CN111684550A - 嵌入式电阻的直接印刷 - Google Patents

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Abstract

一种用于制作一电子装置的方法包含：辨识电路基板上的轨迹，在电路基板上，将在轨迹的第一端点与第二端点之间形成具有指定电阻的电阻器。将透明供体基板靠近在电路基板上所辨识的轨迹定位，透明供体基板具有相对的第一表面及第二表面、及形成于第二表面上的供体膜，供体膜包含电阻性材料，其中第二表面面朝电路基板。引导激光辐射的脉波照射于供体膜上，以诱导电阻性材料的小滴自供体膜喷射至电路基板上沿着轨迹的相应的相邻位置处，其中相邻位置之间的间隔被选择以在第一端点与第二端点之间形成具有指定电阻的电路迹线。

Description

嵌入式电阻的直接印刷
相关申请案的交叉参考
本申请案主张于2018年1月11日提出申请的美国临时专利申请案第62/615,982号的权利，该美国临时专利申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明大体而言是关于激光诱导材料转移，且具体而言是关于通过激光诱导前向转移(laser-induced forward transfer；LIFT)在一基板上印刷电子组件。
背景技术
在激光直写(laser direct-write；LDW)技术中，使用一激光束、通过受控材料烧蚀(ablation)或沈积来形成具有空间解析三维结构的一经图案化表面。激光诱导前向转移(LIFT)是为一种可应用于在一表面上沈积微图案的激光直写技术。
在激光诱导前向转移中，激光光子提供驱动力以自一供体膜(donor film)朝一受体基板(acceptor substrate)投射一小体积的材料。通常，激光束与被涂覆至一非吸收性载体基板上的供体膜的内侧相互作用。换言之，在入射激光束传播穿过透明载体之后，光子才被膜的内表面吸收。在某一能量临限值以上，自供体膜朝基板的表面喷射材料，在此项技术中已知的激光诱导前向转移系统中，该基板通常被放置成紧密靠近或甚至接触供体膜。可改变所施加激光能量，以控制在受辐照膜体积内生成的前向推进力。
已为多种应用(例如电子电路修复)开发出使用金属供体膜的激光诱导前向转移技术。举例而言，PCT国际公开案第WO 2010/100635号(其公开内容以引用方式并入本文中)阐述了一种修复电子电路的系统及方法，其中使用一激光来预先处理形成于一电路基板上的一导体的一导体修复区域。以如下的一方式对一供体基板施加激光束：使供体基板的一部分自供体基板脱离并被转移至一预定导体位置。
作为另一实例，PCT国际公开案第WO 2015/181810号(其公开内容以引用方式并入本文中)阐述了一种材料沈积方法，该方法包含界定欲形成于一印刷电路基板上并与该印刷电路基板上的导电迹线(conductive trace)接触的一嵌入式电阻器(embeddedresistor)的一轨迹(locus)及一电阻。将一透明供体基板靠近印刷电路基板定位，该透明供体基板具有相对的一第一表面及一第二表面、以及形成于第二表面上的一供体膜，该供体膜包含一金属，其中第二表面面朝印刷电路基板。引导激光辐射的脉波穿过供体基板的第一表面并照射于供体膜上，以诱导熔融材料的小滴(droplet)(所述小滴会在印刷电路基板上形成金属的微粒)自供体膜喷射，同时使脉波进行扫描以用微粒的一聚合体(aggregation)填充该轨迹，该聚合体在接触该聚合体的导电迹线之间提供所定义电阻。
发明内容
下文中所述的本发明实施例提供用于在一基板上进行电路组件的基于激光诱导前向转移的制作的新颖方法及系统、以及通过此等方法而产生的电路组件。
因此，根据本发明的一实施例，提供一种用于制作一电子装置的方法。该方法包含辨识一电路基板上的一轨迹，在该电路基板上，将在该轨迹的一第一端点与一第二端点之间形成具有一指定电阻的一电阻器。将一透明供体基板(transparent donor substrate)靠近在该电路基板上所辨识的该轨迹定位，该透明供体基板具有相对的一第一表面及一第二表面、以及形成于该第二表面上的一供体膜，该供体膜包含一电阻性材料，其中该第二表面面朝该电路基板。引导激光辐射的脉波穿过该供体基板的该第一表面并照射于该供体膜上，以诱导该电阻性材料的小滴自该供体膜喷射至该电路基板上沿着该轨迹的相应的相邻位置处，其中所述相邻位置间的一间隔(separation)被选择以在该第一端点与该第二端点之间形成具有该指定电阻的一电路迹线(circuit trace)。
在一所公开实施例中，该间隔被选择以对所述相邻位置处的所述小滴间的一接触面积的一大小进行控制，该大小决定该电路迹线的该电阻。作为另一选择或另外，引导所述脉波包含调整所述脉波的一能量位准，以控制多个所述小滴之一或多个物理性质，该一或多个物理性质决定该电路迹线的该电阻。
