DE60004798T2 - Verfahren zur erzeugung einer maske auf einer oberfläche - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Maskiermusters auf einer Oberfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Tropfen-auf-Anforderung-Drucken eines Reliefmusters auf eine Oberfläche unter Verwendung von computererzeugten Bilddateien (d. h. Gerber-Eingabe zur Bitmap-Ausgabe).
  • In einer großen Vielzahl von Anwendungen von mikroelektronischen und optoelektronischen Vorrichtungen und Anwendungen zur Schaltkreisherstellung auf anorganischer oder organischer Basis ist es erforderlich, ein oder mehrere Materialien, die in der Vorrichtung oder in dem herzustellenden Schaltkreis enthalten sind, mit einem Muster zu versehen. Das Muster kann aus einem von mehreren Gründen ausgebildet werden, u. a.:
    • – Ätzmaske (zum Nassätzen, Trockenätzen, elektrochemischen Ätzen usw.)
    • – Niederschlagsmaske für selektive Bereiche (Abheben, Luftbrücke [zweistufiger Prozess], Elektroplattieren, Elektrophorese usw.)
    • – Einschließungssenke (für Leuchtstoffe, Flüssigkristalle, lichtemittierende Polymere usw.)
    • – dielektrische Mikrodurchgänge, die mehrschichtige Metallverbindungen ermöglichen
    • – Metallleiter-Kreuzungspunkte eines Widerstand-Kondensator-Knotennetzes
    • – zweidimensionale und dreidimensionale Membranen (fest oder entfernbar)
    • – zwischen Ebenen befindliche Einzelteil-Abstandhalter (die einen Spalt mit kontrollierter Abmessung zwischen Einzelteilen schaffen)
    • – einzelner aufschmelzbarer heißfixierender Klebstoff (lokal aufgebrachter Klebstoff zum Bonden von Einzelteilen)
  • Derartige mit Mustern versehene Elemente könnten, nachdem sie ihre erforderliche Funktion erfüllt haben, entfernt werden oder an der Verwendungsstelle verbleiben.
  • Das gängigste Verfahren zum Schaffen einer Oberflächenreliefstruktur ist die Photolithographie. Sie erfordert die Verwendung eines lichtempfindlichen Materials, das als eine Ganzflächenbeschichtung (durch Schleuderguss oder Eintauchen) oder als eine Ganzflächenlage (durch Laminieren) auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Das Material wird in einem lichtgesteuerten Labor aufgebracht, um sicherzustellen, dass das lichtempfindliche Material vor dem Aufbringen des geforderten Musters vor dem beschichteten Wafer nicht im Voraus belichtet wird. Die Mustermaske kann entweder eine Kontaktmaske, eine berührungslose Maske oder eine Projektionsmaske sein. In allen diesen Fällen muss die Maske als eine diskrete Einheit mit hoher Präzision hergestellt sein und muss sorgfältig gegen Beschädigung oder Staub/Partikelansammlung geschützt werden. Nachdem die Maske an der Verwendungsstelle angeordnet wurde, kann eine Lampe mit einer Strahlung, die dem bei dem lichtempfindlichen Material verwendeten Photoauslöser entspricht, verwendet werden, um die Substratbeschichtung in jenen Bereichen zu belichten, die nicht durch die Maske geschützt sind. In Abhängigkeit von dem Typ des verwendeten lichtempfindlichen Materials kann die erreichte Musterübertragung in Bezug auf die Maske entweder positiv oder negativ sein. Nach dem Belichten muss das lichtempfindliche Material einer Entwicklungschemikalie ausgesetzt werden, die die chemische Zusammensetzung der Beschichtung so modifiziert, dass das unbehandelte Material in einem Tauchbad auf Wasserbasis oder in einer Brause/Sprüheinrichtung mit Fördereinrichtung abgewaschen werden kann.
  • Obwohl photolithographische Verfahren des Schleudergießens, des Eintauchens oder der Plattenlaminierung zum Erreichen eines Oberflächenreliefmusters erfolgreich sind, weisen sie trotzdem folgende Probleme auf:
    • - Materialverschwendung (da Ganzflächentechnik)
    • – dreidimensionale Selektivbereich-Musterausbildung ist äußerst schwierig und zeitaufwändig
    • – chemische Zusammensetzungen, die als lichtempfindliches Material verwendet werden, besitzen eine hohe Toxitätsrate
    • – Entsorgungsmöglichkeit von großen Mengen toxischer Chemikalien und Entwicklungschemikalien
    • – die einfache Musterausbildung ist trotzdem ein Mehrschrittprozess von: Beschichtung mit Photoresist; Maskenausrichtung; Strahlungsbelichtung; Maskenentfernung; Musterentwicklung; Entfernung überschüssigen Materials durch Spülen; und Trocknen des Substrats.
  • Es ist möglich, sich einem oder mehreren dieser Probleme zu widmen, indem weitere Prozesse eingeführt werden, die auf einer Oberfläche eine Muster-Reliefstruktur schaffen können, einschließlich Schablonierung (Siebdruck), Mikropunkt-Übertragung (Stempeln) und Laser-Schreibätzen (enthält Ablationsaufzeichnung und eine der Photolithographie mit direktem Schreiben gleichwertige Abbildung). Jede Technik besitzt ihre Vorteile und Einschränkungen, die offensichtlich durch die Einzelheiten der vorgesehenen Anwendung gesteuert werden, und zwar:
    • – Geschwindigkeit der Mustererzeugung
    • – Dicke des Reliefmusters
    • – kontrollierte Ätzmöglichkeit
    • – Kosten des Prozesses
    • - Einfachheit der Verwendung des Prozesses
  • Es können jedoch nicht alle oben angeführten Probleme durch jeden einzelnen Prozess behandelt werden.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung versuchen, diese sowie weitere Probleme zu lösen.
  • EP-A-O 641 648 beschreibt eine Vorrichtung zur Direktherstellung von photopolymeren Druckplatten. Die Vorrichtung umfasst eine drehbare Trommel zum Halten des zu bedruckenden Substrats, wenigstens eine Düse zum Ausstoßen der photopolymeren Tintenzusammensetzung und eine UV-Quelle, die angeordnet ist, um die bedruckte Oberfläche des Substrats einer UV-Strahlung auszusetzen.
  • EP-A-O 776 763 beschreibt einen Prozess zur Herstellung von lithographischen Druckplatten, bei denen Monomere als Tröpfchen vom Kopf eines Tintenstrahldruckers in vorgegebener Weise aufgebracht werden, um das Bildmuster zu beschreiben, und die Polymerisation wird ausgeführt, indem die Platte elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird.
  • EP-A-1 162 079 beschreibt ein Verfahren zum Vernetzen von lichtempfindlichen Tinten in polymerisierbaren Tinten durch das Anwenden von Ultraviolettstrahlung lediglich auf die Tintenpunkte auf einer Basis und nicht auf die tintenfreien Oberflächen.
  • US 4.929.400 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von monodispergierten Mikroflächen durch Aufbringen eines flüssigen Monomertröpfchens in einer behäl terlosen Umgebung und durch Behandlung des Tröpfchens mit Ultraviolettstrahlung.
  • DE 4 329 338 beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden eines Photoresistmusters, das einen Schritt zum Einspritzen von Tröpfchen enthält, während dem ein Einspritzkopf in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal angesteuert wird, um Lösungströpfchen einer Photoresistlösung auf einen Basisabschnitt zu spritzen. Ein Härteschritt härtet die Lösungströpfchen, die auf den Basisabschnitt gespritzt wurden, ein Ätzschritt ätzt den Basisabschnitt und ein Photoresist-Entfernungsschritt entfernt ein Photoresistmuster.
  • In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Maskiermusters auf einer Oberfläche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Verwenden der Technik eines Tropfen-Auf-Anforderung-Druckens, um von einem Tröpfchen-Niederschlagsapparat eine Vielzahl von Tröpfchen auf einer Oberfläche niederzuschlagen, um ein Maskiermuster auszubilden, wobei die Tröpfchen durch einen Betriebsbereich hindurchgelangen, der zwischen dem Niederschlagsapparat und der Oberfläche liegt; und
    lokales Aussetzen des Betriebsbereichs elektromagnetischer Strahlung, um so ein Zusammenwachsen von Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die Festigkeit des Maskiermusters gesteuert wird.
  • Wie später genauer erläutert wird, ist festgestellt worden, dass die Steuerung der lokalen Umgebung von lediglich dem Betriebsbereich einen bedeutenden Einfluss auf die Ausbildung des Maskiermusters auf der Oberfläche besitzt. Die Ausbildung des Maskiermusters wird vorzugsweise so gesteuert, dass das Maskiermuster vorbestimmte strukturelle Eigenschaften hat.
  • Beim Tropfen-Auf-Anforderung-Drucken werden einzelne Tröpfchen oder ein ununterbrochener Strom von Tröpfchen auf der Oberfläche niedergeschlagen, um das Maskiermuster auszubilden. Beispiel des Tropfen-Auf-Anforderung-Druckens enthalten Tintenstrahl-Verfahren, die auf der piezoelektrischen, piezoresistiven, entspannungsgesteuerten und durch Bläschenstrahl induzierten Druckerzeugung zum Ausspritzen eines Tröpfchens aus einem Druckkopf basieren.
  • Das Maskiermuster kann in Abhängigkeit vom Zweck des Maskiermusters aus einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Materialien gebildet werden. Das Muster kann z. B. wenigstens aus Alkyd-, Acryl-, Phenol-, chloriertem Gummi, Epoxy, Polyester, Polyurethan, Polyvinyl, Silicon, Fluorcarbon, Polyimid, Polyamid oder Polystyrol gebildet sein. Das Muster kann aus metallischem, dielektrischem, magnetischem, lichtemittierendem, lichtabsorbierendem, lichtdurchlässigem, leitendem, isolierendem, halbleitendem oder supraleitendem Material gebildet sein. Das Niederschlagsmaterial kann 100 % Festkörper-Polymer sein.
  • Das Niederschlagsmaterial kann eine organisch modifizierte Keramik sein.
  • Das Niederschlagsmaterial kann in der Form einer Lösung oder eines Lösungsgels sein. Das Lösungsmittel kann Wasser, ein niedriger Alkohol, Ethylenglycol, Aceton, Hexan, Benzol, Chlorbenzol, Toluen, Paraxylen oder Methylenchlorid sein.
  • Der Betriebsbereich streckt sich vorzugsweise von dem Niederschlagsapparat zur Oberfläche. Der Betriebsbereich kann sich jedoch lediglich teilweise zwischen dem Niederschlagsapparat zur Oberfläche erstrecken.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine relative Bewegung zwischen dem Abscheideapparat und der Oberfläche so bewirkt, dass der Betriebsbereich sich über die Oberfläche während einer Ausbildung des Maskiermusters bewegt.
  • Die lokale Umgebung des Betriebsbereichs wird wenigstens aus einem oder aus mehreren der folgenden Gründe gesteuert:
    • (i) um das Zusammenwachsen der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern;
    • (ii) um die Ausbreitung der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern;
    • (iii) um die Platzierung der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern; und
    • (iv) um eine Verschmutzung der Tröpfchen zu vermeiden.
  • Die lokale Temperatur des Betriebsbereichs wird vorzugsweise so gesteuert, dass die Rate der Verfestigung der Tröpfchen auf der Oberfläche gesteuert wird.
  • Vorzugsweise wird die lokale Atmosphäre des Betriebsbereichs gesteuert. Eine derartige Steuerung der lokalen Atmosphäre kann ein viel billigeres Mittel zum Steuern der erforderlichen Niederschlagcharakteristiken darstellen als eine Steuerung der Atmosphäre, die dem gesamten Bereich, auf den gedruckt wird, zuge hörig ist. Dieser Bereich kann in einer Ausführungsform erreicht werden, indem der Druckkopf mit einer Containment-Oberfläche bzw. einer Einsperrungs-Oberfläche umgeben wird, wie etwa z. B. eine Struktur des Faltenbalg-Typs, die bei der Injektion von Luft oder eines festgelegten trägen oder reaktiven Gases (Gas, das erwärmt oder gekühlt wird) einen Überdruck erzeugt. Ein schwacher Unterdruck kann außerdem in den Faltenbälgen unterstützt werden, indem eine Anordnung einer trockenen Unterdruckpumpe verwendet wird.
  • Somit wird in einer bevorzugten Anordnung wenigstens ein Teilvakuum in dem Betriebsbereich erzeugt, um im Wesentlichen eine Verschmutzung der Tröpfchen während eines Durchgangs von dem Niederschlagsapparat zu der Oberfläche zu vermeiden. Ein Druckdifferential, das sich zwischen dem Niederschlagsapparat und der Oberfläche erstreckt, kann in dem Betriebsbereich ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein träges oder ein reaktives Gas in den Betriebsbereich während eines Tröpfchenniederschlags eingeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Betriebsbereich lokal elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt, um das Zusammenwachsen von Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wodurch die Festigkeit des Maskiermusters gesteuert wird. Die Dauer, während der der Betriebsbereich einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist, kann gesteuert werden, um so die Ausbreitung der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die sich ergebende Form des Maskiermusters gesteuert wird. Alternativ oder zusätzlich wird die Intensität der elektromagnetischen Strahlung gesteuert, um so das Ausbreiten der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die sich ergebende Gestalt des Maskiermusters gesteuert wird.
  • Die Tröpfchen aus Niederschlagsmaterial können vor und/oder nach dem Niederschlagen auf der Oberfläche ausgehärtet werden. In einer Ausführungsform besitzt das Strahlungshärten eine Schwellenenergie von ≥ 1 mJcm–2.
  • Die Steuerung der Linienbreite und des Profils des Maskiermusters kann z. B. erreicht werden, indem die Zeit nach dem Auftreffen gesteuert wird, während der das niedergeschlagene Material dem Strahlungshärten unterzogen ist. Die Zeitdauer liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 2000 ms und insbesondere im Bereich von 50 bis 300 ms.
  • Es ist festgestellt worden, dass das Aussetzen einer kritischen Strahlung eine Veränderung in der Rheologie des flüssigen Materials unterstützt, wodurch die Rate der Ausbreitung eines Tröpfchens über die Oberfläche und die Rate und der Grad des Zusammenwachsens mit benachbarten Tröpfchen beeinflusst werden. Eine derartige Steuerung des Zusammenwachsens und des Härtens von Tröpfchen kann ermöglichen, dass ein scharfkantiges Maskiermuster mit parallelen Seiten in einem Zeitbereich von 0 bis 1000 ms nach dem Tröpfchenniederschlag ausgebildet wird. Eine rechnerische fluiddynamische (CFD) Modellierung hat die Auftreffdynamik und das zeitliche Verhalten der Oberflächenbenetzung der Tröpfchen bis zum Zusammenwachsen und während des Zusammenwachsens nachgewiesen. Es ist festgestellt worden, dass das Tröpfchenvolumen, der Durchmesser und die Auftreffenergie gemeinsam mit der Tröpfchenausstoßzeit (und daher mit dem Auftreffabstand) zum Verhalten beim Zusammenwachsen direkt beitragen.
  • Die spezifischen Eigenschaften der Verwendung des Maskiermusters legen die Rate des Tröpfchenausstoßes und die Rate der Oberflächenübertragung fest, die zu einem Mittenabstand der Tröpfchen führen. Einstellungen der Betriebsparameter können eine direkte Steuerung des Zusammenwachsens zwischen Tröpfchen ermöglichen.
