专利名称：用于在基材上丝网印刷的刀片的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种刀片，用于在基材上丝网印刷一或多个印刷线路，例如用以在电子装置的平板组件或含硅的其它类似组件(如晶圆、基材或薄片)上丝网印刷多个导电印刷线路，以制造光电电池。但不排除，可能提供在使用印刷操作的其它领域中的他种特定基材或印刷支撑板。
背景技术：
皆知，在硅基晶圆上制造导电线路(特别是用于光电电池，但不仅限于光电电池) 的技术是丝网印刷，丝网印刷使用适合的印刷材料，例如导电膏或油墨，以及适当的丝网印刷网格，并且在网格的表面上涂有一层乳剂，根据欲制造的线路预期铺设图案适当地切开乳剂层。丝网印刷使用一或多个刀片，通过刀片使印刷材料沉积在丝网印刷网格上。利用马达沿着与该网格的放置平面成平行的水平面(通常标示为XY平面)移动刀片，使刀片在网格上做线性移动以涂布印刷材料。此外，刀片亦通常在标示为Z方向的方向上，正交地朝向网格的放置平面活动，而大致垂直地移动朝向或远离该网格。利用无刷式的同步线性马达来获得Z方向上的正交移动，无刷式同步线性马达以永久磁体激发，该马达可例如欧洲专利申请案EP-A-1. 320. 180或EP-A-1. 320-181中所描述的马达。特别是，该已知的线性马达包含电枢、滑动件或活动指示器，该电枢配备有多个隔间，在这些隔间内部各自稳定地容纳多个电圈，并且包含固定棒，在该固定棒上安装多个永久磁体，以在使用过程中面向这些电圈。该马达的活动电枢由铝或铝合金制成，或由陶瓷材料制成，且适合容纳铁磁棒，该铁磁棒与这些电圈合作以闭合该磁电路。此种线性马达的运作原理利用每一次电圈从面向某极性(如正极)磁体的位置移动至面向负极性磁体的位置时，依序反转在电圈中循环的电流循环方向而产生排斥力。然而，上述的公知线性马达在电圈从面向正极磁体的位置移动到面向负极磁体位置(或反向移动)时，会具有切换扰动(switching disturbances)及随之发生的控制问题。结果，这些控制上的困难经常无法保证在执行丝网印刷时，特别是用于光电电池的硅晶圆丝网印刷过程中同时要求的分辨率、精确度、压力控制等特性及印刷条件。欧洲专利申请案ΕΡ-Α-0. 768. 141揭示一种三轴移动式打孔机，用以制备预定用来制造多层电路的基材。该已知的打孔机是用来制造微孔，在后续操作中会填充这些微孔，以制造期望的电路连接。文中讨论到的丝网印刷操作和上述专利申请案中所描述的打孔机有着完全不同的问题。具体而言，丝网印刷需要精确定位、朝向或远离网格的渐进式移动、控制在网格上的操作压力以及可靠度，但打孔操作对于这些条件皆不要求，例如在打孔操作中，该操作压力为足以制造出微孔的压力即可，且无需连续地在各种场合中调节压力。本发明目的在于达成一种用于丝网印刷的刀片，其允许刀片操作的调节与精密控制，特别是对该刀片相对于网格的位置、该刀片施加在网格上的压力或力量以及印刷条件的调节与精密控制，以避免因切换而造成上述缺点。申请人:已设计、测试与实施本发明，以克服当前技术的缺点，并获得本文中所述及其它的目的与优点。
发明内容
本发明及其特征已描述于权利要求要求中，同时从属权利要求描述本发明的其它特征或主要发明构想的变化形式。依据上述目的，根据本发明的刀片用以使印刷材料通过下方的网格沉积，以在基材上丝网印刷一或多个印刷线路(print tracts)。根据本发明的刀片包含印刷末端及支撑结构，该印刷末端用以印刷该印刷材料， 且该支撑结构能支撑该印刷末端。该支撑结构包含固定的支撑框架及滑动件，该滑动件可相对于该支撑框架而活动，且该滑动件至少相对于下方的该网格来定位该印刷末端。该刀片亦包含致动装置，其能决定该滑动件相对于该支撑框架的移动。根据本发明的一个特征，该致动装置包含音圈式线性致动器(linear actuator of the voice coil type)0使用音圈式线性致动器的益处在于，音圈式线性致动器允许更简单、更精确且可靠地控制移动，其对于文中所述的丝网印刷印应用特别有用。