TWI576248B - 控制基板上的印刷壓力之方法與設備 - Google Patents

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Description

控制基板上的印刷壓力之方法與設備
本發明的實施例通常係關於一種用於控制基板或支 撐件上的印刷壓力的方法和系統，該方法和系統可用于形成光生伏打(photovoltaic；PV)裝置或綠帶型(green-tape type)電路裝置。
本發明的實施例可提供用於使用印刷裝置將圖案印 刷在基板上的系統，無論該印刷是藉由網版印刷、噴墨印刷、鐳射印刷或任何其他適當類型的印刷進行。
太陽能電池是將太陽光直接轉換為電功率的PV裝置。PV市場已在過去十年以超過30%的年增長速率增長。一些文章提出，全世界的太陽能電池的電力生產在不久的將來會超過10GWp。據估計，所有太陽能電池模組中超過95%基於矽晶圓。高的市場增長速率與大大降低太陽能供電成本的需求已造成對於低成本形成的高品質太陽能電池的許多嚴峻挑戰。因此，製造商業上可行的太陽能電池的一個主要組成是藉由提高裝置合格率和增加基板產量來降低形成太陽能電池所需的製造成本。
生產太陽能電池且將太陽能電池配置有一或多個 p-n結的方法是眾所周知的。各個p-n結包含在半導體材料之內的兩個不同區域，在該半導體材料中，將一側表示為p型區域且將另一側表示為n型區域。當將太陽能電池的p-n結暴露於由來自光子的能量組成的太陽光時，太陽光藉由PV效應直接轉換為電能。太陽能電池產生特定量的電能，且將太陽能電池平鋪成模組，該等模組被調整大小以供給所需量的系統功率。將太陽能模組連接到具有特定框架和連接器的面板中。太陽能電池通常是形成在矽基板上，該等矽基板可為單晶矽基板或多晶矽基板。典型的太陽能電池包括一般小於約0.3mm厚的矽晶圓、基板或片材，其中n型矽薄層位於在基板上形成的p型區域之上。
通常，標準矽太陽能電池製造在晶圓上，該晶圓包 括p型基極區、n型發射極區，和佈置在p型基極區與n型發射極區之間的p-n結區。n型區域或n型半導體藉由用某些類型的元素(例如，磷(P)、砷(As)或銻(Sb))摻雜半導體來形成，以增加負電荷載流子的數目，即電子的數目。類似地，p型區域或p型半導體藉由將三價原子添加到晶格來形成，產生來自通常對於矽晶格的四個共價鍵中的一個共價鍵的缺失電子。 因此，摻雜劑原子可接受來自相鄰原子共價鍵的電子以完成第四鍵。摻雜劑原子接受電子，導致來自相鄰原子的一個鍵的一半的損失且引起「空穴」的形成。
當光落在太陽能電池上時，來自入射光子的能量在p-n結區的兩側上產生電子-空穴對。電子橫跨p-n結擴散至較 低能級，且空穴以相反方向擴散，在發射極上產生負電荷且相應正電荷在基極中積聚。當在發射極與基極之間產生電路且p-n結暴露於某些波長的光時，電流將流動。當被照射時藉由半導體產生的電流流經佈置在太陽能電池的正側(即光接收側)和背側上的觸點。頂部接觸結構通常被配置為供應電流至較大匯流排的寬間隔的薄金屬線，或指狀物。通常不將背觸點約束為以多個薄金屬線形成，因為該背觸點不妨礙入射光撞擊太陽能電池。太陽能電池通常是以諸如Si3N4的介電材料薄層覆蓋以作為抗反射塗層，或ARC，以將來自太陽能電池的頂表面的光反射最小化。
網版印刷一直被用於在諸如布或陶瓷之類的物體上 的印刷設計，且網版印刷在電子工業中用來印刷電氣元件設計，諸如在基板表面上的電接觸或互連。現代化的太陽能電池製造製程也使用網版印刷製程。在一些應用中，需要在太陽能電池基板上網版印刷接觸線，諸如接觸指。接觸指與基板接觸且適於與一或多個摻雜區域(例如，n型發射極區)形成歐姆連接。歐姆接觸為半導體器件上的區域，該區域被製備成使得裝置的電流-電壓(I-V)曲線為線性且對稱，即，在半導體裝置的摻雜矽區域與金屬接觸之間沒有高電阻介面。低電阻、穩定的接觸對於太陽能電池的性能及形成在太陽能電池製造製程中的電路的可靠性非常關鍵。
背側接觸完成對於太陽能電池所需的電路以藉由與基板的p型基極區形成歐姆接觸來產生電流。
包含印刷台的印刷系統為人們所已知，該印刷台具 有適合於在基板上印刷圖案的印刷頭，該基板例如，PV單元的晶圓。特別地，基板位於印刷巢上，該印刷巢藉由印刷梭離開和朝向期望的印刷台移動。每個印刷頭具備葉片，該葉片適合於在印刷網上均勻地分佈印刷材料，例如導電膏。
在印刷台附近利用每個梭以允許進行印刷操作，且 將葉片在壓力下按壓且移動相抵於印刷網，且因此相抵於待印刷的基板。
為了保證印刷的正確且可重複的執行，葉片必須以 確定的壓力施加壓力在網上，且因此施加壓力在基板的表面上，該確定的壓力在印刷的每一基板上和在印刷位置中每次採用的每個梭上必須基本上相同。
一個已知的問題為印刷梭可能具有彼此不同的高度 ，該等高度可甚至有達百分之幾毫米的差異。該高度差異的結果是後續印刷操作可能以由葉片施加的不同壓力進行，且因此可能以非重複的方式印刷基板且因此基板可能具有不同的電特性。
為了克服該問題，已知藉由設置葉片施加於印刷網 上且因此施加於基板上的壓力值來以壓力控制模式執行印刷操作。
