专利名称：用于非接触性材料沉积的方法及系统的制作方法
用于非接触性材料沉积的方法及系统
背景技术：
引入非接触性沉积技术，如制造太阳能电池中的喷墨印刷技术(inkjet printing)或喷雾剂分注技术(aerosol dispensing)、平板显示器、薄膜晶体管(TFT)或印 刷电路的导入，使生产具有IOym或更小宽度的薄导电性接触点成为可能。然而，减少导 线的宽度会导致导电性的减低。为了维持所期望的导电性，线的横截面积(cross section area)应维持不变，且应通过将高度尺寸增大而弥补宽尺寸的顺应缩小，以产生更高的导线 的高宽比(aspect ratio)。技术上的挑战在于以大量生产制造具有高的高宽比的高质量窄 金属化线。
说明书的结论部分中特别指出或清楚主张视为本发明的主题。然而，当解读所附 加的图式时，最佳可通过参考下列详细的叙述而理解本发明的机构和操作方法以及其目 的、特征和优点，该图式为如下图1显示根据本发明的实施例的一种例示性印刷系统的图式。图2A和图2B为根据本发明的实施例的例示性印刷设置图式。图3为论证根据本发明的实施例的一种印刷线的方法的例示性图式。图4显示论证根据本发明的例示性实施例的一种印刷线的方法的时间轴图式。应理解为了图式的简化性和清楚性，图式中所示的元件并不需要按比例绘制。例 如为了清楚性，相对于其他元件，一些元件的尺寸可为过度放大。再者，在所认定的适当处， 可在图式间重复附图标记以注明对应或类似的元件。
具体实施例方式在下列详细描述中，叙述了多个具体细节以提供对本发明的详尽理解。然而，本领 域的普通技术人员将了解，无需这些具体细节即可实施本发明。在其他情况下，为了不要模 糊本发明，并未详述众所周知的方法、流程、组件、模块、单元及/或电路。本发明的实施例可应用于各种印刷系统和方法中。为了简化性和清楚性，非接触 性材料沉积系统的例示性实施例和参考数据将主要应用于使用喷墨系统进行微电子、平板 显示器以及太阳能电池用的导电金属线的制造。然而，本发明的范畴并不受此例示性实施 例所限制，而可应用于其他沉积系统中，如喷雾沉积系统或分注器、以及其他应用，如使用 任何适合的油墨或分注材料的绘图、报纸、大众传播、包装以及电子。本发明的实施例涉及一种印刷线的方法，例如，通过非接触性沉积方法所得到的 电导线。例如，该方法可包含由多个喷墨喷嘴在基片(诸如半导体晶片)上沉积材料(诸 如银)，以印刷电导接触线。该线可设计为具可满足导电性要求的所期望的截面积。该截面 积在垂直于该线的长度维度的平面内。至于一些应用(诸如，光电电池的前侧用的金属图 案)，尽可能减少接触线的宽度且通过放大线的高度而弥补所减低的导电性有利于提供更 高的高宽比。根据一些实施例，具有所期望的截面积及/或所期望的高度的多层线可通过
4将材料分注在至少两层中来印刷。该层可在单次扫描中印刷，其中各层由一个或多个喷嘴 的对应群组印刷，而且线中的层数量基于所期望的高度或截面积而决定。虽然在一些实施 例中，成列或成群组的喷嘴可与单一印刷头联系结合，但也可能是呈其他的型态(如本文 中所详述)。根据本发明的实施例，喷嘴群组可沿扫描方向设置。当选择性地从印刷单元的喷 嘴分注至印刷介质(printing media)上时，标示为X方向的扫描方向指材料在印刷制程中 印刷单元(印刷头)与印刷介质(基片)之间的相对运动。该相对运动可通过下列过程达 成移动印刷头但同时使输送器载有印刷介质之的盘维持不动，或通过移动载有印刷介质 的传输器但同时由停滞的印刷头印刷，或通过移动印刷头和印刷介质两者。为了说明上的 流畅性，以下以一种印刷头为停滞的、且印刷介质在输送器上沿扫描方向移动的系统和方 法加以阐释，但熟悉本领域的人应了解，本发明的实施例同样地可应用于印刷头和印刷介 质之间的其他形式的相对运动。现参考图1。图1显示根据本发明的实施例的喷墨印刷系统的纵览(high level) 图式。此例示性系统标示为系统100，其可使用材料沉积印刷技术，像是喷墨印刷或喷雾剂 沉积技术。印刷系统100可包含印刷设备105和印刷台或平台110。印刷平台110可包含 水平表面以承载基片，诸如，半导体晶元。印刷设备105可包含如喷射印刷单元或具有多个 设置成为一列或多列的分注喷嘴116的印刷头114。印刷头可相对印刷台110进行设置，使 得该等列与扫描方向X平行。印刷台110可包含可将基片或介质125沿着扫描方向移动但 同时印刷设备105维持停滞的输送器。根据其他实施例，印刷设备105可沿扫描方向、沿横 扫描方向⑴或沿X和Y方向移动。系统100可进一步包含控制器115，诸如微处理器以控制印刷制程。