在某些实施例中，辨识该轨迹包含辨识该电路基板上的数个导体间的一间隙，且引导该激光辐射的所述脉波包含在该间隙内形成该电路迹线。在一个实施例中，辨识该间隙包含对该间隙进行量测并因应于该量测来形成该电路迹线。在一个实施例中，形成该迹线包含因应于该量测来设定所述小滴被喷射至其上的所述相邻位置间的该间隔，以使该电路迹线将具有该指定电阻。在另一实施例中，形成该电路迹线包含通过因应于该量测来设定所述脉波的一能量而调整多个所述小滴之一或多个物理性质，以使该电路迹线将具有该指定电阻。进行该量测可包含撷取及处理该电路基板的一影像以辨识及量测该间隙。
另外或作为另一选择，该方法包含：在所述小滴的该喷射之前，在该电路基板中沿着该轨迹形成一沟渠(trench)，其中引导该激光辐射的所述脉波包含将所述小滴注射至该沟渠中。在一所公开实施例中，该沟渠具有较多个所述小滴的一平均直径小的一宽度。
更另外或作为另一选择，该方法包含将该电路迹线进行退火。
在某些实施例中，引导所述脉波包含设定照射于该供体膜上的该激光辐射的所述脉波的一能量及一焦点大小(focal size)，以使所述脉波其中的每一脉波诱导该电阻性材料的一单个小滴自该供体膜的该喷射。在一个实施例中，所述脉波的该能量被设定成一第一值以每脉波诱导该单个小滴的该喷射，且该方法包含：在形成该电路迹线之后，以大于该第一值的一第二能量值引导该激光辐射的其他脉波照射于该供体膜上，以使由该电阻性材料的小微粒形成的一喷涂层(spray)自该供体膜喷射并叠盖于该电路迹线的一端部上。
在一所公开实施例中，引导所述脉波包含引导该激光辐射的多个脉波同时照射于该供体膜上的不同相应点处，以在该电路基板上并行地制作多个电阻性电路迹线。另外或作为另一选择，引导所述脉波包含使所述脉波进行扫描，以在该第一端点与该第二端点之间以一曲折图案(meander pattern)形成该电路迹线。
更另外或作为另一选择，引导所述脉波包含使用一声光偏转器(acousto-opticdeflector)来使所述脉波在该供体基板上进行扫描，量测所述脉波的一强度，并因应于所量测的该强度来控制该声光偏转器以补偿照射于该供体基板上的所述脉波的一能量的波动(fluctuation)。
根据本发明的一实施例，亦提供一种用于制作一电子装置的系统。该系统包含一透明供体基板，该透明供体基板具有相对的一第一表面及一第二表面、以及形成于该第二表面上的一供体膜，该供体膜包含一电阻性材料。一定位总成用以将该供体基板靠近一电路基板上的一轨迹定位，在该电路基板上，将在该轨迹的一第一端点与一第二端点之间形成具有一指定电阻的一电阻器，其中该供体基板的该第二表面面朝该电路基板。一光学总成用以引导激光辐射的脉波穿过该供体基板的该第一表面并照射于该供体膜上，以诱导该电阻性材料的小滴自该供体膜喷射至该电路基板上沿着该轨迹的相应的相邻位置处，其中所述相邻位置间的一间隔被选择以在该第一端点与该第二端点之间形成具有该指定电阻的一电路迹线。
结合附图阅读以下对本发明各实施例的详细说明，将会更充分地理解本发明，附图中：
附图说明
图1为根据本发明一实施例用于制作嵌入式电阻器的一系统的示意性侧视图；
图2为根据本发明一实施例用于在一受体基板上沈积一嵌入式电阻器的一轨迹的示意性剖视图，其显示一金属小滴自一供体膜朝位点的激光诱导前向转移驱动式喷射(LIFT-driven ejection)；
图3A为根据本发明一实施例在用于制作嵌入式电阻器的一系统中所使用的一光学总成的示意性图示化图解；
图3B为根据本发明另一实施例在用于制作嵌入式电阻器的一系统中所使用的一光学总成的示意图；
图4为示意性地例示根据本发明一实施例用于制作嵌入式电阻器的一方法的流程图；
图5为根据本发明一实施例的一电路基板的示意性俯视图，其显示形成于基板上的电路迹线及嵌入式电阻器；
图6A为根据本发明一实施例，一电路迹线与一嵌入式电阻器间的一连接的示意性详视图；
图6B为根据本发明一实施例沿着图6A所示线B-B所截取的图6A所示电路迹线及嵌入式电阻器的示意性剖视图；
图6C为根据本发明一替代实施例沿着图6A所示线C-C所截取的图6A所示电路迹线及嵌入式电阻器的示意性剖视图；以及
图6D为根据本发明一实施例沿着图6A所示线D-D所截取的图6A所示电路迹线及嵌入式电阻器的示意性剖视图。
具体实施方式
概述
本文所述的本发明实施例提供用于对具有小的大小及精细精度的电阻器进行激光诱导前向转移印刷的方法及系统。所公开方法能够以较此项技术中已知的技术高的密度在电路基板上制作嵌入式电阻器，同时维持对于大多数商业应用而言足够的准确度。
在下文中所述的实施例中，在一电路基板上的某一轨迹中于该基板上的一对端点(例如一对导电端子)之间制作具有一指定电阻的一嵌入式电阻器。为制作电阻器，将一透明供体基板靠近电路基板上的将在其中印刷电阻器的轨迹定位，该透明供体基板在其表面其中之一上形成有一供体膜，该供体膜包含一电阻性材料，其中该供体膜面朝该电路基板。一激光引导辐射的脉波穿过供体基板并照射于供体膜上，以诱导电阻性材料的小滴自供体膜喷射至电路基板上。激光束及基板位置被控制成使得所述小滴沿着轨迹接连地沈积于相应的相邻位置处。
