TW201815245A - 用於印刷高粘度材料的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於設置材料的方法，包括：將包含供體材料的供體膜定位在距受體襯底預定義距離處，所述供體膜面朝所述受體襯底；引導雷射輻射的一個或多個脈衝照射在所述供體膜上的給定位置處，以誘發由所述供體材料製成的突出部的形成；在所述突出部仍接觸所述供體膜時，所述突出部的遠尖端觸及所述受體襯底並設置在所述受體襯底上；通過增加所述供體膜與所述受體襯底之間的間隔以將所述突出部的所述遠尖端從所述供體膜脫離，而在所述受體襯底上形成所述供體材料的斑點。

Description

用於印刷高粘度材料的方法及設備
本發明大體來說涉及鐳射誘發材料印刷，且具體來說涉及用於印刷高粘度材料的方法及系統。
鐳射誘發前向轉移（LIFT）技術為製造及修復印刷電路板（PCB）、積體電路（IC）襯底、平板顯示器（FPD）及其他電子裝置提供誘人的性價比。在LIFT工藝中，使用鐳射光子從源膜（被稱為「供體」）朝受體襯底（被稱為「受體」或「接受體」）噴出一定體積的材料。
本文所述的本發明實施例提供一種用於設置材料的方法，包括將包含供體材料的供體膜定位在距受體襯底預定義距離處，所述供體膜面朝所述受體襯底。引導雷射輻射的一個或多個脈衝照射在所述供體膜上的給定位置處，以誘發由所述供體材料製成的突出部的形成。在所述突出部仍接觸所述供體膜時，所述突出部的遠尖端觸及所述受體襯底並設置在所述受體襯底上。通過增加所述供體膜與所述受體襯底之間的間隔以將所述突出部的所述遠尖端從所述供體膜脫離，而在所述受體襯底上形成所述供體材料的斑點。
在某些實施例中，將所述供體膜定位在所述預定義距離處的步驟是在引導所述雷射輻射的所述脈衝之後實施，且增加所述間隔的步驟是在所述突出部的所述遠尖端觸及所述受體襯底之後實施。在其他實施例中，所述方法包括通過控制所述供體膜與所述受體襯底之間的所述預定義距離來控制所設置的所述供體材料的量。在又一些實施例中，引導所述雷射輻射的所述脈衝的步驟包括基於所述預定義距離來設定所述雷射脈衝的至少一個參數。
在實施例中，所述方法包括通過以下操作在所述給定位置處所設置的所述供體材料的頂部上設置額外供體材料：（i）在不施加所述雷射輻射的額外脈衝的條件下，將所述供體膜重新定位在所述預定義距離處，以及（ii）再次增加所述供體膜與所述受體襯底之間的所述間隔。在另一實施例中，所述方法包括通過執行以下操作中的一個或多個在所述受體襯底上設置所述供體材料的連續圖案：對所述雷射輻射的射束進行空間塑形；以及引導所述雷射輻射的一個或多個額外脈衝照射在所述供體膜上距所述給定位置預定義間距處。在又一實施例中，引導所述雷射輻射的所述脈衝包括使所述雷射輻射進行掃描以照射在所述供體膜上的多個點處。
在某些實施例中，引導所述雷射輻射的所述脈衝的步驟包括將所述雷射輻射分成多個射束，所述多個射束照射在所述供體膜上彼此分離的多個相應位置處。在其他實施例中，所述方法包括在最終將所述突出部設置在所述受體襯底上之前，通過以下操作來形成所述突出部：（i）將輔助襯底定位在距所述供體膜給定距離處，（ii）通過增加所述供體膜與所述輔助襯底之間的間隔來對所述突出部進行塑形，以及（iii）移除所述輔助襯底。在又一些實施例中，所述輔助表面包括所述受體表面的被分配區域。
在實施例中，所述輔助表面包括與所述受體襯底不同的襯底。在另一實施例中，所述供體材料具有在25℃的溫度下高於10,000厘泊的等效粘度等級。在又一實施例中，引導所述雷射輻射的所述脈衝的步驟包括通過將所述脈衝引導至所述供體膜上的多個不同位置並誘發在所述多個位置處形成多個突出部，而在所述受體襯底上形成斑點的幾何圖案，且包括在形成所述突出部之後，通過增加所述供體膜與所述受體襯底之間的間隔，以將所述突出部的遠尖端從所述供體膜脫離來印刷所述幾何圖案。
在某些實施例中，所述方法包括在不施加所述雷射輻射的額外脈衝的條件下重複印刷所述幾何圖案。在其他實施例中，所述供體材料包含粘度將于剪切應力的作用下減少的給定材料。在又一些實施例中，所述剪切應力是由雷射輻射照射在所述供體膜上的一個或多個脈衝所引起。
在一實施例中，對應剪切應力的移除，所述給定材料的粘度等級將於介於100微秒至100毫秒間的時間延遲之後恢復到其預應力等級。在另一實施例中，所述給定材料包含選自一清單的類型，所述清單是由墨（ink）、糊（paste）、膠（gel）及包含有粒子的分散物（dispersion）所組成。
