CN1512917A - 用于微沉积控制的波形发生器 - Google Patents

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Abstract

一种微沉积系统(20)和方法包括带有多个喷嘴(230)的一个喷头。一个控制器(22)产生选择性地发射喷嘴以产生一个希望特征图案的喷嘴发射命令。配置存储器存储定义用于喷嘴每一个的一个电压波形(280)的电压波形参数。一个数模转换器(DAC)定序器与配置存储器和控制器通信，并且当从控制器(22)接收用于第一喷嘴的一个喷嘴发射命令时，输出用于第一喷嘴的一个第一电压波形。一个电阻性阶梯信号DAC从DAC定序器接收电压波形。一个运算放大器(opamp)与电阻性阶梯信号DAC通信，并且放大电压波形。当从opamp接收的电压波形超过喷嘴(230)的一个发射阈值时，喷嘴发射液滴。

Description

用于微沉积控制的波形发生器 对于相关申请的交叉参考
本申请要求标题为“使用液体到基片上的压电沉积的微结构的形成”、提出于2001年6月1日的美国临时专利申请No.60/295,118；和标题为使用液体到基片上的压电沉积的印刷电路板结构的形成、提出于2001年6月1日的美国临时专利申请No.60/295,100的好处，这些申请的每一个通过参考包括在这里。
技术领域
本发明涉及微沉积系统，更具体地说，涉及用于用来构造印刷电路板、聚合物发光二极管(PLED)显示器、及要求流体材料的微沉积的其它器件的微沉积系统的波形发生器。
背景技术
制造商已经开发了用来构造在基片上具有小特征尺寸的微结构的各种技术。典型地微结构形成电子电路的多层之一。这些结构的例子包括发光二极管(LED)、液晶显示(LCD)器件、印刷电路板等。这些制造技术大多数实施相当昂贵，并且要求高生产量以抑制制造设备的成本。
用来在基片上形成微结构的一种技术包括丝网印刷。在丝网印刷期间，把一个细网格丝网定位在基片上。流体材料穿过丝网并且以由丝网定义的图案沉积到基片上。丝网印刷要求在丝网与基片之间的接触。接触也在丝网与流体材料之间发生，这污染基片和流体材料。
尽管丝网印刷适于形成某些微结构，但多种制造过程必须无污染地生产操作器件。因此，丝网印刷对于某些微结构的制造不是一种可行的选择。例如，聚合物发光二极管(PLED)显示器件要求一种无污染制造过程。
某些聚合物物质能用在二极管中以产生不同波长的可见光。使用这些聚合物，能生产具有红、绿、和蓝亚分量的象素的显示器件。PLED流体材料能够实现全谱彩色显示器，并且要求非常小的功率发射相当量的光。期望PLED显示器在将来用于各种用途，包括电视、计算机监视器、PDA、其它手持计算机器件、蜂窝电话等。也期望PLED技术用于制造提供用于办公、存储、和生活空间的环境照明的发光板。PLED显示器件广泛使用的一个障碍是制造PLED显示器件遇到的困难。
光刻法是用来在基片上制造微结构的另一种制造技术。光刻法也不与PLED显示器件相容。使用光刻法的制造过程一般涉及光敏抗蚀剂材料到基片上的沉积。光敏抗蚀剂材料通过暴露于光熟化。一种图案掩模用来选择性把光施加到光阻材料上。暴露于光的光敏抗蚀剂熟化，而未暴露部分未熟化。把未熟化部分从基片上除去。
通过除去的光敏抗蚀剂层暴露基片的一个下伏表面。光敏抗蚀剂层的熟化部分保持在基片上。然后穿过在光敏抗蚀剂层上的打开图案把另一种材料沉积到基片上，接着除去光敏抗蚀剂层的熟化部分。
光刻法已经成功地用来制造诸如在电路板上的轨迹之类的多种微结构。然而，光刻法污染基片和形成在基片上的材料。光刻法与PLED显示器的制造不相容，因为光敏抗蚀剂污染PLED聚合物。另外，光刻法涉及用来涂敷和处理光敏抗蚀剂材料的多个步骤。当要制造较小量时，光刻法过程的成本可能过高。
旋转涂敷也已经用来形成微结构。旋转涂敷涉及在基片中心处沉积流体材料的同时转动基片。基片的旋转运动引起流体材料均匀地跨过基片表面扩展。旋转涂敷也是一种昂贵的过程，因为大部分流体材料不会保持在基片上。另外，基片的尺寸由旋转涂敷过程限制到小于约12，这使得旋转涂敷不适于诸如PLED电视之类的较大器件。
发明内容
一种微沉积系统和方法包括带有多个喷嘴的喷头。一个控制器产生选择性地发射喷嘴以产生一个希望特征图案的喷嘴发射命令。配置存储器存储定义用于喷嘴每一个的电压波形的电压波形参数。
在其它特征中，一个数模转换器(DAC)定序器与配置存储器和控制器通信，并且当从控制器接收用于第一喷嘴的一个喷嘴发射命令时，输出用于第一喷嘴的一个第一电压波形。一个电阻性阶梯信号DAC从DAC定序器接收电压波形。一个运算放大器(opamp)与电阻性阶梯信号DAC通信，并且放大电压波形。当从opamp接收的电压波形超过喷嘴的一个发射阈值时，喷嘴发射液滴。
在其它特征中，喷嘴包括一根公用线和一根字模(nib)线。公用线连接到大地和相对于系统电源地的一个浮动正电压之一上。opamp把字模线驱动到超过发射阈值电压的一个负电压以发射喷嘴。
在另外的特征中，与一个第一喷嘴有关的一个第一电压波形包括一个正调节脉冲和不会超过发射阈值的一个负调节脉冲的至少一个。正调节脉冲或负调节脉冲先于或后于超过发射阈值的一个发射脉冲。
在另外的特征中，一个配置锁存器从控制器接收一组电压波形参数，并且把电压波形参数组加载在配置存储器中。一个象素锁存器与DAC定序器通信，并且从控制器接收喷嘴发射命令。配置存储器存储用于喷嘴每一个的多组电压波形参数。一个配置组选择器根据喷嘴的操作条件选择电压波形参数组之一。
