(57)【要約】本発明による印刷回路基板上に構造を製造する方法は、印刷回路基板（３８）を流体製造材料の圧電堆積を行なうことのできる機械（１０）の中に配置することを含む。印刷回路基板（３８）は、該機械（１０）の圧電堆積ヘッド（１６）と心合わせされる。印刷回路基板（３８）と圧電堆積ヘッド（１６）の相対運動のコンピュータ数値制御によって、印刷回路基板（３８）の設定された場所に流体製造材料の小液滴を堆積させることができる。印刷回路基板（３８）は、導電性表面層及び該表面層の設定された部分を露出させるマスキング構造を含み、それによって、該表面層の設定された部分を除去すると図形が形成される。さらに、印刷回路基板上に製造された構造は、抵抗とすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に構造を製造するために基板上に材料を堆積させる方法において、
基板を流体製造材料の圧電堆積を行なうことのできる機械の中に配置する行為、
基板を機械の圧電堆積ヘッドと心合わせする行為、
圧電堆積ヘッドが基板の設定された場所で流体製造材料の小液滴を堆積させるのに応じて基板と圧電堆積ヘッドの相対運動をコンピュータ数値制御し、それによって基板上に構造を製造する行為、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
心合わせの行為は、
小液滴がノズルから放出されるに応じ又はその後に小液滴を光学的に分析することによって圧電堆積のノズルの作動を試験する行為、及び
光学的分析に基いて基板と圧電堆積ヘッドの心合わせを設定して、ノズルから放出された小液滴を基板の設定された場所に堆積させる行為、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
流体製造材料が導電性流体材料であり、構造が基板の上に形成された図形である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、圧電堆積ヘッドのノズルからの小液滴の堆積の頻度及びタイミングを制御する行為を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
頻度及びタイミングを制御する行為は、
圧電堆積ヘッドを制御するために、圧電堆積ヘッドが飢餓状態なしに小液滴を堆積させることのできる頻度より高い微細クロッキングの頻度を使用する行為、及び
小液滴の堆積が制御されるタイミングで時間的解像度を高めるために、微細クロッキングの設定されたサイクルにブランクデータを挿入する行為、
を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、流体製造材料の小液滴を基板上に堆積した後に流体製造材料の乾燥又は硬化を制御するために、基板及び圧電堆積ヘッドの少なくとも一方を加熱する行為を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板上に構造を製造するために基板上に流体製造材料の小液滴を堆積させる圧電堆積機械において、
基板を受け取り、基板を固定することのできるステージ、
ガントリー、
ガントリーによってステージに対して所定の位置に支持され、一つ又は一つ以上のノズルによって放出された流体製造材料の小液滴が支持用帯材状に堆積することができ、ステージと共に、小液滴が基板の設定された場所の上に堆積されるのに応じて構造を形成することができるように相対的に移動するように構成された圧電堆積ヘッド、
を有することを特徴とする圧電堆積機械。
【請求項８】
ステージが、ｘ及びｙ軸に沿って移動することのできる請求項７に記載の圧電堆積機械。
【請求項９】
ガントリーが、一つの軸に沿って圧電堆積ヘッドを移動させることのできる請求項７に記載の圧電堆積機械。
【請求項１０】
さらに、ステージ及び圧電堆積ヘッドを相対的に移動させるコンピュータ数値制御システムを有する請求項７に記載の圧電堆積機械。
【請求項１１】
さらに、多数の独立して作動可能な圧電堆積ヘッドを有する請求項７に記載の圧電堆積機械。
【請求項１２】
ガントリーが、圧電堆積ヘッドを取り外し自在に取り付けることができ、また圧電堆積ヘッドを圧電堆積機械の残余と協同作業させることのできるインターフェースを備える請求項７に記載の圧電堆積機械。
【請求項１３】
インターフェースが、さらに、異なる機能性を有する他の圧電堆積ヘッドを受けることのできる請求項１２に記載の圧電堆積機械。
【請求項１４】
さらに、圧電堆積機械を他の圧電堆積ヘッドのいずれかと協同作業させまたそれを制御することのできるマスター電子回路を有する請求項１３に記載の圧電堆積機械。
【請求項１５】
印刷回路基板上に構造を製造するために印刷回路基板上に材料を堆積させる方法において、
印刷回路基板を流体製造材料の圧電堆積を行なうことのできる機械の中に配置する行為、
印刷回路基板を機械の圧電堆積ヘッドと心合わせする行為、
圧電堆積ヘッドが印刷回路基板の設定された場所で流体製造材料の小液滴を堆積させるのに応じて印刷回路基板と該圧電堆積ヘッドの相対運動をコンピュータ数値制御し、それによって印刷回路基板上に構造を製造する行為、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
印刷回路基板が導電性表面層を有し、また、
印刷回路基板上の構造が、表面層の設定された部分を露出させるマスキング構造であり、表面層の設定された部分が、その後の作業で除去することができ、それによってマスキング構造によって覆われた表面層の部分に図形を形成する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
マスキング構造が、フォトレジストのマスキング構造を形成するために使用される場合のあるフォトリソグラフィー作業を不要とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
流体製造材料が、印刷回路基板上へのその堆積の後の処理によって流体製造材料が印刷回路基板上の金属性図形となるものである請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
印刷回路基板上に製造された構造が抵抗である請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００１年６月１日に「液体の基板への圧電堆積を用いた微細構造の形成」の名称で出願した米国暫定特許出願第６０／２９5，１１８号及び２００１年６月１日に「液体の基板への圧電堆積を用いた印刷回路基板構造の形成」の名称で出願した米国暫定特許出願第６０／２９5，１００号のもつ利益を主張するものである。これら各出願は、その関連性によって本出願に編入される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、微細構造を製造或いは製作するための、制御された量及び布置（配置）での圧電マイクロデポジション（微細堆積）（ＰＭＤ）を用いた印刷回路基板上への流体材料の堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近数十年の間に、製造業者によって印刷回路基板などの基板上に微細構造を製作するための各種の技術が開発された。これらの製造技術の多くは、その実施に比較的高い経費がかかりまた経済的に成り立たせるためには大量生産が必要なものである。
【０００４】
特に、回路基板の図形（トレース）の製造にはいくつかの工程が必要となる。まず、銅をコーティングしたファイバーグラスの基板をフォトレジスト材料で処理する。フォトレジスト材料の上には開口を有するマスク又はテンプレートを置き、基板の図形を形成する部分のみを露出させる。次に、フォトレジスト材料に紫外線を当てて露出したフォトレジスト材料を硬化させる。次に、基板を化合物で洗浄して、硬化しなかったフォトレジスト材料をすべて除去し、それによって基板表面の選択された部分を露出させる。次に、基板を酸のエッチング浴に浸す。これらのエッチング浴の一つは、フォトレジスト材料で覆われていない銅を除去するためのものであり、もう一つは、硬化したフォトレジストを除去するためのものである。これによって、元のテンプレートの開口に対応する銅の図形のみが残される。
【０００５】
現在の回路基板製造のもう一つの問題は、回路を構成するために必要な抵抗の組み立てである。特に、抵抗は、通常きわめて小さいものではあるが、回路構成の全体の量を増加させ、回路の小型化及び実際の構成に限界を生じさせる。さらに、抵抗は、一般的に印刷回路基板の表面にハンダ付けされるが、そのために追加の製造工程が必要となる。従って、印刷回路基板の製造には多くの工程が必要で、特に一つのプロトタイプ又は少数の基板を製造する場合には経費がかさむものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板上に構造を形成するための圧電マイクロデポジション（ＰＭＤ）プロセスに関する。ＰＭＤプロセスには、ＰＭＤ工具が用いられ、それには電子回路を製造するための製造工程で基板上に流体材料を堆積させるためのヘッドが含まれる。本発明のＰＭＤ製造プロセスでは、基板上に高精度に流体材料を堆積させることができる。ＰＭＤヘッドは、基板上の選ばれた場所に正確に流体材料の小液滴を堆積させるためにコンピュータ数値制御システムに連結される。本発明のＰＭＤシステムは、汚染されないクリーンルーム環境で使用して特に有効である。従って、本発明のＰＭＤプロセス、印刷回路基板及び印刷回路基板の上に形成される各種構造の製造に有効であることが明らかにされている。
【０００７】
例えば、本発明のＰＭＤプロセスは、フォトレジスト材料の代替物として機能するパターニングされた材料を堆積させるために用いることができる。このパターニングされた材料は、基板上に堆積し、その後の作業でマスクとして使用されるが、フォトリソグラフィーに関連する硬化及び選択的除去に関して従来用いられてきたような多くの工程を必要としない。さらに、ＰＭＤプロセスは、基板上に直接図形を形成しまた印刷回路基板上に抵抗を形成するために使用することができる。また、製造工程の一部として、印刷回路基板上に例えば凡例などの文字又は図形を印刷することも可能である。
【０００８】
本発明の一つの大きな効果は、ＰＭＤプロセスをコンピュータ数値制御システムと組み合わせれば、高い経費を要せずにプロトタイプ又は召集の印刷回路基板を生成することができることにある。
【０００９】
また、本発明をＰＭＤヘッドと組み合わせて用いられる各種の手法に適用すれば、微細構造を高い精度で形成することができる。例えば、基板とＰＭＤヘッドの相対位置は、デジタルカメラによる自動心合わせを用いて調節設定することができる。流体材料の可変量を正確に堆積させるためには、デジタルカメラ又は他の光学センサーを用いて、ＰＭＤヘッドのノズルで生成される液滴の角度及び滴下量を分析する。滴下量及び液滴の角度の変動を調節するため及び構造を基板上に正確に配置するためには、ＰＭＤヘッドのノズルを制御する時間的解像度を高めるために微細クロッキングを用いることができる。一実施の形態にあっては、基板上に二次元又は三次元の構造を形成するために、基板をのせたステージをＸ及びＹ方向に移動させる。他の一実施の形態にあっては、ステージの動きと共にＰＭＤ工具を回転させ及び（又は）ある直線方向に移動させる。