  • Um einen dynamischen Bereich der Linienbreite zu erreichen, werden vorzugsweise die Oberflächenbenetzung und die Rate der Verfestigung eines Tröpfchens auf der Oberfläche gesteuert. Das kann erreicht werden durch die Steuerung der Oberflächenenergie der Oberfläche und der Eigenschaften des Materials, das bei dem Niederschlagsprozess verwendet wird. Die Steuerung der Oberflächenenergie kann durch viele Verfahren bewirkt werden, einschließlich Abrasion, Polieren, Ozonbehandlung, Plasma-Aussetzen bzw. Plasma-Behandlung und Oberflächenbeschichtung mit einem nicht benetzenden Material. Die Steuerung der Fluidverfestigung kann durch die chemische Zusammensetzung des Fluids und durch den Typ, den Grad und den zeitlichen Verlauf der Strahlungsaushärtung erreicht werden.
  • Das Strahlungshärten kann durch jedes geeignete Mittel geschaffen werden.
  • Um die Fähigkeit zu schaffen, den Zeitpunkt und der Ort relativ zum Tröpfchenauftreffbereich auszuwählen, wenn zugelassen wird, dass die Strahlung mit dem niedergeschlagenen Element in Wechselwirkung tritt, kann der Lichtausgang von einer Strahlungsquelle unter Verwendung einer faseroptischen Lichtleitungsanordnung zu dem Druckkopf übertragen werden. Mehrere faseroptische Lichtleitungen können verwendet werden, die entweder zusammen gebündelt oder in einer Einheit kombiniert sind, die eine Umsetzung des Leitungsausgangs schafft.
  • Die elektromagnetische Strahlung kann eine der folgenden Strahlungen sein: Ultraviolettstrahlung, sichtbares Licht, Infrarotstrahlung, Mikrowellen und Alphateilchen. Um ein schnelles Aushärten zu erreichen, ist es bevorzugt, dass sowohl die photoauslösende chemische Zusammensetzung des Niederschlagsmaterials als auch die Intensität der einfallenden Strahlung der Strahlungsquelle, die zum Härten des Materials verwendet wird, gemeinsam mit der Dauer der Aussetzung der Strahlung gesteuert werden. Das Strahlungshärten kann in mehreren Wellenlängen der Strahlung geschaffen werden, die sequenziell koinzident oder auf den niedergeschlagenen Tröpfchen parallel sind.
  • Die Strahlungsquelle kann wenigstens eine Lichtemissionsdiode (LED) umfassen. Die LED oder jede LED kann anorganisch oder organisch sein und kann auf SiC, InGaN oder einem PPV-Derivat basieren. Die Strahlungsquelle kann einen Satz diskreter LEDs umfassen. Eine derartige Quelle kann eine Anzahl diskreter LEDs umfassen, die aneinander gefügt sind, um ein unabhängig adressierbares lineares Array oder Flächenarray aus LEDs zu bilden. Ein Kunststoffkapselgehäuse kann entfernt werden, um das Volumen der Array zu verringern, um eine engere Integration in den Niederschlags-Druckkopf zu ermöglichen.
  • Alternativ kann die Strahlungsquelle wenigstens einen Halbleiter-Quantum-Well-Festkörperlaser umfassen. Der Laser oder jeder Laser kann anorganisch oder organisch sein und kann auf SiC, InGaN oder einem PPV-Derivat basieren. Die Strahlungsquelle kann einen Satz diskreter Laser umfassen. Eine derartige Laserquelle kann ein unabhängig adressierbares Array von Halbleiter-Quantum-Well-Stapel-Festkörperlasern umfassen. Diese Laser können auf einem einzelnen Kristallwafer hergestellt sein. Der Wafer kann in Chips zerschnitten werden, um eine Reihe von Lasern zu erzeugen, die direkt an den Druckkopf oder an ein in Winkelrichtung drehbares Gehäuse gebondet werden können, um das Härten des Tröpfchens während des Fluges, beim Auftreffen oder beim Ausbreiten über die Oberfläche zu ermöglichen. Alternativ können die Laser auf einem flexiblen Kunststoffbogen hergestellt werden.
  • Die Strahlungsquelle kann wenigstens ein Lichtemissionspolymer (LEP) umfassen, das in einer Streifenlicht- oder Ganzflächen-Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden kann. Das LEP kann eine Dünnfilm-Vorrichtung sein. Das Strahlungshärten kann durch die Verwendung von anorganischen oder organischen Dünnfilm-Lichtemissionsmaterialien als großflächiger Prozess erreicht werden. Die Emission kann so abgestimmt werden, dass eine bestimmte Wellenlänge oder bestimmte Wellenlängen eingehalten werden. Diskrete Streifen oder Bänder der Wellenlänge können bei der Herstellung der Vorrichtung erreicht werden. Ein streifen- oder bandförmiges Fokussieren oder Defokussieren kann mit einer Anordnung aus linsenförmigen Linsen erreicht werden. Die linsenförmigen Linsen können außerdem unter Verwendung der Tropfen-Auf-Anforderung-Techniken niedergeschlagen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sendet das LEP ein weißes Licht aus, das gefiltert wird, um eine Wellenlänge zum Härten oder zum Beleuchten des niedergeschlagenen Maskiermusters auszuwählen.
  • Die vorliegende Erfindung kann Ätzmasken-Drucksystem mit hohem Durchsatz schaffen, indem Rollen- und/oder Roboter-Substratübergabeverfahren verwendet werden. Es können z. B. mehrere Gruppen von Druckköpfen verwendet werden, damit mehrere diskrete Arbeitsstationen längs des offenen Abschnitts des Kunststoffbogens betriebsfähig sind, der zwischen den beiden mit Spannung beaufschlagten "Zuführungs-" und "Abführungs"-Trommeln gehalten wird. Jeder Druckkopf kann das gleiche bzw. unterschiedliche Niederschlagsmaterial niederschlagen.
  • Es werden vorzugsweise Vergleichsmarkierungen zur Ausrichtung erzeugt. Eine Vereinzelungscodierung kann auf einzelnen Substraten niedergeschlagen werden (z. B. bei gedruckten Leiterplatten zum Nassätzen). Das kann durch Verwendung von Tropfen-Auf-Anforderung-Druckverfahren unter Verwendung von farbigen oder durchlässigen Tinten erreicht werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann die dynamische Abbildung des niedergeschlagenen Maskiermusters verwenden. Eine derartige Abbildung kann durch eine lineare Abbildungsvorrichtung geschaffen werden, die direkt auf dem Druckkopf integriert ist. Die Echtzeit-Abbildung kann durch Integrieren eines Abbildungsarrays, wie etwa eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), auf beiden Seiten der Druckkopfbaueinheit erreicht werden, wodurch eine Druckabbildung in zwei Richtungen möglich ist. Die Echtzeit-Abbildung kann unter Verwendung von anorganischen Abbildungsvorrichtungen, wie etwa CCDs oder x-y-adressierbare Silicium-Photodioden-Arrays oder durch organische lichtleitende Dünnfilm-Pixelarrays (Photodioden) erreicht werden.
  • Um die Verarbeitungsausbeute zu verbessern, können z. B. die Mustererkennung und der softwaregestützte Überlagerungsvergleich verwendet werden, die ein großflächiges organisches lichtleitendes Array verwenden. Das kann ermöglichen, dass ein komplettes Substrat gleichzeitig abgebildet wird, ohne auf eine teure Linsenanordnung zurückzugreifen. Das organische Photodioden-Flächenarray besitzt vorzugsweise eine Pixelauflösung, die mit der feinsten Elementgröße, die abgebildet werden soll, vergleichbar ist. Die Abbildung ist vorzugsweise eine 1:1-Entsprechung, wodurch die softwaregestützte Mustererkennung einfacher und schneller gemacht wird.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise eine bimophe oder eine andere elektronisch gesteuerte Blende (Verschluss) der elektromagnetischen Strahlung, um wahlweise die Düsenöffnung des Druckkopfes zu bedecken. Die Blendenbaueinheit ist eine mikrogefertige Struktur. Die Blende umfasst ein Mittel zum Reinigen der Düsenoberfläche. Somit schafft die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt einen Tröpfchen-Niederschlagsapparat, der eine Niederschlagskammer, eine Düse in Fluidkommunikation mit der Niederschlagskammer und eine Düsenblende zum selektiven Abdecken der Düsenöffnung umfasst, wobei die Blende ein Mittel zum Reinigen der Oberfläche der Düse enthält.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Reinigungsmittel einen Satz aus Dünnfilm/Dickfilm-Wischerklingen zum Reinigen der Düsenoberfläche. Der Apparat kann außerdem einen Satz Fluidleitungen umfassen, um die Strömung von Resttinte von den Wischerklingen zu einem Aufnahmereservoir, das an einem Ende der Blendenbaueinheit angeordnet ist, zu unterstützen. Ein Unterdrucksaugrohr kann in dem Reservoir angeordnet sein, um das enthaltene Fluid bzw. die enthaltene Tinte periodisch auszuleeren.
  • Die vorhandene Umgebungs- und Strahlungsblenden-Baueinheit kann außerdem als eine Echtzeitelektrode für gepulstes Plasma wirken, die eine Oberflächenvorbehandlung neben dem Tröpfchenlandebereich gewährleistet und/oder als eine Druckkopf-Unterdruckvorionisierungseinheit wirkt.
  • Die Oberfläche der Wischerklinge kann lokal gehärtet sein, um eine verbesserte Reinigungswirkung und einen Widerstand gegen Abnutzung zu schaffen. Die Klinge wird vorzugsweise gehärtet, indem die Oberfläche der Blende einem Strahl aus energiereichen Ionen (Ionenimplantation oder Plasmatauchimplantation) ausgesetzt wird.
  • Das Verfahren kann mehrere Tröpfchen-Auslösesignalformen und Folgen verwenden, die für das Drucken mit Strahlungshärten bei veränderlicher Geschwindigkeit geeignet ist. Speziell angesteuerte Signalformfolgen können in Abhängigkeit von dem Typ des Maskiermusters verwendet werden.
  • Die Oberflächenvorbehandlung kann z. B. an Ort und Stelle und/oder vor dem Niederschlagen des Maskiermusters ausgeführt werden. Die Oberflächenvorbehandlung kann durch eine lokale Ozonaussetzung, eine Strahlungsaussetzung, Säure- oder Alkali-Bestrahlung von einem Sprühkopf oder von einem Tintenstrahldruckkopf oder durch ein Lösungsmittel, das von einem Sprühkopf oder einem Tintenstrahldruckkopf abgegeben wird, der ein Mittel zum Trocknen enthält, ausgeführt werden.
  • Eine Echtzeit-Höhenpositionierung eines Tintenstrahldruckkopf kann während des Niederschlagens der Maskierschicht ausgeführt werden. Diese Positionierung kann unter Verwendung eines Positionsmesswertwandlers des bimorphen (aus zwei Elementen bestehenden) Typs oder des Konsolen-Typs oder eines Positionsmesswertwandlers mit Servoantrieb, der eine Druckkopfbewegung in der z-Achse ermöglicht, ausgeführt werden. Die Höheneinstellung erfolgt vorzugsweise in dem Bereich von 50 bis 2000 Mikrometer und insbesondere in dem Bereich von 0,75 bis 1,25 mm. Positionsmesswertwandler können an jedem Ende des Druckkopfes positioniert werden, um eine parallele Verlagerung des Druckkopfes sicherzustellen. Eine derartige Echtzeit-Positionierung kann das direkte Ergebnis des Rückkopplungssignals vom elektrooptischen (Laser [nach dem Bereichsfinderprinzip] oder LED in Verbindung mit einem Phototransistor oder einem Photozellenpaar) oder kapazitiven oder induktiven Erfassungselement sein. Eine derartige Höhensteuerung kann die direkte Fluidkontaktübertragung ermöglichen.
  • Die vorliegende Erfindung kann großformatiges Drucken ermöglichen, indem ein Druckkopfgehäuse verwendet wird, das mehrere Druckköpfe aufnehmen kann. Es können z. B. mehrere Druckköpfe mit einem gemeinsamen Düsenformat zusammengefügt sein. Das kann sicherstellen, dass das sich ergebende parallelseitige Muster nicht beeinträchtigt ist, obwohl die Anzahl der Düsen größer ist. Der Fehler durch das Zusammenfügen könnte einen derartigen Druck, und somit die Notwendigkeit, eine gemeinsame Düsenplatte zu integrieren, rechtfertigen. Der zusammengefügte Druckkopf kann in den x-y-z-Achsen ausgerichtet werden, indem eine piezoelektrische Positionierung einer He-Ne-Visierlaser-Baueinheit verwendet wird, die entfernt werden kann, nachdem die Ausrichtung beendet wurde.
  • Um die Linienbreite des Maskiermusters zu optimieren, kann die Bildung des Niederschlagsmaterials gesteuert erfolgen. Eigenschaften des Niederschlagsmaterials, wie etwa die Einfriertemperatur Tg, können die Härte und die Temperaturstabilität des Niederschlagsmaterials beeinflussen. Änderungen des Volumen-Oberflächen-Verhältnisses des Photoauslösers können außerdem die Rate des Härtens beeinflussen. Ein optimaler Betrieb erfolgt im Bereich von 1:1 bis 4:1 (Oberfläche:Volumen).
  • Eine eng gekoppelte Mikrowellen-initiierte bzw. -gezündete Niedertemperatur-Gasentladungs-Strahlungsquelle kann verwendet werden, um eine großflächige Polymervernetzung zu unterstützen. An einer Unterseite davon ist Oberflächenreliefmuster hergestellt, das ermöglicht, dass die ladungsinduzierten Lichtklassen zur Substratoberfläche ausgekoppelt werden und dadurch das Maskenmaterial bestrahlt wird. Das Oberflächenrelief, das erforderlich ist, um die Photonen der Plasmaentladung der gewünschten Wellenlänge (gasspezifisch) zu extrahieren, kann eine Dispersionsstruktur sein, wie etwa ein Diffusor, eine Punktmatrix oder eine Matrix aus facettenförmigen Linsen. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet ein Array des Typs aus linsenförmigen Linsen, bei dem die Breite der nahezu rechtwinkligen Querschnittprojektion (Wandgeometrie mit variablem Winkel, Winkel ≤ 90°), die Höhe und die Wandneigung den Kopplungswirkungsgrad für die festgelegte Wellenlänge des Lichts beeinflussen.
  • Eine festgelegte Düsenplattengeometrie kann verwendet werden, um die Steuerung der Platzierung der von dem Düsen-Array ausgestoßenen Tröpfchen zu bewirken. Wenn eine Scherung verwendet wird (d. h. Druckkopf der Xaar XJ-Serie), ist vorzugsweise eine Düsen-Taumeleinrichtung in der Düsenplatte vorgesehen, um das gerade Drucken eines Texts zu ermöglichen. Um ein Zusammenwachsen von Tropfen zu erreichen, was zu einer wohldefinierte Linie führt, ist es erforderlich, den Tropfenabstand durch Betreiben des Druckkopfes außerhalb des Standard-Parameterbereichs zu variieren.