更具體而言，檢測器與印刷頭相關聯，以便直接或 間接地檢測該印刷頭壓抵於待印刷的表面所用的壓力；葉片朝向印刷網移動且當葉片接觸印刷網以開始印刷步驟時，該葉片被壓抵於該印刷網，直到達到壓力的設定值為止。
該已知方法的一個缺點在於，當葉片接觸基板的表 面，且因此移動且掠過基板的表面時，葉片沒有即刻達到設定壓力。因此，至少在初始和最終印刷部分，即在葉片首先接觸基板表面的區域且隨後從基板表面移開的區域中，由於葉片在表面上的壓力值的變化，會出現印刷缺陷。
已知另一種印刷方法，提供該印刷方法以藉由相對 於正被印刷的基板表面設定印刷頭的位置值來以壓力控制模式執行印刷操作。在此情況下，葉片始終相對於基板支撐表面位於相同高度且處於預定位置，以使得達到允許優等品質印刷的印刷壓力。然而，該方法具有的缺點為，考慮到由於每個基板的厚度的尺寸公差和由於印刷梭的不同高度，在印刷頭與基板表面之間的距離可能發生變化，所以不可能保證不同基板的適當印刷可重複性。
因此，需要一種實現控制在基板上的印刷的方法和 系統，該方法和系統適合於在佈置於不同印刷梭上的基板上獲得具有期望品質和可重複性的印刷圖案，該等印刷梭相繼移動至與印刷頭相對應。
還需要在印刷系統中簡單且經濟地實施的改進控制 基板上印刷的方法和系統。
在一個實施例中，控制在基板上的印刷壓力的方法包括：使用印刷設備在第一基板上執行至少第一印刷操作，該印刷設備相對於第一印刷梭佈置，該第一印刷梭具有佈置在第一位置處的基板支撐表面，其中第一印刷操作在第一印 刷壓力下執行；使用印刷設備在第二基板上執行至少第二印刷操作，該第二基板佈置在第二印刷梭的基板支撐表面上，其中第二印刷操作在第二印刷梭的基板支撐表面佈置在第二位置處時執行，且第二印刷操作在第二印刷壓力下執行。若在第二印刷壓力與第一印刷壓力之間檢測到偏差，則改變印刷設備相對於第二位置的位置以將第二印刷壓力與第一印刷壓力匹配。
在另一實施例中，印刷系統包括：第一印刷梭，具 有佈置在第一位置處的基板支撐表面；第二印刷梭，具有佈置在第二位置處的基板支撐表面；一或多個位置檢測器，被配置以檢測印刷設備相對於第一印刷梭的基板支撐表面的位置；和控制器。控制器被配置成：當印刷設備相對於第一印刷梭的基板支撐表面佈置時，使用該印刷設備控制第一印刷操作，其中第一印刷操作在第一印刷壓力下執行；當印刷設備相對於第二印刷梭的基板支撐表面佈置時，使用該印刷設備控制第二印刷操作，其中第二印刷操作在第二印刷壓力下執行。控制器進一步被配置成檢測在第二印刷壓力與第一印刷壓力之間的偏差，且改變印刷設備相對於第二位置的位置以將第二印刷壓力與第一印刷壓力匹配。
101‧‧‧系統控制器
110‧‧‧網版印刷系統
102‧‧‧網版印刷腔室
102A‧‧‧致動器
102B‧‧‧遮罩
102C‧‧‧特徵
111‧‧‧傳入傳送機
112‧‧‧傳出傳送機
113‧‧‧輸入傳送機
114‧‧‧退出傳送機
121‧‧‧相機
130‧‧‧旋轉致動器元件
131‧‧‧印刷巢
135‧‧‧輸帶管
136‧‧‧卷帶管
137‧‧‧支撐材料
138‧‧‧壓板
139‧‧‧傳送機元件
140‧‧‧滾筒
147‧‧‧主動輪
148‧‧‧致動器
200‧‧‧檢查組件
230‧‧‧致動器組件
250‧‧‧基板
301‧‧‧印刷設備
302‧‧‧印刷頭
305‧‧‧第一導向器
306‧‧‧第一編碼器
307‧‧‧第二導向器
308A‧‧‧印刷腔室馬達
308B‧‧‧印刷頭馬達
308C‧‧‧葉片馬達
309‧‧‧第二編碼器
310‧‧‧支撐主體
311‧‧‧葉片
312‧‧‧導向器
313‧‧‧第三編碼器
315‧‧‧壓力檢測器
316‧‧‧支撐表面
318‧‧‧參考面
320‧‧‧模板
321‧‧‧突出部分
322‧‧‧測量感測器
401‧‧‧梭
402‧‧‧第二梭
因此，以可詳細理解本發明的上述特徵的方式，可以參考實施例獲得上文簡要概述的本發明的更具體描述，其中一些實施例圖示於附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示本發明的典型實施例，且因此不應將附圖視為對本發明範圍的 限制，因為本發明可以允許其它的等效實施例。
圖1是網版印刷系統的一個實施例的示意等距視圖；圖2是圖1的網版印刷系統的示意俯視圖；圖3是網版印刷系統的一個實施例的示意等距視圖；圖4是圖3的網版印刷系統的示意俯視圖；圖5是網版印刷系統的一個實施例的示意等距視圖；圖6是圖5的網版印刷系統的示意俯視圖；圖7是印刷巢的一個實施例的等距視圖；圖8是印刷設備的一個實施例的示意圖；圖9是印刷設備的一個實施例的細節的示意圖；圖10是印刷條件的一個實施例的示意圖；以及圖11是印刷設備的一個實施例的示意圖。
為了便於理解，在可能的情況下，已使用相同的附圖標記來指定諸圖所共用的相同元件。可以預期，一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例，而無需進一步詳述。
