(57)【要約】【課題】平衡形状をもつ押し出し構造体を提供すること。【解決手段】押し出しヘッドは、基板上に配置され、材料は、押し出しヘッドの傾斜出口オリフィスを通して押し出されて、基板上に堆積された後の沈降に抵抗する平衡形状を有する、関連する押し出し構造体を形成する。押し出しヘッドは、平らな第１のシートによって形成された平らな表面、及び、第２のシートにエッチング或いは別の方法により形成された細長い傾斜トレンチによって形成された傾斜した表面を有する流体チャネルを含む。流体チャネルは、第１のシートによって形成される平らな縁、及び傾斜したトレンチの端部によって形成される傾斜した縁と連通する。材料は、その平らな下面が基板と接触するように、且つ、その傾斜した上面が基板とは反対になるように、出口オリフィスを通して押し出される。２つの材料は、高いアスペクト比グリッド線を形成するように共押し出しされる。【選択図】図１
2008155625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に平衡形状を有する押し出し構造体を製造するためのマイクロ押し出し装置であって、
押し出しヘッド
を含み、前記押し出しヘッドは、
第１の表面及び第１の側縁を有する第１のシートと、
第２の表面及び第２の側縁を有する第２のシートと
を含み、
前記第２のシートは前記第２の表面の平らな部分が前記第１の表面に当接し、前記第２の側縁は前記第１の側縁に位置合わせされるように前記第１のシート上に取り付けられて、前記第１の側縁及び第２の側縁は前記押し出しヘッドの縁表面を形成するようになり、
前記第２のシートの前記第２の表面は、前記第２の側縁から延び、凹状の傾斜表面を有する細長いトレンチを定めて、前記第１のシートによって定められる直線の第１の縁、及び前記細長いトレンチによって定められる傾斜した第２の縁を含む出口オリフィスを有する流体チャネルを形成し、
前記マイクロ押し出し装置は更に、前記流体チャネルを通して材料を押し込む間に、前記押し出しヘッドを前記基板に対して移動させて、前記材料が前記出口オリフィスから押し出されて、関連する押し出し構造体を前記基板上に形成するようするための手段を含み、前記押し出し構造体は、前記オリフィスの前記平らな第１の縁により形成され、前記表面と接触する平らな下面、及び、前記出口オリフィスの湾曲した前記第２の縁により形成され、前記基板とは反対の上面を有する
ことを特徴とするマイクロ押し出し装置。
【請求項２】
基板上に平衡形状をもつ押し出し構造体を形成するための方法であって、
押し出しヘッドによって定められる出口オリフィスが表面上に配置されるように、基板の表面に隣接して押し出しヘッドを位置決めするステップを含み、前記押し出しヘッドは、前記出口オリフィスと連通する流体チャネルを間に定める第１のシート及び第２のシートを含み、前記第１のシートは前記出口オリフィスの平らな縁を定める実質的に平らな表面を有し、前記第２のシートは前記出口オリフィスの傾斜縁を定める細長い傾斜トレンチを定めており、
前記流体チャネルを通して材料を押し込む間に、前記押し出しヘッドを前記基板に対して移動させて、前記材料が前記出口オリフィスから押し出されて、関連する押し出し構造体を前記基板上に形成するようするステップを含み、前記押し出しヘッドは前記基板に対して位置決めされて、前記押し出し構造体の平らな下面が前記オリフィスの前記平らな縁により形成され、前記表面と接触するようにし、前記押し出し構造体の上面が前記出口オリフィスの前記傾斜縁により形成され、前記基板と反対側になるようにする
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
マイクロ押し出し装置の押し出しヘッドを製造するための方法であって、
細長いトレンチがシートの表面に定められるように、第１のシートをエッチングするステップを含み、前記細長いトレンチは、前記シートの側縁に配置された開放端及び対向する閉鎖端を有し、前記細長いトレンチは一般に半円筒形の表面を有し、
第２のシートが前記第２のシートを完全に通る入口を含むように、前記第２のシートをエッチングするステップを含み、
