专利名称：微沉积控制系统中用来提高分辨率的超频的制作方法
技术领域：
本发明涉及微沉积系统，更具体地，涉及用于制作印刷电路板、聚合物发光二极管(PLED)显示器和其它需要微沉积流体材料的器件的微沉积系统中的超频(over-clocking)。
背景技术：
生产厂家已开发了各种用于制作衬底上有小特征尺寸的微结构的技术。通常，微结构形成电子电路的一层或多层。这些结构的实施例包括发光二极管(LED)显示器件，聚合物发光二极管(PLED)显示器件，液晶显示(LCD)器件，印刷电路板等。绝大多数这些制造技术实现起来相对较昂贵，并且需要高的产量来分摊制造设备的成本。
用于在衬底上形成微结构的一种技术包括丝网印刷。在丝网印刷过程中，在衬底上放置精细网孔。流体材料通过网屏按网屏确定的图形沉积到衬底上。丝网印刷需要网屏和衬底之间的接触。接触还发生在网屏和流体材料之间，这既污染了衬底，也污染了流体材料。
虽然丝网印刷适于形成一些微结构，但是很多制造工艺必须是无污染的，以生产可工作的器件。因此，对于某些微结构来说丝网印刷并非可行的选择。例如，聚合物发光二极管(PLED)显示器件就需要无污染的制造工艺。
某些多聚物可用于二极管中以产生不同波长的可见光。利用这些材料，可制作具有红、绿和蓝部件组成的像素的显示器件。PLED流体材料使得可以实现全光谱彩色显示，而且只需要很少的能量来发射足够量的光。可以预期，PLED显示器将在将来用于各种应用，包括电视、计算机显示器、PDA、其它手持计算器件、移动电话，等等。还可以预期，PLED技术将用于制造为办公室、储藏室和居住空间提供环境照明的发光板。PLED显示器件广泛使用的一个障碍是制造PLED显示器件所遇到的困难。
光刻是用来在衬底上制造微结构的另一种制造技术。光刻与PLED显示器件也是不兼容的。使用光刻的制造工艺通常包括在衬底上沉积光刻胶材料。曝光使光刻胶材料固化。使用图形掩模版向光刻胶材料选择性曝光。曝光的光刻胶被固化，而未曝光的部分没有固化。未固化部分被从衬底上去除。
通过去除光刻胶层，下面的衬底表面暴露出来。光刻胶层未固化的部分残留在衬底上。然后通过光刻胶层上的开口图形向衬底上沉积另一种材料，随后去除光刻胶层的固化部分。
光刻已成功地用于制造多种微结构，例如印刷电路板上的迹线。然而，光刻污染了衬底和形成在衬底上的材料。光刻与PLED显示器的制造不兼容，因为光刻胶会污染PLED聚合物。另外，光刻包括许多用于施加并处理光刻胶材料的步骤。当要制作的器件数量相对较少时，光刻工艺的成本会变得过于高昂。
旋涂也用于形成微结构。旋涂包括在旋转衬底的同时在衬底中心沉积流体材料。衬底的旋转导致流体材料均匀地分布在衬底的表面。旋涂也是一种昂贵的工艺，因为流体材料中大部分流体材料没有留在衬底上。另外，旋涂工艺限制了衬底的尺寸必须小于大约12”，这使得旋涂不适合于像PLED电视这样的大器件。
发明摘要根据本发明的微沉积系统和方法能够在衬底上沉积精确量的流体材料。微沉积头含有多个间隔的喷嘴。定位装置控制微沉积头相对于衬底的位置。控制器包括定位模块，其与定位装置相联系并为定位装置产生位置控制信号。喷嘴发射(firing)模块与微沉积头相联系并选择性产生用于限定电子器件特征的喷嘴发射命令。
另一方面，电子器件是聚合物发光二极管、发光平板和印刷电路板中的一种。当流体材料在衬底上干燥时，干燥的流体材料形成发光器、电导线、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
再一方面，头组件为头提供安装表面。头定位模块通过旋转头组件而调节步距。控制器产生用于提高特征分辨率的超频信号(over-clocking signal)。喷嘴发射模块利用超频信号调节喷嘴发射命令的时限以补偿步距的改变。
再一方面，第一照相机产生液滴的数字图象。液滴分析模块利用光学特征识别来分析液滴的形状、尺寸、位置和速度等特征中的至少一种，并根据液滴分析调节喷嘴的至少一种发射参数。喷嘴发射参数包括时限、振幅、持续时间、上升斜沿和下降斜沿中的至少一种。
再一方面，定位装置包括用于旋转头组件的旋转马达。旋转传感器与控制器相联系并根据微沉积头的旋转位置产生旋转位置信号。第一横向马达沿着第一轴线移动微沉积头组件。第一位置传感器与控制器相联系并根据微沉积头在第一轴线上的位置产生第一位置信号。第二横向马达沿着与第一轴线垂直的第二轴线移动衬底。第二位置传感器与控制器相联系并根据衬底在第二轴线上的位置产生第二位置信号。
再一方面，衬底定位装置在微沉积期间利用真空选择性衔接(engage)衬底。温度控制器可控地调节衬底温度。紫外光源产生并将紫外线导向到衬底上，从而硬化所沉积的流体材料。
再一方面，头组件包括具有第二组喷嘴的第二微沉积头。微沉积头的喷嘴形成均匀间隔的行。微沉积头的喷嘴包括隔膜和调制该隔膜的压力传感器。喷嘴盘(nozzle plate)含有喷嘴开口。流体通道在刚性壁、隔膜和喷嘴盘之间形成。在接到喷嘴发射命令时，声波从喷嘴开口发射液滴。
再一方面，第二微沉积头定位在头组件上。第一传动器调节微沉积头的位置。第二传动器调节第二微沉积头的位置。
再一方面，波形发生器允许调节每个喷嘴的至少一个喷嘴发射波形。波形发生器包括选择器，其根据喷嘴的工作条件为每个喷嘴从多个喷嘴发射波形中选择出一个。
再一方面，激光器安装在头组件和激光头组件的其中一个上，激光器用于提高特征分辨率。
本发明进一步的应用领域将从下文提供的详细说明中显而易见。应当理解，细节描述和特殊实例仅代表本发明的优选实施例，且只是出于例说的目的，并不限制本发明的范围。
附图简述从详细描述和附图中将可更完全地理解本发明，其中
