分辨率以放置单独的点，以及当希望仔细地控制在基底上沉积的液体的数量时。
微定时法如上所述，通常要求将时钟循环的频率传送至比指定的沉积频率高许多倍的PMD工具。微时钟频率与沉积频率的比例控制增加分辨率的潜力。产生喷射液体材料用的点图案的计算机执行指令必须识别此增加分辨率的潜力，以及喷射零位“填充剂数据”准备传送至等待循环用的PMD工具。对每个沉积循环的等待循环的数目等于微定时频率与沉积频率的比例。
微定时还可以使用于补偿“斜度”，它是在PMD过程中PMD工具相对于基底的转动。PMD工具的斜度导致一个分辨率它精密地处于一点的一个分量内，取决于微定时频率和真实的沉积频率的比例。微定时借助喷射“填充剂数据”补偿斜度，它等于由于倾斜的喷嘴相对于基底的垂直移动的偏置而产生的空间。
落下速率的计算是取由喷嘴激发时间(Tf)和摄像机选通时间(Ts)的时间延迟以获得运行时间(Tt)Tf-Ts＝Tt。光学识别模块随后使用于发现运行距离(Dt)，它是液滴的中心和喷嘴之间的距离。落下速率最终按运行距离除以运行时间计算(Dt/Tt)。
落下速率是当液体材料的液滴击中基底时确定的，当基底是移动时它尤其重要。与落下速率有关的问题借助改变液滴的激发时间校正，以补偿太高或太低的落下速率。按照本发明，可以确定一个激发时间调节用的计算值，因为落下速率和至基底的距离是已知的。对于太高的落下速率，激发时间是延迟的，对于太低的落下速率，激发时间是加速的。
落下喷嘴的位置借助选通灯69的照明循环的调节确定，直到离开喷嘴的液滴被拍摄。随后喷嘴的严格的位置能够确认。不规则的落下喷嘴的位置的校正可以与偏离的落下角的校正结合进行，如下面所述。
偏离的落下角的确定是借助由喷嘴喷射出一个液滴经预定的距离(能够这样做是因为已知落下速率)以及随后识别在此距离处的液滴的中心。随后此液滴的中心和喷嘴的位置使用于计算偏离角。按照一个实施例，在一个X-Y平面的X和Y轴上这样做，以获得真实的三维的偏离的落下角。
偏离的落下角和不规则的落下喷嘴位置的校正是借助选取喷嘴的位置和偏离的角度，以及计算液滴在何处落下与期望落下的位置比较。随后，激发时间加速或延迟，以补偿液滴的预期的和实际的轨迹之间的任何不符合。
落下形成的确定是借助分析由摄像机68捕获的影像与光学识别模块的影像，观看是否存在超出主液滴的任何不规则的形状。首先，这样做是检查液滴是否具有显著的尾巴或相关的卫星。术语“卫星”在此处一般地指与液滴同时排放的液体材料，但已变成液滴的脱离物。
落下形成分析是一项合格/不合格试验。如果液滴具有一个不正常的形状或相关的卫星，PMD系统自动化地用两种通用的方法之一校正此问题。第一任选方案是使用PMD系统10的计算机执行指令改变排放液滴的喷嘴的电压和脉冲宽度的调节。当一种新的液体材料或PMD头部16使用时，以及缺陷广泛扩展跨过PMD头部16的整个喷嘴组件时，这种类型的校正典型地进行。当PMD头部16和液体材料不是新的，然而，似乎PMD头部的喷嘴被堵塞需要修理。因此，校正不希望的落下形成的第二任选方案将进行PMD系统10的维修，以疏通或修理PMD头部16的喷嘴。如果自动化维修不能修复喷嘴，在进行之前机器会警告使用者，从而防止不必要的材料和产品的浪费。这点对于高产量和高价格的制造过程非常重要。
PMD系统10的液滴诊断组件22和对准部件20代表本发明超过现有打印工艺的优点，因为液滴诊断组件22和对准部件20能够提供精密度。此外，现有的打印和图案化系统没有能力测量或精密地对准喷嘴与基底38的位置，角度和工作，在这样的系统中也没有任何的运动性，以保证高产量和高价格制造过程所需的精密的对准。PMD头部16的对准用系统，以及相关的喷嘴和基底38的发展，能使本发明的PMD过程产生要求高精密度的微结构。
按照本发明的PMD系统10提供的无限的可变的定位能为一个大面积提供均匀性。此外，按照本发明的PMD系统10除了X和Y轴的移动外还控制斜度，更具体地说，PMD头部16的转动可以使用于改变喷嘴组件相对于基底的斜度，以便控制PMD过程的精密度。此外，PMD系统10提供的光学识别和校正，进一步允许落下尺寸控制。再者，按照本发明的PMD系统10提供这样的均匀性、灵活性和在洁净用途中的控制，由于PMD头部不与基底接触，仅有材料被PMD头部沉积。
