CN102574396B - 用于非接触性材料沉积中的喷嘴补偿方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一打印方法，其中打印是使用一具有冗余喷嘴的第一打印单元。然后，该方法可包括停止以第一打印单元之打印，同时以一第二打印单元的有效喷嘴继续作打印。该方法可包括检查第一打印单元且识别故障的喷嘴，然后将故障喷嘴指定为待用且将第一打印单元的待用喷嘴指定为一新有效喷嘴。根据部分实施例，该方法可包括在检查前将第一打印单元移动至一检查区同时以一第二打印单元的有效喷嘴继续作打印以及在检查后将第一打印单元移回至打印区且以第一打印单元继续作打印。

Description

用于非接触性材料沉积中的喷嘴补偿方法与系统

技术领域

本发明为用于非接触性材料沉积中的喷嘴补偿方法与系统。

背景技术

非接触性材料沉积打印是印刷电子件及太阳能电池产业中一种具吸引力的用于图案化及沉积材料的方法。例如，通过将传导材料直接沉积于太阳能电池的背或前表面来形成传导线以对于电池产生的电荷提供传导路径的方式可提高太阳能电池的效率及量产的生产力。

诸如喷墨打印或气剂打印等沉积打印技术包含通过使一打印头及一基材沿着一打印方向相对于彼此移动以从喷嘴沉积打印材料滴粒。沉积打印其中一项相关问题在于：可能停止喷注或可能作不良喷注的故障喷嘴。为此，一故障的喷嘴可能导致不平均的传导线，因此可能造成缺乏效率或无法运作的太阳能电池。

发明内容

依据本发明的一实施例，特地提出一种打印方法，该方法包含：使用一具有喷嘴的第一打印单元在一打印区中作打印，该等喷嘴的一第一部分被指定为有效喷嘴且该等喷嘴的一第二部分被指定为待用喷嘴，其中通过从该第一打印单元的有效喷嘴选择性地沉积材料以作出该打印；停止以该第一打印单元的该打印同时以一第二打印单元的有效喷嘴继续该打印；检查该第一打印单元的喷嘴；以检查结果为基础来选择一新组的有效喷嘴；及以该新组的有效喷嘴来继续使用该第一打印单元的该打印。

附图说明

在本说明书的结论部分特别地指出且独特地请求被视为本发明的标的物。然而，连同图式参照下文详细描述将可最清楚地了解本发明的组织与操作方法、及其目的、特征构造与优点。图中：

图1显示根据本发明的实施例的一示范性打印系统；

图2显示有助于显示本发明的实施例的具有冗余喷嘴且被定位成平行于打印方向的打印单元；及

图3显示根据本发明部分实施例的用于打印的方法的流程图。

100…打印系统

105A-105F…打印单元或打印头

106,221-223,224-228…喷嘴

110…打印区

115…控制器

120…图像获取单元

121…侦测器或成像装置

122…图像处理单元

123…储存系统或单元,储存器

125…服务区

200,210,220,230…打印单元

310,320,330,335,340,345,350…制程

X…打印或扫描方向

请了解为了图示简单及清楚起见，图中显示的组件未必依实际比例绘制。例如，为求清楚，部分组件的维度可相对于其它组件被放大，并依需要，不同图中可重复编号以代表对应或类似的组件。

具体实施方式

下文详细描述中，提供许多特定细节藉以彻底了解本发明。然而，熟习该技艺者将了解：可以在缺乏这些特定细节下实行本发明。其它案例中，则不详述熟知的方法、程序、组件、模块、单元及/或电路以免模糊本发明。

本发明的实施例可适用于多种不同的打印系统及方法。为了清楚及简单起见，对于非接触性材料沉积系统的示范性实施例及参照大部份针对使用一喷墨系统的供太阳能电池所用的传导金属线制造的应用。然而，本发明的范围不限于此等示范性实施例而可适用于其它沉积系统诸如气剂喷注沉积系统或配送器，且适用于其它应用诸如图形、新闻、大众媒体、包装、电子件及其它。

本发明的实施例有关一用于在一打印制程或一打印工作处于进程中时检查打印喷嘴并依需要取代有效打印的喷嘴的系统及方法。根据实施例，该系统可包含冗余打印头或打印单元，以使打印头数量可大于进行一所想要打印任务所需要的打印头数量。在打印期间的任何给定时间，打印头的一部分可为有效而其余打印头则可为冗余打印头。

