CN107921582A - 用于形成导电迹线的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在衬底(11)的表面(21)上形成导电迹线的方法。该方法包括提供衬底(11)，其中，该衬底(11)包括沿着衬底(11)的表面(21)上的路径的沉积材料(23)。产生激光束，该激光束具有光轴和入射到表面(21)上的激光束的横截面内的能量分布。该激光束的能量分布在表面(21)处关于该光轴是非圆形对称的。该方法进一步包括引导激光束沿着所述路径进行移动，以照射沉积材料(23)从而提供沿着所述路径的导电迹线。横截面内的能量分布的选定的方向与激光束的移动方向一致。

Description

用于形成导电迹线的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种形成导电迹线的工艺。具体地，本发明描述了一种使用激光束照射路径上的沉积材料来形成导电迹线的方法。本发明还涉及一种执行所述方法的设备。
背景技术
已知一些照射路径上的沉积材料以形成导电迹线的方法。
US 7,722,422 B2公开了一种在电极上形成图案化保护层的方法，该图案化保护层具有无保护层的开放区域。在该开放区域内形成包括导电部件的溶液。沉积后，对包括导电部件的溶液进行干燥，然后使用具有定向激光束的激光进行固化。定向激光束可以烧结干燥的导电前体材料，以形成固化溶液，该固化溶液在图案化保护层的开放区域提供了更高的导电性。
US 7,722,422 B2中所描述的工艺要求激光束具有精确的分辨率，以确保激光束正确地被引导至沉积粒子。
还要求在衬底表面上更精确地照射沉积材料以提供导电迹线和/或更有效地照射衬底表面上的沉积材料。为了提高制造工艺的效率并帮助最大限度地减少热损伤，有利的是尽可能快速地照射材料以形成导电迹线。还需要一种能够在高速下可靠地形成导电迹线同时最大限度地减少热损伤的工艺。
本发明提供了一种形成导电迹线的方法，该方法解决了现有技术中的上述问题，并如下文详细描述的那样具有进一步的优点。此外，本发明提供了一种用于执行该方法的设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种在衬底表面上形成导电迹线的方法，该方法包括：提供衬底，其中该衬底包括沿着衬底表面上的路径的沉积材料；产生激光束，该激光束具有光轴和入射到表面上的激光束的横截面区域内的能量分布，该能量分布在该表面处关于该光轴是非圆形对称的；以及引导激光束沿着所述路径移动以照射沉积材料，从而提供沿着所述路径的导电迹线，其中，横截面区域内的能量分布的选定取现与激光束的移动方向一致。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种在衬底表面形成导电迹线的设备，该设备包括：用于支承衬底的支承件，其中该衬底包括沿着衬底表面上的路径的沉积材料；激光光源，该激光光源被配置成提供激光束，该激光束具有光轴和入射到表面上的激光束的横截面区域内的能量分布，该能量分布在该表面处关于该光轴是非圆形对称的；以及引导装置，该引导装置被配置成引导激光束沿着所述路径移动以照射沉积材料，从而提供沿着所述路径的导电迹线，其中，横截面区域内的能量分布的选定取向与激光束的移动方向一致。
本发明的其他优选的和可选的特征将从以下描述和说明书的附属权利要求中体现。
附图说明
现在仅通过示例并参照附图来描述本发明，附图中：
图1示出了根据本发明的一方面的示例性设备，该示例性设备用于执行根据本发明的另一方面的方法；
图2a、图2b和图2c示出了衬底的基本平坦的表面的横截面视图，该衬底的表面上具有沉积材料，根据本发明对表面上的沉积材料进行照射以提供导电迹线；
图2d、图2e和图2f示出了包括凹槽的衬底表面的横截面视图，该衬底的表面上具有沉积材料，根据本发明对表面上的沉积材料进行照射以提供导电迹线；
图3a和图3b分别示出了衬底的横截面视图和平面视图，该衬底具有沿着衬底表面的沉积粒子，根据本发明对沿着衬底表面的沉积粒子进行照射以提供导电迹线；
图4a和图4b示出了图3a和图3b的沉积材料和衬底，以及图4c示出了用于本发明的激光束的横截面的示例性平面视图，该激光束入射到衬底表面的沉积材料上；
图5a是一平面视图，该平面视图通过阴影示意性地示出了入射到衬底上的激光强度，图5b和图5c分别示出了从主轴和副轴观察到的用于本发明的激光束的激光强度的分布曲线视图；
图6a是一平面视图，该平面视图通过阴影示意性地示出了入射到衬底上的激光强度，图6b和图6c分别示出了从主轴和副轴观察到的用于本发明的激光束的激光强度的分布曲线视图；
图7a是一平面视图，该平面视图示意性地示出了入射到衬底上的激光束的形状，以及图7b示出了光束相对于衬底移动时入射到衬底上的激光能量的大小的分布曲线；
图8示出了根据本发明的实施例的应用于衬底表面上的沉积材料的激光束；
图9示出了根据本发明的一方面的另一示例性设备，该另一示例性设备用于执行关于另一方面所描述的方法。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一方面的示例性设备，该示例性设备用于执行根据本发明的另一方面的方法。本发明的方法提供了一种形成导电迹线的工艺。该方法使用激光束照射沉积材料以形成导电迹线。
该方法包括提供衬底11，其中，该衬底11包括衬底11的表面21的路径上的沉积材料23。换言之，沉积材料23仅位于衬底11的某些部分上。沿着衬底11的表面21上的路径提供有沉积材料23，即，在衬底表面上的至少一个期望位置形成一条材料路径。
例如CO2激光器、二极管泵浦固体激光器、光纤激光器或激光二极管的激光器12产生激光束。激光器12可以被配置成提供连续波激光束或准连续波激光束。可选地，激光器12可以被配置成提供脉冲激光束。激光器12优选地提供波长约为500mm至11μm的激光束，或优选地提供500nm至1100nm的激光束。
