JP2022527870A

JP2022527870A - 固体金属印刷

Info

Publication number: JP2022527870A
Application number: JP2022504746A
Authority: JP
Inventors: マイケルゼヌー
Original assignee: グラナットリサーチリミテッド
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2022-06-06
Also published as: EP3912440A1; WO2020194167A1; US20220088854A1; CN113950872A; KR102603669B1; KR20210121206A

Abstract

【課題】所望の外形形状で受容媒体上に金属層を印刷する方法及び装置を提供する。【解決手段】金属の層でプレコーティングされたフォイルを使用して所望の外形形状で受容基板上に金属を印刷する装置及び方法であって、堆積プロセスは、所望の材料外形形状を定めるレーザー溶発、堆積される材料への接着剤の選択的塗布、及びキャリア基板からの材料の選択的な除去を含む方法及び装置である。【選択図】図９

Description

本発明は、所望の外形形状で受容媒体上に金属層を印刷する方法及び装置、及び詳細には、受容媒体上に所望のパターンを生成するためにフォイル上にコーティングされた金属層の部分の選択的除去を使用するような印刷に関する。

本出願は、２０１９年３月２５日出願の米国特許仮出願第６２／８２３，０８７号の優先権を主張する。

プリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板上に、所望のパターンで材料の正確な薄層を堆積することに関与する多くの課題がある。フォトリソグラフィなど通常の方法に従った基板上への金属材料の印刷は、３つのステップ、すなわち、前処理、パターン書き込み、及び後処理を含む。デジタルパターニングは、基板上での材料の直接書き込みに使用される方法である。

金属堆積は、一般的に、堆積された材料の相により定義された３つの主要な方法のうちの１つにより行われる。第１のこのような方法、すなわち原子堆積において、金属層は、真空での熱又はプラズマ蒸発によって、又は溶液中でのイオン金属の電解還元によって成長される。このような非局所的な堆積方法には、より簡単であるデジタルパターニングと異なり、２Ｄパターンを定めるために複雑な前処理及び後処理ステップが必要である。更に、これらのステップは、含水処理を伴うので、受容基板の選択を慎重にする必要がある。加えて、金属原子は、環境に対して高度に反応性があるので、この方法はまた、特定の環境条件に対する要求を提起する。

第２の金属堆積法は、ナノ又はマイクロ粒子の種々の相に依存する。これらの粒子は、金属原子よりも低反応性であり、従って、環境に関してより少ない制限で操作することができる。更に、ナノ粒子の堆積では、堆積法の選択により柔軟性を提供することができる。典型的には、粒子がメタライゼーションに使用されるときには、２つの連続したステップ、すなわち、最初に粒子の印刷/堆積ステップ、次いで焼結ステップ、すなわち、粒子を共に溶解させて固体金属を形成する熱/化学的プロセスを伴う。特定の印刷及び焼結法は、粒子マトリックスに依存する。通常、粒子は、液体、エアロゾル、又は粉体の形態である。この金属相を使用すると、印刷パターンのデジタル定義が可能となる。これは、選択的印刷及び／又は選択的焼結法を使用して行われる。金属のためのほとんどの付加製造（ＡＭ）法では、ナノ粒子又は微粒子を利用する。この方法の変形例は、製造に使用される印刷及び焼結技術の特定の選択によって特徴付けられる。

金属印刷の第３の方法において、溶融金属液滴は、バルク相から転写される。１つのこのようなプロセスは、分注法であるが、これには、分注器が、転写される金属の溶融温度に従って選択される耐熱材料で作製されることが必要とされる。従って、この方法は、ガリウム合金、半田、及びアルミニウムなどの低い溶融温度を有する金属の転写に好都合である。より高い融点を有する金属については、これらの方法はより複雑になる。分注プロセスにおける別の限定要因は、液滴のサイズである。溶融金属は、高い粘性を示し、従来の分注器技術では、ピコリットル範囲を下回る容積を有する小液滴を転写することが困難となる。金属液滴を印刷する別の手法は、レーザー誘起前方転写（ＬＩＦＴ）法である。ＬＩＦＴ方法において、合焦レーザービームは、印刷材料の薄層に入射して作製され、液滴が、局所加熱によって元の層から離れて噴出される。典型的には、層の厚さは、およそ数十ナノメートル程度である。ＬＩＦＴ法では、金属微細液滴及びサブミクロンの液滴をバルク固相から直接印刷することができる。

金属を印刷するＡＭ方法の主たる欠点は、金属が作製される構成単位（例えば、原子、ナノ粒子、微粒子、液滴）への金属の破砕にさかのぼることができるが、この破砕プロセスはまた、各ＡＭプロセスに不可欠である。このような破砕に起因する望ましくない属性の幾つかの例は、表面粗度、材料密度不均質性（例えば、空隙）、及び構成単位間の境界形成である。トレース又はトラックを受容基板上に形成するために金属が印刷されている場合、このような破砕は、トラックの導電率並びに電磁反応性を含め、印刷トラックの物理特性に影響を与える。更に、異なる種類の受容器への金属の接着は保証されないので、通常は、前処理を実行することが必要となる。