【００１０】
本発明のＰＭＤシステムは、多様な構造の形成を可能にするために、複数のヘッドを用いて基板上に異なる液体を堆積させることが可能である。ＰＭＤシステムは、また、基板上に液体を堆積させた後、ヘッド又は基板を加熱して空気の流れを制御して液体の乾燥又は硬化を調節することができる。
【００１１】
流体及び形成される構造の性質によっては、以下に説明する特徴のいくつか又はすべてをＰＭＤヘッドを用いた流体材料の堆積の基本プロセスと組み合わせて用いることができる。本発明のＰＭＤ技術を用いることによって製造プロセスを極めて簡略化しまた経費を安くできることが明らかにされている。これによって、比較的少数の個別の装置の製造作業を経済的に成り立つようにすることが可能となる。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下の説明及び付属物からより完全に明らかとなりまた以下に述べる本発明の実施から習得されよう。
【００１３】
微細構造を製造又は製作するため制御された量及び布置（配置）で基板上に流体材料を堆積する圧電マイクロデポジション（ＰＭＤ）に関する。特に、本発明は、電子回路の製造にあたって流体材料のＰＭＤを行うことにある。
【００１４】
本明細書において用いられる「流体製造材料」及び「流体材料」という用語は、低粘性の形態を取ることができまたＰＭＤに適したいかなる物質をも含む広い意味をもつものである。適当な材料は、プラスチック、金属、ワックス、ハンダ、ハンダペースト、生物医学用製品、酸、フォトレジスト材料、溶剤、接着剤、及びエポキシを含むが、これらに限定されるものではない。他の適当な材料としては、抵抗を形成するために使用することのできる高インダクタンスポリマー及びポリマー発光ダイオード表示装置（ＰＬＥＤ及びＰｏｌｙＬＥＤ）を形成するために使用することのできる発光ポリマー（ＬＥＰ）があげられる。
【００１５】
本明細書において用いられる「堆積」という用語は、一般的には基板上に流体材料の個々の小液滴を堆積させることを指す。また、「ジェット」、「堆積」、及び「印刷」という用語は、本明細書においては互換性のある用語として用いられ、基板上に流体材料を堆積させることを指す。「小液滴」及び「液滴」という用語も、本明細書においては互換性のある用語として用いられる。
【００１６】
本明細書において用いられる「基板」という用語は、ＰＭＤプロセス時に流体材料を受けるのに適した表面を有する任意の材料を含む広い意味をもつものである。適当な基板材料は、シリコンウエファ、ガラス板、セラミックタイル、ファイバーグラス板、剛性及び可撓性プラスチック及び金属シート及びロールを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施の形態にあっては、以下に説明するように、堆積した流体材料自身もＰＭＤプロセスの間に流体材料の堆積を受ける適当な表面となる場合がある。
【００１７】
本明細書において用いられる「微細構造」という用語は、一般的には高精密度で形成されて基板上にぴったり載置される寸法とされた構造を指す。異なる構造の寸法は異なるため、「微細構造」という用語は、特定の寸法に限定されるものと解釈してはならず、また「構造」という用語と互換性のある用語として用いられることもある。微細構造は、流体材料の単一の小液滴、小液滴の任意の組み合わせ、又は基板上に一又は複数の小液滴を堆積させて形成された構造、例えば二次元の層、三次元のアーキテクチャ、及び他の望ましい構造を含む。
【００１８】
本発明のＰＭＤシステムは、ユーザーが定義したコンピュータの実行可能な命令に従って基板上に流体材料を堆積させることによってＰＭＤプロセスを行う。「コンピュータが実行可能な命令」という用語は、本明細書の中では「プログラムモジュール」又は「モジュール」とも呼ばれ、一般的には特定のアブストラクトデータタイプを実現し或いは特定のタスクを行うルーチン、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を指すが、特定のタスクを行うとは、例えば本発明のＰＭＤプロセスを実施するためのコンピュータ数値制御を実行することであるが、それに限定されるものではない。プログラムモジュールは、任意のコンピュータが読み取り可能な媒体に格納することができる。コンピュータが読み取り可能な媒体とは、ＲＡＭ，ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ，ＣＤ―ＲＯＭ、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、又は他の磁気記憶装置、又は他の命令又はデータ構造を格納できまた汎用コンピュータ又は特殊目的のコンピュータでアクセス可能な他の媒体を含むが、それらに限定されるものではない。
【００１９】
本発明によれば、インクジェットヘッドは、製造環境で流体製造材料を堆積させて本発明のＰＭＤプロセスに基いて流体製造材料をパターニングすることによって多様な構造のいずれかを形成することができる。このことは、同時出願の２００２年５月３１日に「マイクロデポジション装置」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「温度制御真空チャック」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「ポリマー発光ダイオード表示装置、印刷回路基板等のための工業用マイクロデポジションシステム」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「互換性マイクロデポジションヘッド装置及び方法」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「マイクロデポジション制御システム用波形生成装置」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、２００２年５月３１日に「解像度を高めるためのマイクロデポジションシステムにおけるオーバークロッキング」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号、及び２００２年５月３１日に「多流体材料のマイクロデポジション用装置」の名称で出願したＰＣＴ特許出願第_____号に最も良く記載されている。これら各出願は、その関連性によって本出願に編入される。本発明によれば、多くの構造を、従来の技術を用いて製造されるものより安い経費で、より効率的に、またより正確に製造することができる。また、ＰＭＤプロセスでは製造できるが従来の方法では製造できない構造もある。さらに、本発明にもとづくＰＭＤプロセスは、クリーンルーム環境及び製造工程中又は後に汚染されない流体製造材料とともに用いることができる。
【００２０】
一実施の形態によれば、本発明のＰＭＤシステムは、一般的にステージ、真空チャック、ＰＭＤヘッド、ＰＭＤヘッド支持体、心合わせ（位置合わせ）コンポーネント、流体材料供給システム、液滴診断アセンブリー、保守ステーション、キャッピングステーション、ドッキングステーション、及びコンピュータシステムを含むものである。コンピュータシステムは、ＰＭＤシステムにコンピュータが実行可能な命令を提供し、ＰＭＤシステムの各種コンポーネントを制御する。
【００２１】
基板上に流体材料を堆積させ及び（又は）微細構造を形成するためには、ＰＭＤ工具が基板に対して移動することが有用である。ＰＭＤヘッドと基板の相対移動は、基板及び（又は）ＰＭＤヘッドを移動させることによって行うことができる。この移動は、直線移動の場合もあれば回転移動の場合もある。
【００２２】
直線移動のためには、ＰＭＤシステムがリニアモーターを使用する構成とすることができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、クリーンルーム用に構成されてエア・ベアリングを有するものであり、従って、リニアモーターは、摩擦によって該クリーンルーム環境を汚染するおそれのある粒子を形成することがない。ＰＭＤシステムは、また、ヘパフィルター、特殊なベアリング、モーター、及び厳格なクリーンルームの要件を満たすアセンブリーを含むものとすることができる。リニアモーターによってあたえられる移動性は、ステージで回転させることのできないプラスチックのロールの上など大きい基板の上でＰＭＤプロセスを行うことができるようにする効果がある。
【００２３】
いくつかの実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、大型の基板及びある種のＰＭＤプロセスの要件に対応するためにＰＭＤヘッドを回転させるための手段を含む。ＰＭＤヘッドを回転させることは、ステージを回転させることが実際上不可能な場合に基板の上に流体材料が堆積する方向に対してノズルのピッチ又は角度を規定し、それによって堆積した流体材料との間のスペースを減らし、結果として得られる解像度を高めるために特に有用である。
【００２４】
解像度は、また、ＰＭＤシステム及び（又は）基板を回転させそれによって基板が堆積する一又は複数の線と同じ方向に移動するようにすることによって基板上に直線が堆積するような場合にも高めることが可能である。このようにして、基板上に堆積する各小液滴は、前の小液滴の通った跡又は末尾の上に堆積し、それによって不規則な形の小液滴がもたらす効果を最小限に減らしまた一又は複数の線の側部全体の解像度を改善することができる。
【００２５】
図１は、ＰＭＤシステム１０のいくつかのコンポーネントを示す。図示したコンポーネントは、ステージ１２、真空チャック１４、ＰＭＤヘッド１６、ＰＭＤヘッド支持体１８、心合わせコンポーネント２０、液滴診断アセンブリー２２、保守ステーション２４、及びキャッピングステーション２６を含んでいる。
【００２６】
図示したように、ステージ１２及びＰＭＤヘッド支持体１８は、固定された表面２８に据え付けられている。固定表面２８は、使用中、ＰＭＤシステム１０に安定性を与えまたＰＭＤシステム１０の精密性を損なうおそれのある振動を最小限に抑えるように適当に構成された任意の表面を含むものとすることができる。一実施の形態によれば、固定表面２８は、花崗岩のブロックを含む。ただし、固定表面２８が他の材料及び構造も含んでもよいことは理解されよう。
【００２７】
図２及び図３は、それぞれ図１のＰＭＤシステムの側面図及び正面図である。図示したように、ステージ１２は、上端の据え付け板３０及び中間の板アセンブリー３１を含み、これらは各々二つの異なる方向のうちの一方向に移動するように構成されている。図１〜図３に示すように、真空チャック１４、キャッピングステーション２６、保守ステーション２４、及び液滴診断アセンブリー２２は、ステージ１２の上端据え付け板３０の上に据え付けられ、従って上端据え付け板３０と共に移動する。
【００２８】