根據本發明的實施例，另外提供一種用於設置材料的設備，所述設備包括定位總成及光學總成。所述定位總成用以將包含供體材料的供體膜定位在距受體襯底預定義距離處，所述供體膜面朝所述受體襯底。所述光學總成用以產生雷射輻射的一個或多個脈衝並引導所述一個或多個脈衝照射在所述供體膜上的給定位置處，以誘發由所述供體材料製成的突出部的形成。在所述突出部仍接觸所述供體膜時，所述突出部的遠尖端觸及所述受體襯底並設置在所述受體襯底上。在形成所述突出部之後，所述定位總成用以通過增加所述供體膜與所述受體襯底之間的間隔，以將所述突出部的所述遠尖端從所述供體膜脫離，而在所述受體襯底上形成所述供體材料的斑點。
結合附圖閱讀以下對本發明各實施例的詳細說明，將會更充分地理解本發明，其中：
概述
本文以下所述的本發明各實施例提供用於利用鐳射誘發前向轉移（LIFT）技術來沉積材料的經改進的方法及設備。雖然本文所述的實施例主要涉及具有高粘度的材料，但所公開技術適用於各種各樣的材料及應用。在以下說明中，為清晰起見，用語「印刷」、「沉積」及「設置」可互換使用。
在各種應用（例如電子裝置製作中的粘合劑）中會使用到高粘度材料，高粘度材料常常（雖然並不一定）被定義為具有在25℃的溫度下高於10,000厘泊（CPS）的粘度等級的材料。原則上，可利用施配技術或絲網印刷將高粘度材料印刷在襯底上。然而，此類技術通常僅限於印刷直徑大於200 μm的小點。此外，視所用材料的粘度而定，此類技術通常僅限於每秒約300個小點或更小的印刷速率。
在某些電子裝置（例如移動裝置）中，小尺寸外形（form factor）及低重量是重要的要求。在此類要求下，在印刷粘性材料（例如金屬膏、導電粘合劑（ECA）、非導電粘合劑（NCA）、或焊料膏（SP））時，重要的是使目標小點直徑小於200 μm且優選小於100 μm。
在某些實施例中，在供體襯底上形成由一種或多種類型的粘性材料（例如ECA、NCA或SP）製成的供體膜。在實施例中，將供體膜定位在距受體襯底（例如平板顯示器（FPD）、印刷電路板（PCB）或積體電路（IC）襯底）預定義距離（例如，1 mm）處，使得供體膜的粘性材料面向受體襯底。
在某些實施例中，鐳射源（例如二極體雷射器）用以以150瓦的功率及1微秒至10微秒的脈衝寬度輻照出具有915 nm波長的雷射脈衝。引導雷射脈衝照射在供體膜上的一個或多個預定義位置處。在雷射脈衝中輸送的高能量使供體膜的粘性材料在照射位置處及供體襯底的近處汽化。此局部的所形成暫態壓力促成由粘性供體材料製成的突出部的形成，所述突出部從供體膜中朝受體襯底延伸出。
在某些實施例中，將供體膜朝受體襯底移動，直至在突出部仍然還連接至供體膜的同時使突出部的遠尖端觸及受體襯底的表面為止。接著，將供體膜遠離受體襯底移動，以便使突出部從供體膜扯下，從而將粘性材料從突出部的遠尖端印刷在受體襯底上。（舉例來說，以上說明涉及移動的供體及靜止的受體。作為另一選擇，可通過移動受體並保持供體靜止或通過移動供體及受體兩者來改變供體與受體之間的距離。）
在某些實施例中，將被印刷在受體襯底上的供體材料的量由以下兩者之差決定：所誘發突出部的最大長度（在將受體襯底定位在距供體膜足夠大的距離處以使得突出部不能觸及受體襯底時獲得）、以及在供體膜與受體襯底之間設定的最小距離。在這些實施例中，只要供體膜與受體襯底的上表面之間的距離超過突出部的最大長度，供體材料就不會被印刷在受體襯底上。
為在受體襯底上印刷小於100 μm的斑點，在形成突出部之後，可將供體膜定位在距受體襯底比突出部的最大長度稍小的距離處且接著縮回以印刷出所述斑點。
在某些實施例中，可在受體襯底上印刷粘性材料，以形成具有所需三維（3D）形狀的所印刷小點。舉例來說，可在不水準移動供體膜或受體襯底的情況下通過多次重複上述印刷序列而在受體襯底上印刷例如柱等的3D結構。在此實施例中，每次應用所述序列便會在已形成的柱的頂部上形成額外的一層粘性材料，因此使得能夠形成高且窄的柱，也被稱為高縱橫比（HAR）柱。
在某些實施例中，所公開技術可用於印刷粘性材料的線或其他細長圖案，而並非僅印刷小點。可例如通過將鐳射射束塑形成具有所需空間圖案及/或通過使鐳射射束在供體膜之上移動以印刷一系列局部交疊的粘性材料小點來執行圖案的印刷。
在某些實施例中，可使用犧牲襯底來對突出部的橫截面進行塑形。舉例來說，在某些情況中，所形成突出部的實際橫截面具有與規劃尺寸不同的尺寸。在此類情況中，可將犧牲襯底壓抵突出部的遠尖端並將犧牲襯底以受控方式拉離供體膜，以將突出部塑形成所需尺寸。接著，將被塑形突出部施加至實際受體表面，以進行印刷。
所公開印刷技術可用於製作各種裝置，例如掌上型裝置、行動電話、物聯網（IoT）裝置、或其他移動裝置、或者具有小尺寸外形及低重量的任何適合裝置。此外，通過使用所公開技術，可因印刷速率提高至10倍而在製作此類裝置時實現顯著的成本降低。
系統說明
圖1是根據本發明實施例的鐳射誘發前向轉移（LIFT）系統10的示意性圖解。