引导激光束以使得该激光束入射到衬底11的表面上。使用引导装置可以将激光束引导至衬底11的表面。更具体地，引导激光束以使得该激光束入射到衬底的表面21的沉积材料23上。如图1所示，引导装置可选地包括扩束器13、第一镜14、第二镜15、检流计扫描器16和/或控制器17。
扩束器13可以用于增加激光束的直径，理想情况下，同时保持激光束的准直。第一镜14和第二镜15分别用于反射和重定向激光束至检流计扫描器16。检流计扫描器16可以包括诸如其他镜子之类的光学元件以及定位器件，该定位器件用于移动光学元件，以将激光束精确地引导(即，转向)至衬底11上的期望位置并且按要求扫描衬底11。检流计扫描器16可以被替换为另一种类型的扫描器，例如，二维声光光束偏转器。可以通过检流计扫描器16控制激光束的移动。控制器17可以用于控制激光束的移动，以将激光束精确地引导至衬底11上的期望位置并且使激光束精确地扫描衬底11。换言之，控制器17控制激光束的转向和引导。例如，控制器17可以控制检流计扫描器16或该检流计扫描器16的等效物。以这种方式引导激光束意味着可以精确地照射沿着衬底表面上的路径的沉积材料。
通过控制器17可以控制第一镜14和/或第二镜15来引导光束。第一镜14和/或第二镜15可以被替换为一种被配置成主动形成光束的器件，例如至少一个镜子可以被替换为空间光调制器，该空间光调制器可选地由控制器17进行控制以形成和/或引导光束。
图1中，所提供的衬底11包括沉积材料23。可以在使用激光束照射沉积材料23之前的任何时间提供衬底11的表面上的沉积材料23。衬底11可以已经包括沉积材料23，或者方法可以进一步包括将材料沉积在衬底上的步骤。沉积材料23可以在衬底11的表面上形成路径。
根据本发明的一方面的设备包括用于支承衬底11的支承件，其中，该衬底11包括如上所述的沉积材料23。支承件可以是任何形式的支承装置，例如，可以将衬底11固定在其上的框架或桌子。该设备包括激光器12和引导装置，该激光器12用于产生激光束；该引导装置被配置成引导激光束沿着移动方向上的所述路径进行移动，以照射沉积材料23，从而形成沿着所述路径的导电迹线。引导装置可以包括如上所述的扩束器13、任意数量的镜子(例如，第一镜14和第二镜15)、检流计扫描器16和/或控制器17。衬底11可以安装在衬底支承件18上(例如，在XY工作台上的卡盘)。光束相对于衬底11的相对运动可能是由于检流计扫描器16和/或衬底支承件18所致。
图2a-图2f示出了衬底11的表面21上的沉积材料的示例。衬底的表面21上的沉积材料23在横截面上的形状和厚度不受限制。这些附图仅示出了示例，这里有许多不同的方式来改变在横截面上观察到的衬底上的沉积材料的形状。厚度可以以各种方式进行变化，然而，理想情况下，沉积材料23的厚度以及该厚度的任何变化是已知的。
如图2a所示，沉积材料可以基本均匀地放置在衬底11的表面21的顶部。换言之，沉积材料23可以具有均匀的厚度，例如，具有的厚度变化小于沉积材料23的厚度的约10％。在该示例中，衬底11的表面21基本上是平坦的。例如，如图2b或图2c所示，横截面中的沉积材料的厚度可以发生变化。在图2b中，沉积材料23的最大厚度大约在中心，而沉积材料23的最小厚度在沉积材料23的边缘。换言之，厚度的变化随沉积材料23的宽度从最小值到最大值再到最小值而变化。图2c中，沉积材料23在沉积材料23的边缘较厚，而在较厚的部分之间具有减小的厚度(沉积材料23可以基本是平的，也可以不是平的)。在衬底11的横截面内观察时，沉积材料的宽度为路径的宽度(如图2a-2f)。沉积材料23的厚度可以沿着衬底11的表面21上的路径进行变化。
如图2d、图3e以及图2f所示，衬底11的表面21可选地包括凹槽20。沉积材料23还可以位于凹槽20中。图2d示出了图2b中的沉积材料，其中表面21包括凹槽20。如图2d所示，沉积材料23的厚度在凹槽部分可以更大。在图2d中，示出的沉积材料23位于具有凹槽20的衬底11的表面21上，而该凹槽20位于横截面的中心，然而，也可以不必位于中心。图2e中，沉积材料完全位于衬底的表面21上的凹槽20中。如图2e所示，沉积材料23可选地与衬底11的顶部表面基本水平。顶部表面可以是衬底11的表面21的最上面的部分。
在上述任何实施例中，沉积材料23可以包括至少两种不同的材料。例如，沉积材料23可由第一沉积材料23a和第二沉积材料23b形成。在一实施例中，第一沉积材料23a或第二沉积材料23b可以是与沉积材料23相同的材料。在一实施例中，第一沉积材料23a可以位于衬底的顶部表面，如图2f所示。在图2f中，表面21包括凹槽20。在一实施例中，第二沉积材料23b可以基本上沉积在凹槽20中，如图2f所示(但是，第二沉积材料23b的位置并不限于该位置)。第二沉积材料23b与沉积材料23和用于衬底11的材料不同。在一实施例中，第二沉积材料23b可以沉积在凹槽20中并且可以例如使用紫外灯、紫外激光器或红外激光器进行固化。第二沉积材料23b可以包括无机绝缘体、聚合物，例如具有无机填充物的聚合物。第一沉积材料23a可以沉积在衬底11和第二沉积材料23b的顶部。第一沉积材料23a随后可以进行照射以提供在任意其他实施例中所描述的导电迹线。
图3a示出了与图2a相似的衬底横截面的示例，但是，图3a的表面21包括如图2d所示的凹槽20。沉积材料23是在衬底的表面21上、凹槽20中以及该凹槽20的毗连处，即，在衬底11和凹槽20的顶部表面上。因此，在衬底11的横截面上观察到的沉积材料23具有不同的厚度(如图2d所示)。材料23沿着衬底11的表面21上的路径进行沉积，如平面视图中的图3b所示。在图3b中，交叉影线用于路径的中心部分，表示增加的厚度，该厚度对应于图3a的凹槽20中的沉积材料23的厚度。凹槽两边的沉积材料23以图3b中的影线示出，该影线对应于图3a中的凹槽20两边的具有较小厚度的沉积材料。