  • Das Maskiermuster kann ein Elektrodenoberflächen-Maskiermuster, das gegen das Aufschmelzen von Lötmittel beständig ist, sein. In diesem Fall ist das zum Bilden der Maske verwendete Verfahren ähnlich dem, das verwendet wird, um die oben definierte Maske auszubilden, mit dem Unterschied, dass die Wahl der Tintenzusammensetzung die höheren Temperaturgrenzen wiederspiegeln muss, die für den Lötmitteltauchüberzug und für die thermischen Prozesse des Aufschmelzens von Lötmittel gelten. Lösliche Materialien, die als Lötmittelmaske verwendet werden können, enthalten Silikon, Polyimid, PTFE und Epoxy.
  • Das Maskiermuster kann ein dreidimensionales Ätzmuster sein. Mehrere Herstellungsanwendungen der Vorrichtung erfordern die Produktion des Elements einer variablen Aufbauhöhe oder einer variablen Ätztiefe. Es ist möglich, den Tröpfchenniederschlagsprozess zu verwenden, um ein derartiges Element zu definieren, indem entweder mehrere Tröpfchen verwendet werden, die an einer bestimmten Stelle verfestigt werden, oder mehrere Durchgänge eines Musters verwendet werden, wobei das Muster, das niedergeschlagen wird, jedes Mal unterschiedlich sein kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Maskiermuster eine gegen Trockenätzen beständige anorganische Ätzmaske. Ätzmasken können auf der Grundlage von anorganischen oder gemischten organisch-anorganischen Fluidsystemen gebildet werden. In diesen Fällen gelten trotzdem die Eigenschaften des Fluids und der chemischen Stabilität in Bezug auf die Druckkopfmaterialien und die nicht benetzende Beschichtung der Düse. Ein organisch-anorganisches Fluid (organisch modifizierte Keramik, Sol-Gel, metalloorganisch usw.) kann trotzdem das Härten durch Strahlung, wie etwa UV-Strahlung, verwenden. Das Maskiermuster kann ein gegen ein stromloses oder elektrolytisches Plattierungsbad beständiges Maskenmuster sein. Das Verfahren zum Drucken ist das gleiche wie zum Ätzmaskendrucken von bedruckten Leiterplatten. Der Unterschied besteht in der Auswahl der Materialien, die verwendet werden, und in der Notwendigkeit des Aufbaus eines Maskiermusters, das in der Realität dreidimensional ist. Typische Materialien enthalten Epoxyde, Polycarbonate, Silicone, PFTE, Polychlortrifluorethylen, Polyimid, Polyisopren und Polypropylenpolystyrol usw.
  • Das Maskiermuster kann eine Ätzmaske nach dem additiven Plattierverfahren sein.
  • Das Maskiermuster kann eine Ätzmaske mit hoher Auflösung sein. Hohe Auflösung besitzt in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung eine unterschiedliche Bedeutung. Für den Zweck dieser Offenbarung bedeutet hohe Auflösung eine Elementgröße von kleiner als 10 μm (Mikrometer).
  • Das Maskiermuster kann eine elektrisch leitende Maskierschicht sein. Eine derartige Maskierschicht kann nach der Verwendung an der Verwendungsstelle verbleiben wie bei der Impfschicht für die stromlose/elektrolytische Plattierung eines Elektrodenmusters. Die Maskierschicht kann kohlenstoffbasiert oder metallazetat-basiert (z. B. Palladium) sein, um eine bestimmte Leitfähigkeit und eine bestimmte chemische Zwischenflächenreaktion vor der Aufplattieren mit dem gewählten Metall zu bewirken.
  • Das Maskiermuster kann eine Zieroberflächen-Ätzmaske sein. Die Zieroberfläche kann auf den Eigenschaften der Tinte bzw. der Tinten basieren, die verwendet werden, um das Oberflächenreliefmuster auszubilden. Ein derartiges System könnte infolge der einzigartigen Eigenschaft der Partikelverteilung in dem Festkörper, die dargestellt und als eine sichere Signatur aufgezeichnet werden kann, als Sicherheitsvorrichtung verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann einen UV-Linienstrahler (oder einen Linienstrahler mit alternativer Energie/Strahlung) bei der Niederschlagung eines Ätzmaskenmusters verwenden. Ein derartiger Linienstrahler kann einen gleichförmigen Bereich der Strahlungsbelichtung (Belichtung durch UV/sichtbare/IR/Elektronen-Strahlung) über die Breite des gewählten Druckkopfes schaffen. Die Linienstrahlerkonstruktion in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet ein Bündel optischer Fasern, das in eine einzelne Linie von Fasern mit den Einzeldurchmesser im Bereich von 0,25 bis 1 mm aufgefächert ist. Die in Linie angeordneten Fasern sind in direktem Kontakt und sind an einem Polyimidplatten-Trägermaterial befestigt, das einen gewissen Grad der Steifigkeit und eine leichte Handhabung gewährleistet.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Verfahren zum Ausbilden eines Schaltungsmusters auf einer Leiterplatte unter Verwendung der Technik des Tröpfchenausstoßes, um Tröpfchen auf Niederschlagsmaterial niederzuschlagen, wobei das Verfahren das Niederschlagen einer Vielzahl von Tröpfchen auf der Leiterplatte umfasst, um Durchgangslöcher, die in der Leiterplatte ausgebildet sind, wenigstens teilweise zu füllen. Ein derartiges Verfahren kann auf zwei unterschiedliche Arten ausgeführt werden, nämlich als Füllen von plattierten Löchern oder als Beschichten, das durch Oberflächenspannung gesteuert wird.
  • Der Füllprozess verwendet eine Vielzahl von Tröpfchen, wobei unter der Wirkung von Kapillarkräften ein Füllen des Durchgangslochs bewirkt wird. UV-Härten verfestigt die niedergeschlagenen Tröpfchen, um einen festen Stopfen zu bilden.
  • Der durch Oberflächenspannung gesteuerte Prozess erfordert, dass die Tropfengröße größer ist als die Abmessung des zu füllenden Durchgangslochs.
  • Das Verfahren enthält vorzugsweise den Schritt, bei dem das Maskiermuster anschließend wenigstens teilweise entfernt wird. Der Entfernungsprozess kann entweder trocken oder nass sein. Der Trockenprozess verwendet ein Plasma, das auf einer Vielzahl von Gaszusammensetzungen basiert, einschließlich Argon, Sauerstoff, eine Argon-Sauerstoff-Mischung, Argon-Wasser-Dampf usw. (Reihen aus Inertgas und seltene Erden; reaktives Gas, das mit Wasserstoff, Sauerstoff, Chlor, Fluor usw. behandelt wird). Der Nassprozess verwendet Systeme sowohl mit wässrigem als auch mit nicht wässrigem Lösungsmittel. Wässrige chemische Ätzmittel sind hauptsächlich kaustisch-basierte Mittel (ein typischer Prozess ist die Sprühinjektion über einer Walzenzuführung von 5 % NaOH in H2O bei 30 °C). Das nicht wässrige Lösungsmittel, das verwendet wird, um die Acrylatmaske zu entfernen, enthält:
    • - Chloroform (auflösende Wirkung)
    • – Dichlormethan (schwellende und auflösende Wirkung – schnelles Entfernen)
    • – Tetrachlormethan (auflösende Wirkung)
    • - Chlorbenzol (schwellende Wirkung)
    • - 1,1,2-Trichlorethan (auflösende Wirkung)
    • - N-Methyl-Pyrrolidinon [NMP] (schwellende Wirkung – langsamer Prozess)
  • Das Verfahren kann eine Anordnung mit doppeltem Druckkopf mit einer gemeinsamen integrierten Quelle zum Strahlungshärten verwenden. Diese Anordnung kann eine Strahlungsquelle besitzen, die an den äußeren Kanten und in der Mitte der Anordnung mit doppeltem stegverbundenen Druckkopf angeordnet ist. Das ermöglicht, dass der Druckkopf in einer Zweirichtungs-Betriebsart drucken kann, wobei der gleiche Grad der Strahlungsaussetzung unabhängig von dem Druck in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung geschaffen wird.
  • Das Maskiermuster kann basiert auf Übertragung durch chemische Bindung ausgebildet werden. Eine chemische Bindung kann durch Chiralität oder über eine hydrophile Reaktion auf einer katalysierten Oberfläche erfolgen.
  • Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um einen umgekehrten, sich selbsttätig einrichtenden Ätzmasken-Druckprozess für einzelne bedruckte Leiterplatten (PWB) zu bilden. Der Prozess kann zwei gegenüberstehende Druckköpfe oder zusammengefügte lineare Arrays von Druckköpfen verwenden, die unter Verwendung eines He-Ne-Laserstrahls und eines Siliziumdioden-Photodetektors relativ zueinander ausgerichtet wurden.
  • Das Maskiermuster kann ein Maskiermuster mit nahezu senkrechten Wänden sein. Eine rechnerische Fluiddynamik-Modellierung (basierend auf der Flow3D-Modellierungs-Software der FIowScience Inc.) der Wechselwirkung von Tropfen, die von einem Tintenstrahl-Druckkopf ausgestoßen wurden, mit festen Oberflächen hat bestätigt, dass es möglich ist, einen einzelnen Punkt mit einer Seitenwandgeometrie, die der senkrechten Geometrie sehr nahe ist, zu erzeugen. Der Tropfenabstand und der Verfestigungszustand des vorherigen Tropfens bewirken in Verbindung mit der Auftreffgeschwindigkeit und der Tintenviskosität die Rate des Zusammenwachsens, um eine Linie auszubilden. Damit die Linie ein vertikales Seitenwandprofil besitzt, ist es wesentlich, dass der Prozess des Zusammenwachsens in der Zeit erfolgt, die das Tropfenmaterial benötigt, um sich auf die Breite des verfestigten Tropfens auszubreiten (d. h. in einer Zeit ≤ 10 μs).
  • Das Maskiermuster kann eine Ionenimplantationsmaske sein. Die Aufgabe eines derartigen Maskiermaterials besteht darin, die Oberfläche unter der Maske vor einem energiereichen Ionenstrahl zu schützen. Der Energiebereich, der von Interesse ist, erstreckt sich von 10 eV bis 50 MeV. Die Dicke der Maskierschicht wird von der Energie des bestrahlenden Strahls abhängen. Die für die größte Energie vorgesehene Maskendicke wird ≤ 10 μm sein.
  • Das Maskiermuster kann eine Confinement-Well- bzw. eine Einsperrungs-Loch-Maske sein, wie etwa jene, die bei der Herstellung von Einfarben- oder Mehrfar ben-Lichtemissionspolymer-Anzeigen verwendet werden (siehe 26). Weitere solche Anzeigevorrichtungen, die ein derartiges Confinement-Well bzw. ein Einsperrungs-Loch verwenden könnten, enthalten anorganische Lanthanoid-Farbstoffe oder Farbstoffstrukturen mit organischen Kleinmolekülen.
  • Es werden nun Merkmale der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
  • 1 ein Standbild von einer Animationsfolge ist, die sich aus einem rechnerischen Fluiddynamikmodell des Ausbreitungsverhaltens einer typischen Maskiertinte auf einer Oberfläche ergibt, deren Oberflächenenergie gleich der ist, die bei einem typischen Material für gedruckte Leiterplatten beobachtet wird. Es wird angemerkt, dass der Tröpfchenabstand, die Wechselwirkung der Oberflächenenergie und die Zeit vor dem Aussetzen der Strahlungsenergie mit kritischem Schwellenwert die Linienbreite und Kantenqualität, die erreicht werden, festlegen.
  • 2[a-b] sind Standbilder in der zweidimensionalen vertikalen Ebene von einer Animationsfolge, die sich aus einem rechnerischen Fluiddynamikmodell der Wechselwirkung von zwei Tintenstrahl-Tröpfchen ergibt, die das Zeitintervall vom Auftreffen bis zu 1 Millisekunde beinhalten.
  • 3 ist ein Standbild in der zweidimensionalen horizontalen Ebene von einer Animationsfolge, die sich aus einem rechnerischen Fluiddynamikmodell der Wechselwirkung von zwei Tintenstrahl-Tröpfchen ergibt, das das Zeitintervall vom Auftreffen bis zu 1 Millisekunde beinhaltet.
  • 4 ist eine schematische Darstellung des Layouts eines bevorzugten Drucksystems, die den Substrattransport relativ zum Druckkopf zeigt.
  • 5[a-b] sind schematische Darstellungen, die die Beziehung des Linienstrahlers zum Druckkopf zeigen.
  • 6 ist ein dreidimensionales Standbild von einer Animationsfolge, die sich aus einem rechnerischen Fluiddynamikmodell der Wechselwirkung von zwei Tintenstrahl-Tröpfchen ergibt, das das Zeitintervall vom Auftreffen bis zu 250 Millisekunden beinhaltet.
  • 7 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung der adressierbaren Strahlungsquelle des Halbleiterlaser- oder Lichtemissionsdioden- (LED) Array zum Druckkopf zeigt.
  • 8 ist eine schematische Darstellung des Halbleiterlaser-Array, das an einem Druckkopf integriert ist.
  • 9 ist eine schematische Darstellung eines Produktionssystems mit hohem Durchsatz, das auf einem Übergang des flexiblen Substrats zwischen Rollen bzw. Spulen basiert.
  • 10 ist eine schematische Darstellung einer Lichtemissionspolymer-Strahlungsquelle, die die Tintenhärtung neben dem Druckkopf darstellt.
  • 11 ist eine schematische Darstellung einer linearen Abbildungsvorrichtung mit adressierbarem Array (Array aus organischem Lichtleiter usw.), die direkt auf den Druckkopf integriert ist.
  • 12 ist eine schematische Darstellung eines Ganzflächen-Abbildungssystems, das auf einem organischen lichtleitenden Array basiert.
  • 13 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungsblende und einer Düsenplatten-Reinigungsvorrichtung, die direkt auf den Druckkopf integriert sind. Sie zeigt das Schema der dreifach wirkenden Wischerklinge für die Echtzeit-Reinigung der Düsenplatte.
  • 14 ist eine schematische Darstellung einer innenimplantierten Oberfläche der dreifach wirkenden Wischerklinge für eine verbesserte Spitzensteifigkeit und eine verbesserte Verschleiß-Standzeit.
  • 15 ist eine schematische Darstellung eines bimorphen Messwandlers, der vorgesehen ist, um eine Echtzeit-Höheneinstellung des Druckkopfes zu schaffen.
  • 16 ist eine schematische Darstellung einer Faltenbalgstruktur zur Steuerung der lokalen Umgebung, die lediglich dem lokalen Bereich des Druckkopfes zugehörig ist.
  • 17 ist eine schematische Darstellung einer Mikrowellen-initiierten bzw. gezündeten Gasentladung für den gesamten Bereich, die Strahlung von einer einzelnen Ebene bei einer Wellenlänge aussendet, die speziell für den Photoauslöser ist, der von der zu druckenden Tinte verwendet wird.
  • Die 10 bis 20 sind schematische Darstellungen, die die Herstellung eines Linienstrahlers betreffen, der auf dem Druckkopf integriert ist und die Übertragung von Strahlung an die Stelle des Tröpfchenauftreffens und an den Bereich gewährleistet, der einen Abstand betrifft, der einer Zeit nach dem Auftreffen von 100 Millisekunden gleichwertig ist.
  • 21 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Überspannen eines Durchgangslochs einer gedruckten Leiterplatte.
  • 22 ist eine schematische Darstellung eines gemeinsamen Systems zum Strahlungshärten, das auf eine Anordnung aus doppeltem Druckkopf integriert ist.
