CN101297416A - 用于在衬底上以加成方式沉积材料的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种二步印刷方法，包括用于选择性地释放计量数量的材料(80)的非接触式材料计量设备(24)，如一个或多个数字喷墨头的形式的第一数字阶段和用于将沉积于其上的材料通过非接触式材料计量设备传递至衬底(60)上的第二模拟阶段，如柔性版印刷滚筒(50)和压印滚筒(54)。

Description

用于在衬底上以加成方式沉积材料的系统和方法

发明领域

本发明的实施方案广泛地涉及印刷系统，更尤其涉及用于以加成方法沉积一层或多层材料的印刷系统和方法。

发明背景

近年来，人们已经可以获得导电和半导电有机聚合物。与传统绝缘聚合物一起，导电和半导电有机聚合物使在柔性衬底上用聚合物构建微电子组件或通路成为可能。一些可以生产的微电子组件的例子包括电容器，电阻器，二极管和晶体管，而通路的例子则可包括射频识别(RFID)标签，传感器，柔性显示器等。

目前，这些聚合物电子组件和电路通过公知的减成方法制造，在减成方法中，聚合物先沉积在衬底上，然后即，通过蚀刻除去不需要的材料。这种公知的方法对于生产低成本电子设备而言速度慢，复杂，昂贵且不实用。因此，电子制造工业需要全加成方法来制造聚合物和非聚合物电子组件。然而，本领域目前还没有适用于印刷电子技术的全加成方法。

一般而言，印刷是一种加成方法，其中图像被逐层印刷，形成印制图像。如大家普遍知道的那样，图形图像分为两种基本类型，矢量图像和光栅图像。光栅图像通常被称作自然图像或照片。光栅图像的特征在于连续调和空间频率范围广，其中图像编码必须逐像素获得。另一方面，矢量图像主要由文本，线，实体(solids)和域(fields)组成。该图像非常简单，能还原成描述被描绘对象的位置，尺寸，形状和色彩的数字公式。矢量图像不需要用半色调加网技术产生连续调。这样，便可以认识到印刷电子与印刷矢量图像很相似，因此，可以印刷矢量图像的印刷技术被认为是印刷电子技术最有希望的印刷平台。

尽管传统印刷技术能复制矢量和光栅图像，但其不能轻易地符合印刷电子技术的许多苛刻的设计需求，包括，例如，(a)在衬底上沉积非常精确的量的材料的能力；(b)提供非常细的线和例如，约3μm的间距的能力；(c)转印极均匀和极薄层，例如，约50-100nm的材料的能力；(d)在例如，约25微米内层与层之间获得印刷色彩配准的能力；和(e)提供清晰和连续的边缘的能力。

第一类将要讨论的印刷技术是模拟印刷机，由于其技术利用印刷滚筒和衬底间的物理接触来在其间传递油墨，因此有时也称作接触型印刷机。这些技术的一些例子包括柔性版印刷，凹版印刷，凸版印刷，网印和石版印刷，其中少数的详细情况将参考图10-12进行简要描述。

现在翻到图10，其显示了传统柔性版印刷系统的一个例子，总称为320。如图10最佳显示的那样，传统柔性版印刷系统320包括带有印刷版326的柔性版印刷滚筒324和压印滚筒328，压印滚筒328与印刷滚筒324相对，形成印刷压印线330，衬底纸334经由印刷压印线330传送(routed)。传统柔性版印刷系统320还包括油墨计量辊340，其将计量数量的油墨传递到印刷滚筒324。印刷版326包括形成预期印刷图像344的凸区(relief area)。使用时，印刷滚筒的印刷版326通过与油墨计量辊340的接触将所用油墨传递至衬底纸334，衬底纸334通过印刷压印线330，从而形成印刷图像346。当衬底纸334经过印刷压印线330时，压印滚筒328倒退，并在衬底纸334接触印刷滚筒324时支撑衬底纸334。

油墨计量辊340也称作网纹辊(anilox roll)，其表面刻有细小均匀的网格或凹穴(无图示)，可携带墨膜并将墨膜沉积至印刷版上。在某些柔性版印刷机中，油墨通过单独的浸渍辊348计量供给至网纹辊，浸渍辊348从墨盘350中吸取油墨，并将其以接触式传递的方式挤压掉多余的油墨，并传递至网纹辊340。在更多的现代构造(无图示)中，网纹辊340通过刮墨刀(无图示)起到了浸渍辊和计量辊的双重作用，刮墨刀是长的金属刀片或小刀，其将多余的油墨从网纹辊上刮掉，只留下凹陷网格中的油墨。

