CN102648138A - 用于加工长的连续的柔性基片的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种装置和方法，所述装置和方法使在分离的多段柔性基片材料上的薄膜的精确对准且分辨率高的图案形成，该柔性基片材料从一个鼓展开并在加工后重绕在另一个鼓上。分离的多段基片被夹紧到卡盘上，所述卡盘沿平行于所述基片的长度的方向移动。提供了用于调节所述卡盘的上游和下游的基片的长度变化的调节单元。当夹紧到卡盘时，加工头横跨基片的宽度移动，并且通过使用减少过程和增加过程之一或两者的激光烧蚀、激光照射或喷墨印刷中的一种或其结合来形成图案。

Description

用于加工长的连续的柔性基片的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在连续的多段柔性非纺织基片上的多层薄膜中形成细微尺度、精确对准的图案的装置和方法，所述柔性非纺织基片从一个鼓展开并在加工之后重绕在另一鼓上。使用能够形成二维图案的无掩摸的直接写入方法在分离的确定长度内加工基片。具体地，所述方法适于在建立在柔性显示器、光伏板和其他微电子装置中的多层薄膜之上及之间形成电互连和介电部件。
背景技术
多年来，包装工业和印刷工业已经使用用于将印刷油墨涂覆到很长长度的柔性聚合物和纸材料上的筒对筒加工方法。在这种情况下，所谓的材料薄片被连续地移动，并且重复的油墨图案通过诸如苯胺印刷、胶版印刷和凹版印刷等各种辊传送过程被涂覆到所选区域上。传送辊直径设定了沿薄片流动方向的图案最大重复间距。近年来，随着对低成本的柔性电子装置的增长的需求，已经开发出使用具有电子功能的油墨的苯胺印刷和胶版印刷的连续的筒对筒加工过程。这些薄片连续移动且展开筒和重绕筒连续操作的“飞快(on the fly)”的印刷过程是非常快的并且可在薄片加速到每分钟几百米的情况下涂覆油墨图案。然而，由于在改变能可靠印刷的产品材料和设计以及最小线宽方面存在有限的灵活性并具有相对较差的与基片上的已有图案对准的精度，因此这些印刷过程不适于形成现在所需要的最先进的多层柔性微电子装置的图案。在这种情况下，需要几十微米的最小线宽以及比这更好的对准精度。这些类型的连续印刷过程的另一缺点在于：由于需要形成结构化的板或辊以确定油墨图案，因此它们仅适用于非常长的运行过程。
微电子工业和医疗工业也使用筒对筒加工方法制造诸如太阳能板和传感器等柔性电子装置。在这种情况下，通常需要较高的对准精度，并且丝网印刷技术是为达到此目的而经常使用的一种方法。在这种情况下，确定长度的柔性基片被从鼓拉出并被支撑在加工卡盘上。适当的掩模屏与基片对准，随后通过刀片越过卡盘长度的一维运动通过支配并迫使通常具有一些电子功能的过量的油墨通过丝网掩模以确定所需的图案。由于需要使丝网与基片接触，丝网与基片在印刷循环期间保持静止，同时刀片横跨网屏移动。因此，丝网印刷不是连续的过程，而是在分离的基片区域上操作，展开筒和重绕筒通常间歇地操作，或者薄片累加器单元被设置在丝网印刷机的每一侧以允许剩下的生产线和展开筒和重绕筒连续操作。丝网印刷被限制在最小约100μm的线宽，因此不能用于要求线宽下降到几十微米的先进的柔性微电子装置。此外，由于需要形成丝网以确定图案，丝网印刷更适于长的重复的运行过程。
对于短的运行过程，每次改变图案设计都需要形成丝网或带图案的辊或板是严重的障碍。该局限性已经通过引入基于应用于有电子功能且装饰性油墨的按需喷墨的喷墨印刷的无掩膜印刷过程而被克服。在该过程中，具有一行或多行喷嘴的印刷头在基片上方沿二维光栅轨迹反复移动以覆盖确定区域。来自喷嘴的墨滴的喷射(firing)在适当时间通过电脉冲启动，使得所需的图案被确定在沉积的油墨中。这种类型的印刷通常称为“数字印刷”。这种印刷比之前描述的经典印刷方法慢得多，但由于墨滴放置控制因此能够获得更高的对准精度。也能获得低于50μm的线宽。因此，这种类型的印刷已经成为用于功能油墨印刷以制造精密的柔性微电子装置的常用方法。
当这种类型的喷墨印刷过程应用到薄板型基片(sheet substrate)时，通常将这些薄板型基片放置在卡盘上，卡盘沿一个轴移动基片，同时喷墨头设置成正交于另一方向且沿该另一方向移动。这种“交叉轴”系统可设计成快速、精确且高度可重复的。然而，当喷墨印刷应用于连续的柔性材料薄片时，喷墨印刷通常以这种模式操作：基片保持静止，喷墨头借助电动机驱动的双台架系统在整个加工区域上方沿两个维度移动。与“交叉轴”架构相比，这种布置导致速度、精度和可重复性的损失。
讨论的所有印刷方法都是增加图案形成过程，但是对于基片具有贴在表面的薄膜的情况，包括脉冲激光烧蚀或激光照射的减少过程经常用于微电子装置的形成。在这些情况下，为了形成所需的图案，每一脉冲激光用于通过直接激光烧蚀选择性地移除薄膜涂层的区域或薄膜涂层中的线，或者可替代地，CWUV激光器或准CW UV激光器用于使抗蚀层展示出所需的图案，所需的图案之后通过随后的显影和蚀刻过程被传送到底层膜中。