举例而言，控 制器115可根据控制器中所储存的印刷档案中的信息，让印刷单元105中的喷嘴在介质125 上沉积材料，使得一条或多条具有所期望的高度的线在单次扫描中形成。控制器115可包 含储存媒体，其上储存有用于印刷过程的指令。根据本发明的实施例，系统100可包括加热单元135以将印刷介质加热。例如， 可装设加热单元135或使其在印刷台110内，使加热单元135能底部加热印刷介质以固化 (solidify)印刷层。控制器115可控制加热单元135。如图2A所示，印刷单元如单元202、203、204可沿着扫描方向设置，使作为单一印 刷单元的一部分的喷嘴可印刷对应的线。例如，线252可由印刷单元202在三层中印刷， 其中对第一层使用第一喷嘴221，对第二层使用第二喷嘴222以及对第三层使用第三喷嘴 223。应了解，各印刷单元可包含数百个喷嘴，且线的各层可由超过一个喷嘴印刷。根据其 他实施例，如图2B所示，单元202、203、204可设置成与扫描方向垂直。因此，每一经指定以 沿扫描方向作线印刷的喷嘴群组包含来自超过一个印刷单元的喷嘴。例如，线邪4可在三 层中印刷，其中第一层可由印刷单元204的喷嘴241印刷，第二层可由印刷单元203的喷嘴 231印刷，且第三层可由印刷单元202的喷嘴221印刷。同样地可应用其他印刷设置，而不 悖离本发明的范畴。现在参考图3。图3显示论证根据本发明的实施例的一种印刷线的方法的图式。 介质320可沿扫描方向X移动。在单次扫描中，可使用如喷嘴311、312、313形成三层。第 一层341可通过喷嘴311而沉积于介质320上。例如，可通过喷嘴311分注小滴345以形成层341的一部分。熟悉本领域的人将了解另外由喷嘴341或其他喷嘴沉积的小滴可形成 连续线。同样地，喷嘴312可在层341上沉积第二层342，且喷嘴313可在层342上沉积第 三层343。可决定由喷嘴311在特定位置上沉积材料和由喷嘴312在相同的点或位置上沉积 材料之间的时间，以使第一层能干燥。此时间可通过介质320所移动的速率而控制。例如， 该速度可通过如从控制器115传送至传输器110的命令加以控制，使得由喷嘴311沉积的 材料在达到由喷嘴312沉积材料的时间点时实质上是干燥的。同样地，由喷嘴312沉积的 材料在其位于喷嘴313下方时也是足够干燥的，而另外的材料可因此由喷嘴313进行适当 沉积。根据一些实施例，可将在其上方沉积材料的介质加热，以促进沉积的材料的干燥或硬 化，因而可沉积后续层。对介质表面增加加热可增加沉积的材料的液体组分的蒸发速率，而 且可减少沉积的材料在表面上的散布量(amount of spread) 0再者，喷嘴间的间距或距离 可设置成容许有所期望的干燥时间，例如，将喷嘴311和312放置成更分开可在由喷嘴312 沉积另外的材料之前，容许由喷嘴311沉积的材料有更多的干燥时间。进一步参考图4。图4显示论证根据本发明的实施例的印刷具有三层的线的例示 性图式。该图式显示印刷过程的时间轴(time line)，其起始于时间、。在时间、时，将属 于第一层的单一小滴D1在印刷介质如介质320上沉积。在时间t2时，在介质已沿扫描方向 X前进之后，第一层包含均从喷嘴311分注的两小滴；再者，第二层通过喷嘴312在小滴D1 上沉积小滴D2而印刷。如本文中所详述，小滴D1的材料在沉积小滴D2之前固化。根据一 些实施例，可将其上沉积有材料的介质加热以促进沉积的材料的干燥或硬化，因而可沉积 后续层。在时间t3时，在介质已进一步沿扫描方向X移动之后，第一层包括均来自喷嘴311 的三小滴，第二层包括均来自喷嘴312的两小滴，再者，第三层由喷嘴313在小滴&上沉积 小滴D3而印刷。该过程可开始直到时间t7为止，此时，由喷嘴313沉积属于第三层的小滴 D4以形成包括三层的线。再参考制造光电电池用的金属图案的例示性实施例，其上印刷有导线的硅层可涂 布一抗反射涂覆，像是氮化硅或氧化钛。该涂覆层也可称为钝化层(passivation layer) 0 沉积的材料可包含导电组件、表面穿透组件以穿透基片的上表面的钝化层以及结合组件。 例如，沉积的材料可包括银颗粒，因为导电组件和小玻璃颗粒或玻璃熔块可协助银穿过抗 反射涂覆。结合组件可包含可与表面(例如，氮化硅)在500至900°C的高温进行化学反应的 添加物，诸如铅、铋、锑以及其他。该化学反应可在导电材料和光电电池的底下硅层之间提 供良好接触。根据本发明的实施例，将具有印刷于其上的导线的基片加热至超过500°C的高 温可将导线和基片结合，因而使该线不能与基片分离。根据本发明的实施例，在通过单次扫描或者通过多重扫描以层接着层的方式印刷 线之后，将经印刷的基片加热至超过500°C的温度，因而使经印刷的线与基片的表面结合， 并且变得无法与基片分离。