CN104080948A - 用于在基板上沉积材料的材料沉积系统 - Google Patents

用于在基板上沉积材料的材料沉积系统 Download PDF

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CN104080948A CN201280068201.4A CN201280068201A CN104080948A CN 104080948 A CN104080948 A CN 104080948A CN 201280068201 A CN201280068201 A CN 201280068201A CN 104080948 A CN104080948 A CN 104080948A
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托马斯·C.·普伦蒂斯
帕特希·A.·马特奥
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Abstract

本发明公开了一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统。该沉积系统包括框架、连接至框架的机架系统、沉积头和控制器，沉积头连接至机架系统并且配置成在电子基板上沉积低粘性与半粘性材料的点，控制器配置成控制包括机架系统和沉积头的操作的材料沉积系统操作。该系统能够通过沿基本上不平行于材料线路或图案的方向的移动轴移动沉积头，来在电子基板上沉积材料线路或图案。本发明进一步公开了其他沉积系统与方法。

Description

用于在基板上沉积材料的材料沉积系统
背景技术
1.技术领域
本发明通常涉及用于在例如印刷电路板的基板上沉积低粘性或半粘性材料的系统与方法，并且尤其涉及用于在电子基板上沉积更低粘性的材料，例如电子油墨的设备与方法。
2.相关技术
存在几种类型的用于为各种应用而分配或涂施准确数量液体或糊状物的现有技术应用系统。一个这样的应用是将集成电路芯片与其他电子元件装配到电路板基板上。在该应用的一个实施例中，使用自动分配系统(dispensing systems)将非常小数量或小滴的粘性或半粘性材料分配到电路板上。粘性材料可以包括液态环氧树脂或焊膏，或某些其他相关材料。在特定实施例中，分配系统可以包括螺旋式分配器。在其他实施例中，分配系统可以包括喷射式分配器。在本申请的另外实施例中，通过模板印刷机的模板将材料涂施于电子基板之上。
发明内容
本发明的一个方面涉及以一种使用材料沉积系统来将材料沉积在电子基板上的方法，这种类型的材料沉积系统包括框架、连接至框架的机架系统、沉积头和控制器，沉积头连接至机架系统并且配置成将低粘性与半粘性材料的点沉积在电子基板上，控制器配置成控制材料沉积系统的操作，该操作包括机架系统与沉积头的操作。在一个实施例中，该方法包括通过沿基本上不平行于材料线路或图案的方向的移动轴移动沉积头而在电子基板上沉积材料线路或图案。
该方法的实施例进一步可以包括使用检测系统来捕获电子基板的图像。该方法进一步可以包括在沉积之前将紫外染料添加到材料上，以使得当以极小尺寸沉积材料时，材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。检测系统可以包括两个固定于沉积头上的照相机，其中第一照相机配置具有较大的视场，第二照相机配置具有较小的视场。该方法进一步可以包括冷却沉积于电子基板上的材料。可以通过冷却卡盘来实现冷却。该方法进一步可以包括对材料沉积系统中的环境进行控制。控制环境可以包括隔离材料沉积系统中的区域，以进行沉积操作。该方法进一步可以包括清洁沉积头与电子基板中的至少一个。可以通过使用臭氧、CO2、红外线、紫外线、等离子体以及例如IPA或乙醇的有机溶剂之一来实现清洁。该方法进一步可以包括，当静止时，沉积头被蒸汽环境围绕以防止沉积头上的材料干燥。可以通过溶剂来实现围绕沉积头的步骤。将材料沉积在电子基板上可以包括提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿沉积过程中的误差，该误差包括沉积头位移误差、材料轨迹误差、以及机架系统误差。将材料沉积在电子基板上进一步可以包括提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿电子基板的未对准或偏移。
本发明的另一方面涉及一种使用材料沉积系统来将材料沉积在电子基板上的方法，这种类型的材料沉积系统包括框架、连接至框架的机架系统、沉积头、检测系统和控制器，沉积头连接至机架系统并且配置成将低粘性与半粘性材料的点沉积在电子基板上，检测系统配置成捕获电子基板的图像，控制器配置成控制材料沉积系统的操作，该操作包括机架系统、沉积头以及检测系统的操作。在一个实施例中，该方法包括：使用检测系统来捕获电子基板的图像；使用控制器来生成将要沉积在电子基板上的材料图案；并且根据控制器生成的材料图案，通过沿基本上不平行于材料线路或图案方向的移动轴移动沉积头而在电子基板上沉积材料线路或图案。