当这些激光加工用于形成薄板型基片的图案时，各种不同的方法被用于实现激光器与基片之间所需的相对运动。对于较小的基片，激光束静止而基片在卡盘上沿两个轴移动是最常见的。这在将来自静止的激光器的光束传递到加工头方面是最理想的布置，这是由于激光器与头之间的距离固定。对于较大的薄板来说，为了使占用的空间最小化，通常在静止的基片上方沿两个轴移动激光头。由于路径长度可显著改变，这在将来自静止的激光器的光束传递到加工头方面是最不理想的布置，加工头在此情形下沿两个轴移动通过一定距离。在实现最快的头和基片速度以及最高的精度和可重复性方面，以及在使静止的激光器和移动的加工头之间的路径长度的一维改变具有可接受的光学方案方面，激光头沿一个轴移动而基片沿另一个轴移动的交叉轴方式通常是最常见的。
然而，当激光加工应用于连续的柔性材料薄片时，由于相关的展开鼓和重绕鼓导致的局限性，其通常以这种模式操作：基片保持静止，加工头借助电动机驱动的双台架系统在整个加工区域上方沿两个轴移动。与“交叉轴”架构相比，这种布置导致速度、精度和可重复性的损失，并且经受与沿两个轴的变化的光学路径长度相关联的光束传递问题。
因此，为了通过增加过程和减少过程在用于柔性微电子装置制造所需的薄膜内形成高分辨率、准确对准的图案，需要一种装置，该装置能相对于从筒展开并重绕到筒上的连续的薄片柔性基片的分离的多段精确定位段的表面移动喷墨头或激光头或者移动喷墨头和激光头二者。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了用于在分离的确定长度的内加工长的连续的多段柔性基片以通过直接写入在所述基片上形成具有高水平位置精度的高分辨率、二维图案的装置，所述装置包括：
a.分配单元，所述分配单元用于沿第一方向周期性地分配来自展开鼓的确定长度的所述柔性基片，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
b.卡盘，分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧在所述卡盘上以进行加工；
c.第一调节单元，所述第一调节单元用于调节沿所述第一方向的长度变化并保持所述卡盘上游的所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
d.第一机械装置，所述第一机械装置用于在分离的某一长度的基片的整个长度上一次或多次沿第一方向来回地精确移动所述卡盘和所连接的所述分离的某一长度的基片；
e.安装在所述卡盘上方的加工单元，所述加工单元用于通过直接写入过程在所述确定长度的所述基片上形成高分辨率的二维图案；
f.第二机械装置，所述第二机械装置用于在所述基片的所述整个宽度上沿垂直于所述第一方向的第二方向一次或多次来回地精确移动所述加工单元；
g.第二调节单元，所述第二调节单元用于调节长度变化并保持所述卡盘下游的所述确定长度的基片内沿所述第一方向的恒定张力；
h.重绕单元，所述重绕单元用于在加工之后沿所述第一方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕在重绕鼓上，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；以及
i.控制系统，所述控制系统被设置成控制：
i.分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧到所述卡盘以进行加工以及当所述展开鼓和所述重绕鼓静止时所述卡盘沿所述第一方向的移动；
ii.所述卡盘和所述加工单元的移动，借助所述卡盘和所述加工单元二者的同步的连续运动，或者借助所述卡盘和所述加工单元中的一个沿一个方向的一系列连续运动结合所述卡盘和所述加工单元中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动；
iii.所述加工单元的操作；
iv.所述分离的确定长度的基片从所述卡盘的周期性的松开以及所述展开鼓和所述重绕鼓的操作，以将所述确定长度的基片重绕到所述重绕鼓上并从所述分配鼓展开另一分离的确定长度的基片。
优选地，所述装置具有如下部件：
a.具有相关联的薄片制动器和张力控制系统的薄片展开单元，所述薄片展开单元能够夹紧薄片基片或周期性地分配来自圆柱形鼓的分离的确定长度的未加工的柔性薄片基片以用于加工；
b.薄片长度补偿单元，所述薄片长度补偿单元能调节所有的长度变化并保持分离的某一长度的被分配且未加工的基片内恒定的张力，使得薄片伸长的程度被限定；
c.平板卡盘，所述平板卡盘连接到导致卡盘沿平行于薄片的方向移动的伺服电动机驱动载物台；
d.卡盘上表面内的真空通道，所述真空通道用于在加工过程中连接某一长度的未加工的基片；
e.加工单元置，所述加工单元安装在卡盘上方并连接到致使所述加工单元横跨薄片的宽度移动的伺服电动机驱动载物台；
f.连接到加工头的一个或多个照相机单元，所述照相机单元能够观察基片上表面；
g.连接到所述加工单元的一个或多个激光头、喷墨头或其他头，被布置成在卡盘上的基片的上表面上操作；
h.第二薄片长度补偿单元，其能够补偿所有的长度变化并保持分离的某一长度的已加工基片内的恒定张力，使得薄片伸长的程度被限定；
i.薄片重绕单元以及相关联的薄片制动器和张力控制系统，薄片重绕单元能够夹紧薄片基片或周期性地撑起(take up)确定长度的柔性基片并在加工后将其缠绕在圆柱形鼓上；
j.控制系统，所述控制系统允许程序化的协同的加工单元和卡盘的运动以及薄片长度补偿器与展开单元和重绕单元的操作。
操作中，所述装置优选地按如下方式工作：
a)展开单元和重绕单元上的制动器均被释放，并且两个单元被操作，使得分离的某一长度的薄片基片在张力控制下前进(advance)从而使得确定的长度被定位在卡盘之上；
