JP2008539073A - プリント可能な基板及びノズル位置合わせシステム - Google Patents

Abstract

【課題】プリントヘッド及び／又は基板の手動調整は費用が高く、時間がかかり、また、依然として誤差が生じるおそれがある。したがって、液滴配置における誤差の考え得る原因を効率的に明らかにし、補正する必要がある。
【解決手段】本開示によれば、プリンタ装置が、基板を上部で支持するように構成されたチャックと、チャックから離間されたレールと、レールに取り付けられ、且つ、少なくとも１つのプリントヘッドを含むプリントヘッドキャリッジを収容する、プリントヘッドキャリッジフレームと、プリントヘッドの画像データを取得し、当該画像データをコンピュータに提供するように構成された第１のカメラアセンブリと、第１のカメラアセンブリから画像データを受け取り、プリントヘッドの所望の位置と当該プリントヘッドの実際の位置とのずれを判定するように構成されたコンピュータとを具備することができる。
【選択図】 図１

Description

本開示は、圧電マイクロデポジション（ＰＭＤ）装置に関し、より詳細には、ＰＭＤ装置用のプリントヘッド位置合わせアセンブリに関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００５年４月２５日付けで出願された米国仮特許出願第６０／６７４，５８４号、同第６０／６７４，５８５号、同第６０／６７４，５８８号、同第６０／６７４，５８９号、同第６０／６７４，５９０号、同第６０／６７４，５９１号、同第６０／６７４，５９２号の利益を主張するものである。上記出願の開示は、参照により本明細書に援用される。

本章での記述は、単に本開示に関する背景情報を提供するに過ぎず、先行技術を構成するものではない。
米国特許出願公開第２００４／００８５３８８号公報（図２、５、６等）

ＰＭＤの産業用途においては、液滴の配置精度が重要である。液滴の配置における不正確さには、多様な原因がある。これらの原因は、アレイ内のプリントヘッド間の位置ずれ、及び印刷対象である基板の位置ずれを含み得る。プリントヘッド及び／又は基板の手動調整は費用が高く、時間がかかり、また、依然として誤差が生じるおそれがある。したがって、液滴配置における誤差の考え得る原因を効率的に明らかにし、補正する必要がある。

本開示によれば、プリンタ装置は、基板を上部で支持するように構成されたチャックと、チャックから離間されたレールと、レールに取り付けられ、且つ、少なくとも１つのプリントヘッドを含むプリントヘッドキャリッジを収容する、プリントヘッドキャリッジフレームと、プリントヘッドの画像データを取得し、当該画像データをコンピュータに提供するように構成された第１のカメラアセンブリと、第１のカメラアセンブリから画像データを受け取り、プリントヘッドの所望の位置と当該プリントヘッドの実際の位置とのずれを求めるように構成されたコンピュータとを具備することができる。

さらなる利用可能性のある領域が、本明細書において提供される説明から明らかになるであろう。本説明及び特定の例は、例示の目的のみを意図しており、本開示の範囲を限定することは意図していないことを理解されたい。

本明細書において記載される図面は例示のみを目的としており、決して本開示の範囲を限定することは意図していない。

以下の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本開示、用途又は使用を限定することを意図するものではない。

本明細書において定義する場合、用語「流体製造材料」及び「流体材料」は、低粘度の形態を想定することができ、且つ堆積される（例えば、微細構造を形成するためにＰＭＤヘッドから基板上に堆積される）のに適した、いかなる材料をも含むように広く解釈される。流体製造材料は、限定はしないが、ポリマー発光ダイオードディスプレイデバイス（ＰＬＥＤ、及びＰｏｌｙＬＥＤ）を形成するのに用いることができる発光ポリマー（ＬＥＰ）を含んでもよい。流体製造材料はまた、プラスチック、金属、蝋、はんだ、はんだペースト、生物医学製品、酸、フォトレジスト、溶剤、接着剤、及びエポキシを含んでもよい。用語「流体製造材料」は、本明細書において「流体材料」と交換可能に言及される。

本明細書において定義する場合、用語「堆積」(deposition)は概して、流体材料の個々の小液滴を基板上に堆積させる工程を指す。用語「放出する」、「吐出する」、「パターニングする」、及び「堆積させる」は、本明細書において、例えばＰＭＤヘッドからの流体材料の堆積を特に指して交換可能に使用される。用語「小液滴」及び「液滴」もまた、交換可能に使用される。

本明細書において定義する場合、用語「基板」は、ＰＭＤ等の製造工程中に流体材料を受けるのに適した表面を有するいかなる材料をも含むように広く解釈される。基板は、限定はしないが、ガラス板、ピペットシリコンウェーハ、セラミックタイル、硬質プラスチック及び軟質プラスチック並びに金属のシート及びロールを含む。いくつかの実施形態では、流体材料は、製造工程中（例えば３次元微細構造を形成する際等）に流体材料を受けるのに適した表面も含んでいるため、堆積された流体材料自体が基板を形成することがある。

本明細書において定義する場合、用語「微細構造」は概して、高度な精密さで形成され、基板上に適合する大きさにされた構造を指す。種々の基板の大きさは様々であり得るため、用語「微細構造」は特定の大きさに限定されるように解釈されるべきではなく、用語「構造」と交換可能に使用することができる。微細構造は、流体材料の単一の小液滴、小液滴の任意の組み合わせ、又は、２次元層、３次元構造体、及び任意の他の所望の構造等の、小液滴（複数可）を基板上に堆積させることにより形成される任意の構造を含んでもよい。

本明細書において言及されるＰＭＤシステムは、ユーザが規定したコンピュータ実行可能な命令に従って流体材料を基板上に堆積させることによって、工程を実行する。用語「コンピュータ実行可能な命令」は、本明細書において「プログラムモジュール」又は「モジュール」とも呼ばれ、概して、限定はしないが、ＰＭＤ工程を実施するのに必要なコンピュータ数値制御を実行する等のための、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等、又は、特定の抽象データ型を実施するもの若しくは特定のタスクを実行するものを含む。プログラムモジュールは、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶デバイス、又は命令若しくはデータ構造を記憶することができ、且つ汎用コンピュータ若しくは専用コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含む、任意のコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。

図１に見られるように、圧電マイクロデポジション（ＰＭＤ）装置１０は、フレーム１２と、プリントヘッドキャリッジフレーム１４と、真空チャック１６と、ビジョンシステム１７とを有することができる。フレーム１２は、基板１８上にプリントするために、基板１８を支持することができる。フレーム１２は、フレーム１２に据え付けられたＸ軸ステージ２０及びＹ軸ステージ２２を有することができる。Ｘ軸ステージ２０は、概ね互いに平行であり且つフレーム１２の幅にわたって延びて、プリント軸を概ね画定する第１のレール２４及び第２のレール２６を有することができる。Ｙ軸ステージ２２は概して、フレーム１２の長さに沿って延び、且つＸ軸ステージ２０に概ね垂直であり得る。Ｙ軸ステージ２２は、基板軸を概ね画定し得る。プリントヘッドキャリッジフレーム１４は第１のレール２４と第２のレール２６との間に配置することができ、且つ、プリント軸に沿った軸方向の移動のために、第１のレール２４及び第２のレール２６にスライド可能に取り付けられることができ、概して基板１８上へのプリントを提供する。

さらに図２を参照すると、プリントヘッドキャリッジフレーム１４は、ベースプレート２８、上側プレート３０、及び側壁３２、３４、３６、３８を有するプリントヘッドキャリッジ１５を有し得る。動的プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０は、ベースプレート２８に取り付けられ得る。図３に見られるように、間隙スロット４２は、ベースプレート２８において、プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０に隣接して位置することができる。開口４４は、上側プレート３０において、プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０の概ね上方に位置することができる。プリントヘッドアセンブリ４６（図４により詳細に示す）を開口４４に通過させることができ、プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０に取り付けることができる。上記の説明は単一のプリントヘッドアセンブリ４６及びプリントヘッド位置合わせアセンブリ４０に言及しているが、プリントヘッドキャリッジ１５は複数のプリントヘッドアセンブリ４６及びプリントヘッド位置合わせアセンブリ４０を有し、プリントヘッドアレイを形成することができることが理解され、図２に示される。

さらに図５を参照すると、プリントヘッドアセンブリ４６は、基準ブロック５０を有する本体４８を有することができ、基準ブロック５０は本体４８に移動可能に取り付けられる。プリントヘッド５２は、精密な結合手順を用いて基準ブロック５０に咬合することができ、概して列状に配置された一連のノズル５３を有することができる（図１１〜図１３に概略的に示す）。