根据其他实施例，将表面加热到600°C以上的温度。根据实施例， 各层的材料使用如下面列出的在分注接续层之前就固化材料的光固化(photocuring)、 将材料的温度冷却至相变化点下、或加热材料并且使挥发性组分从该材料挥发。就此而论， 术语固化也可包含获得其中金属颗粒彼此结合的连续线。加热至500°C或600°C以上的温度会造成玻璃烧结熔化并穿透钝化层，因此使沉积材料内的金属颗粒可与底下硅基片紧密 地结合。再者，加热可造成金属颗粒彼此相融，并且形成平滑的固体金属线。熟悉本领域技 术的人将了解，即使银块的熔点为如1000°c以上，纳米银颗粒也可视颗粒大小而在500°C 以下就熔融。根据本发明的一些实施例，通过单次扫描或者通过多重扫描以层接着层的方式印 刷线的方法可包含在分注第一材料以制备导线之前，在基片上在与将印刷线的区域相邻的 区域上(在该线的两侧)沉积第二材料作为阻挡，以防止第一材料在基片上扩散。阻挡可 为蜡基(waxed-based)材料，且也可在将印刷线的区域上沉积。在制造太阳能电池时，这些 实施例可用于在硅晶片上印刷导线。根据本发明的其他实施例，在印刷导线之前，可将阻挡材料作为薄的涂覆印刷在 晶片(基片)的整个上表面。该涂覆材料可为作为用作导线材料的非润湿性(non-wetting) 材料。再者，为了在太阳能电池的使用时不要阻挡阳光，涂覆材料可为透太阳辐射的，或者 可在高过500°C的温度下挥发或燃烧。此涂覆层可通过仅涂覆包含少数分子的薄膜层而变 成可透光。阻挡涂覆材料的非限定性实例为接近单分子层的二甲基硅氧烷或硅烷衍生物。本发明的一些实施例可在由基于处理器的系统执行的软件中施行。例如，本发明 的实施例可在程序代码中实施，且可储存于储存媒体上，该储存媒体具有储存于其中的指 令，其可用以将系统程序化以执行该指令。此储存媒体可包括但并不限于下列任何一种盘 片软盘、光盘、只读光盘(CR-ROM)、可重写光盘(⑶-RW)以及磁光盘、半导体装置(诸如只 读存储器(ROM))、随机存取存储器(RAM)(诸如动态随机存取器(DRAM))、可擦除可编程只 读存储器(EPROM)、闪存、电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光学卡、或任何 一种适合用于储存电子指令的媒体(包括可程序化储存装置)。此系统可包含组件，例如但并不限于下面列出的多个中央处理器(CPU)或任何 其他适合的多用途或特定(multi-purpose or specific)的处理器或控制器、多个输入单 元、多个输出单元、多个记忆单元以及多个储存单元。此系统可另外包含其他适合的硬件组 件及/或软件组件。本发明的实施例可包含编码、包含或储存指令(例如，计算机执行指令)的对象如 计算机或处理器可读取媒介或计算机或处理器储存媒体如存储器、碟机、USB闪存，当处理 器或控制器执行指令时，该对象会实行本文中所公开的方法。除非明确叙述，本文中所公开的方法实施例并不限制于特定的顺序或序列。另外， 一些所述的方法实施例或其元件可在相同的时间点或重迭的时间点发生或进行。由现有技 术中已知，可执行程序代码区段(诸如功能、任务、子任务或程序)的执行可称为功能、程序 或其他组件的执行。虽然本发明的实施例并不限于这方面，讨论时所使用的术语，诸如，“处理”、“运 算”、“计算”、“决定”、“建立”、“分析”、“检查”等可指计算机、计算平台、计算系统或其他电子 计算装置的操作及/或过程，其将作为在计算机缓存器及/或内存内的实体(如电子)数 量表示的数据操作及/或转换成其他同样地由计算机缓存器及/或内存内的实体表示的数 据或其他可储存指令以进行操作及/或过程的信息储存媒体。虽然本发明的实施例并不就这方面进行限制，本文中所使用的术语“复数个 (plurality)”和“多个(a plurality) ”可包含例如“多个(multiple) ”或“两个或更多”。术语“复数个(plurality)”和“多个(a plurality) ”可于说明书全文中使用，以描述两个 或多个组件、装置、元件、单元、参数等。 虽然本文已阐释和描述本发明的某些特征，对于熟悉本领域的人而言，可发生许 多修改、置换、改变以及均等物。因此，所附加的权利要求应理解为意欲涵盖所有落入本发 明的真正精神内的这样的修改和改变。
权利要求