沉积材料23的厚度可以随衬底11的表面21上的路径宽度而变化，如图2b、图2c、图3a和图3b的示例所示。可选地或附加地，无论厚度是否均匀的分布于路径的宽度上，沉积材料23的厚度可以沿着路径而变化，即，当激光束沿着路径传播时，被照射的沉积材料23的厚度会发生变化。换言之，在衬底的横截面中，沉积材料23的形状可以沿着路径发生变化。例如，在一部分中，沉积材料23/衬底11可以具有与图2b相似的横截面，然后，在另一部分中，沉积材料23/衬底11可以具有与图2c相似的横截面。
可选地或附加地，可以有沿着路径的其他变化，例如，路径的宽度、凹槽20的宽度、凹槽20的深度、用于形成衬底11的表面21的材料、用于衬底11的底层的材料和/或形成路径的沉积材料23。在一实施例中，凹槽可以以整个的方式穿过衬底11，即，凹槽20的深度可以与在凹槽20位置处的衬底11的厚度相同以及凹槽20可以形成穿过衬底11的孔。
在本发明中，例如，照射沉积材料23以提供导电迹线从而形成电路的一部分。当照射沉积材料23时，激光束入射到沉积材料23上。激光束照射沉积材料的效果将取决于所使用的特定的沉积材料23。沉积材料23可以是任何可以被照射以形成导电迹线的材料，并不限于本文所描述的材料。
在一实施例中，沉积材料23包括例如保持在基质中的粒子。通过激光束照射沉积材料23，以修改粒子之间的相互作用，从而提供导电迹线。在具有防止粒子氧化的涂覆层的沉积材料23中提供粒子。使用激光束加热沉积材料23以烧掉粒子周围的涂覆层。烧掉粒子周围的涂覆层所需要的温度可以高于融化沉积材料23所需要的温度。在涂覆层烧掉以后，通过激光束进一步照射粒子、沉积材料23。当沉积材料23达到给定温度时，该沉积材料软化或融化，以使得粒子之间的相互作用发生改变，以便提高粒子之间的物理接触，例如，烧结沉积材料，从而提高粒子之间的电接触，以使得当沉积材料23凝固后，该沉积材料可以形成导电迹线。
在该实施例中，粒子可以是纳米粒子。粒子可以是金属粒子。优选地，金属粒子包括银、金、镍、铝和/或铜，但优选银和/或铜。具体地，金属粒子可以是金属微粒和/或金属纳米微粒。在一实施例中，在基质中保持粒子。基质可以是流体，例如，基质可以是含有粒子的糊状或油墨。基质可以是有机溶剂或有机溶剂的混合物，例如，基质可以包括乙醇和/或乙二醇。
在一实施例中，沉积材料23包括有机金属。例如，沉积材料23可以是由银盐衍生的有机化合物，例如，硝酸银。例如，沉积材料23可以包括新癸酸银。激光束可以被用于以如上所述相同的方式照射沉积材料23，但是，照射的效果可能不同于上述所描述的效果。照射可以加热有机金属材料，该有机金属材料可以引起沉淀反应，以使得沉积材料形成导电迹线。
方法包括产生激光束的步骤，例如，如图1所示，使用激光器12。优选地是使激光束尽可能快的移动，同时精确地照射路径。在高速下移动激光束有数个优点。增加激光束的速度会增加形成导电迹线的速度，因此，可以增加制造在衬底上形成导电迹线的衬底的速度。此外，对沉底材料23的特定点或特定部分进行长时间的照射，会导致衬底11的表面21和/或衬底11的底层的周围区域的热损伤。换言之，激光束不仅可以加热沉积材料23，还可以加热衬底11，而这有可能会损伤衬底11。因此，增加激光束的速度可以减少这种热损伤的风险，尤其是当激光束入射到沉积材料23的路径之外的衬底11的区域中。
至少出于上述给出的原因，期望的是，沿着路径尽可能快速地移动激光束，同时确保沉积材料23受到足够长的照射以形成导电迹线。因此，激光束可以被配置为沿着路径以大约大于5m/s的速度进行移动。但是，激光束可以慢一些以确保有效地形成导电迹线。例如，激光束可以被配置为沿着路径以大约5m/s的速度进行移动。更优选地，激光束被配置为以在0.1m/s到5m/s的范围内的速度进行移动，并且更优选的是以在1m/s到4m/s的范围内的速度进行移动。
为了提高效率，有利的是尽可能快速的照射材料以形成导电迹线，然而，增加速度需要额外的控制。因此，有利的是提供一种方式的激光束，使得该激光束可以更精确地被引导至沉积材料23，同时理想情况是避免被引导至衬底的周围区域，以便仅有效地照射沉积材料23。
如上所述，沉积材料23可以以至少一种方式使横截面中路径的宽度和/或沿着路径的长度发生变化。因此，照射沉积材料23所需要的能量的量取决于照射路径的哪一部分。换言之，每个区域的能量的量，即，在路径的任何特定部分所需要的能量大小可以发生变化。
本发明的激光束具有光轴和入射到表面21的激光束的横截面区域内的能量分布，该能量分布关于表面21的光轴是非圆形对称的。非圆形对称的能量分布可以包括但不限于完全不对称的能量分布。方法包括引导激光束，以使得该激光束入射到衬底11的表面21的沉积材料23上。设备包括引导装置，如上所述，该引导装置用于将激光束入射到衬底11的表面21的沉积材料23上。引导该激光束沿着衬底11的表面21上的路径进行移动，以照射沉积材料23，从而提供沿着所述路径的导电迹线。横截面区域内的能量分布的选定的方向与激光束的移动方向一致。
在入射到衬底11的沉积材料23上的激光束的横截面区域内具有非圆形对称的能量分布意味着在给定时间内在激光束的横截面区域内提供给任何给定光斑的能量的量将不是圆形对称的。因此，可以选择能量分布的取向以控制路径的照射，例如，提供给沉积材料23所需要的或所期望的照射程度，同时尽量减小对衬底11的其他部分造成热损伤的风险。
具有非圆形对称的能量分布使得激光束能够将能量集中在所需要或所期望的区域，同时减小其他区域的能量，例如，可能造成损伤的地方。可以选择方向以控制提供给激光束下的路径区域的能量的量。例如，在选择的方向上，当通过衬底11观察横截面时，入射到表面21的横截面内的能量分布在对应于路径的边缘的横截面的一侧具有减小的强度。因此，可以选择方向以在边缘提供减小的照射，例如，如图2b所示，在路径的边缘具有减小的厚度。入射到表面的横截面内的能量分布可以是任意分布。入射到表面的横截面内的能量分布可以经过特别地裁剪，即，在横截面内具有选定的强度分布曲线。可选地或附加地，可以选择或改变横截面的形状。