図６に見られるように、プリントヘッド５２及び基準ブロック５０は、ばね付勢機構５４によって、プリントヘッドアセンブリ４６の残りの部分から、及びプリントヘッド位置合わせアセンブリ４０から、分離することができる。ばね付勢機構５４は、４つのばね５８によってプリントヘッドアセンブリ本体４８に取り付けられた据え付けプレート５６を有することができる。各ばね５８は、第１の端部６０及び第２の端部６２を有する圧縮ばねであり得る。各ばね５８の第１の端部６０は、プリントヘッドアセンブリ本体４８に取り付けられることができ、各ばね５８の第２の端部６２は、据え付けプレート５６に取り付けられることができる。結果として、据え付けプレート５６は概して、プリントヘッドアセンブリ本体４８に対しておよそ６自由度で動くことができる。基準ブロック５０は、据え付けプレート５６に取り付けられてプリントヘッド連結ブロックを形成することができ、後述のように、基準ブロック５０が基準面を当接させて移動可能に着座し、且つ据え付けプレート５６に対して調整されるような自由度を与えられる。

上述のように、また図３により詳細に示すように、プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０はベースプレート２８に取り付けられ得る。プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０のための据え付け面を提供することに加えて、ベースプレート２８は、アレイ（約２５ミクロン／ｍ以内）内のすべてのプリントヘッド５２（各々の基準ブロック５０に関連付けられる）のための、縦方向における共通の１次基準参照を提供することができる。ベースプレート２８の複数の間隙スロット４２は概して、プリントヘッド５２がプリント機能を実行するために適切に位置合わせされると、プリントヘッド５２が間隙スロット４２を通って突出することを可能にし得る。プリントヘッドアセンブリ４６、したがってプリントヘッド５２は、概ね互いに平行に、且つプリント軸に対して任意の迎角で配置されることができる。この角度は、所望のアレイのプリント解像度に従って設定することができる。

各プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０はソケット６３を有し得る。ソケット６３は、作動アセンブリ６４及びロック機構６６を有し得る。さらに図７〜図１０を参照すると、作動アセンブリ６４は、第１の辺６８及び第２の辺７０を有するＬ字形部材６７を有し得る。第１の辺６８の自由端７２は、自由端７２を貫通する孔７４を有することができ、ベースプレート２８に枢動可能（Pivotally）に取り付けられ得る。作動アセンブリ６４は、フェーズ調整アセンブリ７６及びピッチ調整アセンブリ７８をさらに有することができる。

フェーズ調整アセンブリ７６は、第１の辺６８の近くに位置することができる。フェーズ調整アセンブリ７６は、ＰＺＴアクチュエータ８０、調整機構８２、枢動アーム８４、枢動アセンブリ８６、２次基準８８、並びに第１の伸縮ばね９０及び第２の伸縮ばね９１を有することができる。ＰＺＴアクチュエータ８０は、第２の辺７０に取り付けられることができ、且つ第２の辺７０の長さに沿って第１の辺６８及び枢動アーム８４に向かって延びることができる。ＰＺＴアクチュエータ８０は、枢動アーム８４の第１の端部９２に取り付けられることができる。第１の辺６８は、枢動アーム８４を収納する凹部分９４を有することができる。枢動アセンブリ８６は、第１の辺６８の孔９８、９９及び枢動アーム８４の孔１００を貫通して、枢動アーム８４を第１の辺６８に枢動可能に取り付けられた枢軸９６を有することができる。伸縮ばね９０は、第１の辺６８に取り付けられた第１の端部１０１及び枢動アーム８４に取り付けられた第２の端部１０２を有する圧縮ばねであってもよい。したがって、伸縮ばね９０は概して、枢動アーム８４を第１の辺６８の方向に付勢する。２次基準８８は、枢軸１０５によって第１の辺６８に回転可能に取り付けられることができ、また、後述のように、枢動アーム８４の第２の端部１０３と係合可能であり得る。伸縮ばね９１は、２次基準８８に取り付けられた第１の端部１０７及び枢動アーム８４に取り付けられた第２の端部１０９を有する圧縮ばねであってもよく、概して、２次基準８８を枢動アーム８４の方向に付勢する。調整機構８２は、球形部材９５及び調整ねじ９７を有することができる。球形部材９５は概して、枢動アーム８４及び２次基準８８の傾斜面９３に当接して着座することができる。調整ねじ９７は、傾斜面９３に沿って球形部材の垂直位置を変えて、枢軸１０５を中心とした２次基準８８の初期の向きを制御することができる。

ピッチ調整アセンブリ７８は、ベースプレート２８に固定されたリニアアクチュエータ１０４及びＬ字形部材６７の第２の辺７０に取り付けられた３次基準１０６を有し得る。リニアアクチュエータ１０４は、第２の辺７０の自由端１０８の近くの３次基準１０６の近くに位置し、且つ３次基準１０６に選択的に係合可能であり得る。枢軸１１０がＬ字形部材６７の孔７４内に位置することができ、後述のように、リニアアクチュエータ１０４が自由端１０８に作用するとき、概して、Ｌ字形部材６７の枢動可能な回転を可能にする。ピッチ調整アセンブリ７８はまた、３次基準１０６を付勢してリニアアクチュエータ１０４と係合させるための伸縮ばね１１２を有し得る。伸縮ばね１１２は、ベースプレート２８に取り付けられた第１の端部１１４及びＬ字形部材６７に取り付けられた第２の端部１１６を有する圧縮ばねであってもよい。

図３に見られるように、ロック機構６６は、Ｌ字形部材６７内に収納された磁気クランプ機構１１８を含んでもよい。磁気クランプ機構１１８は、後述のように、基準ブロック５０に作用する磁力を提供することができる。したがって、基準ブロック５０は４３０ＳＳ等の常磁性材料製であってもよい。

３点測量システム（図示せず）を、磁気クランプ機構の作動ギャップの測量及び設定の両方に使用することができる。このギャップを設定する目的は、永久磁石が基準ブロック５０に触れないようにすることである。したがって、ギャップは、磁気クランプ機構１１８を保持しているベースプレート２８上の１次基準点によって、目標物に対するプリントヘッドのＺ軸上の位置を確立することを可能にすることができる。これにより、概して、すべてのプリントヘッド５２が、互いに約２５ミクロン以内の間隔で同じＺ軸次元にあることが可能になり得る。さらに、単一面のブロッティングステーションを採用する際、プリントヘッド５２がブロッティングクロスに対して異なる関係を有する場合、すべてのプリントヘッド５２が適切に吸収するとは限らないことがある。エアギャップが大き過ぎる場合、磁気保持力が距離の２乗分だけ減少する。したがって、金属同士が触れ合うことなく、磁気締め付け曲線の高磁力領域に留まるためには、ギャップは２５ミクロン〜５０ミクロンであることが好ましい。

動作時、プリントヘッド５２がその目標位置からずれていると判定された場合、上述の特徴を用いて調整することができる。プリントヘッド５２の目標位置は概して、プリントヘッドアレイ内のプリントヘッド５２間の互いに対する理想的な相対位置合わせとして規定することができる（図１１に示す）。具体的には、基準ブロック５０は概して、磁気クランプ機構１１８を越えて延びることができ、概して、２次基準８８及び３次基準１０６と接触することができる。プリントヘッド５２のフェーズの位置ずれ（図１２に概略的に示す）は、フェーズ調整アセンブリ７６を使用して補正することができる。フェーズの位置ずれは、プリントヘッドノズル５３の列が目標位置から直線的にずれている際に起こり得る。位置ずれの判定に関する詳細は後述する。後述のように、図１１に矢印で示すように、フェーズ調整アセンブリ７６によってプリントヘッド５２を直線的に移動させることができる。

磁気クランプ機構１１８は、基準ブロック５０を解放するようにすることができる。より具体的には、打ち消しコイルの電流のパルス幅を変調して、磁気保持力が約３５５．８Ｎ（８０ｌｂｆ）程度から約０Ｎ（０ｌｂｆ）程度に変化するようにすることによって、各プリントヘッド５２（基準ブロック）に付与される磁気保持力を自動的に変えることができる。磁気クランプ機構１１８の磁界を打ち消すことにより、ソケット６３から取り外すため、又はプリントヘッド５２を配置し直すために、プリントヘッド５２を解放することが可能になる。

解放されると、ＰＺＴアクチュエータ８０は、枢動アーム８４の第１の端部９２に係合して、枢軸９６を中心として枢動アーム８４を回転させることができる。その後、枢動アーム８４の第２の端部１０３が２次基準８８に係合して、２次基準８８が移動して基準ブロック５０に係合するようにし、基準ブロック５０が直線的に移動するようにする。