图1为根据本发明的微沉积系统的原理框图；图2为用于图1的微沉积系统的控制器的原理框图；图3示出衬底上用于定位微沉积头的标记；图4示出使用光学特性识别的沉积头与标记的对准；图5示出示例性微沉积头的喷嘴；图6示出图5的示例性微沉积头喷射时压电转换器的切变；图7和8为单色和彩色聚合物发光二极管(PLED)的示例性剖面图；图9示出沉积在衬底上的流体材料——例如(PPV)聚合物——的受控干燥；图10示出根据现有技术的用于印刷电路板的制造工艺；图11示出对印刷电路板使用微沉积系统在敷铜介电衬底上沉积抗蚀流体材料；
图12示出对印刷电路板使用微沉积系统在介电衬底上沉积导电流体材料以形成迹线；图13A和13B示出电阻性流体材料在印刷电路板上的微沉积以形成电阻；图14示出电容的微沉积；图15示出根据本发明在微沉积迹线上使用叠层绝缘体的印刷电路板替换；图16示出包括内部微沉积电阻、电容和/或迹线的多层印刷电路板；图17示出一块发光板，包括像素板上的微沉积像素和/或可选的熔丝板上的微沉积熔丝；图18示出波形发生器，能够为每个喷嘴产生不同喷射波形；图19示出示例性喷嘴喷射波形的上升斜沿、持续时间、定时和下降斜沿；图20示出使用图18的波形发生器对几个示例性喷嘴喷射波形的上升斜沿、持续时间、定时和/或下降斜沿进行的调整；图21为根据现有技术的喷嘴驱动电路的原理框图；图22为根据本发明的喷嘴驱动电路的原理框图；图23为示例性波形发生器的原理框图；图24示出包括一个或多个配置组(configuration set)的配置存储器(configuration memory)；图25示出使用调整配置组的波形定时的步距定时调整器对波形定时进行的调整；图26示出与示例性配置组相关的波形；图27示出示例性配置组数据结构；图28A-28D示出与多个配置组相关的波形；图29A-29C示出液滴形成分析；图30示出液滴对准；图31A和31B示出微沉积头的步距调整；
图32示出示例性使用超频来调整以适应微沉积头的步距改变；图33示出允许快速喷嘴喷射和所施加流体材料的重叠的超频的优选实施方案详述下面优选实施方案的描述实质上仅仅是示例性的，决不是要限制本发明、其申请或使用。为清楚起见，在附图中使用相同的标号来标识类似的元素。
现在参看图1，示出了微沉积系统20，该系统包括控制器22、沉积头组件24和衬底组件26。使用旋转定位马达30和旋转定位传感器32调整沉积头组件24的旋转定位或步距。类似地，使用高度调整马达34和高度传感器36可调整沉积头组件24相对于衬底组件26的高度。使用侧向定位马达40和侧向定位传感器42调整沉积头组件24的侧向定位。
在沉积头组件24上安装了具有许多喷嘴的微沉积头50。其它细节可在下列同时提交的申请中找到PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“微沉积设备”；PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“温度可控的真空卡盘”；PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“用于聚合物发光二极管显示器、印刷电路板等的工业微沉积系统”；PCT专利申请号＿＿，2002年5月31提交，题为“可互换的微沉积头设备和方法”；PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“用于微沉积控制系统的波形发生器”；PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“使用压电微沉积系统形成印刷电路板结构”；以及PCT专利申请号＿＿，2002年5月31日提交，题为“用于微沉积多种流体材料的设备”；它们中的每一个都在此引入作为参考。在沉积头组件24上装有第一相机52。第一相机52用于相对位于衬底组件26上的衬底53定位沉积头组件24。更特定地，第一相机52用于利用沉积头50的一个或多个喷嘴作为参照来对准微沉积头50。另外，第一相机52还用来进行衬底上的液滴分析，正如下面将要更完整描述的。
可使用激光器60来烧熔注入的流体材料以降低最小特征尺寸和/或形成通孔。虽然在图1中激光器60被安装在沉积头组件24上，但是激光器60可安装在相对沉积头组件24独立运动的激光器组件上。流体源62通过一个或多个导管64与微沉积头50项链。流体源62提供一种或多种不同类型的流体材料，例如用于红、绿和蓝像素的聚合物PPV，溶剂，电阻性流体材料，导电流体材料，抗蚀流体材料，和/或绝缘流体材料。优选地，在切换新的流体材料之前，流体源62能够通过溶剂冲洗改变要施加的流体材料。
侧向定位马达64和侧向定位传感器66用于关于沉积头组件24定位衬底组件26。在优选实施方案中，侧向定位马达40沿第一轴运动。侧向定位马达64沿垂直于第一轴的第二轴运动。正如本领域技术人员所能理解的，定位马达30、34、40和64或者与沉积头组件24相关，或者与沉积头组件26相关。换句话说，相对运动和旋转的程度可通过移动或旋转衬底组件26和/或沉积头组件24以及它们的任意组合来实现。
吸水台70和吸水介质马达72优选地邻近衬底组件26。为了防止微沉积头50的喷嘴堵塞，在使用过程中周期性清洗微沉积头50。微沉积头50移到吸水台70上方的位置，在吸水台70上擦拭微沉积头的喷嘴盘(未示出)。吸水台70包括一滚筒的吸水材料。吸水马达72推动该筒溪水材料以提供清洁表面用于吸取微沉积头50的喷嘴盘。
封盖台80也邻近沉积头组件24。在微沉积系统20没有使用时，微沉积头50停在封盖台80中。封盖台80包括盛有湿的流体材料和/或溶剂的杯子。封盖台80用于防止微沉积头50所传送的流体材料堵塞微沉积头50的喷嘴。第二相机84用于液滴分析，邻近封盖台80。优选地，第一和第二相机52和84以及控制器22提供数字光学识别，下面将更完整地描述。可增加一个频闪观测器85来捕捉液滴。
