KR20140100551A - 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템 - Google Patents

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KR20140100551A
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데니스 지 도일
토마스 씨 프렌티스
팻시 에이 매테로
데이비드 피 프린스
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 물질 적층 시스템을 이용하여 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 물질 적층 시스템은 프레임과, 프레임에 커플링되며 전자 기판을 지지하도록 구성되는 지지 조립체와, 프레임에 대해 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템과, 갠트리 시스템에 커플링되고 그리고 낮은 점성 및 반-점성 물질의 도트를 전자 기판 상에 적층하도록 구성되는 적층 헤드와, 갠트리 시스템과 적층 헤드의 동작을 포함하여 물질 적층 시스템의 동작을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 본 발명의 물질 적층 시스템은 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시킴으로써 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층할 수 있다. 또한, 다른 적층 시스템 및 방법도 개시되어 있다.

Description

기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템{MATERIAL DEPOSITION SYSTEM FOR DEPOSITING MATERIALS ON A SUBSTRATE}
본 발명은 전체적으로 저 점성 또는 반(semi)-점성 물질을 인쇄회로기판과 같은 기판 상에 적층하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전자 잉크들과 같은 낮은 점성 물질들을 전자 기판들 상으로 적층하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다양한 용도들을 위해서 정확한 양들의 액체 또는 페이스트를 분배 또는 달리 도포(apply)하기 위해서 이용되는 몇 가지 타입들의 종래 기술의 도포 시스템들이 존재하고 있다. 하나의 그러한 용도는 집적 회로 칩들 및 다른 전자 구성요소들을 인쇄회로기판 상으로 조립하는 것이다. 이러한 용도의 하나의 실시예에서, 자동화된 분배 시스템들을 이용하여 점성 또는 반-점성 물질들의 매우 적은 양들, 또는 도트들(dots)을 회로기판 상으로 분배한다. 점성 물질들은 액체 에폭시 또는 땜납(solder) 페이스트, 또는 일부 다른 관련된 물질을 포함할 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 분배 시스템이 오거(auger)-타입 분배기를 포함할 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 분배 시스템이 젯터(jetter)-타입 분배기를 포함할 수 있을 것이다. 용도의 다른 실시예에서, 물질이 스텐실(stencil) 프린터의 스텐실을 통해서 전자 기판 상으로 도포된다.
본 발명의 목적은 전자 잉크들과 같은 낮은 점성 물질들을 전자 기판들 상으로 적층하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는, 프레임, 프레임에 커플링되는 갠트리(gantry) 시스템, 갠트리 시스템에 커플링되고 저 점성 및 반-점성 물질의 도트들을 전자 기판 상으로 적층하도록 구성되는 적층 헤드, 및 갠트리 시스템과 적층 헤드의 동작을 포함하여, 물질 적층 시스템의 동작을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하는 타입의 물질 적층 시스템으로 전자 기판 상으로 물질들을 적층하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 방법은, 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시킴으로써 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시예들은 검사 시스템으로 전자 기판의 이미지를 캡쳐하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은, 물질이 극소형 크기들로 적층될 때 자외선 광원을 가지는 검사 시스템이 물질을 볼 수 있도록, 적층에 앞서서 물질에 대해서 자외선 색소(dye)를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 검사 시스템이 상기 적층 헤드에 고정된 2개의 카메라들을 포함할 수 있을 것이고, 여기에서 제 1 카메라는 큰 시계(field of view)를 위해서 구성되고 제 2 카메라는 작은 시계를 위해서 구성된다. 상기 방법은 전자 기판 상에 적층된 물질을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 냉각시키는 단계가 냉각 척(chuck)으로 달성될 수 있을 것이다. 상기 방법은 상기 물질 적층 시스템 내의 분위기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 분위기를 제어하는 단계가, 적층 동작을 실시하기 위해서 상기 물질 적층 시스템 내의 지역을 격리시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은 상기 적층 헤드 및 상기 전자 기판 중 적어도 하나를 세정하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정하는 단계가 오존, CO2, 적외선 조명(lighting), 자외선 조명, 플라즈마, 및 IPA 또는 에탄올과 같은 유기 용매 중 하나를 이용하는 것에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 상기 방법은, 적층 헤드 상에서의 물질의 건조를 방지하기 위해서, 정지적(static)일 때 증기 분위기로 적층 헤드를 둘러싸는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 적층 헤드를 둘러싸는 단계가 용매로 이루어질 수 있을 것이다. 전자 기판 상에 물질을 적층하는 단계가, 적층 헤드 배치 오류, 물질 궤적 오류, 및 갠트리 시스템 오류를 포함하는, 적층 프로세스에서의 오류들을 보상하기 위해서, 상기 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키는 단계(advancing and retarding firing pulses)를 포함할 수 있을 것이다. 전기 기판 상에 물질을 적층하는 단계가, 전자 기판의 오정렬 및 변경들을 보상하기 위해서, 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 프레임, 프레임에 커플링되는 갠트리 시스템, 갠트리 시스템에 커플링되고 저 점성 및 반-점성 물질의 도트들을 전자 기판 상으로 적층하도록 구성되는 적층 헤드, 전자 기판의 이미지를 캡쳐하도록 구성되는 검사 시스템, 그리고 갠트리 시스템, 적층 헤드, 및 검사 시스템의 동작을 포함하여, 물질 적층 시스템의 동작을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하는 타입의 물질 적층 시스템으로 전자 기판 상으로 물질들을 적층하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 적층 방법은: 검사 시스템으로 전자 기판의 이미지를 캡쳐하는 단계; 제어기로 전자 기판 상에 적층될 물질의 패턴을 생성하는 단계; 및 제어기에 의해 생성된 물질의 패턴에 기초하여 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시킴으로써 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시예들은 물질이 극소형 크기들로 적층될 때 자외선 광원을 가지는 검사 시스템이 물질을 볼 수 있도록, 적층에 앞서서 물질에 대해서 자외선 색소를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 검사 시스템이 상기 적층 헤드에 고정된 2개의 카메라들 즉, 큰 시계를 위해서 구성된 제 1 카메라 및 작은 시계를 위해서 구성된 제 2 카메라를 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은 전자 기판 상에 적층된 물질을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 냉각시키는 단계가 냉각 척으로 달성될 수 있을 것이다. 상기 방법은 상기 물질 적층 시스템 내의 분위기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 분위기를 제어하는 단계가, 적층 동작을 실시하기 위해서 상기 물질 적층 시스템 내의 지역을 격리시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은 상기 적층 헤드 및 상기 전자 기판 중 적어도 하나를 세정하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정하는 단계가 오존, CO2, 적외선 조명, 자외선 조명, 플라즈마, 및 IPA 또는 에탄올과 같은 유기 용매 중 하나를 이용하는 것에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 상기 방법은, 적층 헤드 상에서의 물질의 건조를 방지하기 위해서, 정지적일 때 증기 분위기로 적층 헤드를 둘러싸는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 적층 헤드를 둘러싸는 단계가 용매로 이루어질 수 있을 것이다. 전자 기판 상에 물질을 적층하는 단계가, 적층 헤드 배치 오류, 물질 궤적 오류, 및 갠트리 시스템 오류를 포함하는, 적층 프로세스에서의 오류들을 보상하기 위해서, 상기 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 전기 기판 상에 물질을 적층하는 단계가, 전자 기판의 오정렬 및 변경들을 보상하기 위해서, 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 라인 또는 패턴의 방향에 대해서 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라서 상기 적층 헤드를 이동시키는 것에 의해서, 상기 물질의 라인 또는 패턴이 적층될 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 양태는 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 물질 적층 시스템은 프레임, 프레임에 커플링되며 전자 기판을 지지하도록 구성되는 지지 조립체, 프레임에 대해 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템, 갠트리 시스템에 커플링되며 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드, 그리고 갠트리 시스템과 적층 헤드에 커플링되는 제어기를 포함한다. 제어기는, 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시킴으로써 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층하기 위해 갠트리 시스템과 적층 헤드를 조작하도록 구성된다.