在某些實施例中，系統10用以在電子電路的襯底24（在本文中被稱為受體板12，例如平板顯示器（FPD）、印刷電路板（PCB）或積體電路（IC）襯底，其被固持在安裝表面14上）上印刷各種材料。在LIFT工藝中，板12在本文中也被稱為「接受體」或「受體」。本文所用用語「平板顯示器」、「FPD」、「印刷電路板」、「PCB」、「積體電路襯底」及「IC襯底」籠統地指代上面沉積有材料的任何適合的襯底。
在某些實施例中，系統10用以沉積具有在25℃的溫度下高於10,000厘泊（CPS）的等效粘度等級的材料，例如粘合材料、導電粘合劑（ECA）、非導電粘合劑（NCA）、焊料膏（SP）、或者金屬膏（納米微粒金屬膏或微米微粒金屬膏）、或介電膏。然而，通常，所公開技術並非僅限於任何特定材料。
在實施例中，系統10包括定位總成18，定位總成18用以通過沿著系統10的所選軸而線性地移動光學總成16來將光學總成16定位在襯底24的所需部位之上。在某些實施例中，定位總成18可包括移動橋，所述移動橋用以沿一個或多個軸（例如，水準軸X、Y及垂直軸Z）移動。在其他實施例中，定位總成18可包括移動載台。作為另一選擇，可使用其他適合的技術來使定位總成18及板12相對於彼此移動。控制單元27控制系統10的數個功能，例如光學總成16及定位總成18的操作。
控制單元27通常包括通用電腦，所述通用電腦被以軟體程式設計以實施本文所述的功能。所述軟體可例如經由網路以電子形式被下載至電腦，或者作為另一選擇或另外，所述軟體可提供及/或存儲在非暫時性有形媒體（例如磁性記憶體、光學記憶體或電子記憶體）上。
現在參照插圖38，其是拍攝了光學總成16、供體11及板12的示意性側視圖。
在某些實施例中，光學總成16包括雷射器40，例如由北京BWT有限公司（中國北京豐台區航豐路4A號2層100070）（BWT Beijing Ltd (2nd Fl, No.4A Hangfeng Rd. Fengtai Beijing 100070, China)）製成的高功率光纖耦合二極體雷射器（HPFCDL）產品K915FG2RN-150.0W、或者由美國耐恩公司（華盛頓溫哥華98665）（nLight Corporation, Vancouver, Washington 98665）或由此類雷射器的任何其他供應商製成的類似產品。
在實施例中，雷射器40可以915 nm波長及150 W功率或任何其他適合的波長及功率級發射脈衝射束52。在某些實施例中，由雷射器40產生的脈衝可具有1微秒至10微秒的脈衝寬度，從而以150 μJ至1.5 mJ的能量級輻照供體11。此種能量級使得能夠由供體膜62形成供體材料的突出部，如將在以下圖2中詳細繪示。
在實施例中，射束掃描總成41將射束52操縱成一個或多個射束54，射束54經由光學器件44聚焦以形成一個或多個射束43，例如，通過將射束43分成多個子射束。在實施例中，供體11包括通常由光學透明材料（例如玻璃或塑膠片材）製成的襯底60。光學器件44將每一射束43聚焦成穿過襯底60的頂表面59，以照射在供體膜62的表面69的所需位置（例如位置23）處。
在某些實施例中，射束43誘發從膜62向板12上形成將要作為突出部噴出的粘性材料。
在某些實施例中，射束掃描總成41進一步包括具有適合掃描機構（例如檢流鏡）的掃描器（圖中未顯示），所述掃描器使射束43以高於3 KHz的頻率或任何其他適合的速率進行掃描以誘發圖2所示突出部的形成。
在實施例中，射束掃描總成41的掃描器用以使射束43在表面69上進行掃描，以誘發每秒形成數千個突出部，因此以實質上類似的印刷速率在受體板12上設置供體材料。
在某些實施例中，射束掃描總成41的掃描器用以將射束43以小於5 μm的典型定位精確度引導至位置23。在實施例中，供體11與板12之間的典型距離約為1 mm或大於1 mm。在此距離下，定位總成18用以將光學總成16及供體11相對於板12以小於10 μm的典型定位精確度進行定位。因此，系統10的總定位精確度支援將膜62的材料以10 μm至20 μm的典型精確度印刷在板12上。可利用任何其他適合的掃描與定位總成來進一步改進印刷精確度。
在某些實施例中，射束43可在位置23處形成球對稱斑點，從而誘發對應球對稱突出部的形成。
在其他實施例中，光學總成16用以將射束43塑形成連續橫截面（例如線性橫截面），以誘發在板12上形成連續突出部（例如線或彎曲線段）。
在另一實施例中，光學總成16進一步用以將射束43分成多個子射束並引導射束43的所述多個子射束的多個脈衝照射在表面69上彼此緊密靠近的多個位置處，以誘發連續突出部的形成，從而使得能夠在板12上印刷連續圖案。