衬底组件26包括卡盘86，它与衬底53相连并定位衬底53。衬底组件26优选地包括固化器件，例如温度控制器90和/或紫外(UV)源92。温度控制器90控制卡盘86的温度。对于厚度在0.3到1.2mm之间的衬底来说通常大约50℃的温度适合于减少干燥时间。卡盘86优选地包括真空电路，定位衬底53并与之相连。作为选择，卡盘86可包括其它类型的在微沉积过程中定位衬底53并与之相连的器件。例如，衬底的流体表面张力、磁力、物理连接或任何其它方法都可用于在微沉积过程中连接衬底53。关于卡盘的其它细节可在以下这份申请中找到“温度可控的真空卡盘”，序号＿＿，提交时间＿＿，在此引入作为参考。
本领域技术人员将能理解，可使用人工调整器件——例如手动调整(例如，转动涡轮和任何其它机械调整的手柄)——来代替马达30、34、40和64中的一个或几个，以降低成本。可使用像标尺这样的可视器件来代替传感器32、36、42和66中的一个或几个，以降低成本。另外，如果需要，马达30、34和/或40的功能可组合在一个多轴马达中。在优选实施方案中，使用空气轴承和线性马达来作为一个或多个定位装置。马达和传感器所提供的功能类似于计算机数值控制(CNC)铣床。优选地，这些马达提供三个或多个轴上的调整。对于三维(3D)微沉积或具有复杂曲线形状的微沉积来说，还可提供更大范围的移动。
微沉积头50优选地定位在衬底上方大约0.5mm至2.0mm的距离上。尽管可以使用其它高度，但是在高度优选的实施方案中，微沉积头定位在至少5倍于流体材料液滴尺寸的距离上。当需要更小的步进尺寸时，旋转微沉积头50来减小步距。当需要更大的步距时，旋转微沉积头50并且不使用某些喷嘴，例如间隔的喷嘴不被使用。
现在参看图2，更详细地示出了控制器22。控制器22包括一个或多个处理器100，存储器102(例如随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，闪存，和/或任何其它合适的电子存储媒介)，和输入/输出接口104。正如所能理解的，虽然示出了单个控制器22，但是可使用多个控制器。液滴分析模块110利用第一相机52和/或第二相机84进行液滴分析，下面将更详细地描述。
对准模块112优选地使用利用第一相机52和/或第二相机84的光学特性识别对准衬底和沉积头50(在沉积流体材料之前)。喷嘴定位和喷射模块114关于衬底53调整沉积头组件24的定位并且产生喷嘴喷射波形以在衬底上形成特征。波形发生模块116于喷嘴定位和喷射模块114协同工作，调整喷嘴喷射波形的定时、上升斜沿、下降斜沿和/或幅度，下面将相更完整地描述。波形发生模块116还可选地对沉积头步距的变化调整喷嘴喷射定时。
现在参看图3和4，衬底53优选地包括许多标记117-1、117-2、117-3……117-n，在沉积流体材料之前，第一相机52和/或第二相机84利用这些标记来对准衬底53和沉积头50。如果需要，可手动进行粗略的初始定位。作为选择，对准模块112可使用光学特性识别，利用标记117来进行粗略和/或精细对准。
现在参看图5，更详细地示出了示例性微沉积头50。本发明将结合切变式压电转换器(PZT)微沉积头一起描述。本领域技术人员将能理解，其它类型的微沉积头是可以预料的，例如热或鼓泡(bubble)微沉积头，连续滴落(continuous drop)微沉积头，PZT阀和微电机阀。微沉积头50包括位于膜片134上的PZT 130。虽然只示出了一个喷嘴，但是本领域技术人员能够理解，微沉积头50包括许多喷嘴。
流体源62通过一个和多个导管138向形成于膜片134和刚性墙140之间的流体沟道139提供一种或多种流体材料。喷嘴盘142包括形成于其中的喷嘴开口144。电引线(未示出)将PZT 130与控制器22相连。控制器22发送喷嘴喷射波形产生声学脉冲148。声学脉冲148传播经过流体沟道139中的流体，并喷射液滴150。由喷嘴喷射波形来控制液滴的形状、体积和定时。
微沉积头50向衬底53上分配精确的液滴150。更特定地，利用微沉积系统20的控制器22相对于衬底53精确定位微沉积头组件24。结果，微沉积头50能够在衬底53的准确位置上放置液滴。
当控制器22出发喷嘴喷射波形时，切变式作用使液滴150分配。通常，微沉积头50将包括64至256盖喷嘴，尽管可使用更多或更少的喷嘴。微沉积头50的每个喷嘴144每秒能够分配5000-20000滴液滴，尽管可提供更高或更低的液滴分配速率。通常，取决于所使用的微沉积器件的类型，每个液滴含有10至80皮升流体材料，尽管可提供更大或更小的液滴体积。现在参看图6，进一步示出了切变式PZT 130。在施加电场时，PZT 130切变响应，产生声波148。
现在参看图7和8，示出了使用微沉积系统20所能制作的示例性器件。在图7中，示出了单色PLED 160，包括衬底164，衬底164可包括一层或多层玻璃层166和/或硅层168。在衬底164上利用任何合适的制造技术——例如光刻、腐蚀等——制作抗蚀剂170。在抗蚀剂170之间形成阱172。微沉积头50在阱172中沉积一种或多种流体材料。例如，第一层176为铟锡氧化物(ITO)。第二层180为聚苯胺(PANI)。第三层182为PPC聚合物。
现在参看图8，示出彩色PLED 190，包括具有一层或多层玻璃层196和/或硅层198的衬底194。抗蚀剂200制作在衬底194上，形成阱202。微沉积系统20用来形成阱202中的多层。例如，第一层204包括ITO。第二层206包括PPV聚合物。第三层208包括ITO。第四层210为盖帽层。
