TWI516378B - 用於處理長形、連續可撓基板的設備和方法 - Google Patents

Description

用於處理長形、連續可撓基板的設備和方法

本發明有關一種設備和方法，用於在連續長度的可撓性非編織基板上之多層薄膜中建立精密標度、正確記錄之圖案，該等基板係由一捲筒展開及在加工之後被重繞至一捲筒上。該基板係藉由能夠施行二維佈圖之無掩模、直接寫入方法以離散的、經界定之長度加工。特別地，對於在該等多層薄膜上及於該等多層薄膜之間的電互連裝置及介電零組件之形成，該方法係適當的，而該等多層薄膜係在可撓性顯示器、太陽能電池板、及其他微電子裝置中碰到。

該封裝及印刷工業已有很多年使用捲盤至捲盤加工方法，用於將印刷油墨施加至可撓性聚合物及紙張資料之各段長形的長度。於此案例中，該所謂之片膜材料係連續地運動，且重複之墨水圖案係藉由諸如橡膠版輪轉印刷、平版印刷及凹版印刷之各種滾筒轉印製程施加至所選擇之區域。該轉印滾筒直徑沿著該片膜流動方向設定該圖案之最大重複字符間距。近來，隨著對於低成本、可撓性電子裝置之不斷增加的需求，使用具有電子功能性之墨水的橡膠版輪轉印刷及平版印刷的連續捲盤至捲盤製程已被開發。這些“高速旋轉”印刷製程係很快速的及能在高達每分鐘數百公尺之片膜速率施加墨水圖案，該片膜在此印刷製程係連續地運動，且該展開及重繞捲盤被連續地操作。然而，對於改變產品材料及設計與能被可靠地印刷之最小線寬具有受限制之彈性，及對於該基板上之現存圖案具有相當不佳之重合準確性，且因此它們係不適合用於現在所需要之最先進的多層可撓性微電子裝置之佈圖。於此案例中，需要數十微米之最小線寬及比這更好之重合準確性。這些型式之連續印刷製程的另一缺點係因為建立某一結構設計之板件或滾筒以界定該墨水圖案的需求，這些連續印刷製程係僅只適合用於很長的製程運轉。

該等微電子及醫學工業亦使用捲盤至捲盤加工方法，以製造可撓性電子裝置，諸如太陽能電池板及感測器。於此案例中，通常需要較高之重合準確性，且絲網印刷之技術係通常被用於達成該較高之重合準確性的一方法。於此案例中，該可撓基板的一經界定之長度係自一捲筒拉出，且被支撐在一製程夾頭上。一合適之遮罩絲網係重合至該基板，且接著通常具有某些電子功能性之過量的墨水係藉由在該夾頭的長度上方之刮片的一維動作，被給予及強迫經過該絲網遮罩，以界定所需要之圖案。因為將該絲網接觸至該基板之需求，該絲網與該基板兩者係於該印刷循環期間保持固定不動，同時該刮片運動越過該絲網。因此絲網印刷不是一連續之製程，但在離散之基板區域上操作，且該展開及重繞捲盤大致上係間歇性地操作，或片膜累積器單元被設置在該絲網印刷機之每一側面，以允許該生產線之其餘部份與重繞捲盤連續地操作。絲網印刷被限制於大約100微米之最小線寬，故未能被使用於先進之可撓性微電子裝置，在此可撓性微電子裝置需要直至數十微米之線寬。此外，因為建立一絲網以界定該圖案之需求，絲網印刷係更合適用於長時間的重複製程運轉。

用於短時間的製程運轉，每一次改變該圖案設計即需要建立一絲網或經佈圖之滾筒或板件係一嚴重之阻礙。這限制已基於施加至運用電子儀器進行功能及裝飾用墨水兩者之按需噴墨印刷，藉由無掩模印刷製程之導入所克服。於此製程中，具有一列或多列噴嘴之列印頭係在該基板上方於二維之逐行掃描軌跡中來回地運動，以覆蓋一被界定之面積。來自該等噴嘴之墨水微滴的發射係藉由電脈衝在適當之時刻作動，以致所需之圖案被界定在該沈積之墨水中。此型式之印刷通常被稱為“數位印刷”。其係比該等稍早敘述之更典型的印刷方法遠較慢，但由於該微滴配置控制能達成遠較高之重合準確性。亦可達成低於50微米之最小線寬。因此，此型式之印刷已成為用於功能性墨水之印刷的常見方法，以製成精確可撓性微電子裝置。

當此型式之噴墨印刷製程係施加至薄片基板時，其通常係將該等薄片基板放置在一夾頭上，該夾頭於一軸線中運動該基板，同時該噴墨頭被設置成與該另一方向正交及在該另一方向中運動。此“交叉的軸線”系統可被設計成快速、精確、及高度可重複的。然而，當噴墨式印刷係施加至可撓性材料之連續片膜時，其通常係在一模式中操作，該基板在此模式係保持固定不動，且該列印頭係在該整個製程區域上方藉由一裝上發動機的雙起重臺架系統二維地運動。與該“交叉的軸線”架構作比較，此等配置導致速率、準確性及可重複性之損失。

所討論之所有該等印刷方法係追加式圖案形成製程，但用於該基板具有一施加至該表面的薄膜之案例，涉及脈衝雷射燒蝕或雷射曝光之減去式製程通常被使用於微電子裝置之形成。於這些案例中，為形成所需之圖案，任一脈衝式雷射被使用於藉由一直接之雷射燒蝕製程選擇性地移去該薄膜塗層中之各區域或直線，或另一選擇係，CW或準CW UV雷射被使用於曝光一具有所需之圖案的抗蝕劑層，該圖案係接著藉由隨後的顯影與蝕刻製程被轉印進入一位在下方之薄膜。

