TWI448390B - 用於非接觸性材料沉積中之噴嘴補償方法與系統 - Google Patents

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Description

用於非接觸性材料沉積中之噴嘴補償方法與系統
本發明係為用於非接觸性材料沉積中之噴嘴補償方法與系統。
 發明背景
非接觸性材料沉積列印係為印刷電子件及太陽能電池產業中一種具吸引力之用於圖案化及沉積材料的方法。譬如，藉由將傳導材料直接沉積於太陽能電池的背或前表面來形成傳導線以對於電池產生的電荷提供傳導路徑之方式係可提高太陽能電池的效率及量產的生產力。
諸如噴墨列印或氣劑列印等沉積列印技術係包含藉由使一列印頭及一基材沿著一列印方向相對於彼此移動以從噴嘴沉積列印材料滴粒。沉積列印其中一項相關問題係在於：可能停止噴注或可能作不良噴注之故障噴嘴。為此，一故障的噴嘴可能導致不平均的傳導線，因此可能造成缺乏效率或無法運作的太陽能電池。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種列印方法，該方法包含：使用一具有噴嘴之第一列印單元在一列印區中作列印，該等噴嘴的一第一部分被指定為主動噴嘴且該等噴嘴的一第二部分被指定為非主動噴嘴，其中藉由從該第一列印單元的主動噴嘴選擇性地沉積材料以作出該列印；停止以該第一列印單元之該列印同時以一第二列印單元的主動噴嘴繼續該列印；檢查該第一列印單元之噴嘴；以檢查結果為基礎來選擇一新組的主動噴嘴；及以該新組的主動噴嘴來繼續使用該第一列印單元之該列印。
圖式簡單說明
在本說明書的結論部分特別地指出且獨特地請求被視為本發明之標的物。然而，連同圖式參照下文詳細描述將可最清楚地瞭解本發明之組織與操作方法、及其目的、特徵構造與優點。圖中：第1圖顯示根據本發明的實施例之一示範性列印系統；第2圖顯示有助於顯示本發明的實施例之具有冗餘噴嘴且被定位成平行於列印方向之列印單元；及第3圖為顯示根據本發明部分實施例之一用於列印的方法之流程圖。
請瞭解為了圖示簡單及清楚起見，圖中顯示的元件未必依實際比例繪製。譬如，為求清楚，部分元件的維度可相對於其他元件被放大，並依需要，不同圖中可重覆編號以代表對應或類似的元件。
 較佳實施例之詳細說明
下文詳細描述中，提供許多特定細節藉以徹底瞭解本發明。然而，熟習該技藝者將瞭解：可以在缺乏這些特定細節下實行本發明。其他案例中，則不詳述熟知的方法、程序、組件、模組、單元及/或電路以免模糊本發明。
本發明的實施例可適用於多種不同的列印系統及方法。為了清楚及簡單起見，對於非接觸性材料沉積系統的示範性實施例及參照係大部份針對使用一噴墨系統之供太陽能電池所用的傳導金屬線製造之應用。然而，本發明的範圍不限於此等示範性實施例而可適用於其他沉積系統諸如氣劑噴注沉積系統或配送器，且適用於其他應用諸如圖形、新聞、大眾媒體、包裝、電子件及其他。
本發明的實施例係有關一用於在一列印製程或一列印工作處於進程中時檢查列印噴嘴並依需要取代主動列印的噴嘴之系統及方法。根據實施例，該系統可包含冗餘列印頭或列印單元，以使列印頭數量可大於進行一所想要列印任務所需要的列印頭數量。在列印期間的任何給定時間，列印頭的一部分可為主動而其餘列印頭則可為冗餘列印頭。