参看图9，某些要由微沉积头50分配的流体材料随着流体材料变干会收缩很多。为此，固化器件优选地和衬底组件26一起给出，以控制固化和收缩。使用温度控制器90和/或紫外(UV)源92来促进沉积在阱中的流体材料的适当固化。例如，温度控制器90加热卡盘86，后者通过接触加热衬底53。作为选择，UV源92产生紫外线，照射到沉积在衬底53的流体材料上以促进固化。另外，可使用外罩、风扇或其它合适的气流设备来控制(防止)环绕衬底组件周围的气流。可使用超净室中常用的设备。
当流体材料最初施加上时，它会形成210所示的球泡。如果在环境条件下干燥，干燥的流体材料会呈现211、212或213所示的形状。如果经过适当处理，干燥的流体材料会具有214所示的外观。能给出均匀表面214的气流、紫外线和/或温度的特定组合取决于所选择的流体材料。
现在参看图10，示出了传统印刷电路板(PCB)的制造。对敷铜介电衬底215进行光刻。使用光源216和掩模版217来曝光光刻胶的选定部分。选定部分的曝光使光刻胶变硬。光刻胶未曝光部分被腐蚀掉，制成具有迹线的PCB 218。
现在参看图11，使用根据本发明的微沉积系统20，腐蚀之前在敷铜介电材料215上微沉积抗蚀剂替代物219——例如丙稀聚合物。结果，省略了掩模和曝光处理。
作为选择，使用微沉积系统20沉积金属油墨或另一含有金属粉末的金属导电流体220，以在介电衬底222上形成迹线221。介电衬底222上无须铜箔或包层，并且无须进行掩模和腐蚀步骤。金属油墨或金属导电流体220在介电材料222上形成导体通路或迹线。合适的金属流体包括铜、银和铟氧化物的溶液。取决于所用流体材料，优选地使用快速干燥工艺来固化迹线221并使之均匀。
另外，使用具有电阻特性的流体——例如电阻性油墨——来形成电阻和电容。例如，在图13A和13B中，使用许多电阻性流体材料——例如电阻性油墨——来沉积电阻性液滴223-1和223-2。这些液滴组合起来形成具有不同电阻值的电阻223-3、223-4和223-5。例如，如果第一液滴224-1给出10k Ohm(Ω)的阻值，而第二液滴224-2给出1kΩ的阻值，那么电阻223-5即为一个5kΩ的电阻，电阻223-4即为一个6kΩ的电阻，而电阻223-3即为一个7kΩ的电阻。本领域技术人员能够理解，可形成液滴的其它电阻值和其它液滴组合。还可使用微沉积系统来沉积图例(legend)、焊料掩模、焊膏和其它用于印刷电路板制造中的流体材料。优选地使用沉积液滴的激光微调来提高精确度。在图14中，通过微沉积形成电容224，利用导电迹线224-1和224-2以及分隔的平板224-3和224-4。
在图15的替代实施方案中，在空白衬底或显示器的背面(都用227标示)利用微沉积系统20沉积迹线226。在迹线上利用具有绝缘特性的流体材料——例如丙稀聚合物——叠加绝缘层228。如果需要，可加上更多的迹线和绝缘层。如果使用像Kapton这样的聚酰亚胺膜作为叠层绝缘层228，那么就使用激光器60在不同层上的迹线之间造成通孔。作为选择，绝缘层可直接沉积在衬底上，覆盖迹线226或整个表面。
现在参看图16，利用微沉积在可包括分立电路元件的多层PCB的各层之间制作电阻223和电容224。各层之间电阻的制作留出了有用的外表面区域，可供分立电路元件使用。更多细节可在下面找到“制造印刷电路板的方法”，序号＿＿，提交时间＿＿，在此引入作为参考。
现在参看17，本发明的微沉积系统还可用于制作发光板230的像素板229。发光板还包括像素扩散板231和可选的熔丝板232。可选的熔丝板可包括微沉积制成的熔丝和迹线。
现在参看图18和19，用于每个喷嘴234-1、234-2、234-3……234-n的喷嘴喷射波形分别由控制器22控制。通过通过分别控制喷嘴喷射波形，显著改善了液滴150的均匀性。换句话说，如果来自某个特定喷嘴的液滴150具有不一致或不需要的形状，则调整响应喷嘴的喷嘴喷射波形来提供具有一致或所需形状的液滴150。波形发生模块116、液滴分析模块110和/或定位和喷射模块114利用第一和/或第二相机52和84以及光学识别来收集数据。可利用软件和来自液滴分析的反馈自动进行调整。
更特定地，波形发生模块116与波形发生器236-1、236-2、236-3……236-n相连，对每个喷嘴234分别调整喷嘴喷射波形的定时、持续时间、幅度、上升斜沿和/或下降斜沿。在图19中，示出示例性喷嘴喷射波形240-1。示例性喷嘴喷射波形240-1具有持续时间tD241-1，上升斜沿242-1，下降斜沿244-1以及幅度246-1。
现在参看图20，可以多种不同方法调整示例性喷嘴喷射波形240-1。例如，持续时间241-2如240-2那样增加。类似地，持续时间可以减少(未示出)。喷嘴喷射波形240-3的上升斜沿243-3和下降斜沿244-3减小，而喷嘴喷射波形240-3的持续时间241-3增加。作为选择，可如240-4所示那样调整喷嘴喷射波形的定时。对于本领域技术人员来说，显然还有其它变化。
现在参看图21，示出根据现有技术的传统喷嘴驱动电路250，包括固定电源251、喷嘴252和开关253。当开关253关闭以开启喷嘴252时，开关253向整个喷嘴252施加固定电压。接地254如图所示那样连接。在传统喷嘴驱动电路250中，在喷射时，设定沉积头50使电流从公共极进入，从尖端线流出，如箭头所示。
现在参看图22，示出根据本发明的喷嘴驱动电路255，包括与喷嘴257和地线258相连的波形发生器256，如图所示。波形发生器256产生可调的电压波形。为了保持喷射的相同电流极性，喷嘴驱动电路255使公共线接地，尖端线为负。地线与大地相连或相对于系统电源地线为浮动正电压。