因此本发明允许对刀片操作做调节及精密控制，特别是刀片施加在网格上的压力或力量及印刷条件的调节与精密控制，以避免公知技术中经常发生因切换造成的扰动现象。根据一个实施例形式，本发明使用音圈式致动器以控制印刷头及其相对网格在Z 轴方向上的移动，通常Z轴是与XY平面正交(呈大致垂直)的轴，该XY平面与网格的放置平面平行且在印刷头中大致呈水平。根据一个实施例形式，该音圈式线性致动器包含多个永久磁体及单个电圈，这些永久磁体能产生期望的恒定磁场，且能借着将电流馈入该单个电圈而与该磁场交互作用以产生磁力，该磁力允许该滑动件及该支撑框架的往复运动。根据本发明的一个实施例，设置系统控制器，以根据该印刷末端欲采取的期望位置及/或印刷末端需作用在网格上的期望压力或力量来调节电圈中循环的电流强度。根据一个实施例形式，该系统控制器包含记忆装置，且该记忆装置中记忆电子映像，该电子映像是由至少根据这些磁体及电圈的可能往复位置，从而根据该支撑框架和该滑动件之间的可能往复位置获得电圈中的循环电流强度的决定值(determinate values) 所构成。使用电圈相对于这些磁体的位置的电子映像是有利的，因其允许获得精确定位、 朝向或远离该网格的渐进移动以及该网格上的操作压力控制。特别是，如此一来，将可能定义出用于印刷操作的多种印刷模式，每种模式具有期望的印刷位置和压力(或力量)。例如，当电圈位于远离这些磁体的位置时，可能得以补偿因提高电圈中的循环电流强度所需的更大吸引力。或者，对给定的位置而言，可在印刷操作过程中选择性地施加期望印刷压力，或期望印刷压力分布或印刷压力形成。根据变化形式，这些磁体附接至该支撑框架，且该电圈附接至该滑动件。因此，在此情况下，作用在电圈上的磁场会拖引该滑动件使之移动。本发明的特征在于，当不施加功率，从而在电圈中没有电流循环时，刀片会因重力而下降，且音圈式马达运作而将刀片保持在升高位置。这么做的好处是可利用刀片的重量以期望的方式来决定网格上的压力。在另一个实施例中，这些磁体附接至滑动件，并且该电圈附接至该支撑结构。根据另一变化实施例，该刀片包含摇臂连接板，该摇臂连接板支撑该印刷末端。该摇臂板通过枢轴组件附接至该滑动件的下连接端，该枢轴组件允许该印刷末端绕着该枢轴做期望的摆动。根据上述变化实施例，该刀片亦包含测微调节装置(micrometric regulation means)，该测微调节装置与该框架相关联以调节印刷末端的摆动。根据变化形式，该测微调节装置包含线性致动装置，该线性致动装置在激活后能作用于该摇臂板的周端(peripheral ends)，以选择性地调节该印刷末端绕着枢轴所作的摆动及角移动(angular play)的幅度。本发明的另一特征是关于一种用以在基材上丝网印刷一或多个印刷线路的印刷头，该印刷头包含如上述根据本发明的刀片。
参阅以上较佳实施例的说明，将能明白本发明的上述特征及其它特征，且较佳实施例为参照附图的非限制性示例，其中图1是处理系统的概要等角视图，在该处理系统中使用了本发明。图2是图1的处理系统的概要平面图。图3是根据本发明的刀片的透视图。图4是图3中的刀片的正视图。图5是图3中的刀片的部分透视图。图6是图3中的刀片的侧视图。图7是图3中的刀片的侧剖面图。为了方便理解，在多个图中尽可能使用相同的附图标记来表示各图共有的相同组件。应理解，可将一个实施例的组件与结构特征有利地结合至其它实施例中，而不需进一步列举。
