用於非接觸性材料沉積中的噴嘴補償方法與系統的製作方法
2023-04-25 19:47:46 1
專利名稱：用於非接觸性材料沉積中的噴嘴補償方法與系統的製作方法
技術領域：
本發明為用於非接觸性材料沉積中的噴嘴補償方法與系統。
背景技術：
非接觸性材料沉積列印是印刷電子件及太陽能電池產業中ー種具吸引力的用於圖案化及沉積材料的方法。例如，通過將傳導材料直接沉積於太陽能電池的背或前表面來形成傳導線以對於電池產生的電荷提供傳導路徑的方式可提高太陽能電池的效率及量產的生產力。諸如噴墨列印或氣劑列印等沉積列印技術包含通過使一列印頭及一基材沿著一列印方向相對於彼此移動以從噴嘴沉積列印材料滴粒。沉積列印其中ー項相關問題在於 可能停止噴注或可能作不良噴注的故障噴嘴。為此，一故障的噴嘴可能導致不平均的傳導線，因此可能造成缺乏效率或無法運作的太陽能電池。
發明內容
依據本發明的ー實施例，特地提出一種列印方法，該方法包含使用一具有噴嘴的第一列印単元在一列印區中作列印，該等噴嘴的一第一部分被指定為主動噴嘴且該等噴嘴的一第二部分被指定為非主動噴嘴，其中通過從該第一列印単元的主動噴嘴選擇性地沉積材料以作出該列印；停止以該第一列印単元的該列印同時以ー第二列印単元的主動噴嘴繼續該列印；檢查該第一列印単元的噴嘴；以檢查結果為基礎來選擇一新組的主動噴嘴；及以該新組的主動噴嘴來繼續使用該第一列印単元的該列印。
在本說明書的結論部分特別地指出且獨特地請求被視為本發明的標的物。然而， 連同圖式參照下文詳細描述將可最清楚地了解本發明的組織與操作方法、及其目的、特徵構造與優點。圖中圖1顯示根據本發明的實施例的一示範性列印系統；圖2顯示有助於顯示本發明的實施例的具有冗餘噴嘴且被定位成平行於列印方向的列印単元；及圖3顯示根據本發明部分實施例的用於列印的方法的流程圖。100. · ·列印系統105A-105F...列印單元或列印頭106，221-223，224-228...噴嘴110...列印區115···控制器120...圖像獲取單元121...偵測器或成像裝置
122...圖像處理單元123...儲存系統或單元，儲存器125···服務區200，210，220，230...列印單元310，320，330，335，340，345，350. · ·製程X...列印或掃描方向請了解為了圖示簡單及清楚起見，圖中顯示的組件未必依實際比例繪製。例如，為求清楚，部分組件的維度可相對於其它組件被放大，並依需要，不同圖中可重複編號以代表對應或類似的組件。
具體實施例方式下文詳細描述中，提供許多特定細節藉以徹底了解本發明。然而，熟習該技藝者將了解可以在缺乏這些特定細節下實行本發明。其它案例中，則不詳述熟知的方法、程序、組件、模塊、単元及/或電路以免模糊本發明。本發明的實施例可適用於多種不同的列印系統及方法。為了清楚及簡單起見，對於非接觸性材料沉積系統的示範性實施例及參照大部份針對使用一噴墨系統的供太陽能電池所用的傳導金屬線製造的應用。然而，本發明的範圍不限於此等示範性實施例而可適用於其它沉積系統諸如氣劑噴注沉積系統或配送器，且適用於其它應用諸如圖形、新聞、大眾媒體、包裝、電子件及其它。本發明的實施例有關ー用於在一列印製程或一列印工作處於進程中時檢查列印噴嘴並依需要取代主動列印的噴嘴的系統及方法。根據實施例，該系統可包含冗餘列印頭或列印単元，以使列印頭數量可大於進行一所想要列印任務所需要的列印頭數量。在列印期間的任何給定時間，列印頭的一部分可為主動而其餘列印頭則可為冗餘列印頭。