在又一實施例中，在板12上的給定位置（例如，位置23）處印刷第一圖案之後，定位總成18進一步用以將光學總成16及供體11相對於板12進行重新定位，以在位置23處的同一圖案上印刷額外層或者在緊密靠近第一圖案處印刷第二圖案。在以下圖2至圖5中繪示用於印刷的額外實施例。
在其他實施例中，系統20可包括任何其他適合類型的雷射器40，例如連續波（CW）調製雷射器、准CW光纖雷射器、或脈衝寬度範圍介於幾納秒與幾百納秒之間的脈衝光纖雷射器（例如，YAG系光纖雷射器或鐿系光纖雷射器）。此類雷射器是例如由IPG光子公司（IPG photonics）或光譜物理公司（Spectra-Physics）生產。
本文以舉例方式繪示系統10的所公開配置及其構件，以例示其中可實施本文所述技術的環境種類。可利用任何其他適合的裝備及配置來類似地實施此類技術。
圖2是根據本發明實施例用於使用系統10來印刷粘性材料的多步驟工藝的示意性剖視圖。將圖3所示工藝分成三個步驟純粹是為了使概念清晰起見。
現在參照步驟1。在某些實施例中，定位總成18將供體11的膜62定位在距受體板12被表示為H1的距離（例如，2 mm或3 mm）處。在實施例中，膜62包含具有在25℃的溫度下高於10,000 CPS的等效粘度等級的一種或多種材料，例如金屬膏、粘合材料、ECA、NCA、及SP，如在以上圖1中所述。構成膜62的材料是利用此項技術中已知的任何適合沉積技術被預塗覆在襯底60上。在實施例中，光學總成16引導射束43照射在膜62上的一個或多個預定義位置（例如位置23（圖1中））處。
在某些實施例中，射束43與膜62之間的相互作用會在膜62與襯底60的介面的照射位置處對膜62的粘性材料進行加熱。在實施例中，餘熱會使得在介面處形成一個或多個熱的氣泡（圖中未顯示）。泡中的氣體在照射位置處對膜62施加壓力，從而形成從膜62中朝受體板12延伸出的突出部72。
在某些實施例中，膜62包含非牛頓粘度的材料（例如不遵守牛頓粘度定律的流體材料）。所述材料的粘度將於快速的所施剪切應力的作用下遞減（通常是大量地遞減），其中所述剪切應力例如為射束43及膜62之間的相互作用。此種粘度隨剪切應力的出現而降低的現象亦稱做「剪切稀化（shear thinning）」。此種材料的粘度通常會在剪切應力移除後恢復其初始值（即于施加剪切應力前）。
在步驟1的實例中，當射束43照射在膜62上時，膜62於照射位置的剪切稀化將促使突出部72自膜62朝板12延伸。在射束43自照射位置移除後，材料的粘度將增加而使突出部72的延伸過程降低至完全停止，此將決定如步驟1中所示的突出部72的尺寸（如長度）。
在某些實施例中，突出部72的長度取決於射束43的特性（如射束的能量或脈衝寬度）以及包含膜62的非牛頓粘度材料的性質。舉例而言，具有高初始粘度（如高於10,000厘泊的粘度等級）的非牛頓粘度材料將于剪切應力的出現顯出微小的剪切稀化。
在某些實施例中，某些具非牛頓粘度的材料的剪切稀化性質可為隨時間變化的（亦稱「觸變性（thixotropic）」），俾使于剪切應力移除後，其粘度將於一時間延遲後（而非立即地）恢復其初始值。此時間延遲將稱為粘度的「恢復時間（recovery time）」。
在某些實施例中，所選的非牛頓粘度材料的恢復時間需較突出部72達到其特定長度的總時間短。換句話說，其恢復時間需比L/v的比率短（其中，L為突出部72的特定長度，而v則為突出部72的的平均進展速度）。發明人注意到適合的非牛頓粘度材料的所需恢復時間的代表值大約為100微秒至複數個10毫秒（例如100毫秒），以控制突出部72的特定長度和形狀如在以上圖1中所述的配置。
在某些實施例中，非牛頓粘度材料的性質可透過以下方式被控制：利用適合的添加劑（如有機分子和粒子）、控制這些材料的酸度等級（PH）、或選用具有預定分子量的聚合物。此外，包含奈米粒子（矽或其他金屬）的許多分散物/懸浮液（dispersion）均顯示了增強的剪切稀化且伴隨著快速的恢復。
在某些實施例中，具有非牛頓粘度的材料可以許多適合的形式出現，例如（但不限於）以墨（ink）、糊（paste）、膠（gel）、或包含有微粒子及/或奈米粒子的分散物（其中所含微粒子及/或奈米粒子的體積量超過材料總體積的20%）。這些包含膜62的材料可通過任何本領域中已知的合適沉積技術而預塗於襯底60上。
現在參照步驟2。在實施例中，定位總成18將供體11沿被表示為F1的方向朝板12移動，並將供體11定位成使得膜62位於距板12小於H1的距離H2（例如，0.1 mm）處，以在突出部72的遠尖端與板12的頂表面之間形成物理接觸。應注意，在步驟2處，突出部72的近端仍接觸膜62，且突出部72的遠尖端觸及受體板12。