通过将小滴位置间的间隔(separation)设定成一所选值来控制嵌入式电阻器的电阻。通常，由小滴形成的迹线的电阻率随着小滴位置间之间隔增大而增大。更具体而言，该间隔被选择以对相邻小滴间的接触面积的大小进行控制，该大小又决定电路迹线的电阻率。
在某些实施例中，在小滴的喷射之前，于电路基板中沿着电阻器的轨迹形成一沟渠，且激光辐射的脉波使所述小滴被注射至沟渠中。发明人已发现，使用宽度可较所述小滴的一平均直径小的此种沟渠有助于精确地控制电阻性迹线的宽度及电阻率。另外或作为另一选择，在进行激光诱导前向转移印刷之后，可将电阻性迹线进行退火(例如，通过使用一激光束进行热处理)，以将电阻修整及/或稳定化至所需值。
系统说明
图1为根据本发明一实施例用于在一受体基板22上进行一嵌入式电阻器的基于激光诱导前向转移的材料沈积的一系统20的示意性侧视图。系统20包含一光学总成24，在光学总成24中，一激光26发射脉波辐射，该脉波辐射由适合的光学器件30聚焦至一激光诱导前向转移供体片材32上。一扫描仪28(例如一旋转镜(rotating mirror)及/或一声光束偏转器(acousto-optic beam deflector))在一控制单元40的控制下将激光束扫描成在供体片材32上辐照出不同光斑(spot)。因此，控制单元40控制光学总成24将供体材料写于基板22上的一预定义轨迹上，其中根据所需电阻来控制相邻小滴间的间距。在所绘示实例中，将在其中沈积电阻器的轨迹包含基板22中的一沟渠46，沟渠46形成于基板22上的一导电迹线44内的一间隙中。
激光26可例如包含具有倍频输出(frequency-doubled output)的一脉波Nd:YAG激光，此允许脉波振幅由控制单元40方便地控制。通常，为达成良好的激光诱导前向转移沈积结果，如下所述，脉波持续时间处于0.1纳秒(ns)至1纳秒的范围中，其中脉波能量处于0.5微焦耳(μJ)至40微焦耳的范围中。光学器件30类似地为可控制的，以调整由激光束在供体片材32上形成的焦斑(focal spot)的大小，其中光斑大小处于5微米(μm)与500微米间的范围中。以上激光脉波特性以举例方式呈现，且作为另一选择，视应用要求而定，可使用脉波能量及光斑大小不同的其他类型的激光。
基板22通常包含一介电材料，该介电材料上印刷有包含迹线44在内的一导电结构(例如一印刷电子电路)。基板22可为刚性或挠性的。因此，基板22可例如包含此项技术中已知的一积层式(laminated)环氧树脂片材或陶瓷片材、或者一挠性电路基板。作为另一选择，系统20可用于在其他种类的基板(例如玻璃、热塑性塑料、热固性材料、以及其他聚合物及有机材料、以及甚至纸为材料)上印刷嵌入式电阻器。
供体片材32包含一供体基板34，供体基板34在面朝受体基板22的表面上形成有一供体膜36。供体基板34包含一透明光学材料(例如一玻璃片材或塑料片材)，而供体膜36包含一适合的电阻性材料(例如一NixCr1-x合金)，其中x例如处于0.3至0.7的范围中。通常，供体膜36的厚度介于0.1微米与3微米之间。作为另一选择，可在供体膜36中使用其他电阻性化合物，例如CrSiN、CrSi、AlO2、或NiCrAl。此外，作为另一选择，在阅读本说明之后，本领域技术人员将明了可在嵌入式电阻器的基于激光诱导前向转移的制作中使用的其他适合的化合物，且所述其他适合的化合物被视为处于本发明的范围内。
控制单元40使一运动总成38将受体基板22或光学总成24或此二者移位，以使来自激光26的光束与受体基板上的将使来自供体膜36的材料被写至的轨迹对准。供体片材32在轨迹上方靠近受体基板22被定位成与受体基板相距一所需间隙宽度。通常，依据对激光束参数的恰当选择，此间隙宽度为至少0.1毫米(mm)或可能更大。光学器件30将激光束聚焦成穿过供体基板34的外表面并照射于供体膜36上，借此使熔融金属的小滴自该膜跨越该间隙而喷射至受体基板22上。在下文中会参照图2来更详细地阐述此激光诱导前向转移制程。
为支援小滴在基板22上的迹线44中之间隙内的准确沈积，此实施例中的系统20包含一照相机42，照相机42与光学总成24对齐地撷取包含迹线44在内的基板22的一电子影像。通常，照相机42包含具有高倍放大率光学器件的一高分辨率影像传感器，以使控制单元40能够准确地量测迹线44中的将在其中沈积电阻器的间隙的长度。作为另一选择或另外，控制单元40可使用先验信息(例如计算机辅助制造(computer-aided manufacturing；CAM)数据)来确定间隙的长度。控制单元40使用实际间隙尺寸及/或先验间隙尺寸来调整电阻器沈积参数(例如相邻小滴间的间距)，以确保使嵌入式电阻器将具有所需电阻。在下文中会进一步阐述此等调整。
通常，控制单元40包含一通用计算机，该通用计算机具有适合的接口以控制光学总成24、运动总成38及系统20的其他组件并自光学总成24、运动总成38及系统20的其他组件接收回馈。系统20可包含附加组件(为简明起见自图中省略)，例如一操作员终端机，其可由一操作员使用来设定系统的功能以及其他预处理站及后处理站的功能。系统20的此等及其他辅助组件对本领域技术人员而言将为显而易见的且为简明起见在本说明中不再予以赘述。