為此，當一列印製程處於進程中時，將指定選自裝設於一系統中的複數個列印頭的一第一次組以沉積材料於一基材上，一第二、不同次組的列印頭可能接受或經歷ー維修程序。例如，當一第一列印頭主動地沉積材料於一基材上吋，一第二列印頭可從一列印區域或區重新安置至ー檢查、服務或維修站。當第二列印頭被檢查、服務、修理或以其它方式接受ー維修程序吋，第一列印頭可繼續列印及/或沉積材料。部分實施例中，該方法可包括將線列印在一基材上，例如通過從一具有配置於ー 或多列中的噴嘴的列印單元來沉積材料以將接觸線列印於一半導體晶圓上。根據實施例， 列印単元可包含冗餘噴嘴。一列印単元中的噴嘴數量可能大於達成一所想要列印任務、例如以所想要解析度列印ー線所需要的噴嘴數量。在列印期間的任何給定時間，一列印単元內的噴嘴的一部分可能為主動，同時其餘噴嘴則可為冗餘或非主動。只通過被指定為主動噴嘴的噴嘴來達成列印，其餘噴嘴則被指定為非主動噴嘴。在一特定列內，材料可被選擇性地沉積。該方法可進ー步包括將列印単元移動至ー檢查區，同時以可進行前者列印単元的任務的另一列印単元的主動噴嘴繼續作列印。檢查區中，噴嘴受到檢查且主動噴嘴的一者可被識別成為ー故障噴嘴。根據部分實施例，可在列印區達成檢查而無需將列印単元移動至檢查區。
然後，經識別的故障噴嘴可被指定為非主動，且先前被指定為非主動噴嘴的一者可變成ー主動噴嘴以取代故障噴嘴。該方法可進ー步包括將列印単元從檢查區移回到列印區並以該単元繼續列印以使新主動噴嘴取代故障的噴嘴。根據本發明的實施例，全部噴嘴在檢查區或列印區中被檢查之後，該系統可分析檢查數據並可以預定考慮因素為基礎選擇ー最佳組的噴嘴作為主動噴嘴。然後，所選擇的噴嘴可被指定或指明為主動噴嘴，列印単元的其餘噴嘴則將被指定為非主動。可以一所需要的滴粒尺寸、噴注穩定度及/或選擇其噴注方向相距噴嘴板(孔ロ板)的法向具有實質類似的偏差的噴嘴作為基礎，藉以決定最佳組的噴嘴。選擇最佳組的噴嘴時可將其它參數列入考慮，而不脫離本發明的範圍。參照第1圖，圖中顯示根據本發明示範性實施例的一示範性列印系統的高階方塊圖。示範性系統、標為系統100可能能夠執行連續高速、高產量列印工作而不需頻繁停止以供維修或檢查。請注意系統100可適用於多種不同的列印系統，例如噴墨或氣劑配送系統。系統100可包括列印単元或列印頭105A-105F，一列印區110，諸如ー傳送器或平臺(未圖示)而界定一列印區域的寬度，其上可放置有諸如半導體晶圓等列印媒體，及一服務區 125，其中可發生列印単元及其噴嘴的維修及檢查。服務區125可包括一或多個維修站以進行對於列印単元的不同維修操作。雖然只顯示六個示範性列印単元，可使用任何適用數量的列印単元而不脫離本發明的範圍。決定出列印単元數量以使至少ー個列印單元為冗餘。通過冗餘作用，能夠在主動噴嘴繼續列印製程吋，同時地檢查非主動噴嘴。為此，來自單元105A-105F的至少一列印単元可能能夠獨立地移動於列印區110與服務區125之間，同時其它列印單元則保持位於列印區並繼續列印製程。服務區125可接近或緊鄰於列印區110。根據本發明的部分實施例，列印単元 105A-F可被安裝在軌道上使其可能從列印區110移動至服務區125。可使用任何其它的運送単元或機構而不脫離本發明的範圍。各列印単元105A-F可包含配置於ー或多列中的噴嘴106。第1圖的示範性圖示中，各列具有平行於列印或掃描方向X所配置的八個噴嘴。