该方法的实施例进一步可以包括在沉积之前将紫外染料添加到材料上，以使得当以极小尺寸沉积材料时，材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。该检测系统可以包括两个固定于沉积头上的照相机，其中第一照相机配置具有较大的视场，第二照相机配置具有较小的视场。该方法进一步可以包括冷却沉积于电子基板上的材料。可以通过冷却卡盘来实现冷却。该方法进一步可以包括控制材料沉积系统中的环境。控制环境可以包括隔离材料沉积系统中的区域，以进行沉积操作。该方法进一步可以包括清洁沉积头与电子基板中的至少一个。可以通过使用臭氧、CO2、红外线、紫外线、等离子体以及例如IPA或乙醇的有机溶剂之一来实现清洁。该方法进一步可以包括，当静止时，沉积头被蒸汽环境围绕以防止沉积头上的材料干燥。可以通过溶剂来实现围绕沉积头的步骤。将材料沉积在电子基板上可以包括提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿沉积过程中的误差，该误差包括沉积头位移误差、材料轨迹误差、以及机架系统误差。将材料沉积在电子基板上进一步可以包括提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿电子基板的未对准或偏移。可以通过沿基本上不平行于材料线路或图案方向的移动轴移动沉积头来沉积材料线路或图案。
本发明的另一方面涉及一种用于将材料沉积在电子基板上的材料沉积系统。在一个实施例中，该材料沉积系统包括框架、连接至框架并且配置成支撑电子基板的支撑组件、可移动地连接至框架的机架系统、连接至机架系统并且配置成沉积材料的沉积头、以及连接至机架系统与沉积头的控制器。控制器配置成控制机架系统和沉积头，用于通过沿基本上不平行于材料线路或图案的方向的移动轴移动沉积头而在电子基板上沉积材料线路或图案。
材料沉积系统的实施例进一步可以包括配置成捕获电子基板的图像的检测系统。该系统进一步可以包括连接至沉积头的材料供给套筒。在一个实施例中，在沉积材料之前将紫外染料添加到材料上，以使得当以极小尺寸沉积材料时，材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。该系统进一步可以包括风扇和至少一个连接至沉积头的加热器。风扇和至少一个加热器可以配置成在材料沉积于电子基板上之前降低该材料的粘性。支撑组件可以包括配置成清洁沉积头的清洁站。清洁站可以包括配置成以纸擦拭沉积头的纸擦拭系统。清洁站进一步可以包括位于纸擦拭系统下方并且顺应沉积头以及纸擦拭系统的纸中的不规则的顺应性衬垫。控制器可以配置成提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿沉积误差。
本发明的另一方面涉及一种用于将材料沉积在电子基板上的材料沉积系统。在一个实施例中，材料沉积系统包括框架、连接至框架并且配置成支撑电子基板的支撑组件、可移动地连接至框架的机架系统、连接至机架系统并且配置成沉积材料的沉积头、以及连接至机架系统与沉积头的控制器。控制器配置成控制机架系统与沉积头，以将材料沉积在基板上。沉积头包括2n型滴剂喷嘴，其中n为4或更大。
材料沉积系统的实施例进一步可以包括连接至沉积头的检测系统。检测系统可以配置成检测沉积于电子基板上的材料。该系统进一步可以包括连接至沉积头的材料供给套筒。在一个实施例中，可以在沉积之前将紫外染料添加到材料上，以使得当以极小尺寸沉积材料时，材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。该系统进一步可以包括风扇和至少一个连接至沉积头的加热器。风扇和至少一个加热器可以配置成降低沉积于电子基板上的材料的粘性。支撑组件可以包括配置成清洁沉积头的清洁站。清洁站可以包括配置成以纸擦拭沉积头的纸擦拭系统。清洁站进一步可以包括位于纸擦拭系统下方并且顺应沉积头与纸擦拭系统的纸中的不规则的顺应性衬垫。控制器可以配置成提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿沉积材料中的误差。
本发明的另一方面涉及一种用于将材料沉积在电子基板上的材料沉积系统。在一个实施例中，材料沉积系统包括框架、连接至框架并且配置成支撑电子基板的支撑组件、可移动地连接至框架的机架系统、连接至机架系统并且配置成沉积材料的沉积头、配置成捕获电子基板的图像的成像系统、以及连接至机架系统与沉积头的控制器。控制器配置成根据成像系统捕获的至少一个图像生成将要沉积在电子基板上的材料图案。控制器进一步配置成控制机架系统与沉积头，用于根据控制器生成的材料图案而在电子基板上沉积材料线路或图案。