b)通过卡盘表面中的通道、孔或微孔施加真空，使得确定长度的基片材料牢固地夹紧在卡盘表面上；
c)展开鼓和重绕鼓均停止，并且制动器被使用；
d)两个薄片长度补偿器被致动以撑起和释放由于卡盘沿薄片方向运动而在卡盘的每一侧产生的过量的薄片材料；
e)X载物台和Y载物台移动卡盘和加工单元，因此连接到加工单元的照相机单元能够确定基准标记或其他图案参考的位置；
f)测量参考标记的准确位置；
g)在载物台控制软件中进行校正以补偿基片到标准位置的任何测量角或位置偏移；
h)卡盘上的基片通过加工头和卡盘的适当运动而被加工；
i)卡盘真空被释放；
j)展开单元制动器和重绕单元制动器被释放并且两者都在压力控制下被操作，使得已加工的某一长度的基片被从卡盘区域移开；
k)重复上述步骤a至步骤i。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在分离的确定长度的内加工长的连续的多段柔性基片以通过直接写入在所述基片上形成具有高水平的位置精度的高分辨率、二维图案的方法，所述方法包括：
a)操作分配单元以沿第一方向周期性地分配来自展开鼓的确定长度的所述柔性基片，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
b)提供卡盘，分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧在所述卡盘上以进行加工；
c)调节沿所述第一方向的长度变化并保持所述卡盘上游的所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
d)在分离的某一长度的基片的整个长度上一次或多次沿第一方向来回地移动所述卡盘和所连接的所述分离的某一长度的基片；
e)提供在所述卡盘上方的加工单元，所述加工单元用于通过直接写入加工在所述确定长度的所述基片上形成高分辨率的二维图案；
f)在所述基片的所述整个宽度上沿垂直于所述第一方向的第二方向一次或多次来回地精确移动所述加工单元；
g)调节长度变化并保持所述卡盘下游的所述确定长度的基片内沿所述第一方向的恒定张力；
h)在加工之后沿所述第一方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕在重绕鼓上，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；以及
i)提供控制系统以控制：
i.分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧到所述卡盘以进行加工以及当所述展开鼓和所述重绕鼓静止时所述卡盘沿所述第一方向的移动；
ii.所述卡盘和所述加工单元的移动，借助于所述卡盘和所述加工单元二者的同步的连续运动，或者借助于所述卡盘和所述加工单元中的一个沿一个方向的一系列连续运动结合所述卡盘和所述加工单元中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动；
iii.所述加工单元的操作；以及
iv.所述分离的确定长度的基片从所述卡盘的周期性的松开以及所述展开鼓和所述重绕鼓的操作，以将所述确定长度的基片重绕到所述重绕鼓上并从所述分配鼓展开另一分离的确定长度的基片。
与该装置一起使用的薄片箔状材料可由适于支持微电子机构或传感器机构的任何柔性材料制成。假想所述材料通常是比如聚酯的聚合物，但也可以使用金属箔或纸箔。箔的厚度通常假想在几十微米至几百微米的范围内，但是，如果需要的话较厚的箔也是可能的且能够被鼓加工，并且较薄的箔也是可能的。薄片的宽度假想在几百毫米至超过1米的范围内，并且如果需要的话薄片的长度高达几千米，当时较窄的、较宽的和较长的薄片也可以被所述装置使用。
展开单元和重绕单元仅在基片材料从卡盘中释放时运转，并用来使确定长度的基片前进以进行加工。当卡盘上的基片被加工时，展开单元和重绕单元在闭环张力控制下保持静止并且薄片制动器被应用。两个单元上的鼓由伺服电动机驱动并具有来自薄片张力传感器的反馈以便保持薄片内的适当张力以控制伸长。假想对应于分离的加工区域长度的典型的薄片前进距离将在几百毫米至高达一米的范围内，但是其他较短和较长的前进和加工距离也是可能的。关于本发明的要点在于：所述装置是非常柔性的并且加工长度可通过展开单元和重绕单元的运动的适当编程化而被改变。如果这些单元每次它们操作时展开和重绕相同的长度，则加工长度保持相同。如果它们被导致重绕与展开的长度不同的长度，则加工长度可改变。
所述装置的架构是所谓的交叉轴类型的，具有沿横跨薄片的一个轴移动的加工头和沿沿着薄片方向的一正交轴移动的基片。整个基片区域的覆盖范围以下列模式之一实现：a)步进扫描模式，其中加工单元和卡盘载物台均间断地移动；b)横跨薄片的光栅扫描模式，其中加工单元进行横跨整个薄片宽度的一系列连续移动，并且卡盘在每当加工单元已经完成横跨薄片的转移时都进行小于整个行程的一系列步进移动；c)沿着薄片的光栅扫描模式，其中卡盘沿着其行程的整个长度进行一系列连续移动，并且加工单元在每当卡盘已经完成整个转移时都进行小于整个薄片宽度的一系列步进移动；d)向量写入模式，其中加工单元和卡盘载物台二者以协调的方式同时操作。