前記入口が、前記細長いトレンチの前記閉鎖端と位置合わせされ、前記第２のシートの平らな表面部分が前記入口と前記側縁との間の前記細長いトレンチと反対側に配置されるように、前記第１のシートを前記第２のシートに接合して、前記細長いトレンチ及び前記第２のシートの平らな部分が、前記入口と前記側縁に位置する出口オリフィスとの間に延びる流体チャネルを形成するようにするステップを含み、前記出口オリフィスは、前記第２のシートの側縁によって形成される平らな縁、及び前記細長いトレンチの端部によって形成される傾斜縁を有する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平衡形状をもつ押し出し構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッド１３０を製造する方法は、発明の名称を「ＥＸＴＲＵＳＩＯＮ  ＨＥＡＤ  ＷＩＴＨ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＥＤ  ＥＤＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ」とし、引用により全体が本明細書に組み入れられる、共同出願された同時係属中の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号[代理人整理番号第２００６０４６４Ｑ−ＵＳ−ＮＰ（ＸＣＰ−０７４）]に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平衡形状をもつ押し出し構造体が必要とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例えば、以下により、平衡形状をもつ押し出し構造体が提供される。
基板上に平衡形状を有する押し出し構造体を製造するためのマイクロ押し出し装置であって、
押し出しヘッド
を含み、前記押し出しヘッドは、
第１の表面及び第１の側縁を有する第１のシートと、
第２の表面及び第２の側縁を有する第２のシートと
を含み、
前記第２のシートは前記第２の表面の平らな部分が前記第１の表面に当接し、前記第２の側縁は前記第１の側縁に位置合わせされるように前記第１のシート上に取り付けられて、前記第１の側縁及び第２の側縁は前記押し出しヘッドの縁表面を形成するようになり、
前記第２のシートの前記第２の表面は、前記第２の側縁から延び、凹状の傾斜表面を有する細長いトレンチを定めて、前記第１のシートによって定められる直線の第１の縁、及び前記細長いトレンチによって定められる傾斜した第２の縁を含む出口オリフィスを有する流体チャネルを形成し、
前記マイクロ押し出し装置は更に、前記流体チャネルを通して材料を押し込む間に、前記押し出しヘッドを前記基板に対して移動させて、前記材料が前記出口オリフィスから押し出されて、関連する押し出し構造体を前記基板上に形成するようするための手段を含み、前記押し出し構造体は、前記オリフィスの前記平らな第１の縁により形成され、前記表面と接触する平らな下面、及び、前記出口オリフィスの湾曲した前記第２の縁により形成され、前記基板とは反対の上面を有する
ことを特徴とするマイクロ押し出し装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は、本発明の一実施形態による、基板１０１上に平衡形状を有する押し出し構造体１２０を製造するためのマイクロ押し出し装置１００の部分を構成する押し出しヘッド１３０の一部分を示す。押し出しヘッド１３０は、材料が押し出しヘッド１３０の側縁１３９に定められた出口オリフィス１３５から押し出され、且つ、押し出し後の沈降に抵抗する望ましい平衡形をもって基板１０１の上面１０２の上に堆積されるように、押し出し材料の１つ又はそれ以上のソース（図示せず）に作動可能に結合される。
【０００６】
図２は、押し出しヘッド１３０を付加的な詳細で示す分解斜視図である。本発明の一実施形態によれば、押し出しヘッド１３０は多数のシート（基板又は平板）２１０、２２０、及び２３０で構成され、一実施形態においては、それらは図１に示される実質的に固体でブロック状の構造体を形成するように、公知の高圧ウエハ接合技術を用いて接合される。一実施形態においては、シート２１０、２２０、及び２３０は、約０．１５ｍｍの厚さを有する金属板である。シートの各々は、対向する面及び実質的に直線の側縁を有し、シート２１０は対向する第１及び第２の表面２１１−１及び２１１−２、及び側縁２１９を有し、シート２２０は対向する表面２２１−１及び２２１−２、及び側縁２２９を有し、シート２３０は対向する表面２３１−１及び２３１−２、及び側縁２３９を有する。シート２１０、２２０、及び２３０は、シート２３０がシート２１０と２２０との間に挟まれるように接合され、シート２３０は表面２３１−１が表面２２１−１に面するようにシート２２０上に取り付けられ、シート２１０は（第１の）表面２１１−１が（第２の）表面２３１−２に面するようにシート２３０上に取り付けられる。