(57)【要約】【課題】平坦化した縁表面をもつ押し出しヘッドを提供すること。【解決手段】マイクロ押し出し装置における高アスペクト比グリッド線構造体を形成するための共押し出しヘッドは、ヘッドの縁表面に沿って配置された関連する出口オリフィスを有する３部品流体チャネルを定めるように機械加工され組み立てられる多数のシート（例えば、金属板）を含む。基準面は、さらに、シートにおいてエッチングされ、３チャネルの出口接合部と交差する直線に位置合わせされる。（例えば、高圧接合技術のような）組み立て後、各々の基準面は、縁表面に定められたノッチの内側に配置される。共押し出しヘッドの縁表面は、次いで、基準面を精密ガイドとして用いて、（例えば、ワイヤＥＤＭにより）トリミングされて、これにより一様なフローインピーダンスをもつ一様な長さの出口オリフィスを製造する。【選択図】図１
2008114225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を基板上に押し出すための複数の流体チャネルを有する、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、
少なくとも１つの基準面を定める第１のシート、及び、出口領域を含む押し出しキャビティを形成するステップであって、少なくとも１つの基準面が出口領域に近接するようになっており、
前記第１のシートを第２のシートと第３のシートとの間に固定して、前記押し出しキャビティと前記第２のシート及び前記第３のシートの１つ又はそれ以上とが関連する流体チャネルを形成するように、且つ、押し出しヘッドが前記押し出しキャビティの前記出口領域と連通する出口オリフィスを定める縁表面を含むように前記押し出しヘッドを形成するステップであって、前記少なくとも１つの基準面は、該少なくとも１つの基準面が前記縁表面からずらされるように該縁表面上に配置されており、及び、
前記少なくとも１つの基準面が所定の距離だけ前記縁表面から離れるまで、前記押し出しヘッドから材料を除去することにより前記縁表面をトリミングするステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
マイクロ押し出し装置のための押し出しヘッドであって、
第１の側縁を有する第１のシートと、
第２の側縁を有する第２のシートと、
第３の側縁を有する第３のシートと、
を含み、
前記第１のシートは、前記第２のシートと前記第３のシートとの間に取り付けられて、前記第１の側縁、前記第２の側縁、及び前記第３の側縁が、押し出しヘッドの縁表面を形成するように位置合わせされるようになっており、
前記第１のシートは、前記第２のシート及び前記第３のシートの対応する部分により囲まれるキャビティを定め、前記第１のシートの前記第１の側縁に定められる出口オリフィスを有する流体チャネルを形成して、前記出口オリフィスが前記押し出しヘッドの前記縁表面と同一平面になるようにし、
前記第１のシートは、さらに、前記出口オリフィスの両側上の前記第１の側縁に定められるくぼみに配置された第１の基準面及び第２の基準面を定めて、前記第１の基準面及び前記第２の基準面が所定の距離だけ前記縁表面からずらされるようにする
ことを特徴とする押し出しヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦化した縁表面をもつ押し出しヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な押し出し（extrusion）は、ターゲット基板の上への、きめ細かな特徴(例えば５０ミクロンより小さい幅と高さ)の構造の押し出しを伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平坦化した縁表面をもつ押し出しヘッド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、平坦化した縁表面をもつ押し出しヘッドが提供される。
材料を基板上に押し出すための複数の流体チャネルを有する、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、
少なくとも１つの基準面を定める第１のシート、及び、出口領域を含む押し出しキャビティを形成するステップであって、少なくとも１つの基準面が出口領域に近接するようになっており、
前記第１のシートを第２のシートと第３のシートとの間に固定して、前記押し出しキャビティと前記第２のシート及び前記第３のシートの１つ又はそれ以上とが関連する流体チャネルを形成するように、且つ、押し出しヘッドが前記押し出しキャビティの前記出口領域と連通する出口オリフィスを定める縁表面を含むように前記押し出しヘッドを形成するステップであって、前記少なくとも１つの基準面は、該少なくとも１つの基準面が前記縁表面からずらされるように該縁表面上に配置されており、及び、