  • 23 ist eine schematische Darstellung des Druckens durch chemische Bindung unter Verwendung eines Tintenstrahl-Druckkopfes.
  • 24 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung mit doppeltem Druckkopf, die ein umgekehrtes Drucken parallel mit einer hohen Ausrichtung zwischen den Mustern ermöglicht.
  • 25 ist eine schematische Darstellung einer nach dem Verfahren Tropfen-Auf-Anforderung gedruckten Maske mit Ionenimplantationsmuster.
  • 26 ist eine schematische Darstellung eines Mikro-Durchgangslochs und einer Containment-Well- bzw. Einsperrungs-Loch-Mustermaske.
  • 27 ist eine schematische Darstellung eines nach dem Verfahren Tropfen-Auf-Anforderung gedruckten Abstandshalters.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Druckkopf XaarJetTM XJ500, ist jedoch nicht auf diesen beschränkt. Dieser Druckkopf besitzt eine Druckauflösung von 180 dpi und eine Auslösehäufigkeit von 4 kHz. Jede Düse besitzt einen Durchmesser von 50 μm und stößt einen Tropfen mit einem Durchmesser von etwa 51 μm und einem Volumen von 79 pl bei einer Verzögerung des Auslösezyklus von 83 μs aus. Die Düsengeometrie, die der Düsenplatte mit 500 Düsen zugehörig ist, besitzt eine Zeilenstaffelung von 23,5 μm (kundenspezifische Düsenplatteneinheit).
  • Dieser Druckkopf ist in dem Drucksystem so angebracht, dass eine Bewegung längs der y-Achse möglich ist (softwaregesteuerte Motorsteuerung), um Streifen der Text/Bilddaten zu drucken. Der Druckkopf kann außerdem in der z-Achse (softwaregesteuerte Motorsteuerung) bewegt werden, um eine Höheneinstellung im Bereich von 0,1 bis 10 mm zu ermöglichen. Das Substrat, auf das gedruckt werden soll, bewegt sich längs der +ve oder –ve-x-Achse bei einer Geschwindigkeit im Bereich von 70 bis 504 mms–1 und vorzugsweise bei 280 mms–1. Der Antriebswellencodierer, der der Substratbewegung zugehörig ist, besitzt eine Auflösung von 5 μm bei einem zugehörigen Teilungsfaktor des Druckmaschinencodieres von 14. Alternativ kann ein linearer Codieren mit einer Auflösung von höchstens 1 μm für eine bessere Adressierbarkeit verwendet werden. Der sich ergebende Tropfenabstand in der Achse senkrecht zum Druckkopf liegt im Bereich von 40 bis 90 μm, damit er mit der Bildauflösung übereinstimmt, und beträgt vorzugsweise 70 μm.
  • Der gegenwärtige Prozess verwendet 2 Durchgänge pro Druckstreifen mit einem 70 μm-Schritt (oder infolge der Verwendung der zwei Druckköpfe oder der Verwendung des Druckkopfes Xaar XJ1000 oder einer ähnlichen Einheit), um die Düsenauflösung zu verdoppeln.
  • Da die Bildauflösung "imperial" (Papierformat 22 × 30'') sein kann (dpi), wird die geeignete Adressierbarkeit auf dem Substrat ebenfalls "imperial" sein und die Verwendung eines entsprechenden Codierersignals ist erforderlich.
  • Tinte, die bei dem Xaar-Druckkopf verwendet wird, ist UV-härtend, hat die Farbe cyan (obwohl jede Farbe oder helle Tinte festgelegt sein kann), besitzt eine Dichte von nahezu 1, eine Viskosität im Bereich von 9 bis 30 mPas und eine Oberflächenspannung im Bereich von 22 bis 32 mNm–1. Diese Tinte benötigt eine Strahlungsenergiedichte von 1 bis 2 Jcm–2, um einen vollständig ausgehärteten Zustand zu erreichen. Der Tropfen wird aus einer Düse unter Verwendung eines Druckimpulses infolge einer durch ein elektrisches Feld ausgelösten Scherkraft in der piezoelektrischen Keramik ausgestoßen. Der Tropfen besitzt eine Auftreffge schwindigkeit von etwa 6 ms–1.
  • Ein Tropfen von UV-härtender Tinte schlägt auf der Oberfläche auf und erfährt eine Trägheitsdämpfung und eine Oberflächenausbreitung, bevor er sich durch die Wirkung des Lichts mit UV-Wellenlänge, dem die Tinte ausgesetzt ist und das eine chemische Vernetzung bewirkt, verfestigt. Das UV-Härten erfolgt in zwei Abschnitten, der erste Abschnitt ist lokal am Druckkopf und der Zweite ist ein Ganzflächen-Prozess zum festen Aushärten. Das lokale Härten (siehe 1) wird verwendet, um einen kontrollierten Grad der chemischen Vernetzung oder ein Härten zu erreichen, das ausreichend ist, um die Ausbreitungsstrecke zu steuern, um die Ausdehnung des Elements, das gedruckt wird, zu begrenzen. Der Grad der UV-Bestrahlung und der Zeitpunkt und die Dauer dieser Bestrahlung werden gesteuert, um das erforderliche Zusammenwachsen von Tropfen zu ermöglichen, das benötigt wird, um eine ununterbrochene Linie einer beliebigen Geometrie zu erzeugen. In einer Ausführungsform wird eine UVP-Punkthärte-Quelle (SCL1-6) verwendet, die eine 400 W Hg-Lampe (UV-Band A) enthält.
  • Die UV-Quelle weist 6 Ausgänge auf, die auf die Enden von 6 mit Flüssigkeit gefüllten Lichtleitfasern optisch abgebildet werden. Jede Lichtleitfaser ist an einen F.S.I.-Umsetzer, der Punkte in Streifen umsetzt, stumpf angefügt. Der Umsetzer basiert auf einem willkürlichen Lichtleitfaserbündel, das in eine bestimmte Geometrie gedehnt und endpoliert ist. Die willkürliche Anordnung ermöglicht eine größere Gesamthomogenität des Lichtsausgangs (gleichförmige Bestrahlung), da der Faserort eine direkte konforme Abbildung darstellt. Der Streifenumsetzer besitzt eine Strahlungsausgangsfläche von 75 × 4,6 mm, was ein geeignetes Härten über die volle Druckkopfbreite ermöglicht.
  • Die Zeitverzögerung zwischen dem Tropfenauftreffen und dem ersten Aussetzen der lokalen UV-Bestrahlung beträgt bis zu 1000 ms. Das Lichtleitfasersystem des Streifenumsetzers kann in der Höhe (z-Achse in Bezug auf die Substratoberfläche) verändert werden, um die eingestellte UV-Bestrahlung auf eine Zeitverzögerung in der Größenordnung von 15 bis 20 ms (siehe 2) zu verringern. Diese Faktoren werden eingestellt, um ein optimales Zusammenwachsen der einzelnen Tropfen in allen Richtungen (senkrechte Achsen, Krümmungen, 45°-Biegungen usw.) zu ermöglichen, um die beste Geradlinigkeit der Linienkante, das beste Querschnittprofil und eine hohe Festigkeit zu erreichen.
  • Das abschließende Ganzflächenhärten wird unter Verwendung eines Härtesystems Fusion UV F300S erreicht., Dieses System verwendet einen D-Kolben mit einer spektralen Emission von 300 W pro linearer Zoll (1800W Gesamtausgangsleistung), um ein vollständiges Härten der Tinte bei der optimalen Druckgeschwindigkeit zu gewährleisten.
  • Kupferbeschichtete gedruckte Leiterplatten, die in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, werden unter Verwendung eines Scotchbrite-Kissens, das mit IPA geschmiert ist, vorbehandelt, worauf eine IPA-Reinigung folgt. Diese Vorbehandlung verbessert das Blockieren des Kupferoxids, die Entfernung der Chrombeschichtung sowie die Herstellung eines bestimmten Grads der Oberflächenrauigkeit, um das Anhaften des mit Tintenstrahl gedruckten Ätzmaskenmusters zu erleichtern. Weitere Vorbehandlungen werden außerdem unternommen, einschließlich ein stromloses Reinigen (typischerweise ein Entfernen von Salpetersäurechrom, gefolgt von Persulfat-Mikroätzen) oder eine Antimattierungsbehandlung, wobei beide eine saubere Oberfläche schaffen, auf die ein Film oder ein Mittel, das das Anhaften fördert, niedergeschlagen werden kann. Derartige Prozesse sind mit einer Reihe von Standard-Industrieverfahren kompatibel. Es ist gezeigt worden, dass das sich ergebende durch Tintenstrahl gedruckte Ätzmaskenmuster an einem weiten Bereich von Kupferoberflächen und weiteren Oberflächen anhaftet, einschließlich Edelstahl, Aluminium, Kunststoff, Nickelelektrode auf einer Keramik, Keramik, im Tetraederwinkel ausgerichteter Kohlenstoff, diamantähnlicher Kohlenstoff und Glas. Es ist gezeigt worden, dass die verfestigte Tinte auf einen weiten Bereich von Kupferätzmitteln, einschließlich jene, die auf Kupferchlorid, ammoniakhaltigen und Alkalirezepturen basieren, chemisch beständig ist und in der Gegenwart dieser Stoffe an dem Substrat physikalisch anhaftet.
  • Nach dem Ätzen muss das Maskenmuster entfernt werden. Das kann auf mehrere Arten erreicht werden, die Nassprozesse (kaustische Lösung, Lösungsmittel [mit Dichlormethan, NMP usw.]) und Trockenprozesse (reaktive Ionen- und träge Plasmen) enthalten.
  • Beim Maskendruck der nächsten Generation wurde bereits festgelegt, dass die Tröpfchengröße kleiner wird, wie beim Druckkopf XaarJetTM XJ100 (360 dpi) oder beim Grauskala-Druckkopf, wobei eine Tropfengröße von 21 pl mit dem Durchmesser von 36,2 μm zur Verfügung stehen wird. Der zugehörige Tropfenabstand wird im Bereich von 25 bis 40 μm liegen und die Staffelung der Düsenreihen und die Verzögerung des Druckkopf-Auslösezyklus werden optimiert sein, damit sie der Auslösefrequenz des Druckkopfes entsprechen. Das sich ergebende Ätzmaskenmuster wird gleichmäßig erscheinen im Ergebnis der Kantenausfüllung (Kurvenschritte usw.) mit kleineren Tröpfchen, die mit der Grauskala-Operation verbunden sind. Unter Verwendung dieser Einstellung beträgt die Soll-Linienbreite 50 bis 100 μm. Weitere Systemaktualisierungen werden für das Drucken mit höherer Auflösung sorgen, das eine genauere Druckpunkt-Platzierung erfordert (d. h. linear codierte x-y-Bewegung mit einer Genauigkeit ≤ 1 μm und Wiederholbarkeit).
  • In 1 zeigt das Bild das Ausbreitungsverhalten eines einzelnen Tintentropfens. Die Hauptmerkmale sind die Symmetrie der Ausbreitung auf einer Oberfläche, die überall isotrop ist (als ein Faktor des Modells eingestellt) und die Rate der Ausbreitung (bei Raumtemperatur).
  • Die bei dieser Simulation verwendete Tinte war 100 % Festkörperpolymer, das eine Viskosität von 10 bis 30 mPas und eine Oberflächenspannung von 24 bis 30 mPam–1 besaß. Die Substratoberfläche wurde so definiert, dass sie einen Benetzungskontaktwinkel zu der Tinte von 22° besitzt.
  • Aus einem derartigen Bild sollte deutlich sein, dass die Platzierungsposition von nachfolgenden Tropfen in Bezug auf die Rate der Ausbreitung das Zusammenwachsen von Tropfen beeinflusst, das erforderlich ist, um das Merkmal einer kontinuierlichen Musterausbildung zu erreichen. Wenn darüber hinaus die Tintentropfen nicht in Bezug auf die Rate und die Ausdehnung der Oberflächenbedeckung gesteuert werden, wird sich eine Linie mit nicht parallelen Kanten ergeben.
  • Der Erfinder hat die Wichtigkeit der Definition des Zeitrahmens, über den eine derartige Steuerung ausgeführt werden muss, und der Verfahren, die verwendet werden, um ihn zu erreichen, verstanden. Um das Fluidverhalten zu untersuchen ist eine rechnerische Fluiddynamik-Modellierung (CFD-Modellierung) ausgeführt worden, die durch die Hochgeschwindigkeits-Bilddarstellung des Tröpfchenverhaltens unterstützt wurde. Die wesentliche Bearbeitungsanforderung besteht darin, ein Zusammenwachsen der Tropfen und ein Härten in einer solchen Weise zu gewährleisten, dass eine Linie mit geraden Kanten und parallelen Seiten geschaffen wird.
  • Ein besonders wichtiges Merkmal ist die Fähigkeit, die seitliche Bewegung des Druckkopfes zu steuern, um einen Abstand der Platzierung von nebeneinander liegenden Tröpfchen auszuwählen, der mit der geforderten Druckpunktauflösung übereinstimmt (infolge der Größe des ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchens und des tatsächlich auf der Substratoberfläche auftreffenden Flüssigkeitströpfchens). Die Einzelheiten des zu druckenden Zeichens legen die Kantendefinition fest, die mit einem bestimmten Druckkopf bei zugehörigem Tropfendurchmesser erreicht werden kann. Die Verwendung von Mikropunkt-Graustufenpegeln ermöglicht, dass eine feinere Zeichengeometrie erreicht werden kann, vorausgesetzt, dass einzelne Tropfen per Software erfasst/gesteuert werden können. Die Wichtigkeit dieses Merkmals liegt in dem Verhalten der elektrischen Schaltung, die durch das Maskiermuster definiert ist. Die verbindenden Leiterelemente in einer Schaltung sollen parallel verlaufen, glatte Kanten besitzen, gerade oder gekrümmt sein und im Idealfall keine Kantenrauigkeit besitzen. Kantenrauigkeit kann infolge von unnötigen Streuereignissen zu einer Signalverschlechterung beitragen. Das genaue Verständnis der Genauigkeit der Tropfenplatzierung als eine Funktion der Druckbetriebsart und der Druckgeschwindigkeit, des Auftreffens des Flüssigkeitströpfchens und der Wechselwirkung mit der Substratoberfläche sowie die Manipulation beim Trocknen/Härten des Maskiermaterials ist von größter Wichtigkeit.
  • Von besonderer Wichtigkeit in Bezug auf diese Erfindung ist die Definition eines Betriebsparameterbereichs für das Flüssigkeitströpfchen, unabhängig von der Druckmaschine oder der Druckbetriebsart, die verwendet werden.