シート２１０、２２０、及び２３０は、（例えば、切削加工、フライス加工、又は研削加工の１つ又はそれ以上により）組み立てられ又は加工されて、側縁２１９、２２９、及び２３９が、図１に示されるように、押し出しヘッド１３０の縁表面１３９を形成するように位置合わせされる。ヘッド１３０を製造する方法は、発明の名称を「ＥＸＴＲＵＳＩＯＮ  ＨＥＡＤ  ＷＩＴＨ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＥＤ  ＥＤＧＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ」とし、引用により全体が本明細書に組み入れられる、共同出願された同時係属中の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号[代理人整理番号第２００６０４６４Ｑ−ＵＳ−ＮＰ（ＸＣＰ−０７４）]に記載されている。
【０００７】
再び図２を参照し、本発明の一態様によれば、シート２３０は、表面２３２−２に定められ、側縁２３９に隣接して配置される開放端（ノッチ）２３５から、側縁２３９から離れて配置された閉鎖端に延びる細長いトレンチ２３２、２３３、及び２３４の少なくとも１つを含むようにエッチングされるか或いは別の方法により製造される。各トレンチ２３２、２３３、及び２３４は、以下に説明される方法により形成される凹状の傾斜表面（例えば、一般に半円筒形又はテーパ形）を有する。具体的には、トレンチ２３２は、傾斜表面２３１−２２を含み、トレンチ２３３は傾斜表面２３１−２３を含み、トレンチ２３４は、傾斜表面２３１−２４を含む。シート２３０が後でシート２１０に接合されるとき、第２の表面２３２−２の平坦で平らな部分２３１−２１は、シート２１０の第１の表面２１１−１に当接し、各トレンチ２３２、２３３、及び２３４は、表面２１１−１の対向する平らな部分２１１−１２、２１１−１３、及び２１１−１４のそれぞれと結合して、一般に半円筒形の流体チャネルを形成し（例えば、図１に示される流体チャネル、１３２、１３３、１３４）、各流体チャネルは、関連する出口オリフィス１３５と連通する。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、出口オリフィス１３５は、シート２１０の側縁２１９に位置する平らな表面２１１−１の部分によって定められる直線縁１３６と、シート２３０の側縁２３９に位置する傾斜表面２３２−２２、２３２−２３、及び／又は２３２−２４の端部部分によって定められる第２の傾斜縁１３７とを含む。傾斜縁１３７は、以下に説明される方法で、平衡形状を有する押し出し構造体の製造を可能にする。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、トレンチ２３２、２３３、及び２３４は、押し出しヘッド１３０が組み立てられるとき、流体チャネル１３０−１が対向する（第１及び第２の）側部チャネル１３３と１３４との間に位置する中央チャネル１３２を有する３チャネルキャビティとして形成されるように矢じり形状のパターンで配置され、全ての３チャネルは出口１３５と連通している。具体的には、それぞれの閉鎖端において、中央トレンチ２３２は、テーパしたフィンガ状の平らな部分２３２−２１１及び２３２−２１２によって、それぞれ側部トレンチ２３３及び２３４から分離され、トレンチ２３２は、端部の平らな部分２３２−２１３によって閉じられ、それによって、シート２１０及び２３０が組み合わされるときに中央チャネル１３２を形成する。同様に、側部トレンチ２３３及び２３４は、対向する側部チャネル１３３及び１３４を形成するように、シート２１０の対応する周囲の平らな部分によって閉じられる。側部チャネル１３３及び１３４は、中央チャネル１３２の方向に傾き、ノッチ２３５に隣接する地点で合流して、出口オリフィス１３５を形成するようにシート２１０と協働する。開示される実施形態は、矢じり形状に配置された３つの相互連通トレンチ／チャネルを示すが、本発明の態様は、任意数のトレンチ／チャネル（例えば、出口オリフィス１３５と連通する１つのトレンチ／チャネル）に適用される。
【００１０】