물질 적층 시스템의 실시예들은 상기 전자 기판의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 검사 시스템을 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 시스템은 상기 적층 헤드에 커플링된 물질 공급 카트리지를 더 포함할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 물질이 극소형 크기들로 적층될 때 자외선 광원을 가지는 검사 시스템이 물질을 볼 수 있도록, 물질 적층에 앞서서 물질에 대해서 자외선 색소가 추가된다. 시스템이 상기 적층 헤드에 커플링된 팬 및 적어도 하나의 히터를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 팬 및 적어도 하나의 히터는, 상기 전자 기판 상에 적층되기에 앞서서, 물질의 점도를 감소시키도록 구성될 수 있을 것이다. 상기 지지 조립체가 상기 적층 헤드를 세정하도록 구성된 세정 스테이션을 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정 스테이션이 페이퍼로 상기 적층 헤드를 와이핑하도록 구성된 페이퍼 와이퍼 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정 시스템은, 상기 페이퍼 와이퍼 시스템의 페이퍼 및 상기 적층 헤드 내의 불규칙부들에 일치(conform)하도록 상기 페이퍼 와이퍼 시스템 아래에 배치되는 순응형(compliant) 패드를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 제어기는, 적층에서의 오류들을 보상하기 위해서 상기 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키도록 구성될 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 물질 적층 시스템은 프레임, 상기 프레임에 커플링된 지지 조립체로서, 상기 지지 조립체가 상기 전자 기판을 지지하도록 구성되는, 지지 조립체, 상기 프레임에 대해서 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템, 상기 갠트리 시스템에 커플링되고 그리고 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드, 그리고 상기 갠트리 시스템 및 상기 적층 헤드에 커플링된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 기판 상에 물질을 적층하기 위해서 상기 갠트리 시스템 및 상기 적층 헤드를 조작하도록 구성된다. 상기 적층 헤드는 2n 개의 드롭(drop) 노즐을 포함하고, 여기에서 n은 4 이상이다.
물질 적층 시스템의 실시예들은 상기 적층 헤드에 커플링된 검사 시스템을 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 검사 시스템은 상기 전자 기판 상에 적층된 물질을 검사하도록 구성될 수 있을 것이다. 상기 시스템은 상기 적층 헤드에 커플링된 물질 공급 카트리지를 더 포함할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 물질이 극소형 크기들로 적층될 때 자외선 광원을 가지는 검사 시스템이 물질을 볼 수 있도록, 적층에 앞서서 물질에 대해서 자외선 색소가 추가될 수 있을 것이다. 시스템이 상기 적층 헤드에 커플링된 팬 및 적어도 하나의 히터를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 팬 및 적어도 하나의 히터는, 상기 전자 기판 상에 적층된 물질의 점도를 감소시키도록 구성될 수 있을 것이다. 상기 지지 조립체가 상기 적층 헤드를 세정하도록 구성된 세정 스테이션을 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정 스테이션이 페이퍼로 상기 적층 헤드를 와이핑하도록 구성된 페이퍼 와이퍼 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 상기 세정 시스템은, 상기 페이퍼 와이퍼 시스템의 페이퍼 및 상기 적층 헤드 내의 불규칙부들에 일치하도록 상기 페이퍼 와이퍼 시스템 아래에 배치되는 순응형 패드를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 제어기는, 물질 적층에서의 오류들을 보상하기 위해서 상기 적층 헤드의 노즐의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키도록 구성될 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 물질 적층 시스템은 프레임, 상기 프레임에 커플링된 지지 조립체로서, 상기 지지 조립체가 상기 전자 기판을 지지하도록 구성되는, 지지 조립체, 상기 프레임에 대해서 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템, 상기 갠트리 시스템에 커플링되고 그리고 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드, 상기 전자 기판의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 시스템, 그리고 상기 갠트리 시스템 및 상기 적층 헤드에 커플링된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는, 상기 이미징 시스템에 의해서 캡쳐된 적어도 하나의 이미지를 기초로, 상기 전자 기판 상에 적층하고자 하는 물질의 패턴을 생성하도록 구성된다. 상기 제어기는, 상기 제어기에 의해서 생성된 물질의 패턴을 기초로, 상기 전자 기판 상에 물질의 라인 또는 패턴을 적층하기 위해서 상기 갠트리 시스템 및 상기 적층 헤드를 조작하도록 구성된다.
상기 물질 적층 시스템의 실시예들은, 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해서 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라서 상기 적층 헤드를 이동시키기 위해서 상기 갠트리 시스템 및 상기 적층 헤드를 조작하도록 상기 제어기를 구성하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 제어기는, 적층에서의 오류들을 보상하기 위해서 상기 적층 헤드의 점호 펄스들을 선행 및 지연시키도록 구성될 수 있을 것이다. 상기 적층 헤드는 2n 개의 드롭 노즐을 포함하고, 여기에서 n은 4 이상이다.
추가적으로, 개시 내용의 다른 양태는, 자외선 또는 적외선 조명이 없이 덜 마른(wet) 적층물들이 관찰될 수 있도록, 분배된 물질들의 축을 벗어난(off axis) 관찰을 위해서 구성된 검사 시스템에 관한 것일 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 전자 기판 상에 분배된 물질을 경화시키는 것을 더 포함할 수 있을 것이다. 경화시키는 것은 고온 척, 적외선 광원, 및 자외선 광원 중 하나로 달성될 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 분배 작업을 실시하기 위해서 분배기 장치 내의 지역을 격리시키는 것에 의해서 분위기를 제어하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태는, 분배 헤드로 물질을 공급하는 물질의 라인으로부터 공기를 제거하는 것을 더 포함할 수 있을 것이고 및/또는 상기 물질의 라인으로부터 공기를 제거하는 것이 중력을 이용하는 것을 포함한다.
개시 내용의 다른 양태는 물질을 포함하는 카트리지, 상기 카트리지로부터 분배 헤드로 물질을 공급하는 유체 경로, 및 상기 분배 헤드 중 적어도 하나의 온도를 제어하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태가 페이퍼 와이퍼 시스템으로 상기 분배 헤드를 세정하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 분배 헤드를 세정하는 것이 상기 페이퍼 와이퍼 시스템의 페이퍼 및 상기 적층 헤드 내의 불규칙부들에 일치하도록 상기 페이퍼 와이퍼 시스템 아래에 순응형 패드를 배치하는 것을 포함할 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태가, 용이한 세정이 가능하도록 상기 분배 장치로부터 분리가능한 이차적인 렌즈/윈도우 시스템을 가지는 드롭 감시장치(watcher) 시스템을 제공하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다.
개시 내용의 다른 양태가, 기포 센서들로 상기 분배 헤드 내의 공기를 검출하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다.
추가적으로, 개시 내용의 다른 양태가 윈도우를 포함하는 분배 헤드에 관한 것일 수 있고, 상기 윈도우를 통해서 상기 분배 헤드를 통해서 유동하는 물질이 관찰될 수 있을 것이다.
도 1은 물질 적층 또는 도포 시스템의 측면도이다.
도 2는 본원 개시 내용의 실시예의 물질 분배 헤드 및 갠트리 시스템을 구현한 예시적인 물질 적층 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 갠트리 시스템 및 물질 적층 헤드의 사시도이다.
도 4는 구성요소를 더 잘 보여주기 위해서 파트들이 제거된 상태로 갠트리 시스템 및 물질 적층 헤드를 도시한 사시도이다.
