專利名稱：用于非接觸性材料沉積的方法及系統(tǒng)的制作方法
用于非接觸性材料沉積的方法及系統(tǒng)
背景技術：
引入非接觸性沉積技術，如制造太陽能電池中的噴墨印刷技術(inkjet printing)或噴霧劑分注技術(aerosol dispensing)、平板顯示器、薄膜晶體管(TFT)或印 刷電路的導入，使生產具有IOym或更小寬度的薄導電性接觸點成為可能。然而，減少導 線的寬度會導致導電性的減低。為了維持所期望的導電性，線的橫截面積(cross section area)應維持不變，且應通過將高度尺寸增大而彌補寬尺寸的順應縮小，以產生更高的導線 的高寬比(aspect ratio)。技術上的挑戰(zhàn)在于以大量生產制造具有高的高寬比的高質量窄 金屬化線。


說明書的結論部分中特別指出或清楚主張視為本發(fā)明的主題。然而，當解讀所附 加的圖式時，最佳可通過參考下列詳細的敘述而理解本發(fā)明的機構和操作方法以及其目 的、特征和優(yōu)點，該圖式為如下圖1顯示根據本發(fā)明的實施例的一種例示性印刷系統(tǒng)的圖式。圖2A和圖2B為根據本發(fā)明的實施例的例示性印刷設置圖式。圖3為論證根據本發(fā)明的實施例的一種印刷線的方法的例示性圖式。圖4顯示論證根據本發(fā)明的例示性實施例的一種印刷線的方法的時間軸圖式。應理解為了圖式的簡化性和清楚性，圖式中所示的元件并不需要按比例繪制。例 如為了清楚性，相對于其他元件，一些元件的尺寸可為過度放大。再者，在所認定的適當處， 可在圖式間重復附圖標記以注明對應或類似的元件。
具體實施例方式在下列詳細描述中，敘述了多個具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的詳盡理解。然而，本領 域的普通技術人員將了解，無需這些具體細節(jié)即可實施本發(fā)明。在其他情況下，為了不要模 糊本發(fā)明，并未詳述眾所周知的方法、流程、組件、模塊、單元及/或電路。本發(fā)明的實施例可應用于各種印刷系統(tǒng)和方法中。為了簡化性和清楚性，非接觸 性材料沉積系統(tǒng)的例示性實施例和參考數(shù)據將主要應用于使用噴墨系統(tǒng)進行微電子、平板 顯示器以及太陽能電池用的導電金屬線的制造。然而，本發(fā)明的范疇并不受此例示性實施 例所限制，而可應用于其他沉積系統(tǒng)中，如噴霧沉積系統(tǒng)或分注器、以及其他應用，如使用 任何適合的油墨或分注材料的繪圖、報紙、大眾傳播、包裝以及電子。本發(fā)明的實施例涉及一種印刷線的方法，例如，通過非接觸性沉積方法所得到的 電導線。例如，該方法可包含由多個噴墨噴嘴在基片(諸如半導體晶片)上沉積材料(諸 如銀)，以印刷電導接觸線。該線可設計為具可滿足導電性要求的所期望的截面積。該截面 積在垂直于該線的長度維度的平面內。至于一些應用(諸如，光電電池的前側用的金屬圖 案)，盡可能減少接觸線的寬度且通過放大線的高度而彌補所減低的導電性有利于提供更 高的高寬比。根據一些實施例，具有所期望的截面積及/或所期望的高度的多層線可通過
4將材料分注在至少兩層中來印刷。該層可在單次掃描中印刷，其中各層由一個或多個噴嘴 的對應群組印刷，而且線中的層數(shù)量基于所期望的高度或截面積而決定。雖然在一些實施 例中，成列或成群組的噴嘴可與單一印刷頭聯(lián)系結合，但也可能是呈其他的型態(tài)(如本文 中所詳述)。根據本發(fā)明的實施例，噴嘴群組可沿掃描方向設置。當選擇性地從印刷單元的噴 嘴分注至印刷介質(printing media)上時，標示為X方向的掃描方向指材料在印刷制程中 印刷單元(印刷頭)與印刷介質(基片)之間的相對運動。該相對運動可通過下列過程達 成移動印刷頭但同時使輸送器載有印刷介質之的盤維持不動，或通過移動載有印刷介質 的傳輸器但同時由停滯的印刷頭印刷，或通過移動印刷頭和印刷介質兩者。