在彩色印刷环境中，柔性版印刷机320包括各预期墨色的印刷台。例如，四色印刷机包括四个印刷台，颜色C，M，Y和K各一个。印刷台各自包括独立的墨盘，任选的浸渍辊，网纹辊和印刷滚筒。各印刷台还可以包括如图所示分离的压印滚筒328，或者各印刷台可以利用本领域公知的构造中的中央压印滚筒(CIC)的一部分。

现在转到图11，这里显示的是传统凹版印刷机，总称为420。如图11最佳显示的那样，凹版印刷机420包括具有印刷面428的印刷滚筒424，贮墨装置430和压印滚筒434。印刷面428限定要印刷的图像。图像区由蚀刻或雕刻入滚筒424的蜂窝状网格或凹槽(well)构成。滚筒424的未蚀刻区代表无图像或非印刷区。印刷滚筒424在旋转时浸入于贮墨装置中。当印刷滚筒424在贮墨装置中旋转时，其吸取油墨，填充到滚筒表面428上蚀刻的网格中。当滚筒424翻转时，多余的油墨被柔性刮墨钢刀444从滚筒上拭去。压印滚筒434包括例如，橡胶，腈，聚氨酯等的表面，并与印刷滚筒424成切向安装。当衬底纸450从印刷滚筒424和压印滚筒434之间通过时，压印滚筒434起抑制衬底纸450相对印刷面428移动的作用。印刷滚筒424与衬底纸450的接触导致位于网格中的油墨被以印刷图像的形式传递至衬底纸450上。

现在看图12，这里显示的是传统平版石版印刷机的一个实施方案，总称为520。由于石版印刷是一种“平版(offset)”印刷技术，油墨不是如凹版印刷或柔性版印刷中那样直接从印刷版(或滚筒)施用于衬底，而是先用在印刷版上形成“图像”(如要印刷的文本或艺术品)，然后传递或“平版印刷(offset)”至橡皮布上。橡皮布上的图像然后传递至衬底(通常为纸或纸板)，得到印刷品。

石版印刷机520包括三个印刷滚筒，印版滚筒524，橡皮布滚筒528和压印滚筒532，以及输墨系统536和润版系统540。石版印刷采用了由印版滚筒支撑的平版542。平版是一种其上的图像区与非图像区相比既不凸起又不凹陷的印版。几乎处于印刷版的同一平面的图像和非图像区根据物理化学特性来确定。

滚筒524上的版经过化学处理，使得版的图像区具有亲脂性(亲油性)，从而可以接纳油墨，而非图像区具有亲水性。在印刷过程中，主要由水和少量异丙醇以及其它降低表面张力和控制pH的添加剂组成的润版液首先通过润版系统540以薄层的形式施用于印刷版。润版液迁移至印刷版542的亲水性非图像区。然后油墨通过输墨系统536施用于印刷版。油墨迁移至亲脂性图像区。由于油墨与水几乎不能混合，因此润湿液阻止了油墨迁移至版的无图像区。

尽管图10-12所示类型的柔性版印刷机，凹版印刷机和石版印刷机，以及其它模拟印刷机，如凸版印刷机等在传统印刷应用，如报纸印刷，杂志印刷，包装印刷等中表现良好，但这些模拟技术都存在着许多可能影响印刷电子设备的能力和所得印制电子设备的可靠性的缺点。一个这样的缺点是一些模拟印刷机不能印刷被广泛用于印刷电子技术的卷曲和连续的线条和实体。例如，凹版印刷机由于印刷滚筒中蚀刻的网格的缘故将图像从印刷滚筒加网至衬底。如本领域公知的那样，半色调加网技术使图像具有空间接近的点的阵列，经人眼整合，认知为印制图像。然而，尽管加网技术对于照片而言表现良好，但加网导致了空间点油墨铺展不良和漏点(由粗糙表面阻止版与衬底的良好接触而导致)。油墨铺展不良的空间点和漏点使形成的层的连续性受损，这可能导致电子设备无功能。

模拟或接触型印刷机的另一个缺点是，尤其由于传统网纹辊或计量辊的缘故，模拟印刷机不能可靠计量并均匀传递非常薄层(例如，5-100nm)的油墨至衬底上。例如，在柔性版印刷机中，网纹辊的固有特性(即，网格密度)和将油墨传递至印刷滚筒的物理方法导致一旦油墨从印刷版传递至衬底，墨膜厚度便不准确且不恒定。另外，柔性版印刷和凹版印刷中刮墨刀的使用可能导致油墨沿印刷滚筒不平坦地分布，从而导致在衬底上沉积时形成不均匀的层。