材料沉积系统的实施例进一步可以包括配置控制器来控制机架系统与沉积头，用于沿基本上不平行于线路或图案的方向的移动轴移动沉积头。控制器进一步可以配置成提前与延迟沉积头的触发脉冲，以补偿沉积中的误差。沉积头可以包括2n型滴剂喷嘴，其中n为4或更大。
本发明的另一方面进一步可以涉及检测系统，其配置用于离轴监测分配的材料，以使得在没有紫外线或红外线的情况下，湿的沉积物是可见的。
本发明的另一方面进一步可以包括固化在电子基板上分配的材料。可以通过热吸盘、红外线光源、以及紫外线光源之一而实现固化。
本发明的另一方面进一步可以包括通过隔离分配器设备中的区域而控制环境，以进行分配操作。
本发明的另一方面进一步可以包括从用于将材料供给至分配头的材料路径中除去空气，和/或包括使用重力来从材料路径中除去空气。
本发明的另一方面进一步可以包括控制容纳材料的套筒、将材料从套筒供给至分配头的流体路径、以及分配头中的至少一个的温度。
本发明的另一方面进一步可以包括使用纸擦拭系统来清洁分配头。清洁分配头可以包括将定位于纸擦拭系统下方并且顺应分配头与纸擦拭系统的纸中的不规则的顺应性衬垫。
本发明的另一方面进一步可以包括具有第二透镜/窗口系统(a secondarylens/window system)的滴剂监视系统，第二透镜/视窗系统可从分配器设备中拆除，从而允许方便的清洁。
本发明的另一方面进一步可以包括使用气泡传感器来探测分配头中的空气。
本发明的另一方面进一步可以涉及分配头，其包括用于通过其观察材料流过分配头的窗口。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个附图中示例的每个相同或几乎相同的元件由相同的数字表示。为了清楚，不是在每个附图中均标记每个元件。在附图中：
图1为材料沉积或应用系统的侧面示意图；
图2为本发明的实施例的典型材料沉积系统的透视图，该材料沉积系统包括机架系统与材料沉积头；
图3为图2中所示机架系统与材料沉积头的透视图；
图4为去除了零部件以更好地示例其元件的机架系统与材料沉积头的透视图；
图5为配置成支撑材料沉积头的支撑组件的透视图；
图6-10为材料沉积头的透视图；
图11为材料沉积系统的外围站组件的透视图；
图12-15为材料沉积系统的外围站的透视图；
图16A-C为示出了现有技术中沉积材料线的方法的示意图；以及
图17A-C为示出了使用本发明的多喷嘴喷印头来沉积材料线的各种方法的示意图。
具体实施方式
仅为了示例的目的，并且不限制一般性，现将参照附图详细描述本发明。本发明并不将其应用限于以下说明中阐明的或图中示例的结构与布置的详细内容。在本发明中阐明的原理能够用于其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。而且，此处使用的措辞与术语是为了说明的目的，并不应当视为限制。此处“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”以及其变形的使用意味着包括其后列举的项目与其等同物以及额外的项目。
本发明的各种实施例涉及材料沉积或涂施系统，包括这种材料沉积系统的装置，以及沉积材料的方法。
特别地，本发明涉及材料沉积系统，其包括机器底座、工件夹具(基板固定装置)、用于输送基板的传送器系统(可选择的)、沉积筒、以及用于将沉积筒定位在基板上方的x轴、y轴与z轴机架。除了其他元件外，沉积筒包括，例如接口电子设备、材料供给喷射器、夹管阀、再循环泵、具有高度传感器的材料贮存器、过滤器、导管、多个加热子系统(用于材料沉积筒与喷射器)以及喷印头。喷印头在优选实施例中是由流体入口、流体出口、多个压电驱动(piezo driven)流体泵腔室、在出入口和流体泵腔室之间输送流体的流体输送歧管、以及用于多个流体泵腔室的每一个的外部喷嘴组成的组件。喷印头具有整体式喷嘴板，其带有多个小开口，每一个小开口均形成从其中喷射出材料的喷嘴。
在一个实施例中，单个喷印头包括2n型滴剂喷嘴，其中n为4或更大。例如，单个喷印头可以具有8、16、32、64、124或256个以单个线性阵列布置的喷嘴。其他实施例可以包括多个材料沉积头。喷印头喷嘴相对于彼此的固定模式的特性有助于喷印头不平行于将要沉积的图案的线路移动。如果通过每条线使用一个喷嘴并且沿线的方向移动喷印头来沉积线阵列，则线之间产生的间距由喷嘴之间的间距以及喷印头相对于移动方向的角度来确定。因此，喷嘴之间的间距或喷印头相对于移动方向的转动中的任何缺陷将会导致沉积线的位移误差。每个喷嘴均将沉积单条线。