為此，當一列印製程處於進程中時，將指定選自裝設於一系統中的複數個列印頭之一第一次組以沉積材料於一基材上，一第二、不同次組的列印頭可能接受或經歷一維修程序。譬如，當一第一列印頭主動地沉積材料於一基材上時，一第二列印頭可從一列印區域或區重新安置至一檢查、服務或維修站。當第二列印頭被檢查、服務、修理或以其他方式接受一維修程序時，第一列印頭可繼續列印及/或沉積材料。
部分實施例中，該方法可包括將線列印在一基材上，譬如藉由從一具有配置於一或多列中的噴嘴之列印單元來沉積材料以將接觸線列印於一半導體晶圓上。根據實施例，列印單元可包含冗餘噴嘴。一列印單元中的噴嘴數量可能大於達成一所想要列印任務、譬如以所想要解析度列印一線之所需要的噴嘴數量。在列印期間的任何給定時間，一列印單元內之噴嘴的一部分可能為主動，同時其餘噴嘴則可為冗餘或非主動。只藉由被指定為主動噴嘴之噴嘴來達成列印，其餘噴嘴則被指定為非主動噴嘴。在一特定列內，材料可被選擇性地沉積。
該方法可進一步包括將列印單元移動至一檢查區，同時以可進行前者列印單元的任務之另一列印單元的主動噴嘴繼續作列印。檢查區中，噴嘴受到檢查且主動噴嘴的一者可被識別成為一故障噴嘴。根據部分實施例，可在列印區達成檢查而無需將列印單元移動至檢查區。
然後，經識別的故障噴嘴可被指定為非主動，且先前被指定為非主動噴嘴的一者可變成一主動噴嘴以取代故障噴嘴。該方法可進一步包括將列印單元從檢查區移回到列印區並以該單元繼續列印以使新主動噴嘴取代故障的噴嘴。
根據本發明的實施例，全部噴嘴在檢查區或列印區中被檢查之後，該系統可分析檢查資料並可以預定考量因素為基礎選擇一最佳組的噴嘴作為主動噴嘴。然後，所選擇的噴嘴可被指定或指明為主動噴嘴，列印單元的其餘噴嘴則將被指定為非主動。可以一所需要的滴粒尺寸、噴注穩定度及/或選擇其噴注方向相距噴嘴板(孔口板)的法向具有實質類似的偏差之噴嘴作為基礎，藉以決定最佳組的噴嘴。選擇最佳組的噴嘴時可將其他參數列入考量，而不脫離本發明的範圍。
參照第1圖，圖中顯示根據本發明示範性實施例之一示範性列印系統的高階方塊圖。示範性系統、標為系統100係可能能夠執行連續高速、高產量列印工作而不需頻繁停止以供維修或檢查。請注意系統100可適用於多種不同的列印系統，譬如噴墨或氣劑配送系統。系統100可包括列印單元或列印頭105A-105F，一列印區110，諸如一傳送器或平台(未圖示)而界定一列印區域的寬度，其上可放置有諸如半導體晶圓等列印媒體，及一服務區125，其中可發生列印單元及其噴嘴的維修及檢查。
服務區125可包括一或多個維修站以進行對於列印單元的不同維修操作。雖然只顯示六個示範性列印單元，可使用任何適用數量的列印單元而不脫離本發明的範圍。決定出列印單元數量以使至少一個列印單元為冗餘。藉由冗餘作用，能夠在主動噴嘴繼續列印製程時，同時地檢查非主動噴嘴。為此，來自單元105A-105F之至少一列印單元係可能能夠獨立地移動於列印區110與服務區125之間，同時其他列印單元則保持位於列印區並繼續列印製程。服務區125可接近或緊鄰於列印區110。根據本發明的部分實施例，列印單元105A-F可被安裝在軌道上使其可能從列印區110移動至服務區125。可使用任何其他的運送單元或機構而不脫離本發明的範圍。