具体实施例方式参阅附图，根据本发明的刀片10在适当印刷头中用以在丝网印刷网格上丝网印刷印刷材料(在此情况下，用于丝网印刷的印刷膏，例如导电膏，但不仅限于此)，以在基材上复制出期望的线路，例如导电线路，在此例子中，用于诸如电子或类似装置的平板组件是置于该网格下方，这些平板组件则例如用于制造光电电池的硅基晶圆。图1为基材网印处理系统或具有网印构件的系统100的等视角图，该系统设计用以在基材150上网板印刷出材料图案层。具体而言，系统100提供多个印刷头102，这些印刷头各自具有根据本发明的刀片10。在一个实施例中，系统100通常包含两个输入输送器 (incoming conveyor) 111、致动器组件 140、多个处理巢(processing nest) 131、多个处理头102、两个输出输送器(outgoing conveyors) 112及系统控制器101。输入输送器111建构成平行式处理结构，使得各别的输入输送器能从入料装置 (例如，入料输送器11 接收未经处理的基材150，并将各个未处理基材150传送至与致动器组件140连接的处理巢131中。此外，输出输送器112亦采平行式设计，使得各输出输送器能接收来自处理巢131的已处理基材150，并且将各个已处理基材150传送至基材移除装置，例如，出料输送器114。在一个实施例中，每个出料输送器114适用于传送已处理基材150通过烤炉199， 以硬化这些通过处理头102沉积在基材150上的材料。在一个实施例中，基材150是微晶硅基材，可用以在基材上制造太阳能电池。在另一个实施例中，基材150是生胚陶瓷基材(green tape ceramic substrate)或类似基材。系统100可能包含其它基材处理模块，以于处理时要求精确的基材移动和定位。图2是图1的系统100的概要平面图。图1和2示出的系统100具有两个处理巢 131 (位于“1”、“3”位置)，这些处理巢各自定位，以使两者皆能传送已处理基材150至输出输送器112并且接收来自输入输送器111的未处理基材150。因此，在系统100中，基材的移动通常是遵循图1和2中所示出的“A”路线。在此结构中，其它两个处理巢131(位于“2”、“4”位置)则各自定位在印刷头102下方，而得以在位于各自处理巢131上的未处理基材150上执行过程(process)(例如执行网板印刷、喷墨印刷或材料移除等)。此种平行式处理结构容许以最小的处理系统占地面积获得较大的处理容量。虽然所示出的系统100具有两个印刷头102及四个处理巢131，但在不偏离本发明范围的情况下，该系统100可能包含额外的印刷头102及/或处理巢131。在一个实施例中，输入输送器111及输出输送器112包含至少一个条带116用以支撑和输送基材150，且该条带可通过与系统控制器101通讯的致动器(未显示)将基材 150输送至系统100内的期望位置。虽然图1和2大致上示出一种双条带式的基材输送系统116，但在不偏离本发明基本范围的情况下，也可使用其它形式的输送机构来执行相同的基材传送与定位功能。在一个实施例中，系统100亦包含检测系统200，该检测系统200适用以在执行处理之前或之后寻找且检测基材150。检测系统200可包含一或多个摄影机120，如图1和2 所示，这些摄影机120设置用以检测位于装载或卸载位置(“1”、“3”)中的基材150。检测系统200大致上包含至少一个摄影机120(例如，CXD摄影机)及其它能寻找、 检测并将结果传至系统控制器101的电子构件。在一个实施例中，检测系统200寻找输入基材150的某些特征结构的位置，并将检测结果传至系统控制器101用于分析该基材的方向及位置，以帮助在处理基材150之前于印刷头102下方精确定位基材150。在一个实施例中，检测系统200检测基材150，而得已从生产线上移除损坏或因疏漏而未处理的基材。在一个实施例中，处理巢131可各自包含灯或其它类似的光学辐射装置，以照明位在处理巢上的基材150，更便于使用检测系统200进行检测。系统控制器101有利于整体系统100的控制与自动化操作，且系统控制器101可能包含中央处理单元(CPU，未显示)、内存(未显示)及支持电路或1/0(未显示)。CPU 可为任意形式的计算机处理器，其可进行工业设定以控制各种腔室过程、硬件(例如，输送器、检测器、马达、流体输送硬件等)及监视器，并监视系统及腔室过程(例如基材位置、过程时间、检测器讯号等)。