在某些實施例中，每一突出部72的近端寬於其遠尖端。突出部72在膜62的表面處的近端的直徑被表示為D（在對稱圓形突出部的情況中）。突出部72的遠尖端的直徑通常實質上小於直徑D，通常約為幾十微米。
現在參照步驟3。在某些實施例中，定位總成18將供體11沿被表示為F2的方向遠離板12移動，以將膜62重新定位在距板12距離H1（或任何其他適合的距離）處。在實施例中，突出部72的遠尖端與板12之間的粘附力使突出部72分成設置在板12上的痕跡74以及保持附著至膜62表面的近端76。
在某些實施例中，可以各種方式來控制印刷在板12上的材料量，此材料量可表明印刷在板12上的痕跡74的尺寸。原則上，利用圖2所示三步驟工藝所印刷的材料量可由以下兩者之比決定：突出部72的估計最大可實現長度（在不以板12作為止擋件的條件下）、以及供體11與受體板12之間的距離。
在實施例中，可通過控制雷射器40的功率及/或通過控制射束52的脈衝寬度來控制射束43的總能量。將高能量射束43照射在膜62上有效地增加突出部72的最大長度，從而得到更大尺寸的痕跡74（假設距離H2相同）。在另一實施例中，可通過在供體11與受體板12之間設定較小距離H2來獲得較大痕跡74。
在以下圖5中進一步闡述與控制所印刷痕跡（例如痕跡74）的尺寸有關的實施例。
在某些實施例中，重複圖2所示三步驟工藝使得能夠將多層痕跡74彼此上下地印刷。在此實施例中，在每次重複此序列時，便會在先前印刷在板12上相同位置處的痕跡的頂部上印刷額外的一層痕跡74。舉例來說，五次重複所述序列可使得印刷出由五個垂直堆疊的痕跡74製成的三維（3D）柱。此外，由於此實施例不需要橫向移動定位總成18，因而所述方法支援以每秒數千個痕跡的印刷速率在板12上快速地印刷3D圖案。
此外，由於不需要橫向移動定位總成18，因而每一痕跡74的定位精確度僅取決於射束掃描總成41的掃描器的定位精確度，所述掃描器通常具有低於5 μm的定位誤差。在其他實施例中，在完成痕跡74的印刷之後，突出部76仍為可用的，且系統20用以在無需在膜62上再施加射束43的條件下通過僅重複步驟2及步驟3來印刷3D柱。在此實施例中，掃描器的定位誤差得以消除，且因此，所堆疊痕跡的定位精確度得以進一步改進。此定位精確度使得能夠印刷由多個彼此上下堆疊的痕跡74製成的高且窄的柱（即，高縱橫比柱，如以下所定義）。柱的高度與直徑之比在本文中被稱為「縱橫比」。被視為高縱橫比（HAR）的縱橫比實質上大於1。
定位精確度的改進使得能夠通過垂直堆疊大量小直徑圓形（或具有任何其他適合的形狀）痕跡來構造HAR 3D特徵。
在替代實施例中，供體11是靜態的，且在步驟2處，定位總成18將板12向上（即，朝供體11）移動以在突出部76與板12之間形成接觸，且此後，在步驟3處，定位總成18將板12遠離供體11縮回以在板12上印刷出痕跡74。
圖3是示意性地例示根據本發明實施例用於利用LIFT技術來印刷粘性材料的方法的流程圖。所述方法以在供體定位步驟100處，定位總成18將供體11定位成使得膜62位於距受體板12預定義距離H1處而開始。
在突出部形成步驟102處，雷射器40輻照出射束43，射束43照射在膜62上的所需位置（例如位置23）處，以形成突出部72。在實施例中，射束掃描總成41用以使射束43在表面69之上的數千個位置處進行掃描，以使射束43照射在表面69上彼此分離的對應位置（例如位置23）處，以形成數千個突出部72，而無需沿水準軸X、Y移動供體11。在供體牽拉步驟104處，定位總成18牽拉供體11，以在供體11的膜62與板12之間設定距離H2且在突出部72與板12之間形成物理接觸。在使所述方法結束的縮回步驟106處，定位總成18將供體11遠離板12縮回，以在板12上印刷出痕跡74。
在某些實施例中，所述方法可迴圈回至供體牽拉步驟104，以開始其中在不在表面69上施加射束43的額外脈衝的條件下在痕跡74的頂部上印刷另一層痕跡的後續印刷迴圈。
在其他實施例中，所述方法可迴圈回至突出部形成步驟102，以開始其中通過使射束43進行掃描以在供體上的位置23處施加脈衝而在痕跡74的頂部上印刷另一層痕跡的後續印刷迴圈。在實施例中，多次重複圖3所示方法（在再施加或不再施加射束43的條件下）使得能夠形成HAR 3D柱，如在以上圖2中所述。
圖4是顯示根據本發明實施例用於利用犧牲襯底70來輔助印刷粘性材料的三步驟工藝的示意性剖視圖。圖4繪示具有三個工藝步驟的序列純粹是為了使概念清晰起見。實際上，所述序列可包括多於三個驟以及子步驟或包括更少步驟。
現在參照步驟1。在某些實施例中，射束43照射在膜62上且誘發突出部77的形成。在步驟1的實例中，突出部77具有被表示為L1的典型長度，且其遠尖端具有被表示為D1的典型直徑。L1短于所需長度L2（顯示於步驟2中），且D1寬於遠尖端的所需直徑D2（顯示於步驟2）。在實施例中，突出部77的遠尖端的直徑（或寬度）通常決定小點（例如痕跡74）的印刷直徑。