本发明的激光束在入射到表面上的激光束的横截面区域内具有选定的能量分布，该能量分布关于激光束的光轴是非圆形对称的。该能量分布可能是由于激光束的产生方式所致，即，这种不对称可以是由激光器12本身造成的。可选地或附加地，激光器12可以产生第一激光束，该第一激光束关于光轴是基本圆形对称的能量分布。然而，方法可以包括对激光器12产生的第一激光束进行修改以提供第二激光束的进一步的步骤，该第二激光束是经修改的激光束。修改第二激光束，以使得入射到表面的激光束的横截面区域内的能量分布在表面处关于光轴是非圆形对称的。设备可以包括修改装置以修改激光束，以使得第一光束的能量分布与第二光束的能量分布是彼此不同的。
对激光束进行修改的步骤例如可以包括使第一激光束穿过非圆形孔。激光束还可以被修改为具有不同的横截面形状，或使激光束穿过掩模(图1未示出)以使横截面内的能量分布发生变化。掩模可以具有非圆形孔。掩模可以是用于激光束的图案、压印或改变激光束的压印的形状的任何设备。可选地，反射掩模可以用同样的方式来修改激光束的横截面的形状或激光束的横截面内的能量分布，但是该反射掩模是对进入的激光束进行反射，而不是使激光束穿过该反射掩模。
可以使用任何透射式或反射式的任何器件来修改激光束，该器件被配置为形成和/或引导激光束，例如，衍射光学元件、空间光调制器和/或数字微镜。这些器件中的任意一种可以用于在激光束的横截面内裁剪激光，即，修改激光焦点处的能量分布。这些器件中的任意一种可以用于代替或补充图1中示出的部件。在一实施例中，第一镜和/或第二镜可以被替换为衍射光学元件、空间光调制器和/或数字微镜。附加地或可选地，可以通过控制器17来控制第一镜和/或第二镜，以分别控制由第一镜和/或第二镜反射的激光束的方向。
优选地，入射到衬底11的表面21上的激光束的横截面的宽度被设置成与所述路径的宽度基本对应。换言之，激光束的宽度可以与路径相同。优选地，激光束的宽度是在大约10μm到10mm的范围内，或更优选地是在大约100μm到1mm的范围内。理想情况下，激光束(和路径)的宽度应尽可能的小，同时可靠地形成导电迹线。
如果激光束的横截面的宽度对应于路径的宽度，这就确保了在路径宽度上的所有的沉积材料23都将受到照射。此外，这会减小或避免激光束入射到路径的毗连处的衬底上的可能性。有利的是激光器不会照射衬底的毗邻表面，因此，可能会减少对不包括路径的衬底部分的衬底的热损伤。
激光束的宽度例如可以通过掩模进行改变。因此，可以截断激光器的横截面。通常可以截断与运动方向垂直的激光束的宽度。可以在两侧对称地截断激光束的横截面的宽度。可以使用光学元件来修改激光束的宽度以改变激光束的宽度。
设备的修改装置可以包括掩模、反射掩模，和/或用于修改激光束的任何光学元件，修改激光束例如通过对入射到横截面内的表面和/或横截面内的能量分布的激光束的横截面形状进行改变。修改装置可以例如使用扩束器从光学角度上使激光束变形，以减少或扩展光束。可以配置设备，以使得例如掩模的修改装置成像在衬底上。
此外，材料可以沉积在路径的期望位置之外的衬底的表面上。不构成所期望路径的部分的沉积材料23可以被称为附加材料。如果激光束照射路径上的沉积材料23周围的区域，则也可能照射一部分附加材料，从而形成附加的(不被期望的)导电部分。这种附加导电部分会降低由导电迹线形成的电气连接的品质。因此，减小激光照射不是所期望的路径的衬底部分可能性(例如，通过控制入射到衬底表面上的激光束的横截面宽度)会提高导电迹线形成的品质。
如上所述，沉积材料23和/或衬底可以沿着路径长度而变化，这会使确保沉积材料23接收到适当的辐射量以形成导电迹线而不引起其他区域的热损伤变得更加困难。因此，选择激光束的能量分布的取向以及可选地，调节(例如，旋转)入射到衬底11的表面21上的激光束的横截面形状或入射到衬底11的表面21上的激光束的能量分布，使得辐射的量根据所期望的或所需要的辐射的量而变化以照射沉积材料23，从而形成导电迹线。
可以选择入射到表面上的横截面内的激光束的能量分布以提供经裁剪的光斑。这意味着选择横截面的形状和/或选择横截面内的能量分布。如图4至图7所示，下面的实施例描述了可能的经裁剪的光斑的变型。
图4a、图4b以及图4c示出了入射到衬底11的表面21上的激光束的横截面形状如何匹配图3a和图3b所示的衬底11上的沉积材料23的示例。图4a和图4b分别对应于图3a和图3b。如先前所描述的那样，如图4a所示的沉积材料23的厚度随衬底11的表面21中的凹槽20而变化。因此，沉积材料23在沿着路径的中心部分较厚。如图4b的平面视图所示，沉积材料23在沿着路径的长度上具有基本上均匀的宽度。
图4c示出了在衬底11的表面21上的激光束的横截面内的能量分布形状。在一实施例中，辐射强度在横截面形状内可以是均匀的，然而，该形状本身可以如示出的那样关于光轴是非圆形对称的。如图4c所示，在该示例中，激光束的能量分布具有的一个中心部分，该中心部分与路径的沉积材料23的较厚部分对应。该中心部分在运动方向上比能量分布的侧边部分要长，该能量分布的侧边部分与沉积材料23的较薄部分对应。激光束的运动方向由箭头表示。因此，当激光束沿着路径移动时，激光束照射中心(较厚)部分的时间比照射侧边(较薄)部分的时间长。这使得沉积材料23的所有部分能够接收适当(或期望的)的辐射的量。
如果不使用这种分布曲线，则在所需要的速度下移动激光束来照射沉积材料23的侧边(较薄)部分可能意味着中心部分没有受到充分地照射。这将导致在中心凹槽20中有较差品质的导电迹线。可选地，如果激光束移动得更慢，则中心部分会接收到附加的辐射，这会降低形成导电迹线的速度和效率。附加的辐射还会损伤沉积材料23和/或损伤沉积材料23下面的毗连凹槽20的衬底。因此，根据路径上沉积材料23的宽度和/或厚度选择激光束的分布曲线，以使得所有的沉积材料23接收适当大小的辐射同时尽量减小热损伤的风险。