现在参看图23，更详细地示出波形发生模块和波形发生器。控制器22通过总线260与FIFO寄存器261相连。FIFO寄存器261与数据路径定序器262和移位寄存器263相连。数据路径定序器262与配置控制器264耦合，后者与配置锁存器265、像素锁存器266以及一个或多个数模转换器(DAC)定序器267-1、267-2……267-n(合起来用标号267表示)耦合。配置锁存器265和像素锁存器266与移位寄存器268耦合。像素锁存器266与DAC定序器267耦合。配置锁存器265与一个或多个配置存储电路269-1、269-2……以及269-n相连，配置存储电路为随机存取存储器(RAM)或任何其它合适的电子存储器。
DAC定序器267-1、267-2……267-n的输出耦合进加权电阻性梯形DAC电路(RDAC)270-1、270-2……270-n(合起来用标号270表示)。RDAC270-1、270-2……270-n的输出耦合进高电压运算放大器(OpAmp)271-1、271-2……271-n，后者产生驱动喷嘴230的输出电压。如果配置存储器269包括多于一个配置组，则使用选择器272-1、272-2……272-n来选择其中一个，下面将更完整地描述。虽然对于每个配置存储器269示出选择器272，但是对所有配置存储器都使用一个选择器。公共选择器单独或共同切换所有配置组。
在优选实施方案中，运算放大器(opamp)271工作在+150V到-15V电源电压(未示出)下，信号范围从0V到+135V，尽管也可使用其它电压范围。沉积头公共极与电源电压干线或电源电压干线之间的中点相连。运算放大器271输出的电压波形由一组或多组包括电压和持续时间对的配置组来确定。在优选实施方案中，电压河持续时间对由储存在相应配置存储器267中的从v0，t0到v7，t7的八组电压和持续时间对来确定。
现在参看图24，配置存储器269可包括一组或多组配置组276-1、276-2……276-n。正如下面将更详细描述的，第一工作条件选择第一配置组276-1，第二工作条件选择第二配置组276-2，第n工作条件选择第n配置组276-n。使用选择器272来在配置组276中进行选择。下面将进一步结合图9G-9J描述使用多个配置组的可能。使用配置锁存器265将配置组传送到配置存储器269。使用像素锁存器将像素喷射数据传送到DAC序列267。
现在参看图25，示出了对沉积头50步距变化进行调整的方法。步距定时调整器277从控制器22接收沉积头步距信号。步距定时调整器277使用步距角和喷嘴间隔来对每个喷嘴调整喷嘴喷射参数。产生定时偏移并用之调整电压和持续时间对。
现在参看图26，示出相应于示例性结构组276的电压波形。使用示例性配置组276中的第一电压和持续时间对v0，t0来存储上升斜沿和下降斜沿数据。序列中的最有一组电压和持续时间对v7，t7优选地具有t＝0，终止波形发生序列。输出电压优选地保持在先前电压和持续时间对所设定的水平上。例如，如果t7＝0，则输出电压维持在v6。当开始向v2，t2这样新的波形段时，在下降或上升斜沿处，如v0，t0所确定的那样，电压从v1跳变到v2。电压跳变所需要的总时间是指定持续时间t2的一部分。如果跳变所需时间小于该持续时间，那么电压波形就会在目标电压上保持一段时间，这段时间等于持续时间减去跳变时间。如果跳变时间长于持续时间，那么目标电压将不能达到。
例如在图26中，电压和持续时间对v1，t1的电压部分无须跳变，因为该电压等于电压和持续时间对v4，t4的电压部分。电压v2小于v1。因此，电压波形以v0，t0所确定的速率向下跳变，直到该电压部分等于v2。由于t2＞跳变时间，所以电压波形在t2的剩余时间内保持为v2。
电压v3大于v2。因此，电压波形向上跳变至v3。由于t3＞跳变时间，所以电压波形在t3的剩余时间那保持为v3。电压v4小于v3。因此，电压波形从v3向下跳变至v4。剩下的电压和持续时间对(t5、t6和t7)设置为等于0，以标识该序列的终止。现在参看图27，示出用于配置组276的示例性数据结构。
现在参看图28A-28D，示出配置组276所产生的示例性电压波形。如果喷嘴最近——也就是说，在预定时期内——喷射过，那么使用第一电压波形280。预定时期的选择取决于流体材料和喷嘴的特性。预定使其的典型值为5毫秒。
在281示出喷射阈值。在282，电压波形280超过喷射阈值281，从喷嘴中射出流体材料。当喷嘴在预定时期内没有喷射过，那么使用第二或第三电压波形283或284以改善液滴外形。电压波形283包括不超过喷射阈值281的正脉冲285。正脉冲285先于并/或跟随超过喷射阈值281的那部分波形。类似地，电压波形284包括不超过喷射阈值281的的负脉冲286。负脉冲286先于并/或跟随超过喷射阈值281的那部分波形。第四电压波形287包括不超过喷射阈值281的正脉冲288-1和/或负脉冲288-2。脉冲288用于将喷嘴分配的流体材料保持在液态和/或适于沉积的状态。应当理解，在超过喷射阈值的那部分电压波形之前，可有一个或多个相同和/或不同幅度的正和/或负脉冲。
当喷嘴最近没有喷射过时，可使用第四电压波形287。从非喷射模式过渡到喷射模式时，运算放大器271从电压波形287过渡到电压波形280、282或284。类似地，当喷嘴从更不活跃的状态过渡到更活跃的状态时，运算放大器从电压波形282或284过渡到电压波形280。
使用选择器272在配置组间进行选择。例如，选择器272接收定序器267输出的喷射命令。选择器272包括定时器，当接收到喷射命令时被重置。如果定时器小于第一预定时期，那么选择器272选择第一配置组276-1。如果定时器超过了第一预定时期，则选择器272选择不同的配置组，例如276-2。作为选择，选择器272还接收来自检测流体材料温度的温度传感器的传感器输入，并根据该温度选择配置组276中的某一组。对于本领域技术人员来说，显然还有其它选择配置组276的方法。