為了說明上的 流暢性，以下以一種印刷頭為停滯的、且印刷介質在輸送器上沿掃描方向移動的系統(tǒng)和方 法加以闡釋，但熟悉本領域的人應了解，本發(fā)明的實施例同樣地可應用于印刷頭和印刷介 質之間的其他形式的相對運動?，F(xiàn)參考圖1。圖1顯示根據本發(fā)明的實施例的噴墨印刷系統(tǒng)的縱覽(high level) 圖式。此例示性系統(tǒng)標示為系統(tǒng)100，其可使用材料沉積印刷技術，像是噴墨印刷或噴霧劑 沉積技術。印刷系統(tǒng)100可包含印刷設備105和印刷臺或平臺110。印刷平臺110可包含 水平表面以承載基片，諸如，半導體晶元。印刷設備105可包含如噴射印刷單元或具有多個 設置成為一列或多列的分注噴嘴116的印刷頭114。印刷頭可相對印刷臺110進行設置，使 得該等列與掃描方向X平行。印刷臺110可包含可將基片或介質125沿著掃描方向移動但 同時印刷設備105維持停滯的輸送器。根據其他實施例，印刷設備105可沿掃描方向、沿橫 掃描方向⑴或沿X和Y方向移動。系統(tǒng)100可進一步包含控制器115，諸如微處理器以控制印刷制程。舉例而言，控 制器115可根據控制器中所儲存的印刷檔案中的信息，讓印刷單元105中的噴嘴在介質125 上沉積材料，使得一條或多條具有所期望的高度的線在單次掃描中形成?？刂破?15可包 含儲存媒體，其上儲存有用于印刷過程的指令。根據本發(fā)明的實施例，系統(tǒng)100可包括加熱單元135以將印刷介質加熱。例如， 可裝設加熱單元135或使其在印刷臺110內，使加熱單元135能底部加熱印刷介質以固化 (solidify)印刷層。控制器115可控制加熱單元135。如圖2A所示，印刷單元如單元202、203、204可沿著掃描方向設置，使作為單一印 刷單元的一部分的噴嘴可印刷對應的線。例如，線252可由印刷單元202在三層中印刷， 其中對第一層使用第一噴嘴221，對第二層使用第二噴嘴222以及對第三層使用第三噴嘴 223。應了解，各印刷單元可包含數(shù)百個噴嘴，且線的各層可由超過一個噴嘴印刷。根據其 他實施例，如圖2B所示，單元202、203、204可設置成與掃描方向垂直。因此，每一經指定以 沿掃描方向作線印刷的噴嘴群組包含來自超過一個印刷單元的噴嘴。例如，線邪4可在三 層中印刷，其中第一層可由印刷單元204的噴嘴241印刷，第二層可由印刷單元203的噴嘴 231印刷，且第三層可由印刷單元202的噴嘴221印刷。同樣地可應用其他印刷設置，而不 悖離本發(fā)明的范疇?，F(xiàn)在參考圖3。圖3顯示論證根據本發(fā)明的實施例的一種印刷線的方法的圖式。 介質320可沿掃描方向X移動。在單次掃描中，可使用如噴嘴311、312、313形成三層。第 一層341可通過噴嘴311而沉積于介質320上。例如，可通過噴嘴311分注小滴345以形成層341的一部分。熟悉本領域的人將了解另外由噴嘴341或其他噴嘴沉積的小滴可形成 連續(xù)線。同樣地，噴嘴312可在層341上沉積第二層342，且噴嘴313可在層342上沉積第 三層343?？蓻Q定由噴嘴311在特定位置上沉積材料和由噴嘴312在相同的點或位置上沉積 材料之間的時間，以使第一層能干燥。此時間可通過介質320所移動的速率而控制。例如， 該速度可通過如從控制器115傳送至傳輸器110的命令加以控制，使得由噴嘴311沉積的 材料在達到由噴嘴312沉積材料的時間點時實質上是干燥的。同樣地，由噴嘴312沉積的 材料在其位于噴嘴313下方時也是足夠干燥的，而另外的材料可因此由噴嘴313進行適當 沉積。根據一些實施例，可將在其上方沉積材料的介質加熱，以促進沉積的材料的干燥或硬 化，因而可沉積后續(xù)層。