より具体的には、枢動中心９６と、枢動アーム８４の第１の端部９２に連結したＰＺＴアクチュエータ８０との間の距離（ｄ１）は、枢動中心９６と、枢動アーム８４の第２の端部１０３と２次基準８８とが係合する位置との距離（ｄ２）よりも短くなり得る。したがって、ＰＺＴアクチュエータ８０によって付与される移動は、２次基準８８に加えられる際には概して増幅され得る。本例では、ｄ２は概してｄ１の約４倍であってもよく、それによりＰＺＴアクチュエータ８０によって付与される移動がおよそ４倍増幅される。

プリントヘッド５２（及び対応する基準ブロック５０）が補正されたフェーズ位置に到達すると（図１１に示す）、磁気クランプ機構１１８が再び作動され、基準ブロック５０をその補正された位置に固定することができる。より具体的には、一旦位置につくと、磁気クランプ機構１１８から電流が除去され、プリントヘッド５２を再び締め付けることができる。磁気クランプ機構１１８は永久電磁石を使用するため、保持力は「フェイルセーフ」である。すなわち、ＰＭＤ装置１０に対する電源が遮断されても、プリントヘッド５２はその位置に締め付けられたままである。また、一旦プリントヘッド５２が適切に位置合わせされると、それらをその位置に固定するために永久電磁石チャックを使用することにより、機械的クランプ又はロックに一般的である機械的な歪み、ひずみ、ヒステリシスをなくすことができる。さらに、磁気クランプ機構１１８の磁気保持力は自動的且つ動的に変更することができる。このようにして、締め付け力は、プリントヘッド５２が位置調整されている間は瞬間的に除去されることができ、その後、プリントヘッド５２が位置につくと再び加えられる。

プリントヘッド５２のピッチの位置ずれ（図１３に示す）は、ピッチ調整アセンブリ７８を用いて補正することができる。ピッチの位置ずれは、プリントヘッドノズル５３の列が目標から回転的にずれているときに起こり得る。位置ずれの判定に関する詳細は後述する。後述のように、ピッチの位置ずれを補正するために、ピッチ調整アセンブリ７８を用いてプリントヘッド５２を図１３の矢印で示すように回転させることができる。

上述のように、磁気クランプ機構１１８に基準ブロック５０を解放させることができる。解放されると、リニアアクチュエータ１０４が延びて、第２の辺７０の自由端１０８に係合することができる。リニアアクチュエータ１０４が自由端１０８に係合すると、Ｌ字形部材６７が枢軸１１０（図３に見られる）を中心として回転させられる。２次基準８８及び３次基準１０６は基準ブロック５０に係合し、基準ブロック５０を回転させる。上述のように、プリントヘッド５２（及び対応する基準ブロック５０）が補正されたピッチ位置（図１３に示す）に到達すると、磁気クランプ機構１１８は再び作動され、基準ブロック５０をその補正された位置に固定することができる。上述したフェーズ調整及びピッチ調整は、後述のように、自動化することができる。

再び図２を参照すると、プリントヘッドキャリッジ１５は、ミドルプレート１３６をさらに有し得る。ミドルプレート１３６は、３つのアウトリガー据え付け部分１４８、１５０、１５２及び２つのロック部材１５１、１５３（図１５に見られる）を有し得る。アウトリガー据え付け部分１４８、１５０、１５２は、それらに取り付けられたエアベアリングパック１５４、１５６、１５８を有することができる。エアベアリングパック１５４、１５６、１５８は、プリントヘッドキャリッジ１５がプリントヘッドキャリッジフレーム１４に対して水平になるように調整された高さにすることができる。ロック部材１５１、１５３は鉄系鋼材のディスクを有することができ、磁気性であり得る。ミドルプレート１３６は、プリントヘッドキャリッジ１５を支持するのに十分な厚さとすることができる。

前述のように、プリントヘッドキャリッジフレーム１４は内部にプリントヘッドキャリッジ１５を収容することができる。さらに図１４〜図１７を参照すると、プリントヘッドキャリッジフレーム１４は、上面１６１及び４つの壁１６２、１６４、１６６、１６８を有するベースフレーム構造１６０を有することができる。上面１６１は、エアベアリング回転面１７２、１７４、１７６及びロック部材１７５を有することができる。壁１６２、１６４、１６６、１６８は概して、プリントヘッドキャリッジ１５の側壁３２、３４、３６、３８の周囲に位置することができる。壁１６４は、壁１６４から延びるアーム１７８、１８０を有することができる。ロック部材１７５は電磁石であってもよく、ロック部材１５１、１５３に選択的に係合して、ロック部材１５１、１５３に固定されることができる。

ロック部材１７５は、各ロック部材１５１、１５３に磁気保持力を付与することができ、それは、打ち消しコイルの電流のパルス幅を変調して、磁気保持力が約３５５．８Ｎ（８０ｌｂｆ）程度から約０Ｎ（０ｌｂｆ）程度に変化するようにすることによって自動的に変更することができる。ロック部材１７５の磁界を打ち消すことにより、ロック部材１５１、１５３を解放することが可能になる。

プリントヘッドキャリッジ調整アセンブリ１８２は、壁１６２の上面１６１に取り付けられることができ、プリントヘッドキャリッジ１５に係合されることができる。プリントヘッドキャリッジ調整アセンブリ１８２は、係合部材１８４、第１のリンクアセンブリ１８６及び第２のリンクアセンブリ１８８、並びに作動機構１９０を有することができる。係合部材１８４は、側壁３４に沿って、且つそれぞれ部分的に側壁３２、３６の周囲に延びるアーム１９２、１９４を有することができる。作動アーム１９６は、アーム１９２とアーム１９４との間に延びることができ、且つ内部に凹部分１９８を有することができる。凹部分１９８は、アウトリガー据え付け部分１４８を収納することができる。

第１のリンクアセンブリ１８６及び第２のリンクアセンブリ１８８はそれぞれ、第１の端部２０６、２０８及び第２の端部２１０、２１２に球形ベアリング２０４をそれぞれ有するリンク部材２００、２０２を有することができる。球形ベアリング２０４は、係合部材１８４及びプリントヘッドキャリッジフレーム１４に取り付けられて、リンク部材２００、２０２と、係合部材１８４と、プリントヘッドキャリッジフレーム１４との間の枢動可能な係合を形成することができる。

作動機構１９０は、リニアアクチュエータ２１４及び付勢ばね２１６を有することができる。リニアアクチュエータ２１４は壁１６４の上面１６１に取り付けられ得る。リニアアクチュエータ２１４は、係合部材の作動アーム１９６の第１の側２２０に回転可能に係合するアーム２１８を有することができ、且つ、概ね付勢ばね２１６とは逆方向に、図１４に矢印２２１で示すように引っ込むことができる。アーム２１８と作動アーム１９６との間の回転可能な係合は、アーム２１８に取り付けられた第１の端部及び作動アーム１９６に取り付けられた第２の端部を有するヒーハイストベアリング２１９を含むことができる。リニアアクチュエータ２１４もまた、ヒーハイストベアリング２２３による、ベースフレーム構造１６０との回転可能な係合を有することができる。付勢ばね２１６は、係合部材の作動アーム１９６の第２の側２２４に取り付けられた第１の端部２２２、及びプリントヘッドキャリッジフレーム１４に固定された支柱２２８に取り付けられた第２の端部２２６を有する引張ばねであってもよい。

動作時、プリントヘッドキャリッジ１５は、上述の特徴を用いて調整することができる。より具体的には、プリントヘッドキャリッジ１５のピッチは、作動機構１９０を使用することによってプリントヘッドキャリッジ１５を回転させることにより調整することができる。リニアアクチュエータ２１４が作動されると、アーム２１８は作動アーム１９６をリニアアクチュエータ２１４の方向に引張ることができる。作動アーム１９６が移動すると、リンク部材２００、２０２が球形ベアリング２０４を中心として枢動することができ、係合部材１８４を回転させ、図１４に矢印２２９で示すように、それがプリントヘッドキャリッジ１５に回転を伝える。より具体的には、アーム２１８が引っ込むと、リンク部材２００の第１の端部２０６が第２の端部２１０を中心として反時計回りの方向に回転することができ、リンク部材２０２の第１の端部２０８が第２の端部２１２を中心として回転することができ、プリントヘッドキャリッジ１５の回転及び直線的な平行移動をもたらす。リンク部材の配置構成により、プリントヘッドキャリッジ１５の移動は純粋な回転でないことがある。プリントヘッドキャリッジ１５の平行移動はいくらかのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれを含むことがあり、これは調整アセンブリ１８２が形成する動きにより予測することができる。その平行移動は、基板１８とプリントヘッドキャリッジ１５との協調した動きによって相殺され得る。