如果喷嘴在喷印头中错位或在轨道中不对准，则由此产生的线将也错位。而且，喷印头喷嘴的均匀间距使得产生规则地间隔开的线，或至少产生有效喷嘴间距的倍数的线间距。然而，如果通过沿不平行于将要沉积的线路的方向移动喷嘴阵列来沉积线，则每条线由一系列滴剂构建，其中给定线中的每滴滴剂由不同的喷嘴提供。因此，将要制出的线的位置变成不仅是每个喷嘴所在位置的函数，而且是每个喷嘴何时触发(fired)的函数。因此，当喷印头中的每个喷嘴穿过将要沉积的线的所需位置时，每条线的位置可以通过改变喷嘴的定时而单独改变。可以进一步校正每个喷嘴的位移误差，以使得给定喷嘴的定时可以补偿其位移的误差。滴剂随后可以沿将要沉积的预期的线准确地设置，其准确度比加工时喷印头的准确度还高。
图1示意性地示例了根据本发明的一个实施例的材料沉积系统，其通常以10表示。材料沉积系统10用于将低粘性材料(例如，具有小于50厘泊的材料)沉积于电子基板12上，例如印刷电路板或半导体芯片。电子基板12进一步可以包括其他基板，例如太阳能电池。材料沉积系统10还可以用于将其他更低粘性的材料(半粘性材料)，例如导电油墨，沉积于电子基板12上。材料沉积系统10可选择地用于其他应用中，例如用于汽车衬垫材料(automotive gasketing material)或一些医学应用中。应该理解的是，如此处使用的，对低粘性或半粘性材料的参考是示例性的，并且除非另有说明，否则其是非限制性的。
材料沉积系统10包括沉积单元或沉积头(通常以14表示)以及用于控制材料沉积系统操作的控制器18。虽然示出了单个沉积头，但应该理解的是，可以提供两个或多个沉积头。材料沉积系统10还可以包括具有用于支撑基板12的底座22的框架20，以及可移动地连接至框架20且用于支撑和移动沉积头14的机架系统24。沉积头14和机架系统24连接至控制器18，并且在控制器的指示下操作。传送器系统(未示出)或其他传输机构，例如活动梁，可以用于材料沉积系统10中，以控制对材料沉积系统加载电路板以及从材料沉积系统卸载电路板。机架系统24可以在控制器18的控制下使用电机来移动，从而将沉积单元14定位在电路板上方的预定位置。材料沉积系统10可选择地包括连接至控制器18并且用于向用户显示各种信息的显示单元28。在另一实施例中，具有用于控制沉积单元的可选择的第二控制器。
参照图2，示例性的材料沉积系统，通常以100表示，可以通过由马萨诸塞州，富兰克林市的Speedline科技有限责任公司(Speedline Technologies，Inc.)提供的分配器平台配置。材料沉积系统100包括支撑材料沉积系统的元件的框架102，并且包括但并不限于位于材料沉积系统的壳体104中的控制器，例如控制器18，材料沉积系统100还包括用于沉积低粘性和/或半粘性材料的沉积头，通常以106表示。沉积头106在控制器18的控制下借助于机架系统(通常以108表示)来沿正交轴移动，从而允许将材料分配到电路板上，例如基板12，如上所述，其有时可以称为电子基板或电路板。图中显示出盖110处于开口位置来显示材料沉积系统100的内部元件，该内部元件包括沉积头106与机架系统108。
送入材料沉积系统中的电路板，例如基板12，典型地具有材料沉积于其上的焊盘图案或其他通常的导电表面区域。材料沉积系统100还包括用于将电路板沿x轴方向输送至材料沉积系统中的沉积位置的传送器系统(未示出)，通过沿材料沉积系统的每一侧设置的开口112可接近该传送器系统。在某些实施中，材料沉积系统100具有外围站组件，通常以114表示，当电路板位于沉积头106下方的沉积位置时，该外围站组件位于靠近电路板的位置。当由材料沉积系统100的控制器控制时，传送器系统将电路板提供至靠近外围站组件114且在沉积头106下方的位置。一旦到达沉积头106下方的位置，电路板被放置在恰当的位置用于例如沉积操作的加工操作。
材料沉积系统100进一步包括视觉检测系统，通常以116表示，其配置成与电路板对准并且检测沉积在电路板上的材料。为了成功地将材料沉积于电路板上，通过控制器来使得电路板与沉积头106对准。该对准是通过根据视觉检测系统116的显示信息移动沉积头106和/或电路板来完成的。当沉积头106与电路板准确地对准时，操作沉积头以执行沉积操作。在沉积操作之后，可以借助于视觉检测系统116对电路板进行可选择的检测，以确保沉积适量的材料并且该材料沉积在电路板上的适当位置处。视觉检测系统116可以使用基准、芯片、板孔、芯片边缘、或其他电路板上可识别的图案以确定正确的对准。在检测电路板之后，控制器通过使用传送器系统来控制电路板移动至下一位置，在该下一位置处可以执行板组件加工中的下一操作，例如将电子元件放置在电路板上或对沉积于该板上的材料进行固化。
在某些实施例中，材料沉积系统100可进行如下操作。可以使用传送器系统并且通过将电路板与沉积头106对准，而将电路板加载于材料沉积系统100中的沉积位置。沉积头106随后可以由控制器启动以进行沉积操作，在该操作中，材料被沉积于电路板上的精确位置处。一旦沉积头106完成沉积操作，则电路板可以通过材料沉积系统100中的传送器系统输送，以使得第二、随后的电路板可以加载于材料沉积系统中。