特に、上端据え付け板３０は、該上端据え付け板３０を図１にＸ軸として示す第一の方向に駆動するように構成された第一のモーター３４に接続されており、中間板アセンブリー３２は、中間板アセンブリー３２並びに上端据え付け板３０を図１にＹ軸として示す第二の方向に駆動するように構成された第二のモーター３６に接続されている。第一及び第二のモーター３４、３６は、水平のＸ―Ｙ面内でＰＭＤヘッド１６に対してステージ３０を所望のように移動させるために単独で又は同時に作動させることができる。従って、ステージ１２がＸ―Ｙ面のＸ及びＹの両方向に同時に移動することができることは理解されよう。ステージ１２のＸ―Ｙ面内でのこの移動性は、ステージ１２上に据え付けられた基板をＰＭＤヘッド１６と心合わせするように移動させるためまた本発明のＰＭＤプロセスの間に基板を移動させるために有用である。これについては、以下に概要を説明する。ステージ１２は、移動性部品特に相互に移動する硬い表面を有する移動性部品はそれらが基板上に配置されている場合でも一般的に使用することができないクリーンルーム環境用として構成されることは理解されよう。
【００２９】
真空チャック１４は、本発明のＰＭＤプロセスの間、基板をステージ１２上の固定位置に固定するための適当な位置手段となるものである。可撓性材料用のロール間移動アセンブリーを含む基板を保持するための他の構造及び方法も、本発明の範囲に含まれると考えられるべきものである。
【００３０】
図４に示す基板３８は、真空チャック１４の多孔性の金属板４２を通して空気を吸い取ることによって生成される空気の陰圧によって真空チャック１４上の所定の位置に強固に保持される。多孔性金属板４２は図１に示されている。一実施の形態によれば、多孔性金属板４２は、例えばウインターザーのＭ−テック・ホールディングＬｔｄ．の子会社であるポーテックＬｔｄ．が販売しているメタポール（登録商標）のような多孔性のアルミニウム板である。ただし、他の材料から製造された他の種類の多孔性の板を使用することも可能である。空気は、真空チャック１４上の吸い取り口４４に接続された真空又はポンプなど任意の適当な手段によって多孔性の金属板４２を通して吸い取られる。
【００３１】
真空チャック１４は、また継手４５を含むものとすることができる。継手４５は、ＭＤシステム１０の制御装置と共に真空チャック１４内の装置を相互接続するように構成される。継手４５は、例えばＤＢ９コネクタを通るシリアル・ポートを規定し、該ＤＢ９コネクタは、真空チャック１４内の装置を制御システムに連結する。一実施の形態によれば、加熱源及び温度センサーが真空チャック１４の中に収容されており、オペレータが多孔性の金属板４２の温度を制御できるように制御システムに接続されている。
【００３２】
図４に示すように、基板３８は、真空チャック１４上に据え付けられるが、より詳しくは真空チャック１４上の基板３８を心合わせするように構成された出張り支持体４６の間に据え付けられる。真空チャック１４上での基板３８の心合わせは、流体製造材料が基板３８の上の適当な場所に確実に堆積するようにするために有用である。ただし、真空チャック１４の上に基板３８を据え付ける行為によって、基板３８が、本発明のＰＭＤプロセスを行うために必要な精密な公差でＰＭＤヘッド１６と確実に心合わせされるものではないことに留意されたい。すなわち、基板３８は、本発明の方法に基いてＰＭＤヘッド１６と精密に心合わせしなければならない。
【００３３】
基板３８が真空チャック１４上に出張り支持体４６に当接するように据え付けられると、真空チャック１４はＰＭＤヘッド１６とすでに心合わせされているため、基板３８とＰＭＤヘッド１６の間の初期の心合わせが得られる。真空チャック１４がＰＭＤヘッド１６と確実かつ精密に心合わせされるために、真空チャック１４上には二つの基準点４８が配設される。どれかの基準点４８は、以下でより詳細に説明するように心合わせコンポーネント２０によって工学的に検出される。該心合わせコンポーネント２０は、通常、真空チャック１４がＰＭＤヘッド１６と正しく心合わせされていることを判別するものである。真空チャック１４が正しく心合わせされていなければ、望ましい心合わせが得られるまで真空チャック１４を移動させる。
【００３４】
真空チャック１４と基板３８を正しく心合わせするために、真空チャック１４は、ステップモーター５２、ばね５４、及び枢動アーム５６を含んでいる。枢動アーム５６は、第一の端部５８でステップモーター５２に接続され、第二の端部６０でばね５４に接続されている。真空チャック１４は、また枢動コーナー６２でステージ１２と枢動自在に接続されている。これによって、ステップモーターが作動しているとき、真空チャック１４は、通常、枢動コーナー６２の周りで枢動することができる。
【００３５】
一実施の形態によれば、ステップモーターは、延伸アーム６４を含み、延伸アーム６４は、枢動アーム５６の第一の端部５８に力を加えるために制御自在に延伸することができ、それによって枢動アーム５６を枢動点６６の周りで（図４の上面図で）枢動させ時計回りに回転させることができる。枢動アーム５６の第二の端部６０が真空チャック１４に接続されているため、これによって、真空チャック１４を枢動コーナー６２の周りで枢動させ反時計回りに回転させることができる。真空チャック１４は、反対方向に枢動させることもできる。例えば、ステップモーター５２のアーム６４が引き込められているとき、ばね６４は圧縮され、枢動アーム５６の第二の端部６０を強制的にばね５４に向かって移動させ、それによって真空チャック１４を枢動コーナーの周りで枢動させ時計回りに回転させる。
【００３６】
真空チャック１４の枢動は、真空チャック１４又は基板３８とＰＭＤヘッド１６の望ましい心合わせを得るためにいつでも行うことができる。真空チャック１４の枢動は、また、基板３８とＰＭＤヘッド１６の望ましい心外しを得るためにも行うことができる。基板３８とＰＭＤヘッド１６の心外しは、基板３８の上にある種の微細構造を形成するときに望ましい場合があり得る。一実施の形態によれば、基板３８とＰＭＤヘッド１６の間の望ましい心合わせは、また、ＰＭＤヘッド支持体で、例えば以下に説明するようにターレットを用いてＰＭＤヘッド支持体１８でＰＭＤヘッド１６を基板３８に対して回転させることで得られる。
【００３７】
ここで、心合わせコンポーネント２０について直接説明する。図１及び図３に図示されるように、心合わせコンポーネント２０は、ＰＭＤヘッド支持体１８に固定的に取り付けられている。一実施の形態によれば、心合わせコンポーネント２０はカメラを有する。このカメラは、デジタル及び光学的機能を任意に組み合わせたものとすることができ、また好ましくは真空チャック１４上の基準点４８並びに基板３８上にエッチングで形成された精密心合わせマークを識別するように構成された光学的／デジタル認識モジュールである。これらの心合わせマークは、ここでは起点マークと呼ぶが、通常は基板３８上に予め形成されまた小さすぎて裸眼では見えないものである。一実施の形態にあっては、起点マークは、基板３８上にエッチングで形成された垂直の毛髪程度の細い十字を含む。
【００３８】
一実施の形態によれば、起点マークは、基板３８をＰＭＤヘッド１６と心合わせさせるための基礎として用いられる。これは、基板３８の縁部への心合わせのみでは、通常、ある種の製品を製造するために求められる精密さで基板３８上に微細構造を形成するために十分な正確さが得られないからである。例えば、一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステム１０は、ＰＬＥＤ表示装置の上に人間の毛髪の直径の約１０分の１であるプラス又はマイナス１０ミクロンの範囲内にポリマーの小液滴を堆積させる。このような正確さで流体製造材料を精密に堆積させる本発明のＰＭＤシステムの能力が、先行技術の改善であることは理解されよう。
【００３９】
基板３８が真空チャック１４の上に据え付けられと、ＰＭＤシステム１０は、自動的に心合わせコンポーネント２０に関連するカメラ及び光学的認識モジュールを用いて基板３８上の起点マーク又は他の基準のマーキングを識別する。真空チャック１４又はＰＭＤヘッド１６は、次に、必要に応じて自動的に枢動又は回転し、ＰＭＤヘッド１６と基板３８の間の心外れを補正する。このようにして、数秒の間にＰＭＤヘッド１６と基板３８の間の心合わせが約３ミクロンの公差の範囲内で得られる。最後に、望ましい心合わせが得られると、ＰＭＤシステム１０は、本発明のプロセスに従って基板３８の予め定められた場所に流体材料の小液滴を精密に堆積させることができるようになる。
【００４０】
一実施の形態によれば、ステージ１２の上の基板３８がＰＭＤヘッド１６の下方で移動している間に、微細構造が、基板３８上にＰＭＤヘッド１６から堆積する小液滴として形成される。例えば、ステージ１２がＸ軸に沿ってＰＭＤヘッドの下方で基板３８を移動させているときに、基板３８上に小液滴の行を形成することができる。ステージ１２は、行の堆積の間にＹ軸に沿って移動させることができ、それによって複数の行を形成することが可能となる。ステージは、また、Ｘ軸及びＹ軸方向の任意の組合せ方向に沿って移動させ、基板の任意の部分の上に多様な構造を形成することができる。
【００４１】
基板３８のＰＭＤヘッド１６との心合わせは、上に説明したように調節が可能であるが、ＰＭＤヘッド１６のノズルが正しく発射を行わない場合には心合わせが妨げられるおそれがある。ＰＭＤヘッド１６は、例えば任意の数のノズルを含む物とすることができる。一実施の形態によれば、ＰＭＤヘッド１６は、１から約２５６の間のノズルを有するノズルアセンブリー（図示していない）を含む。一個のノズルが不発に終わった場合でも、小液滴３８とＰＭＤヘッド１６の心合わせが失敗するおそれがある。従って、各ノズルの発射特性を識別して発射に不規則性が存在する場合にはそれを補正することが重要になる。個々のノズルの発射特性がわかれば、本発明のコンピュータモジュールでノズルを個別に制御してノズルから流体材料の望ましい放出を行うことができる。
【００４２】
図１〜図４に示す液滴診断アセンブリー２２は、ＰＭＤヘッド１６の個々のノズルの発射特性を測定し識別するために配設されている。液滴診断アセンブリーは、通常、カメラ６８、このカメラ６８を含み、このカメラは、デジタル及び光学的機能を任意に組み合わせたものとすることができ、また好ましくは個々のノズルの異なる発射特性を識別するように構成された光学的／デジタル認識コンピュータモジュールである。
【００４３】
一実施の形態によれば、液滴診断アセンブリー２２は、小液滴がノズルから放出されるときに小液滴のさまざまな画像を捕捉し該小液滴の液滴特性を分析することによって個々のノズルの発射特性を識別する。ＰＭＤヘッドの一つのノズルが正しく発射しなければ、液滴診断アセンブリー及び対応するモジュールが、誤りを検出する。次に、ＰＭＤシステム１０は、以下に説明する保守手順で自動的にノズルを修理しようとする。誤りが自動的に補正されなければ、ＰＭＤシステム１０は、オペレータに警報を出し、製造が中止され、それによって装置の高価な産出物が失われることを防ぐ。次に、必要ならば、ＰＭＤヘッド１６は、修理又は交換することができる。
【００４４】
一実施の形態によれば、液滴診断アセンブリー２０のカメラ６８は、ステージ１２の上にぴったり載置されるように構成された直角カメラ６８である。また、写真の技術では良く知られているようにカメラ６８によって捕捉される画像の質を高め飛翔中の小液滴の画像を捕捉するために例えばストロボライト６９のようなバックライトも配設されている。液滴診断を行うためには、ＰＭＤヘッド１６をキャッピングステーション２６の上方のカメラ６８とストロボライト６９の間で移動させる。次に、ＰＭＤヘッド１６のノズルからキャッピングステーション２６の中に小液滴が放出される。次に、以下に説明するようにノズルから放出される小液滴の二つの直角画像を捕捉して液滴の特性及びノズルの発射特性が求められる。正確さを最大にするため、試験されているノズルはカメラの視野の中心に置き、またノズルは個々に試験することが好ましい。