當這些雷射製程被使用於佈圖諸薄片基板時，各種不同的方法被使用於達成該雷射及該基板間之所需的相對運動。用於小的基板，一固定不動之雷射光束係最普通的，而使該基板在一夾頭上之二軸線中運動。以由固定不動之雷射運送一光束至該加工頭之觀點，這是該最想要之配置，因該雷射及該加工頭間之距離被固定。用於大的薄片，為使覆蓋區減至最小，其通常係在一固定不動之基板上方於二軸線中運動該雷射頭。以運送一來自固定不動之雷射的光束至該加工頭之觀點，這是該最少想要之配置，當該路徑長度能顯著地改變時，該加工頭於此案例中在二軸線中被運動遍及某一距離。以達成該最快速雷射頭及基板速率及最高準確性與可重複性之觀點，及在對於至一固定不動之雷射與一運動加工頭間之路徑長度的一維變化具有一可接受之光學解決方法中，一交叉的軸線方式大致上係最常見者，在此該雷射頭在一軸線中及該基板在該另一軸線中運動。

然而，當雷射加工係施加至可撓性材料之連續片膜時，因為藉由該等相關之展開及重繞捲筒所造成的限制，其通常係於一模式中操作，在此該基板被保持固定不動，且該加工頭係在該整個加工區域上方藉著一裝上發動機的雙起重臺架系統於二軸線中運動。與該“交叉的軸線”架構作比較，此等配置導致速率、準確性及可重複性之損失，且遭受與於二軸線中改變之光學路徑長度有關的光束運送問題。

因此，為了藉由追加式及減去式製程兩者於該等薄膜中建立該高解析度、正確重合、圖案，且該等薄膜係用於製造可撓性微電子裝置所需要者，相對於連續片膜可撓基板之精確被定位區段的離散長度之表面，對於可運動噴墨頭或雷射頭的其中之一或兩者的設備有一需求，該等連續片膜可撓基板係由捲筒展開與重繞在捲筒上。

根據本發明之第一態樣，提供有用於在離散之經界定長度中加工一可撓基板之長形、連續的長度之設備，以便藉由直接寫入在該基板上用一高階位置準確性形成高解析度、二維之圖案，該設備包括：

a.一分配單元，用於在第一方向中由一展開捲筒週期性地分配該可撓基板之一經界定的長度，同時於該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；

b.一夾頭，該基板的一離散之經界定的長度被週期性地夾住至該夾頭上供加工；

c.一第一調節單元，用於調節該第一方向中之長度變化，且在第一方向中維持該夾頭上游的基板中之恆定的張力；

d.一第一機件，用於遍及基板之該離散長度的全長，在該第一方向中向後與往前一或多次精確地運動該夾頭與該基板之附接離散的長度；

e.一加工單元，其被安裝在該夾頭上方，用於在該基板之經界定的長度上藉由直接寫入製程形成一高解析度之二維圖案；

f.一第二機件，用於遍及該基板之全寬，在與該第一方向垂直的第二方向中向後與往前一或多次精確地運動該加工單元；

g.一第二調節單元，用於調節長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭下游的基板之經界定的長度中之恆定的張力；

h.一重繞單元，用於在該第一方向中於加工之後將該可撓基板之一經界定的長度週期性地重繞至一重繞捲筒上，同時於該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；及

i.一控制系統，其被配置成可控制：

i.該基板之離散經界定的長度之周期性夾住至該夾頭供加工，與該夾頭於該第一方向中之運動，同時該等展開及重繞捲筒係固定不動的；

ii.該夾頭及加工單元的運動，該運動係藉著該夾頭及該加工單元兩者之同步、連續式動作，或藉由該夾頭及該加工單元之一在一方向中的一系列連續式動作結合該夾頭及該加工單元之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作的其中之一；

iii.該加工單元之操作；

iv.該基板之離散經界定的長度由該夾頭之周期性鬆開，及該等展開與重繞捲筒之操作，以便將該基板之經界定的長度重繞至該重繞捲筒上，且由該分配捲筒展開該基板之另一經界定的離散長度。

較佳地是，該設備具有以下之零組件：

a.一片膜展開單元，其與片膜制動及張力控制系統有關聯，該片膜制動及張力控制系統具有夾住該片膜基板或由一圓柱形捲筒週期性地分配未經加工的可撓性片膜基板之經界定的離散長度供加工之能力；

b.一片膜長度補償單元，其係能夠調節所有長度變化，及維持所分配之未經加工的基板的離散長度中之恆定的張力，使得該片膜之伸長程度被界定；

c.一平板夾頭，其係附接至一伺服馬達傳動架台，該伺服馬達傳動架台造成該夾頭在平行於該片膜之方向中運動；

d.該夾頭的上表面中之真空通道，用於在加工期間附接該未經加工的基板之長度；

e.一加工單元，其被安裝在該夾頭上方及附接至一伺服馬達傳動架台，該伺服馬達傳動架台造成該加工單元運動越過該片膜之寬度；

f.一或多個照相機單元，其被附接至能夠觀看該基板頂部表面之加工頭；

g.一或多個雷射頭、噴墨頭或其他加工頭，其附接至被配置成可在該夾頭上之基板的頂部表面上操作之加工單元；

h.一第二片膜長度補償單元，其係能夠調節所有長度變化，及維持經加工之基板的離散長度中之恆定的張力，使得該片膜之伸長程度被界定；

i.一片膜重繞單元，其與片膜制動及張力控制系統有關聯，該片膜制動及張力控制系統具有夾住該片膜基板、或週期性地張緊該可撓基板之一經界定的長度、與在加工之後將該可撓基板之一經界定的長度捲繞至一圓柱形捲筒上的能力；

