[发明专利]用于加工长的连续的柔性基片的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在连续的多段柔性非纺织基片上的多层薄膜中形成细微尺度、精确对准的图案的装置和方法，所述柔性非纺织基片从一个鼓展开并在加工之后重绕在另一鼓上。使用能够形成二维图案的无掩摸的直接写入方法在分离的确定长度内加工基片。具体地，所述方法适于在建立在柔性显示器、光伏板和其他微电子装置中的多层薄膜之上及之间形成电互连和介电部件。

背景技术

多年来，包装工业和印刷工业已经使用用于将印刷油墨涂覆到很长长度的柔性聚合物和纸材料上的筒对筒加工方法。在这种情况下，所谓的材料薄片被连续地移动，并且重复的油墨图案通过诸如苯胺印刷、胶版印刷和凹版印刷等各种辊传送过程被涂覆到所选区域上。传送辊直径设定了沿薄片流动方向的图案最大重复间距。近年来，随着对低成本的柔性电子装置的增长的需求，已经开发出使用具有电子功能的油墨的苯胺印刷和胶版印刷的连续的筒对筒加工过程。这些薄片连续移动且展开筒和重绕筒连续操作的“飞快(on the fly)”的印刷过程是非常快的并且可在薄片加速到每分钟几百米的情况下涂覆油墨图案。然而，由于在改变能可靠印刷的产品材料和设计以及最小线宽方面存在有限的灵活性并具有相对较差的与基片上的已有图案对准的精度，因此这些印刷过程不适于形成现在所需要的最先进的多层柔性微电子装置的图案。在这种情况下，需要几十微米的最小线宽以及比这更好的对准精度。这些类型的连续印刷过程的另一缺点在于：由于需要形成结构化的板或辊以确定油墨图案，因此它们仅适用于非常长的运行过程。

微电子工业和医疗工业也使用筒对筒加工方法制造诸如太阳能板和传感器等柔性电子装置。在这种情况下，通常需要较高的对准精度，并且丝网印刷技术是为达到此目的而经常使用的一种方法。在这种情况下，确定长度的柔性基片被从鼓拉出并被支撑在加工卡盘上。适当的掩模屏与基片对准，随后通过刀片越过卡盘长度的一维运动通过支配并迫使通常具有一些电子功能的过量的油墨通过丝网掩模以确定所需的图案。由于需要使丝网与基片接触，丝网与基片在印刷循环期间保持静止，同时刀片横跨网屏移动。因此，丝网印刷不是连续的过程，而是在分离的基片区域上操作，展开筒和重绕筒通常间歇地操作，或者薄片累加器单元被设置在丝网印刷机的每一侧以允许剩下的生产线和展开筒和重绕筒连续操作。丝网印刷被限制在最小约100μm的线宽，因此不能用于要求线宽下降到几十微米的先进的柔性微电子装置。此外，由于需要形成丝网以确定图案，丝网印刷更适于长的重复的运行过程。

对于短的运行过程，每次改变图案设计都需要形成丝网或带图案的辊或板是严重的障碍。该局限性已经通过引入基于应用于有电子功能且装饰性油墨的按需喷墨的喷墨印刷的无掩膜印刷过程而被克服。在该过程中，具有一行或多行喷嘴的印刷头在基片上方沿二维光栅轨迹反复移动以覆盖确定区域。来自喷嘴的墨滴的喷射(firing)在适当时间通过电脉冲启动，使得所需的图案被确定在沉积的油墨中。这种类型的印刷通常称为“数字印刷”。这种印刷比之前描述的经典印刷方法慢得多，但由于墨滴放置控制因此能够获得更高的对准精度。也能获得低于50μm的线宽。因此，这种类型的印刷已经成为用于功能油墨印刷以制造精密的柔性微电子装置的常用方法。

当这种类型的喷墨印刷过程应用到薄板型基片(sheet substrate)时，通常将这些薄板型基片放置在卡盘上，卡盘沿一个轴移动基片，同时喷墨头设置成正交于另一方向且沿该另一方向移动。这种“交叉轴”系统可设计成快速、精确且高度可重复的。然而，当喷墨印刷应用于连续的柔性材料薄片时，喷墨印刷通常以这种模式操作：基片保持静止，喷墨头借助电动机驱动的双台架系统在整个加工区域上方沿两个维度移动。与“交叉轴”架构相比，这种布置导致速度、精度和可重复性的损失。

讨论的所有印刷方法都是增加图案形成过程，但是对于基片具有贴在表面的薄膜的情况，包括脉冲激光烧蚀或激光照射的减少过程经常用于微电子装置的形成。在这些情况下，为了形成所需的图案，每一脉冲激光用于通过直接激光烧蚀选择性地移除薄膜涂层的区域或薄膜涂层中的线，或者可替代地，CW UV激光器或准CW UV激光器用于使抗蚀层展示出所需的图案，所需的图案之后通过随后的显影和蚀刻过程被传送到底层膜中。