再び図１を参照し、本発明の別の態様によれば、押し出しヘッド１３０は、基板１０１に対して（例えば、矢印Ａの方向に）移動され、材料が出口オリフィス１３５から押し出され、基板１０１上に関連する押し出し構造体１２０を形成するように、１つ又はそれ以上の押し出し材料（図示せず）が、流体チャネル１３２、１３３、及び１３４を通って押し込まれる。基板１０１と押し出しヘッド１３０との間の必要とされる相対運動を生成する機構は周知である。押し出し材料は、各流体チャネル１３２、１３３、及び１３４の閉鎖端に隣接して位置する入口を通って、既知の技術を用いて押し込まれる。図２を参照すると、流体チャネルと連通するのに用いられる入口はエッチングされるか或いは別の方法により種々のシートに形成される。具体的には、シート２１０は、トレンチ２３３及び２３４の閉鎖端と位置合わせされる入口２１３及び２１４（例えば、貫通穴、スロット、又はチャネルを通して）をそれぞれ定め、シート２２０は、中央トレンチ２３２と位置合わせされる入口２２２−１を定める。入口開口部２２２−２は、シート２３０の薄い残存壁を貫通する中央トレンチ２３２の内側に形成され、シート２１０及び２３０が接合されるとき、入口２２２−１と位置合わせされる。入口２１３、２１４、２２２−１、及び２２２−２は、例えば、マイクロ機械加工技術（例えば、光化学機械加工、パルスレーザー機械加工、深反応性イオンエッチング、放電加工、又は異方性エッチング）を用いて形成される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、流体チャネル１３２、１３３、及び１３５、及び出口オリフィス１３５の形状のために、押し出し構造体１２０（図１に示す）は、射出による平衡形状を有し、したがって従来のマイクロ射出技術に関連する沈降問題を回避する。具体的には、押し出し構造体１２０は、出口オリフィス１３５の平らな縁１３６によって形成される平らな下面１２６（即ち、基板１０１の上面１０２と接触する表面）と、出口オリフィス１３５の傾斜縁１３７によって形成され、基板１０１とは反対側の湾曲した又はテーパ状の上面１２７とを有する。沈降に陥りやすい従来のマイクロ射出技術によって生成される、長方形形状の初期の押し出し構造体２０Ａ（図１２（Ａ））とは対照的に、押し出し構造体１２０は、構造的平衡形に近い形状で押し出され、それによって沈降に抵抗し、比較的一様で確実に一定の高さ及び幅を有する押し出し構造体の製造を可能にする。
【００１２】
図１に示される金属層の積層構成に加えて、押し出しヘッド１３０は、様々な方法で製造することができる。例えば、丸いチャネルは、ガラス転移温度より高くリフローされたレジスト構造体の上に、金属を電気鋳造することによって形成することができる。テーパ状のチャネルもまた、テーパ状の側壁を生成するための既知の技術を用いて処理されたレジスト構造体の上に電気鋳造することによって形成することができる。別の実施形態においては、本発明の実施形態により形成された押し出しヘッドは、エッチングされた金属板の層を同時にロウ付けすることによって製造することができる。さらに別の例においては、ヘッドは、ＳＵ８のような感光性のポリマーから構造体を生成することによって製造することができる。さらに別の例では、ヘッドは、従来の製造技術を用いて、金属及び／又はプラスチックから、機械加工する又は成形することができる。
【００１３】
図３は、本発明の別の実施形態によるマイクロ押し出し装置１００Ａを示す。装置１００Ａは、上に固定して取り付けられた１つ又はそれ以上の共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２を有する押し出しデバイス１１０を含み、各押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２は、上述のように押し出しヘッド１３０と一致している。本実施形態において押し出しデバイス１１０は、支持材料１１２を収容する第１のソース１１１、及び機能（グリッド線）材料１１５を収容する第２のソース１１４と結合される。押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２は、ヘッド１３０−１及び１３０−２が基板１０１の上面１０２の上に支持材料１１２及びグリッド線材料１１５を同時に適用するように、ソース１１１及び１１４に作動可能に結合される。これらの材料は、該材料が、押し出しデバイス１１０及び／又は共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２を通って、共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２の下部にそれぞれ定められた出口オリフィス１３５の外に（例えば圧搾などによって）押し出される及び／又は（例えば真空などによって）引き出される、（例えば、加熱及び冷却）押し出し及び／又は引き出し技術によって適用される。
【００１４】