图3与4示例了通过机架系统108沿x轴与y轴方向可移动的沉积头。在一个实施例中，机架系统108包括横跨在一对间隔开的轨道120、122上的机架平台118，该轨道120、122设置在材料沉积系统的相对的两侧以提供机架平台沿y轴方向的移动。机架平台118配置成由任意合适的移动机构驱动，例如滚珠螺杆、滑轮、或带驱动机构，这些移动机构由合适的电机提供电力。优选的实施例包含用于该目的的线性无刷电机。限位器124设置于轨道120、122的术端以限制机架平台118沿y轴方向的移动。将沉积头106固定至支撑结构126，支撑结构126继而配置成沿线性轴承128移动，该线性轴承128沿x轴方向被固定至机架平台118的底面。该配置使得沉积头106能够沿x轴方向移动。电子接口盒130提供从控制器至沉积头106的连接和/或电力。
参照图5，支撑结构126包括安装组件132与机架安装组件134。安装组件132包括一个或多个安装环136，其用于以下面更加详细描述的方式将沉积头106固定至支撑结构126。机架安装组件134包括配置成沿线性轴承128骑跨的支架138。电机140被设置用于驱动支撑结构126(以及沉积头106)沿线性轴承128的移动。支撑结构126进一步支撑视觉检测系统116，视觉检测系统116配置成包括一个或多个设计成监测电子基板和/或外围站组件114中的一些位置的照相机。该支撑结构进一步容纳激光高度传感器142，其设计成测量沉积头106距离电子基板和/或外围站组件114的高度。视觉检测系统116与激光高度传感器142适合地连接至支撑结构126的安装组件132并且连接至控制器。
支撑结构126配置成提供沉积头106朝向与远离电路板的z轴移动。具体地，将安装组件132配置成在控制器的控制下通过电机(未示出)相对于机架安装组件134沿z轴方向移动。激光高度传感器142可以用于测量沉积头106与基板或外围站组件114之间的距离。在另一实施例中，系统包括θ轴(X-Y平面内的转动)，用于调节材料沉积头的喷印头的角度。
现转至图6-10，并且尤其在图6中，沉积头106包括具有凸缘136b的圆柱形主体136a，凸缘136b安装并且固定至安装环136中，安装环136继而固定至支撑结构126(在图6中未示出)。沉积头106可以通过卡口式扭转安装件与定位销(未示出)固定至安装环136。沉积头106的凸缘136b具有多个开口144，每一个开口144均配置成接收合适的紧固件(未示出)，例如机械螺钉，以将凸缘固定至安装环136。配置使得沉积头106相对于支撑结构126转动预定的转动角度。将套筒支撑物146固定至沉积头106的底座148，该套筒支撑物配置成接收通常为圆柱形的材料供给套筒150，材料供给套筒150用于将材料(例如，导电油墨)提供至沉积头。加热器(未指定的)可以设置成加热正被沉积的材料。玻璃窗格或窗口152，或合适的透明材料，可以设置成检查通过沉积头106的材料流。
在图7中，材料从套筒150流出并穿过夹管阀154和过滤器156。当沉积材料时，板158将材料保持在温度稳定的环境中。风扇160设置成循环沉积头内的空气，以辅助实现沉积头106内的恒温(例如，65摄氏度)。气泡传感器162(还参见图10)可以设置在沉积头106中和/或设置在沉积头106外部，以使得控制器可以监控材料流以及材料流中是否有空气。材料可以在沉积头106中再循环，直至将空气从材料流体路径中移除。
在图8中，沉积头106包括控制板164，其控制沉积头的各种元件的操作。沉积头106通过电缆，每个均以166表示，来与控制器以及材料沉积系统100的其他元件相连接。
在图9中，清楚地示例了风扇160。数个加热元件，每个均以168表示，设置成加热由风扇160循环的空气。还清楚地示出了气泡传感器162。沉积头106包括再循环泵170，用于驱动材料移动穿过沉积头。配置成沉积材料(例如导电墨水)的喷射组件172通过连接器174连接至沉积头106的底座148。在一个实施例中，喷射组件172包括喷嘴板，其在特定实施例中可以是2n型滴剂喷嘴(a 2n drop nozzle)，其中n为4或更大。例如，喷射组件172可以是Q级256型喷嘴按需滴定喷射组件(Q-class 256nozzle drop-on-demand jetting assembly)，其由加利福尼亚州圣克拉拉市的FUJIFILMDimatix有限责任公司(FUJIFILM Dimatix，Inc.)提供。