本発明は、金属の層でプレコーティングされたフォイルを使用して所望の外形形状で受容基板上に金属を印刷する装置及び方法を提供する。堆積プロセスは、３つのステップ、すなわち、金属トラックの外形形状を定めるレーザー溶発、次に基板上のトラックへの接着剤の選択的塗布、及び最後にフォイルからの金属トラックの選択的除去からなる。上述したものなどの欠点を克服するために、提案の方法では、高い導電率及び低い粗度を有する金属層でプレコーティングされたフォイルを使用する。堆積金属の外形形状は、所望のパターンの選択的溶発を使用して定められる。金属層は、その後、受容器上の接着を保証する適切な接着剤でコーティングされる。最後に、例えば、レーザー照射による定められた金属パターンの選択的除去が実行される。

本発明の１つの実施形態は、金属など所望の固体材料でコーティング又は積層された透明膜で始まる。材料の所望の形状を基板上に後で堆積するために、レーザーシステムは、この形状の周りに材料の狭いストリップを溶発する。これによって、堆積される材料が余分な材料から分離される。

その後、材料は、ＵＶ硬化接着剤の層でコーティングされる。本発明の別の実施形態において、接着剤は、溶発ステップの前に塗布することができる。更に別の実施形態において、余分な材料は、接着剤を塗布する前に透明膜から除去される。その後、材料は、受容基板と接触され、接着剤は、ＵＶダイオード又はＵＶレーザーを使用して硬化される。堆積される形状に隣接した接着剤のみが硬化されることを確保するように配慮され、材料の関連する部分が基板に接着することが保証される。

プロセスの様々な実施形態において、接着剤は、透明基板を介して硬化させることができる。代替的に、ＵＶ硬化接着剤は、レーザーからの熱を使用して選択的に硬化される熱硬化性接着剤と置き換えることができる。更に別の実施形態において、ＵＶ硬化接着剤は、接触圧によって選択的に硬化されるコンタクト接着剤と置き換えられる。更に別の実施形態において、ＵＶ硬化接着剤は、受容基板に転写される材料の所望の領域のみに選択的に塗布され、接着剤のその後の除去は不要である。

材料が受容基板に転写されると、膜が基板から剥離される。堆積される形状から膜が剥離されると、レーザーを使用して選択的に熱が加えられ、膜自体と材料との間の接合が破断される。このようにして望ましくない材料が依然として接着して膜が除去され、一方、堆積のために所望の形状を定める材料は、基板に接着したままである。

本発明は、添付図面の図において限定ではなく例証として示される。

本発明の実施形態に従って使用するために透明基板上に担持された材料（例えば、金属）層の実施例を示す図である。本発明の実施形態に従って使用するために透明基板上に担持された材料（例えば、金属）層の実施例を示す図である。本発明の実施形態による、透明基板上に担持された金属層の所望の形状の溶発の側面図である。本発明の実施形態による、透明基板上に担持された金属層の所望の形状の溶発の平面図である。余分な又は不要な材料が接着剤層の塗布前に溶発によって除去される代替の実施形態を示す図である。本発明の実施形態に従って利用可能な溶発プロセスの更なる実施例を示す図である。本発明の実施形態に従って利用可能な溶発プロセスの更なる実施例を示す図である。本発明の実施形態に従って利用可能な溶発プロセスの更なる実施例を示す図である。本発明の実施形態による接着剤で金属層をコーティングする１つの実施例を示す図である。図２Ｃに示す接着剤層の塗布の前に余分な又は不要な材料が溶発によって除去された代替の実施例を示す図である。本発明の実施形態による、基板に転写されない金属層の領域から接着剤の一部の除去の実施例を示す図である。本発明の実施形態による、受容基板への金属層の転写を示す図である。本発明の実施形態による、受容基板に転写された金属層のレーザー誘起剥離の実施例を示す図である。本発明の実施形態による、受容基板に転写された金属層のレーザー誘起剥離の実施例を示す図である。本発明の実施形態による、所望の外形形状で受容媒体上に金属層を印刷するように構成されたシステムの実施例を示す図である。

本発明は、印刷される材料の層でプレコーティングされたフォイル又は他の担持体を使用して、所望の外形形状で受容基板上に材料、例えば金属を印刷する装置及び方法を提供する。堆積プロセスは、一般に、材料トラック外形形状を定めるレーザー溶発と、基板のトラック上への接着剤の選択的塗布と、最後にフォイルからの金属トラックの選択的除去とを含む。上述したものなどの欠点を克服するために、本発明の実施形態では、高い導電率及び低い粗度を有する金属層でプレコーティングされたフォイルを使用する。堆積された金属の外形形状は、所望のパターンの選択的溶発を使用して定められる。その後、金属層は、受容基板上の接着を保証する適切な接着剤でコーティングされる。最後に、定められた金属パターンの選択的除去は、例えば、レーザー照射によって実行される。