下文阐述在产生嵌入式电阻器时所涉及的预处理步骤及后处理步骤其中的某些步骤。数个此等步骤涉及将激光辐射施加至基板22及/或形成于基板上的结构。此等步骤可通过激光26及光学总成24以与在激光诱导前向转移沈积制程中所使用的运行参数不同的运行参数来执行，或者作为另一选择，此等步骤可在为简明起见而自图中省略的其他基于激光的处理站中实施。
图2为根据本发明一实施例，基板22上的在其处沈积一嵌入式电阻器的一轨迹的示意性剖视图，其显示一金属小滴54自供体膜36至沟渠46中的激光诱导前向转移驱动式喷射。此图例示以一脉波激光束50来辐照膜36的效应，其中脉波持续时间与穿透该膜的热扩散所需的时间相当，如以上所提及的PCT申请案中所述。对激光脉波参数的此种选择会在供体膜中引起一“火山”图案52。呈此“火山喷发(volcano-jetting)”状态的每一激光脉波使一单个小滴54以高定向性(通常与膜表面的法线相差约5毫弧度(mrad)以内)发射出。可通过调整激光束50的能量、脉波持续时间、及激光束50在供体膜36上的焦斑大小、以及供体膜的厚度来控制小滴的大小。视此等参数设定而定，通常可在10毫微微升(femtoliter)至100毫微微升的范围内调整小滴54的体积。
作为另一选择，可将激光脉波能量及其他运行参数调整成使得每一激光脉波使多个小滴自供体膜36发射出，进而可能以下文所定义的“喷涂状态(spray regim)”运行。
当激光通量(laser fluence)超过一给定临限值时，会发生小滴的激光诱导前向转移驱动式喷射，该给定临限值取决于供体膜厚度、供体材料、激光脉波持续时间、及其他因子。对于短激光脉波(如上所述，持续时间为0.1纳秒至1纳秒)，在自激光诱导前向转移临限值扩大至高达一上限的一激光通量值范围内将发生单小滴“火山喷发”式喷射，该上限通常较临限通量大约50％。在此通量上限以上，每一激光脉波将往往以纳米级(nanoscale)小滴尺寸来诱导诸多小的小滴自供体膜喷射。此后一种高通量状态在本文中被称为“喷涂状态”，且可有助于在嵌入式电阻器的某些部分上产生一保护性涂层，如在下文中进一步阐述。
小滴54横穿供体膜36与基板22间的间隙，且然后在基板的表面上快速凝固为金属微粒56。微粒56的直径取决于产生其的小滴54的大小，并且取决于微粒在膜36与基板22之间横穿的间隙的大小。通常，在火山喷发状态中，微粒46具有处于5微米至10微米的范围中的直径，且通过适当设定上述激光诱导前向转移参数，直径可减小至小于2微米。
光学总成24(图1)中的扫描仪28在控制单元40的控制下精确地设定将相邻微粒56的位置分隔开的间距d。对此间距进行选择以控制相邻微粒间的接触面积的大小，该大小决定由微粒形成的电路迹线的电阻率。(间距愈大意味着接触面积愈小，此转变为电阻率愈大，反之亦然。)因此，迹线的电阻由微粒间距连同迹线的长度及宽度一起决定。
假定供体膜36具有一特定组成及厚度，可对控制单元40进行校准，以设定间距d以及光学总成24的辐照参数(例如激光脉波的能量及持续时间)、以及供体膜36与受体基板22间的间隙，进而达成一所需电阻率。可依据一“体因子(bulk factor)”来表达电阻率，体因子意指由微粒56形成的迹线的电阻率与构成膜36的材料的体电阻率(bulk resistivity)间的比率。发明人已发现，间距d与一给定供体膜的体因子及辐照参数间的关系为一致的且可重复的，并且因此可根据实验来加以校准并在嵌入式电阻器的沈积配方(recipe)中使用。具体而言，在图1及图2所例示的系统20的配置中，发明人能够达成处于3至30的范围中的体因子。举例而言，在印刷宽度为二个小滴且间距d被选择成在相邻微粒56之间赋予50％交叠的一NiCr线时，发明人反复地达成为10的体因子。
图3A为显示根据本发明一实施例的光学总成24的细节的示意性图示化图解。此实施例中的扫描仪28同时形成多个光束50。此等光束可用于并行地产生多个嵌入式电阻器，且因此增加系统20的产出量(throughput)。(作为另一选择，如图1中所例示，可将仅一单个激光束可能与一双轴线扫描镜一起使用。)
激光26发射光学辐射的一单个脉波光束，该光学辐射可包含可见辐射、紫外线辐射或红外线辐射。一偏转器60(例如一声光偏转器(acousto-optic deflector；AOD))将输入光束分离成多个输出光束。此种声光偏转器可例如包含一压晶体管62，压晶体管62由一多频率驱动信号进行驱动以在偏转器中生成对输入光束进行分离的声波。至少一个扫描镜64使光束经由光学器件30在供体片材32上进行扫描。虽然在图3A中仅显示了一单个镜64，然而替代实施例(图中未显示)可采用可一起或独立地进行扫描的双轴线镜、及/或此项技术中已知的任何其他适合类型的单轴线或双轴线偏转器及扫描仪，例如一快速转向镜(fast steering mirror)、一检流计式扫描仪(galvo-scanner)、一压电装置、或一微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)装置。