由下文提供的详细描述，本发明的应用区域将成为显然的。应该理解，详细描述和具体例子，在表明本发明最佳实施例的同时，只打算用于说明目的，而不打算限制本发明的范围。
附图说明
由详细描述和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明一种微沉积系统的功能方块图；
图2是用于图1的微沉积系统的一个控制器的功能方块图；
图3表明在一个基片上用来定位微沉积喷头的标记；
图4表明使用光学字符识别和标记的喷头的对准；
图5表明一种示范微沉积喷头的一个喷嘴；
图6表明在图5的示范微沉积喷头的发射期间一个压电换能器的剪切；
图7和8是单色和彩色聚合发光二极管(PLED)的示范横截面；
图9表明已经沉积在一个基片上诸如(PPV)聚合物之类的流体材料的受控制干燥；
图10表明根据先有技术用于印刷电路板的一种制造过程；
图11表明用来把一种电阻流体材料沉积到用于印刷电路板的一个铜包层介电基片上的微沉积系统的使用；
图12表明用来把一种传导流体材料沉积到介电基片上以产生用于印刷电路板的轨迹的微沉积系统的使用；
图13A和13B表明产生在印刷电路板上的电阻器的电阻性流体材料的微沉积；
图14表明一个电容器的微沉积；
图15表明根据本发明使用在微沉积轨迹上的一个分层绝缘体的印刷电路板更换；
图16表明包括内部微沉积电阻器、电容器和/或轨迹的一块多层印刷电路板；
图17表明包括在一块象素板上的微沉积象素和/或在一块可选择熔断板上的微沉积熔断器的光控板；
图18表明能够产生用于每个喷嘴的不同发射波形的一个波形发生器；
图19表明一种示范喷嘴发射波形的上升斜率、持续时间、计时及下降斜率；
图20表明使用图18的波形发生器对于几种示范喷嘴发射波形的上升斜率、持续时间、计时及下降斜率的修改；
图21是根据先有技术的一种喷嘴驱动电路的功能方块图；
图22是根据本发明的一种喷嘴驱动电路的功能方块图；
图23是一种示范波形发生器的功能方块图；
图24表明包括一个或多个配置组的配置存储器；
图25表明使用调节配置组的波形计时的一个节距计时调节器的波形计时调节；
图26表明与一个示范配置组有关的波形；
图27表明一种示范配置组数据结构；
图28A-28D表明与多重配置组有关的示范波形；
图29A-29C表明液滴形成分析；
图30表明液滴对准；
图31A和31B表明微沉积喷头的节距调节；
图32表明对于微沉积喷头的节距变化调节的过计时的一个例子；
图34表明重叠液滴；
图35A和35B表明提供均匀液滴的喷嘴调节；
图36表明产生而没有过计时的对角特征；
图37表明产生而没有过计时的对角特征；
图38表明固定在一起以提供减小节距的多个微沉积喷头；及
图39表明固定在一起以提供可调节节距的多个可调节微沉积喷头。
具体实施方式
最佳实施例的如下描述在本质上只是示范性的，并且决不打算限制本发明、其用途、或使用。为了清楚起见，在附图中将使用相同的标号标识类似元件。
现在参照图1，表明一种微沉积系统20，并且它包括一个控制器22、一个喷头组件24、及一个基片组件26。使用一个旋转位置电机30和一个旋转位置传感器32调节喷头组件24的旋转位置或节距。同样，使用一个高度调节电机34和一个高度传感器36可以调节喷头组件24相对于基片组件26的高度。使用一个横向位置电机40和一个横向位置传感器42调节喷头组件24的一个横向位置。
带有多个喷嘴的一个微沉积喷头50安装在喷头组件24上。在通过参考包括在这里的同时提出的如下专利申请中找到另外的细节：PCT专利申请No.，提出于200年5月31日，标题为Microdeposition Apparatus；PCT专利申请No.，提出于200年5月31日，标题为Temperature Controlled Vacuum Chuck；PCT专利申请No._，提出于200年5月31日，标题为IndustrialMicrodeposition System For Polymer Light Emitting Diode Displays.Printed Circuit Boards And The Like；PCT专利申请No._，提出于200年5月31日，标题为Interchangeable Microdeposition HeadApparatus And Method；PCT专利申请No._，提出于200年5月31日，标题为Over-Clocking In A Microdeposition Control SystemTo Improve Resolution；PCT专利申请No._，提出于200年5月31日，标题为Formation Of Printed Circuit Board Structures UsingPiezo Microdeposition；及PCT专利申请No._，提出于200年5月31日，标题为Apparatus For Microdepostion Of Multiple FluidMaterials。一个第一摄像机52安装在喷头组件24上。第一摄像机52用来相对于布置在基片组件26上的一个基片53定位喷头组件24。更具体地说，第一摄像机52用来把喷头50的一个或多个喷嘴用作基准对准微沉积喷头50。另外，第一摄像机52用来进行在基片上的液滴分析，如下面更充分地描述的那样。