在一個實施例中，用於控制基板或基板支撐件上的印刷壓力的方法可用于形成PV裝置或綠帶型電路。應用該方法以控制印刷設備相對於印刷梭的印刷壓力，將該印刷梭與印刷設備協作且待印刷的基板佈置在該印刷梭上。在一個實施例中，該方法包括：執行至少第一印刷操作，該第一印刷操作藉由印刷設備在第一位置處、在第一印刷梭之上進行且該第一印刷操作使用第一印刷壓力；和至少第二印刷操作， 該第二印刷操作藉由相同印刷設備在第二位置處、在第二印刷梭之上進行且該第二印刷操作使用第二印刷壓力。在一個實施例中，第一位置是第一垂直位置且第二位置是第二垂直位置。
在一個實施例中，第一位置與在印刷設備和基板支撐表面之間的第一距離或高度相關聯；且第二位置與印刷設備和基板支撐表面之間的第二距離或高度相關聯。
在一個實施例中，用於控制印刷壓力的方法包括：執行至少第一印刷操作且在第一印刷梭之上移動印刷設備至第一位置以提供第一印刷壓力；且執行至少第二印刷操作且在第二印刷梭之上移動印刷設備至第二位置以提供該第二印刷壓力。
在一個實施例中，第二印刷壓力匹配第一印刷壓力。在另一實施例中，當第二印刷壓力匹配第一印刷壓力時，第二印刷壓力基本上等於第一印刷壓力。
在一個實施例中，用於控制印刷壓力的方法包括：測量至少第一印刷操作和至少第二印刷操作中至少一個的印刷壓力。
用於控制印刷壓力的方法進一步包括：至少設定操作，在該操作中，至少最初在第一印刷期間，將第一位置分配給設備用於後續印刷，然後對於該第一位置，使藉由印刷設備在基板上施加的最佳印刷壓力對應於藉由壓力檢測裝置檢測的壓力值；和至少在第二印刷期間的控制操作，在該操作中，至少最初將印刷設備定位於一位置且若檢測到印刷設 備在正被處理的基板上施加的壓力相對於先前確定的最佳印刷壓力的偏差，則將第二位置分配至印刷設備用於後續第二印刷，藉由印刷設備在基板上施加的最佳印刷壓力對應於第二印刷位置。
在一個實施例中，即使無法精確獲知第二印刷梭的 實際高度，也因此可能提供對應於第一和第二印刷梭(例如，圖1至圖8中的印刷巢131)的通常相同的印刷條件。實際上，第二印刷梭可具有與第一梭的高度不同的高度。
一旦已標識且分配了第一位置和第二位置，印刷設 備將依賴於梭所操作之處自動地定位以便滿足最佳壓力條件。如此克服了上文針對現有技術描述的缺點，該等缺點在於，至少在進行印刷的基板上的初始和最終印刷部分中存在缺陷，這僅考慮了印刷壓力或由於不同印刷壓力條件的缺陷，該等不同印刷壓力條件是由於印刷設備的定位對於結合印刷設備使用的不同印刷梭總是在相同位置。
在另一實施例中，至少最初在第二印刷期間，印刷 設備在控制操作中所位於的印刷位置基本上對應於在設定操作中確定的第一位置。這設定了用於評估最佳壓力的參考位置。特別地，若檢測到高於最佳壓力的壓力，則這意味著已將印刷設備定位過低(例如，過於靠近基板)，且因此必須相對於基板表面提升印刷設備；反之亦然，若檢測到低於最佳壓力的壓力，則必須將印刷設備相對於基板表面定位在較低位置(例如，更靠近基板)。
在另一實施例中，在控制操作期間，確定相對於第 一位置的偏差值並且將該偏差值分配給印刷設備，以便可將印刷設備移動至期望的第二位置中。以此方式，在從第一印刷梭到第二印刷梭的通道中，或當以第二印刷梭代替第一印刷梭時，印刷設備將移動偏差值。
在又一實施例中，在設定操作之前提供校準操作， 在該校準操作中，確定在印刷設備和第一印刷梭上的基板支撐表面之間的相互距離。
根據另一實施例，該相互距離藉由將以下兩者彼此 相互關聯來估計：基板支撐表面的高度和印刷設備的參考高度，該參考高度即印刷頭相對於參考面的高度。
在另一實施例中，參考高度在校準操作中藉由將以 下兩個距離彼此相互關聯來確定：相對於與基板支撐表面相關聯的參考模板藉由測量感測器測量的第一距離，和相對於印刷設備藉由測量感測器測量的第二距離。
在又一實施例中，在第一印刷期間且在設定操作之 後，檢測印刷設備的印刷壓力，且若檢測到相對於最佳壓力的偏差，則確定新更新的第一位置且將該第一位置分配給印刷設備以重建最佳壓力。該進一步控制補償了印刷配置中可能的變化，該等變化是由於例如印刷設備零件上的磨損、導向器上可能的磨損，或引起相對於最佳印刷壓力的偏差的其他可變因素。
在另一實施例中，在第二印刷期間且在控制操作之 後，檢測印刷設備的印刷壓力，且若檢測到相對於最佳壓力的偏差，則確定新更新的第二位置且將該第二位置分配給印 刷設備以重建最佳壓力。
在另一實施例中，印刷設備在第一位置中的和在第 二位置中的定位以反覆運算的方式或藉由應用作為被檢測的壓力的函數的線性濾波器來確定。
本發明之其他實施例包括印刷系統，該印刷系統包 括用於印刷至少基板的印刷設備且被配置成整合如上所述的方法。
其他實施例提供用於控制在基板或支撐件上的印刷 壓力的方法，該方法可應用於網版印刷系統，或系統110上，以在太陽能電池基板250的表面上以所需圖案形成金屬接觸。
在一個實施例中，如圖1所示，網版印刷系統110包 含傳入傳送機111、旋轉致動器組件130、網版印刷腔室102,和傳出傳送機112。傳入傳送機111可被配置以接收來自諸如輸入傳送機113之類的輸入裝置(即，路徑「A」)的基板250，且將基板250傳遞到耦接至旋轉致動器組件130的印刷巢131。傳出傳送機112可被配置以從耦接至旋轉致動器組件130的印刷巢131接收已處理基板250，且將基板250傳遞至基板移除裝置(即，路徑「E」)，諸如退出傳送機114。輸入傳送機113和退出傳送機114可為作為較大生產線的一部分的自動基板裝卸裝置。