j.控制系統，其允許該加工單元及該夾頭之程式設計、協調動作與該等片膜長度補償器及該等展開和重繞單元之操作。

在操作中，該設備較佳地係工作如下：

a)該等展開及重繞單元兩者上之制動器被釋放，且操作兩單元，以致該片膜基板的一離散之長度係在張力控制之下被推進，以致一經界定的長度被定位在該夾頭上方；

b)經由該夾頭表面中之通道、孔洞或細孔施加真空，以致基板材料之經界定的長度被牢牢地夾住至該夾頭表面；

c)該等展開及重繞捲筒兩者被停止，且施加該等制動；

d)片膜長度補償器兩者被作動，以張緊及釋放由於該夾頭在該片膜方向中之動作而發生在該夾頭之每一側面的過量片膜材料；

e)該X及Y架台運動該夾頭及加工單元，故附接至該加工單元之照相機單元係能夠坐落在基準標記或其他圖案參考之位置；

f)測量參考標記之精確位置；

g)在該架台控制軟體中作校正，以補償該基板離一標準位置之任何測量有角度或位置偏置；

h)藉由該加工頭及夾頭之適當動作加工該夾頭上之基板；

i)該夾頭真空被釋放；

j)該展開及重繞單元制動被釋放，且兩者係在張力控制之下操作，故該基板之經加工的長度係由該夾頭區域運動；

k)重複上面之步驟a至i。

根據本發明之第二態樣，提供有在離散界定長度中加工長形、連續長度之可撓基板的方法，以用高階之位置準確性藉由直接寫入在該基板上形成高解析度、二維圖案，該方法包括；

a)操作一分配單元，以在第一方向中由一展開捲筒週期性地分配該可撓基板的一經界定之長度，同時在該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；

b)提供一夾頭，該基板的一離散之經界定長度被週期性地夾在該夾頭上供加工；

c)調節在該第一方向中之長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭之上游的基板中之恆定的張力；

d)遍及該基板之該離散長度的全長，在該第一方向中向後與向前一或多次地運動該夾頭與該基板之被附接的離散長度；

e)在該夾頭上方提供一加工單元，以藉由一直接寫入製程在該基板之經界定的長度上形成一高解析度二維圖案；

f)遍及該基板之全寬，在第二方向中向後與向前一或多次精確地運動該加工單元，該第二方向係垂直於該第一方向；

g)調節長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭上游的基板之經界定長度中之恆定的張力；

h)在加工之後於該第一方向中將該可撓基板之經界定的長度週期性地重繞至一重繞捲筒上，同時在該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；及

i)提供一控制系統，以控制：

i.該基板之一離散經界定長度的周期性夾住至該夾頭供加工，及該夾頭於該第一方向中之運動，同時該等展開及重繞捲筒係固定不動的；

ii.該夾頭及加工單元之運動，其係藉著該夾頭及該加工單元兩者之同步、連續式動作，或藉由該夾頭及該加工單元之一在一方向中的一系列連續式動作與該夾頭及該加工單元之另一個在另一方向中的一系列間歇性地動作的其中之一；

iii.加工單元之操作；及

iv.該基板之離散經界定長度由該夾頭之周期性鬆開與該等展開及重繞捲筒之操作，以便將該基板之經界定長度重繞至該重繞捲筒上，且由該分配捲筒展開基板之另一經界定的離散長度。

與此設備一起使用之片膜薄層可被由任何適合用於支撐微電子或感測器裝置之可撓性材料製成。其可預見的是該材料大致上將為一聚合物、諸如聚酯，但金屬或紙張之薄層亦可被使用。薄層厚度大致上係可預見為在數十微米至數百微米之範圍中，但如果它們係需要且係能夠由捲筒被加工，更厚之薄層係可能的，且較薄之薄層係亦可能的。

片膜寬度可預見的是於幾百毫米至超過1米之範圍中，如果必需可使各長度直至數公里，但較狹窄、更寬廣及較長之片膜亦可與所敘述之設備一起使用。

該展開及重繞單元僅只當該基板材料被由該夾頭釋放及被使用於推進基板之經界定長度供加工時操作。當該夾頭上之基板被加工時，該等展開及重繞單元係在施加閉合環路張力控制及該片膜制動之下保持固定不動。在兩單元上之捲筒係藉由伺服馬達所驅動，且具有來自片膜張力感測器之回饋，以便在該片膜中維持一適當之張力，以控制該伸長量。其可預見的是典型之片膜推進各段距離，對應於離散之加工區域長度將是在幾百毫米直達一公尺之範圍中，但其他較短及較長之推進及加工距離係亦可能的。關於本發明的一重點為該設備係很有撓性的，且該加工長度能藉由該展開及重繞單元之動作的合適程式規劃所改變。如果這些單元在它們每次操作時展開及重繞相同長度之片膜，則該加工長度保持相同。如果它們被造成重繞一不同長度以展開，則該加工長度能被變化。

該設備之架構係所謂交叉軸線型，使該加工頭於一越過該片膜之軸線中運動，且該基板於一正交之軸線中沿著該片膜方向運動。該整個基板面積之涵蓋範圍係以下列的其中之一進行a)步進及掃描模式，在此該加工單元及夾頭架台兩者間歇性地運動，b)越過該片膜之逐行掃描模式，在此該加工單元越過該整個片膜寬度造成一系列連續運動，且該夾頭造成一系列步進運動，該等步進運動係少於該整個行程，不論該加工單元何時已經完成越過該片膜的一次操作，c)沿著該片膜之逐行掃描模式，在此該夾頭沿著其行程之全長造成一系列連續運動，且該加工單元造成一系列步進運動，該等步進運動係少於該整個片膜寬度，不論該夾頭何時已經完成一次完整之操作，及d)向量寫入模式，在此加工單元及夾頭架台兩者同時以一座標的方式操作。