然而，熟習該技藝者將了解各列可包括數十或數百個噴嘴。各列可包括用來在偵測到時代替故障噴嘴的冗餘噴嘴。一故障噴嘴可能例如為ー無法噴注任何材料的阻塞的噴嘴，一隻能噴注來自所想要材料量的一部分的微弱或部份阻塞的噴嘴，或一在強烈偏離大部份噴嘴噴注方向的一方向作噴注的噴嘴。列印単元105A-C可被定位成緊鄰於列印區110俾使該等列平行於列印方向X。若基材被ー傳送器移動，列印方向可由基材前進方向所代表。此組態中，各列可在一掃描中在與列印方向平行的一方向中列印単一金屬化線。根據本發明其它實施例，列印単元相對於列印方向可能具有其它建置或組態。系統100可進ー步包括一用來控制列印製程的控制器115，及一被耦合至控制器 115的圖像獲取単元120。根據本發明的實施例，控制器115可進行、或配合進行系統100 的組件及其運作的諸如但不限於協調、組構、排程、仲裁、監督、操作及/或管理等任務或功能。例如，控制器115可控制列印単元105A-F及被列印物體在列印區110中的運動。控制器115可包含任何所需要或適當的硬體、軟體、韌體或其一組合。例如，控制器115可身為一含有一控制器及/或中央處理單元(CPU)、一內存及輸入與輸出單元的運算裝置。
圖像獲取単元120可包含一偵測器或成像裝置121，諸如攝影機或電荷耦合組件 (CXD)以通過例如獲取離開噴嘴的材料滴粒的圖像來檢查噴嘴的狀態與條件。可使用任何其它適當的視覺偵測器或任何其它用於識別噴嘴狀態的方法。圖像獲取単元120可進ー步包含一圖像處理單元122以分析圖像並決定受檢查的噴嘴及用以儲存有關噴嘴狀態的數據的儲存器123的現今狀態。根據本發明的實施例，偵測器121可耦合至一用於處理及儲存所擷取圖像的專用運算及儲存裝置，或替代性地，控制器115可進行這些操作。根據本發明的實施例，ー諸如脈衝式雷射源或脈衝式發光二極體(LED)等脈衝式光源可耦合至偵測器121以能夠將從噴嘴沉積的滴粒予以成像。控制器115可進ー步控制及管理檢查程序，例如協調滴粒的射出、 光脈衝及攝影機的操作。現在參照第2圖，圖中顯示具有冗餘噴嘴且被定位成平行於列印方向的一數組的列印単元，以展示本發明的實施例。可在生產太陽能電池時利用列印単元210、220及230 將傳導線列印在一半導體晶圓上。根據本發明的實施例，列印期間，ー第一次組的噴嘴可被指定為主動噴嘴，例如，噴嘴224-2 可被指定為主動。列印単元220內的一第二次組的噴嘴、例如噴嘴221-2 可被指定為非主動。識別出ー噴嘴、例如噴嘴225具有缺陷時，有缺陷的噴嘴可由非主動噴嘴221-223的任一者予以代替。例如，噴嘴225可被重新指定為非主動，且噴嘴222可被重新指定為主動。根據本發明的實施例，當一列印製程處於進程中且當用於界定第一次組的列印單元中的一個或多個列印単元正在主動地沉積時，用於界定一第二次組的列印単元的另ー或多個列印単元可移動至服務區125以供維修及/或檢查用。並且，若需要，可將至少ー對噴嘴的狀態互換藉以使先前主動的噴嘴變成非主動且先前非主動的噴嘴變成主動。被重新安置於服務區125的列印単元可作檢查、服務及組構。例如，可通過獲取經檢查單元的噴嘴所配送或射出之滴粒的圖像來檢查噴嘴。圖像可隨後通過圖像處理單元 122予以分析。以該分析作為基礎，故障噴嘴可被識別且由冗餘噴嘴所取代。並且，可修改或驗證不同的工作參數。例如，以ー噴嘴的檢查為基礎，可修改諸如壓力、溫度或電壓等エ 作參數。再度參照第1圖，圖像處理單元122可從偵測器121接收圖像並通過施加適當的圖像處理技術來處理此等圖像。