在一個實施例中，旋轉致動器元件130可藉由旋轉致 動器(未圖示)和系統控制器101圍繞「F」軸旋轉且成角度地定位，以使得印刷巢131可在網版印刷系統110之內有選擇地成角度地定位(例如，如圖2中所示的路徑「D1」和「D2」 )。旋轉致動器元件130還可具有一或多個支撐元件以便於控制印刷巢131或在網版印刷系統110中用於執行基板處理序列的其他自動裝置。
在一個實施例中，如圖1中所示，旋轉致動器組件130 包括四個印刷巢131或基板支撐件，每個印刷巢131或基板支撐件都適合於在網版印刷腔室102之內執行的網版印刷製程期間支撐基板250。圖2示意地圖示旋轉致動器組件130的位置，在該位置中，(i)一個印刷巢131被配置在位置「1」中以從傳入傳送機111接收基板250；(ii)另一印刷巢131被配置在網版印刷腔室102之內的位置「2」中，以便另一基板250可在該基板的表面上接收網版印刷圖案；(iii)另一印刷巢131被配置在位置「3」中，用於將已處理的基板250傳遞到傳出傳送機112；和(iv)另一印刷巢131被配置在位置「4」，該位置是在位置「1」和位置「3」之間的中間級。
圖3是網版印刷系統110的另一實施例的等距視圖， 且圖4是圖3的網版印刷系統110的俯視圖，該網版印刷系統110也可結合其他形式的實施例使用，以在太陽能電池基板250的表面上按所需圖案形成金屬接觸。
在一個實施例中，在圖3和圖4中揭示的網版印刷系 統110包含兩個傳入傳送機111，且致動器元件130被配置為旋轉台或旋轉致動器。網版印刷系統110也包括多個印刷巢131、多個網版印刷腔室102、兩個傳出傳送機112，和系統控制器101。傳入傳送機111被配置為平行處理定向，以便每個傳入傳送機111可從諸如輸入傳送機113之類的輸入裝置接收未 處理的基板250，且以便每個傳入傳送機111可將每個未處理的基板250傳遞到耦接至致動器組件130的印刷巢131。另外，傳出傳送機112被配置為平行定向，以便每個傳出傳送機112可從印刷巢131接收已處理的基板250，且以便每個傳出傳送機112可將每個已處理的基板250傳遞到基板移除裝置，諸如退出傳送機114。
在一個實施例中，圖3和圖4中的網版印刷系統110 具有兩個印刷巢131(在位置「1」和「3」中)，每個印刷巢被定位以既傳遞已處理基板250至傳出傳送機112，也從傳入傳送機111接收未處理基板250。
因此，在圖3和圖4中的網版印刷系統110中，基板的 運動通常遵循路徑「A」。在該配置中，兩個其他印刷巢131(在位置「2」和「4」中)中的每一印刷巢被定位在網版印刷腔室102之下，以便可在位於各個印刷巢131上的未處理基板250上進行網版印刷。
該平行處理配置允許在處理系統中具有最小體積的 情況下獲得增加的生產能力。儘管圖示在圖3和圖4中的網版印刷系統110具有兩個網版印刷腔室102和四個印刷巢131，但是在不偏離本發明的領域的情況下，網版印刷系統110可包括附加的網版印刷腔室102和/或印刷巢131。
圖5是網版印刷系統110的另一實施例的等距視圖， 且圖6網版印刷系統110的俯視圖，該網版印刷系統110也可結合其他形式的實施例使用，以在太陽能電池基板250的表面上按所需圖案形成金屬接觸。
在一個實施例中，揭示於圖5和圖6中的網版印刷系 統110包含傳入傳送機111、致動器組件230、網版印刷腔室102、傳出傳送機112和系統控制器101，其中該致動器元件230被配置為線性運動單元。傳入傳送機111可被配置成從諸如輸入傳送機113之類的輸入裝置(即，圖5和圖6中的路徑「A」)接收基板250，且將基板250傳遞至耦接在致動器組件230的入口處的印刷巢131。傳出傳送機112可被配置成從耦接在致動器組件230的出口處的印刷巢131接收已處理的基板250，且將基板250傳遞到基板移除裝置，諸如退出傳送機114，(即，圖5和圖6中的路徑「E」)。如上所述，輸入傳送機113和退出傳送機114可為作為較大生產線的一部分的自動基板裝卸裝置。
傳入傳送機111從以下三個位置運輸基板250：(i)如 第6圖中所示的第一位置「1」，在該第一位置中，將基板250引入網版印刷腔室102中；(ii)在網版印刷腔室102內部的第二位置「2」；和(iii)第三位置「3」，在該第三位置中，已處理基板250從網版印刷腔室102中離開且被傳送至其他操作站。在雙重或多重印刷的情況下，基板250被再次引入位置「2」中的網版印刷腔室102以進行第二或進一步印刷，且基板250隨後再次從網版印刷腔室102中離開而傳遞至位置「3」。重複期望次數的該交替運動以配合待印刷的層的數目，直到最終產品最後離開腔室為止。