可以各种不同模式来驱动声光偏转器60，以生成所述多个输出光束并对所述多个输出光束进行转向。例如在美国专利第8,395,083号(其公开内容以引用方式并入本文中)中阐述了可适于在光学总成24中使用的数种适合的驱动技术以及辅助聚焦与扫描光学器件。根据此等技术其中之一，一多频率驱动信号使声光偏转器将输入光束绕射成多个处于各自不同的角度的输出光束。PCT国际公开案第WO 2016/020817号(其公开内容以引用方式并入本文中)中阐述了此种类的方案的其他细节。
图3B为显示根据本发明另一实施例的光学总成24的细节的示意性侧视图。此实施例的特征可有效地与图3A所示实施例的特征相组合，以更精确地控制一般而言光学总成及具体而言一声光调变器(acousto-optic modulator；AOM)61。
在图3B所示实施例中，一分束器66在声光调变器61的后除去来自激光26的光束的一小部分，同时光束能量的大部分到达一扫描仪69(其可与图3A所示者相同或者可为此项技术中已知的任何其他适合的类型，例如以上所提及的类型。)扫描仪69使激光束经由光学器件30在供体片材32上进行扫描。
一功率传感器68接收光束的由分束器66除去的部分并量测每一激光脉波的强度。功率传感器68将量测值实时地馈送至控制单元40，控制单元40使用所量测数据来补偿激光脉波的能量的波动。基于量测值，控制单元40评估激光脉波的实际能量，并修改后续脉波的能量，以使一系列连续脉波达到达成目标电阻(或更具体而言，每单位长度的电阻)所必需的平均值。在所绘示实例中，控制单元40通过设定声光调变器61的衰减位准(attenuationlevel)来增加或减小下一激光脉波的能量，以视需要来控制到达供体片材32的激光功率的位准。作为另一选择，控制单元40可控制声光偏转器60(图3A)及/或可直接控制激光26，以维持所需功率位准。
控制单元40可视需要来设定激光功率，以补偿将向其中沈积电阻器的间隙的大小的变化。举例而言，控制单元40可调整脉波的能量位准以控制小滴的物理性质，所述物理性质决定所得电路迹线的电阻。可以此种方式进行控制的物理性质具体而言包含小滴体积、以及密度、孔隙度、及小滴间的粘附品质。
用于电阻器制作的技术
图4为示意性地例示根据本发明一实施例用于制作嵌入式电阻器的一方法的流程图。为方便及清晰起见，参照在前述各图中显示的系统20的组件来阐述该方法。然而，作为另一选择，可在其他种类的具有适合配置的激光诱导前向转移系统中应用此方法的原理，如此项技术者在阅读本说明之后将明了。虽然此处连续地呈现了该方法的步骤，然而该方法可被并行化(parallelized)(例如，如图3中所示，使用多个光束)及/或被管线化(pipelined)，进而以高产出量并行地产生多个嵌入式电阻器。
作为一预备步骤，在一预先校准步骤70处，系统20的一操作员预先校准激光诱导前向转移沈积制程的体积电阻率(volume resistivity)。此步骤可例如包含量测供体膜36的片电阻率(sheet resistivity)(可能包含对供体结构非均匀性进行补偿)并对电阻器进行样本印刷、之后对所得电阻进行原位(in-situ)量测。基于此等量测，计算实际印刷步骤的校正因子(correction factor)并将所述校正因子加载至控制单元40中。校正因子为印刷配方的一部分，其包含对小滴交叠、在制程中所使用的激光能量及后处理步骤(例如激光退火)的控制。
在一检验步骤72处，使用由照相机42撷取的影像，控制单元40检验迹线44中的将在其中沈积一电阻器之间隙并计算欲在形成电阻器时应用的沈积参数。在此步骤处，控制单元40量测迹线44中的实际间隙尺寸，并修改用于印刷电阻器的几何形状及配方以补偿间隙长度相对于例如在计算机辅助制造数据中所反映的原始设计的任何变化。在此基础上，控制单元40计算一长度校正因子，该长度校正因子然后应用于印刷配方中以控制例如小滴间距、在激光诱导前向转移制程中所使用的激光能量及后处理步骤(例如激光退火)等因子，进而确保使嵌入式电阻器将满足适用规格。
在一表面准备步骤74处，使基板22的表面准备好进行激光诱导前向转移沈积。系统20可在此步骤处应用激光烧蚀，以清洁迹线44中的将在其中形成电阻器的间隙的表面并且可能挖出沟渠46以容纳电阻器。此步骤可使用与后续激光诱导前向转移印刷步骤中相同的激光束、或者使用一不同的激光、或者可能使用同一激光的不同光束。在此步骤处形成一窄沟渠46有助于增强基板22对小滴54的捕获及粘附，且使得能够可靠地形成宽度不大于一单个微粒56的电阻性迹线。此外，可使用窄沟渠来局限小滴54的展度并因此形成尺寸与迹线44相当或甚至更小的电阻器。举例而言，发明人已应用激光诱导前向转移沈积在宽度小于10微米且深度小于12.5微米的沟渠中产生电阻器。