在图10中，在一个实施例中，一个气泡传感器162在材料从套筒150被输送至沉积头106之前定位于材料流中，并且另一个气泡传感器定位于沉积头中的材料流中。在另一实施例中，传感器可以设置在通向沉积头106的线路中或设置在从沉积头退出的线路中。加热的歧管(manifold)176可以进一步设置成加热材料，并且将加热的材料传送至喷射组件172和从喷射组件172传送加热的材料至其中。传感器178设置成测量设置于沉积头中的贮存器179中材料的高度。贮存器179(图7)由短节透明管(例如，1/2英寸直径管)和两个连接至该管且由O型环密封的块组成。这两个块形成盖并且提供安装位置，在安装位置处，流体和/或空气传递至贮存器179。传感器178设计成通过贮存器179的透明管观察，以检查该管中的流体是高于还是低于预定高度。包括用于控制泵操作的电路板的泵170被安装在泵安装座180上。
在特定实施例中，由材料供给套筒提供的材料被用于重新填充贮存器。当传感器178探测到贮存器中的高度下降时，控制器开启夹管阀154并且允许额外的材料从套筒150流入贮存器。当传感器178探测到该高度超过传感器设定的高度时，夹管阀154被关闭。因此贮存器中的高度保持在基本恒定的高度，该高度的一些变化是由于传感器178的滞后以及传感器、控制器(例如，控制器18)与夹管阀154的响应时间的限制。贮存器中的材料的高度以及材料的密度在喷嘴面板处产生了通常恒定的水头压力(head pressure)。在正常情况下，因为喷射组件172的每个喷嘴提供开放的流体路径，所以该水头压力将使得流体流出喷嘴。为了补偿该水头压力，将精密真空调节器(未示出)连接至贮存器中材料上方的气室。将真空度设定为典型地保持喷嘴处具有略微净负的流体压力。与略微净负流体压力相平衡的流体表面张力将流体弯液面(fluid meniscus)保持在每个喷嘴开口处。如果将弯液面真空设定得过低，则流体滴出。如果弯液面真空设定得过高，则空气被吸回喷印头并且喷嘴变得未装满。为了实现清洗操作(将材料推出喷嘴)，弯液面真空度升高至略微正压，通常是几个的PSI。当将材料推出喷嘴时，贮存器中的高度开始下降，传感器178使得夹管阀154开启，并且喷射器中的加压的流体重新填充贮存器。当清洗压力返回至所控制的弯液面真空度时，系统回到平衡状态，同时，材料在每个喷嘴处形成弯液面。
现返回至图11，示出了外围站组件114与材料沉积系统100的其他元件分隔开。如图所示，外围站组件114包括滴剂遮板182，其具有用于四个站(stations)184、186、188、190以及观察站192的开口。将外围站组件定位于材料沉积系统中以使得沉积头106可以访问外围站。如图所示，四个站包括擦试站184、覆盖站188、以及清洗盖站190，其中擦试站184配置成清洁沉积头106的喷射组件172中的喷嘴板。应该理解的是，这些站184、186、188、190能够以任意方式布置于支撑板182上，并且执行其他功能的其他类型的站可以进一步包括在此处描述的站之一或替代此处描述的站之一。观察站192设置为从喷嘴处观察材料的沉积。
图12与13示例了擦拭站184的一个实施例。如图所示，将例如硅胶垫194的顺应性材料(compliant material)设置在所供给的纸下方，在图12与13中该纸被移除，从而更好地显示擦拭站184的元件。将纸(未示出)设置成擦拭沉积头106的喷射组件172的喷嘴板。合适的机构(例如，电机196)设置成驱动纸使其从供应辊子198移动至卷曲辊子200。布置为使得，通过经由支撑结构126降低喷嘴和将沉积头移动通过该纸来清洁沉积头106的喷射组件172的喷嘴板，从而清洁喷嘴。可替换地，在喷嘴板与该纸相接触时，纸被移动。顺应性材料194确保在该过程中该纸轻轻地擦拭喷射组件172的喷嘴板。
图14与15示例了观察站192的一个实施例。如图所示，观察站由配置成将光导向沉积操作的LED闪光灯202以及配置成接收沉积操作的图像的照相机204组成。集水槽206设置成收集沉积的材料。
参照图2-15论述的材料沉积系统能够执行将低粘性与半粘性材料沉积在电子基板上的许多方法。例如，当沉积材料线路或图案时，一种方法包括沿通常垂直于该线路或图案的方向的移动轴移动沉积头。因此，沿通常垂直于沉积线路的方向或者尤其沿不平行于该线路方向的方向移动沉积头。该方法的一个利益在于具有更加准确的沉积结果。传统地，如图16A-16C所示，通过沿线的长度与该线平行移动的方向移动沉积头来沉积材料线。然而，该传统方法需要电路板准确地对准沉积头的移动方向。如果将要沉积一系列平行线，则喷嘴之间的距离必须与将要沉积的平行线之间的所需距离相匹配。现有技术中已知的是，调节喷印头相对于移动方向的角度，从而将喷嘴之间的有效距离调整至小于喷嘴之间的实际距离的量。
然而，一系列均匀间隔开的喷嘴被限于喷印一系列具有相似的均匀间距的线，或被限于通过选择性地使用喷嘴的子集而喷印至少整数倍的前述间距。而且，如图16C中所示，错位的或错误瞄准的喷嘴会沉积错位的线。与此相比，如在图17A-17C中示例的，并且尤其参照图17C，由错位或错误瞄准的喷嘴沉积的一点材料仍然可以沿所需的线路沉积。当沿垂直于或不平行于沉积线路的方向沉积时(喷嘴示出为不平行于图17A-17C中的沉积线路)，通过喷嘴的触发定时(firing timing)来控制材料的准确位置，该触发定时可以由控制器准确地控制。可以通过提前或延迟触发脉冲的定时而改进沉积操作，以补偿沉积过程中的误差以及所需的沉积图案。这些误差包括头喷嘴位移误差、流体轨道误差、和/或机架误差。而且，沉积头中的触发脉冲的提前与延迟可以用于补偿将要沉积在其上的部件(基板)的不对准情况。