對介質表面增加加熱可增加沉積的材料的液體組分的蒸發(fā)速率，而 且可減少沉積的材料在表面上的散布量(amount of spread) 0再者，噴嘴間的間距或距離 可設置成容許有所期望的干燥時間，例如，將噴嘴311和312放置成更分開可在由噴嘴312 沉積另外的材料之前，容許由噴嘴311沉積的材料有更多的干燥時間。進一步參考圖4。圖4顯示論證根據本發(fā)明的實施例的印刷具有三層的線的例示 性圖式。該圖式顯示印刷過程的時間軸(time line)，其起始于時間、。在時間、時，將屬 于第一層的單一小滴D1在印刷介質如介質320上沉積。在時間t2時，在介質已沿掃描方向 X前進之后，第一層包含均從噴嘴311分注的兩小滴；再者，第二層通過噴嘴312在小滴D1 上沉積小滴D2而印刷。如本文中所詳述，小滴D1的材料在沉積小滴D2之前固化。根據一 些實施例，可將其上沉積有材料的介質加熱以促進沉積的材料的干燥或硬化，因而可沉積 后續(xù)層。在時間t3時，在介質已進一步沿掃描方向X移動之后，第一層包括均來自噴嘴311 的三小滴，第二層包括均來自噴嘴312的兩小滴，再者，第三層由噴嘴313在小滴&上沉積 小滴D3而印刷。該過程可開始直到時間t7為止，此時，由噴嘴313沉積屬于第三層的小滴 D4以形成包括三層的線。再參考制造光電電池用的金屬圖案的例示性實施例，其上印刷有導線的硅層可涂 布一抗反射涂覆，像是氮化硅或氧化鈦。該涂覆層也可稱為鈍化層(passivation layer) 0 沉積的材料可包含導電組件、表面穿透組件以穿透基片的上表面的鈍化層以及結合組件。 例如，沉積的材料可包括銀顆粒，因為導電組件和小玻璃顆?；虿Ａ蹓K可協(xié)助銀穿過抗 反射涂覆。結合組件可包含可與表面(例如，氮化硅)在500至900°C的高溫進行化學反應的 添加物，諸如鉛、鉍、銻以及其他。該化學反應可在導電材料和光電電池的底下硅層之間提 供良好接觸。根據本發(fā)明的實施例，將具有印刷于其上的導線的基片加熱至超過500°C的高 溫可將導線和基片結合，因而使該線不能與基片分離。根據本發(fā)明的實施例，在通過單次掃描或者通過多重掃描以層接著層的方式印刷 線之后，將經印刷的基片加熱至超過500°C的溫度，因而使經印刷的線與基片的表面結合， 并且變得無法與基片分離。根據其他實施例，將表面加熱到600°C以上的溫度。根據實施例， 各層的材料使用如下面列出的在分注接續(xù)層之前就固化材料的光固化(photocuring)、 將材料的溫度冷卻至相變化點下、或加熱材料并且使揮發(fā)性組分從該材料揮發(fā)。就此而論， 術語固化也可包含獲得其中金屬顆粒彼此結合的連續(xù)線。加熱至500°C或600°C以上的溫度會造成玻璃燒結熔化并穿透鈍化層，因此使沉積材料內的金屬顆粒可與底下硅基片緊密 地結合。再者，加熱可造成金屬顆粒彼此相融，并且形成平滑的固體金屬線。熟悉本領域技 術的人將了解，即使銀塊的熔點為如1000°c以上，納米銀顆粒也可視顆粒大小而在500°C 以下就熔融。根據本發(fā)明的一些實施例，通過單次掃描或者通過多重掃描以層接著層的方式印 刷線的方法可包含在分注第一材料以制備導線之前，在基片上在與將印刷線的區(qū)域相鄰的 區(qū)域上(在該線的兩側)沉積第二材料作為阻擋，以防止第一材料在基片上擴散。阻擋可 為蠟基(waxed-based)材料，且也可在將印刷線的區(qū)域上沉積。在制造太陽能電池時，這些 實施例可用于在硅晶片上印刷導線。根據本發(fā)明的其他實施例，在印刷導線之前，可將阻擋材料作為薄的涂覆印刷在 晶片(基片)的整個上表面。該涂覆材料可為作為用作導線材料的非潤濕性(non-wetting) 材料。再者，為了在太陽能電池的使用時不要阻擋陽光，涂覆材料可為透太陽輻射的，或者 可在高過500°C的溫度下?lián)]發(fā)或燃燒。此涂覆層可通過僅涂覆包含少數(shù)分子的薄膜層而變 成可透光。阻擋涂覆材料的非限定性實例為接近單分子層的二甲基硅氧烷或硅烷衍生物。