도 5는 물질 적층 헤드를 지지하도록 구성된 지지 조립체의 사시도이다.
도 6-10은 물질 적층 헤드의 사시도들이다.
도 11은 물질 적층 시스템의 주변 스테이션 조립체의 사시도이다.
도 12-15는 물질 적층 시스템의 둘레 스테이션들의 사시도들이다.
도 16a-c는 물질의 라인들을 적층하기 위한 종래 기술의 방법들을 도시한 도면들이다.
도 17a-c는 본원 개시 내용의 복수-노즐 프린트 헤드를 이용하여 물질의 라인들을 적층하기 위한 다양한 방법들을 보여주는 도면들이다.
첨부 도면들은 실척(scale)으로 도시되도록 의도된 것이 아니다. 도면들에서, 여러 도면들에서 도시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소를 유사한 참조번호로 표시하였다. 명료함을 위해서, 모든 도면에서 모든 구성요소에 대해서 레이블(label)을 부여하지 않았을 수 있을 것이다.
단지 설명을 위한 목적으로, 그리고 보편성을 제한하기 않기 위한 목적으로, 이제 첨부 도면들을 참조하여 본원 개시 내용을 구체적으로 설명할 것이다. 이러한 개시 내용은 그 용도가 이하에서 설명된 또는 도면들에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열의 상세한 내용으로 제한되지 않는다. 이러한 개시 내용에서 설명된 원리들은 다른 실시예들이 될 수 있고 그리고 다양한 방식으로 실행되거나 실시될 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 어법 및 용어법은 설명을 위한 것이고 그리고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. "포괄하는(including)", "포함하는(comprising)", "가지는", "함유하는", "수반하는(involving)" 및 그 변형들을 여기에서 이용하는 것은, 그 후에 나열된 항목들과 그 균등물뿐만 아니라 부가적인 항복들도 포함한다는 것을 의미한다.
본원 개시 내용의 여러 실시예들은 물질 적층 또는 도포 시스템, 그러한 물질 적층 시스템을 포함하는 디바이스들, 및 물질 적층 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본원 개시 내용은 기계 베이스, 공작물 홀더(workholder)(기판 고정구), 기판을 운송하기 위한 컨베이어 시스템(선택적), 적층 캐니스터, 그리고 상기 적층 캐니스터를 상기 기판 위에 배치하기 위한 x-축, y-축, 및 z-축 갠트리를 포함하는 물질 적층 시스템에 관한 것이다. 상기 적층 캐니스터는, 다른 구성요소들 중에서, 예를 들어, 인터페이스 전자장치들, 물질 공급 주입기(syringe), 핀치(pinch) 밸브, 재순환 펌프, 준위(level) 센서를 가지는 물질 저장용기, 필터, 튜빙, (물질 적층 캐니스터 및 주입기를 위한) 복수의 가열 하위시스템들, 및 프린트 헤드를 포함한다. 상기 프린트 헤드는, 바람직한 실시예에서, 유체 유입구 포트, 유체 배출구 포트, 복수의 압전 구동형(piezo driven) 유체 펌핑 챔버들, 상기 유입구, 상기 배출구 및 상기 유체 펌핑 챔버들 사이에서 유체를 소통시키는 유체 전달 매니폴드, 그리고 복수의 유체 펌핑 챔버들의 각각에 대한 배출구 노즐로 이루어진, 조립체이다. 상기 프린트 헤드는 복수의 작은 개구부들을 가지는 단일체형(monolithic) 노즐 플레이트를 가지고, 상기 각각의 개구부는 물질을 사출(eject)할 수 있는 노즐을 형성한다.
일 실시예에서, 단일 프린트 헤드가 2n 개의 드롭 노즐을 포함하고, 여기에서 n은 4 이상이다. 예를 들어, 단일 프린트 헤드가 단일 선형 어레이로 배열된 8, 16, 32, 64, 124 또는 256 개의 노즐들을 가질 수 있을 것이다. 다른 실시예들이 복수의 물질 적층 헤드들을 포함할 수 있을 것이다. 서로에 대한 프린트 헤드의 노즐들의 고정된 패턴 속성 자체는 적층하고자 하는 패턴의 라인들에 대한 프린트 헤드의 비-평행 이동을 제공한다. 만약 라인들의 어레이가 라인 마다 하나의 노즐을 이용하는 것 그리고 라인들의 방향을 따라서 프린트 헤드를 이동시키는 것을 이용하여 적층된다면, 라인들 사이의 결과적인 간격이 노즐-대-노즐 간격에 의해서 그리고 이동 방향에 대한 프린트 헤드의 각도에 의해서 고정될 수 있을 것이다. 그에 따라, 노즐들 사이의 간격에 있어서의 또는 이동 방향에 대한 프린트 헤드의 회전에 있어서의 임의 불완전성들이 적층된 라인들의 배치 오류들을 초래할 수 있을 것이다. 각각의 노즐이 단일 라인을 적층할 것이다.
만약 노즐이 프린트 헤드에서 잘못 배치된다면 또는 궤적에서 오정렬된다면, 결과적인 라인이 또한 잘못 배치될 것이다. 또한, 프린트 헤드의 노즐들의 규칙적인 간격은 규칙적으로 이격된 라인들, 또는 적어도, 유효 노즐 간격의 배수인 라인 간격을 강제한다. 그러나, 만약 적층하고자 하는 라인에 대해서 평행하지 않은 방향으로 노즐들의 어레이를 이동시키는 것에 의해서 라인들이 적층된다면, 각각의 라인이 일련의 드롭들에 의해서 구축될 수 있을 것이고, 주어진 라인 내의 각각의 드롭이 상이한 노즐에 의해서 제공된다. 따라서, 그리고자 하는 라인의 위치는, 각각의 노즐이 위치되는 곳뿐만 아니라 각각의 노즐이 점호되는 때의 함수가 된다. 그에 따라, 프린트 헤드 내의 노즐들의 각각이 적층하고자 하는 라인의 희망 위치들 위를 통과할 때, 노즐들의 타이밍을 변경하는 것에 의해서, 각각의 라인의 위치가 독립적으로 변경될 수 있을 것이다. 각각의 노즐의 배치에 있어서의 오류들이 추가적으로 교정될 수 있을 것이고, 그에 따라 주어진 노즐의 타이밍이 배치 상의 오류들을 보상할 수 있을 것이다. 이어서, 드롭들이 적층하고자 하는 의도된 라인들을 따라서, 제조시에 프린트 헤드 내에서 구축된 것 보다 양호한 정확도로, 배치될 수 있을 것이다.
도 1은 본원 개시 내용의 일 실시예에 따른, 전체적으로 '10'으로 표시된, 물질 적층 시스템을 도시한다. 물질 적층 시스템(10)은 낮은 점성의 물질들(예를 들어, 50 센티포이즈(centipoise) 미만의 물질들)을 인쇄회로기판 또는 반도체 웨이퍼와 같은 전자 기판(12) 상으로 적층하기 위해서 이용된다. 전자 기판(12)은 태양 전지들과 같은 다른 기판들을 포함할 수 있을 것이다. 물질 적층 시스템(10)은 또한 전도성 잉크와 같은 다른 적은 점성 물질들(반-점성 물질들)을 전자 기판(12) 상으로 적층하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 물질 적층 시스템(10)은 자동차 가스켓팅(gasketing) 물질을 도포하기 위한 또는 특정 의료 분야의 용도들과 같은 다른 용도들에서 대안적으로 이용될 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 낮은 점성 또는 반-점성 물질들에 대한 인용들은 예시적인 것이고 그리고 달리 특정되지 않은 경우에 비-제한적인 것으로 의도된 것임을 이해하여야 할 것이다.