プリントヘッドキャリッジ１５の動きの間、エアベアリングパック１５４、１５６、１５８がエアベアリング回転面１７２、１７４、１７６上のプリントヘッドキャリッジ１５の回転を可能にすることができる。所望の位置に到達すると、エアベアリングパック１５４、１５６、１５８はプリントヘッドキャリッジ１５をエアベアリング回転面１７２、１７４、１７６に固定することができる。

図１８〜図２４に示す代替的な例では、プリントヘッドキャリッジフレーム３００は、プリントヘッドキャリッジ３０２を収納することができ、且つ、プリントヘッドキャリッジフレーム１４に関して上述した方法と同様の方法でＰＭＤ装置１０に取り付けられることができる。プリントヘッドキャリッジ３０２は、一連の側壁３０４、３０６、３０８、３１０を有する概ね矩形の部材であり得る。プリントヘッドキャリッジ３０２は、プリントヘッドキャリッジ１５と概ね同様であってもよく、プリントヘッド位置合わせアセンブリ４０（図２に示す）を有することができる。プリントヘッドキャリッジ調整アセンブリ３１２が、プリントヘッドキャリッジフレーム３００に固定されることができ、且つプリントヘッドキャリッジ３０２を内部に収容して、プリントヘッドキャリッジ３０２をプリントヘッドキャリッジフレーム３００に取り付けることができる。

図１９、図２０、図２２、及び図２３を特に参照すると、プリントヘッドキャリッジ調整アセンブリ３１２は、フレームアセンブリ３１４及び作動アセンブリ３１６を有することができる。フレームアセンブリ３１４は、外側フレーム３１８、内側フレーム３２０、及び結合要素３２２を有することができる。外側フレーム３１８は、プリントヘッドキャリッジ据え付けプレート３２４によってプリントヘッドキャリッジフレーム３００に固定されることができ、且つ、第１の側壁３２６及び第２の側壁３２８を有する概ね矩形の本体を有することができ、第１の側壁３２６及び第２の側壁３２８は本体から概ね上向きに延びる。外側フレーム３１８は、第１の側壁３２６から第２の側壁３２８へと延びる上側プレート３３０、及びエアベアリング面を形成する下側面３３２をさらに有することができる。第１の側壁３２６及び第２の側壁３２８は、内部を貫通する孔３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４を有することができる。

内側フレーム３２０は、プリントヘッドキャリッジ３０２を内部に収容することができる。内側フレーム３２０は、上側プレート３３０と、下側面３３２並びに第１の側壁３２６及び第２の側壁３２８との間に配置することができる。内側フレーム３２０は、孔３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４に概ね対応する孔３４６、３４８、３５０、３５２、３５４、３５６を有することができる。内側フレーム３２０は、プリントヘッドキャリッジ３０２を収納する概ね開いた中心部分３５８を有する、概ね矩形の本体を有することができる。内側フレーム３２０の下側面３５９は、外側フレームの下側面３３２の上に載せるためのエアベアリングパッド３５７、及び内側フレーム３２０と外側フレーム３１８との間の相対的な動きを防ぐための真空パッド３６１を有することができる。

図２０及び図２１を参照すると、結合要素３２２は、孔３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４及び孔３４６、３４８、３５０、３５２、３５４、３５６内に位置することができ、且つ概して、内側フレーム３２０を外側フレーム３１８に取り付けることができる。より具体的には、結合要素３２２はそれぞれ、概ねＷ字形状を有する撓み要素３６０を有することができる。撓み要素３６０は、高疲労強度の板金から形成されてもよく、内側の辺３６２及び２つの外側の辺３６４、３６６を有するベース部分３６３を有することができ、内側の辺３６２及び外側の辺３６４、３６６はベース部分３６３から延びる。ベース部分３６３は外側フレーム３１８に固定されることができる。外側の辺３６４、３６６は互いに取り付けられ、外側フレーム３１８に同様に固定されることができる。内側の辺３６２は内側フレーム３２０に固定されることができ、それにより内側フレーム３２０と外側フレーム３１８との間の回転可能な結合を形成する。

図２２を参照すると、作動アセンブリ３１６は、リニアアクチュエータ３６８、３７０、ハウジング部材３７２、３７４、及び係合ブロック３７６を有することができる。ハウジング部材３７２、３７４は、外側フレーム３１８に取り付けられ得る。リニアアクチュエータ３６８、３７０は概ね互いに対向して配置され、ハウジング部材３７２、３７４に、ひいては外側フレーム３１８に取り付けられ得る。係合ブロック３７６は内側フレーム３２０に固定され得る。ばね３７７は、第１の端部３７９において内側フレーム３２０に固定されることができ、第２の端部３８１においてハウジング部材３７２、３７４に、ひいては外側フレーム３１８に固定されることができる。ばね３７７は引張ばねであってもよく、概して、リニアアクチュエータ３６８、３７０を付勢して係合ブロック３７６と係合させる力を提供することができる。リニアエンコーダ３７５を、上側プレート３３０の、係合ブロック３７６の概ね上方に取り付けることができる。

動作時、エアベアリングパッド３５７が「オン」状態にあると、それらは概して、内側フレーム３２０と外側フレーム３１８との間の相対的な動きを提供することができる。この状態では、リニアアクチュエータ３６８、３７０は係合ブロック３７６に作用することができる。係合ブロック３７６は、加えられた力を内側フレーム３２０に付与することができ、内側フレーム３２０はそれによって、図２３に見られるように外側フレーム３１８に対して回転させられる。図２３に示す作動は、例示の目的のために誇張されていることに留意されたい。内側フレーム３２０の実際の回転は、外側フレーム３１８に対して概ね１．５度であり得る。プリントヘッドキャリッジ３０２は内側フレーム３２０内に収容されているため、内側フレーム３２０が回転すると、プリントヘッドキャリッジ３０２も同様に回転させられる。より具体的には、撓み要素３６０は「叉骨」のように外広がりに開かれ、内側フレーム３２０の回転に対する付勢力を提供する。偶力として作用するリニアアクチュエータ３６８、３７０によって、一定の回転中心を維持することができる。

この偶力は、均等且つ逆方向の力が加えられ得るようにリニアアクチュエータ３６８、３７０を精密に配置することによって実現することができる。しかしながら、製造作業には変動が存在するため、リニアアクチュエータ３６８、３７０の位置誤差を調整する必要があることがある。位置誤差を補償するために、リニアアクチュエータ３６８、３７０は互いに異なる力を提供することができる。係合ブロック３７６の上方に位置するリニアエンコーダ３７５を用いて、命令された回転を、いくらかの移動した直線距離と関連付けることができる。ステージの動きコントローラの設定中、ステージの回転を監視し、マッピングすることができる。その後、回転角度とエンコーダの位置との関係を求めることができる。位置フィードバックにより、加えられたモーメントが自動的に解かれる。所望の位置に到達すると、エアベアリングパッド３５７は「オフ」にされることができ、真空パッド３６１は「オン」にされることができ、内側フレーム３２０を外側フレーム３１８に対して固定することができる。

リニアアクチュエータ３６８、３７０は、内側フレームを「すぐさま」回転させることができる。このモードでは、プリントヘッドアレイステージ又は基板ステージのいずれかの平行移動における不正確さを補正するために小さい回転が必要となることがある。プリントヘッドアレイと基板１８との間の角度的な位置ずれを引き起こす誤差は、ヨー誤差として知られている。ヨー誤差は、プリントヘッドステージ及び基板ステージの両方に存在し得る。プリント軸（プリントヘッドキャリッジフレーム１４がこの軸に沿って平行移動する）及び基板軸（基板１８がこの軸に沿って平行移動する）の両方についてマッピングを行うことができる。ＰＭＤ装置１０に対する垂直中心線の周りのヨー角を測定し、動きマップとしてコンピュータ９２２に記憶することができる。これらの測定値は、レーザー干渉計等のデバイスを用いて取得することができる。

精密Ｘ−Ｙステージの場合の典型的な誤差の大きさは、２０秒角〜４０秒角程度であり得る。この誤差範囲は、ＰＭＤ装置１０（図１）において４０ミクロン〜８０ミクロンのプリント位置誤差をもたらし得る。この誤差は、プリントヘッドアレイを角度的に回転させることによって、なくすことができる。回転量は、Ｘ軸ステージ２０に沿ったプリント軸についての回転誤差と、Ｙ軸ステージ２２に沿った特定の距離にある基板１８についての回転誤差の合計であり得る。各軸についてのマップを使用して、コンピュータ９２２は、計算された誤差を動的に合計して、プリントヘッドの回転を命令して誤差を補償することができる。プリントヘッドの補正角度は、０．０２秒角程度に小さい刻みで増分し得る。補正は、およそ１秒に２０００回の間隔で適用することができ、この補正は、１メートル／秒のレートでプリントしている場合、基板が０．５ｍｍ移動する毎にプリントヘッドアレイでの角度補正に変換され得る。この方法を用いてプリントヘッドアレイの位置を調整して、ＰＭＤ装置１０の構造的な不規則性を相殺することができる。具体的には、理想的な向きに対するＸ軸ステージ２０及びＹ軸ステージ２２におけるずれを相殺することができる。