一个激光器60能用于涂敷流体材料的激光烧蚀以产生最小特征尺寸和/或用于产生通路。在激光器60安装在图1中喷头组件24上的同时，激光器60能安装在独立于喷头组件24运动的一个激光器组件上。一个流体源62由一根或多根导管64连接到微沉积喷头50上。流体源62提供一种或多种不同类型的流体材料，如用于红色、绿色和蓝色象素的聚合物、溶剂、电阻性流体材料、传导性流体材料、电阻流体材料、和/或绝缘流体材料。流体源62最好能够通过在切换一种新流体材料之前使用溶剂冲洗改变供给的流体材料。
一个横向位置电机64和一个横位置传感器66用来相对于喷头组件24定位基片组件26。在一个最佳实施例中，横向位置电机40沿一个第一轴线运动。横向位置电机64沿垂直于第一轴线的一个第二轴线运动。如能由熟练技术人员理解的那样，位置电机30、34、40和64与喷头组件24或基片组件26的任一个相联。换句话说，相对运动和转动的程度可以通过运动或转动基片组件26和/或喷头组件24及其任意组合提供。
一个吸干站70和一个吸干介质电机72最好相邻基片组件26布置。为了防止微沉积喷头50的喷嘴的堵塞，在使用期间定期地清理微沉积喷头50。微沉积喷头50运动到在吸干站70上方的位置中，并且在吸干站70上擦净微沉积喷头的一块喷嘴板(未表示)。吸干站70包括一卷吸干材料。一个吸干电机72进给吸干材料卷，以提供用来吸干微沉积喷头50的喷嘴板的一个清洁表面。
一个加盖站80也相邻喷头组件24布置。当不使用微沉积系统20时，把微沉积喷头50停放在加盖站80中。加盖站80包括一个包含湿润流体材料和/或溶剂的杯。加盖站80用来防止由微沉积喷头50输送的流体材料堵塞微沉积喷头50的喷嘴。一个第二摄像机84用于液滴分析，并且相邻加盖站80布置。最好，第一和第二摄像机52和84及控制器22提供数字光学识别，如下面更充分描述的那样。可以提供一个频闪观测器(strobe)85以捕捉液滴。
基片组件26包括啮合和定位基片53的一个夹盘86。基片组件26最好包括一个熟化器件，如一个温度控制器90和/或一个紫外线(UV)源92。温度控制器90控制夹盘86的温度。近似50℃的温度典型地适于减小对于具有在0.3与1.2mm之间厚度的基片的干燥次数。夹盘86最好包括一个定位和啮合基片53的真空回路。要不然，夹盘86可以包括在微沉积期间啮合和定位基片53的其它类型的器件。例如，流体表面张力、磁力、基片的物理啮合或任何其它手段可以用来在微沉积期间啮合基片53。关于夹盘的另外细节由此通过参考包括的“Temperature Controlled Vacuum Chuck”，Serial No._，提出于_中找到。
熟练技术人员将理解，诸如手调节(例如，旋转蜗轮的旋钮或任何其它机械调节)之类的手动调节器件能用来代替电机30、34、40、及64的一个或多个以降低成本。诸如标尺之类的可视器件能用来代替传感器32、36、42、及66的一个或多个以降低成本。另外，如果希望，则电机30、34和/或40的功能可以在一个多轴电机中组合。在一个最佳实施例中，使用一个空气轴承和一个直线电机实现定位器件的一个或多个。对于熟练技术人员其它变更仍然是显然的。由电机和传感器提供的功能性与计算机数值控制(CNC)研磨机类似。最好，电机提供在三个或多个中的调节。对于三维(3D)微沉积或复杂弯曲形状的微沉积能提供另外的范围。
微沉积头50最好定位在基片上方在近似0.5mm与2.0mm之间的一个距离处。在一个高度希望的实施例中，把微沉积喷头定位在是流体材料的液滴尺寸至少5倍的距离处，尽管可以使用其它高度。当要求较小节距尺寸时，转动微沉积喷头50以减小节距。当要求较大节距时，转动微沉积喷头50并且不使用喷嘴的某些，例如每隔一个喷嘴使用。
现在参照图2，进一步详细地说明控制器22。控制器22包括一个或多个处理器100、存储器102(如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快擦写存储器、和/或任何其它适当电子存储介质)、及一个输入/输出接口104。如能理解的那样，尽管表示单个控制器22，但可以使用多个控制器。一个液滴分析模块110使用第一摄像机52和/或第二摄像机84进行液滴分析，如下面更充分描述的那样。
一个对准模块112最好使用第一摄像机52和/或第二摄像机84使用光学字符识别(在沉积流体材料之前)对准基片和喷头50。一个喷嘴位置和发射模块114相对于基片53调节喷头组件24的位置，并且产生喷嘴发射波形以在基片上产生零件。一个波形发生模块116与喷嘴位置和发射模块114一起操作，并且调节喷嘴发射波形的计时、上升斜率、下降斜率、和/或振幅，如下面更充分描述的那样。波形发生模块116也选择性地调节用于喷头节距变化的喷嘴发射计时。
现在参照图3和4，基片53最好包括由第一摄像机52和/或第二摄像机84使用的多个标记117-1、117-2、117-3、…117-n，以在沉积流体材料之前对准基片53和喷头50。如果希望，则可以进行粗略的初始定位。要不然，对准模块112可以使用光学字符识别以使用标记117进行粗略和/或精细对准。
现在参照图5，进一步详细地表示一个示范微沉积喷头50。连同一种剪切模式压电换能器(PZT)微沉积喷头一起描述本发明。熟练技术人员将理解，能设想其它类型的微沉积喷头，如热或气泡微沉积喷头、连续液滴微沉积喷头、PZT阀、及微机电阀。微沉积喷头50包括布置在一个隔膜134上的一个PZT130。尽管只表示一个喷嘴，但熟练技术人员将理解，微沉积喷头50能包括多个喷嘴。