虽然PMD头部与基底38的对准如上所述作为一个步骤是在将基底安装在PMD系统上之后进行的，应该理解，对准也能够在更换PMD头部或另外安装在PMD头部支承18上时进行。图5-7示出一个安装托架70，按照本发明使用于将PMD头部与PMD头部支承接合。如图所示，安装托架70具有一组孔72，通过它们可插入螺栓将安装托架70固定至PMD头部支承。此外，安装托架70还具有一个插销机构74，它设计为固定地保持PMD头部16在顶住安装托架70的位置。插销机构74通常包括插销支臂76，构造为可插锁在PMD头部16形成的相应的凹槽内。插销支臂76被图9所示的一个杠杆78操作，它位于安装托架70的相对的侧面。安装托架70还具有基准点80，它们使用于保证PMD头部当插销支臂76固定PMD头部顶住安装托架70时正确地对准对着安装托架70。
图7示出PMD头部16的一个实施例，它与图6所示的安装托架70连接。如图所示，PMD头部16包括一个壳体90，一个液体材料输入口92，一个溶剂输入口94，内PMD头部部件96和一个喷嘴组件98。使用时液体材料通过输入口92进入PMD头部16以及通过内PMD头部部件96流动至喷嘴组件98，在这里它最终通过喷嘴组件98的喷嘴排放到基底上。
按照一个实施例，PMD头部部件96包括一个液体材料贮箱，一个膜片和一个压电换能器，这样的，例如锆酸，钛酸铅Pb(Zr，Ti)O3或“PZT”换能器，它产生声学波，适合于通过喷嘴组件96的喷嘴排放液体材料。膜片和压电换能器在功率施加至压电换能器时产生声学脉冲。当声学脉冲的力足够克服液体制造材料的表面张力时，液体材料的液滴由喷嘴组件98的喷嘴排放。排放的液滴的速率和体积借助改变供给至压电换能器的功率来控制。
本发明的PMD系统能够控制由PMD头部16排放的液滴的体积。按照一个实施例，PMD头部排放的液体材料液滴小至约10皮升(picoliters)，频率为每秒数千液滴。由于希望的液滴的体积和频率可以改变以适应不同类型的液体制造材料，基底和微结构的形成，可以理解，本发明不应局限于排放任何特定的体积、频率或形状的液体材料的液滴。
普通的油墨喷射头(“喷射头”)能够容易地适应于使用至少本发明的某些液体材料。因此，本发明也可扩展至使用现有的喷射头或未来将发展的喷射头，包括现在或将来由第三方制造的那些，以及为了在喷墨打印系统中喷墨目的已经制造或将要制造的那些喷射头。
按照一个实施例，本发明的PMD系统10包括一个计算机控制系统，设计为执行计算机执行指令用以产生各种打印头工艺所需的各种数字的波形，电流功率供给和数字的信号。计算机系统可以组合在单独的PMD系统部件内，或者代替地，如图8所示，计算机系统可以实现为独立的计算机系统100，它与每个不同的PMD系统部件连接，从而使操作员能够由单独的计算机系统控制每个PMD系统的部件。计算机系统100能够包括这里所述的各种控制系统。
计算机系统100的一种利益是，它较容易地使具有不同的能力和功能的各种PMD头部可互换地使用于本发明的PMD系统。例如，按照一个实施例，计算机系统100将现有的打印头工艺的电子元件分割为两个不同的段，一个主要电子元件段和一个个人电子元件段，它可以安装在单独的PMD头部16内，或单独的计算机系统100内。
主要电子元件段包括PMD头部作为根据的基本信号和信息；也就是准备沉积的点图案(沉积数据)，被坡道限定的二维波形，持续时间和幅度，PMD头部16使用的接地和最大电压，设计用于沉积液体材料液滴的头部器件的时钟速度。主要电子元件典型地存储在一个计算机可编程板上，它允许这些定义编成和存储在每种PMD头部16内。
个人电子元件段包括固件，它是某些头部制造商和模块专用的，经常需要用户信号和连接。个人电子元件接收用户化的波形和使用中来自主电子元件的数据。典型地，个人电子元件存储在计算机可读的媒体中，比如用户化的个人卡。在一个实施例中，一个用户个人卡发展用于PMD系统10的每一种PMD头部16。
借助以这种方式定义电子元件，本发明的PMD系统10是头部独立的，因此允许各种PMD头部16之间的相互工作能力，从而使PMD系统10能够适应各种现有的和新发展的工艺。换句话说，有可能更换PMD系统10使用的PMD头部16，而不需要对PMD系统10做任何硬件的改动。即使由不同厂商供给的不同尺寸的压电头也能够使用于本发明的PMD头部16内，包括由第三方供应的头部和现有的和原先制造的头部，用于沉积不同于本发明的液体材料。应该理解，这是超过现有技术的一个优点，其中现有的压电头是设计用于特定的头部工艺以及用于一个单独类型的压电头，它限制现有的器件的现代化以适应新的和发展的压电头工艺。以这种方式定义电子元件的另一个益处是，它使PMD头部的喷嘴能够单独地控制，以校正可能存在的任何不规则性。