现在参看图5和29A-29C，使用第一和/或第二相机52和84来捕捉飞行中的液滴150。液滴分析模块110利用光学识别来分析液滴150并调整喷射电压波形的幅度、定时、斜沿、形状等。相机优选地是具有频闪观测器的数码相机。例如在图29A中，示出了没有调整喷嘴喷射波形的第一液滴300。进行喷嘴喷射波形调整之后，来自同一喷嘴的第二液滴304具有所需的形状和尺寸。在图29B中，来自喷嘴的第一液滴306具有第一电压幅度。来自同一喷嘴的第二液滴308具有低于第一电压幅度的第二电压幅度。结果，第二液滴308的尺寸小于第一液滴306的尺寸。在图29C中，由于310处喷嘴堵塞，液滴分析模块110产生一个标记。
现在参看图30，使用液滴分析模块110以及第一和/或第二相机52和84还可进行微沉积头50的精确对准。更特定地，将312所标识的预期液滴位置与314所标识的实际液滴位置相比较。进行调整将预期液滴位置与实际液滴位置相比较。利用液滴分析模块110进行了液滴对准校正。
由相机52和84中的一个或两个获取液滴数据。液滴分析模块110计算液滴体积/质量、下落速度、角度偏差、液滴品质和构造、液滴和喷嘴粘稠度，以及喷嘴盘142的湿润度。根据所收集的液滴数据进行喷嘴喷射波形调整。例如，延迟喷嘴喷射波形以控制液滴的放置位置。调整脉冲形状和宽度以改善液滴品质和体积。使用脉冲电压来调整某些情形中的体积和/或品质。如果在液滴分析过程中出现了其它问题，那么在再次使用微沉积头50之前可进行沉积头维护。另外，在进行其它微沉积之前，使用者可获得提醒。还可使用其它修改喷嘴喷射波形的方法来影响液滴的形状、定时和/或体积。
现在参看图31A和31B，微沉积头50包括许多喷嘴230，这些喷嘴优选地均匀间隔。然而，也可使用非均匀间隔。相对沉积头组件和/或衬底的侧向移动所确定的平面调整微沉积头50的角度取向。当微沉积头50的取向相对于衬底53的移动垂直(箭头336所示)时，步距最大，如330所示。类似地，沉积头50所扫过的面积也最大，如332所示。随着沉积头50的角度从垂直取向变小，步距也变小，如340所示。类似地，沉积头50所扫过的面积也减小，如342所示。
现在参看图32，使用350所示的超频来提高分辨率并可选地对沉积头50的步距改变进行调整。此处，超频(over-clocking)指的是相对于液滴宽度以及沉积头的侧向和纵向速率来说更高的时钟频率。在像喷墨这样的微沉积应用中，定义印刷网格，它包括以某一时钟频率出现的网格线。令时钟频率与沉积头的侧向和纵向速率同步，以在网格的每个矩形(或方形)中给出(或不给出)一个液滴。换句话说，液滴与网格矩形的比例为1∶1。在喷墨中可能发生液滴的一些局部重叠。在网格的每个矩形或方形中要么形成一个液滴，要么不形成液滴。
根据本发明的超频包括使用高得多的时钟频率。时钟频率比传统1∶1比率至少提高3倍。在高度优选的实施方案中，时钟频率提高10x。
现在参看图31B和32，为了在垂直于沉积头50运动方向(例如，箭头336)的两条相邻直线中添加流体材料，在第一和第二时间354和355喷射第一喷嘴350-1。在分别晚于第一和第二时间354和355的第三和第四时间356和357喷射第二喷嘴350-2。类似地，在晚于第二时间356的第五和第六时间358和359喷射第三喷嘴350-3。相邻喷嘴的时间值之间的暂停时间由沉积头50的步距决定。随着步距降低，暂停时间增加。360的虚线示出用于更小步距的喷嘴定时。
现在参看图33，超频还使得流体材料能够从喷嘴中快速喷出。在相邻两个始终周期期间，在362和364处重复喷射某一个喷嘴。例如，在图34中，示出从某一个喷嘴喷射的液滴366-1、366-2和366-3以及368-1、368-2和368-3的重叠。重叠的总量和间隔由超频速率以及衬底53和/或沉积头组件24移动的速率决定。
现在参看图35A，示出相应于液滴374-1、374-2、374-3……374-8的未校正喷嘴波形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没问题。液滴374-4稍小且稍晚。液滴374-5稍晚且需要改进液滴品质。
在图35B中，示出相应于液滴384-1、384-2、384-3……384-8的改进喷嘴波形380-1、380-2、380-3……380-8。喷嘴喷射波形381具有调整了的幅度。喷嘴喷射波形382具有调整了的幅度和起始时间。喷嘴喷射波形383没有改变。喷嘴喷射波形384具有调整了的幅度和起始时间。喷嘴喷射波形385具有调整了的上升斜沿和起始时间。喷嘴喷射波形386具有调整了的幅度。喷嘴喷射波形384-7和384-8没有改变。应当理解，校正的喷嘴波形380具有均匀或所需的形状和正确的定时。
现在参看图36和37，当使用微沉积来确定特征时，超频还提高了分辨率。例如，当未用超频来沉积对角特征线390时，会产生锯齿形特征线392，因为锯齿形特征线392中的液滴必须以网格394对准。当在图37中使用超频时，液滴396置于网格394之间，于是形成了更精确的特征线。
现在参看图38，第一改进微沉积头400包括多个微沉积头402-1、402-2和402-3，它们彼此相连或安装在固定的相对位置上。应当理解，改进微沉积头400与单个微沉积头402相比步距更小。现在参看图39，示出第二改进微沉积头420。微沉积头420包括多个微沉积头422-1、422-2和422-3，它们可沿箭头426-1、426-2和426-3所指示的方向运动，由传动器424-1、424-2和424-3驱动。由控制器22调整第二改进微沉积头420和传动器422的角度位置，以给出许多步距。