流体源62把一种或多种流体材料经一个或多个导管138提供到在隔膜134与刚性壁140之间形成的一个流体通道139。一块喷嘴板142包括在其中形成的一个喷嘴开口144。电气引线(未表示)把PZT130连接到控制器22上。控制器22传输产生一个声学脉冲148的喷嘴发射波形。声学脉冲穿过在流体通道139中的流体材料传播，并且发射一个液滴150。液滴的形状、体积及计时由喷嘴发射波形控制。
微沉积喷头50把流体的精确液滴150分配到基片53。更具体地说，使用微沉积系统20的控制器22相对于基片53精确地定位微沉积喷头组件24。结果，微沉积喷头50能够把液滴放置在基片53上的精确位置。
当喷嘴发射波形由控制器22触发时，剪切模式启动使液滴150分配。典型地，微沉积喷头50包括在64与256个之间的喷嘴，尽管可以利用添加或较少的喷嘴。微沉积喷头50的每个喷嘴144能够分配每秒在5000-20,000个之间的液滴，尽管可以提供较高或较低的液滴分配速率。典型地，依据使用的微沉积器件的类型每个液滴包含在10与80毫微升之间的流体材料，尽管可以提供增大或减小的液滴体积。现在参照图6，进一步说明剪切模式PZT130。当施加一个电场时，PZT130通过剪切响应，这产生声波148。
现在参照图7和8，表示使用微沉积系统20能构造的示范器件。在图7中，表示一种单色PLED160，并且它包括一个基片164，基片164可以包括一个或多个玻璃层166和/或硅层168。使用任何适当的构造技术，如光刻法、蚀刻等，在基片164上构造电阻170。凹坑172形成在电阻170之间。微沉积喷头50把一种或多种流体材料沉积到凹坑172中。例如，一个第一层176是铟锡氧化物(ITO)。一个第二层180是聚苯胺(PANI)。一个第三层182是PPV聚合物。
现在参照图8，表示一种彩色PLED190，并且它包括带有一个或多个玻璃层196和/或硅层198的一个基片194。电阻200构造在基片194上，并且形成凹坑202。微沉积系统20用来在凹坑202中形成多个层。例如，一个第一层204包括ITO。一个第二层206包括PPV聚合物。一个第三层208包括ITO。一个第四层210提供一个盖层。
现在参照图9，当流体材料干燥时，由微沉积喷头50分配的一些流体材料显著收缩。为此，熟化器件最好装有基片组件26以控制熟化和收缩。提供温度控制器90和/或紫外线(UV)源92，以促进沉积在凹坑中的流体材料的适当熟化。例如，温度控制器90加热夹盘86，夹盘86通过接触温暖基片53。要不然，UV源92产生指向沉积在基片53上的流体材料的紫外光以促进熟化。另外，使用外罩、风扇、或其它适当的气流设备，可以控制(防止)基片组件周围附近的气流。可以采用典型地用在清洁房间中的设备。
当初始涂敷流体材料时，它可以形成在210处表示的气泡。如果留在环境条件下干燥，则干燥流体材料可能如在211、212或213处表示的那样出现。如果适当地加工，则干燥流体材料具有在214处表示的外观。提供均匀表面214的气流、UV光和/或温度的特定组合取决于选择的流体材料。
现在参照图10，说明一种常规印刷电路板(PCB)的制造。把一种光敏抗蚀剂涂敷到一个铜包层介电基片215上。一个光源216和一个掩模217用来暴露光敏抗蚀剂的选择部分。选择部分的曝光使光敏抗蚀剂硬化。刻蚀光敏抗蚀剂的未曝光部分以产生带有轨迹的PCB218。
现在参照图11，使用根据本发明的微沉积系统20，在刻蚀之前把诸如一种丙烯酸之类的电阻代替物219微沉积到铜包层介电材料215上。结果，消除掩模和曝光过程。
要不然，微沉积系统20用来沉积包含一种金属粉末的金属性墨水或另一种金属性传导流体220，以在一个介电基片222上产生轨迹221。铜箔或包层不必提供在介电基片222上，并且不必进掩模和刻蚀步骤。金属性墨水或金属性传导流体220在介电材料222上产生导体路径或轨迹。适当的金属性流体包括铜、银、和铟氧化物的溶液。依据使用的流体材料，最好使用一个快速烘焙过程熟化和一体化轨迹221。
另外，具有电阻性性能的诸如电阻性墨水之类的流体用来创建电阻器和电容器。例如，在图13A和13B中，诸如电阻性墨水之类的多种电阻性流体材料用来沉积电阻性液滴223-1和223-1。液滴组合以创建具有各种电阻值的电阻器223-3、223-4、及223-5。例如，如果第一液滴224-1提供一个10k欧姆(()电阻而第二液滴224-2提供一个1k(电阻，则电阻器223-5是一个5k(电阻器，电阻器223-4是一个6k(电阻器及电阻器223-3是一个7k(电阻器。如能由熟练技术人员理解的那样，能创建用于液滴和其它液滴组合的其它电阻值。微沉积系统也可以用来沉积图表符号、焊料掩模、焊料膏及在印刷电路板制造中使用的其它流体材料。最好采用激光裁剪以提高精度。在图14中，电容器224通过使用传导性轨迹224-1和224-2及隔板224-3和224-4创建。
在图15中的一个可选择实施例中，使用微沉积系统20把轨迹226沉积到一个空白基片或一个显示器的背面上(都由227标识)。使用具有绝缘性能的诸如丙烯酸聚合物之类的流体材料把一个绝缘层228层叠在轨迹上。如果需要，能添加另外的轨迹和绝缘层。如果把诸如Kapton(之类的聚酰亚胺膜用作层叠绝缘层228，则激光器60用来创建在不同层上的轨迹之间的通路。要不然，把绝缘层直接微沉积到在轨迹226上方或在整个表面上方的基片上。