물질 적층 시스템(10)은, 전체적으로 '14'로 표시된, 적층 유닛 또는 헤드, 및 상기 물질 적층 시스템의 동작을 제어하기 위한 제어기(18)를 포함한다. 비록 단일 적층 헤드가 도시되어 있지만, 둘 이상의 적층 헤드들이 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 물질 적층 시스템(10)은 또한 기판(12)을 지지하기 위한 베이스(22)를 가지는 프레임(20), 및 상기 적층 헤드(14)를 지지 및 이동시키기 위해서 상기 프레임(20)에 이동가능하게 커플링된 갠트리 시스템(24)을 포함한다. 상기 적층 헤드(14) 및 갠트리 시스템(24)이 제어기(18)에 커플링되고 상기 제어기의 지시 하에서 동작한다. 컨베이어 시스템(미도시) 또는 워킹 비임(walking beam)과 같은 다른 이송 메커니즘을 물질 적층 시스템(10) 내에서 이용하여, 물질 적층 시스템의 내외로 회로 기판들을 로딩 및 언로딩하는 것을 제어할 수 있을 것이다. 제어기(18)의 제어 하의 모터들을 이용하여 갠트리 시스템(24)을 이동시켜, 적층 유닛(14)을 회로 기판 위의 미리 결정된 위치들에 배치할 수 있다. 물질 적층 시스템(10)이, 사용자에게 여러 가지 정보를 표시하기 위해서 제어기(18)에 연결된 디스플레이 유닛(28)을 선택적으로 포함할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 적층 유닛을 제어하기 위한 선택적인 제 2 제어기가 존재할 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 전체적으로 '100'으로 표시된, 예시적인 물질 적층 시스템(100)이 미국 매사추세츠 프랭크린에 소재하는 Speedline Technologies, Inc.에 의해서 제공되는 XYFLEXPRO® 분배기 플랫폼으로부터 구성될 수 있을 것이다. 물질 적층 시스템(100)은, 물질 적층 시스템의 캐비넷(104) 내에 위치되는, 제어기(18)와 같은 제어기를 비제한적으로 포함하는 물질 적층 시스템의 구성요소들을 지지하는 프레임(102), 및 낮은 점성 및/또는 반-점성 물질들을 적층하기 위한, '106'으로 전체적으로 표시된, 적층 헤드를 포함한다. 상기 적층 헤드(106)는, 전술한 바와 같이 전자 기판 또는 회로기판으로 종종 지칭될 수 있는 기판(12)과 같은 회로기판 상에 물질을 분배하는 것을 허용하기 위해서 제어기(18)의 제어 하에서, 전체적으로 '108'로 표시된, 갠트리 시스템에 의해서 직교하는 축들을 따라서 이동될 수 있을 것이다. 적층 헤드(106) 및 갠트리 시스템(108)을 포함한, 물질 적층 시스템(100)의 내부 구성요소들을 보여주기 위해서, 커버(110)가 개방된 위치에서 도시되어 있다.
전형적으로, 물질 적층 시스템 내로 공급되는 기판(12)과 같은 회로기판들이, 물질이 상부에 적층되는, 패드들의 패턴 또는 일반적으로 전도성인 다른 표면적들을 가진다. 물질 적층 시스템(100)은 또한, 회로기판을 x-축 방향을 따라서 물질 적층 시스템 내의 적층 위치로 운송하기 위해서 물질 적층 시스템의 각 측부를 따라서 제공된 개구부(112)를 통해서 접근가능한 컨베이어 시스템(미도시)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 물질 적층 시스템(100)은, 회로기판이 적층 헤드(106) 아래의 적층 위치에 있을 때, 회로기판에 인접하여 배치되는, 전체적으로 '114'로 표시된, 주변 스테이션 조립체를 가진다. 물질 적층 시스템(100)의 제어기에 의해서 지시될 때, 컨베이어 시스템은 회로기판들을 주변 스테이션 조립체(114)에 인접한 그리고 적층 헤드(106) 아래의 위치로 공급한다. 적층 헤드(106) 아래의 위치에 일단 도달하면, 회로기판이 제조 동작, 예를 들어 적층 동작을 위한 제 위치에 있게 된다.
물질 적층 시스템(100)은, 회로기판을 정렬시키도록 그리고 회로기판 상에 적층된 물질을 검사하도록 구성된, 전체적으로 '116'으로 표시된, 화상(vision) 검사 시스템을 더 포함한다. 회로기판 상에 물질을 성공적으로 적층하기 위해서, 제어기를 통해서, 회로기판 및 적층 헤드(106)가 정렬된다. 그러한 정렬은, 화상 검사 시스템(116)으로부터의 판독값들을 기초로, 적층 헤드(106) 및/또는 회로기판을 이동시키는 것에 의해서 이루어진다. 적층 헤드(106) 및 회로기판이 정확하게 정렬되었을 때, 적층 동작을 실시하도록 적층 헤드가 조작된다. 적층 동작 후에, 화상 검사 시스템(116)으로 회로기판의 광학적인 검사를 실시하여, 적절한 양의 물질이 적층되었다는 것 그리고 물질이 회로기판 상의 적절한 위치들에 적층되었다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 화상 검사 시스템(116)은, 적절한 정렬을 결정하기 위해서, 기점들(fiducials), 칩들(chips), 기판 개구부들, 칩 엣지들, 또는 회로기판 상의 다른 인식가능 패턴들을 이용할 수 있다. 회로기판의 검사 후에, 제어기는 컨베이어 시스템을 이용하는 다음 위치로의 회로기판의 이동을 제어하고, 상기 다음 위치에서 기판 조립 프로세스에서의 다음 동작이 실시될 수 있을 것이고, 예를 들어 전기 구성요소들이 회로기판 상에 배치될 수 있을 것이고 또는 기판 상에 적층된 물질이 경화될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 물질 적층 시스템(100)이 다음과 같이 동작할 수 있을 것이다. 회로기판이, 컨베이어 시스템을 이용하여 그리고 회로기판을 적층 헤드(106)와 정렬시키는 것에 의해서, 적층 위치 내에서 물질 적층 시스템(100) 내로 로딩될 수 있을 것이다. 이어서, 적층 헤드(106)가 제어기에 의해서 개시되어 적층 동작을 실시할 수 있을 것이고, 상기 적층 동작에서 물질이 회로기판 상의 정확한 위치들에 적층된다. 적층 헤드(106)가 적층 동작을 일단 실시하면, 회로기판이 컨베이어 시스템에 의해서 물질 적층 시스템(100)으로부터 운송될 수 있고, 그에 따라 제 2의 후속 회로기판이 물질 적층 시스템 내로 로딩될 수 있을 것이다.
도 3 및 4는 갠트리 시스템(108)에 의해서 x-축 및 y-축 방향들을 따라서 이동될 수 있는 적층 헤드를 도시한다. 일 실시예에서, 갠트리 시스템(108)은, y-축 방향을 따른 갠트리 플랫폼의 이동을 제공하기 위해서 상기 물질 적층 시스템의 대향 측부들을 따라서 제공된 이격된 레일들(120, 122)의 쌍을 따라서 탑승되는(ride) 갠트리 플랫폼(118)을 포함한다. 갠트리 플랫폼(118)은, 적절한 모터에 의해서 동력이 공급되는(powered), 볼 스크류, 풀리, 또는 벨트 구동 메커니즘과 같은, 임의의 적합한 이동 메커니즘에 의해서 구동되도록 구성된다. 바람직한 실시예는 이러한 목적을 위해서 선형 무브러시 모터들을 포함한다. 정지부들(124)이 레일들(120, 122)의 단부들에 제공되어, y-축 방향을 따른 갠트리 플랫폼(118)의 이동을 제한한다. 적층 헤드(106)가 지지 프레임(126)에 고정되고, 상기 지지 프레임(126)은 다시 x-축 방향을 따라서 갠트리 플랫폼(118)의 하부에 고정된 선형 베어링(128)을 따라서 탑승되도록 구성된다. 상기 적층 헤드(106)가 x-축 방향을 따라서 이동할 수 있도록 배열이 이루어진다. 전자 인터페이스 박스(130)가 제어기로부터 적층 헤드(106)로의 통신 및/또는 전력(power)을 제공한다.