図２５を参照すると、代替的なプリントヘッドアレイ回転システム４００を、支持レール４０２、４０４（図１に示すレールと概ね同様）において、ＰＭＤ装置のＸ軸ステージ４０１にスライド可能に取り付けることができる。プリントヘッドアレイ回転システム４００は、
リニア駆動装置４０６、４０８、プリントヘッドアセンブリ４１２を内部に収容しているプリントヘッドキャリッジ４１０、及びリンク部材４１４、４１６を有することができる。リニア駆動装置４０６、４０８は支持レール４０２、４０４に係合することができ、且つ支持レール４０２、４０４に沿って移動可能であり得る。リンク部材４１４、４１６を、第１の端部４１８、４２０においてプリントヘッドキャリッジ４１０に取り付けることができ、第２の端部４２２、４２４においてリニア駆動装置４０６、４０８に取り付けることができる。

動作時、回転誤差が求められた後、リニア駆動装置４０６、４０８は、支持レール４０２、４０４に沿って概ね互いに逆方向に移動することができる。リニア駆動装置４０６、４０８が互いに対して移動すると、リンク部材４１４、４１６が回転し、それによりプリントヘッドキャリッジ４１０が対応して回転する。所望の位置につくと、リニア駆動装置３０６、３０８は停止し、プリントヘッドキャリッジ３０２をその位置に固定することができる。

さらに図２６〜図２９を参照すると、代替的なプリントヘッドキャリッジフレーム５１４は、プリントヘッドアセンブリ５１６を内部に収容しているプリントヘッドキャリッジ５１５を収納することができる。プリントヘッドキャリッジフレーム５１４は、プリントヘッドキャリッジフレーム１４に関して上述した方法と同様の方法でＰＭＤ装置１０に取り付けられ得る。プリントヘッドキャリッジ５１５は、第１の組のエアベアリング５２０によって垂直に支持され、且つ、プリントヘッドキャリッジフレーム５１４に据え付けられた第２の組のエアベアリング５２２によって径方向に支持された、円形体５１８を有することができる。

プリントヘッドキャリッジフレーム５１４は、プリントヘッドキャリッジ５１５を回転可能に駆動してプリントヘッドキャリッジ５１５のピッチ調整を提供するための作動アセンブリ５２４を有することができる。作動アセンブリ５２４は、モータ巻線５２６、磁気性のスラグ５２８、ストップ５３０、及び光学エンコーダ５３２を有することができる。モータ巻線５２６は、プリントヘッドキャリッジフレーム５１４に据え付けられることができ、磁気性のスラグ５２８は、モータ巻線５２６によって駆動されるように、円形体５１８の上側部分に据え付けられることができる。ストップ５３０は、プリントヘッドキャリッジフレーム５１４に取り付けられることができ、且つ概して円形体５１８を越えて延びることができ、ストップ５３０と磁気性のスラグ５２８との間の係合によってプリントヘッドキャリッジ５１５の移動を制限する。

プリントヘッドキャリッジの円形体５１８は、プリントヘッドアセンブリ５１６を収納するスロット５３２、５３４、５３６を有することができる。より具体的には、プリントヘッドアセンブリ５１６は、スロット５３２、５３４、５３６内に延びるハウジング５３８、５４０、５４２の中に収納されることができる。ハウジング５３８、５４０、５４２は、リニアベアリング５４４、５４６、５４８とスライド可能に係合することができる。スロット５３２、５３４、５３６はさらに、ハウジング５３８、５４０、５４２をスロット５３２、５３４、５３６に沿って平行移動させて、プリントヘッドアセンブリ５１６のフェーズ調整を提供するためのリニアアクチュエータ５５０、５５２、５５４を内部に有することができる。さらに、アセンブリの変動又は他の原因によるいかなる初期の位置ずれも、プリントヘッドキャリッジ５１５の下側面の基準マークを参照するための、後述のビジョンシステムを用いて相殺することができる。

さらに図３０及び図３１を参照すると、代替のプリントヘッドキャリッジフレーム６１４が、プリントヘッドアセンブリ４６（図４に示す）を内部に収容しているプリントヘッドキャリッジ６２８を収納することができる。プリントヘッドキャリッジフレーム６１４は、プリントヘッドキャリッジフレーム１４に関して上述した方法と同様の方法で、ＰＭＤ装置１０（図１）に取り付けられ得る。プリントヘッドキャリッジ６２８は、プリントヘッドキャリッジフレーム６１４に回転可能に取り付けられ得る。より具体的には、プリントヘッドキャリッジフレーム６１４は、前壁アセンブリ６３２及び後壁アセンブリ６３４、並びに側壁アセンブリ６３６、６３８を有することができ、これらは協調して、後述のように、プリントヘッドアレイ可変ピッチ調整装置を形成する。

さらに図３２を参照すると、前壁アセンブリ６３２は壁部材６４０及び調整アセンブリ６４２を有することができる。壁部材６４０は、上側部分６４４及び下側部分６４６を有することができる。上側部分６４４は、端部６５２、６５４においてスライダ部分６４８、６５０を有することができる。スライダ部分６５０は、第２の端部６５４の垂直位置を調整し、ひいては前壁アセンブリ６３２の角度移動を調整する水平化機構６５６をさらに有することができる。さらに、前壁アセンブリ６３２を両端部６５２、６５４において垂直に調整することができるように、スライダ部分６４８も水平化機構（図示せず）を有することができる。下側部分６４６は、後述のように、調整アセンブリ６４２の一部を支持するための棚６５８を有することができる。

調整アセンブリ６４２は、リニアスライドベアリング６６０、レール６６２、スライドアセンブリ６６４、枢動アセンブリ６６６、プリントヘッドキャリッジ据え付けアセンブリ６６８、及びロック機構６７０を有することができる。リニアスライドベアリング６６０は棚６５８に沿って延びることができる。レール６６２は概して、壁部材６４０の長さの大部分に沿って延びることができ、リニアスライドベアリング６６０の上方に位置することができる。スライドアセンブリ６６４は、中間部分６７６を挟んでいる第１の端部分６７２及び第２の端部分６７４、第１の端部分６７２と中間部分６７６との間に位置する第１の電動アクチュエータ６７８、並びに第２の端部分６７４と中間部分６７６の間に位置する第２の電動アクチュエータ６８０を有することができる。

第１の端部分６７２及び第２の端部分６７４はそれぞれ、各々の下側部分に据え付けられた支持部材６８６、６８８を有することができる。支持部材６８６、６８８は、リニアスライドベアリング６６０にスライド可能に取り付けられることができる。中間部分６７６は、レール６６２にスライド可能に取り付けられたアーム６８９を有することができる。枢動アセンブリ６６６は、第１の端部６９４、６９６及び第２の端部６９８、７００を有する、互いに対して回転可能な枢動部材６９０、６９２を有することができる。枢動部材６９０、６９２はヒーハイストベアリングの形態であってもよく、スライドアセンブリの第１の端部分６７２及び第２の端部分６７４の上側部分に取り付けられた第１の端部６９４、６９６を有することができる。プリントヘッドキャリッジ据え付けアセンブリ６６８は、調整アセンブリ６４２をプリントヘッドキャリッジ６２８に取り付けるための据え付けブロック７０２、７０４を有することができる。据え付けブロック７０２、７０４は枢動部材の第２の端部６９８、７００に取り付けられることができ、プリントヘッドキャリッジ６２８が壁部材６４０に対して回転できるようにする。ロック機構６７０は、中間部分６７６に取り付けられることができ、調整アセンブリ６４２を壁部材６４０に対して固定するための締付ボルト７０５、７０６、７０７を有することができる。締付ボルト７０６を締めて、スライドアセンブリ６６４を全体的に固定することができ、これにより、概して、アクチュエータ６７８、６８０の作動による第１の端部分６７２及び第２の端部分６７４の互いに対する微調整が可能になる。締付ボルト７０５、７０７を締めて、第１の端部分６７２及び第２の端部分６７４を互いに対して固定することができる。

図３０及び図３１を再び参照すると、後壁アセンブリ６３４は、壁部材７０８及び枢動アセンブリ７１０を有することができる。壁部材７０８は、側壁アセンブリ６３６、６３８に対して固定されることができる。枢動アセンブリ７１０は、第１の端部（図示せず）及び第２の端部（図示せず）を有する、互いに対して回転可能な枢動部材７１２、７１４を有することができる。枢動部材７１２、７１４は、壁部材７０８に固定された第１の端部（図示せず）を有するヒーハイストベアリングの形態であってもよい。据え付けブロック７２４、７２６を第２の端部（図示せず）及びプリントヘッドキャリッジ６２８に取り付けることができ、これによりプリントヘッドキャリッジ６２８が壁部材７０８に対して回転できるようになる。