现在参照图16，在可以包括分立电路元件的多层PCB的各层之间使用微沉积，构造电阻器223和电容器224。在层之间的电阻器的构造允许有价值的外表面面积用于分立电路元件。另外的细节在通过参考由此包括的“Method for Manufacturing Printed CircuitBoards”，Serial No._，提出于_中找到。
现在参照图17，本发明的沉积系统也可以用来构造一块光控板230的一块象素板229。光控板也包括一块象素扩散板231和一块选择性熔断板232。选择性熔断板可以包括微沉积的熔断器和轨迹。
现在参照图18和19，用于喷嘴234-1、234-2、234-3、…、及234-n每一个的喷嘴发射波形分别由控制器22控制。通过分别控制喷嘴发射波形，显著改进液滴150的均匀性。换句话说，如果来自一个具体喷嘴的液滴150具非均匀或不希望的形状，则把用于对应喷嘴的喷嘴发射波形调节成提供具有均匀或希望形状的液滴150。波形发生模块116、液滴分析模块110和/或位置和发射模块114使用第一和/或第二摄像机52和84及光学识别收集数据。使用软件和来自液滴分析的反馈可以自动进行调节。
更具体地说，波形发生模块116与波形发生器236-1、236-2、236-3、…、及236-n通信，以分别调节用于喷嘴234每一个的喷嘴发射波形的计时、持续时间、振幅、上升斜率和/或下降斜率。在图19中，表示一种示范喷嘴发射波形240-1。示范喷嘴发射波形240-1具有一个持续时间计时tD241-1、一个上升斜率242-1、一个下降斜率244-1及振幅246-1。
现在参照图20，示范喷嘴发射波形240-1可以以多种不同的方式调节。例如，如在240-2处表示的那样，增大持续时间241-2。同样，能减小持续时间(未表示)。减小喷嘴发射波形240-3的上升斜率243-3和下降斜率244-3，并且增大喷嘴发射波形240-3的持续时间241-3。要不然，能如在240-4处表示的那样，调节喷嘴发射波形的计时。对于熟练技术人员其它变化仍然是显然的。
现在参照图21，说明根据先有技术的一种常规喷嘴驱动电路250，并且它包括一个固定电压源251、一个喷嘴252、及一个开关253。当开关253闭合以发射喷嘴252时，开关253跨过喷嘴252施加固定电压。地254按表示的那样连接。在常规喷嘴驱动电路250中，配置喷头50，以便当如由箭头表示的那样发射时电流流入公用条和流出字模线。
现在参照图22，表示根据本发明的一种喷嘴驱动电路255，并且它包括如表示的那样连接到一个喷嘴257和地258上的一个波形发生器256。波形发生器256产生一个可调节电压波形。为了保持用来发射的相同电流极性，喷嘴驱动电路255把公用线保持为地电压，并且把字模线驱动为负。地电压在大地电压下或在相对于系统电源地电压的浮动正电压下。
现在参照图23，进一步详细地表示波形发生模块和波形发生器。控制器22经一根总线260连接到一个FIFO寄存器261上。FIFO寄存器261连接到一个数据路径定序器262和移位寄存器263上。数据路径定序器262联接到一个配置控制器264上，配置控制器264联接到一个配置锁存器265、一个象素锁存器266、及一个或多个数模转换器(DAC)定序器267-1、267-2、…、及267-n上(使用标号267集体指示)。配置锁存器265和象素锁存器266联接到寄存器268上。象素锁存器266联接到DAC定序器267上。配置锁存器265连接到是随机存取存储器(RAM)或任何其它适当电子存储器的一个或多个配置存储器电路269-1、269-2、…、及269-n上。
DAC定序器267-1、267-2、…、及267-n的输出联接到加权电阻性阶梯信号DAC电路(RDAC)270-1、270-2、…、及270-n(使用标号270集体标识)。RDAC 270-1、270-2、…、及270-n的输出联接到高压运算放大器(OpAmp)271-1、271-2、…、及271-n上，这些高压运算放大器产生驱动喷嘴230的输出电压。如果配置存储器269包括多于一个配置组，则选择器272-1、272-2、…、及272-n用来选择配置组之一，如下面更充分描述的那样。尽管对于每个配置存储器269表示一个选择器272，但能使用用于配置存储器全部的单个选择器。公用选择器分别或共同地切换所有配置组。
在一个最佳实施例中，OpAmp271由+150V和-15V电压源(未表示)操作，并且具有从0V到+135V的信号范围，尽管能使用其它电压范围。公用喷头连接到电压源轨道上或连接到在电压源轨道之间的中点上。由opamp271输出的电压波形由包括电压和持续时间对的多个配置组之一定义。在一个最佳实施例中，电压和持续时间对由存储在对应配置存储器267中指示为v0、t0至v7、t7的八个电压和持续时间值定义。
现在参照图24，配置存储器269能包括一个或多个配置组276-1、276-2、…、及276-n。如下面更充分描述的那样，对于一个第一操作条件选择一个第一配置组276-1，对于一个第二操作条件选择一个第二配置组276-2，及对于一个第n操作条件选择一个第n配置组276-n。选择器272用来在配置组276之间选择。下面联系图9G-9J进一步描述多个配置组的一种可能使用。配置锁存器265用来把配置组传输到配置存储器269。象素锁存器用来把象素发射数据传输到DAC定序器267。