本發(fā)明的一些實施例可在由基于處理器的系統(tǒng)執(zhí)行的軟件中施行。例如，本發(fā)明 的實施例可在程序代碼中實施，且可儲存于儲存媒體上，該儲存媒體具有儲存于其中的指 令，其可用以將系統(tǒng)程序化以執(zhí)行該指令。此儲存媒體可包括但并不限于下列任何一種盤 片軟盤、光盤、只讀光盤(CR-ROM)、可重寫光盤(⑶-RW)以及磁光盤、半導體裝置(諸如只 讀存儲器(ROM))、隨機存取存儲器(RAM)(諸如動態(tài)隨機存取器(DRAM))、可擦除可編程只 讀存儲器(EPROM)、閃存、電子可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁卡或光學卡、或任何 一種適合用于儲存電子指令的媒體(包括可程序化儲存裝置)。此系統(tǒng)可包含組件，例如但并不限于下面列出的多個中央處理器(CPU)或任何 其他適合的多用途或特定(multi-purpose or specific)的處理器或控制器、多個輸入單 元、多個輸出單元、多個記憶單元以及多個儲存單元。此系統(tǒng)可另外包含其他適合的硬件組 件及/或軟件組件。本發(fā)明的實施例可包含編碼、包含或儲存指令(例如，計算機執(zhí)行指令)的對象如 計算機或處理器可讀取媒介或計算機或處理器儲存媒體如存儲器、碟機、USB閃存，當處理 器或控制器執(zhí)行指令時，該對象會實行本文中所公開的方法。除非明確敘述，本文中所公開的方法實施例并不限制于特定的順序或序列。另外， 一些所述的方法實施例或其元件可在相同的時間點或重迭的時間點發(fā)生或進行。由現(xiàn)有技 術中已知，可執(zhí)行程序代碼區(qū)段(諸如功能、任務、子任務或程序)的執(zhí)行可稱為功能、程序 或其他組件的執(zhí)行。雖然本發(fā)明的實施例并不限于這方面，討論時所使用的術語，諸如，“處理”、“運 算”、“計算”、“決定”、“建立”、“分析”、“檢查”等可指計算機、計算平臺、計算系統(tǒng)或其他電子 計算裝置的操作及/或過程，其將作為在計算機緩存器及/或內存內的實體(如電子)數(shù) 量表示的數(shù)據操作及/或轉換成其他同樣地由計算機緩存器及/或內存內的實體表示的數(shù) 據或其他可儲存指令以進行操作及/或過程的信息儲存媒體。雖然本發(fā)明的實施例并不就這方面進行限制，本文中所使用的術語“復數(shù)個 (plurality)”和“多個(a plurality) ”可包含例如“多個(multiple) ”或“兩個或更多”。術語“復數(shù)個(plurality)”和“多個(a plurality) ”可于說明書全文中使用，以描述兩個 或多個組件、裝置、元件、單元、參數(shù)等。 雖然本文已闡釋和描述本發(fā)明的某些特征，對于熟悉本領域的人而言，可發(fā)生許 多修改、置換、改變以及均等物。因此，所附加的權利要求應理解為意欲涵蓋所有落入本發(fā) 明的真正精神內的這樣的修改和改變。
權利要求
1.一種印刷線的方法，該方法包括通過在單次掃描中將材料分注于至少兩層中，由多個噴嘴在基片上沉積材料而形成具 有所期望的截面積或所期望的高度的多層線，其中各層由不同的噴嘴印刷，而且所述線中 的層數(shù)基于所期望的截面積或高度決定。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述截面積垂直于所述線的長度維度。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述線沿掃描方向形成，且所述噴嘴沿所述掃描方 向設置。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴以群組方式設置，而且每個所述群組形成 所述層之一。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述線沿掃描方向形成，且所述群組沿所述掃描方 向設置。