本発明の１つの実施形態は、金属など、所望の固体材料でコーティング又は積層された透明膜で始まる。材料の所望の形状を基板上に後で堆積するために、レーザーシステムは、この形状の周りに材料の狭いストリップを溶発する。これによって、堆積される材料が何れかの余分な材料から分離される。

その後、材料は、接着剤の層、例えばＵＶ硬化接着剤でコーティングされる。別の本発明の実施形態において、接着剤は、溶発ステップ前に塗布することができる。その後、材料は、受容基板と接触され、接着剤は、ＵＶダイオード又は紫外レーザーを使用して硬化される。堆積される形状に隣接した接着剤のみが硬化されることを確保するように配慮され、材料の関連の部分が基板に接着することが保証される。

材料が受容基板に転写されると、膜は、基板から剥離される。膜が堆積される形状から剥離されるとき、熱は、レーザーを使用して選択的に印加され、膜自体と材料との間の結合が破断される。膜は、このように除去されても、所望されない材料は、膜にまだ接着し、一方、所望の形状を堆積のために定める材料は、基板に接着したままである。

ここで図１Ａを参照すると、フォイル組立体１０が示されている。フォイル組立体は、透明基板１２、例えばガラスなどの剛性材料、又は材料１４が積層されるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）/ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フォイル/ポリイミドフォイル（例えば、商品名カプトン（商標）で販売））などの可撓性材料を有する。様々な実施形態において、材料１４は、金属、例えば、銅、アルミニウム、銀、又は他の金属であるが、受容基板上の選択的堆積用の別の材料であってもよい。材料層１４は、接着剤１６によって基板１２に接着される。図１Ａは、単一の材料層１６を示すが、図１Ｂに示すようにフォイル組立体１０'は、ｎ個の材料１４'、１４’'、１４’’’のスタックを含むことができ、その各々は、異なる材料とすることができ、又は様々な材料をスタック内で繰り返すことができる。スタック内の材料の複数の層は互いに接着することができ、材料層１４'は、接着剤層１６によって基板に接着された基板１２に隣接する。例えば、材料のスタックは、半導体基板上の材料層の電気接触を強化するためにクロム又はニッケルの層（例えば、０．５μｍ～３μｍ、１つの実施例において１μｍの厚さを有する）によってコーティングされた銅の第１の層（例えば、１０μｍ～５０μｍ、１つの実施例において２０μｍの厚さを有する）を含むことができる。

一般に、材料層１４（又は材料層のスタック）は、２μｍ～１００μｍの範囲の厚さを有することができる。２μｍ未満の厚さを有する材料層１４（又は材料層のスタック）使用することができるが、極めて薄肉の層を損傷することなく行うように（以下で説明するように）、このような層を除去する際には注意する必要がある。同様に、１００μｍよりも肉厚の材料層１４（又は材料層のスタック）を使用することができるが、溶発プロセス（以下を参照されたい）が緩慢になり、除去材料のエッジ品質が劣化し始める場合がある。結果として、照射時間及び／又は条件を変えることが必要となる場合がある。一般に、溶発時間及びエネルギー（レーザーの）は、材料特性及び／又はレーザー光特性の関数として変動することになる。以下では便宜上、説明では、材料１４の単層の堆積を想定することになるが、記載されるプロセス及び装置は、材料層のスタックの堆積に等しく適用可能である。

図２Ａ及び図２Ｂ及び図３Ａ～図３Ｃは、材料の所望のパターンを受容基板上の堆積のために定める溶発プロセスの態様を示す。図２Ｂに示すように、堆積される材料１４の所望のパターンは、関連の形状２６を有する。これは、プリント回路基板、パッチアンテナ、半導体素子などのうちの金属層用プリントパターンの形状とすることができる。材料層１４のレーザー溶発を介して、所望の形状が材料層に描出されるか、又はその輪郭が描かれ、その結果、材料層内の余分な材料２２が、溶発領域２４によって材料２６の所望の形状から分離される。図２Ｂは、平面図で、材料２６の所望の形状がどのように材料層１４の全体にわたって定められるかを示し、一方、図２Ａは、側面図で、余分な材料２２からの材料１４の所望の部分のこのような分離を示す。

図示するように、溶発は、レーザーシステム２０を使用して実行される。１つの実施形態において、パルスレーザーが使用される。図３Ａ～図３Ｃに示すように、材料層１４（図３Ａ）に吸収されたレーザー光エネルギーは、材料の一部が蒸発する（図３Ｂ）まで材料を加熱する。プロセスを複数回繰り返すことによって、材料層（図３Ｃ）の厚さ全体を通って溶発することが可能である。