側壁アセンブリ６３６、６３８はそれぞれ、水平化レール７３２、７３４をその上面上に有する壁部材７２８、７３０を有することができる。壁部材６４０のスライダ部分６４８、６５０は、水平化レール７３２、７３４とスライド可能に係合することができ、概して、壁部材６４０が水平化レール７３２、７３４の長さに沿って移動することを可能にする。

動作時、プリントヘッドキャリッジ６２８がその目標位置からずれていると判定されると、上述の特徴を用いてそのずれを調整することができる。具体的には、プリントヘッドキャリッジ６２８にピッチの位置ずれ（図１３に示す）がある場合、それは調整アセンブリ６４２を用いて補正することができる。より具体的には、枢動部材７１２、７１４を中心としてプリントヘッドキャリッジ６２８を回転させることにより、プリントヘッド５２を調整して、そのピッチを補正することができる。

プリントヘッドキャリッジは、調整アセンブリ６４２を使用することにより枢動部材７１２、７１４を中心として回転することができる。ロック機構６７０を解放することにより、スライドアセンブリ６６４がレール６６２に沿って動くようにすることができる。締付ボルト７０５、７０６、７０７を緩めることによって、ロック機構６７０を解放することができる。ロック機構６７０が解放されると、第１の電動アクチュエータ６７８及び第２の電動アクチュエータ６８０は、レール６６２の長さに沿って、ピッチ補正のための所望の位置までスライドアセンブリ６６４を駆動することができる。

スライドアセンブリ６６４がレール６６２に沿って移動すると、プリントヘッドキャリッジ６２８は枢動部材７１２、７１４を中心として、第１の位置（図３０）から第２の位置（図３１）へと回転する。プリントヘッドキャリッジ６２８が回転すると、それらは壁部材６４０と壁部材７０８との間で角度的に移動する。プリントヘッドキャリッジ６２８の角度移動に対応するために、壁部材６４０は、プリントヘッドキャリッジ６２８が回転するにつれて水平化レール７３２、７３４に沿って平行移動する。

スライドアセンブリの作動は、電圧信号を調整して、電動アクチュエータが内側又は外側に動くように命令することによって達成することができる。プリントヘッドノズルの所望の位置に関する情報は、後述のように、ビジョンシステムによって取得することができる。

プリントヘッドアレイは、連続的な又は非連続的なアレイとして構成することができる。非連続的なアレイは、プリントヘッド５２間のプリントスワスにおいてギャップを有し得る。非連続的なアレイの概略的な表現が図３３に示されている。非連続的なアレイは、使用されるプリントヘッド５２によって課される物理的なサイズ制限によりもたらされることがあり、特定の空間内で所望の数の噴射アレイを実現するためにギャップを必要とする。ギャップは、基板のすべての領域がプリントされることを保証するために、基板に対するプリントヘッドアレイの相対的な動きを変更するようにプリント方法の変更を必要とすることがある。ピッチ調整の方法は概して、この構成によって影響を受けないであろう。

代替的なプリントヘッドキャリッジ調整装置８００が図３４〜図３６に概略的に示されている。プリントヘッドキャリッジ調整装置８００は、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２及び第２のプリントヘッドキャリッジ８０４、ビーム８０６、並びに作動アセンブリ８０８を有することができる。第１のプリントヘッドキャリッジ８０２は、ビーム８０６の第１の側に固定されることができ、第２のプリントヘッドキャリッジ８０４は、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２に概ね対向して、ビーム８０６の第２の側にスライド可能に取り付けられることができる。

作動アセンブリ８０８は、エアベアリングアセンブリ８１０、枢動アセンブリ８１２、並びに第１の作動機構８１４及び第２の作動機構８１５を有することができる。エアベアリングアセンブリ８１０は、ビーム８０６の第１の端部の、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２の第１の端部近くに取り付けられ得る。枢動アセンブリ８１２は、プリントヘッドキャリッジ調整装置８００の床面８１８と、ビーム８０６の、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２の第２の端部近くとに取り付けられたヒーハイストベアリング８１６を有することができ、プリントヘッドキャリッジ調整装置８００とビーム８０６との間の回転可能な結合を提供する。

第１の作動機構８１４は、リニアアクチュエータ８２０、及びプリントヘッドアレイ可変ピッチ装置の床面８１８のガイド溝８２４にスライド可能に取り付けられた可動リンク８２２を有することができる。リニアアクチュエータ８２０は、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２に取り付けられた第１のアーム８２１を有することができ、可動リンク８２２に取り付けられた第２のアーム８２３を有することができる。リンク８２２は溝８２４に沿って手動で動かされるか、又は種々の方法により電動化されて、ビーム８０６の回転の粗調整を実現することができる。第１のアーム８２１は、ビーム８０６の微調整を実現するために伸縮することができる。

第２の作動機構８１５はリニアアクチュエータ８１７を有することができる。リニアアクチュエータ８１７は第２のプリントヘッドキャリッジ８０４及びビーム８０６と係合することができる。リニアアクチュエータ８１７は概して、ビーム８０６に沿った第２のプリントヘッドキャリッジ８０４のスライド可能な作動を提供することができる。

動作時、作動アセンブリ８０８によって第１のプリントヘッドキャリッジ８０２及び第２のプリントヘッドキャリッジ８０４のピッチを調整することができる。より具体的には、可動リンク８２２がガイド溝８２４に沿って移動すると、アーム８２１、８２３が第１のプリントヘッドキャリッジ８０２に作用することができ、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２及び第２のプリントヘッドキャリッジ８０４並びにビーム８０６を回転させる。リニアアクチュエータ８２０は、アーム８２１の伸縮によりビーム８０６の回転をさらに精緻化することができる。ビーム８０６が回転すると、第２のプリントヘッドキャリッジ８０４がリニアアクチュエータ８１７によって駆動されて、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２に対する第２のプリントヘッドキャリッジ８０４の適切なフェーズ調整を実現することができる。この工程は、後述のように、第１のプリントヘッドキャリッジ８０２と第２のプリントヘッドキャリッジ８０４との関係を記録し、且つリニアアクチュエータ８１７による第２のプリントヘッドキャリッジ８０４の動きを開始するためのビジョンシステムを使用することによって自動化することができる。

上記で概説したように、リンク８２２の動きが完了すると、プリントヘッドアレイのピッチの粗調整が完了し得る。この時点で、リニアアクチュエータ８２０をビジョンシステムと組み合わせて使用して、プリントヘッドについて０．５ミクロン以内のピッチ精度を実現する最終の精密な調整角度まで、ビーム８０６を回転させることができる。適切なピッチが得られると、プリントヘッドキャリッジ調整装置８００はプリントのために固定され得る。

図３５及び図３６を参照して、プリントヘッドキャリッジ８０２、８０４は、フェーズにおいて互いに概ね位置合わせされることができることに留意されたい。より具体的には、プリントヘッドキャリッジ８０２、８０４のそれぞれのプリントヘッド（図示せず）は、プリント堆積領域８３０、８３２によって概略的に示すように、それらが同一の領域上にプリントし、より高いプリント堆積濃度をもたらすように位置合わせされることができる。

図１を再び参照すると、ＰＭＤ装置１０のビジョンシステム１７は、較正（calibration）カメラアセンブリ９００及びマシンビジョンカメラアセンブリ９０２を有することができる。さらに図３７を参照すると、較正カメラアセンブリ９００は、較正カメラ９０４及び据え付け構造９０６を有することができる。据え付け構造９０６は第１の部分９０８及び第２の部分９１０を有することができる。

第１の部分９０８は真空チャック１６に固定されることができ、第２の部分９１０は第１の部分９０８にスライド可能に取り付けられることができる。据え付け構造９０６は、第２の部分９１０を第１の部分９０８に対して駆動するためのモータ（図示せず）をさらに有することができる。据え付け構造９０６はまた、後述のように、較正カメラアセンブリ９００とマシンビジョンカメラアセンブリ９０２とを協調させるための基準マーク９１２をさらに有することができる。較正カメラ９０４は第２の部分９１０に固定することができ、したがって真空チャック１６に対して、真空チャック１６の上面に対して概ね垂直な方向に移動可能であり得る。