为此，当一打印制程处于进程中时，将指定选自装设于一系统中的复数个打印头的一第一次组以沉积材料于一基材上，一第二、不同次组的打印头可能接受或经历一维修程序。例如，当一第一打印头主动地沉积材料于一基材上时，一第二打印头可从一打印区域或区重新安置至一检查、服务或维修站。当第二打印头被检查、服务、修理或以其它方式接受一维修程序时，第一打印头可继续打印及/或沉积材料。

部分实施例中，该方法可包括将线打印在一基材上，例如通过从一具有配置于一或多列中的喷嘴的打印单元来沉积材料以将接触线打印于一半导体晶圆上。根据实施例，打印单元可包含冗余喷嘴。一打印单元中的喷嘴数量可能大于达成一所想要打印任务、例如以所想要分辨率打印一线所需要的喷嘴数量。在打印期间的任何给定时间，一打印单元内的喷嘴的一部分可能为有效，同时其余喷嘴则可为冗余或待用。只通过被指定为有效喷嘴的喷嘴来达成打印，其余喷嘴则被指定为待用喷嘴。在一特定列内，材料可被选择性地沉积。

该方法可进一步包括将打印单元移动至一检查区，同时以可进行前者打印单元的任务的另一打印单元的有效喷嘴继续作打印。检查区中，喷嘴受到检查且有效喷嘴的一者可被识别成为一故障喷嘴。根据部分实施例，可在打印区达成检查而无需将打印单元移动至检查区。

然后，经识别的故障喷嘴可被指定为待用，且先前被指定为待用喷嘴的一者可变成一有效喷嘴以取代故障喷嘴。该方法可进一步包括将打印单元从检查区移回到打印区并以该单元继续打印以使新有效喷嘴取代故障的喷嘴。

根据本发明的实施例，全部喷嘴在检查区或打印区中被检查之后，该系统可分析检查数据并可以预定考虑因素为基础选择一最佳组的喷嘴作为有效喷嘴。然后，所选择的喷嘴可被指定或指明为有效喷嘴，打印单元的其余喷嘴则将被指定为待用。可以一所需要的滴粒尺寸、喷注稳定度及/或选择其喷注方向相距喷嘴板(孔口板)的法向具有实质类似的偏差的喷嘴作为基础，藉以决定最佳组的喷嘴。选择最佳组的喷嘴时可将其它参数列入考虑，而不脱离本发明的范围。

参照第1图，图中显示根据本发明示范性实施例的一示范性打印系统的高阶方块图。示范性系统、标为系统100可能能够执行连续高速、高产量打印工作而不需频繁停止以供维修或检查。请注意系统100可适用于多种不同的打印系统，例如喷墨或气剂配送系统。系统100可包括打印单元或打印头105A-105F，一打印区110，诸如一传送器或平台(未图示)而界定一打印区域的宽度，其上可放置有诸如半导体晶圆等打印媒体，及一服务区125，其中可发生打印单元及其喷嘴的维修及检查。

服务区125可包括一或多个维修站以进行对于打印单元的不同维修操作。虽然只显示六个示范性打印单元，可使用任何适用数量的打印单元而不脱离本发明的范围。决定出打印单元数量以使至少一个打印单元为冗余。通过冗余作用，能够在有效喷嘴继续打印制程时，同时地检查待用喷嘴。为此，来自单元105A-105F的至少一打印单元可能能够独立地移动于打印区110与服务区125之间，同时其它打印单元则保持位于打印区并继续打印制程。服务区125可接近或紧邻于打印区110。根据本发明的部分实施例，打印单元105A-F可被安装在轨道上使其可能从打印区110移动至服务区125。可使用任何其它的运送单元或机构而不脱离本发明的范围。

各打印单元105A-F可包含配置于一或多列中的喷嘴106。第1图的示范性图示中，各列具有平行于打印或扫描方向X所配置的八个喷嘴。然而，熟习该技艺者将了解:各列可包括数十或数百个喷嘴。各列可包括用来在侦测到时代替故障喷嘴的冗余喷嘴。一故障喷嘴可能例如为一无法喷注任何材料的阻塞的喷嘴，一只能喷注来自所想要材料量的一部分的微弱或部份阻塞的喷嘴，或一在强烈偏离大部份喷嘴喷注方向的一方向作喷注的喷嘴。