溶発プロセスの異なる変更形態において、所与のレーザーのパルス時間は、互いに対して短縮又は延長することができる。パルス時間が短くなるにつれて、輪郭形成プロセスは、正確ではあるが遅くなる。パルス時間が長くなるにつれて、プロセスは、正確さが低下するが、溶発は速くなる。大部分の用途については、好ましいパルス持続時間は、０．１ｎｓ～２ｎｓの間で変動することになる。しかしながら、層が肉厚であるほど、パルスは、使用することができる２ｎｓから１００ｎｓまで長くなる。１０μｍ幅未満の高解像度パターン、及び／又はシリコーン、プラスチック、又は感熱材料のような特別な材料の場合、ピコ秒、又はフェムト秒の持続時間の短パルスを使用することができる。

所望の形状にわたるレーザーの走査は、検流計、多面鏡、共鳴ミラー、ＭＥＭＳミラー、又は他のシステムなどの光学走査システムで実行することができる。溶発プロセス中、溶発されたガスを排気するために排気装置を使用することが望ましい（必要でさえある）。このような排気によって、残留金属層１４上のデブリが低減され、溶発プロセスの速度及び品質が向上する。

ここで図４Ａを参照すると、堆積される材料の所望のパターンが定められると、金属層１４の残りの部分は、接着剤の薄層３８（例えば、ほぼ１μｍ）でコーティングされる。このプロセス中、接着剤を溶発領域２４の何れにも堆積させないように注意が払われる。例示に示すように、接着剤のコーティングを塗布する１つの方法は、フォイル組立体１０を塗布器２８に対して並進させることである。フォイル組立体１０が塗布器を通るとき、関連の容器３４からの液体又はペースト接着剤３２は、回転円板の外周部上に取り付けられるブラシ３６又は他の備品によって塗布される。グラビアコーティングが好ましく、これは、グラビアコーティングによって、塗布器２８に接触する金属部分上のみの接着剤の薄層３８の堆積を可能にし、ロールツーロール（ｒｏｌｌ－ｔｏ－ｒｏｌｌ）プロセスが可能であることに起因する。それにもかかわらず、スロットダイ堆積などの他のコーティング方法、ロッドコーティング、オフセット印刷、フレキソ印刷、マイクロ噴霧及び他のコーティング方法を使用することができる。また、インクジェット印刷又はレーザー堆積など、所望の領域上に印刷するために、デジタル印刷技術を使用することができ、以下で更に説明するように、接着剤層３８のその後の溶発の必要性を回避することができる。

本発明の実施形態において、異なる接着剤３２を使用することができる。多くの場合、選択した接着剤は、受容基板に左右されることになり、接着剤は、特定の受容基板に適合する。例えば、太陽電池メタライゼーションについては、接着剤３２は、接触抵抗を向上させるために適切な印刷後の熱処理で誘電体層（例えば、Ｓ_iＯ₂/ＳｉＮ_xの反射防止/不動態化コーティング）をエッチングするためにガラスフリットを含有することができる。

図５を参照すると、接着剤層３８が塗布されると、第２の溶発プロセスは、受容基板上の堆積される所望のパターンの一部ではない金属層１４の複数の部分から接着剤を除去するために実行される。一部の場合において、これは、材料の所望の形状の輪郭を層１４に描くために使用された同じレーザーシステム２０を含む溶発ステーションに、フォイル組立体１０を戻すことによって行うことができる。これは、溶発される領域を位置決めし直すためにフォイルリボンを巻き戻すか、又はアクチュエータなどによってフォイル組立体１０を並進させることを伴う場合がある。他の事例において、別個の溶発ステーションを使用することができる。図５に示すように、接着剤層３８の複数の部分の溶発によって、接着剤が存在しない空隙４０が残る。これらの空隙は、余分な材料２２を備える金属層１４のセクションに対応する。

代替の手順が、図２Ｃ及び図４Ｂに示されている。図２Ｃにおいて、接着剤層塗布前に、材料層１４内の余分な又は所望されない材料２２の複数の部分は、レーザーシステム２０を使用して所望の深さ「ｄ」まで溶発によって除去される。その後、図４Ｂに示すように、接着剤は、堆積される所望のパターン２６を構成する材料層１４の複数の部分にのみ塗布される。

一部の実施形態において、ＵＶ硬化接着剤３２は、接着剤層３８に使用することができる。このような事例において、接着剤層３８は、例えば、ＵＶレーザー又はデジタルＵＶ光プロジェクタ（例えば、ＤＬＰデジタルプロジェクタ）を使用して不必要な接着剤の領域が硬化するように選択的に硬化させることができる。接着剤層３８は、また、選択されたパターンの溶発前に材料層上にプレコーティングし、後で選択的に除去することができる。