參看圖7，印刷巢131通常由傳送機元件139、滾筒140 和一或多個致動器148組成，該傳送機元件139具有輸帶管135、卷帶管136，該一或多個致動器148被耦接至輸帶管135和/ 或卷帶管136，該輸帶管135和/或卷帶管136適合於輸送和保持橫跨壓板138定位的支撐材料137。壓板138通常具有基板支撐表面，在網版印刷腔室102中執行的網版印刷製程期間，在該基板支撐表面上定位基板250和支撐材料137。在一個實施例中，支撐材料137是多孔材料，該多孔材料允許佈置在支撐材料137的一側上的基板250藉由真空被保持在壓板138上，該真空是藉由傳統真空產生裝置(例如，真空泵、真空噴射器)施加在支撐材料137的相對側上。在一個實施例中，將真空施加於在壓板138的基板支撐表面中形成的真空口(未圖示)中，以便可將基板「夾緊」至壓板138的基板支撐表面。在一個實施例中，支撐材料137是透氣材料，該材料由例如用於香煙的類型的透氣紙或另一類似材料組成，諸如執行相同功能的塑膠或紡織材料。
在一配置中，致動器148被耦接至或適合於與輸帶管 135和卷帶管136嚙合，以便可將位於支撐材料137上的基板250的運動精確控制在印刷巢131之內。在一個實施例中，輸帶管135和卷帶管136各自適合於接收一段支撐材料137的相對端。在一個實施例中，致動器148各自包含一或多個主動輪147，該主動輪147被耦接至定位在輸帶管135和/或卷帶管136上的支撐材料137的表面或與該表面接觸，以控制橫跨壓板138的支撐材料137的運動和位置。
參看圖1至圖6，在網版印刷系統110中描述的每一網 版印刷腔室102適合於在基板250的表面上以期望圖案沉積材料，該基板250在網版印刷製程期間位於位置「2」中的印刷 巢131上。在一個實施例中，網版印刷腔室102包括多個致動器，例如，致動器102A(例如，步進馬達或伺服馬達)，該致動器與系統控制器101通信且該致動器用於調整網版印刷遮罩102B的位置和/或角度定向，如圖1和圖5中所示，該網版印刷遮罩102B相對於正被印刷的基板250佈置在網版印刷腔室102之內。在一個實施例中，網版印刷遮罩102B是具有多個獨特特徵102C的金屬板或板材(例如，SST)，如圖1和圖5中所示，該特徵諸如形成在該金屬板或板材中的孔、槽，或其他開口，以定義在基板250的表面上的網版印刷材料(即，墨水或膏劑)的圖案和放置。通常，藉由使用致動器102A和由系統控制器101從檢查組件200接收的資訊將網版印刷遮罩102B在基板表面之上定位在期望位置，以自動方式將待沉積在基板250的表面上的網版印刷圖案與基板250對準。在一個實施例中，網版印刷腔室102適合於將含金屬或含電介質的材料沉積於太陽能電池基板250上，該太陽能電池基板250具有在約125mm與156mm之間的寬度，和在約70mm與約156mm之間的長度。在一個實施例中，網版印刷腔室102適合於將含金屬的膏劑沉積於基板250的表面上，以在基板表面上形成金屬接觸結構。
檢查組件200與圖1至圖6中所示的網版印刷系統110 中的每個相關聯，且檢查組件200適合於檢查佈置在印刷巢131上的基板250，期望的圖案是藉由網版印刷而印刷在該基板上。
檢查組件200適合於在印刷前後標識和檢查基板250 ，且檢查組件200可包含如圖1、圖3和圖5中所示的一或多個相機121(例如，CCD相機)，和其他能夠檢查和傳遞檢查結果到系統控制器101的電子元件，該系統控制器101用於分析基板250在印刷巢131上的定向和位置。
在一個實施例中，如圖1和圖3中所示的相機121位於基板250的表面之上，以便相機121可檢查基板250的表面的至少一個區域。藉由相機121接收的資訊既用於將網版印刷遮罩102B與由此隨後沉積的材料對準，並且又用於獲得沉積在基板250上的層的圖像。
在一個實施例中，相機121是InGaAs型相機，該相機具有冷卻的CCD陣列以增強檢測信號的信噪比。在一些配置中，需要藉由將基板250的表面與相機121之間的區域封閉或遮罩來將檢查組件200與環境光隔離。
在一個實施例中，檢查組件200還包括一或多個濾光器(未圖示)，該一或多個濾光器佈置在相機121與基板250的表面之間。在此實施例中，一或多個濾光器被選擇以僅允許某些期望波長傳遞到相機121，來降低由相機121接收的不需要能量的量，從而提高所檢測輻射的信噪比。一或多個濾光器可為帶通濾光器、窄帶濾光器、光學邊緣濾光器、陷波濾光器，或寬頻濾光器，該一或多個濾光器可購自例如Andover Corporation或Barr Associates,Inc.。
系統控制器101促進整個網版印刷系統110的控制和自動化，且系統控制器101可包括中央處理單元(central processing unit；CPU)(未圖示)、記憶體(未圖示)，和支援 電路(或I/O)(未圖示)。CPU可以是在工業設定中用於控制各種腔室製程和硬體(例如，傳送機、光學檢查組件、馬達、液體輸送系統硬體等等)和監測系統和腔室製程(例如，基板位置、製程時間、檢測器信號等等)的任何形式的電腦處理器中的一種電腦處理器。記憶體被連接至CPU，且記憶體可以是隨時可用記憶體(諸如隨機存取記憶體(RAM))、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或任何其他形式的本地或遠端數字記憶體中的一或多個。可將軟體指令和資料編碼並存儲在記憶體之內用於指示CPU。還將支援電路連接至CPU用於以傳統方式支援處理器。支援電路可包括高速緩衝記憶體、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統等等。系統控制器101可讀的程式(或電腦指令)確定在基板上可執行哪些任務。較佳地，程式是系統控制器101可讀的軟體，該軟體包括用於產生並存儲至少基板位置資訊、各種受控元件的運動序列、基板光學檢查系統資訊，和任何其他相應組合的代碼。