在另一实施例中，将紫外染料增加至材料，从而当以极小尺寸沉积材料时，材料可被具有紫外线光源的视觉系统通过该UV光源照明而看见。
在另一实施例中，视觉系统可以配置成用于离轴(off-axis)观察沉积的材料，以使得在不使用紫外线或红外线光的情况下，湿的沉积物是可见的。
在另一实施例中，沉积的材料通过加热吸盘、红外线光源、以及紫外线光源之一被固化。
在另一实施例中，通过使用材料沉积系统中的一个或多个冷却卡盘而冷却沉积材料。冷却卡盘的使用使得材料凝固，从而这些材料不渗出扩张至比所需的尺寸更大的沉积物。
在另一实施例中，材料沉积系统可以配置成控制材料沉积系统的环境，例如温度与湿度。该环境控制允许使用冷却卡盘，而不会导致材料沉积系统中产生凝结。风扇与加热元件可用于控制环境。
在另一实施例中，材料沉积系统可以包括材料沉积系统内的独立的空间，以容纳用于在材料沉积系统中产生控制的温度与湿度环境的特定产品装置。该装置可以配置成加热或冷却材料，配置成最小的尺寸，并且配置成直接接触基板从而不影响材料沉积系统的其他元件。设置该装置可以节约能源与产生低成本。
在另一实施例中，可以通过使用重力将空气从沉积头中的材料流中除去。特别地，提供支架管以使材料在被向下引导至沉积头的喷嘴之前升高至材料池的表面。支架管在将流体与滞留空气分离中起作用。
在另一实施例中，材料沉积系统可以配置成使用溶剂来清洗沉积头，以将材料转移到单个垃圾站中并且将溶剂污染的材料转移到另一垃圾站中。
在另一实施例中，在材料沉积系统中设有清洗过程，材料沉积系统以并联处理或串联处理方式利用该增加的清洗过程。清洗过程可以包括使用一个或多个以下的材料或技术，包括臭氧、CO2、红外光、紫外光、等离子体、或例如IPA或乙醇的有机溶剂。这些材料可以用于清洁沉积头、电子基板、或两者。
在另一实施例中，多站基板处理可以设置在材料沉积系统中。例如，多站基板处理可以包括以串联或并联处理方式来加热、冷却、或清洁电子基板。
在另一实施例中，当静止时，沉积头被围绕或包围在蒸汽环境(潜在地是溶剂)中以防止所沉积的材料干燥，从而最大化材料的价值并且最小化清洁时间与废弃物。通过该方法，环境可以只局限于沉积头而不包括材料沉积系统中的剩余元件。
在另一实施例中，将控制电子装置分离为两个分开的控制板，一个控制板与沉积头相关联(例如，控制板164)，另一个控制板与机架系统相关联。该结构可以使用低阶微分控制阻抗信号(low level differential controlled impendence signaling)通讯，从而不损失信号或定时完整性。
在另一实施例中，可以使用两个分开的照相机，一个照相机与沉积头相关联，另一个照相机与支撑组件相关联。与沉积头相关联的照相机提供相对较小的视场，与支撑组件相关联的照相机提供相对较大的视场。小视场照相机具有更高的放大率以及非常浅的景深。因此，小视场照相机沿z轴方向移动，以确保能够聚焦在电子基板上的高度改变的特征上。在一个实施例中，小视场照相机安装于沉积头上以实现z轴方向的移动。大视场照相机具有相对较大的景深，并且不需要沿z轴方向运动。在一个实施例中，大视场照相机安装于机架安装组件上。
在另一实施例中，沉积头可以配置有三个明显分开的温度控制器，一个控制器用于套筒中的材料，一个控制器用于流体路径中的材料，一个控制器用于沉积头(歧管)中的材料。该结构通过仅在分配过程的每个阶段将材料的温度增加至最小量来最大化材料的储存期。
在另一实施例中，滴剂监视系统能够以第二透镜/窗口系统实现，其可容易地从材料沉积系统中拆除，以允许方便的清洁。
在另一实施例中，材料沉积系统可以包括非接触头覆盖站。该站提供蒸汽环境，其防止材料在喷射组件的喷嘴板的表面上干燥。仅在不覆盖之前清洗覆盖站，以将材料沉积系统中的溶剂保持为最小值。
在另一实施例中，可以移动基板，而不是移动沉积头。特别地，基板可以从一个喷印位置移动至另一喷印位置，从而允许材料沉积系统以比材料沉积系统的有限工作区域更大的长度容纳基板。而且，对于高精度应用，基板可以在固定的喷印头下方通过X/Y移动台来定位。该方法可以优选地用于高准确性的应用中，因为X/Y移动台的几何形状被制成比机架系统的几何形状更高的精确度。另一实施例可以涉及沿一个轴(例如，沿y轴方向)移动基板，并且沿另一个轴(例如，沿x轴方向)移动喷印头。
已经说明了本发明的至少一个实施例的几个方面，应该知道的是对本领域技术人员而言，将易于作出各种改变、修改、以及改进。这些改变、修改、以及改进旨在称为本发明的一部分，并且旨在落入本发明的精神与范围内。因此，前述说明与附图仅当作例子。