도 5를 참조하면, 지지 구조물(126)이 장착 조립체(132) 및 갠트리 장착 조립체(134)를 포함한다. 장착 조립체(132)는, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 방식으로 적층 헤드(106)를 지지 구조물(126)에 대해서 고정하기 위해서 이용되는 하나 이상의 장착 링들(136)을 포함한다. 상기 갠트리 장착 조립체(134)는 상기 선형 베어링(128)을 따라서 탑승되도록 구성된 브래킷(138)을 포함한다. 모터(140)가 제공되어 상기 선형 베어링(128)을 따른 지지 구조물(126)(및 적층 헤드(106))의 운동을 구동한다. 상기 지지 구조물(126)은 화상 검사 시스템(116)을 추가적으로 지지하고, 상기 화상 검사 시스템(116)은 주변 스테이션 조립체(114) 내의 위치들 및/또는 전자 기판을 관찰하게끔 디자인된 하나 이상의 카메라를 포함하도록 구성될 수 있을 것이다. 지지 구조물은, 전자 기판 및/또는 주변 스테이션 조립체(114)로부터의 적층 헤드(106)의 높이를 측정하도록 디자인된 레이저 높이 센서(142)를 추가적으로 수용한다. 화상 검사 시스템(116) 및 레이저 높이 센서(142)가 지지 구조물(126)의 장착 조립체(132)에 그리고 제어기에 적절하게 커플링된다.
지지 구조물(126)은 회로기판을 향해서 그리고 회로기판으로부터 멀리 적층 헤드(106)의 x-축 운동을 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 제어기의 제어하에서 모터(미도시)에 의해서 갠트리 장착 조립체(134)에 대해서 x-축 방향을 따라서 이동하도록 장착 조립체(132)가 구성된다. 레이저 높이 센서(142)를 이용하여 기판 또는 주변 스테이션 조립체(114)로부터의 적층 헤드(106)의 거리를 측정할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 시스템은, 물질 적층 헤드의 프린트 헤드의 각도를 조정하기 위한 쎄타(theta) 축(X-Y 평면에서의 회전)을 포함한다.
이제 도 6-10을 참조하면, 그리고 특히 도 6을 참조하면, 적층 헤드(106)는, 장착 링(136) 내에서 장착 링(136)에 고정되는 플랜지(136b)를 가지는 원통형 본체(136a)를 포함하고, 상기 장착 링(136)은 다시 상기 지지 구조물(126)(도 6에 미도시됨)에 고정된다. 적층 헤드(106)가 베이요넷(bayonet)-타입의 트위스트 장착부 및 맞춤 핀(dowel pin)(미도시)에 의해서 장착 링(136)에 고정될 수 있을 것이다. 적층 헤드(106)의 플랜지(136b)가 복수의 개구부들(144)을 가지고, 상기 각각의 개구부는 상기 플랜지를 장착 링(136)에 고정하기 위해서 적합한 체결구(미도시), 예를 들어, 작은 나사(machine screw)를 수용하도록 구성된다. 적층 헤드(106)가 지지 구조물(126)에 대해서 미리 결정된 회전 각도로 회전할 수 있도록 그러한 배열이 이루어진다. 카트리지 지지부(146)가 하우징(148)에 고정되고, 상기 카트리지 지지부는 적층 헤드로 물질(예를 들어, 전도성 잉크)를 제공하기 위한 대체로 원통형인 물질 공급 카트리지(150)를 수용하도록 구성된다. 히터들(표시되지 않음)이 제공되어 적층되는 물질을 가열할 수 있을 것이다. 유리(152)로 이루어진 판 또는 윈도우, 또는 적합한 투명 물질이 제공되어, 적층 헤드(106)를 통한 물질의 유동을 관찰할 수 있게 할 수 있을 것이다.
도 7에서, 물질이 카트리지(150)로부터 핀치 밸브(154) 및 필터(156)를 통해서 유동한다. 플레이트(158)는, 물질이 적층될 때, 열적으로 안정적인 분위기에서 물질을 유지한다. 적층 헤드 내에서 공기를 순환시켜 적층 헤드(106) 내에서 일정한 온도(예를 들어, 60 ℃)를 달성하는 것을 보조하기 위해서, 팬(160)이 제공된다. 기포 센서들(162)(도 10을 또한 참조)이 적층 헤드(106) 내로 및/또는 적층 헤드(106) 외부에 제공될 수 있을 것이고, 그에 따라 제어기가 물질의 유동 및 물질의 유동 내에 공기가 존재하는지의 여부를 모니터링할 수 있을 것이다. 공기가 물질 유동 경로로부터 제거될 때까지, 물질이 적층 헤드(106) 내에서 재순환될 수 있다.
도 8에서, 적층 헤드(106)는, 적층 헤드의 여러 가지 구성요소들의 동작을 제어하는 제어 보드(164)를 포함한다. 상기 적층 헤드(106), 각각 '166'으로 표시된, 케이블들에 의해서, 제어기 및 물질 적층 시스템(100)의 다른 구성요소들과 통신한다.
도 9에서, 팬(160)이 명료하게 도시되어 있다. 각각 '168'로 표시된, 몇 개의 가열 요소들이 제공되어 팬(160)에 의해서 순환되는 공기를 가열할 수 있을 것이다. 기포 센서들(162)이 또한 명료하게 도시되어 있다. 적층 헤드(106)는 적층 헤드를 통한 물질의 이동을 구동하기 위한 재순환 펌프(170)를 포함한다. 전도성 잉크와 같은 물질을 적층하도록 구성된 젯팅 조립체(172)가 연결부(174)에 의해서 적층 헤드(106)의 하우징(148)에 연결된다. 일 실시예에서, 젯팅 조립체(172)가 노즐 플레이트를 포함하고, 상기 노즐 플레이트는, 특정 실시예에서, 2n 드롭 노즐일 수 있고, 상기 n은 4 이상이다. 예를 들어, 상기 젯팅 조립체(172)가 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 FUJIFILM Dimatix, Inc.에 의해서 제공되는 Q-class 256 노즐 드롭-온-디맨드(nozzle drop-on-demand) 젯팅 조립체일 수 있을 것이다.
도 10에서, 일 실시예에서, 하나의 기포 센서(162)가 카트리지(150)로부터 적층 헤드(106)로 전달되기에 앞서서 물질의 유동 내에 배치될 수 있을 것이고, 그리고 다른 기포 센서가 적층 헤드 내의 물질의 유동 내에 배치될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 센서가 적층 헤드(106)까지 연장하는 라인 내에 또는 분배 헤드로부터 빠져나가는 라인 내에 제공될 수 있을 것이다. 가열된 매니폴드(176)가 추가적으로 제공되어 물질을 가열할 수 있고 그리고 가열된 물질을 젯팅 조립체(172)의 내외로 소통시킬 수 있을 것이다. 적층 헤드 내에 제공된 저장용기(179) 내의 물질의 준위를 측정하기 위한 센서(178)가 제공된다. 저장용기(179)(도 7)는 짧은 피스의 투명한(clear) 튜빙(예를 들어, 1/2-인치 직경 튜빙) 및 상기 튜빙에 연결되고 o-링들에 의해서 밀봉되는 2개의 블록들로 이루어진다. 2개의 블록들은 캡들을 형성하고 피팅(fitting) 위치들을 제공하고, 상기 피팅 위치들에서 유체 및/또는 공기가 저장용기(179)로 소통될 수 있다. 센서(178)는 상기 저장용기(179)의 투명한 튜브를 통해서, 상기 튜브 내의 유체가 미리 결정된 준위 위에 또는 아래에 있는지의 여부를 관찰하도록 디자인된다. 펌프의 동작을 제어하기 위한 회로기판을 포함할 수 있는 펌프(170)가 펌프 장착부(180) 상에 장착된다.