前記少なくとも１つの基準面が所定の距離だけ前記縁表面から離れるまで、前記押し出しヘッドから材料を除去することにより前記縁表面をトリミングするステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【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の部分を構成する押し出しヘッド１３０の一部分を示す。以下の付加的な詳細に述べられるように、押し出しヘッド１３０は、（図１の側面図に示される）縁表面１３９に沿って配置された、材料を関連する出口オリフィス（例えば、出口オリフィス１３５−１及び１３５−２）に押し出す多数の流体チャネル（例えば、流体チャネル１３１−１及び１３１−２）を形成する多数のシート（例えば、金属板）を含む。各々の流体チャネル（例えば、流体チャネル１３１−１）は、対向する（第１及び第２の）側部チャネル１３３と１３４との間に位置決めされた中央チャネル１３２を含み、すべての３つのチャネルは出口接合部（出口部分）１３７により関連する出口オリフィス１３５−１と連通する。各々の中央チャネル１３２は、実質的に隔離された入口端と、出口接合部１３７と一致する、対向する出口端とを有する。同様に、側部チャネル１３３及び１３４は、実質的に隔離された入口端を有し、これらは、それぞれの出口端が出口接合部１３７で合流するように中央チャネル１３２の方向に傾けられている。以下に説明されるように、押し出し材料は、入口２１２、２２３、及び２２４を通して各々のチャネル１３２、１３３、及び１３４の入口端に入り、それぞれのチャネルに沿って接合領域１３７に移動し、出口オリフィス１３５−１及び１３５−２のそれぞれを通って流体チャネル１３１−１及び１３１−２を出る。開示された実施形態は、矢じり形状に配置された３つの相互連通チャネルを示すが、本発明の態様は、任意数の直線分岐を有する流体チャネルに適用される（例えば、各々の出口オリフィスと連通する単一の直線チャネル）。
【０００６】
本発明によれば、押し出しヘッド１３０は、縁表面１３９により定められた平面Ｐに対して平行な直線Ｌを定める多数の基準面（例えば、基準面２４１及び２４２）を含む。基準面２４１及び２４２により定められる直線Ｌは、各々の押し出し流体チャネル１３１−１及び１３１−２の出口接合部１３７と交差する。本発明の態様によれば、基準面２４１及び２４２は、各々の基準面２４１及び２４２が平面Ｐから所定の距離Ｚ２を空けて位置されるように、くぼみ（ノッチ）２３８の内側に配置される。以下に述べられるように、この構成において基準面２４２及び２４２を製造することは、信頼性があり高度に精密な縁表面１３９の平坦化を容易にする。
【０００７】
図２は、本発明の実施形態による押し出しヘッドを製造するための一般化されたプロセスを示すフロー図である。一般化されたプロセスは、図１の押し出しヘッド１３０と一致する例示的な実施形態を示す図３及び図４に関して以下に説明される。
【０００８】
図２及び図３の上方ブロック５０を参照すると、押し出しヘッド１３０を製造するプロセスは、（第１の）シート（例えば、金属板）２３０及び対向する（第２及び第３の）シート２１０及び２２０を形成して、シート材料が多数の押し出しキャビティ２３１−１及び２３２−２、多数の基準面２４１及び２４２、及び関連する入口部分２１２、２２３、及び２２４を定めるようにすることにより開始する。一実施形態においては、シート２１０、２２０、及び２３０は、およそ０．０７５から０．１５０ｍｍまでの厚さを有する金属板であり、形成プロセスは、光化学機械加工のようなマイクロ機械加工法を含む。開示される実施形態においては、シート材料は、端部構造体２３６−３を含み、各々の押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２は、中央キャビティ２３２及び対向する（第１及び第２の）側面キャビティ２３３及び２４４を含む矢じり形状の開口部により定められる。中央キャビティ２３２は、第１のテーパ状フィンガ２３６−１により側部キャビティ２３３から分離され、第２のテーパ状フィンガ２３６−２により側部キャビティ２３４から分離される。各々の中央キャビティ２３２は、端部構造体２３６−３とテーパ状フィンガ２３６−１及び２３６−２とにより定められる閉鎖端と、接合領域２３７と一致し、シート２３０の側縁２３９に定められる開口部２３５と連通する開放端とを有する。同様に、側部キャビティ２３３及び２３４は、端部構造体２３６−３とテーパ状フィンガ２３６−１及び２４６−２とにより定められ、中央キャビティ２３２の方向に傾いた関連する閉鎖端を有し、それぞれの開放端は接合領域２３７により開口部２３５と連通するようになっている。基準面２４１及び２４２は、側縁２３９に定められるノッチ２３８に配置され、押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２の接合領域２３７と交差する直線Ｌを定める。以下の平坦化プロセスの前に、基準面２４１及び２４２は、側縁２３９から相対的に大きい距離Ｚ１で配置できることに留意されたい。
【０００９】
側部キャビティ２３３及び２３４は開口部２３５の方向にテーパされるため、各々の押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２は、開口部２３５より実質的に大きい有効幅Ｗを有する。したがって、側縁２３９に沿った隣接する開口部２３５間の間隔は、相対的に大きい。すなわち、押し出しヘッド１３０により製造された押し出し構造体間の距離は、各々の３部品押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２に必要とされる有効幅Ｗにより制限される。本発明の別の態様によれば、出口開口部２３５間の側縁２３９の部分を効率的に使用するために、基準面２４１及び２４２は各々の押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２により定められる有効幅Ｗ内に配置される。以下に説明されるように、平坦化プロセス中に実現される精度レベルは、基準面２４１及び２４２の数、及び各々の出口オリフィスに対するその相対位置に比例する。基準面２４１及び２４２を、各々の押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２により定められる有効幅Ｗ内に位置決めすることにより、基準面の数は、隣接する出口オリフィス間のピッチを増加させることなく最大化することができる。