    • – Viskosität der Tinte (5 bis 50 mPas) für 100 % Festkörpermaterial
    • – Oberflächenspannung ≤ 40 mNm–1
    • – Auftreffgeschwindigkeit des Tröpfchens < 10 ms–1
    • – Tröpfchendurchmesser ≤ 50 μm
  • Die 2[a-b] und 3 zeigen die Trägheitsdynamik und das anschließende Ausbreitungsverhalten von zwei Tröpfchen, die in ihrem Zeitpunkt des Auftreffens um 250 Millisekunden verzögert sind (was einem Tropfen-Mittenabstand von 70 μm entspricht). Um die kleinste Merkmalgröße für eine spezielle Tinte (Viskosität, Oberflächenspannung, Auftreffgeschwindigkeit, Tropfenvolumen usw.) auf einer vorgegebenen Oberfläche (Oberflächenrauigkeit, Oberflächenenergie, chemische Stabilität in Bezug auf Tinte usw.) zu erreichen, wobei in einer festgelegten Umgebung (Feuchtigkeit, Temperatur, Partikeldichte usw.) gedruckt wird, ist ersichtlich, dass die Rheologie der Tinte bis zu dem Punkt versteift werden, dass die Bewegung (Oberflächenausbreitung) in einem Zeitrahmen von 970 Millisekunden anhält. Wenn die Ausbreitung sich fortsetzen kann, bevor die Verfestigung bewirkt wird, wird sich die Linienbreite der gedruckten Linie vergrößern, bis der Ausbreitungsvorgang durch einen Ausgleich zwischen der Kapillarkraft der Oberfläche und der Oberflächenspannung der Tinte angehalten wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass Veränderungen der Tinte, des Druckkopfs, des Substratmaterials und der Druckumgebung die Zeitperiode beeinflussen, die das korrekte Zusammenwachsen der Folge von Tropfen zur Folge hat, das für den Druck des Zeichens, das von Interesse ist, erforderlich ist. Es sollte außerdem angemerkt werden, dass ein nasser Tropfen, der mit einem festen Tintendruckpunkt zusammenwächst (hier wird das nicht benetzende Verhalten von nass auf trocken betrachtet), eine andere Zeitperiode für ein Merkmal mit geraden Kanten und parallelen Seiten hervorruft als die Zeitperiode für den nassen Tropfen, der mit einem nassen Tropfen zusammenwächst, wie oben beschrieben wurde. Änderungen an diesen Eigenschaften liegen nicht außerhalb des Umfangs der Erfindung. Um eine derartige Steuerung zu erreichen, ist es unmöglich einen Verfestigungsprozess zu verwenden, der nicht in dem Druckkopf integriert ist.
  • Die vorliegende Erfindung schafft die Fähigkeit, den Zeitpunkt und den Ort relativ zum Tröpfchenauftreffbereich zu wählen, wenn die Lichtstrahlung mit der flüssigen Tinte des gedruckten Zeichens in Wechselwirkung treten soll.
  • Ein Tintenstrahl-Druckkopf gemäß dem Verfahren Tropfen-Auf-Anforderung löst ein einzelnes Tröpfchen (oder mehrere Tröpfchen) einer bestimmten Tintenzusammensetzung aus, das sich zu einem genauen Zeitpunkt an dem Punkt des Auftreffens oder nach diesem Punkt mit dem Oberflächenmoment und der durch die Oberflächenkapillarität bewirkten Tropfenausbreitung verfestigt.
  • 0 bis 15 μs Oberflächenkontakt wobei sich der Kontaktwinkel von > 130° auf < 90° ändert.
  • Das ist der Bereich, der verwendet werden würde, um das Querschnittprofil der einzelnen Druckpunkte zu steuern.
  • 15 bis 250 μs die durch das Auftreffen bewirkte Trägheitskraft ist vollständig gedämpft
  • 250 bis 1000 μs Zusammenwachsen von Tröpfchen bewirkt das Zeichen mit parallelen Seiten, was zum Drucken einer geraden Linie führt
  • nach 1000 μs Tinten-Rheologie in Verbindung mit dem Unterschied der Oberflächenenergie und der Oberflächenspannung der Tinte liefert Energie, um weiteres Ausbreiten zu unterstützen, bis die Tinte bestrahlt wird, um das UV-härtende Polymer zu vernetzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfährt die Tintenzusammensetzung ein schnelles Härten, wenn sie elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt ist. Die elektromagnetische Strahlung enthält vorzugsweise die Wellenlängenbänder, die Ultraviolett (einschließlich tiefes UV und UVA, UVB, UVC), sichtbarem Licht und Infrarot-Strahlung (einschließlich fernes Infrarot), Mikrowellen und α-Teilchen (Alphas) zugewiesen sind.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht der geometrischen Einstellung einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruck-Maskiersystems. Die schematische Darstellung zeigt im Einzelnen die Substratbewegung in der x-Richtung (Druckrichtung entweder positiv oder negativ, d. h. Drucken in zwei Richtungen mit integrierter Lichtquelle an jeder Seite des Druckkopfes) bei einer Rate, die von der Ausstoßfrequenz und der Tröpfchengröße des verwendeten Druckkopfes abhängt. Ein Drucken in der y-Achse kann durch schrittweise und wiederholte Druckstreifen oder durch das lineare Zusammenfügen von mehreren Druckköpfen erfolgen, um eine vollständige Abdeckung mit Düsen über die Abmessung der y-Achse, die von Interesse ist (Plattenlänge usw.), zu erreichen.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht der geometrischen Beziehung zwischen dem Druckkopf und der integrierten Lichtquelle, wobei eine besondere Betonung auf dem Ort und der Breite des bestrahlten Bereichs liegt. Außerdem ist die Höheneinstellung der z-Achse gezeigt, die eine Steuerung der Bestrahlungsintensität ermöglicht. Es ist z. B. möglich, einen typischen Druckversuch auf der Grundlage der Verwendung eines Druckkopfes Xaar XJ500TM zu betrachten, der eine UV-härtende Polymertinte ausstößt. Ein typischer Prozess (siehe die obigen Hintergrundinformationen) verwendet eine Transportrate des Substrats in der x-Achse von 280 mms–1 und einen Tropfen mit dem Volumen von 70 pl (70 × 10–12 Liter) und einem Durchmesser von 51 μm, der bei einer Rate von 4 kHz ausgestoßen wird, sowie eine lokale Bestrahlungsenergie zum Anheften der Tintendruck punkte im Bereich von 1 bis 200 mJcm–2 (wobei ein Bereich von 2 bis 20 mJcm–2 am stärksten bevorzugt ist). Das erzeugt einen Mittenabstand des Tropfenauftreffens von 70 μm (siehe 6) für eine Druckkopfhöhe über dem Substrat von 0,1 bis 2 mm (wobei ein Wert von 0,5 mm am stärksten bevorzugt ist). Das sich ergebende Druckpunktmuster kann sich auf der Oberfläche während einer Zeitdauer von 80 bis 100 Millisekunden ausbreiten, bevor es dem integrierten UV-Linienstrahler ausgesetzt wird (eine Fläche von 70 mm in der y-Achse mal 4,5 mm in der x-Achse). Die sich ergebende Linie aus Maskiermaterial besitzt eine Breite von 140 μm. Ein Ausgleich infolge von Fehlern in Bezug auf Strahlwinkel des Tropfenausstoßes, Tropfengeschwindigkeit, Substratgeschwindigkeit und Zeitpunkt des Ausstoßes wurde in dem obigen Beispiel ignoriert.
  • Das Verfahren der Bestrahlung der bei der Technik Tropfen-Auf-Anforderung auftreffenden Tröpfchen muss nicht lediglich auf Lampen oder auf Lichtleitfasersysteme auf Lichtleitungsbasis beschränkt sein. Die 7 und 8 zeigen schematische Ansichten von bevorzugten Ausführungsformen, wobei das elektromagnetische Strahlungsmittel ein unabhängig adressierbares Array von Halbleiter-Festkörperlasern oder Lichtemissionsdioden (LEDs, organisch oder anorganisch) ist. In diesen Ausführungsformen wird ein Halbleiter-Festkörperlaser verwendet, um einen im Flug befindlichen Tropfen des Fluids zu bestrahlen, wenn er auftrifft und sich auf einer Substratoberfläche befindet/ausbreitet, wodurch die Fluideigenschaften sowohl im Flug als auch auf der Oberfläche beeinflusst werden, um die Oberflächenbenetzung (und somit den Querschnitt des festen Druckpunkts/der Linie insbesondere bei 100 % Festkörperpolymeren) sowie Auftreffeffekte an Zwischenflächen zu begrenzen. Um zu prüfen, ob dieses Konzept technisch machbar ist, müssen einige grundlegende Merkmale betrachtet werden. Die erwartete Tropfengeschwindigkeit wird im Bereich von 1 bis 3 ms–1 liegen. Für den Zweck des Beispiels in der Figur wird die Geschwindigkeit 3 ms–1 verwendet. Es wird angenommen, dass der Abstand Druckkopf/Substrat 2 mm beträgt. Es wird außerdem angenommen, dass der Tropfendurchmesser 50 um (Mikrometer) und die Druckgeschwindigkeit (Substratbewegung relativ zum Druckkopf) 0,5 ms–1 bei einer Tropfenausstoßrate von 1 kHz betragen. Die berechnete Übergangszeit, die für die Winkelabweichung des Tropfenflugwegs zulässig ist, beträgt 1,37 ms.
  • Es gibt einen mechanischen Blindpunkt unmittelbar vor der Düse/Blende-Baueinheit, an dem der Laserlichtstrahl den ausgestoßenen Tropfen nicht erreichen kann. Infolge einer Blindpunkttiefe von 0,6 mm beträgt die verfügbare Bestrah lungszeit, die sich aus dem restlichen Flugweg ergibt, 1,16 ms. Nimmt man eine Laserstrahlintensität von 100 mWcm–2 und eine einfache lineare Absorption an, würde der Pegel der Bestrahlung 116 μJcm–2 betragen.
  • Die Bestrahlung des Tropfens wird während der gesamten Flugzeit nicht gleichförmig sein. Das ist teilweise wegen der Absorptionsleistung (Verlustprofil des Photoauslösers bei Lichtaussetzung) des Fluidtropfens und teilweise wegen der Homogenität (Konzentration und Verteilung des Photoauslösers) der Vernetzung, die an der Oberfläche und im Volumen des Fluidtropfens stattfindet, der Fall. In dieser Hinsicht muss man die Bestrahlungsintensität (mWcm–2) und die Bestrahlungsdosis (mJcm–2) verstehen.
  • Die Rate der photochemischen Reaktion hängt in erster Linie von der Wahrscheinlichkeit eines einfallenden Photons, das durch das gewählte Photoauslöser-Molekül absorbiert wird, und in zweiter Linie von der Konzentration des verwendeten Photoauslösers ab. Die Aufgabe der anfänglichen Bestrahlung während des Fluges und auf der Oberfläche besteht darin, die Vernetzung ausreichend zu unterstützen, um den Ausbreitungsvorgang des Tropfens beim Auftreffen zu begrenzen oder anzuhalten. Das erfordert das Absorbieren der kinetischen Energie des Tropfens, während trotzdem ein adäquates Anhaften des gehärteten Tropfens an der Substratoberfläche bewirkt wird. Wenn das Laserstrahlprofil so aufgebaut ist, dass es eine "Hut"-Form besitzt, und die Laserintensität über dem erforderlichen kritischen Schwellenwert liegt, könnte es möglich sein, einen statischen Bestrahlungsprozess zu betrachten, der den gesamten erreichbaren Flugweg des Tropfens abdeckt. Eine zweite Laserquelle, die ein "Hut"-Profil aufweist, bestrahlt die Substratoberfläche genau vor dem Punkt, an dem der Tropfen landet. Die Laserquelle schafft eine Bestrahlung mit einem parallelen Strahl, wobei an dem Punkt des Tropfenauftreffens eine konstruktive Interferenz auftritt. Der tatsächliche Interferenzbereich ist eine Ellipse, deren minimale Achse (65 μm [Mikrometer]) um 25 % größer ist als der Tropfendurchmesser. Die Belichtungszeit für den zweiten Laser wird durch die Substratübergangsgeschwindigkeit und die verwendete "Hut"-Geometrie (für eine Strahllinienbreite von 1 mm) festgelegt. Die gesamte Belichtungszeit beträgt 2 Millisekunden. Wenn der "Hut"-Strahl eine Intensität von 100 mWcm–2 besitzt, liegt der Pegel der Bestrahlung lediglich bei 200 μJcm–2 [Mikrojoule]. Das deutliche Problem besteht darin, welche Intensität und welcher Pegel der Belichtung erforderlich sind, um einen Tropfen mit einem Durchmesser von 50 μm [Mikrometer] mit Licht ausreichend zu härten, so dass eine Oberflä chenausbreitung (bei einer Annahme von 20 % Vernetzung beim Fehlen von genaueren Daten) unterbunden ist. Es besteht außerdem die Notwendigkeit, die Änderung der Viskosität mit dem Aussetzungspegel und die sich ergebende Auswirkung auf die Auftreffeigenschaften eines viskosen Tropfens auf eine feste Oberfläche zu bestimmen. Systeme mit UV-gehärteter Polymertinte werden gegenwärtig bei der Desktop-Herausgabe und dem Breitformat-Druck von farbigem Text und Grafik verwendet. Der Standardvorgang besteht darin, das Polymer auf einem poröses Papier oder behandeltem Papier oder herkömmlichem/behandeltem flexiblen Kunststoff zu verwenden und zuzulassen, dass das Tintentröpfchen ein Ausbreitungsgleichgewicht aus der Bestrahlung mit einer geeigneten Lichtwellenlänge erreicht. Diese Anmeldung offenbart Einzelheiten der Verarbeitung und des Systems, die bei der Strahlungsbearbeitung von mit Tintenstrahl druckbaren Tinten oder Flüssigkeiten und insbesondere von UV-härtenden Tinten mit einem Blick auf die Verbesserung der Druckauflösung anwendbar sind.
  • Der Erfinder hat einen Aufbau für ein Ätzmaskendrucksystem mit hohem Durchsatz definiert, das sowohl auf Substratübergabeverfahren zwischen Rollen bzw. Spulen sowie auf Roboter-Substratübergabeverfahren basiert. Das wird erreicht durch die Verwendung mehreren Gruppen von Druckköpfen, die so angeordnet sind, dass sie ermöglichen, dass mehrere Arbeitsstationen (siehe 9) längs des offenen Abschnitts des Kunststoffbogens, der zwischen zwei unter Spannung befindlichen "Zuführungs"- und "Aufnahme"-Trommeln betriebsfähig sind.
  • Eine Strahlungshärtequelle, die auf Lichtemissionspolymeren (LEPs) basiert, die in einer Streifenlicht- oder Ganzflächen-Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, kann außerdem verwendet werden (siehe 10). Das Strahlungshärten wird erreicht als ein Großflächenprozess, indem anorganische oder organische Dünnfilm-Lichtemissionsmaterialien verwendet werden. Der Aufbau der Dünnfilmvorrichtung definiert das Wellenlängenband, das von der Vorrichtung ausgesendet wird. Die Emission kann abgestimmt werden, damit sie einer bestimmten Wellenlänge oder Wellenlängen entspricht. Diskrete Streifen oder Bänder der Wellenlänge können bei der Herstellung der Vorrichtung erreicht werden. Ein streifen- oder bandförmiges Fokussieren bzw. Defokussieren kann mit einer Anordnung aus linsenförmigen Linsen erreicht werden. Die linsenförmigen Linsen würden ebenfalls unter Verwendung der Techniken des Tropfen-Auf-Anforderung niedergeschlagen werden.