打印单元105A-C可被定位成紧邻于打印区110俾使该等列平行于打印方向X。若基材被一传送器移动，打印方向可由基材前进方向所代表。此组态中，各列可在一扫描中在与打印方向平行的一方向中打印单一金属化线。根据本发明其它实施例，打印单元相对于打印方向可能具有其它建置或组态。

系统100可进一步包括一用来控制打印制程的控制器115，及一被耦合至控制器115的图像获取单元120。根据本发明的实施例，控制器115可进行、或配合进行系统100的组件及其运作的诸如但不限于协调、组构、排程、仲裁、监督、操作及/或管理等任务或功能。例如，控制器115可控制打印单元105A-F及被打印物体在打印区110中的运动。控制器115可包含任何所需要或适当的硬件、软件、韧体或其一组合。例如，控制器115可身为一含有一控制器及/或中央处理单元(CPU)、一内存及输入与输出单元的运算装置。

图像获取单元120可包含一侦测器或成像装置121，诸如摄影机或电荷耦合组件(CCD)以通过例如获取离开喷嘴的材料滴粒的图像来检查喷嘴的状态与条件。可使用任何其它适当的视觉侦测器或任何其它用于识别喷嘴状态的方法。图像获取单元120可进一步包含一图像处理单元122以分析图像并决定受检查的喷嘴及用以储存有关喷嘴状态的数据的储存器123的现今状态。

根据本发明的实施例，侦测器121可耦合至一用于处理及储存所撷取图像的专用运算及储存装置，或替代性地，控制器115可进行这些操作。根据本发明的实施例，一诸如脉冲式雷射源或脉冲式发光二极管(LED)等脉冲式光源可耦合至侦测器121以能够将从喷嘴沉积的滴粒予以成像。控制器115可进一步控制及管理检查程序，例如协调滴粒的射出、光脉冲及摄影机的操作。

现在参照第2图，图中显示具有冗余喷嘴且被定位成平行于打印方向的一数组的打印单元，以展示本发明的实施例。可在生产太阳能电池时利用打印单元210、220及230将传导线打印在一半导体晶圆上。根据本发明的实施例，打印期间，一第一次组的喷嘴可被指定为有效喷嘴，例如，喷嘴224-228可被指定为有效。打印单元220内的一第二次组的喷嘴、例如喷嘴221-223可被指定为待用。识别出一喷嘴、例如喷嘴225具有缺陷时，有缺陷的喷嘴可由待用喷嘴221-223的任一者予以代替。例如，喷嘴225可被重新指定为待用，且喷嘴222可被重新指定为有效。

根据本发明的实施例，当一打印制程处于进程中且当用于界定第一次组的打印单元中的一个或多个打印单元正在主动地沉积时，用于界定一第二次组的打印单元的另一或多个打印单元可移动至服务区125以供维修及/或检查用。并且，若需要，可将至少一对喷嘴的状态互换藉以使先前有效的喷嘴变成待用且先前待用的喷嘴变成有效。

被重新安置于服务区125的打印单元可作检查、服务及组构。例如，可通过获取经检查单元的喷嘴所配送或射出之滴粒的图像来检查喷嘴。图像可随后通过图像处理单元122予以分析。以该分析作为基础，故障喷嘴可被识别且由冗余喷嘴所取代。并且，可修改或验证不同的工作参数。例如，以一喷嘴的检查为基础，可修改诸如压力、温度或电压等工作参数。

再度参照第1图，图像处理单元122可从侦测器121接收图像并通过施加适当的图像处理技术来处理此等图像。例如，可通过图像处理单元来进行所喷注滴粒的形状、轨迹及速度的分析。例如，可利用图像处理以从喷嘴所射出滴粒的一图像为基础来决定一喷嘴的一状况。另一范例可将可能在一预定时间期间所获取的两个或更多个图像予以比较。通过比较图像或另行将图像建立相关，可决定出一喷嘴的不同状况、故障或其它状态。例如，可通过比较接连或接续的图像来侦测一喷嘴的效能劣化。

虽然一视讯摄影机可提供与可见光相关的图像，可产生其它图像。例如，侦测器121可为一可记录温度的红外线摄影机，藉以提供所射出墨水或气剂的温度分布。虽如此处所述，成像装置或侦测器121可放置在服务区域，可能具有其它组态。例如，一或多个摄影机可放置成接近一例如区域110等打印区域、其周围或予以紧邻。在喷嘴沉积材料至一测试基材上的打印制程期间，此等摄影机可获得图像。