【００１０】
上述の方法により中央シート２３０を形成することに加えて、付加的なシート２１０及び２２０もまた、各々のキャビティセクションの閉鎖端と連通する入口開口部を提供するように形成される。例えば、上方シート２１０は、第１の入口（貫通穴）２１２を定め、下方金属板２２０は、第２及び第３の入口２２３及び２２４を定める。入口２１２、２２３、及び２２４は、例えば、押し出しキャビティ２３１−１及び２３１−２を形成するのに用いられるのと同じマイクロ機械加工技術を用いて形成される。以下に示されるように、組み立て後に、入口２１２は中央キャビティ２３２の閉鎖端と位置合わせされ、入口２２３及び２２４は側部キャビティ２３３及び２３４のそれぞれの閉鎖端と位置合わせされる。
【００１１】
図２のブロック５２及び図４を参照すると、押し出しヘッド１３０は、次いで、中央金属板２３０を上方金属板２１０と下方金属板２２０との間に固定することにより組み立てられる。図４は、組み立てが完了した後の押し出しヘッド１３０を示す分解斜視図である。本発明の実施形態によれば、固定プロセスは、図１に示される実質的に固形のブロック状構造体を形成する、公知の高圧ウェハ接合技術を用いてシートを互いに接合することを含む。押し出しキャビティ２３１−１と、対応するプレートの部分２１０及び２２０とは、キャビティ部分２３２、２３３、及び２３４に関して上述された方法により配置された中央チャネル１３２及び対向する側部チャネル１３３及び１３４で構成された、関連する流体チャネル１３１−１を形成するように結合されることに留意されたい。さらに、プレート２１０、２２０、及び２３０の側縁２１９、２２９、２３９のそれぞれは、押し出しヘッド１３０の縁表面１３９を形成するように結合されることに留意されたい。以下により詳細に述べられるように、押し出し材料は、入口２１２、２２３、及び２２４を通って流体チャネル１３１−１に注入され、注入された材料はチャネル１３２、１３３、及び１３４に沿って、縁表面１３９により定められる出口オリフィス１３５−１まで通る。最後に、上方プレート２１０及び下方プレート２２０は、ノッチ２３８の側部部分をカバーし、これによって、縁表面に定められるくぼみを形成し、これを通して基準面２４１及び２４２は初期距離Ｚ１だけ縁表面１３９からずらされる。
【００１２】
図のブロック５４及び再び図４を参照すると、縁表面１３９は、次いで、平坦化プロセスを受け、この間、縁表面１３９が実質的に平坦になり、各々の基準面２４１及び２４２が所定の距離Ｚ２だけ縁表面１３９から離されるまで材料が除去される。ノズル深さ水平化（機械加工）プロセスは、例えば、縁表面１３９と基準面２４１及び２４２との間の深さ情報により誘導されるワイヤ放電機械加工（ワイヤＥＤＭ）作動を実行することにより、実行することができる。代替的な機械加工プロセスは、以下に限定されるものではないが、エッチング、スタンピング、及びレーザーアブレーションを含む。
【００１３】
図３及び図４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。別の実施形態においては、本発明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シートの層を互い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などの感光性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、本明細書において説明される特定のグリッド線構造体に加えて、押し出しヘッド１３０は、発明の名称を「ＥＸＴＲＵＤＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＷＩＴＨ  ＥＱＵＩＬＩＢＲＩＵＭ  ＳＨＡＰＥ」［代理人整理番号２００６０４６４−ＵＳ−ＮＰ（ＸＣＰ−０７３）］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号に記載されるように、平衡形状を有するグリッド線構造体を作るように変更してもよい。
【００１４】
図５は、本発明の別の実施形態によるマイクロ押し出し装置１００を示す。装置１００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、犠牲材料１１２を収容する第１のソース１１１、及びグリッド線材料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の上に犠牲材料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。
【００１５】