从前面的描述，本领域技术人员能够理解，关于本发明的所说的能以多种形式来实现。因此，虽然结合其特定实施方案描述了本发明，但是本发明的真实范围不应受到这样的限制，因为对于本领域技术人员来说，根据对附图、说明书和所附权利要求的研究，将能明显地看出其它修改。
权利要求
1.一种用于向衬底沉积精确量流体材料的微沉积系统，包括微沉积头，其包括多个间隔的喷嘴；定位装置，其控制该微沉积头相对于该衬底的位置；控制器，其包括与该定位装置相联系并为该定位装置产生位置控制信号的定位模块，和与该喷嘴头相联系并选择性地产生使该喷嘴喷射以便形成限定电子器件特征的液滴的喷嘴喷射命令的喷嘴喷射模块。
2.根据权利要求1的微沉积系统，其中该电子器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
3.根据权利要求1的微沉积系统，其中该流体材料在该衬底上干燥，该干燥的流体材料形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
4.根据权利要求1的微沉积系统进一步包括与所述头相连的头组件，其中该头定位模块通过旋转该头组件而调节该头的步距。
5.根据权利要求4的微沉积系统，其中该控制器产生提高特征分辨率的超频信号。
6.根据权利要求5的微沉积系统，其中该喷嘴喷射模块利用该超频信号调节该喷嘴喷射命令的定时以补偿该步距的改变。
7.根据权利要求1的微沉积系统，进一步包括第一相机，其产生该液滴的数字图象；和液滴分析模块，其利用光学特征识别以分析该液滴的形状、尺寸、位置和速度中的至少一种，并调节至少一种喷嘴喷射参数。
8.根据权利要求7的微沉积系统，其中该喷嘴喷射参数包括定时、振幅、持续时间、上升斜沿和下降斜沿中的至少一种。
9.根据权利要求4的微沉积系统，其中该定位装置包括旋转马达，其调节该头组件的步距；和旋转传感器，其与该控制器相联系并根据该微沉积头的步距产生旋转位置信号。
10.根据权利要求9的微沉积系统，其中该定位装置进一步包括第一横向马达，其沿着第一轴移动该微沉积头组件；和第一位置传感器，其与该控制器相联系并根据该微沉积头在该第一轴上的位置产生第一位置信号。
11.根据权利要求10的微沉积系统，其中该定位装置进一步包括第二横向马达，其沿着基本上与第一轴垂直的第二轴移动该衬底；和第二位置传感器，其与该控制器相联系并根据该衬底在该第二轴上的位置产生第二位置信号。
12.根据权利要求1的微沉积系统，进一步包括衬底定位装置，其在微沉积期间选择性地夹持该衬底。
13.根据权利要求12的微沉积系统，其中该衬底定位装置利用真空夹持该衬底。
14.根据权利要求13的微沉积系统，进一步包括温度控制器，其可控地调节该衬底的温度。
15.根据权利要求1的微沉积系统，进一步包括紫外光源，其将紫外线导向到该衬底上而固化所沉积的流体材料。
16.根据权利要求4的微沉积系统，其中该头组件包括具有多个第二喷嘴的第二微沉积头。
17.根据权利要求1的微沉积系统，其中该微沉积头的喷嘴形成均匀间隔的行。
18.根据权利要求1的微沉积系统，其中该微沉积头的喷嘴包括隔膜；压电转换器，其调制该隔膜；刚性壁；喷嘴板，其包括喷嘴开口；和流体通道，其形成于该刚性壁、隔膜和喷嘴板之间，其中当接收到所述喷嘴喷射命令时，便产生声波，从而从该喷嘴开口喷射液滴。
19.根据权利要求1的微沉积系统，其中该微沉积头从如下组中选择热微沉积头、鼓泡微沉积头、连续滴落微沉积头、压电转换阀和微电机阀。
20.根据权利要求4的微沉积系统，进一步包括第二微沉积头，其定位在该头组件上；第一传动器，其用于调节该微沉积头的位置；和第二传动器，其用于调节该第二微沉积头的位置。
21.根据权利要求1的微沉积系统，进一步包括波形发生器，其允许对每个喷嘴调节至少一个喷嘴喷射波形。
22.根据权利要求1的微沉积系统，其中该波形发生器包括选择器，其根据喷嘴的工作条件为每个喷嘴从多个喷嘴喷射波形中选择一个。
23.根据权利要求4的微沉积系统，进一步包括激光器，其安装在头组件和激光头组件的其中一个上，并用于提高特征分辨率。
24.一种用于将精确量的流体材料微沉积到衬底上的方法，包括提供包括多个间隔的喷嘴的微沉积头；控制该微沉积头相对于该衬底的位置；和产生喷嘴喷射命令，使该喷嘴喷射从而形成限定电子器件特征的液滴。
25.根据权利要求24的方法，其中该电子器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
26.根据权利要求24的方法，其中该流体材料在该衬底上干燥，该干燥的流体材料形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
27.根据权利要求24的方法，进一步包括将该头安装在头组件上；和通过旋转该头组件调节步距。
28.根据权利要求27的方法，进一步包括产生超频信号以提高特征分辨率。
29.根据权利要求28的方法，进一步包括利用该超频信号调节该喷嘴喷射命令的定时以补偿该步距的改变。
30.根据权利要求24的方法，进一步包括产生该液滴的数字图象；利用光学特征识别来分析液滴形状、尺寸、位置和速度中的至少一种；和根据液滴分析调节至少一个喷嘴喷射参数。
31.根据权利要求30的方法，其中该喷嘴喷射参数包括定时、振幅、持续时间、上升斜沿和下降斜沿中的至少一种。
32.根据权利要求27的方法，进一步包括旋转该头组件；和根据该微沉积头的旋转位置产生旋转位置信号。
33.根据权利要求32的方法，进一步包括沿着第一轴移动该微沉积头组件；和根据该微沉积头在该第一轴上的位置产生第一位置信号。
34.根据权利要求33的方法，进一步包括沿着基本上与第一轴垂直的第二轴移动该衬底；和根据该衬底在该第二轴上的位置产生第二位置信号。
35.根据权利要求24的方法，进一步包括在微沉积期间夹持该衬底。