模拟或接触型印刷机的另一个缺点是不能提供非常微小的特征，如痕迹，电极等。例如，约1英寸的13.56MHz RFIE标签要求组件，如晶体管具有约3微米的源和漏极，并且要求这些特征间的间距约为3微米。目前用传统印刷机不能实现可靠地印刷3微米的特征。例如，以133lpi(行/英寸)加网的石版印刷版上的1％点的标称直径为约10微米。为了可靠地印刷3微米的特征，需要以约500lpi的加网频率可靠地印刷1％点的能力，这超出了当前的印刷能力。

最后，许多传统模拟印刷机不能满足许多印刷电子设计规范中需要的约25微米的配准公差。例如，典型的商用石版印刷机可以达到约为半色调点的行间距的配准误差。由于常用加网频率是133lpi，这计算成公差便为约94微米。即使配准误差减半，47微米仍然是大多数印刷电子设备所需要的设计公差的2倍。甚至在严格控制的条件下，配准也仅可以达到“平均”水平，这意味着印刷间的实际配准可能变化很大，从而大大降低设备产量。

印刷电子设备的问题不仅限于接触型印刷机。近来，数字印刷技术已经发展起来促进传统模拟印刷技术，改进成本，速度，工作流等。然而，数字印刷技术也不是没有问题。有一种类型的数字印刷设备叫数字喷墨机(inkjet)，由于这些设备沉积材料至衬底上时无需与衬底接触，因此也被称作非接触型设备。目前已经开发了数种类型的喷墨机，包括压电式喷墨机和热感应式喷墨机(气泡式喷墨)，其能根据所接收到的释放信号将精确量的油墨沉积至衬底上的特定位置。

然而，跟凹版印刷机一样，喷墨印刷本身是一种加网方法，因此不能提供矢量图像和光栅图像。具体地说，喷墨印刷导致边缘出现锯齿状以及实体不一致和不连续。另外，喷墨机也有产生由独立墨滴组成的波状膜的倾向，并可能导致层厚不均匀。这些问题可能影响印刷电子技术的运转和可靠性。

发明概述

根据本发明的多个方面，本发明提供了在衬底上印刷电子设备的方法。该方法包括获得衬底和将衬底传送通过一系列连续的印刷压印线。压印线在一个衬底支撑结构的至少一部分和多个印版结构之间形成，各印版结构限定印刷图像。将多种材料中的一种连续沉积至印版结构的印刷图像上。材料的连续沉积通过多个非接触式计量设备完成，其中各印版结构的印刷图像代表要印刷在衬底上的最终图像层。本方法进一步包括当衬底经过系列连续印刷压印线时将沉积在印版结构的印刷图像上的材料逐层依次传递至衬底上，从而以加成的方式形成由多个印制图像层组成的印制电子设备。

在本发明的另一个方面，本发明提供了印刷多个印刷层的方法。该方法包括将衬底传送至第一印刷台，通过非接触式材料计量设备将第一种材料沉积至印刷滚筒的印刷图像上，以及将沉积在印刷图像上的第一种材料传递至衬底上，从而形成分离的第一印制图像层，其中第一印刷台包括非接触式材料计量设备，限定第一印刷图像的印刷滚筒和压印滚筒的至少一部分。该方法进一步包括将衬底传送至第二印刷台，通过第二非接触式材料计量设备将第二种材料沉积至第二印刷滚筒的第二印刷图像上，以及将第二种材料从第二印刷图像传递至第一印制层的至少一部分上，从而形成分离的第二印制图像层，其中第二印刷台包括第二非接触式材料计量设备，定义第二印刷图像的第二印刷滚筒和压印滚筒的一部分。