1.一种印刷线的方法，该方法包括通过在单次扫描中将材料分注于至少两层中，由多个喷嘴在基片上沉积材料而形成具 有所期望的截面积或所期望的高度的多层线，其中各层由不同的喷嘴印刷，而且所述线中 的层数基于所期望的截面积或高度决定。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述截面积垂直于所述线的长度维度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述线沿扫描方向形成，且所述喷嘴沿所述扫描方 向设置。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述喷嘴以群组方式设置，而且每个所述群组形成 所述层之一。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述线沿扫描方向形成，且所述群组沿所述扫描方 向设置。
6.如权利要求4所述的方法，其中每个所述群组包括所述喷嘴之一。
7.如权利要求1所述的方法，包括加热至少部分基片，使得在分注接续层之前固化每一层。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述加热将挥发性组分从所述材料中挥发。
9.如权利要求1所述的方法，其中在所述线的至少一个所述层中，所述材料的小滴部 分地重叠。
10.如权利要求1所述的方法，其中重叠的量是预先确定的以使所述线的宽度尺寸最 小化。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述材料为电导性，且所述基片为半导体晶片。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述材料为电导性或热导性。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述喷嘴为单一印刷单元的部分。
14.如权利要求1所述的方法，包括通过多个印刷单元印刷多条线，其中每条所述线通过各自的一个所述印刷单元，在单 次扫描中印刷至少两层。
15.一种印刷线的非接触性沉积方法，该方法包括由多个喷嘴在基片上逐层沉积材料而形成所期望的高度的线；在分注接续层之前固化每层材料；以及将具有印刷于其上的所述线的所述基片加热至500°C以上的温度，使得所述线与所述 基片不可分离。
16.如权利要求15所述的方法，其中通过光固化所述材料、冷却所述材料的温度至相 变点之下、或从所述材料中挥发挥发性组分来完成固化。
17.如权利要求15所述的方法，其中固化的材料为电导性或热导性。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述基片为半导体晶片或电介质材料。
19.一种由印刷单元的喷嘴印刷线的非接触性沉积方法，该方法包括在基片上沉积第一材料而在与其上将印刷所期望高度的线的区域邻近的区域上形成 阻挡，以防止第二材料在所述基片上扩散；以及在所述阻挡之内的区域上的所述基片上逐层沉积所述第二材料而形成所述线。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一材料的特点为不为所述第二材料润湿。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述第一材料为蜡基。
22.如权利要求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.如权利要求19所述的方法，其中所述第二材料为电导性或热导性。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述基片为半导体晶片或电介质材料。
25.如权利要求20所述的方法，包括在所述基片上或在所述线下面沉积所述第一材料为涂覆层。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述第一材料对太阳辐射透明。
27.如权利要求19所述的方法，进一步包括将具有印刷于其上的所述线的所述基片加热至500°C以上的温度，其中所述加热从所 述基片上去除所述第一材料。
全文摘要
本发明的实施例关于一种印刷线的方法。该方法可包括通过在单次扫描中将材料分注于至少两层中，以由多个喷嘴在基片上沉积材料而形成具有所期望的截面积或所期望的高度的多层线。各层可由不同的喷嘴印刷，而且线中的层数基于所期望的截面积或高度来决定。
文档编号H05K3/12GK102113422SQ200980124169
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者哈南·国泰特, 欧范·巴哈拉夫, 迈克尔·道弗莱特, 阿克塞·班尼楚 申请人:迅捷有限公司