【００４５】
一実施の形態によれば、ＰＭＤヘッドが第一の位置にあるときに第一の小液滴の第一の画像が撮られ、ＰＭＤヘッドを９０度回転させた後に同じノズルから発射された第二の小液滴の第二の画像が撮られる。他の一実施の形態によれば、二つの直角カメラを用いて単一の小液滴の二つの画像が同時に撮られる。小液滴の画像が捕捉されたら、ＰＭＤシステム１０の光学的認識モジュールは、これらの画像及び発射情報を用いて滴下量、滴下速度、液滴ノズルの配置、滴下の偏角、及び液滴の情報を計算し、それによってＰＭＤシステム１０がＰＭＤヘッド１６のノズルの欠陥或いは変異を補償できるようにする。
【００４６】
滴下量は、小液滴の高さ及び（又は）幅を用いて計算することができ、或いは、一以上のカメラで面積を撮像してその量を計算することができる。いずれの方法においても、カメラ６８で捕捉された画像を用い、特定の用途に関して求められる正確性及び精密性に応じて小液滴の三次元形状を計算又は概算によって求める。小液滴量が大きすぎ又は小さすぎる場合には、ＰＭＤシステム１０は、ノズルが小液滴を放出する頻度を調節して自動的に補償を行う。例えば、ＰＭＤヘッド１６へ送られる電圧又は波長を量的に変化させて欠陥滴下量を補償することができる。電力が減れば、より小さい小液滴が放出されるであろうし、電力が増えれば、より大きい小液滴が吐き出されるであろう。補正が行われても、調節度を高めるために対話式プロセスでノズル及び対応する小液滴を再分析することが必要な場合もあり得る。
【００４７】
滴下量に関連する問題を補正する第二の方法は、ＰＭＤプロセスの間に堆積する小液滴の数及び頻度を変更することである。この方法では、個々の小液滴の滴下量は同じままであるが、小液滴が堆積する頻度を増やしたり或いは減らしたりすることによって基板の上に堆積する流体材料の量を制御することができる。滴下量の問題を補償するためのこの方法は、小液滴を行にして堆積する場合或いはのぞむ滴下量を得るためには多数の液滴が必要な場合に有用である。小液滴が堆積する頻度を変えるこの方法を、本明細書では微細クロッキングと呼ぶ。
【００４８】
例えば流体材料がノズルからジェット噴射されるように十分迅速に流体チャンバー内に補給されない状態を飢餓状態と呼ぶとすれば、微細クロッキングは、飢餓状態などの堆積速度性能の限界を克服するために本発明によって提供される一つの手段である。現存の印刷ヘッド技術では、通常、印刷ヘッドのクロック周波数が、飢餓状態を起さずに印刷が行える最大の周波数に限定される。また特に、通常、多ノズルヘッドが単一のクロックしか備えていないことを考慮すれば、当業者には、このことがＰＭＤヘッドの解像度に実際上の限界をあたえていることも理解されよう。
【００４９】
先行技術のこれらの限界を克服し、ＰＭＤ工具のノズルを個別に制御できるようにするために、本発明は、クロックサイクルの頻度又はＰＭＤ工具へ送られる信号の頻度を意図する堆積速度をはるかに超えるように人工的に増加させるために、微細クロッキングの方法を利用するものである。ＰＭＤシステムは、解像度及びＰＭＤプロセスの間に堆積する流体材料の量を制御するために付加的なクロック・サイクルを使用することができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、クロック・サイクルの頻度を意図する堆積速度の１０倍に増加させ、それによってＰＭＤシステムに堆積頻度の１０分の１以内でドットを布置する能力をあたえる。
【００５０】
堆積頻度が飢餓状態の限界を超えることはできないが、ＰＭＤ工具に微細クロックの進度でクロックサイクル及びデータを送ることは可能である。これは、ＰＭＤシステムのコンピュータが実行可能な命令では、実際の堆積データが餓死率を超えることができないためである。本実施の形態では、これは、約１０中９のクロックサイクルに各ノズルに「フィラーデータ」すなわちブランクデータを送ることによって行われる。従って、ＰＭＤ工具は、微細クロックを実際の堆積クロック速度で割った値に比例して、堆積するために使用することのできるより何倍も多くのデータを受け取ることになる。このようにして、最大堆積速度に影響をあたえずに現存の印刷ヘッド技術の解像度を１０倍以上に高めることができる。
【００５１】
微細クロッキングは、基板上に堆積される流体材料の解像度を高めるために特に有効である。特に、線又は形の始めと終わりをより精密に制御することができる。クロックサイクルの頻度が意図する堆積速度より１０倍に設定されている本実施の形態にあっては、ＰＭＤ工具によって、流体材料は、同じ堆積速度で可能な従来の解像度の幅の１０分の１以内にすなわち従来可能であったより十倍以上精密に堆積することができる。
【００５２】
微細クロッキングは、また、基板上に堆積させる流体材料の量の制御にも有用である。例えば、弱いノズルのための補償の目的或いは単に材料の厚さを増やす目的でより多くの流体を堆積させることが望ましい場合には、該当するノズルが他のノズルより高い頻度で流体材料の小液滴をジェット噴射するように設定される。例えば、他のノズルが各１０クロック中１クロックにジェット噴射するのに対して、指定されたノズルは、各９クロック中１クロックにジェット噴射シュするように設定される場合もある。この技術によって、指定されたノズルは、他のノズルより約１１％多く流体を堆積する。同様に、多くの流体を堆積しすぎるノズルは、より少ない頻度で堆積を行うようにすることができる。
【００５３】
微細形状は、また、ＰＭＤ工具が回転し、ノズルが垂直方向に心合わせされていない場合、滴下速度又は偏角の差異に対応しようとする場合、個々のドットを布置するためにより高い解像度がのぞまれる場合、及び基板上に堆積する流体の量を注意深く制御することがのぞまれる場合に特に有用である。
【００５４】
すでに説明したように、微細クロッキングでは、通常、ＰＭＤ工具へ送られるクロックサイクルの頻度を意図する堆積頻度より多い回数にすることが必要である。微細クロッキングの頻度対堆積頻度の比は、解像度の潜在的な増加を制御するものである。流体材料をジェット噴射するためのドットパターンを生成するコンピュータ実行可能な命令は、解像度の潜在的な増加を認識し、待機サイクルのためにＰＭＤ工具へ送られるゼロの「フィラーデータ」を注入しなければならない。各堆積サイクルに対する待機サイクルの数は、微細クロッキングの頻度対堆積頻度の比に等しい。
【００５５】
微細クロッキングは、また、ＰＭＤプロセスの間の基板の動きに対するＰＭＤ工具の回転である「ピッチ」の補償のためにも有用である。ＰＭＤ工具のピッチングによって、微細クロッキングの頻度対実際の堆積頻度の比に基いてドットの数分の一まで正確な解像度が得られる。微細クロッキングでは、基板の垂直方向の動きに対して角度の付いたノズルをずらして生成されるスペースに等しい「フィラーデータ」を注入することによってピッチを補償する。
【００５６】
滴下速度は、ノズルの発射時刻（Ｔｆ）とカメラストロボの発射時刻（Ｔｓ）から遅延時間を求め、移動時間Ｔｆ―Ｔｓ＝Ｔｔを得ることによって計算される。次に、光学的認識モジュールを用いて小液滴の中心とノズルの間の距離である移動距離（Ｄｔ）を見出す。滴下速度は、最終的に、移動距離を移動時間で割る（Ｄｔ／Ｔｔ）ことによって計算される。
【００５７】
滴下速度によって、流体材料の液滴がいつ基板に当たったかが求められる。これは、基板が移動しているときには特に重要である。滴下速度に関する問題は、早すぎる又は遅すぎる滴下速度を補償するために小液滴の発射時刻をずらすことによって補正される。本発明によれば、滴下速度及び基板までの距離はわかっているので、発射時刻に関する調節量を計算することができる。滴下速度が高すぎるときには発射時刻は遅らされ、滴下速度が低すぎるときには発射時刻は早められる。
【００５８】
液滴ノズルの布置は、小液滴がノズルを離れて撮像されるまでストロボライト６９の照明サイクルを調節することによって決定される。次に、ノズルの正確な場所又は布置が識別される。不規則な液滴ノズルの布置の補正は、次に説明するように液滴の偏角の補正とともに行われる。
【００５９】
液滴の偏角は、ノズルから流体材料の液滴を予め定められた距離だけジェット噴射し（これは、滴下速度が知られているために可能である）次にその距離での液滴の中心を識別することによって求めることができる。次に、小液滴の中心と液滴のノズルの場所を用いて偏角を計算する。一実施の形態によれば、これは、水平のＸ―Ｙ平面のＸ及びＹの両方向で行って、液滴の真の三次元の偏角を得る。
【００６０】
液滴の偏角及び不規則な液滴ノズルの布置は、ノズルの布置の位置及び偏角を得て、次に、小液滴が落下することが期待される場所に対する実際に落下するであろう場所を計算して補正される。次に、小液滴の期待される軌跡と実際の軌跡の間の食い違いを補償するために、発射時刻を早め或いは遅らせる。
【００６１】
液滴の形成は、カメラ６８が光学的認識モジュールとともに捕捉した画像を分析し、主小液滴の外部になんらかの変則的な形状が存在するかどうかを確かめることによって判別される。これは、主として、小液滴が有意の末尾部或いはそれに対応する衛星を有するかどうかをチェックするために行われる。「衛星」という用語は、本明細書では、一般的に、小液滴と同時に放出されたが小液滴から離れてしまった流体材料を指す。
【００６２】
液滴の形成の分析は、パス／失敗試験である。小液滴が変則的な形成又はそれに対応する衛星を有する場合、ＰＭＤシステムは、二つの一般的な方法のいずれか一つで自動的に問題を補正する。第一のオプションは、小液滴を放出しているノズルの電圧及びパルス幅の設定値を、ＰＭＤシステム１０からのコンピュータが実行可能な命令で変更するものである。この種類の補正は、通常、新しい流体材料又はＰＭＤヘッド１６が使われており、欠陥がＰＭＤヘッド１６の全ノズルアセンブリーにわたって広がっている場合に行われる。しかし、ＰＭＤヘッド１６及び流体材料が新しくない場合には、ＰＭＤヘッドのノズルが詰まっているか或いは修理が必要な可能性が高い。従って、望ましくない液滴の形成を補正するための第二オプションは、ＰＭＤヘッド１６のノズルの詰まりをなくすため或いはノズルを修理するためにＰＭＤシステム１０の保守を行うものである。自動保守機能によってノズルを修理することができない場合には、機械が、先に進む前にユーザーに警報を出し、それによって材料及び製品の不必要な浪費を避ける。これは、高い収量及び高価な製造プロセスが関係する場合には極めて重要なことである。
【００６３】
ＰＭＤシステム１０の液滴診断アセンブリー２２及び心合わせコンポーネント２０は、該液滴診断アセンブリー２２及び心合わせコンポーネント２０によって得られる正確さが現存する印刷技術に対する真の革新である。さらに、現存する印刷及びパターニングシステムには、基板３８に対してノズルの位置、角度、及び作動を測定し或いは精密に心合わせする能力もなく、また、そのようなシステムには、高い収量及び高価な製造プロセスのために必要な精密な心合わせを行なわせるモチベーションも存在しない。ＰＭＤヘッド１６及び対応するノズルを基板３８と心合わせするこれらのシステムの開発によって、本発明のＰＭＤプロセスは、高い精密度を必要とする製造を可能にするものとなる。