附图简述

通过参考下文的详细说明，并结合附图，人们将会更容易地认识到本发明的前述方面和许多优点，其中：

图1是根据本发明的方面形成的印刷系统的例示性实施方案的功能框图；

图2是图1的印刷系统的数个组件的局部示意图；

图3A是材料传递之前图2的印刷系统的印刷压印线的局部放大图；

图3B是材料传递之后图2的印刷系统的印刷压印线的局部放大图；

图4是根据本发明的方面形成的印刷系统的另一个例示性实施方案的功能框图；

图5是图4的印刷系统的示意图；

图6A-6C分别是图5的印刷系统的第一，第二和第三印刷台的局部示意图；

图7A-7C是可用于图5的印刷系统的一组例示性印刷版的顶视图；

图8A-8C是由图4和5的印刷系统逐层制造得到的印制电子设备的一个例示性实施方案的侧视图；

图9是根据本发明的方面形成的印刷系统的另一个实施方案；

图10是一种传统柔性版印刷机的图示；

图11是一种传统凹版印刷机的图示；以及

图12是一种传统平版石版印刷机的图示。

例示性实施方案详述

现在将参照附图对本发明的实施方案进行描述，附图中相似的数字对应着相似的元件。以下说明提供了用聚合物和非聚合物材料，采用全加成方法制造印制电子设备的系统和方法的实施例。本发明的系统和方法也适合用于印刷彩色图形，或着色，涂敷，上漆，或对各种衬底进行其它表面处理。以下实施例将系统和方法概括地描述为二步印刷方法，该方法包括用于选择性地释放计量数量的材料的非接触式材料计量设备，如一个或多个数字喷墨头，气相沉积系统，气溶胶系统等形式的第一数字阶段和用于将沉积于其上的材料通过非接触式材料计量设备传递至衬底上的第二模拟阶段，如柔性版印刷和压印滚筒。由于这些印刷系统采用了数字阶段和模拟阶段，因此也被称作“混合印刷系统”。然而，应该了解的是，如权利要求的那样，这些实施例在性质上只是说明性的，而不应该被视为对本发明的实施方案的限制。

面对上文所讨论的传统印刷技术的缺点和不足，本申请的发明者如下文详述的那样开发了采用全加成方法，将材料选择性地沉积至衬底上，用于制造例如，印制电子技术的混合印刷系统和方法。为了那个目的，并根据本发明的方面，现在将参照图1对混合印刷系统的一个例示性实施方案进行详细描述。现在参照图1，其显示了根据本发明的方面形成的一个总称为20的例示性混合印刷系统的示意图。概括地说，混合印刷系统20包括非接触式材料计量设备24和用于从非接触式材料计量设备24接受精确计量数量的材料，并将该材料作为分离层按所选量和位置沉积至衬底上的材料传递组件28。印刷系统20进一步包括一个或多个驱动电机34，衬底纸推进结构40和用于控制整体印刷方法的印刷控制系统44。

在本发明的一个实施方案中，材料传递组件28可以如任何已知的柔性版印刷机或由印刷滚筒，压印滚筒和用于推动衬底在印刷滚筒和压印滚筒间行进的传统结构组成的类似配置的印刷机一样装配。在图2所示的一个例示性实施方案中，材料传递设备28包括并列的印刷滚筒50和压印滚筒54，从而形成了印刷压印线56。印刷滚筒50和压印滚筒54之间的间距根据多种因素进行选择，包括预期的衬底和衬底厚度以及印刷滚筒与衬底间的接触水平。应该了解的是，印刷滚筒50可以相对压印滚筒54进行可调节性地安装，这样印刷压印线56的间距便可以根据应用的不同而改变。使用时，衬底纸60被传送通过印刷压印线56，材料80通过印刷滚筒50印刷至衬底纸60上，形成印制图像82。

印刷滚筒50具有传统构造，其包括限定滚筒的中央纵轴的支架轴66和适合接纳柔性版72的外部环状支撑面68，在一个实施方案中，柔性版72具有限定要印刷的图像的凸起部分76(即，凸版)。在一个实施方案中，图像是印制电子设备的电路布置图。在其它实施方案中，图像是用于平面艺术的分色参考图或用于涂敷，着色或表面处理的薄膜涂布辊。与印刷滚筒50相似，压印滚筒54也为传统构造，其包括限定滚筒的中央纵轴的支架轴(未显示)和适合支撑衬底60的外部环状支撑面78。

为通过其各自的支架轴旋转，印刷滚筒50和压印滚筒54被安装在适当的轴承上，并由一个或多个适合的电机34经适当的传动装置驱动旋转。尽管显示材料传递组件28包括压印滚筒，但也可以使用其它衬底支撑结构，如垂直或水平压盘。

尽管图2中的实施方案描述了具有凸版图像的印刷版72，但应该了解的是，印刷版72也可以限定凹版图像或平版图像。另外，印刷版不需要如柔性版印刷的常规一样由柔性材料构成。相反，在某些实施方案中，可以使用具有类似于凸版印刷的凸起印刷区的更刚性的印版。在某些实施方案中，希望包括相距约3微米的间隔的特性的印刷电子设备。为了达到这种印刷特征的准确度，可以用传统的1微米直径激光器使光阻版材料成像。一旦完成，便可以用传统减成方法蚀刻掉无图像区，从而得到带有凸版的印刷版。

如马上要详细描述的那样，使用本发明的实施方案中的凸版可以认识到几个优点。当使用具有凸起图像的印刷版时，这些凸版区域是仅有的能从非接触式材料计量设备接收材料的区域。因此，只有这些区域将材料传递至了衬底上，从而确保了清晰和准确的特征。在油墨偶然沉积至无图像区的情况下，由于图像的凸起，这些区域不会印刷出来，从而提供了一定水平的冗余。