另外或作为另一选择，可应用激光26或其他手段来对基板22上的导电迹线44进行准备，以使电阻器的各端部连接至迹线。举例而言，可对迹线的与电阻器的轨迹毗连的边缘进行清洁及使该边缘变直。另外或作为另一选择，可在迹线44的边缘内挖出埠孔(porthole)，所述埠孔将以电阻器材料的小滴54来进行填充(例如，如图6C中所例示)。
在对基板进行准备之后，在一激光诱导前向转移沈积步骤76处，操作激光26及扫描仪28，以在间隙内产生一电阻性迹线。如早先所提及，在印刷电阻性迹线时，控制单元40通常将光学总成24调整成以单滴“火山喷发”状态而运行。在此阶段期间，控制单元40根据适用配方来设定相邻小滴54间的间距，同时对在步骤72及74处所获得的材料参数及迹线间隙参数进行调整。
在以此种方式印刷电阻性迹线之后，控制单元40可将光学总成24的激光诱导前向转移参数修改成以喷涂状态运行，进而以由紧密结合的小的小滴形成的一保护性层来叠盖电阻性迹线的位于导电迹线44的埠孔中的端部。此层有助于密封迹线的各端部且因此防御微粒56与迹线40间的结合的后续劣化。此种劣化原本可能例如因在电阻器沈积的后清洁基板22时所使用的湿润化学品的渗透而发生。
若必需，则在于步骤76处形成一电阻性迹线之后，在一退火步骤78处，应用激光26(或另一经聚焦的热量源)来对电阻性迹线进行退火。此种退火往往增加相邻微粒56间的接触面积的大小，因此改良所得电阻器的稳定性。退火亦可减小电阻性迹线的电阻率。在某些情形中，尤其当需要精确的电阻值时，控制单元40可在步骤76之后对基板22进行探测以量测电阻，且然后相应地对电阻性迹线进行退火以将电阻减小至目标值。
作为另一选择或另外，可例如使用紫外线照明来撷取且然后分析电阻性迹线的一影像，以量测尺寸的轻微变化。此等轻微变化可与电阻的小变化相关，且在步骤78处应用的退火可用于补偿此等变化并因此改良电阻器准确度。作为另一选择，可在此阶段处应用其他量测技术，例如，使用X射线或涡电流感测(eddy current sensing)来量测密度。更作为另一选择或另外，可作为制作配方的一部分来应用退火，以可能对在步骤72处所量测的间隙的长度进行调整。
在以上步骤之后，在一清洁步骤80处，对基板22上的电阻性迹线的区域进行清洁。此步骤可再次使用激光26或另一激光源自电阻性迹线的边缘烧蚀电阻性材料，以移除与迹线的目标宽度及形状相偏离的任何材料。另外或作为另一选择，可应用其他种类的清洁(例如化学清洁)来移除废料。
最终，在一最终检验步骤82处，控制单元40再次操作照相机42来撷取嵌入式电阻器的一影像。控制单元40处理该影像，以通过以上制程来辨识任何质量控制缺陷并且调整将在后续叠代中应用的系统20的参数。
图5为根据本发明一实施例的电路基板22的示意性俯视图，其显示形成于基板上的电路迹线44及嵌入式电阻器98、100、102的一图案90。在此实例中，迹线44连接至接垫(pad)92，一集成电路(integrated circuit；IC)芯片(图中未显示)将结合至接垫92。接垫92及迹线44通过此项技术中已知的印刷电路产生技术(例如微影技术或直写技术)而形成于基板22上。在迹线44中，间隙96被保持开口，以作为用于使用以上所述的制程对嵌入式电阻器进行激光诱导前向转移印刷的轨迹。
在图5所示接垫92右侧的迹线44中，已印刷了数个不同类型的嵌入式电阻器98、100及102。在每一情形中，电阻R将由供体膜36的体电阻率(bulk resistivity)ρ(对于一给定迹线宽度，以每单位长度的欧姆数来度量)与体因子(bulk factor)BF(由激光诱导前向转移参数决定，如以上所阐释)及电阻性迹线的长度L的积来给出：R＝ρ·BF·L。电阻器中的电阻性迹线的宽度由小滴大小及沟渠宽度限制，但可通过仔细控制制程参数而被制成为小至6微米。
电阻器98简单地包含一笔直电阻性迹线，而电阻器100及102代表二个不同种类的曲折图案。对于一给定大小的间隙96，此等曲折图案可达成为电阻器98的迹线长度的大致三倍的迹线长度，且因此可产生为电阻器98的大致三倍大的电阻值。可使用其他曲折图案来达成甚至更大的迹线长度，然而此以在基板上占据一更宽区域为代价。为确保准确的电阻值，在步骤80处仔细地对电阻器100及102的曲折图案的弯部(bend)间的空间进行清洁可为有用的。
图6A至图6D示意性地显示根据本发明一实施例，电路迹线44其中的一的端部与嵌入式电阻器98间的一连接的细节。图6A显示一俯视图，而图6B、图6C及图6D为分别沿着图6A所示线B-B、C-C及D-D所截取的电路迹线及嵌入式电阻器的剖视图。视制程参数而定，图6B及图6C以电阻器98上的同一位置处的替代视图的形式显示替代实施例。
如图6B及图6C中所示，已例如在步骤74处通过激光烧蚀在基板22的表面中挖出一沟渠110。沟渠的宽度可大约为或甚至小于小滴54的平均直径，且因此贴合地固持微粒56。在图6B所示实施例中，微粒56的大小及沟渠110的深度使得微粒被完全容纳于沟渠内。在图6C所示替代实施例中，微粒56在沟渠110的顶部上方延伸至基板22的表面上。