【００６４】
本発明によるＰＭＤシステム１０は、位置決めを無限に可変にするものであり、それによって、広い面積で均一性が得られる。さらに、本発明にもとづくＰＭＤシステム１０は、ｘ及びｙ軸での移動に加えてピッチを制御するものである。より具体的には、ＰＭＤヘッド１６の回転は、ＰＭＤプロセスの精密性を制御するために基板に対してノズルアセンブリーのピッチを変えるのに有用である。さらに、ＰＭＤシステム１０によって得られる光学的認識及び補正機能によって、液滴の大きさの制御性がさらに高められる。加えて、本発明にもとづくＰＭＤシステム１０は、ＰＭＤヘッド１６が基板と接触せず、ＰＭＤヘッドが堆積させる材料とのみ接触するために、クリーンな用途での均一性、可変性、及び制御性が得られる。
【００６５】
ＰＭＤヘッド１６と基板３８の心合わせは、これまでＰＭＤシステムへの基板の据え付け後に行なわれる工程として説明してきたが、ＰＭＤヘッドを交換したとき或いはそれ以外でＰＭＤヘッド支持体１８の上に据え付けたときにも常に心合わせが行なわれることが理解されよう。図５〜図７は、ＰＭＤヘッドをＰＭＤヘッド支持体１８と連結するために本発明に基いて使用される据え付けブラケット７０を示す図である。図示のように、据え付けブラケット７０は、複数の穴を有し、該据え付けブラケット７０をＰＭＤヘッド支持体に固定させるためにボルトをそれらの穴に通すことができる。さらに、突起ブラケット７０は、ＰＭＤヘッド１６を取り付けブラケット７０に対して布置するときに該ＰＭＤヘッド１６をしっかり保持するように構成された掛け金機構７４を含むものである。該掛け金機構７４は、一般に、ＰＭＤヘッド１６内に形成された対応する凹部と係合するように構成された掛け金アーム７６を含む。該掛け金アーム７６は、図９に示すように据え付けブラケット７０の反対側に配置されたレバー７８で操作される。据え付けブラケット７０は、また、掛け金アーム７５がＰＭＤヘッドを据え付けブラケット７０に固定したときにＰＭＤヘッドが据え付けブラケット７０に確実に正しく心合わせされるようにするために用いられる基準点８０を含む。
【００６６】
図７は、図６の据え付けブラケット７０に接続されたＰＭＤヘッド１６の一実施の形態を示す。図示したように、ＰＭＤヘッド１６は、ハウジング９０、流体材料入口９２、溶剤入口９４、内部ＰＭＤヘッドコンポーネント９６、及びノズルアセンブリー９８を含む。使用時には、流体材料が入口９２を通ってＰＭＤヘッド１６に入り、内部ＰＭＤヘッドコンポーネント９６を通ってノズルアセンブリー９８に導かれ、そこでノズルアセンブリー９８のノズルを通って最終的に基板上に放出される。
【００６７】
一実施の形態によれば、ＰＭＤヘッドコンポーネント９６は、流体材料タンク、振動板（ダイアフラム）、及び圧電トランスジューサを含む。圧電トランスジューサは、例えば、ノズルアセンブリー９６のノズルを通る流体材料を放出するのに適当な音波を生成するジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３すなわち「ＰＺＴ」トランスジューサである。振動板及び圧電トランスジューサは、圧電トランスジューサに電力が供給されると音響パルスを発生する。音響パルスの力が流体製造材料の表面張力より十分に大きくなったときに、流体材料の小液滴がノズルアセンブリー９８に含まれるノズルから放出される。放出される小液滴の速度及び量は、圧電トランスジューサへの電力の供給を変えることによって制御される。
【００６８】
本発明のＰＭＤシステムは、ＰＭＤヘッド１６から放出される小液滴の量を制御することができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドは、約１０ピコリットルというわずかな量の流体材料の小液滴を毎秒数千個の頻度で放出する。小液滴の望ましい量及び頻度は異なる種類の流体製造材料、基板、及び微細構造の形成に対応するために異なるものとなってくるので、本発明は、流体材料の小液滴の放出を、特定の量、頻度、及び形状に限定するものではない。
【００６９】
従来のインクジェットヘッド（「ジェットヘッド」）は、少なくとも本発明のいくつかの流体材料と共に使用するように容易に適応させることができる。従って、本発明は、また、現在又は将来第三者によって製造されるもの及びインクジェット印刷システムでインクをジェット噴射させる目的で製造された又はされるであろうものを含めて、現存のジェットヘッド又は将来生成されるであろうジェットヘッドの使用も包含するものである。
【００７０】
一実施の形態によれば、本発明のＰＭＤシステム１０は、各種の印刷ヘッド技術に必要な各種デジタル波形、電流電力供給、及びデジタル信号の生成のためにコンピュータが実行可能な命令を実行するように構成されたコンピュータ制御システムを含むものである。コンピュータシステムは、個別のＰＭＤシステムコンポーネントの内部に物理的に組み込まれたものとすることもできるし、或いは、図８に示すように、コンピュータシステムが異なるＰＭＤシステムコンポーネントの各々と接続された独立型コンピュータシステム１００として実施され、それによってオペレータが該独立型コンピュータシステムから各ＰＭＤシステムコンポーネントを制御できるように構成することもできる。コンピュータシステム１００は、本明細書で説明する各種制御システムを含むものとすることができる。
【００７１】
コンピュータシステム１００の一つのメリットは、それがさまざまに異なる能力及び機能性を有する各種ＰＭＤヘッド１６を、本発明のＰＭＤシステム１０によってより容易に互換可能に使用できるようになることである。例えば、一実施の形態によれば、コンピュータシステム１００は、現存の印刷ヘッド技術の電子回路を、マスター電子回路部と個性的電子回路部の二つの異なる部に分離する。後者は、個々のＰＭＤヘッド１６又は独立型コンピュータシステム１００の内部に据え付けることができるものである。
【００７２】
マスター電子回路部は、すべてのＰＭＤヘッド１８にとって基本的な基本信号及び情報、すなわち、堆積すべきドットパターン（堆積データ）、傾斜、持続時間、及び大きさで定義される二次元波形、ＰＭＤヘッド１６で使用される接地及び最大電圧、及びヘッド装置が流体材料の液滴を堆積させるように設計されたクロック速度を収容する。マスター電子回路は、通常、これらの定義を行いそれらを各種類のＰＭＤヘッド１６のために格納することのできるコンピュータプログラマブルボード上に格納される。
【００７３】
個性的電子回路部は、一定のヘッド製造業者及び型式に固有なファームウエアを収容する。このようなファームウエアは、カスタマイズされた信号及び接続が必要な場合の多い。個性的電子回路は、使用時にマスター電子回路からカスタマイズされた波形及びデータを受け取る。通常、個性的電子回路は、カスタマイズされた個性カードなどコンピュータが読み取り可能な媒体に格納されている。一実施の形態にあっては、カスタマイズされた個性カードは、ＰＭＤシステム１０が使用する各種類のＰＭＤヘッド１６ごとに開発される。
【００７４】
このように電子回路を定義することによって、本発明のＰＭＤシステム１０は、ヘッドから独立したものとなり、それによって各種ＰＭＤヘッド１６の間の互換性が実現しまたＰＭＤシステム１０が各種の現存の及び新しく開発された技術に対応することが可能となる。換言すれば、ＰＭＤシステム１０に対してハードウエアの変更を行なうことなく、ＰＭＤシステム１０が使用したＰＭＤヘッド１６を交換することが可能となる。第三者のヘッド及び現存する或いは当初は本発明の流体材料以外の流体材料を堆積されるためにつくられたヘッドを含めて、異なる製造業者の大きさの異なる圧電ヘッドさえ、本発明のＰＭＤヘッド１６の内部で使用しまた内部に組み込むことができる。このことは先行技術を超えた進歩であること、また先行技術では、現存する圧電ヘッドが特定のヘッド技術のためにまた一種類の圧電ヘッドのために設計されたものであり、そのことが現存する装置を新しい開発中の圧電ヘッド技術に対応するように更新することを制限しているは理解されよう。このように電子回路を定義する他のメリットは、それによってＰＭＤヘッドのノズルを個々に制御し、何らかの不規則性が存在する場合にはそれを補正できることである。
【００７５】
ここで図６及び図７に戻って、これらの図には、ＰＭＤヘッド１６を流体材料供給システム１０２及び溶剤供給システム１０４と相互製造するために配管１１０がどのように使用されるかがしめされている。図示のように、配管１１０は、不使用時例えばＰＭＤヘッド１６が他のものと交換されている間、配管１００をＰＭＤヘッド１６から保持装置１１２へ好便に移すように構成された迅速開放用具１１１を含むものとすることができる。
【００７６】
図６及び図７は、また、ＰＭＤヘッド１６に供給された流体材料を確実にクリーンなものにするために、フィルター１１６がどのように配管１１０に接続されるかを示している。図示していないが、ＰＭＤヘッド１６への溶剤の供給も確実にクリーンなものにするために、他のフィルターを配設することもできる。本発明によれば、以下により詳細に説明するように、溶剤は、浄化作業の間にＰＭＤヘッドを流体材料から浄化するために供給される。
【００７７】
次に図９に移って、同図は、据え付けブラケット７０をＰＭＤヘッド支持体１８に対してどのように回転させることができるかを示している。図示したように、据え付けブラケット７０は、図６及び図７に示す位置から９０度回転している。据え付けブラケット７０の回転は、本発明によれば、ＰＭＤヘッド支持体１８の底部に回転自在に接続されたターレット７２によって可能となる。ＰＭＤヘッド１６の回転は、すでに説明したように液滴診断アセンブリーによって撮られた直角画像の捕捉を容易にするために有用である。ＰＭＤヘッド１６の回転は、また、基板上の小液滴の行間の距離を精密に制御するために基板に対するノズルアセンブリー９８のピッチを変えるためにも有用である。
【００７８】
図９は、また、一実施の形態にあってはＰＭＤヘッド１６の心合わせを確実に行なうために基準点８０がＰＭＤヘッド１６に対してどのように偏っているかを示す。基準点８０は、好ましくは、ＰＭＤヘッド１６と据え付けブラケット７０の心合わせを正確に行なうことのできる硬化スチールを含む。ＰＭＤヘッド１６と据え付けブラケット７０の心合わせをさらに容易にするために、ＰＭＤヘッド１６の上端面と据え付けブラケット７０の間に付加的な基準点１２０を配設することもできる。ＰＭＤヘッド１６が据え付けブラケット７０の中で正しく心合わせされていないと、ノズルから発射された小液滴の滴下角度が食い違いを示すおそれがあるが、その場合には、すでに説明したように液滴診断アセンブリーが心合わせの狂いを検出して補償を行なう。ただし、心合わせの狂いが大きい場合には、ＰＭＤヘッド１６を据え付けブラケット７０の上に据え付け直すことが必要になるかもしれない。
【００７９】