内存连接至CPU，且可为一或多个目前可取得的内存，例如位于本端或远程的随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或其它形式的数字储存器。在内存中可编码及储存软件指令和数据，以用于指挥CPU。支持电路亦连接至 CPU，而以公知方式来支持处理器。这些支持电路可能包含快取装置(cache)、电源供应器、 时钟电路、输入/输出电路、子系统及诸如此类者。系统控制器101可读取的程序或计算机指令决定可在基材上执行哪些任务。较佳地，该程序是系统控制器101可读取的软件，该软件中包含编码，用以至少产生及储存基材定位信息、各种受控构件的移动顺序、基材检测系统信息及上述信息的任意组合。在一个实施例中，用于系统100中的两个印刷头102可能是一般的网板印刷头 (可购自意大利应用材料私人有限公司，Applied Materials Italia Srl)，这些网板印刷头适用以在网板印刷过程中于位置“2”或“4”的处理巢131上的基材150表面上沉积具有期望图案的材料。在一个实施例中，印刷头102包含多个致动器，例如与系统控制器101通讯的致动器105 (如，步进马达或伺服马达)，且这些致动器可用以相对于待印基材150来调整置于印刷头102内的网板印刷屏蔽(未显示)的位置及/或角度方向。在一个实施例中，网板印刷屏蔽是一金属片或金属板，并且有多个孔、狭缝或其它开孔贯穿形成在该金属板中，以定义出图案且用以将网板印刷材料置于基材150的表面上。在一个实施例中，网板印刷材料可能包括导电油墨或导电膏、介电油墨或介电膏、掺杂胶、蚀刻胶、一或多种遮蔽材料或是其它导电或介电性材料。通常，利用致动器105及系统控制器101从检测系统200收到的信息来定位网板印刷屏蔽的方向，而使欲沉积在基材150的表面上的网板印刷图案自动对齐基材150。在一个实施例中，印刷头102适用于在宽度介于约125mm至156mm且长度介于约70mm至156mm 的太阳能电池基材上沉积含金属或含介电质的材料。在此情况下，根据本发明的刀片包含固定支撑框架12，该固定支撑框架12连接至线性致动器(未显示于图中)以决定用于印刷操作中刀片10在网格50上方通常为水平的典型位移移动(见图3)。框架12具有容纳座15 (见图幻，且滑动件14可滑动地设置在容纳座15中，该滑动件14可以箭头F指示的方向活动。例如，如当前技术领域中已知地，该滑动件14能在与 XY平面正交的Z方向上移动，XY平面通常是指与网格放置平面呈平行的平面，且刀片10沿着此XY平面移动以执行印刷操作(在图5中示范相关联的笛卡尔XYZ参考系统)。框架12的侧边具有至少一个滑动孔眼30 (见图幻，多个滚动式滑动组件32能在滑动孔眼30中滑动，且这些滑动组件32与滑动件14相关联，以引导并支撑该滑动件14相对于框架12的移动。通过螺栓22 (见图3、4、幻将滑动件14铰接至下摇臂板16，从而该下摇臂板16可从下方支撑且定位印刷末端18。印刷末端18具有沿着该摇臂板16的长度延伸的四角形造型，且由摇臂板16所支撑，以使该印刷末端的其中一个角面向网格50。具体而言，摇臂板16在滑动件14的下连接端13处绕着螺栓22为中心做枢轴转动。该枢轴转动允许刀片10的印刷末端18绕着P枢轴做期望的角移动(angular play) (见图6和7)。以此种绕着P轴做枢轴转动的方式，印刷末端18设计成可调整其面向角 (facing corner)在网格50上达成不同或不均勻的印刷材料分布。设置闭合板20以关闭该框架12的容纳座15并将滑动件14收纳在该容纳座15 中。框架12具有其它的容纳座24，且多个永久磁体沈设置并固定在这些容纳座M 中。在此例子中，见图5中标示为“ + ”极性的磁体沈能产生恒定强度的期望磁场。滑动件14包含支撑板29，且通过连接组件(例如螺栓27)来附接该支撑板四。