  • 11 zeigt eine schematische Ansicht, die ein Mittel zur dynamischen Druckabbildung unter Verwendung einer linearen Abbildungsvorrichtung hervorhebt, das direkt auf dem Tintenstrahl-Druckkopf integriert ist. Zukünftige Systeme werden eine eingebaute Tröpfchenauftreff-Abbildungseinrichtung verwenden, die ein Abbildungsarray mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (CCD) mit fester Breite [oder x-y-adressierbare Vorrichtung] unter Verwendung einer übereinstimmenden Geometrie zwischen Düse und Pixel zur Echtzeit-Überwachung des Druckkopfverhaltens in Bezug auf die Platzierungsgenauigkeit und die Bearbeitungsausbeute (Substrat-Nachbehandlung) verwendet. Die Erkennung von fehlerhaften Düsen (Erkennung von Druckpunkt/kein Druckpunkt) würde eine Neudefinition des Druckbilds ermöglichen, um die erkannten fehlerhaften Düsen auszugleichen (Betrieb eines Systems mit künstlicher Intelligenz). Das Abbildungsarray ist neben den Druckkopfdüsen angeordnet, um ein lokales einzelnes Verhalten von Düse-Tropfen-Druckpunkt zu erhalten. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung verwendet ein einfaches organisches lichtleitendes Pixelarray mit einem integrierten organischen Linsenarray anstelle der CCD- oder x-y-adressierbaren Abbildungsarrays aus Metalloxid-Halbleiter-Silicium-Photodioden.
  • 12 zeigt eine schematische Ansicht eines Mittels zum Verbessern der Bearbeitungsausbeute durch Einschließen einer Ätzmaskenmuster-Erkennung und eines softwaregestützten Vergleichs der Druckmuster-Überlagerung unter Verwendung eines großflächigen organischen lichtleitenden (Photodioden-) Arrays. Eine große Fläche ist mit einer direkten 1:1-Bildabbildung kompatibel, so dass eine vollständige gedruckte Leiterplatte ohne Notwendigkeit der Abtastung der Plattenoberfläche durch eine Kamera abgebildet werden könnte. Die Software vergleicht dann das Maskiermuster-CAD-Bild mit dem Bild, das von der großflächigen organischen Lichtleiterarray aufgenommen wird. Erkannte Fehler würden durch Vektorkoordinaten gekennzeichnet und falls der Defekt ein fehlender Abschnitt der Maske wäre, kann der Tintenstrahl-Druckkopf zur richtigen Stelle umgesetzt werden, um die Druckbahn zu reparieren.
  • 13 ist eine schematische Ansicht, die eine bimorphe angetriebene elektromagnetische Strahlungsblende darstellt. Die Blendenbaueinheit verwendet eine mikrogefertige Silizium-Struktur (MMS), die die erforderlichen Düsenöffnungen schafft, die im Vergleich zum tatsächlichen Tropfendurchmesser überbemessen sind. Die innere Oberfläche der Blendenbaueinheit (Silizium-MMS) besitzt einen auf ihr gefertigten Satz Strukturen zum Reinigen der Düsenplatte des Wischerklin gen-Typs, die von der Tinte nicht benetzt werden und eine Fluidleitung mit leichter Strömung enthalten, damit überschüssige Tinte von der Düsenplatte entfernt werden kann, um sie zu einem Auffangbehälter am Rand des Druckkopfes zu transportieren, der unter Verwendung einer einfachen Unterdruck-Saugdüse periodisch geleert wird. Im Betrieb würde die Blendenbaueinheit normal wirken, um das Düsenarray abzudecken, wobei die dreifache Klingenabdichtung an jeder Seite der Düse verwendet wird. Die Abdichtstreifen des Wischerklingentyps sind an beiden Enden abgedichtet, um eine gekapselte Abdeckungsanordnung zu schaffen. Die Auslösefolge würde lauten:
    • 1. Im Bereitschaftsmodus ist die Blendenbaueinheit so positioniert, dass sie das Düsenarray abdeckt.
    • 2. Reinigung der Düsenplatte durch Schwingen der bimorphen Blende nach hinten und nach vorn.
    • 3. Probebetrieb des Druckkopfes mit einem Ausstoß von 50 Impulsen (50 Tropfen) für alle Düsen im Array.
    • 4. Entfernen von überschüssigem Fluid aus dem Auffangbehälter.
    • 5. Herunterladen des zu druckenden CAD-Bilds.
    • 6. Verwenden der Vorderflanke der Ansteuerungssignalform, um die Signalform der bimorphen Blende auszulösen, um die Blende in die Auslöseposition zu bewegen.
    • 7. Wenn die Blende die Auslöseposition erreicht, beginnen sich die Tröpfchen am Düsenaustritt auszubilden.
    • 8. Wenn das Tröpfchen freigegeben wurde und sich von der Blendenbaueinheit gelöst hat, wird die Blende augenblicklich geschlossen, wodurch die Düse zwischen jedem ausgestoßenen Tropfen gereinigt wird.
  • Zukünftige Druckköpfe werden Ansteuerungs-Signalformen verwenden, die die zeitliche Reihenfolge des Ausstoßens von Tropfen, der Mikropositionierung der bimorphen Düsenblende und der Impulsaktivierung des Festkörper-Halbleiterlasers für einen "intelligenten" Betrieb des Fluidstrahlmoduls genau steuert. Der Düsenansteuerungsimpuls kann an in geeigneter Weise hergestellten Druckköpfen überwacht werden, was zur Folge hat:
    • – Modifikation der Auslöseverzögerung, um die Platzierungsgenauigkeit zu verbessern,
    • – stufenweise Änderung der Auslöseparameter, um eine Menge von Tröpfcheneigenschaften aufrechtzuerhalten,
    • - Erzeugung von Drucktestmustern und Bilderfassung und -interpretation, was
  • zur softwaremäßigen Veränderung der Platzierungsgenauigkeit gegenüber speziellen Eigenschaften der Düsenansteuerung führt.
  • Die vorhandene Baueinheit der Umgebungs- und Strahlungsblende wirkt außerdem als:
    • – echtzeit-gepulste Plasmaelektrode, die angrenzend an den Tröpfchenlandebereich eine Oberflächen-Vorbehandlung schafft,
    • - Unterdruck-Ansaugeinheit des Druckkopfes.
  • Das Material der Wischerklinge zur Düsenplattenreinigung sollte nachgiebig, fest, am Substrat anhaftend und chemisch stabil beim Kontakt mit dem ausgespritzten Fluid/Tintensystem sein. Typische Materialien enthalten Silikon, Polyimid, PTFE, Gummi, Neopren, Polyvinyl und Viton. Die Oberfläche des Wischerklingenelements kann lokal gehärtet sein (siehe 14), um eine bessere Reinigungswirkung und einen besseren Widerstand gegen Abnutzung zu schaffen, indem die Oberfläche einem Strahl von energiereichen Ionen ausgesetzt wird (Ionenimplantation oder Plasmatauchimplantation). Ein typischer Prozess würde 105 Stickstoffionen pro cm2 verwenden, die z. B. in eine Teflon-Beschichtung bei einer Energie von 70 keV implantiert werden, um einen Gesamtbereich der Ionenaufnahme von 231 nm zu erzeugen.
  • Mehrere Signalformen und Abfolgen zur Tröpfchenauslösung, die für einen Druck mit Strahlungshärten bei variabler Geschwindigkeit dienen, einschließlich einer sehr großen Geschwindigkeit, die für eine Unterstützung der großen Vielzahl von Anwendungen erforderlich sein kann, verwenden diese Technologie. Eine sehr große Geschwindigkeit tritt dann auf, wenn der Tintenstrahldruckkopf des piezoelektrischen Typs oder des Entspannungstyps in einem Resonanzmodus (bis zu etwa 1 MHz) betrieben wird.
  • Oberflächenvorbehandlungen vor Ort und vor dem Drucken einer Ätzmaske oder eines Oberflächenreliefmusters können erforderlich sein, um ein adäquates Anhaften sicherzustellen und um eine Oberflächenbenetzung zu begrenzen. Das Mittel zum Gewährleistung der Oberflächenreinigung basiert auf der lokalen Erzeugung von Ozon, der UV-Bestrahlung, dem Ausspritzen von Säure oder Alkali von einem Sprühkopf oder einem Tintenstrahl-Druckkopf oder der Lösungsmittelabgabe von einem Sprühkopf oder einem Tintenstrahl-Druckkopf mit einem Mittel zum Trocknen. Mehrere Hersteller produzieren Substratmaterial für ge druckte Leiterplatten. In den meisten Fällen ist das Metall Kupfer und wird entweder durch Unterdruck oder Klebstoff auf das gewählte Substrat (FR4, PTFE, Polyimid usw.) laminiert. Das bedeutet gleichzeitig, dass die Oberflächengüte mikroskopisch in der Textur und makroskopisch in der Planheft (Verstärkungsfasern, Folienrollspannungslinien usw.) jeweils unterschiedlich ist.
    • – Ozon-Plasma
    • – spezielles Plasma
    • - lokale UV-Bestrahlung
  • Alle oben genannten Substrat-Vorbehandlungen werden so angesehen, dass sie sowohl mit Nass- als auch mit Trockenätzvertahren kompatibel sind. Das ist der Fall, da der Ätzmasken-Druckprozess auf anderen Oberflächen als Kupfer angewendet werden kann, die nicht notwendigerweise mit Nassätzprozessen mit hoher Auflösung kompatibel sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Drucken eines Negativbilds des mit der Maskierschicht zu erreichenden Bilds betrachtet. Dieses Negativbild ist eine nicht benetzende Beschichtung, die eine begrenzte Ausbreitung des Maskiermaterials erreicht. Damit diese Technik funktioniert, ist es wichtig, dass die Druckparameter und die Maskiertinte so ausgewählt werden, dass ein Spritzen und übermäßige Trägheitseftekte beim Tropfenauftreffen unterbunden werden. Wenn das vorkommt, kann ein "Überwaschen" auftreten, das dann, wenn der Ablaufwinkel groß ist, ein Spritzen der Tinte über den negativen nicht benetzenden Steuerungsdruck zur Folge hat.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Echtzeit-Höhenpositionierung eines Tintenstrahl-Druckkopfes unter Verwendung eines bimorphen Positionierungsmesswandlers schaffen, der eine Druckkopfbewegung in der z-Achse ermöglicht (siehe 15). Eine Höheneinstellung erfolgt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm. Die Strecke der Spitzenablenkung eines bimorphen Auslegers ist seiner Länge proportional, wie durch x(L, V) = 2,3/2 × d31 × L2/t2 × V gegeben ist (wobei t = bimorphe Dicke; L = bimorphe Länge; d31 = Ladungskonstante [d. h. –306 × 10–12CN–1 für Morgan Matroc PCK5]; V = Steuerspannung). Für eine Steuerspannung von 100 Volt und eine bimorphe Länge von 15 mm beträgt die erwartete Spitzenablenkung etwa 100 μm bei einer Frequenz der freien Resonanz von 1200 Hz. Die Steuerung der bimorphen Höhe des Druckkopfes erfolgt unter Verwendung eines Halbleiterlaser-Höhenbereichsfinders mit Rückführung zum bimorphen Element. Bimorphe Ele mente sind an jedem Ende des Druckkopfes angeordnet. Eine Echtzeit-Einstellung der Höhe erleichtert das Drucken in sehr großer Nähe von höchstens 250 μm. Eine Echtzeit-Position ist ein direktes Ergebnis eines Rückführungssignals von einem elektrooptischen (Laser [Bereichsfinderprinzip] oder LED in Verbindung mit einem Phototransistor oder Photozellenpaar) oder einem kapazitiven Erfassungselement. Die Höhensteuerung würde an den Grenzen zu einem direkten Übergangskontakt führen, wobei die Tinte überhaupt nicht als Tröpfchen ausgelöst wird, sondern auf die Substratoberfläche über eine Differenz-Benetzungswirkung übertragen wird, die bewirkt, dass die durch Druck initiierte Tröpfchen"-Einschnürung" aufbricht. Eine Höhensteuerung des Kopfes kann außerdem infolge des Verhaltens eines induktiven Sensors für Metallsubstrate erfolgen.
  • Es wird erwartet, dass eine Temperatur- und Atmosphärensteuerung des an den Druckkopf angrenzenden Betriebsbereichs erforderlich ist. Eine derartige Steuerung der lokalen Atmosphäre (siehe 16) erzeugt ein viel billigeres Mittel zum Steuern der erforderlichen Niederschlagung als das Mittel infolge der Steuerung der Atmosphäre, die dem gesamten zu bedruckenden Bereich zugehörig ist. Der Kontrollbereich ist als der Bereich definiert, der durch die Druckkopf-Düsenplatte in der +ve z-Achse und die Substratoberfläche in der -ve z-Achse begrenzt ist, wobei die Länge und die Breite der Düsenplatte einen Faktor enthalten, der Randeffekte zulässt. Dieser Bereich kann in einer Ausführungsform durch das Umgeben des Druckkopfes und der integrierten Quelle zur Druckpunktabbildung und zum Strahlungshärten mit einer Struktur des Faltenbalg-Typs erreicht werden, die einen Überdruck der Luft oder eine Injektion eines trägen oder reaktiven Gases erzeugt (wobei das Gas erwärmt oder gekühlt wird). Ein geringer Unterdruck kann außerdem in den Faltenbälgen unterstützt werden, wobei eine Anordnung einer trockenen Unterdruckpumpe verwendet wird. Die Faltenbalg-Struktur wird aus einem weichen, flexiblen, elektrisch leitenden Material mit geringer Gasdurchlässigkeit hergestellt, das sowohl eine Oberflächenreinigung als auch eine Ableitung der elektrischen Oberflächenladung unterstützt. Das Drucken und Härten des Ätzmaskenmaterials wird innerhalb dieser Umhüllung erfolgen. Die große Nähe des Druckkopfes zum Substratabstandshalter erfordert die folgende Betrachtung:
    • – ein elektrisches Potential über dem Spalt zwischen Druckkopf und Substrat, der in den Bearbeitungsfaltenbälgen enthalten ist,
    • - durch Unterdruck oder Luftströmung initiierte Druckdifferenz in den Bearbei tungsfaltenbälgen,
    • – eine Luftströmungsfilterung, um eine Partikelansammlung in dem Spalt zwischen Druckkopf und Substrat minimal zu machen, durch die Filtration der Luft oder des Gases, das in den Bearbeitungsfaltenbälgen verwendet wird. Wenn ein Unterdruck verwendet wird, wäre die Partikelaufnahme durch die Existenz von Faltenbälgen minimal gemacht. Eine Betrachtung erfolgt in Bezug auf die Höhe zwischen der Basis der Faltenbälge und der Substratoberfläche.
  • Für ein Drucken mit großem Durchsatz ist es vorzuziehen, eine Breitformat-Druckmöglichkeit zu verwenden, indem eine Druckkopfkapsel hergestellt wird, die mehrere Druckköpfe aufnehmen kann. Das wird erreicht, indem mehrere Druckköpfe mit einem gemeinsamen Düsenformat zusammengefügt werden. Das ist erforderlich um sicherzustellen, dass das sich ergebende Muster mit parallelen Seiten nicht beeinflusst wird, obwohl die Anzahl von Düsen vergrößert ist. Der Fehler beim Zusammenfügen könnte einen derartigen Druck zulassen und somit die Notwendigkeit, eine gemeinsame Düsenplatte zu integrieren. Die eng miteinander gekoppelten (verbundenen) Druckköpfe werden in den x-y-z-Achsen unter Verwendung der piezoelektrischen Positionierung einer He-Ne-Visierlaser-Baueinheit ausgerichtet, die entfernt werden kann, wenn die Ausrichtung beendet wurde und die Einstellung in der Position verriegelt wurde. Eine derartige Positionsgenauigkeit ist wesentlich, wenn die geometrischen Einschränkungen des Ätzmaskenmusters über die zu beschichtende Substratoberfläche beibehalten werden sollen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, eine Ausrichtung mehrerer Druckköpfe unter Verwendung von piezoelektrischen Positioniereinrichtungen zu verwenden, die eine Rückführungsschleife verwenden, die durch die Abbildung vor Ort von ausgestoßenen Tropfen auf eine Gruppe von Testmustern angesteuert wird, die abgebildet und mit dem Testmuster überlagert werden, um das Wesen und den Grad der erforderlichen Rückführungssteuerung zu definieren.