现在返回图6和7，它示出如何使用管道110将PMD头部16与液体材料供给系统102和溶剂供给系统104互连。如图所示，管道110可以具有迅速释放配件111，它设计为在不使用期能方便地由PMD头部16移动管道100至一个保持器件112，这样，例如当PMD头部16与另一个互换时。
图6和7还示出如何将一个过滤器116连接至管道110，以保证供给至PMD头部16的液体材料是清洁的。虽然图中没有示出，一个过滤器可以设置用于保证供给至PMD头部的溶剂是清洁的。按照本发明，以及详见下文，在清洗程序中，溶剂供给至PMD头部16，以清洗液体材料的PMD头部。
现在转到图9，它示出如何安装托架70能够相对于PMD头部支承18转动。如图所示，安装托架70已由图6和7所示的位置转动90°。按照本发明，安装托架70的转动可以借助一个转台72，它可转动地连接至PMD头部支承18的底部。PMD头部16的转动使用于方便捕获由液滴诊断组件摄取的正交的影像，如上所述。PMD头部16的转动还可以使用于喷嘴组件98相对于基底的斜度的改变，以便精密地控制基底上液滴排之间的距离。
图9还示出按照一个实施例，如何使基准点80相对于PMD头部16偏移，以保证PMD头部16的对准。基准点80最好含有硬化钢，能够提供PMD头部16与安装托架70严格的对准。附加的基准点120也可以设置在PMD头部16的顶面和安装托架70之间，进一步方便PMD头部16与安装托架70的对准。当PMD头部没有正确地与安装托架70对准时，由喷嘴激发排出的液滴的落下角可能偏移，在此种情况下，液滴诊断组件探测和补偿任何的不对准，如以上一般的说明。然而，如果不对准极大，可能需要重新安装在安装托架70上面的PMD头部16。
现在注意力转向图10，用于详细地说明封盖站26。如图所示，封盖站26通常包括一个托盘130，安装在一个可伸缩的支承132上，以及一个浸渍贮箱134。封盖站的一个目的是在不使用期接收和浸洗PMD头部16的喷嘴，以保持喷嘴不干燥和变成阻塞。例如，当PMD头部16在一定时期内不使用时，封盖站26直接移动至PMD头部16的下面以及托盘130被可伸缩支承132升起，直到浸渍贮箱134与PMD头部16的喷嘴组件98接合。浸渍贮箱134充填一种溶剂，它与液体材料是相容的和保持喷嘴组件98不干燥。浸渍贮箱134可以借助PMD头部16供给溶剂，或者借助其它供给器件，这样，例如使用管道直接地连接至一个溶剂供给源(图中未示出)。
封盖站26的另一个目的是在液滴诊断时捕获由PMD头部沉积的任何液体材料。例如，在液滴诊断时，液体材料能够落在托盘130的任何部分上。落在托盘130上的多余的液体材料和溶剂通过与托盘130连接的一个排放口138排放。
按照一个优选的实施例，PMD头部是可以互换的，以及可以人工地或自动化地转换。在一个实施例中，PMD头部具有迅速连接配件和PMD系统具有器件用于自动化地转换PMD工具。作为一个实例和不是限制，升降器上的一个界面和PMD头部上相应的界面代表一种适当的器件，用于自动化地转换PMD头部。升降器是一个支臂，它与PMD头部可拆地连接。当PMD头部准备与另一个PMD头部转换时，人工地或自动化地由升降器的界面拆下PMD头部，以及随后放置在一个工具保持器内。更换的PMD头部随后人工地或自动化地定位在升降器的界面上。在新的PMD头部连接之后，升降器定位在一个希望的位置，以便对准、试验和校正此PMD头部。
如图11-13所示，一个停泊站140也可以设计为在不使用期浸洗PMD头部16的喷嘴。停泊站140尤其适用于下列情况下当PMD头部16不准备长时间地使用，或者若干PMD头部中仅一个准备与PMD系统一起使用。在此种情况下，不使用的PMD头部存储在一个单独的停泊站140，以防止PMD头部的喷嘴干燥。
如图11和12所示，停泊站140包括安装托架142，用于接收安装PMD头部，一个贮箱托盘144，以及一个浸渍贮箱146。安装托架142设计为固定地保持PMD头部16在一个位置，它放置PMD头部16的喷嘴组件98在浸渍贮箱146内，如图13所示。贮箱托盘144设计为浸没喷嘴时捕获由浸渍贮箱溅出的任何多余的溶剂。贮箱托盘144还设计为在清洗过程中捕获由PMD头部清洗的任何液体材料，如下文所述。因此，贮箱托盘144也具有一个排放口148，用于排放在清洗过程中被贮箱托盘144捕获的任何溶剂和液体材料。清洗的液体材料和溶剂能够排放至一个存储容器内(图中未示出)用于容易的处理。