當該設備正以這些四個模式之任一模式操作及因為該基板被附接至該運動之夾頭時，在該夾頭組件的每一側面上有一加工過量之基板材料的需求。這是藉著該二特別之高速片膜長度補償器單元所作成。一單元係位在該夾頭組件及該展開單元之間，且另一單元係位於該夾頭組件及該重繞單元之間。當該夾頭係在該片膜方向中遍及其整個行程之一些或所有行程運動時，這些二單元之功能係張緊及釋放過量之基板材料，而不會妨礙該架台之準確性及速率，不會對該片膜賦予充分之拉力而造成該段長度之基板被真空夾住至該夾頭，以相對於該夾頭表面運動，且不會損壞該基板或該基板上之任何未經加工或經加工的薄膜。當該設備係沿著該片膜以逐行掃描模式操作時，該等長度補償器單元被要求最密集地施行，在此該夾頭沿著其行程之全長造成一系列之連續運動。於此案例中，該長度補償器單元可被要求在每秒高達1米之速率反覆地張緊及釋放鬆弛之片膜材料。實際上，該等長度補償器單元將最可能地由緊接隔開之平行滾筒配置所組成，在此一可運動之滾筒係位於二固定式滾筒之間，使得當該可運動之滾筒相對於該等固定式滾筒位移時，片膜之某一段長度被張緊或分配。如果該等滾筒被隔開，使得該可運動滾筒的每一側面上之片膜長度係平行，則被釋放或張緊的片膜之長度係等於該滾筒之兩倍行程距離。該滾筒之被動或主動運動的其中之一係可能的。於該被動之案例中，該滾筒依靠重力以維持片膜張力。於該主動之案例中，該滾筒係藉由一併入片膜張力感測器之機件向上或向下驅動。其他用於片膜長度補償器單元之配置係可能的。具有一或多數被水平地或直立地安裝之運動滾筒的單元能被使用，以配合該特別之需求。

各種不同之佈圖單元能被附接至該加工頭。這些佈圖單元包括：

1.一光學系統，用於將一脈衝式雷射光束直接地聚焦至該片膜表面上或成像至該片膜表面上，用於該基板上之薄膜的燒蝕。

2.一掃描器及平場聚焦透鏡系統，用於將一脈衝式雷射光束聚焦至該片膜表面上或成像至該片膜表面上，用於該基板上之薄膜的燒蝕。

3.一光學系統，用於將一連續波(CW)或準連續波雷射光束直接地聚焦或成像至該基板表面上，用於薄膜固化或攝影曝光。

4.一掃描器及平場聚焦透鏡系統，用於將連續波或準連續波雷射光束聚焦或成像至該基板表面上，用於薄膜固化或攝影曝光。

5.一按需噴墨式列印頭，其藉由以連續區域或細線之形式施加一薄材料層而在該基板表面上形成一圖案。

6.一連續流動噴墨式列印頭，其藉由施加一呈細線之形式的薄材料層在該基板表面上形成一圖案。

7.一乾燥頭部，其藉由熱或紫外線固化製程將噴墨式列印微滴凝結在該基板上。

8.一機械式劃線器頭部，其用劃線器在該基板表面上之薄膜中劃出隔離線。

相同型式之多數頭部或不同型式之頭部的組合能被使用在該設備上。

使用該加工單元及該夾頭兩者之任一同步、連續式動作、或藉由該加工頭或該夾頭之一在任一方向中的一系列連續式動作與另一個在另一方向中的一系列間歇性動作之組合、或藉由該夾頭與該加工頭之一系列間歇性動作，該等加工頭能被使用於在該基板表面上以數個不同模式佈圖該薄膜。如果該加工單元包含一或更多聚焦型雷射光束運送單元，該經界定的片膜長度之整個區域係藉由該雷射頭及該夾頭兩者之任一同步、連續式動作、或藉由該雷射頭或該夾頭之一在任一方向中的一系列連續式動作與該雷射頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作之組合所加工。如果該加工單元包含一或多個由二維掃描器及透鏡單元所組成之雷射光束運送單元，該經界定的基板長度之整個區域能於步進及掃描模式中，以該加工單元及該夾頭兩者在任一方向中的一系列間歇性動作被該雷射單元所加工。具有二維掃描器及透鏡單元的另一選擇之配置係可能的。於此案例中，藉由該掃描器及透鏡單元或該夾頭之一在任一方向的一系列連續式動作與該掃描器及透鏡單元或該夾頭之另一個在另一方向的一系列間歇性動作之組合，該基板之經界定的長度之整個區域係以逐行模式在帶內加工。

在該加工單元包含一或多個按需噴墨式列印頭之處，這些列印頭能夠以二方式操作。當該等頭部係以來自一有限數目之噴嘴的連續式微滴流動操作時，沈積材料的一系列平行線被建立。該等線之間距可藉由選擇所使用之噴嘴的間距被粗略地調整，且能藉由相對於該運動方向傾斜該噴墨頭被設定至一正確之值，以將該有效間距減少至所需要者。另一選擇係，當該列印頭中之所有該等噴嘴係以數位調變微滴燒結操作時，藉由該噴墨頭或該夾頭之一在任一方向中的一系列連續式動作與該噴墨頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作之組合，該基板之經界定的長度之整個區域係在一系列平行帶中以逐行模式加工。此逐行模式噴墨加工能夠遍及待建立之整個基板區域完全地記錄二維圖案。