储存系统或单元123可接收及储存侦测器121所获取及/或从例如远程服务器或可移除式储存媒体诸如光盘片(CD)或内存芯片等不同来源所获得的图像。例如，可将一所想要射出的参考图像加载或以其它方式储存于一储存装置中并可用来与侦测器121所获取的图像作比较或以其它方式建立关连。一参考图像可含有一理想、或其它所想要的射出或沉积的一图像，并因此可例如通过将其与一第二图像作比较来使用藉以决定在第二图像中所成像的一射出是否可接受或者另行决定该射出的一质量或与已自其喷注的经成像滴落的喷嘴相关的其它功能参数。

熟习该技艺者应了解：通过打印单元或打印头的冗余作用，可能能够动态地选择参与一打印制程中的打印头。为此，在一打印制程期间可能存在及/或可取得冗余、备用、未使用或怠惰的打印头。此等冗余打印头可能能够在一打印制程持续进行中、主动或处于进程中之时动态地取代打印头。例如，若一第一打印头为有效(例如通过将材料沉积在一媒体上主动地参与一打印制程)、需要、或被选择作服务或检查，则一第二、待用、怠惰或冗余打印头可通过被制成有效来取代第一打印头。为此，第一打印头(此时被取代)可被制成待用并可进一步被检查、服务或另行接受一维修程序。

根据本发明的实施例，打印单元或打印头可配备有冗余喷嘴。例如，一可能需要一百(100)个喷嘴藉以进行其预定任务的打印头可配备有五百(500)个喷嘴。为此，只有被配合、包括或装设在一打印头中的一次组的喷嘴可主动地参与一打印制程，例如将材料实际地射出至一表面或媒体。根据本发明的实施例，如此处所描述的喷嘴冗余性可能能够动态地将一次组的喷嘴选择或指定成为有效。此冗余性可进一步能够以待用喷嘴来取代有效喷嘴。例如，当例如由于故障或一排定或周期性维修例行工作的一部份而决定需要更换或服务一打印头中的一第一喷嘴时，一第二、待用或冗余喷嘴可通过将材料射出至一表面或媒体上而被选择、制成有效、并可能取代第一喷嘴。

参照第3图，图中显示根据本发明部分实施例的一用于打印的方法的流程图。如方块310所示，该方法可包括开始一使用一第一打印单元或打印头的打印制程。例如，可将一打印档案中的信息提供至一打印系统，诸如第1图所述的系统100。控制器115由于拥有此信息，将可使一传送器定位出晶圆，俾使一次组的喷嘴(在打印单元230及220中皆被指定成为有效喷嘴)可将传导材料沉积于其上。以此打印档案中的信息为基础，控制器115可控制喷嘴及打印单元藉以根据打印档案中的规格或参数来沉积材料。

如方块320所示，该方法可包括将一或多个打印单元、例如打印单元220移动至一服务区。打印单元在服务区被检查及/或服务的时间期间，另一打印单元、诸如先前为冗余的打印单元210可变成有效藉此以打印单元210及230来继续打印制程。如方块330所示，该方法可包括检查打印单元200的喷嘴以及将一或多个喷嘴、例如喷嘴225识别成为故障或具有缺陷的喷嘴。

该方法可包括决定故障是否可被修理。例如，若侦测到一喷嘴的孔口被完全阻碍，可存在一用于从孔口移除阻碍藉以修理故障的程序。其它侦测到的故障可能需要一复杂、可能为手动的程序藉此予以修理。立即地或在一打印制程处于进程的同时将一故障分类为可被处置或修理的故障可能依据不同参数及/或组态而定。若故障可被修理，流程可包括对于喷嘴提供服务。例如，可修改工作参数或可执行一自动化清除程序。

如方块335所示，该方法可包括以检查为基础来选择一最佳组的喷嘴作为最佳喷嘴。为此，该方法可包括当不可能修理或不想作修理时将一故障喷嘴指定为待用。被识别为待用的喷嘴可能不参与打印制程直到其状态改变成“有效”为止。如方块340所示，该方法可包含将所选择组的喷嘴指定为有效且将故障喷嘴及打印单元的其余喷嘴指定为待用。例如，该方法可包括将先前指定为一待用喷嘴的来自同列新故障喷嘴的一喷嘴指定成为有效。例如，决定喷嘴225为故障之后，先前待用且未参与打印制程的一冗余喷嘴、诸如喷嘴223可被指定为一将取代故障喷嘴225的有效喷嘴。