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１３５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及び犠牲材料１１２は、基板１０１上に平行な細長い押し出し構造体１２０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１２０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１２０の犠牲材料が、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の犠牲材料部分１２２を形成する。押し出し構造体１２０の形状（すなわち、グリッド線１２５のアスペクト比及び犠牲材料部分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、適切な犠牲材料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、従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１２０を製造するのに用いることができる。
【００１６】
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１２０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。
【００１７】
図６（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５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７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。
【００１８】
図６（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１１２は、第１の入口２１２（図３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、犠牲材料１１５は、入口２２３及び２２４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６（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犠牲材料は、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犠牲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７に示される）押し出し構造体１２０−１１として基板１０１の上に堆積する。グリッド線材料と犠牲材料との混合は、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。
【００１９】
図７は、図６（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１２０−１１を示す側断面図である。押し出し構造体１２０−１１は、犠牲支持材料部分１２２−１と１２２−２との間に配置されたグリッド線１２５−１１を含む。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６（Ａ）及び図６（Ｂ））のために、押し出し構造体１２０−１１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の形成を含み、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。犠牲材料部分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維持する。図７の右側に示されるように、犠牲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。犠牲材料部分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。
【００２０】
図８は、本発明の別の実施形態により多数の共押し出しヘッドを製造するのに使用される一組の金属板４１０ないし４７０を示す分解斜視図である。金属板４１０、４２０、及び４３０は、図８の中央領域に示され、上述のものと同様な押し出しキャビティ及び入口を提供するが、ダイシングにより製造された個々の共押し出しヘッドに関連する列に配置されている。例えば、金属板４３０は、押し出しキャビティ４３１−１から４３１−４までの列を含み、各々の列は、関連する共押し出しヘッドと関連している。同様に、金属板４１０及び４２０は、以下に説明される方法により、対応する押し出しキャビティの列４３１−１から４３１−４までと位置合わせされた入口チャネル／ポート４１２−１から４１２−４及び４２２−１から４２２−４の列を含む。金属板４４０及び４５０は、金属板４１０及び４２０のそれぞれの上に取り付けられ、金属板４１０及び４２０上に形成された所定数の入口に対する押し出し材料の流れを容易にする給送チャネル４４２及び４５２の列を含む。