混合印刷系统20的非接触式计量设备24安装得离印刷滚筒50很近。在数个实施方案中，设备24根据预期应用所需的准确度的不同而安装在距离印刷滚筒50约1-4mm处。在一个实施方案中，设备24安装在距离印刷滚筒50小于1mm处。非接触式材料计量设备24被适当地装配，以在接收到来自例如，印刷控制系统44的适当释放信号后将精确计量数量的材料80传递至由印刷滚筒50限定的印刷图像上。

在数个实施方案中，非接触式计量设备24能计量约0.75皮升或更大量的材料80。应该了解的是，量取决于电子设备中存在的特征的类型。例如，如果系统20要提供3微米宽，间距3微米的线条，膜厚约50nm，则设备24将以高分辨率沉积不足皮升的微滴，如0.75皮升。如果系统20要提供30微米或更大的厚度约300nm的栅极或痕迹，则设备24将沉积约5皮升的微滴。应该了解的是，系统20可以合并两个设备24，一个用于沉积不足皮升范围内的微滴，另一个用于沉积5-100皮升范围内的微滴。

非接触式材料计量设备24与材料贮器86连通。贮器86可以与设备24整合在一起，或者单独位于靠近或远离设备24的位置上。储存在贮器86中的材料包括但不限于导体材料，如薄金片，薄银片，nm银或nm金，半导体材料，如聚噻吩，也称作PEDOT，或其它适宜的苯胺与吡咯的共聚物，以及绝缘材料，如聚乙烯酚(polyvinyl phenol)。材料可以混悬或溶解在任何适宜的溶液中。应该了解的是，每个印刷滚筒50均可以使用一个或多个非接触式计量设备24，并且一个或多个非接触式计量设备24可以与例如，分离的印刷滚筒区结合。

应该了解的是，由印刷控制系统44发出的适当释放信号表明，沉积至印刷滚筒50上的材料的计量数量可以随位置的不同而不同，从而增加了可以生产的电子组件和电路图的多样性。在一个实施方案中，非接触式材料计量设备24是数字化非接触型压电式喷墨头。可以用于本发明的其它实施方案的非接触式材料计量设备的其它例子包括但不限于公知的热感应式或音驱喷墨头，传统气溶胶系统或气相沉积系统。在气相沉积系统中，产生密集的蒸气，暴露于蒸气的时间决定了计量供给至印刷版上的材料的量。在该实施方案中，为了得到合格的印制电子，将气相沉积系统与凸版联合使用。

在本发明的数个实施方案中，喷墨头因其具有许多有益特征而被用作非接触式材料计量设备，现在将对其中一些有益特征进行描述。喷墨头，如压力式喷墨头可以适应较宽范围的材料和粘度，从而导致更柔性的印刷平台。喷墨头也被设计成能精确计量特定量的材料，并能精确计量约0.75皮升的材料。喷墨头通常装配有多个分离的可以根据所接收的释放信号独立释放的释放喷嘴(例如1，16，64，128或256)。喷嘴的数量和控制各喷嘴释放的能力提供了材料在由印刷版形成的图像上的极准确和柔性的放置。喷墨头还由于其提供密封贮器的能力而提供了许多环境和流体处理方面的益处。这最小化或潜在地消除了与挥发性有机化合物(VOC)泄漏相关的麻烦。密封贮器也减少了与蒸发，污染和净化有关的材料损耗，并简化了操作成本。

应该了解的是，印刷系统20可以包括其它为方便说明而未显示的组件。例如，印刷系统20包括工作组件与其功能性地连接的框架。框架可以是组合在一起来装载，支撑等各种组件的任何种类的结构元件，并且通常由焊接，铆接，销接或以其它方式连接在一起的钢架元件构成。

为了用印刷系统20来印刷图像，衬底纸60被传送通过印刷压印线56，与传统的卷片轴或其它类型的纸推进结构40连接。当印刷控制系统44准备印刷预期图像时，印刷控制系统44将适当信号发送至非接触式计量设备24和一个或多个用于使印刷和压印滚筒50和54旋转，并为用于将衬底60传送通过印刷压印线56的纸推进结构40提供动力的电机34。当衬底60被传送穿过印刷压印线56，并且印刷和压印滚筒50和54在彼此反方向旋转时，非接触式计量设备24根据由印刷控制系统44发送至非接触式计量设备24的信号，在适当的时间将材料80按计量的数量和所选位置，如形成印刷图像的凸起部分76沉积至印刷滚筒50的旋转的印刷版72上。