一実施形態においては、共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２は、それらのそれぞれの出口オリフィスが間隔を空けて平行に配置されるように、押し出しデバイス１１０によって保持される。具体的には、共押し出しヘッド１３０−１の（第１の）出口オリフィス（例えば、出口オリフィス１３５−１１及び１３５−１２）は、第１の方向Ｘ１に延び、第２の共押し出しヘッド１３０−２の（第２の）出口オリフィス（例えば、出口オリフィス１３５−２１及び１３５−２２）は、第１の線Ｘ１から離れ且つそれに平行な第２の線Ｘ２を定める。発明の名称を「ＣＬＯＳＥＬＹ  ＳＰＡＣＥＤ，  ＨＩＧＨ−ＡＳＰＥＣＴ  ＥＸＴＲＵＤＥＤ  ＧＲＩＤＬＩＮＥＳ」とし、引用により全体が本明細書に組み入れられる、同時係属中の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号［代理人整理番号第２００６０４６４−ＵＳ−ＮＰ（ＸＣＰ−０７２）］に記載されているように、装置１００Ａは、押し出しデバイス１１０（したがって、共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２）を出口オリフィスの整列方向と垂直な方向に移動させるための機構（図示せず）を含み、グリッド線材料１１５及び支持材料１１２は、基板１０１上に平行な細長い押し出し構造体１２０Ａを形成するように出口オリフィス１３５を通して共押し出しされ、その結果、各々の構造体１２０Ａのグリッド線材料が、高アスペクト比グリッド線構造体１２５を形成し、各々の構造体１２０Ａの支持材料が、関連する高アスペクト比グリッド線構造体１２５の両側にそれぞれ配置される関連する第１及び第２の支持材料部分１２２を形成する。押し出し構造体１２０Ａの形状（すなわち、グリッド線１２５のアスペクト比及び支持材料部分１２２の形状）は、出口オリフィス１３５の形状と、ヘッド１３０−１及び１３０−２の内部の構造と、材料の特性（例えば、粘度）と、押し出し技術（例えば、流量、圧力、温度など）とによって制御されて、上述され、さらに詳細に以下で説明される平衡形状を実現する。ヘッド１３０−１及び１３０−２内の構造体、及び出口オリフィス１３５の形状は、図１及び図２に関して説明されたものと一致する。適切なグリッド線材料１１５は、銀、銅、ニッケル、スズ、アルミニウム、鋼鉄、アルミナ、シリケート、ガラス、カーボン・ブラック、ポリマー及びロウを含むがこれらに限定されるものではなく、適切な支持材料１１２は、プラスチック、セラミック、オイル、セルロース、ラテックス、ポリメチルメタクリレートなど、それらの組み合わせ、及び／又は、上記の物質と他の物質とを組み合わせて所望の濃度、粘度、テクスチャ、色などを得るようにしたものを含むそれらの変形物、を含む。共押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２の出口オリフィスは、狭い間隔で置かれる押し出し構造体１２０Ａを同時に生成するために、交互配列で配置され、したがって高アスペクト比グリッド線１２５の製造は、従来方法を用いることでは不可能なピッチで基板１０１上に形成されることを可能にする。本発明の別の実施形態においては、単一のヘッドは、比較的距離を離して配置された押し出し構造体１２０Ａを製造するのに用いることができる。
【００１５】
押し出し後に材料が混ざる傾向を制限するために、押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２から出た押し出し構造体１２０Ａは、例えば急冷コンポーネント１７０を用いて基板を冷却することによって、基板１０１の上で急冷することができる。代替的に、本用途に用いられるインク／ペーストは環境温度で固まるホットメルト材料であってもよく、この場合には、プリントヘッド１３０−１及び１３０−２は、加熱され、基板１０１の上に供給されるとすぐに固まるように押し出し構造体１２０Ａを残していく。別の技術においては、押し出しヘッド１３０−１及び１３０−２から出たときに、熱的方法、光学的方法及び／又は他の方法によって、材料を硬化させることができる。例えば、材料を熱的及び／又は光学的に硬化させるように、硬化コンポーネント１８０を設けることができる。一方又は両方の材料が紫外線硬化剤を含む場合には、材料は、混合することなくさらに処理できるように固めて固形にすることができる。
【００１６】