특정 실시예에서, 물질 공급 카트리지로부터 공급되는 물질을 이용하여 저장용기를 재충진한다. 저장용기 내의 준위가 떨어졌다는 것을 센서(178)가 검출하였을 때, 제어기는 핀치 밸브(154)를 개방하고, 그리고 부가적인 물질이 카트리지(150)로부터 저장용기 내로 유동할 수 있게 한다. 상기 준위가 센서에 의해서 셋팅된 준위를 초과하였다는 것을 센서(178)가 검출하였을 때, 핀치 밸브(154)가 폐쇄된다. 그에 따라, 상기 준위가 사실상 일정한 준위로 유지되고, 준위의 변동들은 센서(178)의 이력 및 센서의 응답 시간, 제어기(예를 들어, 제어기(18)) 및 핀치 밸브(154)에 의해서 제한된다. 저장용기 내의 물질의 준위는, 물질의 밀도와 함께, 노즐 면판(faceplate)에서의 유체의 대체로 일정한 수두 압력(head pressure)을 구축한다. 정상 조건들 하에서, 젯팅 조립체(172)의 각각의 노즐이 개방 유체 경로를 제공하기 때문에, 이러한 수두 압력은 유체가 노즐들의 외부로 이동하도록 유도할 수 있을 것이다. 이러한 수두 압력을 보상하기 위해서, 정밀 진공 조절기(미도시)가 저장용기 내의 물질의 위쪽 공기 공간에 연결된다. 전형적으로, 노즐들에서 약간의 순수한 음의(net negative) 유체 압력을 유지하도록, 진공 준위가 셋팅된다. 유체의 표면 장력은, 약간의 순수한 음의 유체 압력과 균형을 이루어, 각각의 노즐 개구부에서 유체 메니스커스(meniscus)를 유지한다. 만약 메니스커스 진공이 너무 낮게 셋팅된다면, 유체가 방울로 떨어진다(drip). 만약 너무 높게 셋팅된다면, 공기가 프린트 헤드 내로 역으로 진입될 수 있고, 노즐이 마중물을 가지지 않는 상태(un-primed) 가 될 것이다. 퍼지 동작(노즐들의 외부로 물질을 푸싱하는 것) 실시를 위해서, 메니스커스 진공 준위가 약간의 양의 압력까지, 전형적으로 몇 PSI까지 상승된다. 물질이 노즐들의 외부로 푸싱될 때, 저장용기 내의 준위가 떨어지기 시작하고, 센서(178)는 핀치 밸브(154)의 개방을 유도하고, 그리고 주입기 내의 가압 유체가 저장용기를 재충진한다. 퍼지 압력이 제어된 메니스커스 진공 준위로 복귀될 때, 시스템은 각각의 노즐에서 메니스커스를 형성하는 물질과의 평형 상태로 복귀된다.
이제 도 11을 참조하면, 주변 스테이션 조립체(114)가 물질 적층 시스템(100)의 다른 구성요소들과 분리되어 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 주변 스테이션 조립체(114)는, 4개의 스테이션들(184, 196, 188, 190) 및 관찰 스테이션(192)을 위한 개구부들을 가지는 드롭 차폐부(182)를 포함한다. 주변 스테이션 조립체가 적층 헤드(106)에 의해서 접근될 수 있도록, 주변 스테이션 조립체(114)가 물질 적층 시스템 내에 위치된다. 도시된 바와 같이, 4개의 스테이션들이 적층 헤드(106)의 젯팅 조립체(172)의 노즐 플레이트를 세정하도록 구성된 와이퍼 스테이션(184), 캡핑 스테이션(188), 및 퍼지 컵 스테이션(190)을 포함한다. 이러한 스테이션들(184, 196, 188, 190)이 지지 플래튼(182) 상에서 임의 방식으로 배열될 수 있고, 그리고 다른 기능들을 실시하기 위한 다른 타입들의 스테이션들이 추가적으로 포함되거나 여기에서 설명된 스테이션들 중 하나를 대체할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 노즐들로부터의 물질의 적층을 관찰하기 위한 관찰 스테이션(192)이 제공된다.
도 12 및 13은 와이퍼 스테이션(184)의 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 실리콘 패드(194)와 같은 순응형 물질이 페이퍼 공급부 아래에 제공된다(와이퍼 스테이션(184)의 구성요소들을 보다 잘 도시하기 위해서, 도 12 및 13으로부터 페이퍼를 제거하였다). 적층 헤드(106)의 젯팅 조립체(172)의 노즐 플레이트를 와이핑하기 위해서, 페이퍼(미도시)가 제공된다. 적합한 메커니즘(예를 들어, 모터(196))이 제공되어, 공급 롤(198)로부터 회수 롤(200)까지의 페이퍼의 이동을 구동한다. 지지 구조물(126)을 통해서 노즐을 하강시키는 것 그리고 노즐을 세정하기 위해서 페이퍼를 가로질러 적층 헤드를 이동시키는 것에 의해서, 적층 헤드(106)의 젯팅 조립체(172)의 노즐 플레이트가 세정되도록 배열이 이루어진다. 대안적으로, 노즐 플레이트가 페이퍼와 접촉하는 동안 페이퍼가 이동될 수 있을 것이다. 순응형 물질(194)은, 이러한 프로세스 동안에, 페이퍼가 젯팅 조립체(172)의 노즐 플레이트를 부드럽게 와이핑하도록 보장한다.
도 14 및 15는 관찰 스테이션(192)의 하나의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 관찰 스테이션은, 적층 동작을 향해서 광을 지향시키도록 구성된 LED 섬광 조명(strobe light)(202) 및 적층 동작의 이미지들을 수용하도록 구성된 카메라(204)로 이루어진다. 적층된 물질을 캡쳐하기 위해서, 캐치 베이슨(catch basin)(206)이 제공된다.
도 2-15를 참조하여 설명한 물질 적층 시스템은 낮은 점성 및 반-점성 물질들을 전자 기판 상으로 적층하는 많은 방법들을 실시할 수 있다. 예를 들어, 물질의 라인들 또는 패턴들을 적층할 때, 하나의 방법이, 상기 라인 또는 패턴의 방향에 대체로 수직인 운동 축을 따라서 적층 헤드를 이동시키는 것을 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 적층 헤드가, 적층하고자 하는 라인에 대체로 수직인 방향으로, 또는 특히, 라인의 방향에 평행하지 않은 방향으로 이동된다. 이러한 방법의 하나의 장점은 보다 정확한 적층 결과이다. 통상적으로, 도 16a-16c에 도시된 바와 같이, 라인의 길이를 따르는 방향으로 평행한 이동으로 적층 헤드를 이동시키는 것에 의해서, 물질의 라인이 적층된다. 그러나, 이러한 통상적인 방법은, 회로기판이 적층 헤드의 이동 방향과 정확하게 정렬될 것을 요구한다. 만약 일련의 평행한 라인들을 적층하고자 한다면, 노즐들 사이의 거리가 적층하고자 하는 평행한 라인들 사이의 희망 거리에 반드시 정합(match)되어야 한다. 노즐들 사이의 유효 거리를 노즐들 사이의 실제 거리 보다 약간 적은 양으로 조정하기 위해서, 이동 방향에 대한 프린트 헤드의 각도를 조정하는 것이 종래 기술에서 잘 알려져 있다.