接着剤３２は、材料層１４（すなわち、所望のパターンに関連するその複数の部分）と受容基板との良好な接着を確保するように塗布される。上記の実施例において、接着剤は、フォイル組立体１０に層３８として塗布されたが、他の事例においては、接着剤３２は、金属層１４よりもむしろ受容基板に塗布することができる。又は接着剤、例えば、テープが金属層１４又は受容基板に固定された後に露出させることができる接着剤の予め塗布された層は、金属層１４又は受容基板に塗布することができるテープ゜に関連づけることができるか、又は接着剤は、テープがそのように固定された後にテープに塗布することができる。

図６に示すように、受容基板上に堆積される材料の所望の形状を定める金属層１４の複数の部分２６と一致するように接着剤層３８がパターニングされると、フォイル組立体１０は、受容基板５０と接触されて、接着剤層３８によって受容基板５０に接合される。これは、以下で説明するレーザー剥離プロセス中に材料パターンの変位を回避するために必要である。

使用するタイプの接着剤は、受容基板特性、必要な結合強度及び塗布に左右される。非限定的な実施例として、接着剤は、感圧接着剤（ＰＳＡ、ライナ有り又は無し、１回コーティング、２回コーティング、転写タイプ又は他のタイプのＰＳＡ構成）、熱活性化接着剤、水活性化接着剤、又は別のタイプの接着剤とすることができる。接着剤タイプによっては、良好な接合強度を達成するために、高い圧力を塗布中に印加することができるか、又は期間が長いほど弱い圧力、又は高温を使用することができる。受容基板５０が透明である場合、接着剤は、受容基板５０へのフォイル組立体１０塗布中にＵＶ光源によって活性化することができるＵＶ活性化接着剤とすることができる。

接着剤は、例えば、何れかの既知の化学的特性アクリル接着剤、シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、ポリウレタン、天然接着剤他とすることができる。接着剤が受容基板又はテープに直に塗布される場合、接着剤は、上述した化学的特性の何れかを有し得、及び例えば、スプレーコート、ロールコート、スピンコート他として何れかの既知の方法で塗布することができる。

図示した実施例は平面を示すが、受容基板５０は、フォイル組立体が接合される非平面の表面を有することができる。このような場合、溶発では、受容基板のトポロジを考慮する必要があり、金属層１４の接合は、金属層１４と受容基板５０の表面との間で巻き込まれた気泡を回避するためにフォイル組立体１０の長さ及び／又は幅にわたって漸進的に実行する必要がある場合がある。

図７及び図８をここで参照すると、フォイル組立体１０が接着剤層３８によって受容基板５０に接合されると、レーザーシステム３０は、材料層１４を基板１２から除去するために使用することができる。基板１２が透明である場合、レーザーシステム３０の少なくとも波長で、レーザービームは、材料層１４を基板１２自体を介して基板１２に結合する接着剤層１６を照射することができる。この照射は、受容基板５０上に堆積される材料の所望の形状を表す材料層１４の複数の部分２６についてのみ実行されるという点において選択的である。余分な材料２２は、図８に示すように、フォイル組立体１０が受容基板５０から分離される際に、例えば、基板１２を受容基板５０から剥離することによって、余分な材料２２の複数の部分も除去されるように基板１２から除去されない。もちろん、この措置は、受容基板５０上に堆積される材料の所望の形状を表す金属層１２の複数の部分２６を結合する接着剤層１６の全てが除去されてしまうまで講じられない。この方法での接着剤層１６の複数の部分の除去は、受容基板５０上に堆積される材料の所望の形状を表す材料層１４の複数の部分２６に関連した少量の材料層１４を蒸発させることに起因する場合がある。

一部の事例において、このレーザー誘起剥離（ＬＩＲ）プロセスは、受容基板５０からのフォイル組立体１０の物理的分離と同時に実行することができる。例えば、材料層１４の連続した複数の部分２６は、レーザーシステム３０の作用を介して基板１２から除去されるので、フォイル組立体１０の対応する部分は、受容基板５０から物理的に分離することができる。１つの本発明の実施形態において、これは、ＬＩＲステーションを介して、フォイル組立体が１つのスプールから別のスプールに転写されるロールツーロール法を使用して熟達される。フォイル組立体がＬＩＲステーションを通過して材料層１４の連続した複数の部分２６が基板１２から遊離されるとき、除去されたフォイル組立体は、巻取りスプール上に続き、一方、材料部分２６を有する受容基板のここで分離する部分は、異なる経路に向きが変えられる。

図７に示すレーザーシステム３０は、溶発プロセスに関連して上述したレーザーシステム２０と異なることができる。代替的に、一部の実施形態において、レーザーシステム３０は、溶発プロセスに使用された同じレーザーシステムとすることができ、その場合、フォイル組立体１０及び受容基板は、レーザーシステム２０の作業区域に移送される必要がある場合があるか、又はレーザーシステム２０、少なくともレーザービームは、接着剤層１６の照射に関連した作業エリアに再配向することが必要となる場合がある。