各列印單元105A-F可包含配置於一或多列中之噴嘴106。第1圖的示範性圖示中，各列具有平行於列印或掃描方向X所配置之八個噴嘴。然而，熟習該技藝者將瞭解：各列可包括數十或數百個噴嘴。各列可包括用來在偵測到時代替故障噴嘴之冗餘噴嘴。一故障噴嘴可能譬如係為一無法噴注任何材料之阻塞的噴嘴，一只能噴注來自所想要材料量的一部分之微弱或部份阻塞的噴嘴，或一在強烈偏離大部份噴嘴噴注方向的一方向作噴注之噴嘴。
列印單元105A-C可被定位成緊鄰於列印區110俾使該等列平行於列印方向X。若基材被一傳送器移動，列印方向可由基材前進方向所代表。此組態中，各列可在一掃描中在與列印方向平行的一方向中列印單一金屬化線。根據本發明其他實施例，列印單元相對於列印方向可能具有其他建置或組態。
系統100可進一步包括一用來控制列印製程之控制器115，及一被耦合至控制器115之影像獲取單元120。根據本發明的實施例，控制器115可進行、或配合進行系統100的組件及其運作之諸如但不限於協調、組構、排程、仲裁、監督、操作及/或管理等任務或功能。譬如，控制器115可控制列印單元105A-F及被列印物體在列印區110中之運動。控制器115可包含任何所需要或適當的硬體、軟體、韌體或其一組合。譬如，控制器115可身為一含有一控制器及/或中央處理單元(CPU)、一記憶體及輸入與輸出單元之運算裝置。
影像獲取單元120可包含一偵測器或成像裝置121，諸如攝影機或電荷耦合元件(CCD)以藉由譬如獲取離開噴嘴之材料滴粒的影像來檢查噴嘴的狀態與條件。可使用任何其他適當的視覺偵測器或任何其他用於識別噴嘴狀態之方法。影像獲取單元120可進一步包含一影像處理單元122以分析影像並決定受檢查的噴嘴及用以儲存有關噴嘴狀態的資料之儲存器123的現今狀態。
根據本發明的實施例，偵測器121可耦合至一用於處理及儲存所擷取影像之專用運算及儲存裝置，或替代性地，控制器115可進行這些操作。根據本發明的實施例，一諸如脈衝式雷射源或脈衝式發光二極體(LED)等脈衝式光源可耦合至偵測器121以能夠將從噴嘴沉積的滴粒予以成像。控制器115可進一步控制及管理檢查程序，譬如協調滴粒的射出、光脈衝及攝影機的操作。
現在參照第2圖，圖中顯示具有冗餘噴嘴且被定位成平行於列印方向之一陣列的列印單元，以展示本發明的實施例。可在生產太陽能電池時利用列印單元210、220及230將傳導線列印在一半導體晶圓上。根據本發明的實施例，列印期間，一第一次組的噴嘴可被指定為主動噴嘴，譬如，噴嘴224-228可被指定為主動。列印單元220内之一第二次組的噴嘴、譬如噴嘴221-223可被指定為非主動。識別出一噴嘴、譬如噴嘴225具有缺陷時，有缺陷的噴嘴可由非主動噴嘴221-223的任一者予以代替。譬如，噴嘴225可被重新指定為非主動，且噴嘴222可被重新指定為主動。
根據本發明的實施例，當一列印製程處於進程中且當用於界定第一次組的列印單元之一或多個列印單元正在主動地沉積時，用於界定一第二次組的列印單元之另一或多個列印單元係可移動至服務區125以供維修及/或檢查用。並且，若需要，可將至少一對噴嘴的狀態互換藉以使先前主動的噴嘴變成非主動且先前非主動的噴嘴變成主動。
被重新安置於服務區125的列印單元係可作檢查、服務及組構。譬如，可藉由獲取經檢查單元的噴嘴所配送或射出之滴粒的影像來檢查噴嘴。影像可隨後藉由影像處理單元122予以分析。以該分析作為基礎，故障噴嘴可被識別且由冗餘噴嘴所取代。並且，可修改或驗證不同的工作參數。譬如，以一噴嘴的檢查為基礎，可修改諸如壓力、溫度或電壓等工作參數。