例如，可通過圖像處理單元來進行所噴注滴粒的形狀、軌跡及速度的分析。例如，可利用圖像處理以從噴嘴所射出滴粒的一圖像為基礎來決定ー噴嘴的一狀況。另ー範例可將可能在ー預定時間期間所獲取的兩個或更多個圖像予以比較。通過比較圖像或另行將圖像建立相關，可決定出一噴嘴的不同狀況、故障或其它狀態。例如， 可通過比較接連或接續的圖像來偵測ー噴嘴的效能劣化。雖然ー視訊攝影機可提供與可見光相關的圖像，可產生其它圖像。例如，偵測器 121可為一可記錄溫度的紅外線攝影機，藉以提供所射出墨水或氣劑的溫度分布。雖如此處所述，成像裝置或偵測器121可放置在服務區域，可能具有其它組態。例如，一或多個攝影機可放置成接近一例如區域110等列印區域、其周圍或予以緊鄰。在噴嘴沉積材料至ー測試基材上的列印製程期間，此等攝影機可獲得圖像。儲存系統或單元123可接收及儲存偵測器121所獲取及/或從例如遠程伺服器或可移除式儲存媒體諸如光碟片(CD)或內存晶片等不同來源所獲得的圖像。例如，可將一所想要射出的參考圖像加載或以其它方式儲存於ー儲存裝置中並可用來與偵測器121所獲取的圖像作比較或以其它方式建立關連。一參考圖像可含有一理想、或其它所想要的射出或沉積的ー圖像，並因此可例如通過將其與一第二圖像作比較來使用藉以決定在第二圖像中所成像的一射出是否可接受或者另行決定該射出的一質量或與已自其噴注的經成像滴落的噴嘴相關的其它功能參數。熟習該技藝者應了解通過列印単元或列印頭的冗餘作用，可能能夠動態地選擇參與一列印製程中的列印頭。為此，在一列印製程期間可能存在及/或可取得冗餘、備用、 未使用或怠惰的列印頭。此等冗餘列印頭可能能夠在一列印製程持續進行中、主動或處於進程中之時動態地取代列印頭。例如，若一第一列印頭為主動(例如通過將材料沉積在一媒體上主動地參與一列印製程)、需要、或被選擇作服務或檢查，則一第二、非主動、怠惰或冗餘列印頭可通過被製成主動來取代第一列印頭。為此，第一列印頭(此時被取代)可被製成非主動並可進ー步被檢查、服務或另行接受一維修程序。根據本發明的實施例，列印単元或列印頭可配備有冗餘噴嘴。例如，一可能需要一百(100)個噴嘴藉以進行其預定任務的列印頭可配備有五百(500)個噴嘴。為此，只有被配合、包括或裝設在一列印頭中的一次組的噴嘴可主動地參與一列印製程，例如將材料實際地射出至一表面或媒體。根據本發明的實施例，如此處所描述的噴嘴冗餘性可能能夠動態地將一次組的噴嘴選擇或指定成為主動。此冗餘性可進ー步能夠以非主動噴嘴來取代主動噴嘴。例如，當例如由於故障或一排定或周期性維修例行工作的一部份而決定需要更換或服務一列印頭中的一第一噴嘴吋，一第二、非主動或冗餘噴嘴可通過將材料射出至一表面或媒體上而被選擇、製成主動、並可能取代第一噴嘴。參照第3圖，圖中顯示根據本發明部分實施例的一用於列印的方法的流程圖。如方塊310所示，該方法可包括開始ー使用一第一列印単元或列印頭的列印製程。例如，可將一列印檔案中的信息提供至一列印系統，諸如第1圖所述的系統100。控制器115由於擁有此信息，將可使一傳送器定位出晶圓，俾使一次組的噴嘴(在列印単元230及220中皆被指定成為主動噴嘴)可將傳導材料沉積於其上。以此列印檔案中的信息為基礎，控制器115 可控制噴嘴及列印單元藉以根據列印檔案中的規格或參數來沉積材料。如方塊320所示，該方法可包括將ー或多個列印単元、例如列印単元220移動至ー 服務區。