当装置正在以这四种模式中的任何一种操作时，由于基片连接到移动卡盘上，因此需要处理在卡盘组件的每一侧上的过量的基片材料。这通过两个特别的高速薄片长度补偿器单元实现。一个单元位于卡盘组件和展开单元之间，另一单元位于卡盘组件和重绕单元之间。这两个单元的功能是在卡盘沿薄片方向移动越过其整个行程的一部分或全部时撑起和释放过量的基片材料，而不会妨碍载物台(stage)的精度和速度，不会向薄片传递足够的拉拽以导致真空夹紧在卡盘上的所述某一长度的基片相对于卡盘表面移动，并且不会损坏基片或基片上的任何未处理或已处理的薄膜。当所述装置以其中卡盘沿其行程的整个长度进行一系列连续移动的光栅扫描模式沿着薄片操作时，长度补偿器单元需要最强有力地执行，在该模式中。在这种情况下，长度补偿器单元可能需要以高达1m/s的速度反复地撑起和释放松弛的薄片材料。实际中，长度补偿器单元将最可能由具有密集地间隔的平行辊的布置构成，其中，一个能移动的辊位于两个固定辊之间，使得当该能移动的辊相对于所述固定辊被移动时一定长度的薄片被撑起或分配。如果所述辊被间隔成使得在所述能移动的辊的每一侧的薄片长度是相同的，那么释放或撑起的薄片的长度等于所述辊的行程距离的两倍。该辊的被动移动或主动移动都是可能的。在被动的情形下，辊依靠重力维持薄片张力。在主动的情况下，辊通过包含薄片张力传感器的机构被向上或向下驱动。用于薄片长度补偿器单元的其他布置也是可能的。具有一个或多个水平或竖直安装的移动辊的单元可用于满足特定的需求。
各种不同的图案形成单元可连接到加工头上。这些图案形成单元包括：
1.用于将脉冲激光束直接聚集或成像在薄片表面上以烧蚀基片上的薄膜的光学系统；
2.用于将脉冲激光束聚集或成像在薄片表面上以烧蚀薄片上的薄膜的扫描仪和f-θ透镜系统；
3.用于将CW激光束或准CW激光束直接聚集或成像在基片表面上以进行薄膜固化或光照(photo exposure)的光学系统；
4.用于将CW激光束或准CW激光束聚集或成像在基片表面上以以进行薄膜固化或光照的扫描仪和f-θ透镜系统；
5.通过以连续区域或细线的形式在基片表面上涂覆材料薄层而形成图案的按需喷墨的喷墨印刷头；
6.通过以细线的形式在基片表面上涂覆材料薄层而形成图案的连续流喷墨印刷头；
7.通过热固化或UV固化过程在基片上凝固喷墨印刷液滴的干燥头；
8.在基片表面上的薄膜中划出隔离线的机械式划线器头。
相同类型的多个头或不同类型的头的组合可在所述装置上使用。
使用加工单元和卡盘二者的同步且连续的运动，或者通过加工头或卡盘中的一个沿任一方向(either direction)的一系列连续运动结合加工头或卡盘中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动，或者通过加工头和卡盘二者的一系列间歇运动，加工头可用于以多种不同模式在基片表面上的薄膜中形成图案。如果加工单元包含一个或多个聚集型激光束传送单元，则确定长度的薄片的整个区域通过加工单元和卡盘二者的同步且连续的运动或者通过加工头或卡盘中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合加工头或卡盘中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动来加工。如果加工单元包含由二维扫描器和透镜单元构成的一个或多个激光束传送单元，则确定长度的基片的整个区域可通过所述加工单元和所述卡盘二者沿任一方向的一系列间歇运动以步进扫描模式被所述激光单元加工。一种具有二维扫描器和透镜单元的可替换的布置也是可能的。在这种情况下，确定长度的基片的整个区域通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头或所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动以光栅模式在带中被加工。
在加工单元包含一个或多个按需喷墨的喷墨印刷头的情况下，可通过两种方式运行。当所述头以来自有限数量的喷嘴的连续液滴流的方式操作时，形成一系列沉积材料的平行线。这些线的间距可通过选择所使用的喷嘴的间距来进行粗略调节，并可通过相对于移动方向倾斜喷墨头被设定在一精确值以减小所需的有效间距。可替换地，当印刷头中的所有喷嘴都采用数字调制的液滴喷射方式运行时，确定长度的基片的整个区域通过喷墨头或卡盘中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合喷墨头或卡盘中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动在一系列平行带中以光栅模式运行。这种光栅模式的喷墨处理使得将在整个基片区域上形成完全对准的二维图案。
不同于按需喷墨的印刷头，加工单元可包含一个或多个连续流喷墨印刷头。这种头对于在沉积的油墨材料中形成线状图案是理想的。在这种情况下，确定长度的基片的整个区域通过喷墨头或卡盘中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合喷墨头或卡盘中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动在沉积材料的一系列平行线内进行处理。