应该了解的是，印刷滚筒50的旋转与材料80通过非接触式计量设备24在印刷滚筒50上的沉积是同步的，这样材料80便可以按预期的位置和数量沉积。当印刷滚筒50与压印滚筒54彼此反向旋转时，衬底60的一部分通过印刷压印线56。当衬底60的一部分行进通过印刷压印线56时，如图3A和3B中所示，来自印刷版72的材料80通过与衬底60接触而以印刷版图像的形式传递。照这样，材料80便作为印制层沉积至衬底60上，从而形成印制图像82。

现在转到图4，这里显示了根据本发明的方面形成的总称为120的混合印刷系统的另一个实施方案的图示。除了下文将要详细解释的差别外，系统120与图1-3中所示印刷系统在材料，构造和操作上基本相似。系统120适用于制造具有多层沉积材料的特定电子组件，如电容器。如图5所示，系统120包括多个(图示为3个)印刷台122A-122C，每个印刷台都分别由非接触式计量设备124A-124C，如喷墨头，印刷滚筒150A-150C和中央压印滚筒(CIC)154的一部分组成。尽管显示的是CIC，但本发明也可以使用其它配置，如图9最佳显示的为联线配置(in-line configuration)的各印刷滚筒150A-150C的分离压印滚筒156A-156C。

回到图5，印刷滚筒150A-150C围绕CIC 154的一部分对称放置，从那里空间距离形成适用于接受所选衬底的印刷压印线158A-158C(见图6A-6C)。应该了解的是，为了适应不同的衬底和衬底厚度，印刷滚筒150A-150C可以安装成可调节的，以调节印刷压印线158A-158C。在所示实施方案中，非接触式材料计量设备124A-124C是喷墨头，每个喷墨头与各自的储存多种预期聚合物或非聚合物材料中的一种的贮器(未图示)流体连通。这些材料可以包括但不限于导体材料，半导体材料和介质材料。

在所示实施方案中，喷墨头124A，124B和124C分别与储存导体材料，如金，绝缘材料，如聚乙烯酚和其它导体材料，如银的贮器相连。这样，如下文将要详细描述的那样，便可以用通过印刷台122A-122C沉积的累加层形成电容器。

各印刷滚筒150A-150C分别支撑印刷版166A-166C。如图6A-6C所最佳显示的那样，印刷版166A-166C各自限定印刷图像168A-168C，其中印刷图像的聚集层(aggregate layers)形成要印刷的电子设备。印刷图像168A-168C可以以凸起，凹陷或平版的形式形成。在所示实施方案中，印刷图像是以凸起的形式形成的。现在看图7A-7C，这里显示了用于用聚合物和非聚合物材料，采用全加成方法制造电容器的一组印刷版166A-166C的一个实施例。如图7A-7C所最佳显示的那样，每个印刷版166A-166C分别限定要印刷在衬底160上的印刷图像168A-168C。

现在将参照图4-8描述一种使用系统120来制造电子设备188的适宜方法。如图5所最佳显示的那样，衬底纸160绕适当的辊190迂回行进，绕过印刷滚筒154，与卷片轴或其它类型的纸推进结构170连接。当印刷控制系统184准备印刷预期印制电子设备时，印刷控制系统184将适当的信号发送至非接触式计量设备124A和一个或多个用于使印刷和压印滚筒150A-154C和154旋转，并为用于将衬底160传送通过第一印刷台122A的第一印刷压印线156A的纸推进结构170提供动力的电机186。当衬底160被传送穿过印刷压印线156A，并且印刷滚筒150A和压印滚筒154在彼此反方向旋转时，非接触式计量设备124A根据由印刷控制系统184发送过来的信号，在适当的时间将材料180A按计量的数量和所选位置，如印刷图像168A沉积至印刷滚筒150A的旋转的印刷版166A上。

应该了解的是，印刷滚筒150A的旋转与材料180A通过非接触式计量设备124A在印刷滚筒150A上的沉积是同步的，这样材料180A便可以按预期的位置和数量沉积。当印刷滚筒150A与压印滚筒154彼此反向旋转时，衬底160的一部分通过第一印刷台122A的印刷压印线156A。当衬底160的一部分行进通过印刷压印线156A时，来自印刷版166A的材料180A通过与衬底160接触而以印刷图像168A的形式传递。这样，第一印刷台122A将第一层材料180A沉积至衬底上，从而形成了第一印制图像层182A。在一个实施方案中，第一印刷台122A将导体，如金按图7A所示模式以约50nm的厚度沉积至衬底160上。