在本實例中，L1小於0.1 mm，且D1寬於50 μm，而這兩個值均為在對膜62的粘性材料實施所需印刷工藝時所需要的值。
不適合的長度L1及/或直徑D1可能是例如因以下原因所致：射束43的能量不足、構成膜62的材料的粘度過高、在射束43的影響下膜62的材料在快速剪切速率下的流變行為、或任何其他原因。
現在參照步驟2。在某些實施例中，定位總成18將輔助襯底（在本文中被稱為犧牲襯底，例如空白襯底70）定位在供體11下方。在實施例中，定位總成18將供體11朝襯底70移動，使得突出部77的遠尖端接觸襯底70的上表面。接著，定位總成18將襯底70以受控方式遠離供體11縮回，使得突出部77的遠尖端與襯底70之間的粘附力能夠對突出部77的長度及寬度進行塑形。
現在參照步驟3。在某些實施例中，襯底70的縮回以及突出部77的遠尖端與襯底70之間的粘附力使突出部77被分成設置在襯底70上的痕跡78並將近端80塑形成長度L2及直徑D2，即為重新開始印刷過程所需的形狀。
在實施例中，在對近端80進行塑形之後，通過定位總成18（或作為另一選擇，由操作者）從系統10移除並由以上圖2所示受體板12來替換襯底70。在實施例中，定位總成18將供體11朝板12移動至小於L2的距離以使得板12的頂表面接觸近端80的遠尖端，且接著將供體11以可控方式遠離板12縮回，以印刷出痕跡，例如以上圖2所示痕跡74。（圖4中未顯示這些中間步驟，但以上在圖2所示步驟2及步驟3中已闡述了實質上類似的操作。）應注意，如在步驟2及步驟3中所示，將突出部的長度從L1塑形至L2且將突出部的遠尖端的直徑從D1塑形至D2使得能夠在受體板12上以小於50 μm的所需直徑印刷小點，例如痕跡74。
在替代實施例中，可在板12的指定位置上而非使用專用的犧牲襯底70來實施步驟2及步驟3。換句話說，可分配受體板12上的某一區域來充當犧牲區域。此實施例消除了對使用襯底70的需要。
在某些實施例中，在步驟3之後，可使用供體11及由突出部80形成的陣列作為用於印刷的範本圖案。在實施例中，可例如通過如上所述在板12上的預定義位置處多次重複印刷過程來製作一個或多個HAR 3D柱。在另一實施例中，可通過在板12上（除預定義位置之外的）多個位置中的每一個處實施印刷過程而在這多個位置處印刷範本圖案。在此實施例中，定位總成18沿水準軸X、Y將供體11移動至所述多個位置中的一個。在將供體11定位在所需位置處之後，定位總成18將供體11（例如，沿Z軸）朝板12移動成接觸突出部80，隨後如上所述將供體11遠離板12縮回。通過在所述多個位置中的每一個處至少一次地重複此種移動（沿X軸、Y軸）與印刷序列，系統10可在這多個位置處印刷出步驟3的範本圖案。
圖5是根據本發明實施例在利用LIFT技術印刷粘性材料的矩陣90時的實驗結果的示意性圖解。在某些實施例中，矩陣90包括襯底91，襯底91在系統10中被定位成使得其頂表面面向供體膜，例如在以上圖2及圖4中所示的供體膜62。在本實例性實驗中，系統10用以誘發一系列突出部（圖中未顯示）以在襯底91上印刷出小點矩陣。供體膜與受體襯底並不彼此平行，即，供體膜與受體襯底之間的距離並非是恒定的，因此小點的尺寸不同。用語「痕跡」與「小點」在本文中可互換使用。
被印刷在襯底91上的小點具有實質上小於100 μm的最小尺寸以及大於100 μm的最大尺寸。在矩陣90的實例中，供體與受體襯底之間的距離（在本文中被表示為「H」）隨著在矩陣90上從左下角向右上角行進而增大。舉例來說，左下角處的最小距離是0.1 mm，且右上角（被標記為92）處的最大距離是約0.2 mm。在圖中，三個實例性小點被表示為94、96及98，其分別具有115 μm、55 μm及82 μm的直徑。
圖5所示實驗結果示範可如何通過在供體與受體表面之間設定距離來控制所印刷小點的尺寸。如以上所提及，可在使供體膜平行於受體襯底的條件下獲得類似結果，且可通過調節射束43的能量來設定突出部的長度（在本文中被表示為「L」）。在某些實施例中，H與L之比決定所印刷小點/痕跡的尺寸（例如，直徑）。當H的值小於L的值時，比L/H越大，所印刷小點的尺寸就越大。當H的值大於L的值時，不會印刷出小點。
因此，應瞭解，以上所述的實施例是以舉例方式敘述，且本發明並非僅限於本文以上所特別顯示及描述的內容。相反，本發明的範圍包括本文以上所述的各種特徵的組合及子組合以及所屬領域的技術人員在閱讀前述說明之後將設想到並且現有技術中尚未公開的其變化形式及修改。本專利申請中以引用方式併入的文獻應被視為本申請的組成部分，而當這些所併入的文獻中所定義的用語與本說明書中所明確或暗含的定義相衝突時，應僅考慮本說明書中的定義。