图11和12还示出停泊站140如何设计为保持液体材料供给系统150的一部分。具体地，停泊站140包括一个存储室152，它设计为保持一个工作袋154。在使用时，液体材料开始泵送至工作袋154，在其中保持直到它最后供给至PMD头部。按照一个实施例，存储室152安装在一个重量计156上，它设计为在任何给定的时间用于调节工作袋154内的液体材料的数量。重量计156连接至计算机模块，以及至一个泵160，设计为由一个液体材料供给贮箱162泵送液体材料进入工作袋154。按照一个优选的实施例，一个两路的活门168控制液体材料流动流入和流出工作袋154。
如图11-13所示，存储室152设计为带有一个压力控制板164，它设计为供给一个预定的压力至工作袋154，从而保证供给的液体材料由工作袋154传送至PMD头部是恒定的。按照一个实施例，此点是重要的，以防止液体材料内任何的新月形在PMD头部的喷嘴处形成，它能够潜在地引起喷嘴的激发特性的不规则性。按照另一个实施例，泵160直接地供给液体材料至PMD头部16和调节液体材料的压力。
按照一个实施例，液体材料供给系统150通常包括管道100，工作袋154，泵160，以及液体材料供给贮箱162，能够根据各种液体材料和打印头工艺的要求，在不同的压力下使用。液体材料供给系统150的材料最好设计为耐用的和不与PMD系统使用的溶剂起作用的。例如，按照一个实施例，液体材料供给系统包括一种惰性的内衬由聚四氟乙烯制成(比如Teflon，供应商为Du Pont E.I DeNemours & Co.)虽然其它的材料也可以使用。
如上所述，停泊站14的一种功能是当PMD头部16清洗出液体材料时保持PMD头部16。清洗在某些时候是需要的，例如，在一个单独的PMD过程内使用一个单独的PMD头部以沉积各种不同的液体材料时，在此种情况下，在各次的使用之间PMD头部应清洗，以防止不同的液体材料混合。
为了进行清洗程序，PMD头部16首先安装在停泊站140，如图13所示，然后溶剂由溶剂供给系统104泵送入PMD头部16。溶剂压迫液体材料通过PMD头部，直到PMD头部完全清洗。在此程序中由PMD头部16清洗的液体材料和任何溶剂排放入贮箱托盘144以及通过排放口148排出。一旦清洗结束，PMD头部16能够与一个新的液体材料供给系统连接。应该理解，虽然一般所述的清洗过程是在停泊站140进行的，它也可以用实质上相同的方式在封盖站进行。
现在返回至图1，注意说明维护站24，它包括一个滚筒组件170，一个衬垫表面172，和一个吸收织物174。在使用时，吸收织物174通过滚筒组件170供给和越过衬垫表面172的顶部。当PMD头部16需要维护时，比如当喷嘴变得阻塞或液体材料积累在喷嘴组件上时，维护站24移动至PMD头部的下面，这样使衬垫表面172直接地定位在PMD头部16的喷嘴组件98的下面。衬垫表面172随后用一个升降机构升起，例如用液压杠杆组件176升起，直到吸收织物174与喷嘴组件98接触。这样可能已足够吸收掉积累在喷嘴组件98上的任何液体材料。然而，有些时候拭擦是需要的。
为了进行在喷嘴组件98上的拭擦程序，喷嘴组件98保持顶住吸收织物174，这时吸收织物174是通过滚筒组件170供给的。这样通常引起吸收织物174摩擦地接合喷嘴组件98，从而清除任何在喷嘴上不希望的堆积物。按照一个实施例，吸收织物174具有一种非擦伤的材料，适合于清洗喷嘴而不会引起喷嘴的损伤或磨损。为了进一步减少对喷嘴任何潜在的损伤，衬垫表面172设计为能够吸收可能产生在PMD头部16和维护站24之间的任何的冲击。
现在注意说明图14，示出本发明的另一个代替的实施例。如图所示，PMD头部支承200可以包括一个直线的空气轴承组件210，可滑动地安装在一个梁件220上。直线的空气轴承组件210通常包括一个带有空气轴承的直线电动机。技术中已知的直线电动机使用磁性线圈和芯子以消除活动部件之间的摩擦。