  • Die Tintenzusammensetzung zur Optimierung der Steuerung der Maskiermuster-Linienbreite wurde untersucht. Es ist festgestellt worden, dass die Einfrier-Temperatur Tg die Härte und die Temperaturstabilität der gegenwärtigen Acrylattinte beeinflusst, ohne die Viskosität und Oberflächenspannung der Tinte nachteilig zu beeinflussen. Es ist experimentell nachgewiesen worden, dass Änderungen des Verhältnisses zwischen Volumen und Oberfläche des Photoauslösers ebenfalls die Rate des Härtens beeinflussen. Es ist gezeigt worden, dass Änderungen des Verhältnisses des Photoauslösers im Bereich 1:1 bis 4:1 (Oberfläche:Volumen) ein schnelleres Härten unterstützen. Ein zu hoher Anteil des Oberflächenauslösers unterstützt ein Blockieren in der Düse, bevor Tröpfchen tatsächlich ausgestoßen werden können. Eine Reihe von Fluideigenschaften müssen optimiert werden, um ein Minimum der Ausbreitung der Tröpfchen auf der Oberfläche und somit eine Linienbreite und ein Querschnittsprofil des Maskiermusters unabhängig davon zu schaffen, ob der Tintentropfen durch Härteverfahren der Lufttrocknung oder des Strahlungshärtens verfestigt wird. Diese Eigenschaften enthalten:
    Tröpfchen-Viskosität 0,1 bis 10 [ms–1]
    dynamische Viskosität 1 bis 100 [mPas]
    Verdampfungswärme gering [Jmol–1] (flüssigkeitsabhängig)
    Flüssigkeitsdichte 0,5 bis 1,8 [kgm–3] (flüssigkeitsabhängig)
    Gehalt an festem Material 0,0001 bis 100 [%]
    statischer Kontaktwinkel zum Substrat 0 bis 120 [Grad]
    Substrattemperatur 230 bis 370 [K]
    Oberflächenspannung 35 bis 76 [mNm–1]
  • Das Verhältnis Volumen/Oberfläche des Photoauslösers besitzt außerdem einen Einfluss auf die Rate der Verfestigung. Das gilt auch für die Oberflächenspannung und die Einfriertemperatur Tg des Polymers, das für die Maske verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zusammensetzung der Tinte mit dem Betrieb eines integrierten Fluid-Nanofilters, das auf den Prinzipien des Lambwellen-Fluidtransports basiert, kompatibel, wobei bewirkt wird, dass das Fluid durch eine poröse geätzte (chaotische) Silikon-Filterstruktur strömt. Der Lambwellen-Elektrodenaufbau dient zum Fluidtransport durch Filter und zum Schaffen einer gesteuerten Fluidzufuhr an die Düse. Er dient für die Präzisionsdosierung von Fluid und der zeitlichen Steuerung der Ankunft an der Düsenbohrung.
  • Die vorliegende Erfindung kann außerdem ein Mittel der großflächigen Polymervernetzung (über eine längere Zeit oder für die Verfestigung von gehärtetem Ätzmaskenmaterial) schaffen, indem eine im Nahbereich angebrachte (nahe an der Druckkopfbaueinheit [x- und y-Achsen] und an der Substratoberfläche [z-Achse]) durch Mikrowellen initiierte Niedertemperatur-Gasentladungsstrahlungsquelle (die keine Hilfskühlung erfordert) verwendet wird (siehe 17). Die Gas entladungsstrahlungsquelle schafft eine Beleuchtung auf der Substratoberfläche, nicht nur, weil die obere Oberfläche der Baueinheit eine auf ihr niedergeschlagene Dünnfilmbeschichtung aufweist, die Licht zurück in den Körper der Entladung (Lichtleiter) reflektiert, wodurch der Auskopplungswirkungsgrad verbessert wird, und die untere Oberfläche ein eingearbeitetes Oberflächenreliefmuster aufweist, das ermöglicht, dass die ladungsinduzierten Phototeilchen auf die Substratoberfläche ausgekoppelt werden und dadurch das Maskenmaterial bestrahlen. Das Oberflächenrelief, das erforderlich ist, um die Photonen der Plasmaentladung der gewünschten Wellenlänge (die gasspezifisch ist) zu extrahieren, kann eine Dispersionsstruktur sein, wie etwa ein Diffusor, eine Punktmatrix und eine Matrix aus facettenförmigen Linsen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet ein Array des Typs mit linsenförmigen Linsen, bei dem die Breite mit nahezu senkrechter Querschnittprojektion (Wandgeometrie mit variablem Winkel ≤ 90°), die Höhe und die Wandneigung den Wirkungsgrad der Kopplung für die festgelegte Wellenlänge des Lichts beeinflussen. Der Lichtleiter und die Confinement-Struktur (Einsperrungs-Struktur) der Gasentladung sind aus Quarz oder einem ähnlichen UV-durchlässigen Material hergestellt. Die kompakte Baueinheit unterstützt die Übertragung der Lichtenergie (μJcm–2 oder mJcm–2) ohne wesentliche Verluste infolge der Weglänge (inverser Effekt nach dem quadratischen Gesetz). In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine durch Mikrowellen initiierte, durch Gasentladung unterstützte Ganzflächen-UV-Bestrahlung für eine großflächige Plattenbelichtung zum Endaushärten verwendet. Die oben hervorgehobene Gitterstruktur ist so beschaffen, dass sie der Wellenlänge des Lichts entspricht, die von der verwendeten Gaszusammensetzung bestimmt wird. Derartige Gase enthalten Ar, He, Cl, Xe, O2, N2 usw. sowie Mischungen davon.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Gitterstruktur ist eine Gruppe von rechtwinkligen Elementen, die eine Geometrie des "Schlossturms" nachahmt, die Spitzen und Mulden ausbildet. Das Verhältnis von Erhöhung und Zwischenraum und die Geometrie des Erhöhungsrechtecks (Höhe und Breite und Wandneigung) hängen von der Wellenlänge des Lichts ab, das aus der Fensteroberfläche ausgekoppelt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die reflektierende Oberfläche (Dünnfilm-Aluminium, Gold usw.) außen an der Oberseite (Dach) des Gehäuses enthal ten sein, um den Wirkungsgrad des Ausgangs der Belichtungseinheit zu verbessern. Diese UV-Härteeinheit würde bei Leistungspegeln betrieben werden, die keine geräuschvolle und voluminöse Luftkühlung erfordern. Eine Kühlung mit umlaufendem Gas kann eingesetzt werden, wenn Leistungsanwendungen erforderlich sind.
  • Eine bestimmte Düsenplattengeometrie kann geschaffen werden, um die Platzierungssteuerung der Tropfen, die von dem Düsenarray ausgestoßen werden, zu beeinflussen. Nicht alle Druckköpfe stoßen Tropfen von benachbarten Düsen gleichzeitig aus. Das ist der Fall, da bei Tintenstrahldruckköpfen auf piezoelektrischer Basis die Betriebsart von einer Biege-, Drück- oder Scherwirkung abhängen kann. Wenn die Scherwirkung verwendet wird (z. B. Xaar Druckkopf der XJ-Reihe), muss eine Düsenstaffelung in der Düsenplatte definiert sein, um das gerade Drucken von Text zu ermöglichen. Um ein Zusammenwachsen von Tropfen zu erreichen, was zu einer wohldefinierten Linie führt, ist es erforderlich, den Tropfenabstand zu variieren, indem der Druckkopf außerhalb des Standardparameterbereichs betrieben wird. Bei dem Xaar-Druckkopf bedeutet die Auslöseverzögerung eine Substratbewegung, die dazu führt, dass eine Reihe von Tropfen versetzt gedruckt werden. Um einen Prozess mit gerader Linie zu erreichen, sind mehrere potentielle Lösungen möglich, und zwar:
    • 1. Neuprogrammieren der Zykluszeitverzögerung auf einen anderen festen Wert
    • 2. Herstellen einer Düsenplatte mit einer anderen Düsenstaffelung
    • 3. Ändern der Bildverarbeitung, um die Auflösung zu vergrößern
    • 4. Neuprogrammieren des Chips mit einer einzigen Zyklus-Signalform, d. h. alle Kanäle lösen zum gleichen Zeitpunkt aus, und Verwenden der Bildverarbeitung, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass das nicht machbar ist (Beeinträchtigung der Druckgeschwindigkeit).
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schafft eine bestimmte Menge von Düsenplattenkonstruktionen, um das Tintenstrahldrucken eines Maskiermusters zu bewirken, das in allen Richtungen auf einer x-y-Ebene eine parallele Linienbreite besitzt.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken eines Lötmittel-Maskiermusters einer Elektrodenoberfläche erweitert werden. In diesem Fall ist das Verfahren, das zum Bilden der Lötmittelmaske verwendet wird, demjenigen ähnlich, das verwendet wird, um die oben definierte Ätzmaske aus zubilden, wobei der Unterschied darin besteht, dass die Wahl der Tintenzusammensetzung die höheren Temperaturgrenzen wiederspiegeln muss, die die für die Lötmitteltauchbeschichtung und die thermischen Prozesse des Lötmittelaufschmelzens gelten. Die Lötmittelmaske ist so beschaffen, dass sie ein Mittel zum Begrenzen des Bereichs einer in geeigneter Weise behandelten Oberfläche schafft, die mit einem Lötmittelmetall, wie etwa In, Sn, Pb-Sn-Legierung usw., beschichtet sein kann. Lösliche Materialien, die als Lötmittelmaske verwendet werden können, enthalten Silikon, Polyimid, PTFE und Epoxy.
  • Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zum Erreichen einer dreidimensionalen Ätzmaske unter Verwendung von Tintenstrahl-Druckverfahren schaffen. Mehrere Anwendungen zur Fertigung von Vorrichtungen erfordern die Herstellung von Elementen mit variabler Aufbauhöhe oder Ätztiefe. Es ist möglich, den Tintenstrahl-Druckprozess zu verwenden, um ein derartiges Element zu definieren, wobei entweder mehrere Tropfen verwendet werden, die an einer bestimmten Stelle verfestigt werden, oder mehrere Durchläufe eines Musters verwendet werden, wobei das jeweils gedruckte Muster unterschiedlich sein kann. In jedem Fall besitzt die erzeugte Maske eine lokale Änderung des Höhenprofils. Die Maske kann entweder als eine feste Struktur bleiben, die eine dreidimensionale Reliefstruktur auf einer Oberfläche bildet, oder kann in einem Ätzprozess verwendet werden, wodurch das Maskenmaterial mit der Zeit fortschreitend durch das Ätzmittel geätzt wird. Das fortschreitende Ätzen unterstützt eine lokale Änderung der Ätztiefe insbesondere für einen Prozess mit reaktivem Ionenstrahl oder einen Plasma-Trockenätzprozess. Das Material kann von einem einzigen Typ sein, wobei die fortschreitende Ätzrate konstant ist und die Ätztiefenänderung infolge der Dickenänderung und somit der Rate des Maskenverbrauchs auftritt, um die Oberfläche freizulegen, die dem gesteuerten Ätzen unterzogen wird. Die Maske kann außerdem aus mehreren Materialien hergestellt sein, die unterschiedliche Ätzraten (Ätzwiderstände) gegenüber dem verwendeten Ätzmittel besitzen. Es ist in diesem Fall möglich, eine vollständig robuste Ätzmaske an einer bestimmten Stelle in dem Maskenaufbau zu definieren, um dadurch eine Ätzsteuerung in den x-, y- und z-Achsen (Tiefen-Achse) zu ermöglichen.
  • Ein UV-Linienstrahler (oder eine alternative Energie/Strahlungsquelle) kann bei der Herstellung eines Ätzmaskenmusters verwendet werden. Es kann erforderlich sein, dass ein derartiger Linienstrahler einen gleichförmigen Bereich der Strahlungsbelichtung (durch UV/sichtbare/IR/Elektronen-Strahlung) über die Breite des gewählten Druckkopfes schafft und einen bestimmten Belichtungsbereich schafft, damit die Belichtung an einer bestimmten Stelle relativ zum Tropfenauftreffbereich erfolgt. Der Linienstrahler kann ein Lichtleitfaserbündel verwenden, das aufgefächert ist, damit sich eine einzelne Reihe von Fasern mit dem Einzeldurchmesser im Bereich von 0,25 bis 1 mm ergibt (siehe die 18 bis 21). Die Reihe von Fasern sind in direktem Kontakt und sind an einer Verstärkungsplatte aus Polyimidmaterial befestigt, die einen gewissen Grad der Starrheit und eine leichte Handhabung gewährleistet. Die Flexibilität der Fasern und die Verstärkungsplatte ermöglichen, dass das Faserbündel in die richtige Position und den richtigen Winkel für eine Strahlungsaussetzung an dem Tropfenauftreffbereich oder dazu angrenzend geformt werden kann. An der vorderen Oberfläche des Faserbündels kann daran angeklebte linsenförmige Linsen aufweisen, die über das gesamte Array aus einzelnen Fasern einen hohen Grad der Lichthomogenisierung schaffen. Es können mehrere derartige Faserbündel geschaffen werden, die eine Gruppe von Bestrahlungsbereichen erzeugen, die sich absichtlich überlappen, um eine großflächige Belichtung zu schaffen, oder die einzeln bleiben, um zu eingestellten Zeitintervallen und während dieser eine impulsförmige Belichtung zu schaffen, wenn das Substrat den Bestrahlungsbereich durchläuft.
  • Alternativ kann ein lokales Härten erreicht werden, indem eine Xenon-Lampe mit variablem Tastverhältnis, Betriebsfrequenz und Spektrum verwendet wird (indem Filter und/oder die Dotierung des Lampengases und/oder eine veränderliche Stromversorgung für die Lampe verwendet werden).
  • Die vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zum Bedecken (Überspannen) von Durchgangslöchern in gedruckten Leiterplatten unter Verwendung des Tintenstrahl-Druckprozesses erweitert werden. Typische plattierte Durchgangslöcher liegen im Bereich von 0,1 bis 1 mm Durchmesser. Der Überspannungsvorgang kann auf zwei Arten erfolgen, und zwar das Füllen der plattierten Löcher und die durch Oberflächenspannung gesteuerte Bedeckung.
  • Der Einfüllprozess verwendet eine Vielzahl von Tröpfchen, wobei unter der Wirkung von Kapillarkräften bewirkt wird, dass die Tröpfchen das plattierte Loch füllen. Ein UV-Härten verfestigt das Fluid, um einen festen Stopfen zu bilden.
  • Der Prozess der durch Oberflächenspannung gesteuerten Bedeckung erfordert, dass die Tropfengröße größer ist als die Größe des zu bedeckenden Lochs.