36.根据权利要求35的方法，其中该夹持步骤利用真空。
37.根据权利要求36的方法，进一步包括调节该衬底的温度。
38.根据权利要求24的方法，进一步包括将紫外线导向到该衬底上从而固化所沉积的流体材料。
39.根据权利要求27的方法，进一步包括提供在该头组件上具有多个第二喷嘴的第二微沉积头。
40.根据权利要求24的方法，其中该微沉积头的喷嘴形成均匀间隔的行。
41.根据权利要求24的方法，其中该微沉积头从如下组中选择热微沉积头、鼓泡微沉积头、连续滴落微沉积头、压电转换阀和微电机阀。
42.根据权利要求27的方法，进一步包括提供定位在该头组件上的第二微沉积头；提供用于调节所述微沉积头位置的第一传动器；和提供用于调节该第二微沉积头位置的第二传动器。
43.根据权利要求24的方法，进一步包括允许对每个喷嘴调节至少一个喷嘴喷射波形。
44.根据权利要求24的方法，进一步包括根据喷嘴的工作条件为每个喷嘴从多个喷嘴喷射波形中选择一个。
45.根据权利要求27的方法，进一步包括利用激光器提高特征分辨率。
46.一种用于在衬底上沉积精确量流体材料的微沉积系统，包括微沉积头，其包括多个间隔的喷嘴；定位装置，其控制该微沉积头相对于该衬底的位置；和控制器，其包括与该定位装置相联系并为该定位装置产生位置控制信号的定位模块、与该微沉积头相联系并选择性地产生喷嘴喷射命令的喷嘴喷射模块、和能够为每个喷嘴调节喷嘴喷射波形使该喷嘴喷射从而形成限定该衬底上的特征的液滴的波形发生器。
47.根据权利要求46的微沉积系统，其中由该微沉积系统产生的器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
48.根据权利要求46的微沉积系统，其中该液滴形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
49.一种用于向衬底沉积精确量流体材料的微沉积系统，包括微沉积头，其包括多个间隔的喷嘴；定位装置，其控制该微沉积头相对于该衬底的位置和步距；控制器，其包括与该定位装置相联系并为该定位装置产生位置控制信号的定位模块，和与该喷嘴头相联系并选择性产生喷嘴喷射命令使该喷嘴喷射从而形成限定该衬底上的特征的液滴的喷嘴喷射模块。
50.根据权利要求49的微沉积系统，进一步包括能够为每个喷嘴调节喷嘴喷射波形的波形发生器。
51.根据权利要求49的微沉积系统，其中由该微沉积系统产生的器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
52.根据权利要求49的微沉积系统，其中该液滴材料在该衬底上干燥，该干燥的流体材料形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
53.一种用于向衬底沉积精确量流体材料的微沉积系统，包括微沉积头，其包括多个间隔的喷嘴；定位装置，其控制该微沉积头相对于该衬底的位置；控制器，其包括与该定位装置相联系并为该定位装置产生位置控制信号的定位模块，和与该喷嘴头相联系并选择性地产生喷嘴喷射命令使该喷嘴喷射从而形成限定该衬底上的特征的液滴的喷嘴喷射模块，其中该控制器产生提高特征分辨率的超频信号。
54.根据权利要求53的微沉积系统，其中该喷嘴喷射模块利用该超频信号调节该喷嘴喷射命令的定时以补偿该步距的改变。
55.根据权利要求53的微沉积系统，进一步包括能够为每个喷嘴调节喷嘴喷射波形的波形发生器。
56.根据权利要求53的微沉积系统，其中由该微沉积系统产生的器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
57.根据权利要求53的微沉积系统，其中该液滴形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
58.一种用于向衬底沉积精确量流体材料的微沉积系统，包括微沉积头，其包括多个间隔的喷嘴；定位装置，其控制该微沉积头相对于该衬底的位置；控制器，其包括与该定位装置相联系并为该定位装置产生位置控制信号的定位模块，和与该喷嘴头相联系并选择性地产生喷嘴喷射命令使该喷嘴喷射从而形成限定该衬底上的特征的液滴的喷嘴喷射模块；第一相机，其产生该液滴的数字图象；和液滴分析模块，其利用光学特征识别来分析该液滴的形状、尺寸、位置和速度的至少一种，并根据液滴分析调节至少一个喷嘴喷射参数。
60.根据权利要求59的微沉积系统，其中该喷嘴喷射参数包括定时、振幅、持续时间、上升斜沿和下降斜沿中的至少一种。
61.根据权利要求59的微沉积系统，其中由该微沉积系统产生的器件是聚合物发光二极管、发光板和印刷电路板中的一种。
62.根据权利要求59的微沉积系统，其中该液滴形成光发射器、电导体、电迹线、绝缘体、电容器和电阻器中的至少一种。
全文摘要
一种微沉积系统(20)和方法能够向衬底沉积精确量的流体材料。微沉积头(50)包括多个间隔的喷嘴。定位装置控制微沉积头相对于衬底的位置。控制器(22)包括定位模块，其与定位装置相联系并为定位装置产生定位控制信号。喷嘴发射模块与微沉积头(50)相联系并选择性产生喷嘴发射命令，从而限定电子器件至少一个层的特征，其中电子器件如电阻器、迹线和电容器位于印刷电路板、聚合物发光二极管和发光平板上。
文档编号B41J2/04GK1535185SQ02814822
公开日2004年10月6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·阿尔伯塔利, 霍华德·W.·比利奇, 詹姆斯·米德利滕, 斯科特·R.·布鲁尼尔, R. 布鲁尼尔, W. 比利奇, 米德利滕, 查尔斯 O. 爱德华兹, 阿尔伯塔利 申请人:利特斯公司