虽如此处所述，一第一故障喷嘴可被指定为待用且一第二待用喷嘴可被指定为有效藉以补偿故障喷嘴，可能具有其它情境。例如，具有相同打印单元且可能同列的喷嘴可以一预定排程为基础受到取代。例如，为了避免喷嘴中的墨水干燥，喷嘴可被周期性指定为有效或待用。虽然部分实施例中，一第一喷嘴可由一第二喷嘴所取代，可能具有其它组合。例如，一故障喷嘴可由两冗余喷嘴所取代。例如，此等两喷嘴可接受指令使其合并的操作与故障、受取代喷嘴的一预定操作相同。

如方块345所示，该方法可包括在检查结束之后，将第一打印单元移回到打印区。由于其它打印头可能在此时间正在打印，打印单元220可例如取代打印单元210来执行持续进行中的打印制程，且打印单元210可移动至服务区以供检查。或者，打印单元220可例如取代打印单元230来执行持续进行中的打印制程，且打印单元230可移动至服务区以供检查。为此，如方块350所示，该方法可包含停止以一工作打印单元作打印并利用第一打印单元继续打印制程。第一打印单元可例如为单元220，其中新有效喷嘴、喷嘴221取代先前所使用且此时故障的喷嘴225。

本发明的实施例可包括一诸如计算机或处理器可读取式媒体等对象、或一计算机或处理器储存媒体诸如内存、碟机、或USB闪存、编码以包括或储存有诸如计算机可执行式指令等指令，当其被一处理器或控制器执行时可实行此处所揭露的方法。

虽然本发明的实施例不在此限，此处的“复数个”用语可例如包括“多重”、或者“两个或更多个”。“复数个”用语可在整份说明书中用来描述两或更多个组件、装置、组件、单元、参数或类似物。

除非明述，此处所描述的方法实施例并不限于特定次序或顺序。此外，部分所描述的方法实施例或其组件可发生或进行于相同时间点或重迭时间点。如此技艺所知，诸如函数、任务、次任务或程序等可执行码分段的执行可称为函数、程序或其它组件的执行。

虽然本发明的实施例不在此限，利用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“决定”、“建立”、“分析”、“检查”或类似物等用语的讨论可能指一计算机、一运算平台、一运算系统、或其它电子运算装置的操作及/或制程，其将计算机缓存器及/或内存内的物理(例如电子)量代表的数据操纵及/或转换成为以计算机的缓存器及/或内存或可储存指令来进行操作及/或制程的其它信息储存媒体内的物理量所代表的其它数据。

虽然此处已经显示及描述本发明的特定特征构造，熟习该技艺者可得知许多修改、替代、变化及均等物。因此请了解，申请专利范围预定涵盖落在本发明真实精神内的所有修改及变化。

Claims (10)

1.一种打印方法，所述方法包括:

使用具有冗余喷嘴的打印单元，在扫描方向上打印线，所述喷嘴的第一部分被指定为有效喷嘴且所述喷嘴的第二部分被指定为待用喷嘴，其中通过从所述打印单元的有效喷嘴选择性地沉积材料来进行所述打印；其中所述喷嘴被配置为一列，且所述打印单元被设置为使得所述列平行于所述扫描方向；以及

使用一个先前被指定为待用喷嘴的喷嘴来替换一个所述有效喷嘴。

2.如权利要求1所述的方法，包括：

检查所述喷嘴的至少一部分；

基于检查结果来选择新的一组有效喷嘴。

3.如权利要求1所述的方法，包括:

获取来自所述有效喷嘴的滴粒喷射的图像；以及

基于所述图像的分析来识别故障喷嘴。

4.如权利要求1所述的方法，包括:

检查所述喷嘴的至少一部分；以及

分析检查数据。

5.如权利要求4所述的方法，其中对检查数据的分析包括：确定由所述喷嘴喷射的滴粒的尺寸。

6.如权利要求4所述的方法，其中对检查数据的分析包括：确定喷射方向与预定方向的偏差。

7.如权利要求4所述的方法，其中对检查数据的分析包括：确定来自所述喷嘴的喷射的稳定度。

8.如权利要求1所述的方法，其中沉积包括：将导电材料沉积在半导体晶片上以产生金属导线。

9.如权利要求1所述的方法，其中沉积包括：将导电材料沉积在印刷卡板上以产生金属导线。

10.如权利要求2所述的方法，其中基于滴粒尺寸、来自所述喷嘴的喷射的稳定度和所述喷嘴的喷射方向来选择所述新的一组有效喷嘴。