现在参照图25，说明用来调节喷头50的节距变化的一种方法。一个节距计时调节器277从控制器22接收一个喷头节距信号。节距计时调节器277使用喷头节距角度和喷嘴间隔调节用于每个喷嘴的喷嘴发射参数。产生计时偏移，并且用来调节电压和持续时间对。
现在参照图26，说明与一个示范配置组276相对应的一个电压波形。在示范配置组276中的第一电压和持续时间对v0、t0用来存储上升斜率和下降斜率数据。在序列中的最后电压和持续时间对v7、t7最好具有t＝0，这停止波形产生序列。输出电压最好停留在由一个以前电压和持续时间对设置的电平下。例如，如果t7＝0，则输出电压保持在v6处。当开始诸如v2、t2之类的一个新波形段时，电压以按在v0、t0中规定的下降或上升斜从v1斜坡到v2。斜坡到该电压需要的时间量是规定持续时间t2的部分。如果斜坡占用得比持续时间少，则电压波形停留在目标电压下一个等于持续时间减斜坡时间的时段。如果斜坡占用得比持续时间长，则达不到目标电压。
例如在图26中，电压和持续时间对v1、t1的电压部分不需要斜坡，因为电压等于电压和持续时间对v4、t4的电压部分。电压V2小于v1。因此，电压波形以由v0、t0规定的速率向下斜坡，直到电压部分等于v2。由于t2＞斜坡时间，所以电压波形在t2的剩余部分内保持在v2下。
电压v3大于v2。因此，电压波形向上向v3斜坡。由于t3＞斜坡时间，所以电压波形在t3的剩余部分内保持在v3下。电压V4小于v3。因此，电压波形向下从v3斜坡到v4。把剩余电压和持续时间对(t5、t6、和t7)设置成等于0，以标识序列的结束。现在参照图27，说明用于一个配置组276的一种示范数据结构。
现在参照图28A-28D，说明由配置组276产生的示范电压波形。如果喷嘴最近，换句话说在一个预定时段内，已经发射，则使用一个第一电压波形280。依据流体材料和喷嘴的性能选择预定时段。用于预定时段的一个典型值是5毫秒。
一个发射阈值表明在281处。电压波形280在282处超过发射阈值281，以从喷嘴喷射流体材料。当在一个预定时段内喷嘴没有发射以提供一个改进液滴轮廓时，使用第二或第三电压波形283或284。电压波形283包括不超过发射阈值281的正脉冲285。正脉冲285先于和/或后于超过发射阈值281的波形的一部分。同样，电压波形284包括不超过发射阈值281的负脉冲286。负脉冲286先于和/或后于超过发射阈值281的波形的一部分。一个第四电压波形287包括不超过发射阈值281的正脉冲288-1和/或负脉冲288-2。脉冲288用来把由喷嘴分配的流体材料保持在液体状态下和/或适于沉积的状态下。如能理解的那样，超过发射阈值的电压波形的部分以前是相同和/或不同振幅的一个或多个正和/或负脉冲。
当最近没有发射喷嘴时，可以使用第四电压波形287。当从非发射模型过渡到发射模型时，opamp271从电压波形287过渡到电压波形280、282或284。类似地，当喷嘴从减小活性过渡到增大活性时，opamp从电压波形282或284过渡到电压波形280。
选择器272用来在配置组之间选择。例如，选择器272接收由定序器267输出的发射命令。选择器272包括一个当接收到发射命令时复位的计时器。如果计时器小于一个第一预定时段，则选择器272选择一个第一配置组276-1。如果计时器超过第一预定时段，则选择器272选择一个不同配置组，例如276-2。选择器272交替地从检测流体材料温度的温度传感器接收传感器输入，并且根据温度选择配置组276之一。用来选择配置组276的另外其它方法对于熟练技术人员是显然的。
现在参照图5和29A-29C，第一和/或第二摄像机52和84用来捕捉在飞行中的液滴150。液滴分析模块110采用光学识别分析液滴150，并且调节发射电压波形的振幅、计时、斜率、形状等。摄像机最好是带有频闪观测器的数字摄像机。例如在图29A中，表示一个第一液滴300而没有喷嘴发射波形的校正。借助于喷嘴发射波形的校正，来自相同喷嘴的一个第二液滴304具有希望形状和尺寸。在图29B中，来自一个喷嘴的第一液滴306具有一个第一电压振幅。来自相同喷嘴的一个第二液滴308具有比第一电压振幅低的第二电压振幅。结果，第二液滴308的尺寸小于第一液滴306的尺寸。在图29C中，液滴分析模块110由于在310处表示的堵塞喷嘴产生一个旗形物。
现在参照图30，微沉积喷头50的精确对准也能使用液滴分析模块110及第一和/或第二摄像机52和84进行。更具体地说，把在312处标识的一个期望液滴位置与在314处标识的一个实际液滴位置相比较。进行调节以把期望液滴位置与实际液滴位置对准。液滴对准校正由液滴分析模块110进行。
液滴数据由摄像机52和84的一个或两个获得。液滴分析模块110计算液滴体积/质量、液滴速度、角度偏差、液滴质量和形成、液滴和喷嘴一致性、及喷嘴板142的湿润。根据收集的液滴数据进行对于喷嘴发射波形的调节。例如，延迟喷嘴发射波形以控制液滴的方位。调节脉冲形状和宽度以改进液滴质量和体积。脉冲电压用来在某些情况下调节体积和/或质量。如果在液滴分析期间产生其它问题，则在微沉积喷头50的进一步使用之前可以进行喷头维护。另外，在继续另外的微沉积之前可以提示用户。可以采用修改喷嘴发射波形的另外其它方法，以影响液滴的形状、计时、和/或体积。