図４（Ａ）は、金属グリッド線を生成する前に基板１０１の上に位置決めされた流体チャネル１３１−１１を含む共押し出しヘッド１３０−１の一部を示す。共押し出しヘッド１３０−１は、押し出し処理の際に（すなわち、共押し出しヘッド１３０−１を上述のように基板１０１に対して移動させる間に）、基板１０１の上面１０２の上に実質的に固定された距離Ｄで保持される。ヘッド１３０−１と基板１０１との間の距離Ｄは、移動効率、実体定義（例えば、幅、高さ、長さ、直径など）、実体特性（例えば、強度、柔軟性など）などを高めるために、上面１０２に対するヘッド１３０−１の供給端の角度（例えば、平行から垂直まで）といった様々な因子に基づくものとすることができる。距離Ｄは、図３に示される押し出しヘッドの交互配列を容易にするために、押し出し構造体１２０−１１の高さＨ（図５に示される）より大きいか又はそれと等しくなければならないことに留意すべきである。
【００１７】
図４（Ｂ）は、共押し出し処理の開始時における共押し出しヘッド１３０−１の同じ部分を示す。白矢印で示されるように、グリッド線材料１１５は、第１の入口２１２−１及び２２２−２（図２を参照されたい）を通して中央チャネル１３２の閉鎖端内に強制注入され、支持材料１１２は、入口２１３及び２１４を通してそれぞれ側部チャネル１３３及び１３４内に同時に強制注入される。図４（Ｂ）において黒矢印で示されるように、注入された材料は、そのそれぞれのチャネルに沿って下方に移動する。グリッド線材料及び支持材料は、テーパ形状チャネル１３２、１３３及び１３４によって圧縮される。グリッド線材料は、材料が出口オリフィス１３５−１１に近づくにつれて、側部チャネル１３３及び１３４に沿って流れる合流する支持材料によってさらに圧縮される。次いで、圧縮された流れは、出口オリフィス１３５−１１から押し出され、（図５に示される）押し出し構造体１２０Ａ−１１として基板１０１の上に堆積する。グリッド線材料と支持材料との混合は、適切な材料及び粘度を選択し、チャネルを適切なテーパ形状とし、及び／又は、層流状態を維持することによって、最小限にされる。
【００１８】
図５は、図４（Ｂ）に関して説明された共押し出し処理によって作られた例示的な押し出し構造体１２０Ａ−１１を示す側断面図である。押し出し構造体１２０Ａ−１１は、支持材料部分１２２−１と１２２−２との間に配置されたグリッド線１２５−１１を含む。トレンチ形状、及び、出口オリフィス１３５−１１に通じる３分岐流体チャネル１３０−１１によって生成される合流力（図４（Ａ）及び図４（Ｂ））のために、押し出し構造体１２０Ａ−１１は、従来の方法によって形成されるグリッド線に優る利点を呈する。すなわち、平らな下面１２６、及び上述のように平衡形状の特徴である湾曲した又はテーパ状の上面１２７を有することに加えて、押し出しヘッド１３０−１は、単一パスでアスペクト比（幅Ｗに対する高さＨ）が２：１又はそれ以上のグリッド線１２５−１１の形成を容易にし、これは、従来の方法を用いては不可能である。グリッド線１２５−１１の幅Ｗは、押し出しヘッド１３０−１１の最も小さい最小設計フィーチャより狭く（より細かく）作ることができる。平衡形状のため、支持材料部分１２２−１及び１２２−１は、乾燥、硬化、及び／又は焼結などの後続の処理の前又はその間に必要な間だけ、グリッド線１２５−１１の高アスペクト比形状を確実に維持する。図５の右側に示されるように、支持部分はその後取り除かれ、このように、望ましい高さＨ及び幅Ｗをもつ高アスペクト比グリッド線１２５−１１を提供する。支持材料部分１２２−１及び１２２−２のさら別の利点は、付加される材料によって、出口オリフィス１３５−１１を全体的により大きくし、所与の材料の流速について圧力低下の減少につながることである。したがって、より高速の処理速度が達成可能である。さらに、テーパ形状の断面をもつ（例えば、基板の表面１０２の上に配置された相対的に広い下部と、相対的に狭い上端と、表面１０２に対してある角度で下端から上端まで延びるテーパ形状の側部とをもつ）金属グリッド線１２５−１１を形成するように、圧縮された流れを操作することができる。このテーパ形状が、光子を基板１０１内に直接向けることを容易にして、グリッド線によって生じる光子の遮断（遮蔽）を低減し、これにより、効率及び／又は電力の生成を向上させることができる。
【００１９】