支撑板四与框架12共同形成间隙31 (见图5)，在间隙31中设置一电圈28，该电圈观通常是由一或多个导电材料构成的螺纹圈所组成。根据某些实施例，电圈观是可提供介于约100至约1000个螺纹圈数的电圈。电圈28面向这些磁体沈，且牢固地附接至该滑动件14的支撑板四。能以期望的强度将电流馈入电圈观中，且能有利地调整电流，例如调整其强度及相位。在电圈28中循环的电流与磁体沈的磁场交互作用而产生磁力，该磁力决定作用在电圈观上的推力，而电圈观固定于滑动件14上，因此会拉动滑动件14而在箭头F指示的方向中移动(见图2和3)。因此，在此情况中，磁体沈及电圈28的组合定义了音圈式线性致动器的移动系统以控制刀片在Z方向上的移动。借着控制在电圈28中循环的电流，能选择性地相对于磁体沈来调整电圈28本身，以达到相对于支撑框架12来定位该滑动件14的目的。具体而言，可选择性地反转该电圈观中的电流行进方向，以决定该滑动件14是向上或向下移动(箭头F)，从而决定刀片10的印刷末端18向上或向下移动。又，当未施加功率，因而在电圈28中无电流循环时，刀片10会因重力而向下降落， 且音圈式马达运作而将刀片10维持在该升高位置处。这么做的优点在于可使用刀片10本身的重量来决定依期望方式施加在网格50上的压力。刀片10包含系统控制器101，或是与系统控制器101相关联。借着使用储存于记忆装置中的软件，系统控制器101能调节电圈观中循环的电流强度，从而调节移动该滑动件14的磁力。以此方式，可精密控制刀片10沿Z轴的位置，或是可在任合情况中控制刀片10在横贯网格的方向中的位置。亦可通过改变电圈观中的电流来调节刀片10(特别是印刷末端18)作用在下方网格上的压力。较佳地，系统控制器101包含记忆装置42，例如EEPR0M、EPR0M、FLASH内存或其它类型的非挥发性内存，在内存中记忆着由电圈28及磁体沈的可能往复位置所构成的电子映像，且该电子映像亦与电流的可能强度相关联，这些电流强度是根据期望参数所需要在电圈28中循环的电流强度，以补偿滑动件14必需行经的更短或更长距离。电子映像可预先安装在记忆装置42中，或于需要时，以已知方法来装载或升级该电子映像。以此方法，可例如将印刷末端18的每个位置与预期的印刷压力相关联，而得以例如通过欲沉积在网格50本身上的特定印刷材料的功能来施加印刷末端18于网格50上。根据一个变化实施例，与该系统相关联的刀片10可如上述般以精密调节刀片的移动，此刀片10还可包含一对测微调节器(micrometric regulator) ；34，这些测微调节器 34允许执行从微米至厘米单位的变化调整。在此例子中，这些测微调节器34设置在该容纳座15内，且位于该滑动件14的侧边并且附接至支撑框架12，或者在任意情况中，可使这些测微调节器34与支撑框架12相关联(见图3至7)。这些测微调节器34设置有多个线性致动器36 (见图7)，这些线性致动器36进而直接连接至摇臂板16的相反端38，且能通过系统控制器101来激活这些线性致动器36而作用在相反端38上，以调节刀片10绕着P枢轴所作的摆动和角移动(angular play)的幅度。借着作用在该测微调节器34的上端，可改变该线性致动器36的伸展，从而为摇臂板16的摆动幅度决定期望的角极限值，而在网格50上获得刀片10更佳且精准的调节，其中该摇臂板16支撑该印刷末端18。了解到，可在不偏离本发明领域与范围的情况下，对文中所述用以在基材上丝网印刷的刀片做出修饰及/或添加部位。同样理解，文中虽已参照多个具体实施例来说明本发明，但在本技术领域中，本领域技术人员必然能达成可用于在基材上丝网印刷的刀片的其它等效形式，这些等效形式具有所附权利要求中所述的特征，故其亦落入本申请的权利要求的保护范围中。
权利要求