非按需列印頭，該加工單元可包含一或多個連續流動噴墨列印頭。此等列印頭用於建立被沈積墨水材料中之線圖案係理想的。於此案例中，藉由該噴墨頭或該夾頭之一在任一方向中的一系列連續式動作與該噴墨頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作之組合，該基板之經界定的長度之整個區域係以沈積材料的一系列平行線所加工。

該新施加圖案至該基板上之任何現存圖案的精確重合係本發明的最重要態樣之一，因為適用於此設備之許多微電子裝置製造操作需要一層材料中之圖案在一或更多下面已佈圖層的頂部上之精確疊加。這實際上係藉由使用一或多個附接至該加工單元之照相機單元施行一預加工對齊程序所達成。該等照相機觀看該基板表面，且被裝有合適之光學及照明來源，用於觀察該基板上之現存圖案或基準標記。藉由在該X及Y軸線中之二伺服馬達傳動架台的程式設計動作，被夾至該夾頭之基板的區域上之任何點能藉由該照相機單元所擷取，用於基準或參考標記位置識別。在每一對齊標記位置，照相機視野中之標記的精確位置被記錄，且該標記離一參考位置之偏置被計算。在已識別每一離散基板區域上之二或更多標記的正確位置之後，該夾頭上之待加工片膜的區域之有角度及空間性位移能被計算，且將校正導入控制該加工單元及該夾頭之動作的程式。既然該片膜係可撓的與將遭受多數操縱及加工操作，該基板之該待加工區域可變得扭曲係可能的。該長度及寬度兩者可改變達小數量，且該區域可甚至變得非線性地扭曲。這些基板扭曲效應可全部藉由使用該對齊照相機或諸照相機所補償，以在該基板區域上定位一充分數目之對齊標記的正確位置，以在校正該加工單元及該夾頭的動作之後允許該正確形狀之計算，以便將該新圖案正確地匹配該現存扭曲之圖案。

所提出設備的一重要部件係該控制系統，其允許該加工單元及該夾頭之被程式設計、協調的動作，且亦允許該片膜長度補償器及該展開與重繞單元之操作。該系統亦需要能夠捕捉來自該等對齊照相機之資料、識別該基準之標記偏置、計算該基板上之現存圖案的形狀及位置、及對控制該夾頭及加工頭伺服馬達之程式作校正，以致該新的圖案正確地覆疊該現存圖案。該控制系統亦需要控制來自該雷射或用於薄膜燒蝕之雷射的脈衝之觸發、該雷射光束或用於薄膜曝光或固化之光束的閘控、該光束掃描器單元或各單元中之偏斜鏡的操作、來自該按需噴墨式頭部或各頭部的微滴之燒結、及來自該連續流動噴墨頭或各噴墨頭的微滴之偏斜。

於該加工單元包含某一型式之噴墨頭的案例中，將有在該設備上執行所沈積墨水材料之某一乾燥的需求係可能的，該乾燥係在該基板之經加工長度已由該夾頭釋放與推進朝向該重繞捲筒之後藉由一光固化製程或熱固化製程。如果此一單元係需要，其可被坐落在二不同位置中：即在該夾頭及該重繞側片膜長度補償器之間、或於該重繞片膜長度補償器及該重繞捲筒之間。如果該單元被放置於該夾頭及該片膜長度補償器單元之間，且如果其係需要與在該夾頭上被加工之另一材料同時固化一段長度之經加工的片膜材料，則該固化單元將為坐落於正在該片膜方向中運動之片膜材料上方，且該片膜單元沿著該片膜方向之長度需要為足夠的，以容置該段長度之經加工的材料以及該夾頭在該製程期間之行程長度。實際上，這意指用於該加工時間超過該固化時間之案例，需要一固化單元，其係該加工區域長度之至少兩倍長。如果該固化時間超過該加工時間，則需要一較長之固化單元。該固化單元係極可能具有該加工長度之某一倍數的長度，而用於該案例有著二倍之最小倍數，該固化單元係位在片膜材料上方，該片膜材料係於基板加工期間動作。

如果藉由該噴墨頭所施加之材料可在一未固化的狀態延伸經過該長度補償器單元，該片膜長度補償器單元及該重繞捲筒間之熱或紫外線乾燥機單元的配置係可能的。此位置係有利的，因為其係位在固定不動之片膜材料上方，同時該夾頭上之另一材料正被加工。這意指只要該固化時間係少於該加工時間，該固化單元於該X方向中之長度僅只需要剛好超過該加工區域之長度。清楚地是用於該固化時間超過該加工時間之案例中，該固化單元之長度需要為較長的。該固化單元係極可能具有該加工長度之某一倍數的長度，而用於該案例有著一倍之最小倍數，該固化單元係位在片膜材料上方，該片膜材料係於基板加工期間固定不動的。