그러나, 일련의 규칙적으로 이격된 노즐들은, 유사한 규칙적인 간격으로 또는 노즐들의 하위 세트를 선택적으로 이용하는 것에 의한 셋팅된 간격의 적어도 정수 배들의 간격으로, 일련의 라인들을 프린팅하는 것으로 제한된다. 또한, 도 16c에 도시된 바와 같이, 잘못 배치된 또는 잘못 지향된 노즐은 잘못 배치된 라인을 적층할 것이다. 이와 대조적으로, 도 17a-17c에 도시된 바와 같이, 그리고 특히 도 17c를 참조하면, 잘못 배치된 또는 잘못 지향된 노즐에 의해서 적층되는 물질의 도트는 여전히 희망 라인을 따라서 적층될 수 있을 것이다. 적층되는 라인에 수직인 또는 평행하지 않은 방향으로 적층할 때(노즐은 도 17a-17c에서 적층되는 라인에 대해서 평행하지 않은 것으로서 도시되어 있다), 물질의 위치의 정확도가 노즐의 점호 타이밍에 의해서 제어되고, 그러한 점호 타이밍은 제어기에 의해서 정확하게 제어될 수 있다. 적층 동작들은, 적층 프로세스뿐만 아니라 요구되는 적층 패턴에서의 오류들을 보상하기 위해서 점호 펄스들의 타이밍을 선행 또는 지연시키는 것에 의해서 개선될 수 있을 것이다. 이러한 오류들에는, 헤드 노즐 배치 오류, 유체 궤적 오류, 및/또는 갠트리 오류가 포함된다. 또한, 적층 헤드에서의 점호 펄스들을 선행 또는 지연시키는 것을 이용하여, 적층이 이루어지는 파트들(기판들)의 오정렬을 보상할 수 있다.
다른 실시예에서, 물질이 극소형 크기들로 적층될 때, 자외선 광원을 이용한 조사(illumination)에 의해서, 자외선 광원을 가지는 화상 시스템이 물질을 볼 수 있도록, 자외선 색소가 물질에 추가된다.
다른 실시예에서, 자외선 또는 적외선 조명이 없이 덜 마른 적층물들이 관찰될 수 있도록, 적층된 물질들의 축을 벗어난 관찰을 위해서, 상기 화상 시스템이 구성될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 적층된 물질이 고온 척, 적외선 광원, 및 자외선 광원 중 하나로 경화될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 적층된 물질이 물질 적층 시스템 내의 하나 이상의 냉각 척들의 이용에 의해서 냉각될 수 있을 것이다. 냉각 척들의 이용으로 인해서 물질들이 응고될 수 있고, 그에 따라 물질들이 번져서(bleed out) 희망하는 것 보다 더 큰 적층물로 확장되지 않게 된다.
다른 실시예에서, 물질 적층 시스템은, 온도 및 습도와 같은, 물질 적층 시스템의 분위기를 제어하도록 구성될 수 있을 것이다. 이러한 분위기 제어는, 물질 적층 시스템 내의 응축을 유발하지 않으면서, 냉각 척들의 이용을 허용한다. 팬 및 가열 요소들이 분위기 제어를 위해서 이용될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 물질 적층 시스템이, 물질 적층 시스템 내에서 제어된 온도 및 습도 분위기를 구축하기 위한 제품-특정형(specific) 도구(tooling)를 수용하기 위한, 물질 적층 시스템 내의 격리된 공간을 포함할 수 있을 것이다. 상기 도구는 물질을 가열 또는 냉각하도록 구성될 수 있을 것이고, 그리고 최소 크기를 가질 수 있을 것이고, 그리고 물질 적층 시스템의 다른 구성요소들에 대해서 영향을 미치지 않도록 기판과 직접적으로 접촉할 수 있을 것이다. 그러한 도구의 제공은 에너지를 절감할 수 있을 것이고 그리고 비용을 낮출 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 공기가 중력의 이용에 의해서 적층 헤드 내의 물질의 유동으로부터 제거될 수 있을 것이다. 구체적으로, 직립형(stand) 튜브가 제공되어, 물질이 적층 헤드의 노즐로 하강 지향되기에 앞서서, 물질이 물질의 풀(pool)의 표면까지 상승되도록 강제할 수 있을 것이다. 직립형 튜브는 유체를 포집된 공기로부터 분리하는데 있어서 효과적이다.
다른 실시예에서, 물질을 단일 폐기물 스테이션으로 그리고 용매-오염된 물질을 다른 폐기물 스테이션으로 우회시키기 위해서 용매들로 적층 헤드를 퍼지하도록 물질 적층 시스템이 구성될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 병렬 프로세싱 또는 직렬 프로세싱 방식으로 부가된 세정 프로세스들을 이용하는 세정 프로세스가 물질 적층 시스템에서 구축된다. 세정 프로세스들은, 오존, CO2, 적외선 조명, 자외선 조명, 플라즈마, 및 IPA 또는 에탄올과 같은 유기 용매를 포함하는, 물질들 또는 기술들 중 하나를 이용하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 이러한 물질들은 적층 헤드, 전자 기판, 또는 양자 모두를 세정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 복수-스테이션 기판 처리가 물질 적층 시스템 내에서 제공될 수 있을 것이다. 예를 들어, 복수-스테이션 기판 처리가, 직렬 또는 병렬 프로세스들로, 전자 기판을 가열, 냉각, 또는 세정하는 것을 포함할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 물질의 건조를 방지하기 위해서 그에 따라 물질의 가치(value)를 최대화하고 세정 시간 및 폐기물을 최소화하기 위해서, 정지적일 때 증기 분위기(가능하게는 용매)로 적층 헤드를 둘러싸거나 포위할 수 있다. 이러한 접근방식에서, 상기 분위기는 적층 헤드 만으로 국지화될 수 있고 그리고 물질 적층 시스템의 나머지 구성요소들에 대해서는 적용되지 않을 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 제어 전자장치들이 2개의 분리된 제어 기판들로 분리되고, 그 하나는 적층 헤드(예를 들어, 제어 기판(164))와 연관되고 또 하나는 갠트리 시스템과 연관된다. 이러한 구성은, 신호의 손실이나 타이밍 무결성(integrity)의 손실이 없이 통신하기 위해서 낮은 레벨 차등 제어형 임피던스 시그널링(low level differential controlled impendence signaling)을 이용할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 2개의 분리된 카메라가 이용될 수 있을 것이고, 그 중 하나는 적층 헤드와 연관되고 그리고 또 하나는 지지 조립체와 연관된다. 적층 헤드와 연관된 카메라는 비교적 작은 시계를 제공하고 그리고 지지 조립체와 연관된 카메라는 비교적 큰 시계를 제공한다. 작은 시계 카메라는 보다 큰 배율을 가지고 상당히 더 얕은 초점 심도를 가진다. 따라서, 전자 기판 상에서 높이가 상이할 수 있는 피쳐들(features)에 대해서 초점을 맞출 수 있는 능력을 보장하기 위해서, 작은 시계 카메라는 z-축 방향으로 이동되어야 한다. 하나의 실시예에서, 작은 시계 카메라가 적층 헤드 상에 장착되어, z-축 이동을 달성한다. 큰 시계 카메라는 비교적 깊은 초점 심도를 가지고 그리고 z-축 방향을 따른 이동을 필요로 하지 않는다. 일 실시예에서, 큰 시계 카메라가 갠트리 장착 조립체 상에 장착된다.