其上现已具有第一印制图像层182A的衬底160的部分被推进至第二印刷台122B，在那里进行将第二层沉积至第一印制图像层182A上的步骤。应该了解的是，第二印刷台122B的运作与第一印刷台122A基本相似，这样，在控制系统184发出适当信号后，材料180B从非接触式计量设备124B沉积至印刷版166B的印刷图像168B上，当衬底通过第二印刷台122B的第二印刷压印线156B时，印刷图像168B将材料180B从印刷版166B传递至第一印制图像层182A的至少一部分上，从而形成第二印制图像层182B。

在一个实施方案中，第二印刷台122B将绝缘体，如聚乙烯酚作为第二印刷图像层182B沉积至第一印制图像层182A上。第二印制图像层为图7B所示图像168B的形式，厚约200nm。在该实施方案中，第二印刷台能达到层与层之间(即，在第一和第二层182A和182B之间)约25微米的配准公差。

其上现已具有第一和第二印制图像层182A和182B的衬底160的所述部分被推进至第三印刷台122C，在那里进行将第三层材料180C沉积至前两层印制图像层上的步骤。应该了解的是，第三印刷台122C的运作与第一和第二印刷台122A-B基本相似，这样，在控制系统184发出适当信号后，材料180C从非接触式计量设备124C沉积至印刷版166C的印刷图像168C上，当衬底160通过第三印刷台122C的第三印刷压印线156C时，印刷图像168C将材料180C从印刷版166C传递至第一和/或第二印制图像层182A，182B的至少一部分上，从而形成第三印制图像层182C。

在一个实施方案中，第三印刷台122C将导体，如银按图7C所示图像的形式，以约100nm的厚度沉积至第二印制图像层182B上。在该实施方案中，第三印刷台122C能达到层与层之间(即，在第二和第三层182B和182C之间)约25微米的配准公差。

当希望制造具有3层以上结构的电子设备时，可以增加任何数量的如图5中的模型所示的附加印刷台122，用于将适当的材料和预期图像印刷至聚集层上。一旦电子设备188以这样的加成方法印刷完成，衬底160便可以传送经过干燥设备194，如在约100-180℃的温度范围内运行的热烘箱。由印刷系统120制造的一个适宜电子设备的侧视图在图8A-8C中逐层显示。

由上述说明和注解可见，本发明的实施方案提供了用于以加成方法制造电子设备的混合印刷系统和方法。通过使用非接触式材料计量设备，如喷墨头，可以将精确计量数量的材料沉积至印刷版的预期位置上。喷墨头精确计量和定位沉积的能力也为混合系统和方法提供了沉积厚度基本均匀的厚约50-100nm或更厚的材料层的能力。喷墨头和凸版也提供了在3微米内安放特征，如痕迹，电极等，产生直线和连续线以及提供层与层之间在某些情况下低于25微米的配准公差的能力。

尽管本文举例说明和描述了电容器的制造，但其它电子设备也可以用本文所述方法和系统制造。例如，应该了解的是，通过选择要沉积的材料，在每个印刷版上形成的图像，沉积层的先后顺序和印刷台的数量，可以制备许多电子设备中的任何一种。电子设备的一些例子包括但不限于电阻器，电容器，电感器，晶体管，二极管，整流器，振荡器，存储器，如化学传感器，电子传感器，温度传感器，湿度传感器，压力传感器，运动传感器和pH传感器，显示器，扬声器，I/O板，时钟，电致发光灯，太阳能电池，红外电池以及收音机。

在一个非限制性实施方案中，晶体管由含有四个印刷台的系统构成，四个印刷台分别沉积连续层的第一导体，如金，半导体，如聚噻吩，也称作PEDOT，绝缘体或介质，如聚乙烯酚和第二导体，如银。

应该了解的是，溶解或悬浮在溶液中的任何材料，例如传统印刷油墨，导体和半导体聚合物或非聚合物油墨，介质聚合物，微米或nm颗粒金属油墨，有机和无机染料及色素，油漆，隔离材料，粘合剂，清漆等，都可以用于本发明的实施方案，并通过本发明的实施方案中所用非接触式计量设备来释放。

在过程或非过程彩色油墨在彩色印刷环境中印刷的实施方案中，可以实现许多优于传统印刷系统的益处。例如，非接触式材料计量设备，如喷墨头的使用，通过取消对额外计量硬件，如刮墨刀，墨盒，配管，泵，网纹辊，墨吸取和传递辊，排气罩和用于控制VOCs的风扇等的需求而简化了印刷系统。因此，非接触式材料计量设备和模拟印刷机组件，如印刷滚筒和压印滚筒的使用能大大简化商业印刷工业中这些设备的操作和成本。