該乾燥機單元可恰當地為此一型式，致使當不使用時，其移至一遠離該片膜之停靠位置，以避免不需要之片膜加熱。

圖1

圖1顯示所提出設備之側視圖，顯示可撓性材料11的一連續片膜，其係由該設備的一側面上之展開捲筒或捲盤12週期性地展開，且週期性地重繞至該設備的另一側面上之重繞捲筒或捲盤13。於該圖面中，該展開單元及重繞單元兩者被顯示，以順時針方向旋轉，以致該片膜係由左至右週期性地推進。兩單元係藉由伺服馬達所驅動，且具有來自未被顯示的片膜張力感測器之回饋，以便在該片膜中隨時維持一適當之張力。該設備具有一附接至伺服馬達傳動架台15之平面夾頭14，以致其能以精確地控制之方式在平行於該片膜運動方向之X方向中運動。該設備具有一加工單元16，該加工單元16係在該片膜上方附接至一支架上之伺服馬達傳動架台上的滑架。承載該加工頭的架台之行程的方向係於一方向Y中，該方向Y係正交於該X方向，且於該圖面中被垂直地引導至該紙張。該加工單元具有一附接至其上之照相機單元17，用於觀察該基板上之現存圖案或基準之標記。藉由該二伺服馬達傳動架台於該X及Y軸線中之程式設計動作，被夾至該夾頭之基板的區域上之任何點能被擷取，用於藉由該加工單元加工或用於藉由該照相機作基準標記位置識別。一片膜長度補償器單元18係位於該展開單元及該夾頭組件之間，以張緊及釋放由於該夾頭與附接基板於該X方向中之動作所發生的任何鬆弛之未經加工的基板材料。第二片膜長度補償器單元19係位於該夾頭組件及該重繞單元之間，以張緊及釋放由於該夾頭與附接基板於該X方向中之動作所發生的任何鬆弛之經加工基板材料。

圖2

圖2顯示所提出之設備的一俯視圖，其顯示可撓性材料21的一連續片膜，該片膜係由一展開捲筒或捲盤22在該設備的一側面上展開，該展開捲筒或捲盤22在一軸線23上旋轉。該片膜在通過該加工夾頭25之前通過一“片膜長度補償器”單元24，該加工夾頭25係能夠在平行於該片膜行進方向之X方向中行進。該基板的一經界定之長度被真空夾住至該夾頭表面供加工。一加工單元26係在該片膜上方附接至一支架27上之架台上的滑架。該架台係伺服馬達控制式，且造成該加工頭於該Y方向中運動越過該片膜之全寬。藉由該對架台之座標式動作，被夾至該夾頭之基板的經界定長度之整個區域28係可對於該加工單元存取，且可被加工。在完成加工之後，該夾頭上之真空被釋放，且該片膜係藉由一控制單元所推進，該控制單元造成該展開及重繞單元作動。在通過第二片膜長度補償器單元29之後，該片膜最後係重繞至一重繞捲筒或捲盤210上。於該圖面中，該展開單元及重繞單元兩者被顯示為旋轉，使得該片膜係由左至右週期性地推進。

圖3

圖3顯示該設備之重繞側面，並指示如何可放置一支柱加工固化單元。該可撓性片膜31係經由一未顯示於該圖面中之片膜長度補償器單元自一捲筒展開。在夾住至該夾頭32之後，基板33的一區域係藉由該加工頭及該夾頭在該X及Y軸線中之組合運動被加工單元34所加工。當該夾頭在該X方向中運動時被釋放或張緊之鬆弛的片膜材料係藉由該長度補償器單元35所調節。重繞捲筒36於基板加工期間被保持固定不動，但當該經加工之區域係由該夾頭釋放時，被作動至重繞該片膜的一經界定之長度。一用於光或熱固化藉由噴墨列印所沈積之材料的支柱加工固化單元37係位於該夾頭及該長度補償器單元之間。在此位置之配置意指該固化單元係位於正在該X方向中運動之片膜材料上方，同時該夾頭上之另一材料被加工，故該固化單元之長度需要為比該經加工之片膜長度較長。

圖4

圖4顯示該設備之重繞側的另一視圖，以另一選擇方式指示一支柱加工固化單元可被放置。該可撓性片膜41係經由一未顯示於該圖面中之片膜長度補償器單元自一捲筒展開。在夾住至該夾頭42之後，基板43的一區域係藉由該加工頭及該夾頭在該X及Y軸線中之組合運動被加工單元44所加工。當該夾頭在該X方向中運動時被釋放或張緊之鬆弛的片膜材料係藉由該長度補償器單元45所調節。重繞捲筒46於基板加工期間被保持固定不動，但當該經加工之區域係由該夾頭釋放時，被作動至重繞該片膜的一經界定之長度。一熱或紫外線固化單元47係位於該長度補償器單元及該重繞捲筒之間。在此位置之配置係有利的，因為其係位於固定不動之片膜材料上方，同時加工該夾頭上之另一材料。這意指只要該固化時間係少於該經加工時間，該固化單元於該X方向中之長度僅只需要剛好超過該加工區域之長度。

於上面所述之設備中，動作之二軸線被提供，例如該加工頭與該夾頭正交地運動，以越過該基板在各種地點定位該光束，且該夾頭係平行於該基板之長度運動。該設備如此能夠藉由向量寫入進行該加工，以致加工係僅只在該等需要加工之地點進行。如果僅只相當小之基板區域需要加工，這是更有效率的。

所敘述之設備中，該二軸線中之運動可為以不同模式：(1)兩者一起連續地、或(2)一模式為連續的，且另一模式為間歇性、或(3)兩者皆為間歇性。往復式動作亦被提供於至少一方向中，例如藉由加工單元向後與向前越過該基板之寬度的運動。