在优选实施例中，图5a示出了入射到衬底11的表面上的激光束横截面的能量分布的强度。图5a示出了入射到衬底11的表面上的激光束的辐射强度变化。图5a示出了入射到表面21上的激光束横截面的轮廓。该轮廓对应于激光束横截面的形状。激光束的运动方向由箭头表示。图5c示出了主轴上的强度变化，即，穿过入射到衬底11的表面21上的光束的横截面的中心轴。主轴可以垂直于光轴。如图5c所示，主轴(X)上的能量分布的强度变化基本上是高斯分布曲线。
图5b示出了在副轴(Y)上观察到的光束分布曲线，副轴垂直于主轴。主轴可以与激光束的移动方向一致，以使得副轴对应于激光束的宽度。如图5b所示，在该实施例中，在激光束的宽度上的激光束强度的变化是截断型高斯分布曲线。高斯分布曲线在中心具有辐射峰，即，在光轴上，辐射强度在高斯分布曲线的两侧会减小。
在副轴上的该辐射强度在光轴的两侧基本上是截断型高斯分布曲线。可以截断该分布曲线，以避免激光束照射衬底11或路径外部的任何附加的沉积材料23。这是有利的，因为路径可能有限定的边缘，并且第二光束分布曲线可以被截断以更精确地匹配路径的边缘，以使得入射到路径上的激光束的横截面宽度与路径基本上相同。
图5c示出了沿着主轴的强度变化。在该实施例中，该分布曲线是关于光轴对称的高斯分布曲线。高斯分布曲线在沿着主轴的横截面中心处有一个峰，并在激光束的前沿和激光束的后沿的任意一侧下降。前沿是在移动方向上移动时的激光束的前边缘，否则指的是扫描方向。后沿是在扫描方向移动时的激光束的后边缘。
在前沿处使用具有经减小的强度的能量分布使得沉积材料能够慢慢加热，这可以减小或防止损伤沉积材料。当材料加热太快时会发生损伤。在一些情况下，减小前沿的强度可能是有利的，例如，在剩余沉积材料在较高温度下被照射以前，可以在较低温度下去除溶液。
如图5a所示，如上所描述的能量分布具有大致位于中心的强度峰值、特定宽度，以及从中心点到横截面的前沿和后沿的强度的逐渐变化。
在优选实施例中，如图6a所示，可以改变激光束以在入射到衬底11的表面21上的激光束横截面的后沿处具有峰值辐射强度。激光束的运动方向由箭头表示。
如图6b所示，副轴上的光束强度具有近似礼帽式的分布曲线。换言之，辐射分布在路径宽度上基本上是均匀的。使用该类型的激光器的分布是有利的，因为只要激光束定位准确并且光束宽度基本对应于路径宽度，则会减小对毗连路径的多余材料或周围衬底11进行照射的可能性。此外，当沉积材料23在衬底表面上是均匀的厚度时(例如，图2a或图2d)，在路径上具有均匀的辐射是特别有用的。提供能量分布在路径宽度上恒定的激光束(即，礼帽式)，使得激光束在路径宽度上比使用其他分布(例如，高斯分布曲线)能更均匀地照射路径。
如图6c所示，入射到表面21上的横截面内的激光束强度分布的强度变化可以是在主轴上的斜坡式分布曲线。斜坡式分布曲线从前沿的最小值开始，然后逐渐增加至后沿的最大值。如图6c所示，斜坡的坡度可以不是线性的。如图6c所示，斜坡式分布曲线可以基本上等于半个高斯分布。斜坡式分布曲线可以是有利的，因为当激光束沿着路径移动时，在前沿提供较低的温度，然后提供较高的温度。在一些情况下，这可以是有利的，例如，在剩余沉积材料在较高温度下被照射以前，可以在较低温度下去除溶液。也可以使用反向斜坡式分布曲线，该反向斜坡式分布曲线与斜坡式分布曲线相反，因为反向斜坡式分布曲线是从前沿的最大值开始，然后逐渐减小至后沿的最大值。
在进一步的实施例中，如图7a所示，能量分布的强度在横截面形状内可以是均匀的，因为在沿着关于图4c所描述的主轴或副轴的横截面形状内强度没有发生变化。一种具有均匀能量分布强度的横截面，其中图7a示出了该横截面。激光束的运动方向由箭头表示。图7b示出了当光束相对于衬底11移动时，入射到衬底11上的激光能量的大小的分布曲线。当激光束相对于衬底11移动时，入射到衬底11的激光能量的大小是入射到衬底11上的能量分布的积分。
进一步的示例性强度变化可以包括M型分布曲线，该M型分布在两侧具有峰值强度以及在中心具有低点强度，而环型分布曲线在直径上可以变化并且可以是截断型分布曲线。根据所需要/所期望照射沉积材料23时所需要/所期望的强度分布可以使用以上示例的任何变化。可以提供具有如上所述的上述任何实施例中在主轴和副轴上辐射的能量分布。可以选择能量分布来最有效地匹配沉积材料23的路径宽度和厚度，以便有效地形成导电迹线。考虑到形成路径的沉积材料23在厚度和/或宽度上的变化、形成表面21的材料的变化或衬底底层的变化、和/或考虑到所使用的沉积材料的变化，可以选择激光束能量分布。激光束的能量分布可以在包括使用中的任何时间进行改变。例如，可以改变能量分布以最有效地匹配如上所述的任何变化。以这种方式，将激光束的横截面和辐射强度的特征与沉积材料23和/或衬底11的路径和/或材料的厚度和/或宽度进行匹配，有利于更有效地照射沉积材料23并提供如上所述的较高质量的导电迹线，同时尽量减小对周围区域或底层的热损伤。
图8是电气内部连接器的平面视图，该电气内部连接器例如在诸如光电板之类的薄膜器件的毗连单元之间。在WO 2011/048352中描述了这种内部连接器。如图8所示，本文所描述的方法可以用于形成导电迹线，该导电迹线电气连接了器件的上电极层和下电极层。图8示出了将经裁剪的激光斑引导至沉积材料23的进一步的示例。激光束的运动方向由箭头表示。图8的经裁剪的光斑与图4c和图7a-图7b示出的能量分布相似，因为横截面内的能量分布可能是均匀的。
入射到衬底11的表面21上的激光束具有特定的横截面形状，以有效地针对沉积材料23的不同部分提供辐射所需要的量。
在上述任何实施例中，激光束能量分布的选定的方向可以沿着移动方向(即扫描方向)进行延长。可选地或附加地，如图4至图8中任一所述，能量分布在移动方向上可以是对称的。