圖8圖示用於在基板250上執行印刷操作的印刷設備301的示意圖，該基板250位於梭401上或在某種程度上對應於梭401。梭401包含印刷巢131(圖1至圖8)中的一個印刷巢，且梭401可被集成到分別參看圖1至圖4和圖5與圖6所述的旋轉致動器組件130或致動器組件230中。
在操作中，將梭401佈置在網版印刷腔室102之內以執行印刷操作。在一個實施例中，印刷設備301包括網版印刷腔室102，該網版印刷腔室102是相對於梭401在第一方向Z(在此情況下為垂直方向)有選擇地移動；和印刷頭302，該印 刷頭302與網版印刷腔室102相關聯。更具體而言，藉由使用印刷腔室馬達308A，網版印刷腔室102沿著平行於第一方向Z的第一導向器305可以有選擇地移動，且例如第一編碼器306之類的第一位置檢測器檢測網版印刷腔室102的相對位置。
印刷頭302藉由利用在圖8中為印刷頭馬達308B的一 或多個印刷頭馬達，相對於網版印刷腔室102在第二方向X中可以有選擇地移動，該第二方向X橫截第一方向Z，且該第二方向X在此情況下為水準方向。因此，印刷頭302與網版印刷腔室102一起在第一方向Z中可移動，且同時獨立於網版印刷腔室102且沿著第二導向器307在第二方向X中可移動。
在一個實施例中，例如第二編碼器309之類的第二位 置檢測器檢測印刷頭302相對於網版印刷腔室102的相對位置。印刷頭302包括：支撐主體310，該支撐主體310可藉由使用印刷頭馬達308B沿著第二導向器307移動；和葉片311，該葉片311用於在網版印刷遮罩102B上均勻地分佈印刷材料。葉片311藉由利用在圖8中為葉片馬達308C的一或多個葉片馬達，沿著導向器312相對於支撐主體310且在第三方向Y中可以有選擇地移動，該第三方向Y基本上平行於第一方向Z。
在一個實施例中，例如第三編碼器313之類的第三位置檢測器確定葉片311相對於支撐主體310的位置。
在一個實施例中，例如壓力檢測器315之類的壓力檢測裝置與葉片311相關聯且該壓力檢測裝置檢測葉片311所用於壓抵印刷遮罩102B的壓力值。壓力檢測裝置可進行直接或間接檢測。在一個實施例中，壓力是藉由檢測驅動葉片311的 馬達的電流的強度來檢測，該馬達移動葉片311朝向印刷遮罩102B，以將葉片311壓抵基板250。驅動葉片311的葉片馬達308C的電流的強度與藉由葉片311施加在基板250上的壓力值相關。在一個配置中，與印刷遮罩102B相互作用的葉片311的位置可為葉片材料的函數。在一個實施例中，葉片材料包含至少在聚氨基甲酸酯和聚矽氧烷材料之間選擇的聚合材料。
在一個實施例中，用於控制基板上的印刷壓力的方 法包含至少校準操作，以確定網版印刷腔室102相對於被視為參考梭的梭401的位置。校準操作使用如圖11中所示的模板320，該模板320在印刷設備301的設定操作中位於參考梭401的基板支撐表面316上。模板320具有相對於參考梭401的基板支撐表面316和主體突出的部分321。將例如鐳射或任何其他適當測量感測器的測量感測器322佈置在固定位置中，例如附接於參考面318，且測量感測器322適合於測量在參考面318和模板320的突出部分321之間的距離。基於模板320的大小和參考梭401的大小，在參考面318和模板320的突出部分321之間的距離具有基本上已知值。隨後，將網版印刷腔室102在第一方向Z中移動，以便將印刷遮罩102B的下表面定位在距離如先前使用模板320檢測的參考面318的相同距離處，以便將該下表面與參考位置相關聯。
因此，有可能將網版印刷腔室102與例如相對於參考 面318的參考高度Zh相關聯，該參考面318對於印刷設備301和參考梭401兩者共用。藉由已知基板支撐表面316相對於參考面318的距離Hr，參考梭401的高度是已知的。
如圖8中所示，由於檢測了至少高度Zh和Hr，有可能 確定在印刷遮罩102B的下表面和參考梭401的基板支撐表面316之間的距離△H。本領域技術人員將理解，可以其他方式確定與網版印刷腔室102相關聯的參考高度Zh。
印刷腔室102沿著第一導向器305的其他運動根據由 第一編碼器306和第二編碼器309檢測的資料來評估，且將由第二編碼器309檢測的信號發送給控制器101。
在印刷期間，使用基板250的厚度S的已知值和參考 梭401的高度Hr，有可能確定葉片311和印刷腔室102將操作的第一印刷位置Pr1(圖9)。基板250的厚度S對於所使用的不同基板可視為基本上恒定，除可視為忽略不計的生產公差或由於基板250的生產批次變化中的尺寸變化之外。