図９をここで参照すると、材料（金属などの）の層でプレコーティングされたフォイル１０２など、組立体を使用して所望の外形形状で受容基板上に材料を印刷するシステム１００の１つの実施例が示されている。システム１００は、ロールツーロールシステムとして構成され、材料の層でプレコーティングされたフォイル１０２は、材料供給セクション１０４から溶発チャネル１０６、接着剤コーティングステージ１０８、及びＬＩＲ及び刷ステージ１１０を通過して前進する。受容基板上での材料の印刷後、残りの余分な材料が接合されたフォイル１０２は、巻取スプール１１２で取り込まれる。

システム１００は、コントローラ１１４の指示に基づいて動作する。１つの実施形態において、コントローラ１１４は、本明細書で説明する方法を定義するコンピュータ可読命令（すなわち、コンピュータプログラム又はルーチン）を実行するプロセッサを含み、これらの方法は、インスタンス化されて、非一時的コンピュータ可読媒体上で実行される。このようなプロセスは、何れかのコンピュータ言語でレンダリングして、何れかの適切なプログラマブルロジックハードウェア上で実行することができる。本発明の方法を実施することができるプロセッサベースのコントローラ１１４は、典型的には、情報を通信するバス又は他の通信機構、プロセッサにより実行される情報及び命令を記憶し、プロセッサによって実行される命令の実行中に一時変数又は他の中間情報を記憶する、バスに結合されたＲＡＭ又は他の動的ストレージ装置など、メインメモリ、及びプロセッサについて静的情報及び命令を記憶する、バスに結合されたＲＯＭ又は他の静的記憶装置デバイスを含むことになる。また、ハードディスク又はソリッドステートドライブなど、記憶デバイスを含めて、情報及び命令を記憶するバスに結合することができる。サブジェクトコントローラは、一部の事例において、情報をユーザーに表示する、バスに結合されたディスプレイを含むことができる。このような事例において、英数字及び／又は他のキーを含め、入力デバイスは、また、情報及び指令選択をプロセッサに通信するバスに結合することができる。また、カーソル制御デバイスなど、他のタイプのユーザー入力装置を含めて、方向情報及びコマンド選択をプロセッサに通信し、且つディスプレイ上のカーソル移動を制御するバスに結合することができる。

コントローラ１１４は、また、プロセッサに結合された通信インターフェースを含むことができ、通信インターフェースは、例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、コントローラを起点・終点として双方向、有線及び／又は無線のデータ通信を提供する。通信インターフェースは、様々なタイプの情報を表すデジタルデータストリームを搬送する電気、電磁、又は光学信号を送受信する。例えば、コントローラ１１４は、データ通信をユーザーによって動作されるホスト計算機又は他の設備に供給するためにリモートユニット（図示せず）とネットワーク化することができる。従って、コントローラは、必要であれば、エラーをトラブルシュートするのを助けるために、診断情報を含む、メッセージ及びデータをリモートユニットと交換することができる。

動作時、システム１００は、上述した方法で、金属などの材料を受容基板上に、且つ所望の外形形状で印刷するのに使用することができる。例えば、材料の層でプレコーティングされるフォイル１０２を使用して、コントローラ１１４は、材料供給スプール１１６及び巻取りスプール１１８を操作してフォイルを堆積プロセスの様々なステージを通じて前進させる。最初に、レーザー溶発チャネル１０６において、レーザーシステム２０は、図２Ａ及び図２Ｂ及び図３Ａ～図３Ｃに関連して上述したように所望の材料パターン外形形状を定めるために使用される。フォイル１０２上の材料層のレーザー溶発を介して、堆積のための所望の形状は、描き出されるか又は輪郭が描かれる。溶発プロセスに使用されるレーザーは、パルスレーザーとすることができ、フォイルの材料層に吸収されたレーザー光エネルギーは、その一部が蒸発するまで材料を加熱する。レーザーシステム２０は、材料層の狭いストリップを堆積される所望の形状の周りで溶発し、堆積材料が何れかの余分な材料から分離される。

図示するように、溶発プロセスは、１又は２以上のカメラなど、検査システム１１８を使用して観察することができる。カメラは、溶発プロセスを可視スペクトル及び／又は赤外線スペクトルで撮像することができ、撮像データは、レーザーシステム２０を相応に操作するコントローラ１１４にフィードバックとして供給することができる。例えば、コントローラ１１４は、撮像データを使用して、フォイル１０２上の材料層の溶発の選択的制御を行うようにレーザーシステム２０のパルス持続時間及び／又は周期数を調整することができる。上述したように、溶発チャネル１０６の適切な空気流及び排気は、材料蒸気を排気するように維持される。

溶発プロセス後、フォイル１０２は、ますます多くのローラー１２２及びスプール１１６、１１８を介して接着剤コーティングステージ１０８に前進される。先の図４を参照して説明したように、フォイル１０２の材料層上のＵＶ硬化接着剤の選択的塗布は、このステージで実行される。上述したように、本発明の一部の実施形態において、接着剤を溶発ステップ前に塗布することができる。