新施加的图案与基片上的任何现有图案的精确对准是本发明的最重要的方面之一，这是因为该装置所适用的许多微电子机构制造过程要求在一个或多个下面的图案层顶部的一个材料层中的图案精确地重叠。在实际中，这通过使用连接到加工单元的一个或多个照相机单元执行预处理对准过程而实现。所述照相机观察基片表面并配有适当的光学元件和照明光源以观察基片上的现有图案或基准标记。通过对两个伺服电动机驱动载物台沿X轴和Y轴的运动编程，照相机单元可靠近夹紧到卡盘上的基片的区域上任何点，以确定基准标记或参考标记的位置。在每一对准标记位置处，在照相机视野内的标记的精确位置被记录，标记相对于参考位置的偏移被计算。当每个分离的基片区域上的两个或更多个标记的精确位置已经被确定之后，将被处理的在卡盘上的基片的区域的角度和空件位移可被计算，并在控制处理单元和卡盘的移动的程序中引入校正。
由于薄片是柔性的并将经受多种处理和加工操作，因此待处理的基本的区域可能能够变形。长度和宽度都会有小量的变化并且所述区域甚至会发生非线性变形。这些基片变形效应都可通过利用对准照相机或多个对准照相机补偿，从而确定基片区域上足够多的校准标记的精确位置以允许在校准加工单元和卡盘的运动之前计算精确的形状，以便使新图案与现有的变形图案精确匹配。
所提出的装置的关键部件是控制系统，该控制系统允许程序化的协同的加工单元和卡盘的运动以及薄片长度补偿器与展开单元和重绕单元的操作。该系统还需要能够获取来自校准照相机的数据、确定基准标记的偏移、计算基片上的现有图案的形状和位置，并对控制卡盘和加工头伺服电动机的程序进行校准从而使新图案准确覆盖现有图案。所述控制系统还需要控制来自用于薄膜烧蚀的激光器或多个激光器的脉冲的触发、用于薄膜曝光或固化的激光束或多个激光束的选通、光束扫描器单元或多个光束扫描器单元中的偏转镜的操作、来自按需喷墨的喷墨头或多个按需喷墨的喷墨头的液滴的喷射、以及来自连续流喷墨头或多个连续流喷墨头的液滴的偏转。
在加工单元包含某种类型的喷墨头的情况下，所述装置可能需要在已加工的一种基片已经从卡盘释放并且朝向重绕鼓前进之后通过光固化或热固化过程对沉积的油墨材料进行某些干燥。如果需要这样的单元，那么它可位于两个不同的位置：在卡盘与重绕侧薄片长度补偿器之间或者在重绕薄片长度补偿器与重绕鼓之间。如果所述单元放置在卡盘和薄片长度补偿器单元之间，并且如果需要在另外的材料在卡盘上被加工时固化某一长度的已加工薄片材料，那么固化单元将位于沿薄片方向移动的薄片材料之上，并且沿薄片方向的固化单元的长度需要足以容纳所述某一长度的已加工材料以及加工过程中卡盘的行程长度。实际中，这意味着在加工时间超过固化时间的情况下，需要长度至少是加工区域长度的两倍的固化单元。如果固化时间超过加工时间，那么需要更长的固化单元。对于在基片加工期间位于移动的薄片材料之上的情况，固化单元可能具有若干倍于加工长度的长度，最小为加工长度的两倍。
如果由喷墨头施加的材料可以未固化的状态行进通过长度补偿单元，那么在薄片长度补偿器单元和重绕鼓之间布置热干燥器单元或UV干燥器单元是可能的。该位置是有利的，这是因为当卡盘上的其他材料被加工时它位于静止的薄片材料之上。这意味着只要固化时间少于加工时间，则固化单元沿X方向的长度仅需要刚刚超过加工区域的长度。明显地，对于固化时间超过加工时间的情况，固化单元的长度需要更长。对于在基片加工过程中位于静止的薄片材料之上的的情况，固化单元可能具有若干倍于加工长度的长度，最小为加工长度的一倍。
干燥器单元很可能是这样的类型：当不使用时，其移动到远离薄片的停靠位置以避免不必要的薄片加热。
附图说明
现在将结合附图对所述装置的各方面进行描述：
图1为所述装置的侧视图；
图2为所述装置的俯视图；
图3示出了能够后处理固化的所述装置的变形；
图4示出了能够后处理固化的所述装置的供选择的版本。
具体实施方式
图1
图1示出所提出的装置的侧视图，示出了连续的柔性材料薄片11，该薄片11从所述装置一侧的展开鼓或展开筒12周期性地展开并周期性地重绕在所述装置另一侧的重绕鼓或重绕筒13上。在该图中，展开单元和重绕单元都被示出为顺时针旋转，使得薄片从左向右周期性地前进。两个单元由伺服电动机驱动并具有来自薄片张力传感器(未示出)的反馈，以便一直维持薄片内的适当张力。所述装置具有连接到伺服电动机驱动载物台15的扁平的卡盘14，使得卡盘14可以精确受控的方式沿平行于薄片移动方向的X方向移动。所述装置具有加工单元16，加工单元16连接到薄片上方的台架上的伺服电动机驱动载物台上的移动托架(carriage)。携带加工头的所述载物台的行进方向为Y方向，Y方向正交于X方向并定向为垂直于图中的纸。加工单元具有连接到它的照相机单元17以观察基片上的已有图案或基准标记。通过两个伺服电动机驱动载物台的沿X轴和Y轴的程序化运动，基片的夹紧到卡盘的区域上的任何点可被接近以由加工单元加工或由照相机识别基准标记位置。薄片长度补偿器单元18位于展开单元和卡盘组件之间以撑起和释放由于卡盘和所连接的基片的沿X方向的运动而产生的任何松弛的未加工基片材料。第二薄片长度补偿器单元19位于卡盘组件和重绕单元之间以撑起和释放由于卡盘和所连接的基片的沿X方向的运动而产生的任何松弛的已加工基片材料。
图2