1.一种刀片，用以利用能够沉积在印刷基材(150)上的印刷材料通过丝网印刷网格 (50)在基材(150)上丝网印刷一或多个印刷线路，所述刀片(10)包括印刷末端(18)及支撑结构，所述支撑结构能支撑所述印刷末端(18)；所述支撑结构包含支撑框架(12)， 其固定至滑动件(14)，所述滑动件(14)可相对于所述支撑框架(1 而活动，且所述滑动件(14)至少相对于下方的所述网格(50)来定位所述印刷末端(18)，设置致动装置用以确定所述滑动件(14)相对于所述支撑框架(1 的移动，其特征在于所述致动装置包含置于容纳座04)中的多个永久磁体(沈)，且所述容纳座04)设置于所述支撑框架(12)中， 以及位于设置于所述支撑框架中的间隙(31)内电圈( )，且所述电圈08)面向所述磁体 ( )，其中所述永久磁体06)及所述电圈08)共同形成音圈式线性致动器以用于所述滑动件(14)。
2.根据权利要求1所述的刀片，其特征在于所述刀片还包含系统控制器(101)，所述系统控制器(101)能根据所述印刷末端(18)将采取的期望位置及/或根据所述印刷末端 (18)需作用于所述网格(50)上的期望压力来控制与调节在所述电圈08)中循环的电流强度。
3.根据权利要求2所述的刀片，其特征在于所述系统控制器(101)包含记忆装置 (42)，所述记忆装置中至少根据所述支撑框架(1 和所述滑动件(14)的可能往复位置，来记忆至少由在所述电圈08)中循环的电流强度的确定值所构成的电子映像。
4.根据权利要求1所述的刀片，其特征在于所述磁体06)附接至所述支撑框架 (12)，以及所述电圈08)附接至所述滑动件(14)。
5.根据权利要求1所述的刀片，其特征在于所述磁体06)附接至所述滑动件(14)， 以及所述电圈08)附接至所述支撑框架(12)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的刀片，其特征在于所述刀片包含摇臂连接板 (16)，所述摇臂连接板支撑所述印刷末端(18)且通过枢轴组件附接至所述滑动件(14)的下连接端，所述枢轴组件允许所述印刷末端(18)绕着枢轴做期望的摆动。
7.根据权利要求6所述的刀片，其特征在于所述刀片包含测微调节装置，所述测微调节装置与所述框架(1 相关联，所述测微装置包含线性致动装置，所述线性致动装置在激活后能作用于所述摇臂板(16)的周端上，以选择性地调节所述印刷末端(18)绕着所述枢轴所作的摆动及角移动的幅度。
8.一种印刷头，用以在基材(150)上丝网印刷一或多个印刷线路，所述印刷头包含根据权利要求1至7中任一项所述的刀片(10)。
9.一种音圈式线性致动器的用途，其用以移动在刀片(10)中可相对于固定的支撑框架(1 活动的滑动件(14)，所述刀片(10)利用能够沉积在网格(50)上的印刷材料在基材(150)上丝网印刷一或多个印刷线路，且所述刀片包(10)包括印刷末端(18)及支撑结构，所述印刷末端(18)用以印刷所述印刷材料，所述支撑结构能支撑所述印刷末端(18)； 所述支撑结构包含所述支撑框架(12)及所述滑动件(14)，所述滑动件(14)至少相对于下方的所述网格(50)来定位所述印刷末端(18)。
全文摘要
一种用于丝网印刷的刀片(10)，其通过丝网印刷网格(50)利用沉积在印刷基材(150)上的印刷材料，在基材(150)上丝网印刷一或多个印刷线路。该刀片(10)包含印刷末端(18)及能支撑该印刷末端(18)的支撑结构。该支撑结构包含支撑框架(12)，该支撑框架固定至滑动件(14)，使滑动件(14)可相对于支撑框架(12)而活动，且滑动件至少相对于下方的网格(50)来定位该印刷末端(18)。设置致动构件，以确定滑动件(14)相对于支撑框架(12)的移动。致动构件包括音圈式线性致动器。
文档编号B41F15/44GK102481777SQ201080039583
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月3日
发明者乔治欧·塞勒里, 萨缇 卢奇·德, 安德里亚·巴奇尼, 托马索·沃尔克斯, 詹佛朗哥·帕斯奎林, 马科·加里亚左 申请人:应用材料公司