第一印刷位置Pr1(圖9)對應於基板250的印刷表面 相對於參考面318佈置的實際高度。
在校準操作之後，用於控制基板上的印刷壓力的方 法的實施例提供設定操作，在該設定操作中，對不同基板250進行多次印刷以例如藉由使用相機121的光學檢查，來評估印刷是否已經正確地進行。
更具體而言，在印刷操作期間，規定葉片311施加例 如約80N的確定壓力在基板250的印刷表面上。該壓力確保在葉片311和印刷遮罩102B之間存在接觸，且允許膏劑藉由印刷遮罩102B的網孔被正確地沉積在基板250上。
在重複的印刷操作之後，確定將如圖10中所示的第 一印刷位置Po1分配給葉片311，以便保證印刷具有期望品質 和可重複性。最佳印刷壓力對應於第一印刷位置Po1。
為了葉片311施加最佳壓力在基板250上，將第一印 刷位置Po1佈置在基板250的沉積表面之下且在一些配置中，將第一印刷位置Po1有利地佈置在基板250的厚度S的中間位置。即，第一印刷位置Po1位於葉片311的第一實際印刷位置Pr1之下的最佳距離△o處，該距離△o例如可為約100μm。
在於參考梭401中進行印刷操作期間，葉片311對應 於在圖9中藉由虛線圖示的第一印刷位置Po1，且隨後葉片311水準地位移，掠過印刷遮罩102B的表面以沉積導電材料，且葉片311將該葉片311自身定位與第一實際印刷位置Pr1一致。
在於參考梭401中進行的印刷操作期間，提供控制操 作，在該控制操作中，壓力檢測器315檢測葉片311施加於基板250上的壓力且若檢測到相對於在設定操作中確定的最佳壓力的偏差，則對葉片311進行移動以重建正確的條件。
所確定的可能偏差可能是由於例如，葉片零件上的 磨損、基板的不同平均高度，或其他因素。葉片311的移動的變化藉由指示該葉片311在後續已指示位置Pc中的定位來反覆運算地確定，該已指示位置Pc如由圖9中的虛線所示，直到達到第一印刷位置Po1為止，最佳印刷壓力對應於該第一印刷位置Po1。
為了確保快速地恢復最佳印刷條件，結合至少第一 編碼器306和第三編碼器313的位置資料和藉由壓力檢測器315檢測的壓力資料，或藉由如上所述的間接檢測，控制器101例如藉由線性過濾操作確定待分配給葉片311的已指示位置 Pc，以便返回該已指示位置Pc以基本上符合第一位置Po1。線性過濾操作將藉由設備301假定的位置與藉由葉片311施加在基板250上的至少實際壓力相關。
印刷設備301同樣對應於其他印刷梭，例如對應於如 圖10中所示的第二梭402，進行印刷操作，該第二梭402相對於參考面318的高度Hr是未知的。
第二梭402的高度可不同於參考梭401的高度，且因 此，必須確定在參考梭401的第一位置Po1和第二梭402的期望第二位置Po2之間的待分配給葉片311的偏差△S或差異，以便為第二梭402建立最佳印刷條件。
當第二梭402與印刷設備301對應時，葉片311使葉片 311自身基本上在與先前於參考梭401中確定的相同的已指示位置Pc中操作。由於參考梭401和第二梭402的不同高度，葉片311當操作於第二梭402中時必須定位在第二實際印刷位置Pr2中，該第二實際印刷位置Pr2不同於該葉片311操作於參考梭401中的第一實際印刷位置Pr1。這樣當使用第二梭402時引起了不同的印刷製程條件，該製程條件不符合先前在設定步驟中定義的最佳條件。
為了當與第二梭402對應的印刷開始時重建最佳印 刷條件，該方法開始藉由直接或間接測量檢測藉由葉片311施加在基板250上的壓力。若發現相對於先前在設定操作中設定的最佳壓力的偏差，控制器101將控制藉由葉片311施加的壓力以同樣在第二梭402中建立最佳運行條件。
因此，開始恢復操作，在該操作中，控制器101藉由 在第一方向Z中沿著第一導向器305移動印刷設備301來確定待分配給印刷設備301的偏差△S，以便在第二梭402中重建最佳印刷壓力。
恢復操作將葉片311在多個已指示位置Pc中定位，直 到達到分配給第二梭402的第二印刷位置Po2為止。在對應於第二梭402進行且在其他梭上執行的印刷操作之後的後續印刷操作期間，控制器101指示印刷葉片311以對應於第二梭402中的第二印刷位置Po2直接定位。
在已確定第二位置Po2之後進行的印刷操作期間，控 制藉由葉片311施加在基板250上的壓力；若發現偏差，則開始如先前確定的恢復最佳印刷條件的操作。
該偏差可能是由於在葉片311的零件上的磨損、基板 250的平均高度的變化、在印刷設備301的導向器和移動部件之間的可能鬆動或其他因素。
對葉片311的零件上的磨損或基板250的平均高度的 變化的檢測是在參考梭401中進行的。若發現相對於最佳印刷壓力的偏差，則僅藉由沿著導軌312移動葉片311，將葉片311相對於整體印刷設備301重新定位。