尽管本发明已参照附图所示实施方案进行了描述，但应注意的是，在不超出权利要求所述本发明的范围的条件下可以进行替代或采用等同体。例如，尽管本发明的实施方案已参照柔性版印刷机进行了描述，但应该了解的是，还可以采用本发明的其它方面，用其它类型的纸印刷机的组件，如石版印刷，凸版印刷，轮转影印和丝网印刷，组件和技术均涵盖在本发明的范围内。在数个实施方案中，衬底可以选自但不限于未涂布纸，涂布纸，层压纸产品，瓦楞纸板，规格材(dimensionlumber)，胶合板，玻璃和各种塑料薄膜，如聚乙烯或聚萘，纤维素膜等。此外，尽管印刷台122A-122C被作为混合印刷台进行展示和描述，但应该了解的是，它们中任何一个都可以是传统的印刷台，如油墨喷头，凹版印刷或柔性版印刷。因此，希望本发明的范围由所述权利要求书及其等同体决定。

Claims (18)

1.在衬底上印刷电子设备的方法，包括：

获得衬底；

将衬底传送通过一系列连续的印刷压印线，所述压印线在一个衬底支撑结构的至少一部分和多个印版结构之间形成，各印版结构限定印刷图像；

将多种材料中的一种连续沉积至印版结构的印刷图像上，材料的连续沉积通过多个非接触式计量设备完成，其中各印版结构的印刷图像代表要印刷在衬底上的最终图像层；和

当衬底传送通过系列连续印刷压印线时将沉积在印版结构的印刷图像上的材料逐层依次传递至衬底上，从而以加成的方式形成由多个印制图像层组成的印制电子设备。

2.权利要求1的方法，其中至少一个印制图像层具有基本均匀的厚度。

3.权利要求2的方法，其中所述至少一个印制图像层的厚度在约50-200nm的范围内。

4.权利要求1的方法，其中印刷图像选自凹版印刷图像，凸版印刷图像和平版印刷图像。

5.权利要求1的方法，其中非接触式计量设备是喷墨头。

6.权利要求1的方法，其中多种材料选自导体材料，半导体材料和绝缘材料。

7.权利要求1的方法，其中的衬底选自未涂布纸，涂布纸，层压纸，瓦楞纸板，规格材，胶合板，玻璃，塑料膜和纤维素膜。

8.权利要求1的方法，其中衬底支撑结构是压印滚筒。

9.权利要求1的方法，其中印版结构是印版滚筒。

10.用权利要求1的方法制成的产品。

11.印刷多个印刷层的方法，包括：

(a)将衬底传送至第一印刷台，由此第一印刷台包括非接触式材料计量设备、限定第一印刷图像的印刷滚筒以及至少一部分压印滚筒；

(b)通过非接触式材料计量设备将第一种材料沉积至印刷滚筒的印刷图像上；

(c)将沉积在印刷图像上的第一种材料传递至衬底上，从而形成分离的第一印制图像层；

(d)将衬底传送至第二印刷台，由此第二印刷台包括第二非接触式材料计量设备、限定第二印刷图像的第二印刷滚筒以及一部分压印滚筒；

(e)通过第二非接触式材料计量设备将第二种材料沉积至第二印刷滚筒的第二印刷图像上；

(f)将第二种材料从第二印刷图像传递至第一印制层的至少一部分上，从而形成分离的第二印制图像层。

12.权利要求11的方法，其中第一或第二印制图像层具有基本均匀的厚度。

13.权利要求11的方法，其中第一或第二印制图像层的厚度在约50-200nm的范围内。

14.权利要求11的方法，其中第一或第二非接触式材料计量设备是喷墨头。

15.权利要求11的方法，其中的衬底选自未涂布纸，涂布纸，层压纸，瓦楞纸板，规格材，胶合板，玻璃，塑料膜和纤维素膜。

16.权利要求11的方法，其中的材料选自导体材料，半导体材料和绝缘材料，金属油墨，非金属油墨，清漆，粘合剂，聚合物涂料，有机染料，无机染料，油漆及隔离材料。

17.权利要求11的方法，进一步包括：

(g)将衬底传送至第三印刷台，由此第三印刷台包括第三非接触式材料计量设备、限定第三印刷图像的第三印刷滚筒以及一部分压印滚筒；

(h)通过第三非接触式材料计量设备将第三种材料沉积至第三印刷滚筒的第三印刷图像上；

(i)将第三种材料从第三印刷图像传递至第一或第二印制图像层的至少一部分上，从而形成分离的第三印制图像层。

18.用权利要求11的方法制成的产品。

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