如此，上面所述之配置提供用於在離散之經界定長度中，加工一可撓性薄層基板之長形、連續長度的設備，以便在該材料上之薄膜中藉由無罩幕、直接寫入方法建立具有高階位置準確性之高解析度、二維圖案，其中該設備包括；一單元，用於在第一方向中由一圓柱形捲筒週期性地分配該未經加工的可撓基板之一經界定的長度供加工，同時於該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；一單元，用於調節該第一方向中之所有基板長度變化，且當該長度變化時，由於較靠近該捲筒之端部被保持固定不動，且該另一端部被造成在加工期間運動，在該第一方向中維持該離散長度之經分配未加工的基板中之恆定的張力；一平板夾頭，該可撓基板的一離散之長度係藉由真空週期性地夾住至該平板夾頭上供加工；一機件，用於在加工期間遍及該離散基板之全長於任一方向中以連續式或間歇性往復動作，在該第一方向中一或多次精確地運動該夾頭與所附接之離散長度的基板；一加工單元，其被安裝在該夾頭上方；一維修停靠位置，用於該加工單元；一機件，用於在加工期間遍及該基板之整個範圍於該第二方向中，一或多次在垂直於該第一方向之第二方向中精確地運動該加工單元，該動作係於任一方向中以連續式或間歇性往復動作；一單元，當該長度由於一端部被保持固定不動及另一端部被造成在加工期間運動而變化時，用於調節所有長度變化及在該第一方向中維持經加工基板的離散長度中之恆定的張力；一單元，用於在加工之後，於該第一方向中將該可撓基板的一經界定之離散長度週期性地重繞至一圓柱形捲筒上，同時在該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；一控制系統可：將該基板之經界定的離散長度週期性地夾住至該夾頭供加工，且接著允許該夾頭於該第一方向中之精確動作，同時保持該等展開及重繞捲筒固定不動；允許該加工單元越過該片膜之寬度於該第二方向中被精確地定位在任何點；藉著該加工單元及該夾頭兩者之同步、連續式動作、或藉由該加工單元及該夾頭之一在任一方向中的一系列連續式動作結合該加工單元及該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作的其中之一，運動該夾頭及加工單元；操作該加工單元；由該夾頭周期性地鬆開該基板之經加工的離散長度，且同時地操作該等展開與重繞捲筒，以便重繞包含該經加工的區域之全長的基板長度，並展開未經加工的基板之經界定的離散長度，被展開之未經加工的基板之經界定的長度係與該重繞長度相同或不同。

11‧‧‧可撓性材料

12‧‧‧展開捲筒

13‧‧‧重繞捲筒

14‧‧‧平面夾頭

15‧‧‧伺服馬達傳動架台

16‧‧‧加工單元

17‧‧‧照相機單元

18‧‧‧片膜長度補償器單元

19‧‧‧第二片膜長度補償器單元

21‧‧‧可撓性材料

22‧‧‧展開捲筒

23‧‧‧軸線

24‧‧‧片膜長度補償器單元

25‧‧‧加工夾頭

26‧‧‧加工單元

27‧‧‧支架

28‧‧‧區域

29‧‧‧第二片膜長度補償器單元

31‧‧‧可撓性片膜

32‧‧‧夾頭

33‧‧‧基板

34‧‧‧加工單元

35‧‧‧長度補償器單元

36‧‧‧重繞捲筒

37‧‧‧支柱加工固化單元

41‧‧‧可撓性片膜

42‧‧‧夾頭

43‧‧‧基板

44‧‧‧加工單元

45‧‧‧長度補償器單元

46‧‧‧重繞捲筒

47‧‧‧固化單元

210‧‧‧重繞捲筒

現在將參考所附圖面敘述該設備之各態樣：

圖1顯示該設備的一側視圖。

圖2顯示該設備的一俯視圖。

圖3顯示該設備的一變化，以允許支柱加工固化。

圖4顯示該設備之另一選擇版本，以允許支柱加工固化。

11‧‧‧可撓性材料

12‧‧‧展開捲筒

13‧‧‧重繞捲筒

14‧‧‧平面夾頭

15‧‧‧伺服馬達傳動架台

16‧‧‧加工單元

17‧‧‧照相機單元

18‧‧‧片膜長度補償器單元

19‧‧‧第二片膜長度補償器單元

Claims (16)