再度參照第1圖，影像處理單元122可從偵測器121接收影像並藉由施加適當的影像處理技術來處理此等影像。譬如，可藉由影像處理單元來進行所噴注滴粒之形狀、軌跡及速度的分析。譬如，可利用影像處理以從噴嘴所射出滴粒的一影像為基礎來決定一噴嘴的一狀況。另一範例係可將可能在一預定時間期間所獲取的兩個或更多個影像予以比較。藉由比較影像或另行將影像建立相關，可決定出一噴嘴之不同狀況、故障或其他態樣。譬如，可藉由比較接連或接續的影像來偵測一噴嘴的效能劣化。
雖然一視訊攝影機可提供與可見光相關之影像，可產生其他影像。譬如，偵測器121可為一可記錄溫度之紅外線攝影機，藉以提供所射出墨水或氣劑的溫度分佈。雖如此處所述，成像裝置或偵測器121可放置在服務區域，可能具有其他組態。譬如，一或多個攝影機可放置成接近一譬如區域110等列印區域、其周圍或予以緊鄰。在噴嘴沉積材料至一測試基材上之列印製程期間，此等攝影機可獲得影像。
儲存系統或單元123可接收及儲存偵測器121所獲取及/或從譬如遠端伺服器或可移除式儲存媒體諸如光碟片(CD)或記憶體晶片等不同來源所獲得之影像。譬如，可將一所想要射出的參考影像載入或以其他方式儲存於一儲存裝置中並可用來與偵測器121所獲取的影像作比較或以其他方式建立關連。一參考影像係可含有一理想、或其他所想要的射出或沉積之一影像，並因此可譬如藉由將其與一第二影像作比較來使用藉以決定在第二影像中所成像的一射出是否可接受或者另行決定該射出的一品質或與已自其噴注之經成像滴落的噴嘴相關之其他功能參數。
熟習該技藝者應瞭解：藉由列印單元或列印頭的冗餘作用，可能能夠動態地選擇參與一列印製程中之列印頭。為此，在一列印製程期間可能存在及/或可取得冗餘、備用、未使用或怠惰的列印頭。此等冗餘列印頭可能能夠在一列印製程持續進行中、主動或處於進程中之時動態地取代列印頭。譬如，若一第一列印頭為主動(譬如藉由將材料沉積在一媒體上主動地參與一列印製程)、需要、或被選擇作服務或檢查，則一第二、非主動、怠惰或冗餘列印頭可藉由被製成主動來取代第一列印頭。為此，第一列印頭(此時被取代)可被製成非主動並可進一步被檢查、服務或另行接受一維修程序。
根據本發明的實施例，列印單元或列印頭可配備有冗餘噴嘴。譬如，一可能需要一百(100)個噴嘴藉以進行其預定任務之列印頭係可配備有五百(500)個噴嘴。為此，只有被配合、包括或裝設在一列印頭中之一次組的噴嘴可主動地參與一列印製程，譬如將材料實際地射出至一表面或媒體。根據本發明的實施例，如此處所描述的噴嘴冗餘性係可能能夠動態地將一次組的噴嘴選擇或指定成為主動。此冗餘性可進一步能夠以非主動噴嘴來取代主動噴嘴。譬如，當譬如由於故障或一排定或週期性維修例行工作的一部份而決定需要更換或服務一列印頭中的一第一噴嘴時，一第二、非主動或冗餘噴嘴可藉由將材料射出至一表面或媒體上而被選擇、製成主動、並可能取代第一噴嘴。
參照第3圖，圖中顯示根據本發明部分實施例之一用於列印的方法之流程圖。如方塊310所示，該方法可包括開始一使用一第一列印單元或列印頭之列印製程。譬如，可將一列印檔案中的資訊提供至一列印系統，諸如第1圖所述的系統100。控制器115由於擁有此資訊，將可使一傳送器定位出晶圓，俾使一次組的噴嘴(在列印單元230及220中皆被指定成為主動噴嘴)可將傳導材料沉積於其上。以此列印檔案中的資訊為基礎，控制器115可控制噴嘴及列印單元藉以根據列印檔案中的規格或參數來沉積材料。