列印単元在服務區被檢查及/或服務的時間期間，另一列印単元、諸如先前為冗餘的列印単元210可變成主動藉此以列印単元210及230來繼續列印製程。如方塊330所示， 該方法可包括檢查列印単元200的噴嘴以及將ー或多個噴嘴、例如噴嘴225識別成為故障或具有缺陷的噴嘴。該方法可包括決定故障是否可被修理。例如，若偵測到一噴嘴的孔ロ被完全阻礙， 可存在一用於從孔ロ移除阻礙藉以修理故障的程序。其它偵測到的故障可能需要一複雜、 可能為手動的程序藉此予以修理。立即地或在一列印製程處於進程的同時將ー故障分類為可被處置或修理的故障可能依據不同參數及/或組態而定。若故障可被修理，流程可包括對於噴嘴提供服務。例如，可修改工作參數或可執行ー自動化清除程序。如方塊335所示，該方法可包括以檢查為基礎來選擇ー最佳組的噴嘴作為最佳噴嘴。為此，該方法可包括當不可能修理或不想作修理時將ー故障噴嘴指定為非主動。被識別為非主動的噴嘴可能不參與列印製程直到其狀態改變成「主動」為止。如方塊340所示，該方法可包含將所選擇組的噴嘴指定為主動且將故障噴嘴及列印単元的其餘噴嘴指定為非主動。例如，該方法可包括將先前指定為ー非主動噴嘴的來自同列新故障噴嘴的ー噴嘴指定成為主動。例如，決定噴嘴225為故障之後，先前非主動且未參與列印製程的一冗餘噴嘴、諸如噴嘴2 可被指定為一將取代故障噴嘴225的主動噴嘴。雖如此處所述，ー第一故障噴嘴可被指定為非主動且ー第二非主動噴嘴可被指定為主動藉以補償故障噴嘴，可能具有其它情境。例如，具有相同列印單元旦可能同列的噴嘴可以ー預定排程為基礎受到取代。例如，為了避免噴嘴中的墨水乾燥，噴嘴可被周期性指定為主動或非主動。雖然部分實施例中，一第一噴嘴可由一第二噴嘴所取代，可能具有其它組合。例如，一故障噴嘴可由兩冗餘噴嘴所取代。例如，此等兩噴嘴可接受指令使其合併的操作與故障、受取代噴嘴的ー預定操作相同。如方塊345所示，該方法可包括在檢查結束之後，將第一列印単元移回到列印區。 由於其它列印頭可能在此時間正在列印，列印単元220可例如取代列印単元210來執行持續進行中的列印製程，且列印単元210可移動至服務區以供檢查。或者，列印単元220可例如取代列印単元230來執行持續進行中的列印製程，且列印単元230可移動至服務區以供檢查。為此，如方塊350所示，該方法可包含停止以ー工作列印単元作列印並利用第一列印単元繼續列印製程。第一列印単元可例如為單元220，其中新主動噴嘴、噴嘴221取代先前所使用且此時故障的噴嘴225。本發明的實施例可包括一諸如計算機或處理器可讀取式媒體等對象、或一計算機或處理器儲存媒體諸如內存、碟機、或USB快閃記憶體、編碼以包括或儲存有諸如計算機可執行式指令等指令，當其被一處理器或控制器執行時可實行此處所揭露的方法。雖然本發明的實施例不在此限，此處的「複數個」用語可例如包括「多重」、或者「兩個或更多個」。「複數個」用語可在整份說明書中用來描述兩或更多個組件、裝置、組件、單元、參數或類似物。除非明述，此處所描述的方法實施例並不限於特定次序或順序。此外，部分所描述的方法實施例或其組件可發生或進行於相同時間點或重迭時間點。如此技藝所知，諸如函數、任務、次任務或程序等可執行碼分段的執行可稱為函數、程序或其它組件的執行。雖然本發明的實施例不在此限，利用諸如「處理」、「運算」、「計算」、「決定」、「建立」、 「分析」、「檢查」或類似物等用語的討論可能指ー計算機、一運算平臺、ー運算系統、或其它電子運算裝置的操作及/或製程，其將計算機緩存器及/或內存內的物理(例如電子)量代表的數據操縱及/或轉換成為以計算機的緩存器及/或內存或可儲存指令來進行操作及 /或製程的其它信息儲存媒體內的物理量所代表的其它數據。雖然此處已經顯示及描述本發明的特定特徵構造，熟習該技藝者可得知許多修改、替代、變化及均等物。因此請了解，申請專利範圍預定涵蓋落在本發明真實精神內的所有修改及變化。