10‧‧‧鐳射誘發前向轉移（LIFT）系統
11‧‧‧供體
12‧‧‧受體板
14‧‧‧安裝表面
16‧‧‧光學總成
18‧‧‧定位總成
23‧‧‧位置
24‧‧‧襯底
27‧‧‧控制單元
38‧‧‧插圖
40‧‧‧雷射器
41‧‧‧射束掃描總成
43‧‧‧射束
44‧‧‧光學器件
52‧‧‧脈衝射束
54‧‧‧射束
59‧‧‧頂表面
60‧‧‧襯底
62‧‧‧供體膜
69‧‧‧表面
70‧‧‧犧牲襯底
72‧‧‧突出部
74‧‧‧痕跡
76‧‧‧近端/突出部
77‧‧‧突出部
78‧‧‧痕跡
80‧‧‧近端
90‧‧‧矩陣
91‧‧‧襯底
92‧‧‧右上角
94‧‧‧小點
96‧‧‧小點
98‧‧‧小點
100~106‧‧‧步驟
D‧‧‧直徑
D1‧‧‧直徑
D2‧‧‧直徑
F1‧‧‧方向
F2‧‧‧方向
H1‧‧‧距離
H2‧‧‧距離
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
第1圖是根據本發明實施例用於在襯底上進行印刷的鐳射誘發前向轉移（LIFT）系統的示意性圖解； 第2圖是顯示根據本發明實施例用於利用LIFT技術來印刷粘性材料的工藝的步驟的示意性剖視圖； 第3圖是示意性地例示根據本發明實施例用於利用LIFT技術來印刷粘性材料的方法的流程圖； 第4圖是顯示根據本發明另一實施例用於利用犧牲襯底來輔助印刷粘性材料的工藝的步驟的示意性剖視圖；以及 第5圖是根據本發明實施例在利用LIFT技術印刷粘性材料的矩陣時的實驗結果的示意性圖解。

Claims (36)

  1. 一種用於設置材料的方法，包括： 將包含一供體材料的一供體膜定位在距一受體襯底一預定義距離處，其中該供體膜面朝該受體襯底； 引導一雷射輻射的一個或多個脈衝照射在該供體膜上的一給定位置處，以誘發由該供體材料製成的一突出部的形成，其中在該突出部仍接觸該供體膜時，該突出部的一遠尖端觸及該受體襯底並設置在該受體襯底上；以及 通過增加該供體膜與該受體襯底之間的一間隔以將該突出部的該遠尖端從該供體膜脫離，而在該受體襯底上形成該供體材料的一斑點。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，將該供體膜定位在該預定義距離處的步驟是在引導該雷射輻射的該脈衝之後實施，且其中增加該間隔的步驟是在該突出部的該遠尖端觸及該受體襯底之後實施。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，包括通過控制該供體膜與該受體襯底之間的該預定義距離來控制所設置的該供體材料的量。
  4. 如請求項1所述的方法，其中，引導該雷射輻射的該脈衝的步驟包括基於該預定義距離來設定該雷射脈衝的至少一個參數。
  5. 如請求項1所述的方法，其中，包括通過以下操作在該給定位置處所設置的該供體材料的一頂部上設置一額外供體材料：（i）在不施加該雷射輻射的額外脈衝的條件下將該供體膜重新定位在該預定義距離處，以及（ii）再次增加該供體膜與該受體襯底之間的該間隔。
  6. 如請求項1所述的方法，其中，包括通過執行以下操作中的一個或多個在該受體襯底上設置該供體材料的連續圖案： 對該雷射輻射的射束進行空間塑形；以及 引導該雷射輻射的一個或多個額外脈衝照射在該供體膜上距該給定位置預定義間距處。
  7. 如請求項1所述的方法，其中，引導該雷射輻射的該脈衝包括使該雷射輻射進行掃描以照射在該供體膜上的多個點處。
  8. 如請求項1所述的方法，其中，引導該雷射輻射的該脈衝的步驟包括將該雷射輻射分成多個射束，該等射束照射在該供體膜上彼此分離的多個相應位置處。
  9. 如請求項1所述的方法，其中，包括在最終將該突出部設置在該受體襯底上之前，通過以下操作來形成該突出部：（i）將一輔助襯底定位在距該供體膜一給定距離處，（ii）通過增加該供體膜與該輔助襯底之間的一間隔來對該突出部進行塑形，以及（iii）移除該輔助襯底。
  10. 如請求項9所述的方法，其中，該輔助襯底包括該受體襯底的一被分配區域。
  11. 如請求項9所述的方法，其中，該輔助襯底包括與該受體襯底不同的一襯底。
  12. 如請求項1所述的方法，其中，該供體材料具有在25℃的溫度下高於10,000厘泊的等效粘度等級。
  13. 如請求項1所述的方法，其中，引導該雷射輻射的該脈衝的步驟包括通過將該脈衝引導至該供體膜上的多個不同位置並誘發在該等位置處形成多個突出部，而在該受體襯底上形成多個斑點的一幾何圖案，且包括在形成該突出部之後，通過增加該供體膜與該受體襯底之間的一間隔，以將該突出部的遠尖端從該供體膜脫離來印刷該幾何圖案。