如方塊320所示，該方法可包括將一或多個列印單元、譬如列印單元220移動至一服務區。列印單元在服務區被檢查及/或服務的時間期間，另一列印單元、諸如先前為冗餘的列印單元210可變成主動藉此以列印單元210及230來繼續列印製程。如方塊330所示，該方法可包括檢查列印單元200的噴嘴以及將一或多個噴嘴、譬如噴嘴225識別成為故障或具有缺陷的噴嘴。
該方法可包括決定故障是否可被修理。譬如，若偵測到一噴嘴的孔口被完全阻礙，可存在一用於從孔口移除阻礙藉以修理故障之程序。其他偵測到的故障可能需要一複雜、可能為手動的程序藉此予以修理。立即地或在一列印製程處於進程的同時將一故障分類為可被處置或修理的故障係可能依據不同參數及/或組態而定。若故障可被修理，流程可包括對於噴嘴提供服務。譬如，可修改工作參數或可執行一自動化清除程序。
如方塊335所示，該方法可包括以檢查為基礎來選擇一最佳組的噴嘴作為最佳噴嘴。為此，該方法可包括當不可能修理或不想作修理時將一故障噴嘴指定為非主動。被識別為非主動之噴嘴可能不參與列印製程直到其狀態改變成“主動”為止。如方塊340所示，該方法可包含將所選擇組的噴嘴指定為主動且將故障噴嘴及列印單元的其餘噴嘴指定為非主動。譬如，該方法可包括將先前指定為一非主動噴嘴之來自同列新故障噴嘴的一噴嘴指定成為主動。譬如，決定噴嘴225為故障之後，先前非主動且未參與列印製程之一冗餘噴嘴、諸如噴嘴223係可被指定為一將取代故障噴嘴225之主動噴嘴。
雖如此處所述，一第一故障噴嘴可被指定為非主動且一第二非主動噴嘴可被指定為主動藉以補償故障噴嘴，可能具有其他情境。譬如，具有相同列印單元且可能同列之噴嘴係可以一預定排程為基礎受到取代。譬如，為了避免噴嘴中的墨水乾燥，噴嘴可被週期性指定為主動或非主動。雖然部分實施例中，一第一噴嘴可由一第二噴嘴所取代，可能具有其他組合。譬如，一故障噴嘴可由兩冗餘噴嘴所取代。譬如，此等兩噴嘴可接受指令使其合併的操作與故障、受取代噴嘴的一預定操作相同。
如方塊345所示，該方法可包括在檢查結束之後，將第一列印單元移回到列印區。由於其他列印頭可能在此時間正在列印，列印單元220可譬如取代列印單元210來執行持續進行中的列印製程，且列印單元210可移動至服務區以供檢查。或者，列印單元220可譬如取代列印單元230來執行持續進行中的列印製程，且列印單元230可移動至服務區以供檢查。為此，如方塊350所示，該方法可包含停止以一工作列印單元作列印並利用第一列印單元繼續列印製程。第一列印單元可譬如為單元220，其中新主動噴嘴、噴嘴221係取代先前所使用且此時故障之噴嘴225。
本發明的實施例可包括一諸如電腦或處理器可讀取式媒體等物件、或一電腦或處理器儲存媒體諸如記憶體、碟機、或USB快閃記憶體、編碼以包括或儲存有諸如電腦可執行式指令等指令，當其被一處理器或控制器執行時係可實行此處所揭露的方法。
雖然本發明的實施例不在此限，此處的“複數個”用語可譬如包括“多重”、或者“兩個或更多個”。“複數個”用語可在整份說明書中用來描述兩或更多個組件、裝置、元件、單元、參數或類似物。
除非明述，此處所描述的方法實施例並不限於特定次序或順序。此外，部分所描述的方法實施例或其元件可發生或進行於相同時間點或重疊時間點。如此技藝所知，諸如函數、任務、次任務或程式等可執行碼分段之執行係可稱為函數、程式或其他組件之執行。