直线空气轴承组件210的使用有利于使PMD过程能在一个洁净室环境内进行，而提供本发明的PMD过程实现所需的在大的基底上的活动能力，尤其是，由直线空气轴承组件210提供的活动能力，通常清除了对工作台12的需要，以便在PMD头部16下面完全地移动每个PMD部件。代替的方案是，直线的空气轴承组件210能够用于在PMD部件的上面移动PMD头部16。直线的空气轴承组件210还可以在基底38上沉积液体材料的过程中移动PMD头部16。然而，为了防止某些液体材料在PMD头部16内猛增，当液体材料由PMD头部16排放时，希望不要移动PMD头部16。当液体材料是围绕PMD头部的内部激荡时引起液体材料的猛增，产生不规则的压力，它能影响由喷嘴如何形成和排放液滴。
因此本发明所述的PMD系统能够在任何给定的时间仅使用一个单独的PMD头部。
然而，应该理解，本发明的PMD系统也能够设计为同时地与多个PMD头部协同工作。例如，本发明的PMD系统可以设计为带有多个PMD头部支承，每个包括一个独立的PMD头部。
图15示出这样的一个实施例，其中PMD系统300设计为带有多个PMD头部支承310，以及相应的PMD头部320放置在一条单独的制造线上相邻的位置。如图所示，PMD头部320定位在工作台330的上面，它设计为在每个PMD头部320的下面一个X、Y平面的X方向上移动。每个PMD头部支承310也设计为在X-Y平面的Y方向上移动一PMD头部。
按照本实施例，每个PMD头部320设计为由不同的液体材料供给系统(图中未示出)沉积一种不同的液体材料。当在一个单独的基底350上沉积各种不同的彩色的聚合物时，本实施例可能特别地适用，比如，当形成PLED显示器时，例如，按照一个实施例，一个第一PMD头部能够设置为沉积一种基本的涂层，一个第二PMD头部能够设置为沉积一种红色的聚合物，一个第三PMD头部能够设置为沉积一种绿色的聚合物，以及第四PMD头部能够设置为沉积一种蓝色的聚合物。按照本实施例，基底350在工作台330上在不同的PMD头部320下面顺序地移动，从而使基本的涂层首先沉积到基底350上，然后红色的聚合物沉积到基底350上，然后绿色的聚合物沉积到基底350上，然后蓝色的聚合物沉积到基底350上。
应该理解，本实施例可以使用于消除在使用不同的液体材料之间清洁或清洗PMD头部320的需要，它消耗时间。在各次的使用之间清洗PMD头部320也可能是非常昂贵的，尤其是当使用LEDs时，因为清洗的液体材料可能变为污染的和不能使用的。本实施例还可使用于在不同的使用之间使沉积的液体材料充分地固化，以防止不同的液体材料混合和丧失其希望的和可识别的一致的性能。适当的固化时间通常是由延迟在不同的PMD头部320之间基底350的移动而提供的。
按照一个代替的实施例，多个单独的PMD系统顺序地使用于沉积不同颜色的聚合物到一个单独的基底上，从而使液体材料能够在不同的使用之间完全地干燥，以及因此清除了清洗相应的PMD头部的需要。
按照另一个实施例，一个单独的PMD系统能够使用于沉积不同颜色的聚合物，它带有一组PMD头部，其中每连接至一个具有不同颜色聚合物的指定的液体材料供给系统。按照此实施例，不同的PMD头部在使用时能够与安装托架可互换地连接，以及在不使用时与停泊站可互换地连接。
按照另一个实施例，一个单独的PMD头部能够使用于沉积各种不同的聚合物或液体材料。按照此实施例，PMD头部在各次使用之间清洗，如参见图13的一般的说明。
一旦液体材料已沉积，某些时候希望加速或另外控制液体材料的固化。一种控制已经沉积的液体材料的固化速率的方法，是控制基底的温度。例如，基底可以在它安装在真空夹头内时加热，这时借助使用包容在真空夹头内的一个加热元件加热松孔的金属板。代替的方案是，液体材料可以加热，这样，例如在PMD工具内。
然而，应该理解，不同的液体材料能够具有不同的性能和固化速率。因此，本发明的PMD系统可以包括一个温度控制元件，设计为控制包容在真空夹头内的加热元件。
如果基底被加热太高，其热膨胀系数和温度使基底能够膨胀至一点，在此处在未加热的基底上进行的校正和对准过程可能变得不精密。至少两个机构之一可以随后使用于对膨胀补偿。首先，如果热膨胀系数是已知的，整个基底的新的位置能够根据原始的位置和预期的膨胀或收缩使用PMD系统的模块确定。其次，这里所述的对准系统能够使用于在加热之后基底的再校正和再对准。虽然两种技术中任何一种是适宜的，后一种经常更精密，因为使用基底位置为直接的测量。