  14. 如請求項13所述的方法，其中，包括在不施加該雷射輻射的額外脈衝的條件下重複印刷該幾何圖案。
  15. 如請求項1所述的方法，其中，該供體材料包含粘度將于剪切應力的作用下減少的一給定材料。
  16. 如請求項15所述的方法，其中，該剪切應力是由該雷射輻射照射在該供體膜上的該一個或多個脈衝所引起。
  17. 如請求項16所述的方法，其中，因應該剪切應力的移除，該給定材料的粘度等級將於介於100微秒至100毫秒間的時間延遲之後恢復到其預應力等級。
  18. 如請求項15所述的方法，其中，該給定材料包含選自一清單的形式，該清單是由墨（ink）、糊（paste）、膠（gel）及包含有粒子的分散物（dispersion）所組成。
  19. 一種用於設置材料的設備，包括： 一定位總成，用以將包含一供體材料的一供體膜定位在距一受體襯底一預定義距離處，其中該供體膜面朝該受體襯底；以及 一光學總成，用以產生雷射輻射的一個或多個脈衝並引導該一個或多個脈衝照射在該供體膜上的一給定位置處，以誘發由該供體材料製成的一突出部的形成，其中在該突出部仍接觸該供體膜時，該突出部的一遠尖端觸及該受體襯底並設置在該受體襯底上， 其中在形成該突出部之後，該定位總成用以通過增加該供體膜與該受體襯底之間的一間隔，以將該突出部的該遠尖端從該供體膜脫離，而在該受體襯底上形成該供體材料的一斑點。
  20. 如請求項19所述的設備，其中，該定位總成用以在引導該雷射輻射的該脈衝之後，將該供體膜定位在該預定義距離處，且在該突出部的該遠尖端觸及該受體襯底之後增加該間隔。
  21. 如請求項19所述的設備，其中，該定位總成用以通過控制該供體膜與該受體襯底之間的該預定義距離來控制所設置的該供體材料的量。
  22. 如請求項19所述的設備，其中，該光學總成用以基於該預定義距離來設定該雷射脈衝的至少一個參數。
  23. 如請求項19所述的設備，其中，該定位總成用以通過以下操作在該給定位置處於該所設置供體材料的頂部上設置一額外供體材料：（i）對該供體膜進行重新定位，以及（ii）再次增加該供體膜與該受體襯底之間的該間隔。
  24. 如請求項19所述的設備，其中，該光學總成用以通過執行以下操作中的一個或多個在該受體襯底上設置該供體材料的連續圖案： 對該雷射輻射的射束進行空間塑形；以及 引導該雷射輻射的一個或多個額外脈衝照射在該供體膜上距該給定位置預定義間距處。
  25. 如請求項19所述的設備，其中，該光學總成用以使該雷射輻射進行掃描以照射在該供體膜上的多個點處。
  26. 如請求項19所述的設備，其中，該光學總成用以將該雷射輻射分成多個射束，該等射束照射在該供體膜上彼此分離的多個相應位置處。
  27. 如請求項19所述的設備，其中，在最終將該突出部設置在該受體襯底上之前，使用包括以下操作的序列來形成該突出部：（i）該定位總成用以將一輔助襯底定位在距該供體膜一給定距離處，（ii）該定位總成用以通過增加該供體膜與該輔助襯底之間的一間隔來對該突出部進行塑形，以及（iii）該定位總成用以移除該輔助襯底。
  28. 如請求項27所述的設備，其中，該輔助襯底包括該受體襯底的一被分配區域。
  29. 如請求項27所述的設備，其中，該輔助襯底包括與該受體襯底不同的一襯底。
  30. 如請求項19所述的設備，其中，該供體材料具有在25℃的溫度下高於10,000厘泊的等效粘度等級。
  31. 如請求項19所述的設備，其中，該光學總成用以通過將該脈衝引導至該供體膜上的多個不同位置，並誘發在該等位置處形成多個突出部，而在該受體襯底上形成斑點的一幾何圖案，且其中該定位總成用以通過在形成該突出部之後增加該供體膜與該受體襯底之間的一間隔，以將該突出部的一遠尖端從該供體膜脫離來印刷該幾何圖案。
  32. 如請求項31所述的設備，其中，該定位總成用以在不施加該雷射輻射的額外脈衝的條件下重複印刷該幾何圖案。
  33. 如請求項19所述的設備，其中，該供體材料包含粘度將于剪切應力的作用下減少的給定材料。
  34. 如請求項33所述的設備，其中，該剪切應力是由該雷射輻射照射在該供體膜上的該一個或多個脈衝所引起。
  35. 如請求項34所述的設備，其中，對應該剪切應力的移除，該給定材料的粘度等級將於介於100微秒至100毫秒間的時間延遲之後恢復到其預應力等級。
  36. 如請求項33所述的設備，其中，該給定材料包含選自一清單的形式，該清單是由墨（ink）、糊（paste）、膠（gel）及包含有粒子的分散物（dispersion）所組成。
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