现在参照图31A和31B，微沉积喷头50包括最好均匀隔开的多个喷嘴230。然而，也能使用非均匀间隔。相对于由喷嘴组件和/或基片的横向运动定义的一个平面调节微沉积喷头50的角取向。当微沉积喷头50具有相对于基片53的运动(由箭头336表示)的一般垂直取向时，节距处于一个最大值，如在330处表明的那样。类似地，由喷头50扫过的面积也处于一个最大值，如在332处指示的那样。当喷头50的角度从垂直取向减小时，节距减小，如在340处指示的那样。类似地，由喷头50扫过的面积也减小，如在342处指示的那样。
现在参照图32，一般表明在350处的过计时用来提供改进的分辨率和选择性调节喷头50的节距变化。如这里使用的那样，过计时是指相对于液滴宽度及喷头的横向和垂直速度增大的时钟频率。在诸如墨水喷射之类的微沉积用途中，定义包括在一个时钟速率下出现的栅格线的印刷栅格。把速率与横向和垂直喷头速度同步，以在栅格的每个矩形(或正方形)中提供(或不提供)一个液滴。换句话说，液滴与栅格矩形比率是1∶1。在墨水喷射中液滴的某些较小重叠可能出现。在栅格的每个矩形或正方形中产生或不产生液滴。
根据本发明的过计时涉及使用显著较高的时钟速率。时钟速率增大到常规1∶1的至少3倍。在一个高度希望的实施例中，把时钟速率增大到10倍。
现在参照图31B和32，为了把流体材料涂敷到垂直于喷头50的运动方向(例如箭头336)的两条相邻直线中，在第一和第二时刻354和355发射一个第一喷嘴350-1。在分别比第一和第二时刻354和355靠后的第三和第四时刻356和357发射一个第二喷嘴350-2。类似地，在比第二时刻356靠后的第四和第六时刻358和359发射一个第三喷嘴350-3。对于相邻喷嘴在时间值之间的停留时段由喷头50的节距确定。当节距减小时，停留时段增大。在360处的虚线表示用于较小节距的喷嘴计时。
现在参照图33，过计时也允许流体材料从喷嘴快速发射。在相邻时钟循环期间在362和364处重复发射单个喷嘴。例如，在图34中表示从单个喷嘴发射的重叠液滴366-1、366-2、和366-3与368-1、368-2、和368-3。重叠和间隔的量由过计时速率和基片53和/或喷头组件24运动的速度确定。
现在参照图35A，表示与液滴374-1、374-2、374-3、…及374-8相对应的未校正喷嘴波形370-1、370-2、370-3、…及370-8。液滴374-1稍大于希望的。液滴374-2稍大于和早于希望的。液滴374-3、374-7和374-8正好。液滴374-4小于和晚于希望的。液滴374-5晚于希望的，并且需要改进液滴质量。
在图35B中，表示与液滴384-1、384-2、384-3、…及384-8相对应的校正喷嘴波形380-1、380-2、380-3、…及380-8。喷嘴发射波形381具有调节的振幅。喷嘴发射波形382具有调节的振幅和开始时间。喷嘴发射波形383留下未变。喷嘴发射波形384具有调节的振幅和开始时间。喷嘴发射波形385具有调节的上升斜率和开始时间。喷嘴发射波形386具有调节的振幅。喷嘴发射波形384-7和384-8未变。如能理解的那样，校正喷嘴波形380具有均匀或希望的形状和校正计时。
现在参照图36和37，当使用微沉积限定零件时，过计时也允许改进的分辨率。例如，当沉积一条对角特征线390而没有过计时时，生成一条粗糙特征线392，因为在粗糙特征线392中的液滴必须与一个栅格394对准。当在图37中使用过计时时，把液滴396放置在栅格394之间，并且产生一条更准确的特征线。
现在参照图38，一个第一修改微沉积喷头400包括连接在一起或者否则以固定相对位置安装的多个微沉积喷头402-1、402-2、和402-3。如能理解的那样，修改微沉积喷头400提供与单个微沉积喷头420相比减小的节距。现在参照图39，表示一个第二修改微沉积喷头420。微沉积喷头420包括使用执行器424-1、424-2、和424-3可运动的多个微沉积喷头422-1、422-2、和422-3，如由箭头426-1、426-2、和426-3指示的那样。第二修改微沉积喷头420和执行器422的角位置由控制器22调节以提供多个节距。
熟悉本专业的技术人员现在能由前面的描述理解，本发明的广义讲授能以各种形式实现。因此，尽管联系其具体例子已经描述了本发明，但不应该如此限制本发明的真正范围，因为对于熟练专业人员在研究附图、说明书及如下权利要求书时，其它的修改将成为显然的。

Claims (36)

1.一种把流体材料的液滴沉积在一个基片上的微沉积系统，包括：
一个喷嘴，包括一根公用线和一根字模线；和
一个波形发生器，与所述公用线和所述字模线通信，并且产生使所述喷嘴发射所述液滴的一个可调节电压波形。
2.根据权利要求1所述的微沉积系统，其中所述公用线连接到大地和相对于系统电源地的一个浮动正电压之一上。
3.根据权利要求3所述的微沉积系统，其中所述波形发生器把所述字模线驱动到超过一个发射阈值电压的一个负电压以激发所述喷嘴。
4.根据权利要求1所述的微沉积系统，其中所述波形发生器包括一个运算放大器(opamp)。
5.根据权利要求4所述的微沉积系统，其中所述波形发生器进一步包括与所述opamp通信的一个电阻性阶梯信号数模转换器(DAC)。
6.根据权利要求5所述的微沉积系统，其中所述波形发生器包括带有定义一个第一电压波形的一个第一配置组的一个配置存储器。
7.根据权利要求6所述的微沉积系统，其中所述波形发生器进一步包括一个当接收到一个发射命令时根据所述第一配置组产生一个电压波形的DAC定序器。
8.根据权利要求6所述的微沉积系统，其中所述第一配置组包括电压和持续时间对，定义所述电压波形的上升斜率、下降斜率、振幅及计时。