如上述任意示例所述，沿着路径可以不提供均匀的沉积材料23。例如，路径的一部分可以是具有沉积材料23的较厚层的部分，而路径的其他部分可以是较薄的部分。此外，路径的一部分可以具有均匀的横截面厚度，而路径的其他部分可以具有部分沉积材料23在凹槽内的横截面，或可以具有不均匀地分布在衬底的顶部表面上的横截面。换言之，横截面的厚度可以沿着路径发生变化。
在本发明的优选实施例中，在对沉积材料23进行照射时，可以改变能量分布的分布曲线，以改变激光束的横截面形状和/或改变横截面形状内的辐射强度，以更紧密地与有效照射沉积材料23所需要的辐射分布进行匹配。因此，在激光斑沿着路径移动时，可以动态地改变激光斑内(即，在横截面形状内)的能量分布。可选地或附加地，当激光斑沿着路径移动时，可以动态地改变横截面本身的形状。这是有利的，因为这意味着可以更精确地照射沉积材料23，以确保照射路径上所有的沉积材料23，并且减小了对路径之外的任何附加的沉积材料23或周围的衬底进行照射的可能性。可以使用上述任何实施例中的修改步骤来改变第一光束分布曲线/第二光束分布曲线。
根据本发明的一方面的方法，该方法包括沿着所述路径移动激光束，所述路径的选定取向与移动方向一致。这意味着选定的方向与沿着路径的至少一部分的移动方向一致。选定的方向可以只在短的时间段内与移动方向一致。可选地，当激光束沿着路径移动时，选定的方向可以在长的时间段内与移动方向一致，也可以基本上在路径的整个长度上与移动方向一致。
为了保持选定取向与移动方向一致，激光束的能量分布可以绕光轴旋转。可以旋转激光束以改变这种一致性，使得入射到沉积材料23上的激光束的横截面更紧密地匹配激光束入射的沉积材料23的宽度。可选地或附加地，可以旋转激光束以改变这种一致性，使得横截面内的辐射分布更紧密地匹配基于照射沉积材料23的厚度所需要的辐射。
可以以许多不同的方式旋转激光束。可以旋转激光束的横截面形状和/或可以旋转该形状内的能量分布。例如，可以使用控制器17来改变第一镜14(可以是数字镜器件)的位置或反射率，以旋转入射到衬底上的激光束的横截面形状。数字镜器件可以包括多个小镜，该多个小镜形成镜阵列，其中，每个镜被单独控制以使激光束的至少一部分发生偏转。可以使用多个镜来控制激光束的反射，并因此控制激光束横截面内的能量分布。可选地使用控制器17来控制数字镜器件所使用的每个镜。
方法可以进一步地包括使激光束通过掩模，例如使用图9所示的设备。图9所示的掩模28用于形成激光束。掩模28可以包括孔。掩模28也可以由控制器13进行控制，并且可以进行旋转以改变激光束相对于衬底的方向。除图1所示的数字镜器件之外，还可以使用这种掩模，或者可以使用这种掩模来代替图1所示的数字镜器件。
可选地或附加地，可以使用空间光调制器来代替数字镜器件和/或掩模，和/或除数字镜器件和/或掩模之外使用空间光调制器，以改变和/或旋转激光束的形状。可选地或附加地，可以使用道威棱镜。空间光调制器、数字镜器件、道威棱镜和/或掩模都可以是设备的一部分并且可以由控制器17进行控制。
在衬底上旋转激光束意味着在激光束照射衬底表面上的沉积材料23时可以更精确地控制激光束。因此，激光束在沿着具有上述优点的路径上照射不包括沉积材料23的衬底表面的可能性较小。激光束可以在使用期间(即，当激光束被引导至沉积材料23时)进行旋转，以使激光束和路径一致。
引导激光束沿着衬底表面上的沉积材料23的路径进行移动。衬底表面上的路径可以包括弯曲部分和/或向不同方向延伸的直线部分。例如，形成导电迹线的路径可以是用于形成窄的电气连接的复杂图案的一部分，例如，沿着触摸板的边缘或触摸板的一个或多个角落周围。当激光束沿着路径的直线部分和路径的弯曲部分进行移动时，激光束可以按上述方式进行旋转，以使得激光束的选定取向与路径基本上一致。弯曲部分可以是两条直线之间的一个拐角。以这种方式，当激光束沿着路径的直线部分和拐角部分进行移动时，可以旋转(或转向)激光束的能量分布的横截面，以保持入射到路径上的激光束的横截面形状与照射沉积材料的分布曲线一致。
在另一布置中，具有第一能量分布的第一激光束可以沿着路径的第一部分进行移动，而具有第二能量分布的第二激光束可以沿着路径的第二部分进行移动(例如，该第二部分可以与第一部分成一定角度)。可选地，第一激光束可以沿着路径的第一部分进行移动，在需要时进行旋转和/或在需要时改变第一激光束的能量分布，然后沿着路径的第二部分进行移动。
如上所述，路径可以包括凹槽20，该凹槽20是在衬底11的表面21上形成的。可以提供已经形成凹槽20的衬底11。可选地，方法可以进一步包括在衬底11的表面21中形成凹槽20的步骤。可以通过已知方法形成该凹槽20。例如，可以通过移除(例如通过激光切除)沿着路径的衬底11的顶部部分来形成凹槽20。可选地，可以通过增加衬底顶部上的另一层同时使衬底的某些部分没有该附加层来形成凹槽20，从而由于附加层缺少某一区域而提供凹槽20。设备可以包括形成凹槽的装置，例如，用于提供另一层的装置和/或用于在衬底11的表面21上切割凹槽的另一激光器。
方法可以包括已经由沉积材料23组成的衬底11。方法可以进一步包括在衬底上沉积材料的步骤。方法可以包括沿着路径在衬底上沉积材料。可选地，方法可以包括将材料沉积在衬底的表面上，并且移除不在所期望区域内(即，不在路径内)的附加的沉积材料。在一实施例中，设备可以包括沉积装置，该沉积装置使用上述任一方法沿着衬底11的表面21上的路径将材料沉积在衬底11上。例如，沉积材料的步骤可以使用喷嘴来执行，该喷嘴被配置成将材料液滴释放到衬底11的表面21上和/或从一个或多个喷嘴释放材料流。因此，设备可以包括喷嘴，并且设备可以是或可以包括喷墨印刷机，该喷墨印刷机包括所述喷嘴。可选地，沉积装置可以包括丝网印刷机。在上述任何实施例中进行沉积的材料可以包括粒子，并且该粒子可选地保持在基质中。
如上所述，引导激光束沿着所述路径进行移动。这指的是激光束和衬底11相对于彼此进行移动。该移动可以是激光束相对于衬底11的平移或旋转。可以控制衬底11，使该衬底11相对于固定激光束进行移动。可选地，可以控制激光束，使该激光束相对于固定衬底11进行移动。可选地，激光束和衬底都可以被控制移动以改变该激光束和该衬底相对于彼此的位置。