6.如權利要求4所述的方法，其中每個所述群組包括所述噴嘴之一。
7.如權利要求1所述的方法，包括加熱至少部分基片，使得在分注接續(xù)層之前固化每一層。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述加熱將揮發(fā)性組分從所述材料中揮發(fā)。
9.如權利要求1所述的方法，其中在所述線的至少一個所述層中，所述材料的小滴部 分地重疊。
10.如權利要求1所述的方法，其中重疊的量是預先確定的以使所述線的寬度尺寸最 小化。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述材料為電導性，且所述基片為半導體晶片。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述材料為電導性或熱導性。
13.如權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴為單一印刷單元的部分。
14.如權利要求1所述的方法，包括通過多個印刷單元印刷多條線，其中每條所述線通過各自的一個所述印刷單元，在單 次掃描中印刷至少兩層。
15.一種印刷線的非接觸性沉積方法，該方法包括由多個噴嘴在基片上逐層沉積材料而形成所期望的高度的線；在分注接續(xù)層之前固化每層材料；以及將具有印刷于其上的所述線的所述基片加熱至500°C以上的溫度，使得所述線與所述 基片不可分離。
16.如權利要求15所述的方法，其中通過光固化所述材料、冷卻所述材料的溫度至相 變點之下、或從所述材料中揮發(fā)揮發(fā)性組分來完成固化。
17.如權利要求15所述的方法，其中固化的材料為電導性或熱導性。
18.如權利要求15所述的方法，其中所述基片為半導體晶片或電介質材料。
19.一種由印刷單元的噴嘴印刷線的非接觸性沉積方法，該方法包括在基片上沉積第一材料而在與其上將印刷所期望高度的線的區(qū)域鄰近的區(qū)域上形成 阻擋，以防止第二材料在所述基片上擴散；以及在所述阻擋之內的區(qū)域上的所述基片上逐層沉積所述第二材料而形成所述線。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述第一材料的特點為不為所述第二材料潤濕。
21.如權利要求19所述的方法，其中所述第一材料為蠟基。
22.如權利要求19所述的方法，其中所述第一材料是二甲基硅氧烷、二甲基硅烷或其 任意衍生物。
23.如權利要求19所述的方法，其中所述第二材料為電導性或熱導性。
24.如權利要求19所述的方法，其中所述基片為半導體晶片或電介質材料。
25.如權利要求20所述的方法，包括在所述基片上或在所述線下面沉積所述第一材料為涂覆層。
26.如權利要求19所述的方法，其中所述第一材料對太陽輻射透明。
27.如權利要求19所述的方法，進一步包括將具有印刷于其上的所述線的所述基片加熱至500°C以上的溫度，其中所述加熱從所 述基片上去除所述第一材料。
全文摘要
本發(fā)明的實施例關于一種印刷線的方法。該方法可包括通過在單次掃描中將材料分注于至少兩層中，以由多個噴嘴在基片上沉積材料而形成具有所期望的截面積或所期望的高度的多層線。各層可由不同的噴嘴印刷，而且線中的層數(shù)基于所期望的截面積或高度來決定。
文檔編號H05K3/12GK102113422SQ200980124169
公開日2011年6月29日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權日2008年6月24日
發(fā)明者哈南·國泰特, 歐范·巴哈拉夫, 邁克爾·道弗萊特, 阿克塞·班尼楚 申請人:迅捷有限公司