上述實施例不僅可應用於兩個梭，而且可應用於可 與印刷設備301一起使用的三個、四個或更多個梭(例如，印刷巢131)。在一個實施例中，開始印刷系統的初始操作包括與視為參考梭的梭對應的確定最佳印刷條件的校準步驟，且控制方法的後續步驟以如上所述的相同方式應用於高度未知的其他梭中的每一個。因此，控制器101確定待為每一梭分配 的最佳印刷位置。即，對於一個或另一個梭，當葉片311操作時待分配給葉片311的偏差△S。
雖然上文是針對本發明的實施例，但是在不偏離本發明的基本範圍的情況下可設計本發明的其他和進一步實施例，且本發明的範圍藉由所附申請專利範圍來確定。
101‧‧‧系統控制器
102‧‧‧網版印刷腔室
102B‧‧‧遮罩
131‧‧‧印刷巢
250‧‧‧基板
301‧‧‧印刷設備
302‧‧‧印刷頭
305‧‧‧第一導向器
306‧‧‧第一編碼器
307‧‧‧第二導向器
308A‧‧‧印刷腔室馬達
308B‧‧‧印刷頭馬達
308C‧‧‧葉片馬達
309‧‧‧第二編碼器
310‧‧‧支撐主體
311‧‧‧葉片
312‧‧‧導向器
313‧‧‧第三編碼器
315‧‧‧壓力檢測器
316‧‧‧支撐表面
318‧‧‧參考面
320‧‧‧模板
321‧‧‧突出部分
322‧‧‧測量感測器

Claims (15)

  1. 一種用於控制一基板上的一印刷壓力的方法，該方法包括以下步驟：使用一印刷設備在一第一基板上執行至少一第一印刷操作，該印刷設備相對於一第一印刷梭佈置，該第一印刷梭具有佈置在一第一位置處的一基板支撐表面，其中該第一印刷操作在一第一印刷壓力下執行；使用該印刷設備在一第二基板上執行至少一第二印刷操作，該第二基板佈置在一第二印刷梭的一基板支撐表面上，其中該第二印刷操作在該第二印刷梭的該基板支撐表面佈置在一第二位置處時執行，且該第二印刷操作在一第二印刷壓力下執行，檢測該第二印刷壓力與該第一印刷壓力之間的一偏差值；以及基於該偏差值改變該印刷設備相對於該第二位置的位置以將該第二印刷壓力與該第一印刷壓力匹配。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該印刷設備相對於該第二位置的該位置在一垂直方向上改變。
  3. 如請求項1或2所述的方法，其中執行該至少第一印刷操作之步驟包括以下步驟：將該印刷設備定位在該第一印刷梭之上的該第一印刷位置；且其中執行該至少第二印刷操作之步驟包括以下步驟：將該印刷設備定位在該第二印刷梭之上 的該第二印刷位置。
  4. 如請求項1或2所述的方法，其中該第二印刷壓力匹配該第一印刷壓力。
  5. 如請求項1或2所述的方法，進一步包含以下步驟：測量該至少第一印刷操作和該至少第二印刷操作的一印刷壓力。
  6. 如請求項1或2所述的方法，其中在該第二位置相對於該第一位置之間的一偏差用於將該印刷設備移動到該第二位置。
  7. 如請求項1或2所述的方法，進一步包括以下步驟：執行一校準操作，在該校準操作中，估計在該印刷設備和該第一印刷梭上的該基板支撐表面之間的一距離。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該距離藉由將該基板支撐表面的一高度和該印刷設備相對於一參考面的一參考高度相互關聯來估計。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該印刷設備的該參考高度藉由將在該印刷設備和該參考面之間的一距離相關來確定。
  10. 如請求項1或2所述的方法，進一步包括以下步驟：測量該至少第一印刷操作的一第三印刷壓力且改變該至少第一印刷操作的該第一位置以將該第三印刷壓力與該第一印刷壓力匹配。
  11. 如請求項1或2所述的方法，進一步包括以下步驟：測量該至少第二印刷操作的一第四印刷壓力且改變該至少第二印刷操作的該第二位置以將該第二印刷壓力與該第一印刷壓力匹配。
  12. 如請求項1或2所述的方法，其中改變該第一和第二位置是反覆運算地執行的，或藉由應用作為所檢測的印刷壓力的一函數的一線性過濾操作來執行的。
  13. 一種印刷系統，包括：一第一印刷梭，具有佈置在一第一位置處的一基板支撐表面；一第二印刷梭，具有佈置在一第二位置處的一基板支撐表面；一或多個位置檢測器，被配置成檢測一印刷設備相對於該第一印刷梭的該基板支撐表面的一位置；以及一控制器，被配置成：當該印刷設備相對於該第一印刷梭的該基板支撐表面佈置時，控制使用該印刷設備的一第一印刷操作，其中該第一 印刷操作在一第一印刷壓力下執行，以及當該印刷設備相對於該第二印刷梭的該基板支撐表面佈置時，控制使用該印刷設備的一第二印刷操作，其中該第二印刷操作在一第二印刷壓力下執行，其中該控制器進一步被配置成檢測在該第二印刷壓力與該第一印刷壓力之間的一偏差，且改變該印刷設備相對於該第二位置的位置以將該第二印刷壓力與該第一印刷壓力匹配。
  14. 如請求項13所述的印刷系統，其中該控制器被配置成在一垂直方向改變該印刷設備相對於該第二位置的位置。
  15. 如請求項13或14所述的印刷系統，進一步包括：一或多個壓力檢測器，被配置成檢測在該第一印刷操作和該第二印刷操作期間藉由該印刷設備施加的壓力。
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