図６及び図７は、本発明の別の実施形態による、シート２３０における細長いトレンチ２３２、２３３、及び２３４の形成を示す側断面図である。図６に示されるように、マスク８１０は、ウィンドウ８１５が望ましい細長いトレンチに対応するシート２３０の細長い領域を露出するように、シート２３０の表面上にパターン形成される。次に、エッチング液８２０は、このエッチング液８２０がウィンドウ８１５の中へ入り、等方的にシート８２０をエッチングするようにマスク８１０上に適用され、それによって望ましい傾斜トレンチ２３２、２３３、及び２３４（図７）を形成する。一実施形態において、シート２３０は０．０１０インチの厚さを有する３１６Ｌステンレス鋼であり、エッチング液８２０は塩化第二鉄であって、それらは０．００２インチの幅を有するウィンドウ８１５を通して適用される。化学エッチングに代わるレーザーアブレーション、又は機械加工後の構造体への電気メッキなど、細長いトレンチの湾曲した又はテーパ状の形状を変更するために、エッチングプロセスに対する様々な改良を用いることができる。
【００２０】
図８に示すように、第２のマスク８３０は、表面２３１−１（図２）の上にパターン形成され、第２のエッチング液８４０は、入口開口部２２２−２（図２）を形成するために用いられる。このパターンは、両面マスクアライナを用いて適用されることが好ましい。第２のエッチングステップは、第１のエッチングステップと同時に、又は順序にしたがって実施することができる。
【００２１】
図９は、シート２３０の両側の表面上に配置された第１のシート２１０及び第２のシート２２０を含む、完全に組み立てられた押し出しヘッド１３０の一部分を示す。シート２２０は、グリッド線材料を中央チャネル１３２の中に注入することを容易にするように、入口開口部２２２−２と位置合わせされる開口部２２２−１（上述される）を含むことに留意されたい。同様に、シート２１０は、グリッド線材料を側部チャネル１３３及び１３４のそれぞれの中に注入することを容易にする開口部２１３及び２１４（上述される）を含む。
【００２２】
図１０は、本発明の実施形態による共押し出しヘッド１３０よって生成された高アスペクト金属グリッド線１２５をもつ、太陽電池などの光電池３００の例示的な一部を示す。光電池３００は、ｐ型領域３０６及びｎ型領域３０８をもつ半導体基板３０１を含む。基板３０１の領域３０６及び３０８の一方又は両方は、例えば、ヒ化アルミニウム、アルミニウム・ガリウム・ヒ素、窒化ホウ素、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、銅インジウム・ガリウム・セレン、ダイアモンド、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、リン化インジウム、シリコン、シリコン・カーバイド、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・オン・インシュレータ、硫化亜鉛、セレン化亜鉛などといった半導体材料から形成される。下部コンタクト３１０が、基板３０１の下面３０２の上（すなわち、ｐ型領域３０６の下端）に形成される。金属グリッド線１２５及び１つ又はそれ以上の母線３２０が、基板３０１の上面３０４の上（すなわち、ｎ型領域３０８の下端）に形成される。コンタクト３１０及び母線３２０は、銀又はアルミニウムをベースとしたペーストなどの金属ペーストを用いて形成することができる。
【００２３】
光電池３００は、例えばフラット・ワイヤ又は金属リボンを介して他の光電池（図示せず）と直列及び／又は並列に相互接続し、組み立ててモジュール又はパネルにして、図示されるように負荷３４０に接続することができる。強化ガラスのシート（図示せず）をグリッド線１２５の上に重ねる、及び／又は、ポリマー封止（図示せず）をコンタクト３１０の上に形成することができる。電池内に吸収される光の量を増やすために、上面３０４は、テクスチャ加工された表面を含むものとする、及び／又は、反射防止材料（例えば、窒化シリコン、二酸化チタンなど）で被覆することができる。
【００２４】
作動時には、（幅広矢印で示される）光子３５０が上面３０４を通って基板３０１の中に向かったときに、それらのエネルギが内部の電子正孔対を励起させ、電子と正孔はその後自由に移動する。具体的には、光子の吸収は、ｐ−ｎ接合を通して電流を生成する（＋及び−の電荷の移動によって示される）。ｎ型領域３０８内の励起された電子が、グリッド線１２５、母線３２０及び電極を通って外部負荷３４０に移動し、下部電極及びコンタクト３１０を通ってｐ型領域３０６に戻ったときに、電流が発生する。
【００２５】
例として、結晶シリコン太陽電池の上にグリッド線１２５を作るために、表１に示される推定パラメータをもつ共押し出しヘッドを用いて材料を供給することができる。
表１．  グリッド線を生成するための例示的なヘッドのパラメータ
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【００２６】