总之，本发明如同以上所述，通常能够进行在基底上液体材料的精密的微沉积。虽然先前的实施例涉及到以特定的颜色排列使用聚合物涂覆到基底上，应该理解，本发明不应局限于使用聚合物，也不局限于以任何特定的顺序涂覆液体材料。再者，虽然先前的实施例可能适合于制造PLED显示器，应该理解，本发明的PMD系统也能够使用于制造LEDs，LCDs，CRTs以及其它要求在一个基底上沉积不同的液体材料的显示器。
在其它的用途中，本发明的PMD过程也能够使用于用不同的液体材料制造印刷电路板(PCB)结构，包括痕迹、电阻器、光敏胶和光导。PMD过程也能够使用于生物医学业，以试验体液，有机的或合成的液体，产品或物质。在另外的其它用途中，PMD系统能够使用于沉积控制量的DNA链股、疫苗、药剂、微生物、病毒以及其它生物医学产物进入试管或玻璃板上，用于研究和发展以及制造。
现在要求的发明在不脱离其精神和重要特征的条件下可以用其它特定的形式实施。所述的实施例在其全部方面应考虑仅为说明性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围是用所附权利要求书指定的，而不是上述的说明。在权利要求书等效的意义和范围内的全部变动也包含在其范围内。
权利要求
1.一种在一个基底上沉积一种液体材料用的装置，该装置包括一个微沉积头部，具有一个喷嘴组件，以及能够工作，以便由上述的喷嘴组件排放液体材料的液滴到基底上；一个工作台，设计用于固定地接收基底和相对于上述的微沉积头部移动基底；一个头部支承，可拆卸地安装上述的微沉积头部在上述的工作台的上面；以及一个控制系统，与上述的微沉积头部和上述的工作台相连接，以控制由上述的喷嘴组件排放到基底上的液体制造材料的液滴的沉积。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的控制系统包括一个对准传感器，能够工作以便识别基底相对于上述的微沉积头部的对准。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，上述的对准传感器包括一个光学摄像机。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的控制系统包括一个液滴诊断传感器，能够工作以便测量由上述的喷嘴组件排放的液滴的特性。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，上述的液滴诊断传感器包括至少一个光学摄像机。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的控制系统包括一个喷嘴控制部件，设计为控制由上述的喷嘴组件排放的液滴的特性。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，上述的喷嘴控制部件控制上述的喷嘴组件的斜度，以便控制排放的液滴的特性。
8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，排放的液滴的上述的特性包括至少一个体积、速率、落下角和拖尾。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台包括一个真空夹头，能够工作以便固定基底与上述的工作台。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，上述的真空夹头包括一个松孔的铝表面板。
11.按照权利要求1所述的装置，还包括一个维护站，能够清洗上述的一组喷嘴中至少上述的一个。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，上述的维护站包括一个吸收织物，能够工作以便摩擦地接合上述的一组喷嘴中至少上述的一个。
13.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作以便当上述的微沉积头部沉积液体制造材料在基底上时，相对于上述的微沉积头部移动基底。
14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，上述的控制系统包括一个计算机数字控制电动机，连接至上述的工作台，以及能够移动上述的工作台。
15.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作以便在至少一个水平方向上相对于上述的微沉积头部移动基底。