次に図１０を参照して、キャッピングステーション２６について詳細に説明する。図示したように、キャッピングステーション２６は、一般に延伸自在な支持体１３２の上に据え付けられたトレー１３０及びソーク用リザーバ１３４を含む。キャッピングステーション２６の一つの目的は、ノズルが乾燥したり詰まったりしないようにするために不使用時にＰＭＤヘッド１６のノズルを受けて浸しておくことである。例えば、ＰＭＤヘッド１６がある期間使用されない場合、キャッピングステーション２６をＰＭＤヘッド１６の真下に移動させ、延伸自在な支持体１３２でトレー１３０を上に上げてソーク用リザーバ１３４をＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリー９８と係合させる。ソーク用リザーバ１３４を、流体材料と両立してノズルアセンブリー９８が乾燥しないようにする溶剤で満たす。ソーク用リザーバ１３４には、ＰＭＤヘッド１６又は例えば溶剤供給システム（図示していない）に直接接続された配管など他の供給手段によって溶剤を供給することができる。
【００８０】
キャッピングステーション２６の他の一つの目的は、液滴診断中にＰＭＤヘッド１６から堆積したすべての流体材料を捕捉することである。例えば、液滴診断中に流体材料がトレー１３０のいずれかの部分に落下するおそれがある。トレー１３０の上に落下する過剰な流体材料や溶剤は、トレー１３０に接続された排液管１３８を通して処理される。
【００８１】
好ましい一実施の形態によれば、ＰＭＤヘッドは、互換性があり、手動又は自動で切り替えることができる。一実施の形態にあっては、ＰＭＤヘッドは、迅速接続用具を含み、またＰＭＤシステムは、ＰＭＤ工具を自動的に切り替えるための手段を含む。ＰＭＤヘッドを自動的に切り替えるための適当な手段としては、ガントリー上のインターフェース及びＰＭＤヘッド上の対応するインターフェースを例として挙げることができるが、それらに限定されるものではない。ガントリーは、ＰＭＤヘッドがそれに取り外し自在に取り付けられたアームである。ＰＭＤヘッドが他のＰＭＤヘッドに切り替えられるときには、そのＰＭＤヘッドがガントリーのインターフェースから手動又は自動で取り外され、工具ホールダーの中に置かれる。次に、代わりのＰＭＤヘッドが手動又は自動でガントリーのインターフェースの上に配置される。新しいＰＭＤヘッドが取り付けられたら、ガントリーは、そのＰＭＤヘッドの心合わせ、試験、及び較正のために望ましい場所に配置される。
【００８２】
図１１〜図１３に示すように、ドッキングステーション１４０も、不使用時にＰＭＤヘッド１６のノズルを浸しておくように構成することができる。ドッキングステーション１４０は、ＰＭＤヘッド１６が長期間使用されないような場合或いはＰＭＤヘッド１６がＰＭＤシステムの使用されているＰＭＤヘッドの一つに過ぎないような場合に特に有用である。そのような場合には、不使用のＰＭＤヘッドは、個別のドッキングステーション１４０に格納されてＰＭＤヘッドのノズルの乾燥を防止する。
【００８３】
図１１及び図１２に示すように、ドッキングステーション１４０は、ＰＭＤヘッドを受けて据え付けるための据え付けブラケット１４２、リザーバトレー１４４、及びソーク用リザーバ１４６を含む。据え付けブラケット１４２は、図１３に示すようにＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリーをソーク用リザーバ１４６内に入れておく所定の位置でＰＭＤヘッド１６を確実に保持するように構成されている。リザーバトレー１４４は、ノズルを浸している間、ソーク用リザーバから溢れる過剰な溶剤を捕捉するように構成されている。リザーバトレー１４４は、また、以下に説明する浄化プロセスの間、ＰＭＤヘッドから除去されるすべての流体材料を補足するように構成されている。従って、リザーバトレー１４４は、浄化プロセスの間、リザーバトレー１４４によって捕捉されるすべての溶剤及び流体材料を排出する排液管１４８を含むものとすることができる。排出された流体材料及び溶剤は、処理を容易にするために貯蔵容器（図示していない）の中に排出することができる。
【００８４】
図１１及び図１２は、また、ドッキングステーション１４０を流体材料供給システム１５０の一部分を保持するように構成することができることを示している。特に、ドッキングステーション１４０は、作業バッグ１５４を保持するように構成された貯蔵室１５２を含む。使用時には、流体材料は、当初、ポンプで作業バッグ１５４の中に汲み上げられ、最終的にＰＭＤヘッドに供給されるまでその中に保持される。一実施の形態によれば、貯蔵室１５２は、任意の時点で作業バッグ１５４の中に収容された流体材料の量を調節するように構成された重量計１５６の上に据え付けられる。重量計１５６は、コンピュータモジュール及び流体材料を流体材料供給用リザーバ１６２から作業バッグ１５４の中に汲み上げるように構成されたポンプ１６０に連結されている。好ましい一実施の形態にあっては、二方弁１６８が、作業バッグ１５４の中への及び作業バッグからの流体材料の流れを制御する。
【００８５】
図１１〜図１３に示すように、貯蔵室１５２は、作業バッグ１５４からＰＭＤヘッド１６へ送られる流体材料の供給が確実に一定に保たれるように作業バッグ１５４に予め定められた圧力をあたえるように構成された圧力制御板１６４を備えた構成とされている。一実施の形態によれば、ＰＭＤヘッドで流体材料の中にノズルの発射特性の不規則性を潜在的に引き起こすおそれのあるメニスカスが形成されるのを防止するために、このことが重要である。他の一実施の形態にあっては、ポンプ１６０が、流体材料をＰＭＤ１６へ直接供給しまた流体材料の圧力を調節する。
【００８６】
一実施の形態によれば、流体材料供給システム１５０は、通常、配管１００、作業バッグ１５４、ポンプ１６０、及び流体材料供給用リザーバ１６２を含み、各種流体材料及び印刷ヘッド技術の要件に基いてさまざまな圧力のもとで使用することができる。流体材料供給システム１５０の材料は、好ましくは、耐久性がありまたＰＭＤシステムで使用される溶剤に反応しない構成のものとされる。例えば、一実施の形態にあっては、流体材料供給システムは、ポリテトラフルオロエチレン（デュポンＥ．Ｉ．デネモア＆Ｃｏ．が販売しているテフロン（登録商標）など）の不活性ライニングを含むが、他の材料を使用することもできる。
【００８７】
上に述べたように、ドッキングステーション１４０の一つの機能は、流体材料がＰＭＤヘッド１６から排出されている間、ＰＭＤヘッド１６を保持することである。排出は、例えば、単一のＰＭＤプロセスの間に異なる多様な流体材料を堆積するために単一のＰＭＤヘッドが使用されるような場合に必要となることがある。このような場合には、そのＰＭＤヘッドは、異なる流体材料が混ざり合うのを防止するために異なる用途の間に浄化される。
【００８８】
浄化作業をおこなうためには、ＰＭＤヘッド１６は、まず図１３に示すようにドッキングステーション１４０の上に据え付けられる。次に、溶剤が、溶剤供給源１０４からＰＭＤヘッド１６の中にポンプで汲み上げられる。溶剤は、ＰＭＤヘッドが完全に浄化されるまで強制的に流体材料をＰＭＤヘッドの中に通す。この作業の間にＰＭＤヘッド１６から排出された流体材料及び溶剤は、リザーバトレー１４４の中に放出され、排液管１４８を通って排出される。浄化が終われば、ＰＭＤヘッド１６を新しい流体材料の供給源に接続することができる。この浄化のプロセスは、ドッキングステーション１４０で行なわれるものとして説明してきたが、浄化をほぼ同様な方法を用いてキャッピングステーションで行なえることは理解されよう。
【００８９】
次に図１に戻って、保守ステーション２４を見ると、それがローラーアセンブリー１７０、クッションの付いた表面１７２、及び吸い取り布１７４を含むことがわかる。使用時には、吸い取り布１７４は、ローラーアセンブリー１７０を通り、クッションの付いた表面１７４の上を渡って供給される。ノズルが詰まったり或いは流体がノズルアセンブリーの上に溜まったりしてＰＭＤヘッド１６の整備が必要なときには、保守ステーション２４がＰＭＤヘッド１６の下方まで動かされ、クッションの付いた表面１７２がＰＭＤヘッド１６のノズルアセンブリー９８の直下に配置される。次に、吸い取り布１７４がノズルアセンブリー９８と接触するようになるまで、クッションの付いた表面１７２が例えば油圧レバーアセンブリー１７６を備えた昇降機構によって持ち上げられる。これによって、ノズルアセンブリー９８の上に蓄積した流体材料を十分に吸い取ることができるが、擦り落とすことが必要な場合もある。
【００９０】
ノズルアセンブリー９８の上で擦り落としの作業を行なうためには、吸い取り布１７４がローラーアセンブリー１７０から供給しながら、ノズルアセンブリー９８を吸い取り布１７４に当てて保持しておく。これによって、吸い取り布１７４がノズルアセンブリー９８と摩擦係合し、それによってノズルがのぞましくない蓄積を清浄することができる。一実施の形態にあっては、吸い取り布１７４は、不適当な損傷を生じさせ或いはノズルを摩損させることなしにノズルを清浄するために適当な不研削性材料からなる。ノズルの損傷の可能性をさらに小さくするために、クッションの付いた表面１７２は、ＰＭＤヘッド１６と保守ステーション２４の間で生じるおそれのある衝撃をすべて吸収するように構成されている。
【００９１】
次に本発明の他の一実施の形態を示す図１４を参照する。図示のように、ＰＭＤヘッド支持体２００は、梁材２２０の上に滑動自在に据え付けられたリニアエアベアリングアセンブリー２１０を有する。リニアエアベアリングアセンブリー２１０は、通常、エアベアリングを備えたリニアモーターを含む。リニアモーターは、当該技術では公知であるが、可動部品の間の摩擦をなくすために磁気コイル及びスラグを利用する。
【００９２】
リニアベアリングアセンブリー２１０の使用は、ＰＭＤプロセスをクリーンルーム環境の中で行うことを可能にし、しかも大きい基板の上で本発明のＰＭＤプロセスを行うために必要な可動性を得る上で有益である。特に、リニアベアリングアセンブリー２１０によって得られる可動性によって、各ＰＭＤコンポーネントをＰＭＤヘッド１６の下方で完全に移動させるためのステージ１２の必要性がほぼなくなる。その代わりに、リニアベアリングアセンブリー２１０を用いて、ＰＭＤヘッド１６をＰＭＤコンポーネントの上方で移動させることが可能となる。リニアベアリングアセンブリー２１０は、また、基板３８上に流体材料を堆積される間、ＰＭＤヘッド１６を移動させることもできる。ただし、ＰＭＤヘッド１６の内部である種の流体材料が波立つことを防ぐためには、流体材料がＰＭＤヘッド１６から放出されている間は、ＰＭＤヘッド１６を移動させないことが望ましい。波立ちは、流体材料がＰＭＤヘッドの内部ではねかされると発生し、不規則な圧力を生じさせ、小液滴の形成及びノズルからの排出に影響を及ぼすおそれがある。
【００９３】
本発明の一つの有用な用途は、回路基板の製造を容易にすることである。本発明のＰＭＤシステム及びプロセスは、少なくとも下記のようにして回路基板の製造を容易にすることができる。第一に、本発明のＰＭＤプロセスは、銅のコーティングを施したファイバーグラスの回路基板の上に図形を生成するために現在使われているフォトリソグラフィーに取って代わることができる。第二に、ＰＭＤプロセスは、回路基板として使用される基板の上に導電性材料の図形を直接堆積させるために使用することができる。第三に、ＰＭＤプロセスは、電子コンポーネントを回路基板に固定させるためのハンダペーストや他の材料を精密に堆積させるために使用することができる。ＰＭＤプロセスは、また、回路基板の組み立て前又は後に、基板の上に必要な情報及び独特の識別証明を印刷するために使用することができる。