マシンビジョンカメラアセンブリ９０２は、低分解能のカメラ９１４、高分解能のカメラ９１６、及び据え付け構造９１８を有することができる。低分解能のカメラ９１４は、高分解能のカメラ９１６よりも広い視野を持つことができる。より具体的には、低分解能のカメラ９１４は、およそ１０ｍｍ×１０ｍｍの視野を持つことができる。この範囲は、基板１８のロード誤差に対応するために概ね十分であり得る。据え付け構造９１８は、ブラケット９２０、並びにブラケット９２０を第２のレール２６に移動可能に据え付けるための第１のモータ及び第２のモータ（図示せず）を有することができる。第１のモータは、第２のレール２６に沿った軸方向の平行移動を提供することができ、第２のモータは、第２のレール２６に対する据え付けブラケット９２０の垂直方向の移動を提供することができる。較正カメラ９０４、低分解能のカメラ９１４、及び高分解能のカメラ９１６はすべて、ＰＭＤ装置１０（図１）上のコンピュータ９２２と通信することができる。

動作時、較正カメラ９０４を使用してプリントヘッドの位置関係を求めることができる。較正カメラ９０４は、アレイ内のプリントヘッド５２（図４）のうちの任意のものに焦点を合わせて、プリントヘッド５２間の相対的な位置を求めることができる。較正カメラ９０４は画像を生成することができ、その画像はプリントヘッド５２間の位置誤差を判定するためにコンピュータ９２２に送られる。誤差が見つかった場合、プリントヘッド５２は上述のように調整されることができる。較正カメラ９０４は、プリントヘッド位置の補正中に、位置フィードバックを提供することができる。

上記のように、較正カメラアセンブリ９００は基準マーク９１２も有することができる。基準マーク９１２は、較正カメラアセンブリ９００とマシンビジョンカメラアセンブリ９０２とを協調させるために、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２によって視認することができる。較正カメラアセンブリ９００とマシンビジョンカメラアセンブリ９０２との間の相対的な位置関係が分かると、プリントヘッド５２と、較正カメラアセンブリ９００と、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２との間の相対的な位置関係をコンピュータ９２２によって求めることができ、その位置関係を、上述したようなプリントヘッド５２及びプリントヘッドキャリッジの調整に使用することができる。さらに、一般的な光学ストリップ９２３を使用することにより、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２とプリントヘッドキャリッジフレーム１４との相対的な位置関係を知ることができる。これにより概して、後述のように、コンピュータ９２２が基板１８とプリントヘッド５２との間の相対的な位置関係を求め、それらの間の位置誤差を判定することが可能になり得る。

上記のように、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２は、基板１８とプリントヘッドキャリッジとの間の位置誤差を判定することができる。より具体的には、低分解能のカメラ９１４は、基板の初期画像を取得して、基板上の基準マーク９２４の位置を求める。基準マーク９２４は小さくてもよく、例えばおよそ１ｍｍ^２であり、刻印されたクロムのマークの形態であり得る。基準マーク９２４の大まかな位置が求められると、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２及び基板１８は平行移動することができ、それにより高分解能のカメラ９１６が詳細な画像をコンピュータ９２２に提供して、マシンビジョンアルゴリズムを使用することによって基板１８の向きを求めることができる。図１には「Ｘ」として示すが、基準マーク９２４は多様な形態を有してもよい。基準マーク９２４の画像は、基板１８の回転の向き、及び基板軸に沿った基板１８の位置を求めるために分析され得る。回転の向きを求めることを補助するために、さらなる基準マーク９２６を基板上に位置付けることができる。基準マーク９２４、９２６は概して、互いに対向している角に位置付けることができる。高分解能のカメラ９１６を使用して、低分解能のカメラ９１４の助けを必要とすることなく、基準マーク９２４の位置に基づいて基準マーク９２６を位置付けることができる。

基板１８の回転の向きが求められると、上記で開示したプリントヘッドキャリッジは、上述した種々の方法のうちの任意の方法で位置誤差を相殺するために、それぞれの向きが調整される。さらに、マシンビジョンカメラアセンブリ９０２は基準マーク９２４、９２６の画像をコンピュータ９２２に周期的に提供して、ＰＭＤ装置１０の動作全体を通して位置誤差を判定することができる。例えば、基板１８の熱成長を判定するために基準マークを分析してもよい。これは、基準マーク９２４、９２６の大きさ及び／又は基準マーク９２４と基準マーク９２６との間の距離の変動によって判定することができる。

種々のカメラシステム及び調整機構の使用は、コンピュータ９２２により自動化してサーボループ制御システムにすることができる。これにより、ヒューマンエラーの考え得る原因をなくすことができる。また、これにより、位置合わせ調整を「すぐさま」行い、熱膨張若しくは熱収縮によって起こるプリントヘッド位置の変動、又はシステム上にロードされているプリント材料の熱膨張を自動的に調整することができる。

本開示による圧電マイクロデポジション（ＰＭＤ）装置の斜視図である。 本開示によるプリントヘッドキャリッジアセンブリの斜視図である。 プリントヘッド位置合わせアセンブリを有する、図２のプリントヘッドキャリッジアセンブリの部分斜視図である。 図２のプリントヘッドキャリッジアセンブリのプリントヘッドアセンブリの斜視図である。 図３の作動アセンブリ及び図４のプリントヘッドアセンブリの分解図である。 図５の作動アセンブリ及びプリントヘッドアセンブリの、付加的な、より完全に分解された図である。 図３に示す作動アセンブリの斜視図である。 図７に示す作動アセンブリの付加的な斜視図である。 図７に示す作動アセンブリの部分分解斜視図である。 図７に示す作動アセンブリの付加的な部分分解斜視図である。 プリントヘッド位置合わせの概略図である。 プリントヘッドのフェーズの位置ずれの概略図である。 プリントヘッドのピッチの位置ずれ、及びプリントヘッドのピッチの位置合わせの概略図である。 本開示による、プリントヘッドキャリッジフレームの斜視図である。 図１４に示すプリントヘッドキャリッジフレームの上平面図である。 図１４に示すプリントヘッドキャリッジフレームの斜視分解図である。 図１４に示すプリントヘッドキャリッジフレームの、プリントヘッドキャリッジを取り外した斜視図である。 本開示による、代替的なプリントヘッドキャリッジフレームの斜視図である。 図１８に示すプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの斜視分解図である。 図１９に示すプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの、付加的な、部分的に分解した斜視図である。 図２０に示す結合要素の斜視図である。 図１９に示すプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの、付加的な、部分的に分解した斜視図である。 図１８に示すプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの、作動位置での斜視図である。 図１８に示すプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの一部の斜視図である。 代替的なプリントヘッドキャリッジ調整アセンブリの概略図である。 代替的なプリントヘッドキャリッジフレームの斜視図である。 図２６のプリントヘッドキャリッジフレームの上平面図である。 図２６のプリントヘッドキャリッジフレームの斜視分解図である。 図２６のプリントヘッドキャリッジフレームの断面図である。 本開示による代替的なプリントヘッドキャリッジフレームの斜視図である。 図３０に示すプリントヘッドキャリッジフレームの付加的な斜視図である。 図３０に示すプリントヘッドキャリッジフレームの一部の斜視図である。 非連続的なプリントヘッドアレイの概略図である。 本開示による、代替的なプリントヘッドアレイ可変ピッチ装置の概略図である。 図３４のプリントヘッドアレイ可変ピッチ装置の部分概略図である。 図３４のプリントヘッドアレイ可変ピッチ装置の付加的な部分概略図である。 図１に示す較正カメラアセンブリの斜視図である。 図１に示すマシンビジョンカメラアセンブリの斜視図である。

Claims (46)