다른 실시예에서, 적층 헤드가 3개의 구분적으로 분리된 온도 제어들 즉, 카트리지 내의 물질을 위한 하나의 제어, 유체 경로 내의 물질을 위한 하나의 제어, 및 적층 헤드(매니폴드) 내의 물질을 위한 하나의 제어로 구성될 수 있을 것이다. 이러한 구성은, 분배 프로세스의 각각의 스테이지를 위한 최소량들에 대해서만 물질의 온도를 증가시키는 것에 의해서, 물질의 보관 수명(shelf-line)을 최대화한다.
다른 실시예에서, 드롭 관찰 시스템이, 용이한 세정을 위해서 물질 적층 시스템으로부터 용이하게 제거될 수 있는 이차적인 렌즈/윈도우 시스템으로 구현될 수 있다.
다른 실시예에서, 물질 적층 시스템이 비접촉 헤드 캡핑 스테이션을 포함할 수 있다. 이러한 스테이션은, 젯팅 조립체의 노즐 플레이트의 면 상에서 물질이 건조되는 것을 방지하는 증기 분위기를 제공한다. 캡핑 스테이션은, 물질 적층 시스템 내의 용매들을 최소로 유지하기 위해서, 언캡핑(uncapping) 직전에 퍼지될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 기판이 적층 헤드 대신 이동될 수 있을 것이다. 구체적으로, 기판이 하나의 프린트 위치로부터 다른 프린트 위치로 이동될 수 있을 것이고, 그에 따라 물질 적층 시스템이 그러한 물질 적층 시스템의 유한한 작업 면적 보다 더 큰 길이의 기판을 수용할 수 있게 허용할 수 있을 것이다. 또한, 높은 정밀도 용도들을 위해서, 기판이 고정된 프린트 헤드 아래에서 X/Y 이동 스테이지에 의해서 배치될 수 있을 것이다. 이러한 접근 방식은 높은 정확도의 용도들에서 바람직할 수 있는데, 이는 X/Y 이동 스테이지의 기하형태가 갠트리 시스템의 기하형태 보다 더 높은 준위의 정확도로 제조될 수 있기 때문이다. 다른 실시예가, 기판을 하나의 축을 따라서(예를 들어, y-축 방향을 따라서) 이동시키는 것, 그리고 프린트 헤드를 다른 축을 따라서(예를 들어, x-축 방향을 따라서) 이동시키는 것에 관한 것일 수 있을 것이다.
이러한 개시 내용의 적어도 하나의 실시예의 몇 가지 양태들을 설명하였지만, 여러 가지 변경들, 수정들, 및 개선들이 당업자에게 용이하게 안출될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 변경들, 수정들, 및 개선들은 이러한 개시 내용의 일부로서 의도된 것이고, 그리고 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 도면들은 단지 예이다.

Claims (20)

  1. 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템으로서,
    프레임과,
    상기 프레임에 커플링되며 전자 기판을 지지하도록 구성되는 지지 조립체와,
    상기 프레임에 대해 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템과,
    상기 갠트리 시스템에 커플링되며 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드와,
    상기 갠트리 시스템과 적층 헤드에 커플링되는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 물질의 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시킴으로써 상기 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층하기 위해 갠트리 시스템과 적층 헤드를 조작하도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 기판의 이미지를 캡쳐하도록 구성되는 검사 시스템을 더 포함하는 물질 적층 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 물질 공급부를 더 포함하며,
    물질이 극소형 크기로 적층될 때 자외선 광원을 갖는 검사 시스템에 물질이 관측될 수 있도록 자외선 색소가 물질을 적층하기 전에 물질에 추가되는 물질 적층 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적층 헤드에 커플링되는 팬 및 적어도 하나의 히터를 더 포함하며,
    상기 팬 및 적어도 하나의 히터는 물질이 전자 기판 상에 적층되기 전에 물질의 점도를 감소시키도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 지지 조립체는 적층 헤드를 세정하도록 구성되는 세정 스테이션을 포함하는 물질 적층 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세정 스테이션은 페이퍼를 이용하여 적층 헤드를 와이핑하도록 구성되는 페이퍼 와이퍼 시스템을 포함하는 물질 적층 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 세정 시스템은 페이퍼 와이퍼 시스템의 페이퍼와 적층 헤드의 불규칙부에 일치하도록 페이퍼 와이퍼 시스템 아래에 배치되는 순응형 패드를 더 포함하는 물질 적층 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 적층시의 오류를 보상하기 위해 적층 헤드의 점호 펄스를 선행 및 지연시키도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  9. 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템으로서,
    프레임과,
    상기 프레임에 커플링되며 전자 기판을 지지하도록 구성되는 지지 조립체와,
    상기 프레임에 대해 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템과,
    상기 갠트리 시스템에 커플링되며 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드와,
    상기 갠트리 시스템과 적층 헤드에 커플링되고 그리고 물질을 전자 기판 상에 적층하기 위해 갠트리 시스템과 적층 헤드를 조작하도록 구성되는 제어기를 포함하며,
    상기 적층 헤드는 2n 개의 드롭 노즐을 포함하고 n은 4 이상인 물질 적층 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적층 헤드에 커플링되는 검사 시스템을 더 포함하며,
    상기 검사 시스템은 전자 기판 상에 적층된 물질을 검사하도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 물질 공급부를 더 포함하며,
    물질이 극소형 크기로 적층될 때 자외선 광원을 갖는 검사 시스템에 물질이 관측될 수 있도록 자외선 색소가 적층 이전에 물질에 추가되는 물질 적층 시스템.
  12. 제12항에 있어서, 상기 적층 헤드에 커플링되는 팬 및 적어도 하나의 히터를 더 포함하며,
    상기 팬 및 적어도 하나의 히터는 전자 기판 상에 적층된 물질의 점도를 감소시키도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 지지 조립체는 적층 헤드를 세정하도록 구성되는 세정 스테이션을 포함하는 물질 적층 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 세정 스테이션은 페이퍼를 이용하여 적층 헤드를 와이핑하도록 구성되는 페이퍼 와이퍼 시스템을 포함하는 물질 적층 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 세정 시스템은 페이퍼 와이퍼 시스템의 페이퍼와 적층 헤드의 불규칙부에 일치하도록 페이퍼 와이퍼 시스템 아래에 배치되는 순응형 패드를 더 포함하는 물질 적층 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제어기는 물질 적층시의 오류를 보상하기 위해 적층 헤드의 노즐의 점호 펄스를 선행 및 지연시키도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  17. 전자 기판 상에 물질을 적층하기 위한 물질 적층 시스템으로서,
    프레임과,
    상기 프레임에 커플링되며 전자 기판을 지지하도록 구성되는 지지 조립체와,
    상기 프레임에 대해 이동가능하게 커플링되는 갠트리 시스템과,
    상기 갠트리 시스템에 커플링되며 물질을 적층하도록 구성되는 적층 헤드와,
    상기 전자 기판의 이미지를 캡쳐하도록 구성되는 이미징 시스템과,
    상기 갠트리 시스템과 적층 헤드에 커플링되는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 이미징 시스템에 의해 캡쳐된 적어도 하나의 이미지에 기초하여 전자 기판 상에 적층될 물질의 패턴을 생성하도록 구성되고 그리고 또한 제어기에 의해 생성된 물질의 패턴에 기초하여 물질의 라인 또는 패턴을 전자 기판 상에 적층하기 위해 갠트리 시스템과 적층 헤드를 조작하도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 또한 상기 라인 또는 패턴의 방향에 대해 사실상 평행하지 않은 운동 축을 따라 적층 헤드를 이동시키기 위해 갠트리 시스템과 적층 헤드를 조작하도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 적층시의 오류를 보상하기 위해 적층 헤드의 점호 펄스를 선행 및 지연시키도록 구성되는 물질 적층 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 상기 적층 헤드는 2n 개의 드롭 노즐을 포함하며, n은 4 이상인 물질 적층 시스템.
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