如图6D中所示，已类似地在迹线44的端部中挖出或以其他方式形成一埠孔112。在步骤76处通过激光诱导前向转移制程注射电阻性材料的小滴54，以在埠孔112中形成一或多个微粒56，之后形成由更小微粒形成的一喷涂层114，以将埠孔隔绝以免腐蚀性材料进入。
图5及图6A至图6D所示电阻器的形状及形式在本文以举例方式而非限制方式呈现。本领域技术人员在阅读本说明的后将明了其他形状及形式，且所述其他形状及形式被视为处于本发明的范围内。此外，可应用本发明的原理来产生其他种类的嵌入式电路组件，包含具有电容性质及/或电感性质的组件。
因此，应了解，以上所述的实施例以举例方式阐述，且本发明并非仅限于上文中所具体显示及阐述的内容。相反，本发明的范围包含上文中所述的各种特征的组合及子组合以及本领域技术人员在阅读前述说明的后将设想到并且先前技术中尚未公开的其变形形式及润饰。

Claims (32)

1.一种用于制作一电子装置的方法，该方法包含：
辨识一电路基板上的一轨迹，在该电路基板上，将在该轨迹的一第一端点与一第二端点之间形成具有一指定电阻的一电阻器；
将一透明供体基板靠近在该电路基板上所辨识的该轨迹定位，该透明供体基板具有相对的一第一表面及一第二表面、以及形成于该第二表面上的一供体膜，该供体膜包含一电阻性材料，其中该第二表面面朝该电路基板；以及
引导激光辐射的脉波穿过该供体基板的该第一表面并照射于该供体膜上，以诱导该电阻性材料的小滴自该供体膜喷射至该电路基板上沿着该轨迹的相应的相邻位置处，其中所述相邻位置之间的一间隔被选择以在该第一端点与该第二端点之间形成具有该指定电阻的一电路迹线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该间隔被选择以对所述相邻位置处的所述小滴之间的一接触面积的一大小进行控制，该大小决定该电路迹线的该电阻。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述脉波包含调整所述脉波的一能量位准，以控制多个所述小滴之一或多个物理性质，该一或多个物理性质决定该电路迹线的该电阻。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，辨识该轨迹包含辨识该电路基板上的数个导体之间的一间隙，且其中引导该激光辐射的所述脉波包含在该间隙内形成该电路迹线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，辨识该间隙包含对该间隙进行量测并因应于该量测来形成该电路迹线。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，形成该电路迹线包含因应于该量测来设定所述小滴被喷射至其上的所述相邻位置之间的该间隔，以使该电路迹线将具有该指定电阻。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，形成该电路迹线包含通过因应于该量测来设定所述脉波的一能量而调整多个所述小滴之一或多个物理性质，以使该电路迹线将具有该指定电阻。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进行该量测包含撷取及处理该电路基板的一影像以辨识及量测该间隙。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包含：在所述小滴的该喷射的前，在该电路基板中沿着该轨迹形成一沟渠，其中引导该激光辐射的所述脉波包含将所述小滴注射至该沟渠中。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该沟渠具有较所述小滴的一平均直径小的一宽度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包含将该电路迹线进行退火。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导该激光辐射的所述脉波包含设定照射于该供体膜上的一激光束的一能量及一光斑大小，以使所述脉波其中的每一脉波诱导该电阻性材料的一单个小滴自该供体膜的该喷射。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述脉波的该能量被设定成一第一值以每脉波诱导该单个小滴的该喷射，且其中该方法包含：在形成该电路迹线之后，以大于该第一值的一第二能量值引导该激光辐射的其他脉波照射于该供体膜上，以使由该电阻性材料的小微粒形成的一喷涂层自该供体膜喷射并叠盖于该电路迹线的一端部上。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述脉波包含引导该激光辐射的多个脉波同时照射于该供体膜上的不同相应点处，以在该电路基板上并行地制作多个电阻性电路迹线。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述脉波包含使该激光辐射进行扫描，以在该第一端点与该第二端点之间以一曲折图案形成该电路迹线。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述脉波包含使用一声光偏转器来使所述脉波在该供体基板上进行扫描，量测所述脉波的一强度，并因应于所量测的该强度来控制该声光偏转器以补偿照射于该供体基板上的所述脉波的一能量的波动。