图2示出所提出的装置的俯视图，示出了连续的柔性材料薄片21，该薄片21在所述装置的一侧从绕轴23旋转的展开鼓或展开筒22展开。该薄片在越过加工卡盘25之前穿过“薄片长度补偿器”单元24，所述加工卡盘25能够沿平行于薄片行进方向的X方向行进。确定长度的基片通过真空夹紧到卡盘上以用于加工。加工单元26连接到薄片上方的台架27上的载物台上的移动托架上。所述载物台由伺服电动机控制并致使加工头沿Y方向横跨薄片的整个宽度移动。通过一对所述载物台的协调的运动，夹紧到卡盘的所述确定长度的基片的整个区域28能够接近加工单元并被加工。加工完成后，卡盘上的真空被释放并且薄片借助致使展开单元和重绕单元启动的控制单元前进。穿过第二薄片长度补偿器单元29后，薄片最终重绕在重绕鼓或重绕筒210上。该图中，展开单元和重绕单元都被示出为旋转的，使得薄片从左向右周期性地前进。
图3
图3示出了所述装置的重绕侧，表示出后处理固化单元可如何被放置。柔性薄片31经由图中未示出的薄片长度补偿器单元从鼓展开。夹紧到卡盘32后，基片的一个区域33通过加工头和卡盘的沿X轴和Y轴的结合运动被加工单元34加工。在卡盘沿X方向移动时被释放或撑起的松弛的薄片材料被长度补偿器单元35调节。重绕鼓36在基片加工过程中保持静止，但当被加工的区域从卡盘释放时重绕鼓36启动以重绕确定长度的薄片。用于光固化或热固化通过喷墨印刷沉积的材料的后处理固化单元37位于卡盘和长度补偿器单元之间。放置在该位置意味着当进一步的材料在卡盘上被加工时，固化单元被设置在沿X方向移动的薄片材料上方，因此固化单元的长度需要长于被加工的薄片的长度。
图4
图4示出了所述装置的重绕侧的另一视图，表示出后处理固化单元可被放置的另一方式。柔性薄片41经由图中未示出的薄片长度补偿器单元从鼓展开。夹紧到卡盘42后，基片的一个区域43通过加工头和卡盘的沿X轴和Y轴的结合运动被加工单元44加工。在卡盘沿X方向移动时被释放或撑起的松弛的薄片材料被长度补偿器单元45调节。重绕鼓46在基片加工的过程中保持静止，但当被加工的区域从卡盘释放时重绕鼓46被启动以重绕确定长度的薄片。热固化单元或UV固化单元47位于长度补偿器单元和重绕鼓之间。放置在该位置是有利的，这是因为当进一步的材料在卡盘上被加工时，它处于静止的薄片材料上方。这意味着只要固化时间少于加工时间，固化单元沿X方向的长度只需要刚刚超过加工区域的长度。
在上述装置中，提供两个运动轴，例如加工头正交于卡盘移动以将光束定位在横跨基片的各个点处和卡盘平行于基片的长度移动。因此所述装置使得能够通过向量写入(vector writing)进行加工，从而仅在需要加工的位置进行加工。如果仅基片的相对较小的区域需要加工，这是更有效的。
在所述装置中，沿两个轴的运动可为不同的模式：(1)二者一起连续地；或(2)一个连续而另一个间歇地；或(3)二者均间歇地。并且，沿至少一个方向提供往复运动，例如通过加工单元横跨基片宽度的来回的运动。
因此，上述布置提供了用于在分离的确定长度的内加工长的连续的多段柔性箔状基片以通过无掩模直接写入法在材料上的薄膜中形成具有高水平位置精度的高分辨率、二维图案的装置，其中所述装置包括：
用于沿第一方向周期性地分配来自圆柱形鼓的分离的确定长度的未加工的柔性基片以进行加工，同时保持基片内沿所述第一方向的恒定张力的单元；
用于调节沿第一方向的所有基片长度变化并保持分离的某一长度的已分配未加工的基片内沿所述第一方向的恒定张力的单元，长度变化是由于与鼓较近的一端被保持静止而另一端在加工期间被移动；
平板卡盘，分离的某一长度的柔性基片通过真空周期性地夹紧在卡盘上以进行加工；
用于在加工期间沿连续或间歇往复运动的任一方向在分离的某一长度的基片的整个长度上一次或多次沿第一方向精确移动卡盘和所连接的分离的某一长度的基片的机械装置；
安装在所述卡盘上方的加工单元；
用于加工单元的维护停靠位置；
用于在基片的整个宽度上沿垂直于第一方向的第二方向一次或多次准确移动所述加工单元的机械装置，在第二方向上，运动为加工期间沿任一方向的连续或间歇的反复运动；
用于调节所有长度变化并保持分离的某一长度的已加工基片内沿第一方向的恒定张力的单元，长度变化是由于一端被保持静止而另一端在加工期间被移动；
用于在加工之后沿第一方向将确定长度的柔性基片周期性地重绕在圆柱形鼓上，同时保持基片内沿第一方向的恒定张力；
控制系统：
周期性地将分离的确定长度的基片夹紧到卡盘上以进行加工，并且随后允许卡盘沿第一方向的精确移动同时保持展开鼓和重绕鼓静止；
允许加工单元沿第二方向精确地定位在横跨薄片的宽度的任何点处；
借助加工单元和卡盘二者的同步的连续运动，或者借助加工单元或所述卡盘中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合所述加工单元或所述卡盘中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动来移动卡盘和加工单元；
操作加工单元；
周期性地从卡盘松开已加工的分离的某一长度的基片，并同时操作展开鼓和重绕鼓以重绕包含全部长度的已加工区域的某一长度的基片并展开分离的确定长度的未加工的基片，被展开的所述确定长度的未加工的基片与被重绕的基片相同或不同。

Claims (16)

1.一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性基片以通过直接写入在所述基片上形成具有高水平位置精度的高分辨率的二维图案的装置，所述装置包括：
a.分配单元，所述分配单元用于沿第一方向周期性地分配来自展开鼓的确定长度的所述柔性基片，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