16.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作以便在至少一个垂直方向上相对于上述的微沉积头部移动基底。
17.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作以便在至少一个水平方向和至少一个垂直方向上相对于上述的微沉积头部移动基底。
18.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的头部支承包括一个转台，能够工作以便相对于上述的工作台转动上述的微沉积头部。
19.按照权利要求1所述的装置，还包括一个浸渍站，能够工作以便接收和浸渍上述的一组喷嘴中至少一个，从而使上述的微沉积头部的上述的一组喷嘴中至少上述的一个在不工作时防止干燥。
20.按照权利要求19所述的装置，其特征在于，上述的浸渍站能够工作以便在垂直方向上移动和接收上述的一组喷嘴中至少上述的一个。
21.按照权利要求1所述的装置，还包括一个液体制造材料供给系统，与上述的微沉积头部液体贯通，以及能够工作以便供给液体制造材料至上述的微沉积头部。
22.按照权利要求21所述的装置，其特征在于，上述的液体制造材料供给系统是压力可控制的。
23.按照权利要求21所述的装置，其特征在于，上述的液体供给系统的一个内衬包括一种惰性的材料。
24.按照权利要求21所述的装置，其特征在于，上述的液体供给系统包括过滤器，能够工作以过滤液体制造材料中的杂质。
25.按照权利要求19所述的装置，还包括一个清洗站，能够工作以便接收和清洗液体制造材料的上述的微沉积头部。
26.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的头部支承是安装至一个固定的升降器。
27.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的头部支承是安装至一个直线的轴承组件，连接至一个支承梁件。
28.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液体材料的液滴包括一种聚合物光发射二极管。
29.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液体材料的液滴包括一种导电材料。
30.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液体材料的液滴包括一种液晶。
31.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液体材料的液滴包括一种蜡料。
32.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液体材料的液滴包括一种生物医学产物。
33.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作，以便固定一个凹线的基底。
34.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的工作台能够工作以便固定一个柔性的基底。
35.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部是一组微沉积头部，以及上述的头部支承是一组相应的头部支承，能够工作以便可拆卸地固定上述的一组微沉积头部。
36.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，上述的微沉积头部排放的液滴接近一个体积约10picoliters(皮升)。
37.一种在一个基底上沉积一种液体材料用的微沉积机器，它包括一个工作台，使用于固定基底；一个升降器，设置为叠置在上述的工作台上；一个微沉积头部，它包括至少一个喷嘴，以及能够工作以便由上述的至少一个喷嘴沉积液体材料的液滴，上述的微沉积头部是被上述的升降器支承在与上述的工作台一个相关的位置上；以及一个控制系统，与上述的工作台和上述的微沉积头部相连接，以便控制由上述的至少一个喷嘴排放的液体材料沉积到基底上。
38.按照权利要求37所述的机器，其特征在于，上述的工作台和上述的微沉积头部能够彼此相对地移动和上述的控制系统协调这种移动以借助在基底上的预定的位置沉积液滴而形成一个结构。