权利要求如下：

Claims (20)

1.一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统，所述材料沉积系统包括：
框架；
支撑组件，其连接至所述框架，所述支撑组件配置成支撑所述电子基板；
机架系统，其可移动地连接至所述框架；
沉积头，其连接至所述机架系统，所述沉积头配置成沉积材料；以及
控制器，其连接至所述机架系统与所述沉积头，所述控制器配置成控制所述机架系统与所述沉积头，用于通过沿基本上不平行于材料线路或图案的方向的移动轴移动所述沉积头来在所述电子基板上沉积材料线路或图案。
2.根据权利要求1所述的材料沉积系统，进一步包括检测系统，其配置成捕获所述电子基板的图像。
3.根据权利要求2所述的材料沉积系统，进一步包括材料供给装置，在材料供给装置中，在沉积所述材料之前，紫外染料被添加至所述材料，以使得当以极小尺寸沉积材料时，所述材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。
4.根据权利要求1所述的材料沉积系统，进一步包括风扇和至少一个连接至所述沉积头的加热器，所述风扇和所述至少一个加热器配置成在材料被沉积于所述电子基板之前降低所述材料的粘性。
5.根据权利要求1所述的材料沉积系统，其中，所述支撑组件包括清洁站，其配置成清洁所述沉积头。
6.根据权利要求5所述的材料沉积系统，其中，所述清洁站包括纸擦拭系统，其配置成以纸擦拭沉积头。
7.根据权利要求6所述的材料沉积系统，其中，所述清洁站进一步包括定位于所述纸擦拭系统下方并且顺应所述沉积头与所述纸擦拭系统的纸中的不规则的顺应性衬垫。
8.根据权利要求1所述的材料沉积系统，其中，所述控制器配置成提前与延迟所述沉积头的触发脉冲，以补偿沉积中的误差。
9.一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统，所述材料沉积系统包括：
框架；
支撑组件，其连接至所述框架，所述支撑组件配置成支撑所述电子基板；
机架系统，其可移动地连接至所述框架；
沉积头，其连接至所述机架系统，所述沉积头配置成沉积材料；以及
控制器，其连接至所述机架系统与所述沉积头，所述控制器配置成控制所述机架系统与所述沉积头，以将材料沉积在所述基板上，
其中，所述沉积头包括2n型滴剂喷嘴，其中，n为4或更大。
10.根据权利要求9所述的材料沉积系统，进一步包括连接至所述沉积头的检测系统，所述检测系统配置成检测沉积于所述电子基板上的材料。
11.根据权利要求10所述的材料沉积系统，进一步包括材料供给装置，在该材料供给装置中，在所述沉积之前，紫外染料被添加至所述材料，以使得当以极小尺寸沉积材料时，所述材料对具有紫外光源的检测系统是可见的。
12.根据权利要求12所述的材料沉积系统，进一步包括风扇和至少一个连接至所述沉积头的加热器，所述风扇和所述至少一个加热器配置成降低沉积于所述电子基板上的材料的粘性。
13.根据权利要求9所述的材料沉积系统，其中，所述支撑组件包括清洁站，其配置成清洁所述沉积头。
14.根据权利要求13所述的材料沉积系统，其中，所述清洁站包括纸擦拭系统，其配置成以纸擦拭所述沉积头。
15.根据权利要求14所述的材料沉积系统，其中，所述清洁站进一步包括定位于所述纸擦拭系统下方并且顺应所述沉积头与所述纸擦拭系统的纸中的不规则的顺应性衬垫。
16.根据权利要求9所述的材料沉积系统，其中，所述控制器配置成提前与延迟所述沉积头的喷嘴的触发脉冲，以补偿沉积材料中的误差。
17.一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统，所述材料沉积系统包括：
框架；
支撑组件，其连接至所述框架，所述支撑组件配置成支撑所述电子基板；
机架系统，其可移动地连接至所述框架；
沉积头，其连接至所述机架系统，所述沉积头配置成沉积材料；
成像系统，其配置成捕获电子基板的图像；以及
控制器，其连接至所述机架系统与所述沉积头，所述控制器配置成根据由所述成像系统捕获的至少一个图像而生成将要沉积于所述电子基板上的材料图案，所述控制器进一步配置成控制所述机架系统与所述沉积头，用于根据由所述控制器生成的材料图案而在所述电子基板上沉积材料线路或图案。
18.根据权利要求17所述的材料沉积系统，其中，所述控制器进一步配置成控制所述机架系统与所述沉积头，用于沿基本上不平行于所述材料线路或图案的方向的移动轴移动所述沉积头。
19.根据权利要求17所述的材料沉积系统，其中，所述控制器配置成提前和延迟所述沉积头的触发脉冲，以补偿沉积中的误差。
20.根据权利要求17所述的材料沉积系统，其中，所述沉积头包括2n型滴剂喷嘴，其中，n为4或更大。
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