【００９４】
回路基板の図形は、従来、いくつかの工程で形成されている。最初に、銅をコーティングしたファイバーグラスの基板をフォトレジスト材料で処理する。フォトレジスト材料の上には開口を有するマスク又はテンプレートを置き、基板の図形を形成する部分のみを露出させる。次に、フォトレジスト材料に紫外線を当てて露出したフォトレジスト材料を硬化させる。次に、基板を化合物で洗浄して、硬化しなかったフォトレジスト材料をすべて除去し、それによって基板表面の選択された部分を露出させる。次に、基板を酸のエッチング浴に浸す。これらのエッチング浴の一つは、フォトレジスト材料で覆われていない銅を除去するためのものであり、もう一つは、硬化したフォトレジストを除去するためのものである。これによって、元のテンプレートの開口に対応する銅の図形のみが残される。
【００９５】
本発明は、フォトレジスト材料を、図形を形成する基板の上に直接堆積させることが必要ないくつかの従来の工程を不要にするものである。例えば、一実施の形態にあっては、銅をコーティングしたファイバーグラスの基板がＰＭＤシステムのステージの上に据え付けられる。次に、ＰＭＤ工具が、図形を形成する場所で基板の上に流体材料を堆積させる。堆積した流体材料は、基板上でマスクとして機能し、従来使用されていたフォトレジスト材料に取って代わる。次に、基板が酸のエッチング浴で処理され、基板の露出した銅の表面を除去し、その後のプロセスで堆積した流体材料によって形成されたマスクを除去し、フォトレジストの下の銅の図形のみを残す。
【００９６】
本発明によれば、全フォトリソグラフィープロセスが不要となり、マスクは、フォトレジスト材料、紫外線の露光等々を必要とせずに基板の望ましい場所に直接当てられる。このプロセスの簡素化によって、回路基板製造の時間と費用が節減される。
【００９７】
本発明は、また、回路基板上に図形を形成するためのもう一つの方法を提供するものである。特に、本発明のＰＭＤシステムは、所望の基板の上に図形を直接堆積させるために使用することができる。この実施の形態によれば、基板は、銅をコーティングしたものではなく、例えばファイバーグラスからなるものである。ファイバーグラスの基板は、ＰＭＤシステムのステージの上に据え付けられ、ＰＭＤ工具を用いて導電性流体材料をファイバーグラスの基板上に堆積し、それによって図形を形成する。
【００９８】
一実施の形態にあっては、金属粒子を含む金属溶液が流体のバインダーの中に懸濁され、その金属溶液を基板の上に堆積させる。バインダーが乾燥すると、金属は、図形を形成する場所で結晶化する。基板及び結晶化した金属化合物を加熱すると、それによって基板の表面に金属の図形が生成される。
【００９９】
図形を堆積させるためのＰＭＤプロセスの間は、ＰＭＤ工具のノズルが、基板が移動している方向に基板と心合わせされており、末尾が各連続する液滴の下方で正確に一列に並べられることが好ましい。ただし、ある種の状況のもとでは、回路基板の図形は、複雑な形状を含み、図形は、４５度及び１３５度の角度で形成される。このような状況では、ＰＭＤ工具及び（又は）基板を回転させることによって好ましい心合わせが行なわれる。従って、上に述べたように、ＰＭＤ工具及び（又は）基板を回転させて好ましい心合わせを行なう。また、ＰＭＤ工具及び（又は）基板を回転させて、堆積した図形の間の距離を狭めるためのピッチ又は角度をあたえることもできる。ピッチ及びピッチに対応するための微細クロッキングの使用については、すでに説明した。
【０１００】
本発明のＰＭＤシステムは、又、ハンダ・ペースト又は他の導電性接着剤を回路基板上に正確に堆積させ、電子コンポーネントを回路基板の回路に導電性を保って接続することができるようにするための手段を配設することによって、回路基板の製造を容易にすることもできる。ＰＭＤシステムによってハンダペースト又は他の流体材料が堆積したら、アセンブリー機械及び現存のロボット技術を用いて電子回路を回路基板に組み立てることができる。
【０１０１】
製造に関連して、製造業者の識別証明、製品の仕様、型式、一連番号等々の情報を回路基板の上に印刷するこいとが望ましい場合もある。本発明によれば、これは、ＰＭＤシステムを使用して基板上に直接印刷することによって行なうことができる。例えば、ＰＭＤシステムが、インクで印刷する場合もある。或いは、酸を使ったエッチングによって回路基板の上に情報をより恒久的に残すこともできる。これによって、従来のシステムで使用されていたスクリーン印刷又は他の印刷プロセスをなくすことができ、またＰＭＤヘッドはコンピュータ数値制御システムを用いて制御されるため、ＰＭＤシステムを各基板の上に異なる情報を印刷するように容易に適応させることができる。
【０１０２】
本発明の他の一つの有用な応用分野として、例えば抵抗や半導体などのプラスチック電子回路の製造を挙げることができる。一実施の形態にあっては、回路基板上に高インダクタンスポリマーを堆積されるために本発明のＰＭＤシステムが用いられる。この種の高インダクタンスポリマーの抵抗値は、組成及び形成の仕方によって変えられるように設計される。導電性材料の一つの物性である抵抗率は、該材料の単位立方の量で測定された抵抗値と定義される。より具体的には、抵抗率は、単位立方の長さ方向で測定した電圧（Ｖ／ｍ）を該単位立方の断面を通る電流（Ｉ／ｍ２）で除した値として定義され、従ってその単位はΩｍ２／ｍすなわちΩ―ｍである。
【０１０３】
異なる抵抗率を示す二以上のポリマー材料を用いれば、本発明のＰＭＤプロセスで異なる抵抗値を有する印刷回路基板上に抵抗を堆積させることができる。例えば、第一のポリマーは、所与の寸法と１Ωの抵抗値をもつ抵抗を生成することができ、第二のポリマーは、同じ寸法の抵抗を構成するように用いられた場合、１００Ωの抵抗値を示すものとなろう。従って、異なるポリマーを選んで抵抗値を変えることが可能となる。基板上の抵抗の抵抗値は、堆積させたポリマー層の量又は厚さを増やすことによって減らすことができ、また、該層の量又は厚さを減らすことによって増やすことができる。
【０１０４】
ＰＭＤシステムは、ポリマーの堆積を精密に制御することによって、予め定められた抵抗値を有する抵抗を形成することができる。ＰＭＤシステムは、また、例えば抵抗が形成された後にその抵抗の抵抗値を試験するための電子回路などの手段を有するものとすることができる。抵抗値が高すぎた場合は、現存する抵抗の上に付加的なポリマーを堆積させて層状の抵抗を生成することができる。抵抗値が低すぎた場合は、上に述べたようにレーザー研磨で材料を研磨することができる。
【０１０５】
当業者には、本発明に基いて回路基板に抵抗を取り付けることは、先行技術の改善であることが理解されよう。特に、堆積によって得られた抵抗は、コネクタによって回路基板に取り付ける必要のある通常の抵抗よりはるかに少ない体積しか占有しない。加えて、コネクタは、切断のおそれがありまた抵抗を回路基板から突出させるため回路構造の量を増加させる要因となる。また、ＰＭＤシステム及びプロセスは、例えばポリマー半導体など他の種類の電子回路の製造に使用して電子回路の費用及び大きさをさらに低減させることができることも理解されよう。
【０１０６】
本発明のＰＭＤシステムは、ここまで、所与の時点で単一のＰＭＤヘッドのみを利用することのできるものとして説明してきた。しかし、本発明のＰＭＤシステムは、また、多数のＰＭＤヘッドを用いて同時に協同作業を行なうように構成することもできる。例えば、本発明のＰＭＤシステムは、各々が個別のＰＭＤヘッドを含む多数のＰＭＤヘッド支持体を有するものとして構成することができる。
【０１０７】
図１５は、そのような一実施の形態を示す。同図では、ＰＭＤシステム３００は、多ＰＭＤヘッド支持体３１０と単一の製造ラインの上に隣接して布置された該支えに対応するＰＭＤヘッドを備えるものとして構成されている。図示のように、ＰＭＤヘッド３２０は、各ＰＭＤヘッド３２０の下方でＸ―Ｙ平面のＸ方向に移動するように構成されたステージ３３０の上方に配置されている。ＰＭＤヘッド支持体３１０は、各々が、ＰＭＤヘッドを該Ｘ―Ｙ平面のＹ方向に移動させるように構成されている。
【０１０８】
この実施の形態によれば、各ＰＭＤヘッド３２０は、異なる流体材料供給システム（図示していない）から異なる流体材料を堆積させるように構成されている。この実施の形態は、プラスチック電子回路、ハンダペースト、及び液体金属を任意に組み合わせたものを単一の基板例えば回路基板の上に堆積させる場合に特に有用なものとなり得る。例えば、第一のＰＭＤヘッドは、基板上に図形を形成するための液体金属を堆積させるよう配備し、第二のＰＭＤヘッドは、基板上に抵抗を形成するための高インピーダンスポリマーを堆積させるように配備し、第三のＰＭＤヘッドは、基板上に据え付けられる電子コンポーネントに接続するためのハンダペーストを堆積させるように配備することができる。この実施の形態にあっては、基板３５０は、ステージ３３０の上で、異なるＰＭＤヘッド３２０の下方を順次移動させられ、従って、基板３５０の上に、まず図形が堆積され、次に高インピーダンスポリマーが堆積され、次にハンダペーストが堆積される。ハンダペーストは、電子コンポーネントを回路基板に取り付けることができるように堆積される。
【０１０９】
この実施の形態は、識別可能な独特の流体材料がきわめて近接して堆積されるようなときに特に有用である。特に、この実施の形態は、識別可能な独特の流体材料が、他の流体材料が近接して堆積される前に乾燥又は硬化できるようにし、それによって流体材料同士が混ざり合いそれぞれの望ましい識別可能な独特の特徴を失うことを防ぐような場合に有用である。例えば、ある状況では、抵抗が近接して又は図形に接触して堆積される前に図形を固化させることが望ましい。この実施の形態は、異なる流体材料を適用する合間に時間をかけてＰＭＤヘッド３２０を洗い流し又は浄化する必要をなくすためにも有用である。適用の合間にＰＭＤヘッド３２０を浄化する作業は、除去された流体材料が汚染されて使用不能になるおそれがあるためきわめて高価なものとなるおそれがある。
【０１１０】
他の一実施の形態によれば、単一の基板の上に異なる流体材料を堆積させるために多数の個別のＰＭＤシステムが順次使用され、それによって、流体材料が異なる適用の合間に完全に乾燥できるようにし、また、対応するＰＭＤヘッドを浄化する必要をなくす。
【０１１１】
さらに他の一実施の形態によれば、単一のＰＭＤヘッドを使用して多様な異なる流体材料を堆積させることができる。この実施の形態によれば、ＰＭＤヘッドは図１３を参照して上に説明したように、使用の合間に浄化される。
【０１１２】
単一のＰＭＤヘッドを使用し、ＰＭＤヘッドが次の流体材料を適用する前に一つの流体材料を完全に適用するようにすれば、異なる流体材料の適用の間に適当な乾燥時間を提供できることは理解されよう。
【０１１３】