接着剤コーティングステージ１０８から、フォイルは、ＬＩＲ及び印刷ステージ１１０に前進される。ここでは、画定材料パターンの選択的除去は、例えば、レーザー照射によって実行される。ＬＩＲプロセス中に、フォイル１０２の材料は、受け担持体１２６上の受容基板と接触され、接着剤コーティングステージ１０８に塗布された接着剤は、上述したように、１又は２以上のＵＶダイオード、ＵＶレーザー、又は他のＵＶ源１２４、又は他の手段を使用して硬化させることができる。コントローラ１１４は、レーザーシステム３０にパルスを出射させるようにプログラムされ、その結果、フォイル１０２の材料層の所望の複数の部分が除去される。フォイル１０２の余分な材料は、堆積されず、その結果、フォイル１０２が、例えば、フォイルを剥離することによって受容基板から分離され、スプール１１８で取り込まれたた際に、余分な材料の複数の部分も除去される。材料コーティングされた受容基板は、受け担持体１２６から除去し、新しい受容基板を印刷のために導入することができる。図示されていないが、溶発チャネル１０６の場合と同様に、１又は２以上の検査カメラを使用して、堆積プロセスをモニターして、ＬＩＲ及び印刷ステージの動作を洗練する撮像データの形のフィードバックをコントローラ１１４に供給することができる。

システム１００は、ロールツーロール法を材料フォイルに使用すると説明されるが、他の材料搬送形態、例えば、材料層でコーティングされた剛体基板が使用される場合、ロボット手渡しシステムを使用することができる。例えば、材料コーティングされた基板は、基板を適切に位置決めするために、エンドエフェクタを有するロボットアームを使用して溶発チャネル１０６、接着剤コーティングステーション１０８、ＬＩＲ及び印刷ステージ１１０との間で移動させることができる。受容基板上の材料印刷後、余分な材料でコーティングされたままであるキャリア基板は、再びロボットアームによってＬＩＲ及び印刷ステージから除去されて、余分な材料の除去及び材料の層の再コーティングによって再利用することができる。

従って、材料層を所望の外形形状で受容媒体上に印刷する方法及び装置、及び特に、受容媒体上に所望のパターンを生成するためにフォイル上にコーティングされた金属層の部分の選択的除去を利用する印刷について説明してきた。本発明の１つの実施形態において、材料（例えば金属）は、所望の材料外形形状を定めるように材料の層でプレコーティングされた組立体をレーザー溶発することによって、所望の外形形状で受容基板上に印刷される。接着剤は、所望の材料上に選択的に塗布される。その後、所望の材料は、所望の材料を受容基板に接合し、所望の材料をレーザー照射して、余分な材料を受容基板から除去することによって、組立体から受容基板上に選択的に除去することができる。一部の場合において、組立体は、透明基板（例えば透明膜）を含み、この場合、余分な材料は、余分な材料が接着した透明基板を除去することによって、受容基板から除去することができる。上記の実施例において、接着剤は、組立体をレーザー溶発した後に所望の材料上に選択的に塗布されるが、一部の事例において、接着剤は、組立体がレーザー溶発される前に所望の材料上に選択的に塗布される。様々な実施形態において、所望の材料を受容基板に接合するステップは、一般に、所望の材料を受容基板と接触させるステップを含む。接着剤がＵＶ硬化接着剤である場合、接合は、所望の材料をレーザー照射する前に接着剤をＵＶ硬化させることを更に含む。代替的に、接着剤がコンタクト接着剤又は熱硬化接着剤である場合、硬化は、それぞれ接触圧又は熱によるものとすることができる。

本発明の更なる実施形態では、所望の外形形状で受容基板上に材料（例えば、金属）を印刷する装置は、所望の材料外形形状を定めるようにキャリア基板（例えば、透明膜などの透明基板）上にコーティングされた材料の層を溶発するレーザー溶発ステージと、所望の材料上に接着剤を塗布する接着剤塗布ステージと、所望の材料を受容基板に接合し、所望の材料をレーザー照射して、余分な材料を受容基板から除去することによって、所望の材料を組立体から受容基板上に選択的に除去する印刷ステージと、を含む。印刷ステージは、余分な材料が接着した透明基板を剥離することによって余分な材料受容基板から除去するように構成することができる。様々な実施形態において、接着剤塗布ステージは、所望の材料上の接着剤の選択的塗布が材料の層のレーザー溶発後に行われるように、装置を通る受容基板の進行方向にレーザー溶発ステージ後に配置することができ、又は接着剤塗布ステージは、所望の材料上の接着剤の選択的塗布が材料の層のレーザー溶発前に行われるように、装置を通る受容基板の進行方向にレーザー溶発ステージ前に配置することができる。印刷ステージは、また、所望の材料を受容基板と接触させることによって所望の材料を受容基板に接合するように構成することができる。接着剤がＵＶ硬化接着剤である場合、印刷ステージは、所望の材料をレーザー照射する前に接着剤を１又は２以上のＵＶ源でＵＶ硬化させるように更に構成することができる。接着剤がコンタクト接着剤又は熱硬化接着剤である場合、硬化は、それぞれ、接触圧又は熱によってとすることができる。