1. 基板を上部で支持するように構成されたチャックと、
   前記チャックから離間されたレールと、
   前記レールに取り付けられ、且つ、少なくとも１つのプリントヘッドを含むプリントヘッドキャリッジを収容する、プリントヘッドキャリッジフレームと、
   前記プリントヘッドの画像データを取得し、該画像データをコンピュータに提供するように構成された第１のカメラアセンブリと、
   前記第１のカメラアセンブリから前記画像データを受け取り、前記プリントヘッドの所望の位置と該プリントヘッドの実際の位置とのずれを判定するように構成されたコンピュータと
   を具備するプリント装置。
2. 請求項１に記載のプリント装置であって、
   前記第１のカメラアセンブリは前記チャックに取り付けられる
   プリント装置。
3. 請求項１に記載のプリント装置であって、
   前記第１のカメラアセンブリは前記プリントヘッドの方向に向けられている
   プリント装置。
4. 請求項１に記載のプリント装置であって、
   前記プリントヘッドキャリッジは、少なくとも２つのプリントヘッドを有し、
   前記第１のカメラアセンブリは、前記少なくとも２つのプリントヘッドの画像データを取得し、該画像データを前記コンピュータに提供するように構成され、
   前記コンピュータは、前記少なくとも２つのプリントヘッドの互いに対する実際の位置と、該少なくとも２つのプリントヘッドの互いに対する所望の位置とのずれを判定するように構成される
   プリント装置。
5. 請求項１に記載のプリント装置であって、
   前記第１のカメラアセンブリは前記レールに対して移動可能であるように構成される
   プリント装置。
6. 請求項１に記載のプリント装置であって、
   前記レールに移動可能に取り付けられる第２のカメラアセンブリをさらに具備する
   プリント装置。
7. 請求項６に記載のプリント装置であって、
   前記第２のカメラアセンブリは、前記チャック上の基板の画像を取得するように構成される
   プリント装置。
8. 請求項７に記載のプリント装置であって、
   前記コンピュータは前記第２のカメラアセンブリと通信し、且つ、前記基板の向きを求めるように構成される
   プリント装置。
9. 請求項６に記載のプリント装置であって、
   前記第１のカメラアセンブリ及び前記第２のカメラアセンブリのうちの少なくとも１つは、該第１のカメラアセンブリ及び該第２のカメラアセンブリの双方から可視である基準マークを有する
   プリント装置。
10. 請求項６に記載のプリント装置であって、
    前記コンピュータは、前記第１のカメラアセンブリと、前記第２のカメラアセンブリと、前記プリントヘッドと、前記チャック上にある基板との間の相対的な位置関係を求めるように構成される
    プリント装置。
11. 請求項１０に記載のプリント装置であって、
    前記コンピュータは、前記プリントヘッドと前記基板との間の位置関係を、前記第１のカメラアセンブリ及び前記第２のカメラアセンブリのうちの少なくとも１つからの入力に基づいて自動的に調整するように構成される
    プリント装置。
12. 請求項１１に記載のプリント装置であって、
    前記自動調整は、前記プリントヘッドのうちの少なくとも１つの個別の調整を含む
    プリント装置。
13. 請求項１１に記載のプリント装置であって、
    前記プリントヘッドキャリッジは前記プリントヘッドキャリッジフレームに回転可能に取り付けられ、
    前記自動調整は、前記基板に対して前記プリントヘッドキャリッジを回転させることを含む
    プリント装置。
14. 基板を上部で支持するように構成されたチャックと、
    前記チャックから離間されたレールと、
    前記レールに取り付けられ、且つ、プリントヘッドを収容する、プリントヘッドキャリッジフレームと、
    前記プリントヘッドの画像データを取得するように構成された第１のカメラアセンブリと、
    前記基板の画像データを取得するように構成された第２のカメラアセンブリと、
    前記第１のカメラアセンブリ及び前記第２のカメラアセンブリと通信するコンピュータと
    を具備するプリント装置。
15. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記コンピュータは、前記プリントヘッドの所望の位置と該プリントヘッドの実際の位置とのずれを判定するように構成される
    プリント装置。
16. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記プリントヘッドキャリッジは、少なくとも２つのプリントヘッドを収納し、
    前記第１のカメラアセンブリは、前記少なくとも２つのプリントヘッドの画像データを取得するように構成され、
    前記コンピュータは、前記プリントヘッドの互いに対する所望の位置と、該プリントヘッドの互いに対する実際の位置とのずれを判定するように構成される
    プリント装置。
17. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記コンピュータは前記基板の向きを求めるように構成される
    プリント装置。
18. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記第１のカメラアセンブリ及び前記第２のカメラアセンブリのうちの１つは、該第１のカメラアセンブリ及び該第２のカメラアセンブリの双方から可視である基準マークを有する
    プリント装置。
19. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記コンピュータは、前記第１のカメラアセンブリと、前記第２のカメラアセンブリと、前記プリントヘッドキャリッジフレームと、前記チャック上にある基板との間の相対的な位置関係を求めるように構成される
    プリント装置。
20. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記第１のカメラアセンブリは前記レールに対して移動可能であるように構成される
    プリント装置。
21. 請求項１４に記載のプリント装置であって、
    前記第２のカメラアセンブリは前記レールに移動可能に取り付けられる
    プリント装置。
22. １つ又は複数のプリントヘッドの画像データを第１のカメラで取得し、
    前記プリントヘッドの実際の位置と、該プリントヘッドの所望の位置とのずれを判定するために、前記画像データを評価し、
    前記所望の位置を実現するために必要とされるプリントヘッド調整を判定し、
    前記判定に基づいて、前記１つ又は複数のプリントヘッドの位置を調整する
    プリント位置合わせ方法。
23. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記評価するステップは、前記画像データをコンピュータで処理するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
24. 請求項２３に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記処理するステップは、マシンビジョンアルゴリズムを含む
    プリント位置合わせ方法。
25. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記取得するステップは、２つ以上のプリントヘッドの画像データを取得するステップを含み、
    前記評価するステップは、前記プリントヘッドの互いに対する前記実際の位置と、該プリントヘッドの互いに対する前記所望の位置とのずれを判定するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
26. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記画像データを取得するステップは、前記第１のカメラを前記１つ又は複数のプリントヘッドに対して移動させるステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
27. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記画像データは、前記プリントヘッド内のノズルの画像データを含む
    プリント位置合わせ方法。
28. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、調整機構とコンピュータとの間のフィードバックを通じて自動的に実行される
    プリント位置合わせ方法。
29. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記取得するステップ、前記評価するステップ、前記確定するステップ、及び前記調整するステップは、所定の間隔で自動的に実行され、繰り返される
    プリント位置合わせ方法。
30. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、さらに、
    前記少なくとも１つのプリントヘッドのプリント対象である基板の画像データを第２のカメラで取得し、
    前記基板の実際の位置を、所望の基板位置と比較し、
    前記基板の前記実際の位置と該基板の前記所望の位置とのずれを相殺するために必要とされるプリントヘッド調整を確定し、
    前記プリントヘッドの位置を、前記確定されたプリントヘッド調整に基づいて調整する
    プリント位置合わせ方法。
31. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドの開始位置を修正するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
32. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドの動きを、プリント対象である基板の動きと協調させることで、角度付き（angled）プリントを行うステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
33. 請求項２２に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドを回転させるステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
34. プリントヘッドの画像データを第１のカメラで取得し、
    前記プリントヘッドのプリント対象である基板の画像データを、第２のカメラで取得し、
    前記基板の実際の位置を、該基板の所望の位置と比較し、
    前記基板の前記実際の位置と、該基板の前記所望の位置とのずれを判定し、
    前記ずれを相殺するために、前記基板に対するプリントヘッドの位置を調整する
    プリント位置合わせ方法。
35. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、さらに、
    前記第２のカメラに対する前記第１のカメラの位置関係を求め、
    該求めるステップは、前記第１のカメラ及び前記第２のカメラのうちの１つの上の基準マークを、該第１のカメラ及び該第２のカメラの双方が視認するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
36. 請求項３５に記載のプリント位置合わせ方法であって、さらに、
    前記第１のカメラによって取得された画像データに基づいて、前記第２のカメラと前記プリントヘッドとの間の相対的な位置関係を求める
    プリント位置合わせ方法。
37. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、さらに、
    前記プリントヘッドと前記基板との間の相対的な位置関係を求める
    プリント位置合わせ方法。
38. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記基板の前記画像データを取得するステップ、前記プリントヘッドの前記画像データを取得するステップ、前記比較するステップ、前記求めるステップ、及び前記調整するステップは、所定の間隔で実行され、繰り返される
    プリント位置合わせ方法。
39. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、調整機構とコンピュータとの間のフィードバックを通じて自動的に実行される
    プリント位置合わせ方法。
40. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドの開始位置を修正するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
41. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドの動きを、プリント対象である基板の動きと協調させることで角度付きプリントを行うステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
42. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記調整するステップは、前記１つ又は複数のプリントヘッドを回転させるステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
43. 請求項３４に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記基板の画像データを取得するステップは、
    前記第２のカメラを用いて前記基板の第１の領域の画像データを取得するステップと、
    前記第２のカメラよりも分解能が高い第３のカメラを用いて、前記第１の領域内の、より小さい第２の領域の画像データを取得するステップと
    を含む
    プリント位置合わせ方法。
44. 請求項４３に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記第１の領域の画像データを取得するステップは、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルの領域の画像データを取得するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
45. 請求項４３に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記判定するステップは、前記第２の領域の前記画像データを通じて、前記基板上の第１の基準マークの回転の向きを評価するステップを含む
    プリント位置合わせ方法。
46. 請求項４５に記載のプリント位置合わせ方法であって、
    前記評価された前記第１の基準マークの回転の向きに基づいて、前記第３のカメラで前記基板上に第２の基準マークを位置付けるステップを含む
    プリント位置合わせ方法。

Images