例えば、一実施の形態にあっては、単一のＰＭＤシステムが、各々が個別のバッグ又は流体材料の供給源に一体的に接続された多数のＰＭＤ工具を有し、異なる流体材料を堆積させるときにはいつでもＰＭＤ工具を交換できるように構成される。この実施の形態によれば、前の例の高インピーダンスポリマー、ハンダペースト、及び液体金属は、次のようにして回路基板の上に堆積させる。まず、第一のＰＭＤ工具で液体金属を堆積して図形を形成する。次に、第二のＰＭＤ工具で高インピーダンスポリマーを堆積して抵抗を形成し、最後に、第三のＰＭＤ工具でハンダペーストを堆積する。この実施の形態は、異なる流体材料の適用のあいだに流体材料を乾燥させるために有用であり、また、新しいＰＭＤ工具又は流体材料が使用されるときには常にシステム及びＰＭＤ工具を洗い流すという必要性をなくす効果がある。これによって、また、異なる流体材料の固有の要件を満たすために特殊なＰＭＤ工具を使用することができる。
【０１１４】
これまでの例では、特定の種類の流体材料及び流体材料を堆積するための特定の順序について若干詳細に説明したが、本発明が、特定の組成の流体材料の使用や特定の順序での流体材料の適用に限定されるものでないことは理解されよう。例えば、図形を形成するために液体金属を堆積する前に、抵抗を形成するために使用される高インピーダンスポリマーを堆積させることも可能である。また、本発明のＰＭＤシステムを他のコンポーネント及び機械と組み合わせることも可能である。例えば、ＰＭＤシステムをアセンブリー機械と組み合わせて電子コンポーネントを堆積したハンダペーストに接続することも可能である。
【０１１５】
ＰＭＤプロセスの間の流体材料の乾燥を容易にする他の方法は、流体材料及び基板を制御された状態で加熱するものである。流体材料の乾燥を助けるために空気の流れを用いることもできる。
【０１１６】
上に述べたように、基板は、真空チャック及び（又は）ステージから放射、対流、及び（又は）伝導によって加熱することができる。流体材料は、また、例えばＰＭＤ工具の内部で加熱することもできる。一定の状況では、流体材料、例えばハンダペースト、いくつかのプラスチック、及び金属のようなものでは、ＰＭＤ工具で堆積させるのに適した粘性のある形態をとることが可能となる前に加熱することが必要である。このような状況では、流体材料の硬化又は固化のためにそれが基板上に堆積した後に冷却が行なわれるが、その場合には、基板及び周囲の環境も冷却されて流体材料の固化のプロセスが加速される。接触によって基板を冷却させるため、冷却装置をステージに接続することもできる。基板は、冷却した空気又はガスを基板に向ける冷却換気によって冷却することもできる。
【０１１７】
流体材料及び（又は）基板の冷却及び加熱は、単に基板上での流体材料の形成を制御するための一つの適当な手段にすぎないことは理解されよう。特に、異なる流体材料は、異なる性質を有し、あるものには嫌水性或いは親水性があり、あるものには嫌油性或いは親油性があり、あるものは高い乾燥速度を有し他のものは遅い乾燥速度を有する。流体材料が基板の上に堆積すると、これら諸特性は、各々、流体材料の他の化合物との反応性とともに、流体材料の層形成に影響をあたえる。従って、特定の種類の流体材料に対応し、また堆積した材料の最終的な形状に影響する可能性のある他の変数にも対応するために、ＰＭＤシステムのコンピュータが実行可能な命令は、ＰＭＤシステムの冷却及び加熱素子を調節するようにプログラムすることができる。他の変数としては、堆積速度、堆積量、堆積した材料の隔離又は集中、基板の種類及び厚さ、基板の材料及び組織、及び流体材料の基板との反応性が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【０１１８】
基板及び流体材料によっては、堆積が起こる環境を加熱／冷却又は他の方法で制御することでさまざまな効果が得られる。例えば、乾燥温度の範囲を広げれば、そうしなければ使用できない溶剤を各種の装置の製造プロセスに使用することができるようになる。流体材料を基板上にジェット噴射するとき、ヘッド及びノズル上の材料が乾燥すれば、ノズルが詰まり製造プロセスの信頼性が損なわれるおそれがある。基板を加熱／冷却して基板上での乾燥を加速させれば、ＰＭＤプロセスを常温ではゆっくりしか乾燥しない多様な流体とともに使用することができるようになる可能性がある。
【０１１９】
基板を加熱／乾燥させるためにはさまざまな技術を使用することができるが、一実施の形態では、次のような技術が用いられる。基板を固定させる真空チャックを基板、流体材料、及び形成する構造の性質に基いて選ばれた温度まで加熱／乾燥する。真空チャックは、指定された正確さのレベルまで（例えば、摂氏１度以内）選ばれた温度に加熱／冷却する。
【０１２０】
基板は、選ばれた温度に達するようにされ、この時点で、流体材料が基板上に堆積するようにする。加熱／冷却された基板は、流体材料の乾燥又は硬化を容易にし、層の形成を改善することができ、また特定の流体材料では製造プロセスが完了した後の構造の操作性を高めることができる。
【０１２１】
熱膨張係数及び基板が加熱／冷却される温度が十分に高ければ、基板は、加熱しない基板の場合には較正及び心合わせのプロセスが正確には行なわれないかもしれない程度まで膨張又は収縮させることが許される。膨張及び（又は）収縮を補償するためには少なくとも二つのメカニズムのいずれか一方を使用することができる。第一に、熱膨張係数が既知である場合には、元の位置及び予想される膨張又は収縮に基いて全基板の新しい位置を識別することができる。第二に、加熱／冷却の後に本発明の光学的認識システムを用いて基板を再較正及び心合わせすることができる。いずれの技術も適当なものであるが、基板の位置が直接測定されるため、後者の方法のほうがより正確な場合が多い。
【０１２２】
温度が十分に高い場合には、加熱されて基板と接触している真空チャックがＰＭＤ機械のステージの残りの部分から断熱される。この断熱によって、ステージがかなり膨張し、ＰＭＤヘッドに対して基板を正確に心合わせして配置する能力が低下することが防止される。
【０１２３】
効率を高めるために、基板をチャック上に配置する前に予備加熱又は予備冷却して、チャックが基板を加熱又は冷却する待ち時間を短縮し又はなくすことができる。同様に、堆積の後にも温度制御を継続する必要がある場合には、基板及びその上に形成された構造をチャックから取り外して温度制御されたプレートの上に布置することができる。この方法によれば、基板を加熱／冷却している間に該前の基板の処理の直後からＰＭＤシステムが他の基板を受け取ることができるようになる。
【０１２４】
いくつかの実施の形態にあっては、ＰＭＤシステムは、また、加熱装置を含む。この加熱装置は、流体材料が基板の上に堆積した後、該流体材料の乾燥、硬化、及び固化容易にするために有用である。該加熱装置は、基板又は基板を取り囲む環境を直接加熱するものであってもよい。熱は、放射、対流、又は伝導によって基板に伝えることができる。例として、真空チャック及び（又は）ステージを加熱装置で直接加熱し、それによって基板へ移転させることのできる熱源として機能させることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。或いは、真空チャック及び（又は）ステージに加熱素子又は他の熱源を配備し、それによって加熱装置として機能させることも可能である。当業者は、基板に熱をあたえるために本発明のＰＭＤシステムが利用することのできる各種の加熱素子及び装置が存在することを認識されているであろう。加熱装置は、また、のぞむように熱の均等な分散又は個別の集中を行なえるように構成することができる。加熱装置の制御は、乾燥パターンを制御しまた流体材料が乾燥又は硬化した後の最終的な形状を制御する場合に特に有用である。特に、加熱装置は、流体材料が固化するときのはじきの現象を制御し、それによって流体材料の小液滴が凹状、凸状、対称形、非対称形、均等形、又は不規則形に固化するかどうかを制御するための一手段となる。
【０１２５】
他の一実施の形態によれば、ＰＭＤシステムは硬化装置を備える。この硬化装置は、例えば紫外線の発生源となる紫外線源で、紫外線は、基板及び（又は）該基板上に堆積した後の流体材料に当てられる。この実施の形態は、紫外線で硬化する流体材料を硬化させる場合に有用である。硬化装置は、レーザー・システムを含むものとすることができる。一実施の形態にあっては、レーザー・システムは、堆積した流体材料を硬化させるための熱源として配設される。しかし、他の一実施の形態にあっては、レーザー・システムは、堆積した流体材料をトリミングし或いは研磨するための手段として配設される。レーザー研磨は、事後堆積作業を含むものではあるが、これは、例えば、基板上に流体材料の制御された堆積を可能にするための付加的手段として有用である。
【０１２６】
従って、特許請求される本発明は、その精神及び基本的な特性から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。上に説明した実施の形態は、すべての点で説明のためのものであり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。従って、本発明の範囲は、これまでの説明ではなく特許請求の範囲によって示される。特許請求と等価の意味及び範囲の中に入るすべての変更は、特許請求の範囲に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明のＰＭＤシステムの一実施の形態の斜視図である。
【図２】図１のＰＭＤシステムの側面図である。
【図３】図１のＰＭＤシステムの正面図である。
【図４】図１のＰＭＤシステムの上面図である。
【図５】図１のＰＭＤシステムの中でＰＭＤヘッドの支えにＰＭＤヘッドを連結するように構成された据え付けブラケットの一実施の形態の斜視図である。
【図６】ＰＭＤヘッド支持体に接続された図５の据え付けブラケットの側面図であり、該ＰＭＤヘッド支持体は、流体製造供給システム及び溶剤供給システムの配管を含む。
【図７】図６の据え付けブラケット及びＰＭＤヘッドの側面図であり、ＰＭＤヘッドがすでに据え付けブラケットに据え付けられまた配管がすでにＰＭＤヘッドに接続されている状態を示す。
【図８】ＰＭＤシステム及びコンポーネントを制御するように構成されたコンピュータを含む本発明のＰＭＤシステムの一実施の形態を示す図である。
【図９】図７の据え付けブラケット、ＰＭＤヘッド、及びＰＭＤヘッド支持体を示す図であり、据え付けブラケット及びＰＭＤヘッドをＰＭＤヘッド支持体の上で９０°回転させた状態を示す。
【図１０】ＰＭＤシステムのキャピングステーションを示す図であり、トレー、延伸自在な支持体、及びソーク用リザーバを含むものである。
【図１１】不使用時にＰＭＤヘッドを据え付けまた感圧性かつ圧力制御自在の作業バッグの中に流体接続材料の蓄えを入れておくように構成されたドッキングステーションを示す図である。
【図１２】図１１のドッキングステーションの側面図である。
【図１３】図１１のドッキングステーションの正面図であり、ＰＭＤヘッドがドッキングステーションに据え付けられた状態を示す。
【図１４】リニアエアベアリングアセンブリーを有するＰＭＤヘッド支持体の一実施の形態を示す図である。
【図１５】リニアエアベアリングアセンブリー上に据え付けられた複数のＰＭＤヘッド支持体を含むＰＭＤシステムの構成の一実施の形態を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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