b.卡盘，分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧在所述卡盘上以进行加工；
c.第一调节单元，所述第一调节单元用于调节沿所述第一方向的长度变化并保持所述卡盘上游的所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
d.第一机械装置，所述第一机械装置用于在分离的某一长度的基片的整个长度上一次或多次沿第一方向来回地精确移动所述卡盘和所连接的所述分离的某一长度的基片；
e.安装在所述卡盘上方的加工单元，所述加工单元用于通过直接写入过程在所述确定长度的所述基片上形成高分辨率的二维图案；
f.第二机械装置，所述第二机械装置用于在所述基片的所述整个宽度上沿垂直于所述第一方向的第二方向一次或多次来回地精确移动所述加工单元；
g.第二调节单元，所述第二调节单元用于调节长度变化并保持所述卡盘下游的所述确定长度的基片内沿所述第一方向的恒定张力；
h.重绕单元，所述重绕单元用于在加工之后沿所述第一方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕在重绕鼓上，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；以及
i.控制系统，所述控制系统被设置成控制：
i.分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧到所述卡盘以进行加工以及当所述展开鼓和所述重绕鼓静止时所述卡盘沿所述第一方向的移动；
ii.所述卡盘和所述加工单元的移动，借助所述卡盘和所述加工单元二者的同步的连续运动，或者借助所述卡盘和所述加工单元中的一个沿一个方向的一系列连续运动结合所述卡盘和所述加工单元中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动；
iii.所述加工单元的操作；
iv.所述分离的确定长度的基片从所述卡盘的周期性的松开以及所述展开鼓和所述重绕鼓的操作，以将所述确定长度的基片重绕到所述重绕鼓上并从所述分配鼓展开另一分离的确定长度的基片。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个光学机构，所述光学机构用于将激光束引导到所述基片的表面上以通过烧蚀过程在所述基片的所述表面中形成细微的图案。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个光学机构，所述光学机构用于将激光束引导到所述基片的表面上以便通过光照或热固化的方法在所述基片的所述表面中形成细微的图案。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个按需喷墨的喷墨印刷头，所述按需喷墨的喷墨印刷头用于通过沉积结合形成连续区域或细线的功能材料或非功能材料的微流包在所述基片的表面上形成图案。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个连续流喷墨印刷头，所述连续流喷墨印刷头用于通过沉积结合形成细线的功能材料或非功能的材料的微流包在所述基片的表面上形成图案。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述喷墨印刷头被设置成沉积具有导电的、半导电的或不导电的功能的微流包，并且所述喷墨印刷头是有机的、无机的、金属的或有机金属的类型。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括激光头、喷墨印刷头和干燥头的组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个激光束传送单元，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和所述加工单元的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工单元和所述卡盘二者的同步的连续运动或者通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头和所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动被加工。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个激光束传送单元，所述激光束传送单元包括二维扫描器和透镜单元，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和加工头的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工单元和所述卡盘二者沿任一方向的一系列间歇运动以步进扫描模式被所述激光单元加工。