17.一种用于制作一电子装置的系统，该系统包含：
一透明供体基板，具有相对的一第一表面及一第二表面、以及形成于该第二表面上的一供体膜，该供体膜包含一电阻性材料；
一定位总成，用以将该供体基板靠近一电路基板上的一轨迹定位，在该电路基板上，将在该轨迹的一第一端点与一第二端点之间形成具有一指定电阻的一电阻器，其中该供体基板的该第二表面面朝该电路基板；以及
一光学总成，用以引导激光辐射的脉波穿过该供体基板的该第一表面并照射于该供体膜上，以诱导该电阻性材料的小滴自该供体膜喷射至该电路基板上沿着该轨迹的相应的相邻位置处，其中所述相邻位置之间的一间隔被选择以在该第一端点与该第二端点之间形成具有该指定电阻的一电路迹线。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该间隔被选择以对所述相邻位置处的所述小滴之间的一接触面积的一大小进行控制，该大小决定该电路迹线的该电阻。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成用以调整所述脉波的一能量位准，以控制多个所述小滴之一或多个物理性质，该一或多个物理性质决定该电路迹线的该电阻。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该轨迹包含该电路基板上的数个导体之间的一间隙，且其中该电路迹线系形成于该间隙内。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，包含一控制单元，该控制单元用以对该间隙进行量测并因应于该量测来控制该电路迹线的形成。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，该控制单元用以因应于该量测来设定所述小滴被喷射至其上的所述相邻位置之间的该间隔，以使该电路迹线将具有该指定电阻。
23.如权利要求21所述的系统，其特征在于，该控制单元用以通过因应于该量测来设定所述脉波的一能量而调整多个所述小滴之一或多个物理性质，以使该电路迹线将具有该指定电阻。
24.如权利要求21所述的系统，其特征在于，包含一照相机，该照相机用以撷取该电路基板的一影像，且其中该控制单元用以处理该影像以辨识及量测该间隙。
25.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成用以在所述小滴的该喷射之前在该电路基板中沿着该轨迹形成一沟渠且将所述小滴注射至该沟渠中。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，该沟渠具有较多个所述小滴的一平均直径小的一宽度。
27.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成用以将该电路迹线进行退火。
28.如权利要求17所述的系统，其特征在于，由该光学总成设定照射于该供体膜上的该激光辐射的一光束的一能量及一焦点大小，以使所述脉波其中的每一脉波诱导该电阻性材料的一单个小滴自该供体膜之该喷射。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述脉波的该能量被设定成一第一值以每脉波诱导该单个小滴的该喷射，且其中该光学总成更用以：在形成该电路迹线之后，以大于该第一值的一第二能量值引导该激光辐射的其他脉波照射于该供体膜上，以使由该电阻性材料的小微粒形成的一喷涂层自该供体膜喷射并叠盖于该电路迹线的一端部上。
30.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成用以引导该激光辐射的多个脉波同时照射于该供体膜上的不同相应点处，以在该电路基板上并行地制作多个电阻性电路迹线。
31.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成用以使该激光辐射进行扫描，以在该第一端点与该第二端点之间以一曲折图案形成该电路迹线。
32.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该光学总成包含：
一声光偏转器，用以使所述脉波在该供体基板上进行扫描；
一传感器，用以量测所述脉波的一强度；以及
一控制单元，被耦合以因应于所量测的该强度来控制该声光偏转器，以补偿照射于该供体基板上的所述脉波的一能量的波动。
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