この設計を用いて、厚さ約０．１５ｍｍの材料シート内に合流チャネルがパターン形成される。ヘッド／ノズルの出口オリフィスは、ピッチ２．５ｍｍで繰り返される。ヘッド／ノズル圧力約２．２４気圧で、１０００ポアズのペーストが１ｃｍ／秒の速度で押し出される。銀の中心ストライプは、アスペクト比３：１で幅約５０ミクロンである。
【００２７】
本発明はある特定の実施形態に関して説明されたが、当業者であれば、本発明の独創的な特徴が他の実施形態にも適用可能であり、その全ては本発明の範囲内に入ることが意図されていることが明らかであろう。例えば、横方向に変化するストライプ材料に加えて、ヘッド１３０の変化を用いて、例えばバリア層を基板上に導入するために、垂直に変化する材料を付加的及び／又は代替的に導入することができる。こうした垂直変化は、異なる材料をマニホールド内部で（水平方向に合流させることに加えて）垂直方向に合流させるチャネルを形成することによって、実現することができる。例えば、太陽電池用途の場合には、拡散バリアとしてシリコンと接触する第１の金属とコストを下げるか又は導電率を高めるために選択される上面上の第２の金属とをもつ金属の２つの層を電池表面上に導入することが有利な場合がある。さらに、金属グリッド線に加えて、本明細書に説明された方法及び構造体を利用して、例えば図１３に関して説明されたバリア・リブ構造体を作るために用いられる無機ガラスなどの電気的に非導電性の材料から形成されるグリッド線を生成することができる。
【００２８】
さらに、提供される例においては、側部チャネル及び中央チャネルは押し出し装置の対向する面から供給されているが、必要とされる改良により、側部チャネル及び中央チャネルは、さらに、共通の側部から供給されてもよく、グレージング角において材料を基板に押し出すことを可能にできることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による、基板１０１上に平衡形状を有する押し出し構造体１２０を製造するためのマイクロ押し出し装置１００の部分を構成する押し出しヘッド１３０の一部分。
【図２】押し出しヘッド１３０を付加的な詳細で示す分解斜視図。
【図３】本発明の別の実施形態によるマイクロ押し出し装置１００Ａ。
【図４（Ａ）】金属グリッド線を生成する前に基板１０１の上に位置決めされた流体チャネル１３１−１１を含む共押し出しヘッド１３０−１の一部。
【図４（Ｂ）】共押し出し処理の開始時における共押し出しヘッド１３０−１の同じ部分。
【図５】図４（Ｂ）に関して説明された共押し出し処理によって作られた例示的な押し出し構造体１２０Ａ−１１を示す側断面図。
【図６】本発明の別の実施形態による、シート２３０における細長いトレンチ２３２、２３３、及び２３４の形成を示す側断面図。
【図７】本発明の別の実施形態による、シート２３０における細長いトレンチ２３２、２３３、及び２３４の形成を示す側断面図。
【図８】第２のマスク８３０が、表面２３１−１（図２）の上にパターン形成され、第２のエッチング液８４０は、入口開口部２２２−２（図２）を形成するために用いられる様子。
【図９】シート２３０の両側の表面上に配置された第１のシート２１０及び第２のシート２２０を含む、完全に組み立てられた押し出しヘッド１３０の一部分。
【図１０】本発明の実施形態による共押し出しヘッド１３０よって生成された高アスペクト金属グリッド線１２５をもつ、太陽電池などの光電池３００の例示的な一部。
【図１１】従来技術。
【図１２（Ａ）】長方形形状の初期の押し出し構造体２０Ａ。
【図１２（Ｂ）】従来技術。
【図１３】バリア・リブ構造体を作るために用いられる無機ガラスなどの電気的に非導電性の材料から形成されるグリッド線。
【符号の説明】
【００３０】
１００：押し出し装置
１０１：基板
１０２：上面
１１０：押し出しデバイス
１１２：支持材料
１１５：グリッド線材料
１２０：押し出し構造体
１３０：共押し出しヘッド
１３５：出口オリフィス
１３９：側縁
２１０、２２０、２３０：シート
２３２、２３３、２３４：トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（Ａ）】
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【図１２（Ｂ）】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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