外側板４６０及び４７０は金属板４４０及び４５０のそれぞれの上に形成され、金属板４４０及び４５０のそれぞれの上の対応する給送チャネルに対する押し出し材料の流れを容易にする入口開口部４６２及び４７２の列を含む。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、板４１０ないし４７０は、既知の技術を用いて位置合わせされ、図示のようにスタックされ、次いで、高圧接合プロセスを受けてマルチヘッドブロック４４０を生成し、これは次いで、４つの共押し出しヘッドを製造するのにダイシングされる。プラスチック板を用いる代替的な実施形態においては、接合プロセスは接着剤を用いて行われる。各々の板４１０ないし４７０は、各々の板４１０ないし４７０の各々の端部に形成されるダイシングノッチ４０６及び４０７を含み、対応するダイシングノッチ４０６と４０７との間に延びる線に沿った接合されたブロックの正確なダイシング（切削）を容易にするようにする。例えば、図１０の底部に示されるように、ダイシング線ＤＬ１は、ダイシングノッチ４０６−１と４０７−１との間に点線で示されている。この方法により、ブロック４００は、正確に且つ信頼性をもって（例えば、４つの）共押し出しヘッドにダイシングされる。例えば、ブロック４００は、ダイス線ＤＬ１及びＤＬ２（ダイシングノッチ４０６−１と４０７−１との間に延びる）に沿ってダイシングされて、第１の共押し出しヘッド１３０−Ａ１を生成する（共押し出しヘッド１３０−Ａ１の最も下方の層だけが図８において点線で示され、しかも共押し出しヘッド１３０−Ａ１は、押し出しキャビティ列４３１−１及び入口列４１２−１及び４２２−１を含む、各々の金属板の対応する部分を含むことに留意されたい。）（ダイシングノッチ４０６−３と４０７−３との間の）ダイス線ＬＤ３に沿った同様なダイシングカットは、別の共押し出しヘッド１３０−Ａ２を生成する。ブロック４００の端部セクション４０３は、ダイシングが行われた後で廃棄されることに留意されたい。
【００２２】
図９は、金属板４１０、４２０、及び４３０の部分をさらに詳細に示す分解斜視図である。各々の板は、各々の板の側縁に形成され、接合プロセス中及びその後で垂直方向に位置合わせされるダイシングノッチ４０６−３及び４０６−４を含み、板４３０上に示される点線のダイシング線ＤＬにより示される方向におけるダイシングを容易にする。板４１０及び４２０は、入口チャネル及び上述と同様な方法で機能する各々の入口チャネルの端部に位置する関連の入口の列を含む。具体的には、板４１０は、第１の入口チャネルの列４１２−２１と、第２の入口チャネルの列４１２−２２とを含み、各々の供給チャネルはそのテーパ状端部に配置された入口２１２を有する（例えば、入口チャネル４１２−２１は入口２１２−２１を含む）。同様に、プレート４２０は、入口チャネル４１２−２１及び４１２−２２の列を含み、各々の入口チャネルはその端部に配置された２つの入口２２３及び２２４を有する（例えば、入口チャネル４２２−２１は、テーパ状構造体４２５により分離された入口２２３−２１及び２２４−２１を含む）。中央プレート４１０は、上述の方法により関連する入口から押し出し材料を受け取るように位置合わせされた矢じり形状の押し出しキャビティ４３１−２及び４３１−３の列を含む。例えば、押し出しキャビティ４３１−２１は、入口部分２１２−２１から第１の押し出し材料を受け取るための中央キャビティ２３２−２１と、入口部分２２３−２１及び２２４−２１から第２の押し出し材料を受け取るための側部キャビティ２２３−２１及び２２４−２１とを含む。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、各々の押し出しキャビティ４３１−２及び４３１−３は、関連する押し出しキャビティの接合領域と連通するＴ字形状の開口部４３５−２及び４３５−３を含み、その外側部分に形成される基準面を含む。例えば、図９及び図１０（Ａ）に示されるように、押し出しキャビティ４３１−２１は、中央キャビティ２３２−２１及び接合領域２３７−２１と一致して延びる中央（垂直方向）部分４３６と、垂直方向部分４３６に対して直角に延びる上方（水平方向）部分４３７と、上方部分の各々の端部に配置された短いバー部分４３８−１及び４３８−２とを有するＴ字形状の開口部４３５−２１を含む。「垂直方向」「水平方向」「上方」及び他の方向性を示す用語は、Ｔ字形状の開口部の理想的な向きの内容において読まれることが意図され、説明の絶対的な枠に基づくものではないことに留意されたい。基準面２４１−２１及び２４２−２１は、バー部分４３８−１及び４３８−２のそれぞれの下端に形成される。
【００２４】
本発明の別の態様によれば、図９に示すように、Ｔ字形状の開口部４３５−２及び４３５−３は、各々のＴ字形状開口部の上方水平方向部分（すなわち、部分４３７。図１０（Ａ）を参照されたい）が、ダイス線ＤＬ３及びＤＬ４のそれぞれと一致する直線を定めるように配置され、これは次いで、ダイシングノッチ４０６−３及び４０６−４のそれぞれと位置合わせされる。ダイシングが行われた後で押し出しヘッド１３０−２の一部を示す図１０（Ｂ）に示すように、ダイシングカットは上方水平方向部分により形成される線に沿って延びて、大まかに切削された縁表面１３９Ａがくぼみ２３８−２１及び２３８−２２と、上述のものと同様な出口オリフィス１３５−２１Ａ及び１３５−２２Ａを含むようにする。図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）に示されるように、縁表面１３９Ｂは、次いで、トリミング（平坦化）を受け、その間、くぼみ２３８−２１及び２３８−２２の深さがＺ２から望ましい距離まで減少されるまで、材料は徐々に除去される。この平坦化プロセスは、例えば、除去される材料の量を制御するために基準面２４１−２１、２４２−２１、２４１−２２、及び２４２−２２を用いる間にブロック材料を研削及び／又は研磨することにより行われて、このようにして微細な押し出し構造体の製造を容易にする高度に精密な平坦化縁表面１３９Ｃがもたらされる。