本発明の更に別の実施形態は、所望の材料外形形状を定めるように材料の層でプレコーティングされた組立体（透明膜などの透明基板を含むことができる）をレーザー溶発して、余分な材料を組立体から除去し、所望の材料上に接着剤を選択的に塗布し、所望の材料を受容基板に接合して所望の材料をレーザー照射することにより所望の材料を組立体から受容基板上に選択的に除去することによって、材料（例えば、金属）を所望の外形形状で受容基板上に印刷することを提供する。一般に、所望の材料を受容基板に接合することは、所望の材料を受容基板と接触させること、及び接着剤がＵＶ硬化接着剤である場合、所望の材料をレーザー照射する前に接着剤をＵＶ硬化させることを含む。代替的に、接着剤がコンタクト接着剤又は熱硬化接着剤である場合、硬化は、それぞれ、接触圧又は熱によるものとすることができる。

２０レーザーシステム
１０４材料供給部
１１２受けスプール
１１８検査
１２０空気流及び排気
１０６溶発チャネル
１０８接着剤コーティング

Claims

所望の外形形状で受容基板上に材料を印刷する方法であって、
所望の材料外形形状を定めるように材料の層でプレコーティングされた組立体をレーザー溶発するステップと、
前記所望の材料上に接着剤を選択的に塗布するステップと、
前記所望の材料を前記受容基板に接合し、前記所望の材料をレーザー照射して、前記受容基板から余分な材料を除去することによって、前記所望の材料を前記組立体から前記受容基板上に選択的に除去するステップと、
を含む、方法。
前記組立体が透明基板を含み、前記受容基板から前記余分な材料を除去するステップは、前記余分な材料が接着した前記透明基板を前記受容基板から剥離するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記所望の材料上に前記接着剤を選択的に塗布するステップは、前記組立体をレーザー溶発する前に行われる、請求項１に記載の方法。
所望の外形形状で受容基板上に材料を印刷する方法であって、
所望の材料外形形状を定めるように材料の層でプレコーティングされた組立体をレーザー溶発して余分な材料を前記組立体から除去するステップと、
前記所望の材料上に接着剤を選択的に塗布するステップと、
前記所望の材料を前記受容基板に接合し、前記所望の材料をレーザー照射することによって、前記所望の材料を前記組立体から前記受容基板上に選択的に除去するステップと、
を含む、方法。
前記所望の材料を前記受容基板に接合するステップは、前記所望の材料を受容基板と接触させて、前記所望の材料をレーザー照射する前に前記接着剤をＵＶ硬化させるステッを含む、請求項１又は４に記載の方法。
透明基板が透明膜を含み、前記材料が金属を含む、請求項５に記載の方法。
前記所望の材料を前記受容基板に接合するステップは、所望の材料を受容基板と接触させるステップのうちの１つを含み、前記接着剤は、コンタクト接着剤又は熱硬化接着剤のうちの１つを含む、請求項１又は４に記載の方法。
所望の外形形状で受容基板上に材料を印刷する装置であって、
所望の材料外形形状を定めるようにキャリア基板上にコーティングされた材料の層を溶発するレーザー溶発ステージと、
前記所望の材料上に接着剤を塗布する接着剤塗布ステージと、
前記所望の材料を前記受容基板に接合し、前記所望の材料をレーザー照射して、前記受容基板から余分な材料を除去することによって、前記所望の材料を前記キャリア基板から前記受容基板上に選択的に除去する印刷ステージと、
を含む、装置。
前記キャリア基板が透明基板を含み、前記印刷ステージは、前記余分な材料が接着した前記透明基板を前記受容基板から剥離することによって、前記前記受容基板から前記余分な材料を除去するように構成される、請求項８に記載の装置。
前記印刷ステージは、前記所望の材料を前記受容基板と接触させ、前記所望の材料をレーザー照射する前に前記接着剤を１又は２以上のＵＶ源でＵＶ硬化させることによって、前記所望の材料を前記受容基板に接合するように構成される、請求項８に記載の装置。
前記キャリア基板が透明膜を含み、前記材料が金属を含む、請求項８に記載の装置。
前記接着剤塗布ステージは、前記装置を通る前記受容基板の進行方向で前記レーザー溶発ステージの前に配置されて、前記所望の材料上への前記接着剤の選択的塗布が、前記材料の層のレーザー溶発前に行われる、請求項８に記載の装置。
前記印刷ステージは、記所望の材料を前記受容基板と接触させることによって前記所望の材料を前記受容基板に接合するように構成され、前記接着剤は、コンタクト接着剤又は熱硬化接着剤のうちの１つを含む、請求項８に記載の装置。