權利要求
1.一種列印方法，所述方法包含使用具有噴嘴的第一列印単元在列印區中列印，所述噴嘴的第一部分被指定為主動噴嘴且所述噴嘴的第二部分被指定為非主動噴嘴，其中通過從所述第一列印単元的主動噴嘴選擇性地沉積材料來進行所述列印；停止使用所述第一列印単元的所述列印，同時使用第二列印単元的主動噴嘴繼續所述列印；檢查所述第一列印単元的噴嘴；基於檢查結果來選擇新的一組主動噴嘴；以及使用具有所述新的一組主動噴嘴的所述第一列印單元來繼續所述列印。
2.如權利要求1所述的方法，包括在檢查之前將所述第一列印単元移動至檢查區；以及將所述第一列印単元移回至所述列印區以繼續所述列印。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴被配置為一列，所述列的方向平行於掃描方向。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述列印包括沿所述掃描方向列印線。
5.如權利要求1所述的方法，包括將所述第一列印単元的主動噴嘴中的ー個識別為故障噴嘴；將所述故障噴嘴指定為非主動且將所述第一列印単元的非主動噴嘴中的ー個指定為新的主動噴嘴，以使所述新的主動噴嘴取代所述故障噴嘴。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述檢查包括獲取由所述第一列印単元的噴嘴執行的滴粒噴注的圖像；以及基於所述圖像的分析來識別所述故障噴嘴。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述分析包括確定滴粒的尺寸以及噴射方向與預置方向的偏差尺寸。
8.如權利要求1所述的方法，其中沉積為將電傳導材料沉積在印刷卡板或半導體晶片中的ー個上以產生金屬化傳導線。
9.如權利要求1所述的方法，其中基於所需的滴粒尺寸來選擇所述新的一組主動噴嘴。
10.如權利要求1所述的方法，其中基於從所述噴嘴噴射的穩定度的程度來選擇所述新的一組主動噴嘴。
11.如權利要求1所述的方法，其中基於所述噴嘴的噴注方向來選擇所述新的一組主動噴嘴。
全文摘要
本發明提供一列印方法，其中列印是使用一具有冗餘噴嘴(221，222，223)的第一列印單元(220)。然後，該方法可包括停止以第一列印單元之列印，同時以一第二列印單元(210，230)的主動噴嘴繼續作列印。該方法可包括檢查第一列印單元且識別故障的噴嘴，然後將故障噴嘴(225)指定為非主動且將第一列印單元的非主動噴嘴(221，222，223)指定為一新主動噴嘴。根據部分實施例，該方法可包括在檢查前將第一列印單元移動至一檢查區同時以一第二列印單元的主動噴嘴繼續作列印以及在檢查後將第一列印單元移回至列印區且以第一列印單元繼續作列印。
文檔編號B41J2/21GK102574396SQ200980123292
公開日2012年7月11日 申請日期2009年6月18日 優先權日2008年6月19日
發明者哈南·國泰特, 歐範·巴哈拉夫, 潤·阿瑟·皮萊格 申請人:迅捷有限公司