雖然本發明的實施例不在此限，利用諸如“處理”、“運算”、“計算”、“決定”、“建立”、“分析”、“檢查”或類似物等用語的討論可能係指一電腦、一運算平台、一運算系統、或其他電子運算裝置之操作及/或製程，其將電腦暫存器及/或記憶體內的物理(譬如電子)量代表的資料操縱及/或轉換成為以電腦的暫存器及/或記憶體或可儲存指令來進行操作及/或製程之其他資訊儲存媒體內的物理量所代表之其他資料。
雖然此處已經顯示及描述本發明的特定特徵構造，熟習該技藝者可得知許多修改、替代、變化及均等物。因此請瞭解，申請專利範圍預定涵蓋落在本發明真實精神內的所有修改及變化。
100．．．列印系統
105A-105F．．．列印單元或列印頭
106,221-223,224-228．．．噴嘴
110．．．列印區
115．．．控制器
120．．．影像獲取單元
121．．．偵測器或成像裝置
122．．．影像處理單元
123．．．儲存系統或單元，儲存器
125．．．服務區
200,210,220,230．．．列印單元
310,320,330,335,340,345,350．．．製程
X．．．列印或掃描方向
第1圖顯示根據本發明的實施例之一示範性列印系統；
第2圖顯示有助於顯示本發明的實施例之具有冗餘噴嘴且被定位成平行於列印方向之列印單元；及
第3圖為顯示根據本發明部分實施例之一用於列印的方法之流程圖。
310,320,330,335,340,345,350．．．製程

Claims (10)

  1. 一種列印方法，該方法包含：使用一具有噴嘴之第一列印單元在一列印區中作列印，該等噴嘴的一第一部分被指定為主動噴嘴且該等噴嘴的一第二部分被指定為非主動噴嘴，其中藉由從該第一列印單元的主動噴嘴選擇性地沉積材料以作出該列印；停止以該第一列印單元之該列印同時以一第二列印單元的主動噴嘴繼續該列印；檢查該第一列印單元之噴嘴；以檢查結果為基礎來選擇新的一組主動噴嘴；及使用具有該新的一組主動噴嘴之該第一列印單元來繼續該列印，其中該等噴嘴係配置於一具有與一掃描方向呈平行的方向之列中。
  2. 如請求項1之方法，包含：在檢查之前將該第一列印單元移動至一檢查區；及將該第一列印單元移回至該列印區以繼續該列印。
  3. 如請求項1之方法，其中該列印係包含在該掃描方向中列印一線。
  4. 如請求項1之方法，包含：將該第一列印單元的主動噴嘴之一者識別為一故障噴嘴；將該故障噴嘴指定為非主動且將該第一列印單元 的非主動噴嘴之一者指定為一新的主動噴嘴，藉以使該新主動噴嘴取代該故障噴嘴。
  5. 如請求項1之方法，其中該檢查係包含：獲取由該第一列印單元的噴嘴所進行之滴粒射出的影像；及以該等影像的分析為基礎來識別該故障噴嘴。
  6. 如請求項5之方法，其中該分析係包含決定滴粒的尺寸及從一預定方向至一噴注方向所偏差之尺寸。
  7. 如請求項1之方法，其中該沉積係將一電傳導材料沉積在一印刷卡板或一半導體晶圓的一者上以產生金屬化傳導線。
  8. 如請求項1之方法，其中以一所需之滴粒尺寸為基礎來選擇該新的一組主動噴嘴。
  9. 如請求項1之方法，其中以來自該等噴嘴噴注之穩定度的程度為基礎來選擇該新的一組主動噴嘴。
  10. 如請求項1之方法，其中以該等噴嘴的噴注方向為基礎來選擇該新的一組主動噴嘴。
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