上述任何实施例中，控制器17可以是单个控制器，该单个控制器用于控制设备的多个部件。可选地，控制器可以包括数个控制单元，每个控制单元被配置成控制设备的至少一个部件。控制器可以包括处理装置，例如，微处理器或计算机，经调节的或经编程的处理装置可以提供所需要的控制信号。在优选实施例中，用于衬底11的沉积材料23和/或材料的变化由处理器获取和存储，该处理器被用作控制器17的一部分或与控制器17连接在一起，以控制沿着路径进行定向的激光束的选定取向和激光束的能量分布的可选变化。
在本发明中，作为引导装置的一部分而提供的镜子的数量不受限制。例如，图1示出了第一镜14和第二镜15，而图8示出了附加镜29。然而用于重新定向激光束的镜子的数量不受限制，并且可以使用任何适当的数量。此外，被配置为引导激光束和/或形成激光束的器件的数量不受限制，并且可以使用任何适当的数量。
在上述任何实施例中，激光束可以沿着路径进行移动，该激光束的光轴基本垂直于衬底的表面。因此，入射到衬底表面上的激光束的横截面可以是垂直于光轴的激光束的横截面。
可以按照上述任何实施例中的方法提供设备。

Claims (32)

1.一种用于在衬底的表面上形成导电迹线的方法，所述方法包括：
提供衬底，其中，所述衬底包括沿着所述衬底的表面上的路径的沉积材料；
产生激光束，所述激光束具有光轴和入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域内的能量分布，所述能量分布在所述表面处关于所述光轴是非圆形对称的；以及
引导所述激光束沿着所述路径进行移动，以照射所述沉积材料，从而提供沿着所述路径的导电迹线，其中，所述横截面区域内的所述能量分布的选定取向与所述激光束的移动方向一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述光束沿着所述路径移动时，根据期望所述衬底的表面上的所述横截面区域内的所述沉积材料接收的辐射量，来调节入射到所述表面上的所述横截面区域的形状，和/或调节入射到所述表面上的所述激光束在所述横截面区域内的能量分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述激光束在所述横截面区域内的能量分布关于所述移动方向是对称的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述激光束在所述横截面区域内的能量分布的选定取向与所述激光束的移动方向一致。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述路径是在所述衬底的顶部表面上以预定图案形成的，所述路径包括弯曲部分和/或沿不同方向延伸的直线部分，并且其中所述激光束被设置成循着所述路径的直线部分和/或所述路径的弯曲部分，并且其中所述激光束在所述横截面区域内的能量分布围绕所述光轴相对于所述衬底进行旋转，以便保持所述选定取向与所述移动方向一致。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，入射到所述表面上的所述激光束的所述横截面区域的宽度被设置成与所述路径的宽度基本上对应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：对具有关于所述光轴基本上圆形对称的能量分布的第一激光束进行修改，以使得入射到所述表面上所述激光束在所述横截面区域内的能量分布关于所述光轴是非圆形对称的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过使所述第一激光束穿过非圆形孔来修改所述第一激光束。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括沿着所述衬底的表面上的路径将所述材料沉积在所述衬底上的步骤。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域具有主轴和副轴，所述主轴垂直于所述副轴，其中，沿着所述主轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上高斯分布曲线并且沿着所述副轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上高斯分布曲线，其中，选择所述能量分布的取向以使得所述主轴与所述移动方向基本一致，并且截断所述副轴中的所述高斯分布曲线的两侧，以使得经截断得到的分布曲线的宽度与所述路径的宽度基本对应。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域具有主轴和副轴，所述主轴垂直于所述副轴，其中，沿着所述主轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上斜坡式分布曲线，而沿着所述副轴的所述能量分布的强度变化遵循近似礼帽式的分布曲线，其中，选择所述能量分布的取向以使得所述主轴与所述移动方向基本一致，并且所述近似礼帽式的分布曲线的宽度被设置成与所述路径的宽度基本对应。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述沉积材料包括保持在基质中的粒子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述粒子是金属粒子。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述沉积材料在所述衬底的表面的厚度在所述衬底的横截面上变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述路径包括凹槽，所述凹槽被形成在所述衬底的表面到所述衬底的横截面上。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述沉积材料的厚度，调节入射到所述衬底的表面上的所述激光束的横截面区域内的所述能量分布，以使得较厚的区域相比较薄的区域会接收更多的辐射。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据形成所述衬底的表面的材料和/或形成所述衬底的底层的材料，调节入射到所述衬底的表面上的所述激光束的横截面区域内的所述能量分布。