1. 一種用於在離散之經界定長度中加工可撓基板之長形、連續長度的設備，以便藉由直接寫入在該基板上用一高階位置準確性形成高解析度、二維之圖案，該設備包括：a.一分配單元，用於在第一方向中由一展開捲筒週期性地分配該可撓基板之一經界定的長度，同時於該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；b.一夾頭，該基板的一離散之經界定的長度被週期性地夾住至該夾頭上供加工；c.一第一調節單元，用於調節該第一方向中之長度變化，且在第一方向中維持該夾頭上游的基板中之恆定的張力；d.一第一機件，用於遍及基板之該離散長度的全長，在該第一方向中向後與往前一或多次精確地運動該夾頭與該基板之附接離散的長度；e.一加工單元，其被安裝在該夾頭上方，用於在該基板之經界定的長度上藉由直接寫入製程形成一高解析度之二維圖案；f.一第二機件，用於遍及該基板之全寬，在與該第一方向垂直的第二方向中向後與往前一或多次精確地運動該加工單元；g.一第二調節單元，用於調節長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭下游的基板之經界定的長度中之恆定的張力； h.一重繞單元，用於在該第一方向中於加工之後將該可撓基板之一經界定的長度週期性地重繞至一重繞捲筒上，同時於該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；及i.一控制系統，其被配置成：i.可控制將該基板之離散經界定的長度之周期性夾住至該夾頭，因此在藉由該加工單元加工該基板之離散經界定的長度的期間，該基板之離散經界定的長度係相對於該夾頭被固定地固持，並且可控制該夾頭於該第一方向中之運動，此時該等展開及重繞捲筒係固定不動的，且該基板之離散經界定的長度係保持夾持於夾頭；ii.可以藉著該夾頭及該加工單元兩者之同步、連續式動作，或藉由該夾頭及該加工單元之一在一方向中的一系列連續式動作結合該夾頭及該加工單元之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作的其中之一來控制該夾頭、夾持於該夾頭之該基板之離散經界定的長度及加工單元的運動；iii.可控制該加工單元之操作；iv.可控制該基板之離散經界定的長度由該夾頭之周期性鬆開，以便容許該基板之離散經界定的長度相對於夾頭移動並且移動遠離該夾頭，且可控制該等展開與重繞捲筒之操作，以便將該基板之經界定的長度重繞至該重繞捲筒上，且由該分配捲筒展開該基板之另一經界定的離散長度。
2. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該加工單元包括 一或多個光學裝置，用於將雷射光束引導至該基板之表面上，以便藉由燒蝕之製程在其中建立一細微圖案。
3. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該加工單元包括一或多個光學裝置，用於將雷射光束引導至該基板之表面上，以便藉由攝影曝光或熱固化之製程在其中建立一細微圖案。
4. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該加工單元包括一或多個按需噴墨列印頭，用於藉由沈積功能性或非功能性材料之微流體封包而在該基板表面上形成一圖案，該等微流體封包聚結至形成連續的區域或細微圖案。
5. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該加工單元包括一或多個連續流動噴墨列印頭，用於藉由沈積功能性或非功能性材料之微流體封包而在該基板表面上形成一圖案，該等微流體封包聚結至形成細微圖案。
6. 如申請專利範圍第4或5項的設備，其中配置該等噴墨列印頭，以沈積導電、半導電、或不導電的功能性之微流體封包，且該等微流體封包係呈有機、無機、金屬、或有機金屬型式。
7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括雷射頭、噴墨列印頭、及乾燥頭部之組合。
8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個雷射光束運送單元，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工單元之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉著該加工單元及該夾頭兩者 之同步、連續式動作，或藉由該加工單元或該夾頭之一在一方向中的一系列連續式往復動作結合該加工單元或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作的其中之一所加工。
9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個雷射光束運送單元，及這些包括二維掃描器與透鏡單元，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工頭之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉著該等雷射單元以步進及掃描模式所加工，使該加工單元及該夾頭兩者在任一方向中具有一系列間歇性動作。
10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個雷射光束運送單元，及這些包括二維掃描器與透鏡單元，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工頭之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉由該加工頭或該夾頭之一在一方向中的一系列連續式往復動作結合該加工頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作，以逐行模式在帶內加工。
11. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個按需噴墨列印頭，該等按需噴墨列印頭係能以來自一有限數目之噴嘴的連續式微滴流動操作，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工頭之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉由該加工頭或該夾頭之一在一方向中的一系列連續式往復動作結合該 加工頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作，以一系列包括所沈積材料的平行線之平行帶加工。
12. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個按需噴墨列印頭，該等按需噴墨列印頭係能以來自所有噴嘴的調變式微滴流動操作，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工頭之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉由該加工頭或該夾頭之一在一方向中的一系列連續式往復動作結合該加工頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作，以逐行模式在一系列平行帶中加工。
13. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個連續流動噴墨列印頭，該等連續流動噴墨列印頭係能以至該基板上之連續微滴流動操作，且配置該控制系統，以控制該夾頭及加工頭之組合動作，以致該基板之經界定長度的整個區域係藉由該加工頭或該夾頭之一在一方向中的一系列連續式往復動作結合該加工頭或該夾頭之另一個在另一方向中的一系列間歇性動作，以一系列所沈積材料的平行線加工。
14. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的設備，其中該加工單元包括一或多個照相機，用於當被夾住至該夾頭時識別該基板上之基準標記的位置，以致該加工單元可相對該基板被精確地定位。
15. 一種在離散界定長度中加工可撓基板的長形、連續長度之方法，以用高階之位置準確性藉由直接寫入在該基 板上形成高解析度、二維圖案，該方法包括；a.操作一分配單元，以在第一方向中由一展開捲筒週期性地分配該可撓基板的一經界定之長度，同時在該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；b.提供一夾頭，該基板的一離散之經界定長度被週期性地夾在該夾頭上供加工；c.調節在該第一方向中之長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭之上游的基板中之恆定的張力；d.遍及基板之該離散長度的全長，在該第一方向中向後與向前一或多次地運動該夾頭與該基板之被附接的離散長度；e.在該夾頭上方提供一加工單元，以藉由一直接寫入製程在該基板之經界定的長度上形成一高解析度二維圖案；f.遍及該基板之全寬，在第二方向中向後與向前一或多次精確地運動該加工單元，該第二方向係垂直於該第一方向；g.調節長度變化，且在該第一方向中維持該夾頭上游的基板之經界定長度中之恆定的張力；h.在加工之後於該第一方向中將該可撓基板之經界定的長度週期性地重繞至一重繞捲筒上，同時在該第一方向中維持該基板中之恆定的張力；及i.提供一控制系統，其被配置成：i.可控制將該基板之一離散經界定長度的周期性夾住至該夾頭，因此在藉由該加工單元加工該基板之離散 經界定的長度的期間，該基板之離散經界定的長度係相對於該夾頭被固定地固持，並且可控制該夾頭於該第一方向中之運動，此時該等展開及重繞捲筒係固定不動的，且該基板之離散經界定的長度係保持夾持於夾頭；ii.可藉著該夾頭及該加工單元兩者之同步、連續式動作，或藉由該夾頭及該加工單元之一在一方向中的一系列連續式動作與該夾頭及該加工單元之另一個在另一方向中的一系列間歇性地動作的其中之一來控制該夾頭、夾持於該夾頭之該基板之離散經界定的長度及加工單元之運動；iii.可控制該加工單元之操作；及iv.可控制該基板之離散經界定長度由該夾頭之周期性鬆開，以便容許該基板之離散經界定的長度相對於夾頭移動並且移動遠離該夾頭，且可控制該等展開及重繞捲筒之操作，以便將該基板之經界定長度重繞至該重繞捲筒上，且由該分配捲筒展開基板之另一經界定的離散長度。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該基板包括被曝光、固化或藉由雷射切除之薄膜，該等薄膜具有導電、半導電、或不導電的功能性，且為有機、無機、金屬、或有機金屬型式。