【００２５】
図１１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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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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【００２９】
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。
【００３０】
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、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。例えば、高アスペクト比の線及びフィーチャを生成するための迅速で経済的な手段により利益を受ける別の実用的なデバイスは、高アスペクト比バリア・リブがディスプレイ内のサブピクセルを定める、図１２に示されるようなプラズマディスプレイパネルを含む。バリア・リブは電気的に非導電性の構造体（例えば、無機ガラス）であり、高アスペクト比構造体であることが好ましく、このことは、１インチ当たりのドットの解像度及びディスプレイの充てん比を改善する。別の代替的な実施形態においては、基準面は、関係のある層の側縁から延びる（くぼみではない）突出セクション上に形成することができ、隆起したセクションは、トリミングプロセスの最終段階において除去される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による、基板１０１上に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の部分を構成する押し出しヘッド１３０の一部分。
【図２】本発明の実施形態による押し出しヘッドを製造するための一般化されたプロセスを示すフロー図。
【図３】図１の押し出しヘッド１３０と一致する例示的な実施形態。
【図４】図１の押し出しヘッド１３０と一致する例示的な実施形態。
【図５】本発明の別の実施形態によるマイクロ押し出し装置１００。
【図６（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６（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７】図６（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１２０−１１を示す側断面図。
【図８】本発明の別の実施形態により多数の共押し出しヘッドを製造するのに使用される一組の金属板４１０ないし４７０を示す分解斜視図。
【図９】金属板４１０、４２０、及び４３０の部分をさらに詳細に示す分解斜視図。
【図１０（Ａ）】ブロック400
【図１０（Ｂ）】ダイシングが行われた後で押し出しヘッド１３０−２の一部を示す。
【図１０（Ｃ）】縁表面１３９Ｂが、トリミング（平坦化）を受け、その間、くぼみ２３８−２１及び２３８−２２の深さがＺ２から望ましい距離まで減少されるまで、材料は徐々に除去される様子を示す。
【図１０（Ｄ）】縁表面１３９Ｂが、トリミング（平坦化）を受け、その間、くぼみ２３８−２１及び２３８−２２の深さがＺ２から望ましい距離まで減少されるまで、材料は徐々に除去される様子を示す。
【図１１】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の例示的な一実施例。
【図１２】プラズマディスプレイパネル。
【符号の説明】
【００３２】
１０１：基板
１３０：押し出しヘッド
１３１−１、１３１−２：流体チャネル
１３２：中央チャネル
１３３：第１のチャネル
１３４：第２のチャネル
１３７：出口接合部
２１２：入口
２３１−１、２３１−２：押し出しキャビティ
２３５：開口部
２４１、２４２：基準面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（Ａ）】
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【図１０（Ｂ）】
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【図１０（Ｃ）】
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【図１０（Ｄ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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