18.一种用于在衬底表面上形成导电迹线的设备，所述设备包括：
用于支承衬底的支承件，其中，所述衬底包括沿着所述衬底的表面上的路径的沉积材料；
激光光源，所述激光光源被配置成提供激光束，所述激光束具有光轴和入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域内的能量分布，所述能量分布在所述表面处关于所述光轴是非圆形对称的；以及
引导装置，所述引导装置被配置成引导所述激光束沿着所述路径进行移动，以照射所述沉积材料，从而提供沿着所述路径的导电迹线，其中，所述横截面区域内的所述能量分布的选定取现与所述激光束的移动方向一致。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述设备被配置成：当所述光束沿着所述路径进行移动时，根据期望所述衬底的表面上的横截面区域内的所述沉积材料接收的辐射量，调节入射到所述表面上的所述横截面区域的形状，和/或调节入射到所述表面上的所述激光束在所述横截面区域内的能量分布。
20.根据权利要求18或19任一项所述的设备，其中，所述设备被设置成调节入射到所述表面上的所述横截面区域的形状，以使得所述横截面区域的形状关于所述移动方向是对称的。
21.根据权利要求中18至20中任一项所述的设备，其中，所述路径是在所述衬底的表面上以预定图案形成的，所述路径包括弯曲部分和/或沿不同方向延伸的直线部分，并且其中所述激光束被设置成循着所述路径的直线部分和/或所述路径的弯曲部分，并且其中所述引导装置被配置成使所述激光束在所述横截面区域内的能量分布围绕所述光轴相对于所述衬底进行旋转，以便保持所述选定取向与所述移动方向一致。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述引导装置包括使所述激光束穿过的掩模，其中所述掩模被配置成围绕所述光轴旋转所述激光束的能量分布。
23.根据权利要求21或22所述的设备，其中，所述引导装置包括光学元件，所述光学元件被设置成对所述激光束进行反射，并且所述光学元件被配置成围绕所述光轴旋转所述激光束的能量分布。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的设备，其中，入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域的宽度被设置成与所述路径的宽度基本上对应。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的设备，所述设备还包括分布调节装置，所述分布调节装置被配置成对关于所述光轴具有基本上圆形对称的能量分布的第一激光束进行修改，以使得入射到所述表面上所述激光束在所述横截面区域内的能量分布关于所述光轴是非圆形对称的。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述分布调节装置包括非圆形孔。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的设备，其中，入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域具有主轴和副轴，所述主轴垂直于所述副轴，其中，沿着所述主轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上高斯分布曲线并且沿着所述副轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上高斯分布曲线，其中，选择所述能量分布的取向以使得所述主轴与所述移动方向基本一致，并且截断沿所述副轴的所述高斯分布曲线的两侧，以使得截断后的分布曲线的宽度与所述路径的宽度基本对应。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的设备，其中，入射到所述表面上的所述激光束的横截面区域具有主轴和副轴，所述主轴垂直于所述副轴，其中，沿着所述主轴的所述能量分布的强度变化遵循基本上斜坡式分布曲线，而沿着所述副轴的所述能量分布的强度变化遵循近似礼帽式的分布曲线，其中，选择所述能量分布的取向以使得所述主轴与所述移动方向基本一致，并且所述近似礼帽式的分布曲线的宽度被设置成与所述路径的宽度基本对应。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的设备，所述设备还包括沉积单元，所述沉积单元被配置成：沿着所述衬底的表面上的所述路径，将所述材料沉积在所述衬底上。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述沉积单元包括喷墨印刷机中用于沉积材料的喷嘴，其中，所述材料包括保持在基质中的粒子。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述喷嘴是喷墨印刷机的一部分。
32.根据权利要求29所述的设备，其中，所述沉积单元包括丝网印刷机，其中，所述材料包括保持在基质中的粒子。
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