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个激光束传送单元，所述激光束传送单元包括二维扫描器和透镜单元，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和所述加工头的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头或所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动以光栅模式在带中被加工。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个按需喷墨的喷墨印刷头，所述按需喷墨的喷墨印刷头能利用来自有限数量的喷嘴的连续液滴流操作，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和加工头的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头或所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动在由沉积材料的平行线构成的一系列平行带中被加工。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个按需喷墨的喷墨印刷头，所述按需喷墨的喷墨印刷头能利用来自所有喷嘴的已调液滴流操作，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和所述加工头的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头或所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动以光栅模式在一系列平行带中被加工。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个连续流喷墨印刷头，所述连续流喷墨印刷头能利用所述基片上的连续液滴流操作，所述控制系统被设置成控制所述卡盘和所述加工头的组合运动，使得所述确定长度的基片的整个区域通过所述加工头或所述卡盘中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述加工头或所述卡盘中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动在一系列沉积材料的平行线中被加工。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加工单元包括一个或多个照相机，所述照相机用于识别当夹紧到所述卡盘时所述基片上的所述基准标记的位置，使得所述加工单元能相对于所述基片被准确定位。
15.一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性基片以通过直接写入在所述基片上形成具有高水平的位置精度的高分辨率的二维图案的方法，所述方法包括：
a)操作分配单元以沿第一方向周期性地分配来自展开鼓的确定长度的所述柔性基片，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
b)提供卡盘，分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧在所述卡盘上以进行加工；
c)调节沿所述第一方向的长度变化并保持所述卡盘上游的所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；
d)在分离的某一长度的基片的整个长度上一次或多次沿第一方向来回地移动所述卡盘和所连接的所述分离的某一长度的基片；
e)提供在所述卡盘上方的加工单元，所述加工单元用于通过直接写入加工在所述确定长度的所述基片上形成高分辨率的二维图案；
f)在所述基片的所述整个宽度上沿垂直于所述第一方向的第二方向一次或多次来回地精确移动所述加工单元；
g)调节长度变化并保持所述卡盘下游的所述确定长度的基片内沿所述第一方向的恒定张力；
h)在加工之后沿所述第一方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕在重绕鼓上，同时保持所述基片内沿所述第一方向的恒定张力；以及
i)提供控制系统以控制：
i.分离的确定长度的所述基片周期性地夹紧到所述卡盘以进行加工以及当所述展开鼓和所述重绕鼓静止时所述卡盘沿所述第一方向的移动；
ii.所述卡盘和所述加工单元的移动，借助于所述卡盘和所述加工单元二者的同步的连续运动，或者借助于所述卡盘和所述加工单元中的一个沿一个方向的一系列连续运动结合所述卡盘和所述加工单元中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动；
iii.所述加工单元的操作；以及
iv.所述分离的确定长度的基片从所述卡盘的周期性的松开以及所述展开鼓和所述重绕鼓的操作，以将所述确定长度的基片重绕到所述重绕鼓上并从所述分配鼓展开另一分离的确定长度的基片。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述基片包括由激光照射、固化或烧蚀的薄膜，所述薄膜具有导电的、半导电的或不导电的功能，并且是有机的、无机的、金属的或有机金属的类型。
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