39.按照权利要求37所述的机器，其特征在于，上述的控制系统包括一个计算机数字控制系统，能够工作以便能使上述的工作台和上述的微沉积头部彼此相对地移动。
40.按照权利要求37所述的机器，它还包括多个微沉积头部，它们能够独立地工作，其中上述的控制系统协调上述的多个微沉积头部的工作。
41.按照权利要求40所述的机器，其特征在于，上述的控制系统包括一个控制模块，能够控制上述的多个微沉积头部中的任何一个。
42.按照权利要求37所述的机器，其特征在于，升降器包括一个安装托架，用于可转动地固定上述的微沉积头部，以及其中上述的安装托架是与此升降器可转动地连接的。
43.按照权利要求37所述的机器，其特征在于，上述的微沉积头部包括一组喷嘴，以及其中上述的控制系统包括一个控制模块，设计为单独地控制一组喷嘴中的每一个，上述的控制模块能够工作，以便单独地控制由一组喷嘴中任何一个排放的一个液滴的特性。
44.按照权利要求37所述的机器，其特征在于，上述的控制系统包括一个控制模块，能够控制至少一个喷嘴的斜度。
45.一种机器设计为沉积一种液体制造材料到一个基底上，该机器包括至少一个微沉积头部，能够工作以便由至少一个喷嘴沉积至少一种液体制造材料的液滴到基底上；一个工作台，安装用于相对于上述的至少一个微沉积头部移动，以及适用于固定和接收基底和相对于上述的至少一个微沉积头部移动基底；至少一个头部支承，可折卸地安装上述的至少一个微沉积头部在相对于上述的工作台的一个希望的位置；一个控制系统，与上述的工作台和上述的至少一个微沉积头部连接，用于单独地控制至少一个喷嘴，上述的控制系统控制至少一个液滴是如何由至少一个喷嘴排放的；以及一个液滴诊断系统，与上述的控制系统连接和设计为在液滴由至少一个喷嘴排放之后用于测量至少一个液滴的特性。
46.按照权利要求45所述的机器，其特征在于，上述的至少一个微沉积头部排放一种液体制造材料，包括一种聚合物光发射二极管。
47.按照权利要求45所述的机器，其特征在于，上述的控制系统控制上述的至少一个喷嘴的斜度。
48.一种沉积一种液体材料到基底上的方法，它包括下列步骤提供一个微沉积头部，包括一个喷嘴组件；固定基底在一个工作台上，由上述的喷嘴组件排放液体制造材料的液滴到基底上；相对于上述的微沉积头部移动基底；以及控制由上述的喷嘴组件排放到基底上的液体制造材料的液滴的上述的沉积。
49.按照权利要求48所述的方法，还包括基底相对于微沉积头部对准的步骤。
50.按照权利要求48所述的方法，还包括测量由上述的喷嘴组件排放的液滴的特性的步骤。
51.按照权利要求48所述的方法，还包括控制由上述的喷嘴组件排放的液滴的特性的步骤。
52.按照权利要求51所述的方法，其特征在于，上述的控制特性的步骤包括控制上述的喷嘴组件的斜度。
53.按照权利要求51所述的方法，其特征在于，排放的液滴的上述的特性包括至少一个体积、速率、落下角和拖尾。
54.按照权利要求48所述的方法，还包括清洗上述的喷嘴组件的步骤。
55.按照权利要求54所述的方法，其特征在于，上述的清洗包括将一个吸收织物与上述的一组喷嘴中至少一个摩擦地接合。
56.按照权利要求48所述的方法，其特征在于上述的彼此相对地移动基底和微沉积头部的方法包括当上述的微沉积头部沉积液体制造材料到基底上时，相对于微沉积头部移动基底。
全文摘要
按照本发明的一种微沉积装置和方法，用于将一种液体制造材料沉积在一个基底上，以形成微结构。该装置包括一个微沉积头部，安装在一个头部支承上，以及保持在一个基底上面，而基底是安装在一个工作台上，与微沉积头部可控制地对准。一个控制系统移动此工作台，因而移动此基底，而这时由微沉积头部排放液体制造材料。一个诊断组件保证微沉积头部的喷嘴正确地激发。一个维护站在当需要时清洗微沉积头部的喷嘴。一个封盖站和一个停泊站在不使用时保持微沉积头部。
文档编号B41J2/04GK1512919SQ02811140
公开日2004年7月14日 申请日期2002年5月31日 优先权日2001年6月1日
发明者查尔斯·O·爱德华兹, 戴维·艾伯塔里, 霍华德·W·别利奇, 詹姆斯·米德尔顿, 斯科特·R·布鲁纳, 奥列格·格拉特谢弗, R 布鲁纳, W 别利奇, 格拉特谢弗, 米德尔顿, 查尔斯 O 爱德华兹, 艾伯塔里 申请人:利特斯公司