9.一种微沉积系统，包括：
一个喷头，包括多个喷嘴；
一个控制器，产生选择性地发射所述喷嘴以产生一个希望特征图案的喷嘴发射命令；及
配置存储器，存储定义用于所述喷嘴每一个的一个电压波形的电压波形参数。
10.根据权利要求9所述的微沉积系统，进一步包括一个数模转换器(DAC)定序器，该定序器与所述配置存储器和所述控制器通信，并且当从所述控制器接收用于所述第一喷嘴的一个喷嘴发射命令时，输出用于一个第一喷嘴的一个第一电压波形。
11.根据权利要求10所述的微沉积系统，进一步包括从所述DAC定序器接收所述电压波形的一个电阻性阶梯信号DAC。
12.根据权利要求10所述的微沉积系统，进一步包括与所述电阻性阶梯信号DAC通信并且放大所述电压波形的一个运算放大器(opamp)，其中当从所述opamp接收的所述电压波形超过所述喷嘴的一个发射阈值时，所述喷嘴发射液滴。
13.根据权利要求12所述的微沉积系统，其中所述喷嘴包括一根公用线和一根字模线，并且其中所述公用线连接到大地和相对于系统电源地的一个浮动正电压之一上。
14.根据权利要求13所述的微沉积系统，其中所述opamp把所述字模线驱动到超过所述发射阈值电压的一个负电压以激发所述喷嘴。
15.根据权利要求12所述的微沉积系统，其中所述opamp是一个高电压opamp。
16.根据权利要求9所述的微沉积系统，其中与一个第一喷嘴有关的一个第一电压波形包括一个正脉冲和不超过所述发射阈值的一个负调节脉冲的至少一个。
17.根据权利要求16所述的微沉积系统，其中所述正调节脉冲和所述负调节脉冲的所述至少一个先于超过所述发射阈值的一个发射脉冲。
18.根据权利要求16所述的微沉积系统，其中所述正调节脉冲和所述负调节脉冲的所述至少一个在超过所述发射阈值的一个发射脉冲之后。
19.根据权利要求9所述的微沉积系统，进一步包括一个配置锁存器，该配置锁存器从所述控制器接收一组电压波形参数，并且把所述电压波形参数组加载在所述配置存储器中。
20.根据权利要求10所述的微沉积系统，进一步包括从所述控制器接收喷嘴发射命令的一个象素锁存器，其中所述象素锁存器与所述DAC定序器通信。
21.根据权利要求9所述的微沉积系统，其中所述配置存储器存储用于所述喷嘴每一个的多组电压波形参数。
22.根据权利要求21所述的微沉积系统，进一步包括根据所述喷嘴的操作条件选择所述电压波形参数组之一的一个配置组选择器。
23.一种用来在一个微沉积系统中发射流体材料的液滴的方法，包括：
提供一根公用线和一根字模线；和
产生使所述喷嘴发射所述液滴的一个可调节电压波形。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括把所述公用线连接到大地和相对于系统电源地的一个浮动正电压之一上。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括把所述字模线驱动到超过一个发射阈值电压的一个负电压以发射所述喷嘴。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
存储定义一个第一电压波形的一个第一配置组；和
当接收到一个发射命令时根据所述第一配置组产生一个电压波形。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一配置组包括电压和持续时间对，定义所述电压波形的上升斜率、下降斜率、振幅及计时。
28.一种用来操作一个微沉积系统的方法，包括：
提供包括多个喷嘴的一个喷头；
产生选择性地发射所述喷嘴以产生一个希望特征图案的喷嘴发射命令；及
存储定义用于所述喷嘴每一个的一个电压波形的电压波形参数。
29.根据权利要求9所述的方法，进一步包括当从所述控制器接收用于所述第一喷嘴的一个喷嘴发射命令时，产生用于一个第一喷嘴的一个第一电压波形。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述喷嘴包括一根公用线和一根字模线，并且进一步包括把所述公用线连接到大地和相对于系统电源地的一个浮动正电压之一上。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括把所述字模线驱动到超过所述发射阈值电压的一个负电压以发射所述喷嘴。
32.根据权利要求28所述的方法，进一步包括产生一个第一电压波形，该第一电压波形与一个第一喷嘴有关，并且包括一个正调节脉冲和不超过所述发射阈值的一个负调节脉冲的至少一个。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述正调节脉冲和所述负调节脉冲的所述至少一个先于超过所述发射阈值的一个发射脉冲。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述正调节脉冲和所述负调节脉冲的所述至少一个在超过所述发射阈值的一个发射脉冲之后。
35.根据权利要求28所述的方法，进一步包括存储用于所述喷嘴每一个的多组电压波形参数。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括根据所述喷嘴的操作条件选择所述电压波形参数组之一。
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