  • Darüber hinaus muss die Oberflächenspannung des Fluids gesteuert werden, um den Grad der Oberflächenbenetzung zu begrenzen, woraufhin die Rückstellkräfte der Oberflächenspannung des Fluids bewirken, dass das Fluid eine halbkugelige Geometrie annimmt, die das plattierte Loch in der gewünschten Weise überdeckt. Das Fluid wird wieder durch Belichtung mit Strahlung (UV/sichtbare/IR/Elektronen-Strahlung) gehärtet.
  • Die oben beschriebenen Techniken können auf ein Verfahren zum Entfernen einer mit Tintenstrahl gedruckten, UV-gehärteten Acrylat-Ätzmaske erweitert werden. Der Entfernungsprozess kann entweder nass oder trocken sein. Der trockene Prozess verwendet ein Plasma, das auf einer Vielzahl von Gaszusammensetzungen basiert, die Argon, Sauerstoff, Argon-Sauerstoff-Mischung, CF4-Sauerstoff-Mischung, Argon-Wasserdampf usw. (Reihe Inertgas-Seltene Erde; reaktives Gas, das mit Wasserstoff, Sauerstoff, Chlor, Fluor usw. behandelt ist) enthalten. Das Inertgas, wie etwa Argon, liefert ein Ion, das das Maskenmaterial mit der Absicht bombardiert, die Oberflächen-/oberflächennahen Bereiche (die als "geänderte Schicht" bezeichnet werden) zerbrechen. Dieser zerbrochene Bereich ermöglicht den leichten Transport von reaktiven Teilchen in das Volumen des Maskierungsmaterials und schafft einen direkten Zugang für diese Teilchen zu dem freiliegenden Kohlenstoffgerüst der Acrylatzusammensetzung. Die Elektronegativität der beteiligten Teilchen (d. h. C-C, C-H, C-O, C-F usw.) schafft gemeinsam mit der zusätzlichen Energie, die durch das heiße (energiereiche) Ion abgeführt wird, die erforderliche Thermodynamik, damit infolge der Stellenaustauschreaktion ein schnelles Ätzen ausgeführt wird. Ätzraten, die größer als 1 μm (Mikrometer) pro Minute sind, können bereits erreicht werden.
  • Der Nassprozess kann Systeme sowohl mit wässrigen als auch nicht wässrigen Lösungsmitteln verwenden. Chemische Ätzmittel auf wässriger Basis sind hauptsächlich kaustisch-basierte Ätzmittel [wobei ein typischer Prozess die Sprühinjektion über der Walzenzuführung von 5 % NaOH in H2O bei 30 °C ist]. Das nicht wässrige Lösungsmittel, das zum Entfernen der Acrylatmaske verwendet wird, enthält:
    • - Chloroform (auflösende Wirkung)
    • – Dichlormethan (schwellende und auflösende Wirkung – Schnellentfernung)
    • – Tetrachlormethan (auflösende Wirkung)
    • - Chlorbenzol (schwellende Wirkung)
    • - 1,1,2-Trichlorethan (auflösende Wirkung)
    • - N-Methylpyrrolidinon [NMP] (schwellende Wirkung – langsamer Prozess)
  • Die obigen Techniken können gleichfalls bei einem Verfahren des Tintenstrahldruckens einer gegen Trockenätzen beständigen anorganischen Ätzmaske angewendet werden. Obwohl der oben beschriebene Ätzmaskenprozess ein (organisches) Acrylatmaterial verwendet, kann das Tintenstrahl-Druckverfahren gleichfalls Ätzmasken schaffen, die auf anorganischen oder gemischten organischen-anorganischen Fluidsystemen basieren. In diesen Fällen gelten trotzdem die Eigenschaften des Fluids und der chemischen Stabilität in Bezug auf die Druckkopfmaterialien und die nicht benetzende Düsenbeschichtung.
  • Das Verfahren, das zum Verfestigen der Tropfen verwendet wird, kann durch das verwendete Fluidsystem festgelegt sein. Ein organisch-anorganisches Fluid (Ormocer – organisch modifizierte Keramik, Sol-Gel, metalloorganisch usw.) kann trotzdem ein Strahlungshärten, wie etwa UV-Härten, verwenden. In Abhängigkeit von der Anwendung ist jedoch ein weiterer Grad der Verfestigung erforderlich, der die thermische Verdichtung verwendet. In diesem Fall können entweder schnelle thermische Verfahren, die die Bestrahlung aus unmittelbarer Nähe verwenden, oder eine aufeinander folgende Übergabe an einen Bearbeitungsbereich angewendet werden. Der thermische Glühprozess wird verwendet, um das Maskenmaterial zu verdichten und um organische Stoffe mit großer Ätzrate zu entfernen. Das sich ergebende Material besitzt dann einen bestimmten Grad der Strahlungshärte (Plasmahärte), die es für Anwendungen der Trockenätzmaskierung geeignet macht.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Verfahren zum Strahlungshärten von Tropfen, das eine Anordnung aus doppeltem Druckkopf mit einer integrierten gemeinsamen Quelle zum Strahlungshärten verwendet (siehe 22). Diese Anordnung besitzt eine Strahlungsquelle, die an den äußeren Enden und in der Mitte der Anordnung aus den beiden Druckköpfen, deren Rückseiten einander zugewandt sind, angeordnet ist. Das ermöglicht, dass der Druckkopf in einer Betriebsart mit zwei Richtungen drucken kann; indem der gleiche Grad der Bestrahlungsaussetzung unabhängig von dem Druck in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung geschaffen wird.
  • Die oben beschriebenen Techniken können auf ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken von Ätzmaskenmustern, die gegen ein stromloses oder elektrolytisches Plattierungsbad beständig sind, angewendet werden. Das Verfahren des Druckens ist das gleiche wie für das Ätzmaskendrucken für gedruckte Leiterplatten. Der Unterschied besteht in der Wahl der verwendeten Materialien und der Notwendigkeit, ein dreidimensionales Maskiermuster aufzubauen. Das dreidimensionale Drucken wurde oben beschrieben. Die Wahl des Maskenmaterials hängt von den Teilchen der Lösungszusammensetzung des stromlosen und/oder elektrolytischen Bads ab. Typische Materialien enthalten Epoxyde, Polycarbonate, Silikon, PTFE, Polychlortrifluorethylen, Polyimid, Polyisopren und Polypropylenpolystyrol usw.
  • Eine Ätzmaske mit additiver Plattierung kann außerdem unter Verwendung des Tintenstrahldrucks ausgebildet werden. Das ist eine spezielle Verwendung des lokalen Höhenaufbaus, der oben unter dem Stichwort dreidimensionales Drucken abgehandelt wurde.
  • Eine Ätzmaske mit hoher Auflösung kann außerdem unter Verwendung des Tintenstrahldrucks ausgebildet werden. Hohe Auflösung besitzt in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung eine unterschiedliche Bedeutung. Für den Zweck dieser Offenbarung bedeutet hohe Auflösung eine Merkmalgröße:, die kleiner als 10 μm (Mikrometer) ist.
  • Unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken kann außerdem eine elektrisch leitende Maskierschicht ausgebildet werden. Eine derartige Maskierschicht kann nach der Verwendung an der Verwendungsstelle bleiben wie die Zuchtschicht zum stromlosen/elektrolytischen Plattieren eines Elektrodenmusters. Die Maskierschicht kann kohlenstoffbasiert oder metallazetat-basiert (z. B. Palladium) sein, um eine bestimmte Leitfähigkeit und eine chemische Zwischenflächenreaktion von dem Aufplattieren des gewählten Metalls zu bewirken.
  • Es kann außerdem eine Zieroberflächen-Ätzmaske ausgebildet werden. Die Zieroberfläche kann auf den Eigenschaften der Tinte (Tinten) basieren, die zum Bilden des Oberflächenreliefmusters verwendet wird. Es ist beispielsweise möglich, eine geladene Tinte mit optischen Partikeln zu verwenden, die bei Verfestigung in Abhängigkeit von der Bestrahlungswellenlänge und vom Winkel Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen reflektiert. Ein derartiges System könnte infolge der Einmaligkeit der Partikelverteilung in dem Festkörper, die als eine Sicherheitssignatur dargestellt und aufgezeichnet werden kann, als eine Sicherheits vorrichtung verwendet werden.
  • Ein Maskiermuster kann basierend auf der Übertragung einer chemischen Anhaftung ausgebildet werden (siehe 23). Eine chemische Anhaftung kann durch Chiralität oder über eine hydrophile Reaktion an einer katalysierten Oberfläche erfolgen. Die aufgebrachte Energie schafft ein Mittel zum Übertragen eines bekannten Volumens von Fluid von einem in unmittelbarer Nähe teilweise aktivierten Tröpfchens, wodurch sichergestellt wird, dass das Tröpfchenband unter gesteuerten Bedingungen aufgebrochen wird. Eine rechnerische fluiddynamische Modellierung hat gezeigt, dass eine derartige Fluidübertragung (FIowScience) bei einer bestimmten Oberflächenspannung des Fluids und Energiebedingungen der Substratoberfläche auftritt.
  • Eine umgekehrt angebrachte automatisch punktierte Ätzmaske für eine gedruckte Einzelplatten-Leiterplatte (PWB) kann ausgebildet werden (siehe 24). Der Prozess kann zwei einander zugewandte Druckköpfe oder verbundene lineare Arrays aus Druckköpfen verwenden, die unter Verwendung z. B. eines He-Ne-Laserstrahls und eines Siliciumdioden-Photodetektors aufeinander ausgerichtet wurden. Die Ausrichtung wurde unter Verwendung von piezoelektrischen bimorphen (oder ähnlichen) Positionierungsvorrichtungen der x-y-z-Achsen und der Richtung der Azimuthöhe des Druckkopf/Druckkopf-Array bewirkt. Nachdem die Ausrichtung bewirkt wurde, kann eine Platte in einem Rahmen zu einer Mittelposition zwischen den Druckköpfen (der Arrays) transportiert werden und ein doppelter Druck kann auf beiden Oberflächen erreicht werden, die zu einem sehr hohen Grad punktiert werden.
  • Es können Maskiermuster mit nahezu senkrechten Wänden ausgebildet werden. Eine rechnerische fluiddynamische Modellierung (basierend auf der Modellierungs-Software FIow3D der FIowScience Inc.) der Wechselwirkung des von dem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßenen Tropfens mit festen Oberflächen hat nahegelegt, dass es möglich ist, einen einzelnen Punkt zu erzeugen, dessen Seitenwand-Geometrie nahezu senkrecht ist. Der Tropfenabstand und der Verfestigungszustand des vorherigen Tropfens, gekoppelt mit der Auftreffgeschwindigkeit des Tropfens und der Tintenviskosität beeinflussen die Rate des Zusammenwachsens, damit eine Linie gebildet wird. Damit die Linie ein vertikales Seitenwandprofil besitzt, ist es wesentlich, dass der Prozess des Zusammenwachsens in der Zeit erfolgt, die das Tropfenmaterial benötigt, um sich auf die Breite des verfestigten Tropfens auszubreiten (d. h. in einer Zeit ≤ 10 μs).
  • Eine Ionenimplantationsmaske kann ausgebildet werden (siehe 25). Die Aufgabe des Maskenmaterials besteht darin, die Oberfläche unter der Maske vor einem energiereichen Ionenstrahl zu schützen. Der Energiebereich, der von Interesse ist, reicht von 10 eV bis 50 MeV. Die Maskierschichtdicke hängt von der Energie des Bestrahlungsstrahls ab. Bei der größten Energie wird die erwartete Maskendicke ≤ 10 μm sein.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenreliefmusters auf einer Oberfläche erweitert werden. Ein derartiges Reliefmuster würde eine Confinement-Well-Maske bzw. Einsperrungs-Loch-Maske sein, die bei der Herstellung von Einfarben- oder Mehrfarben-Anzeigen mit Lichtemissionspolymeren verwendet werden. Andere derartige Anzeigen, die eine solche Confinement-Well bzw. ein Einsperrungs-Loch verwenden könnten, enthalten anorganische Lanthanid-Farbstoffe oder organische Farbstoffstrukturen mit kleinen Molekülen.
  • Die vorliegende Erfindung kann außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen eines Musters aus Abstandhaltern erweitert werden (siehe 27). Der Abstandhalter wird verwendet, um zwei Teile einer Flachplatten-Anzeigevorrichtung um eine bekannte und genaue Höhe zu beabstanden. Ein Beispiel ist die Verwendung eines Abstandhaltermaterials mit einer bekannten Leitfähigkeit und einer unwesentlichen Elektronenemissionsfähigkeit in einer unterdruckgestützten Feldemissionsanzeige. Ein weiteres Beispiel ist die Trennung einer Senkenstruktur in einer Flüssigkristallanzeige. Die Senkenstruktur enthält das Flüssigkristall, das entweder durch Tintenstrahl aufgedruckt oder durch Unterdruck imprägniert wird, um das Füllen der Senke zu bewirken.
  • In alternativen Anordnungen kann eine Ätzmaske ausgebildet werden, indem ein vollständig trockener Photoübertragungsprozess mit geladenem Toner verwendet wird. Das ist eine Abwandlung des Photokopierens dahingehend, dass der Toner ein Nano- oder Mikrokapsel/Teilchen/Kügelchen-System ist, das die erforderlichen Abmessungen und Materialeigenschaften für eine Ladungsansammlung an dem Toner und den Partikelübergang an den Photoleiter und an das Substrat, das mit einem Muster versehen werden sollen, besitzt. Ein vom Computer erzeugtes Bild (CGI) wird an eine Lichtemissionspolymer- (LEP) Anzeige gegeben, die bei einer bestimmten Wellenlänge bzw. in einem bestimmten Wellenband strahlt, wobei die lichtleitende Trommel/Platte (Photorezeptor) die elektrostatische Ladung enthält. Wie in einem Standard-Kopierer verschwindet die elektrostatische Ladung (positiv) dort auf der lichtleitenden Trommel/Platte, wo Licht von der LEP-Anzeige einfällt. Ein Walzensystem überträgt Toner (negativ geladen) an den Bildbereich auf der lichtleitenden Trommel/Platte. Ein Substrat wird in die unmittelbare Umgebung gebracht und der Toner wird von der lichtleitenden Trommel/Platte auf das Substrat übertragen. Das Substrat besitzt eine vorgegebene starke positive statische Ladung, um das in dem Toner befindliche Bildmuster von der lichtleitenden Trommel/Platte abzuziehen und um eine ausreichende elektrostatische Anziehung zu schaffen, um den Toner an der Verwendungsstelle zu halten. An diesem Punkt kann der Standard-Photokopierprozess fortgesetzt werden, und zwar durch das Einbrennen des Toners in das Substrat über den Druck einer erwärmten Walze. Alternativ kann der Toner an Ort und Stelle unter Verwendung von Verarbeitungsmitteln mit Wärme/Infrarot-Strahlung (pulsierende oder kontinuierliche Strahlung) verarbeitet werden, um die Mikrokapseln/Teilchen/Kügelchen zu verflüssigen, damit ein Zusammenwachsen des Materials bewirkt wird. Es wird z. B. angenommen, dass die Toner-Mikrokapseln/Partikel tatsächlich feste Kügelchen aus einem Niedertemperatur-Thermoplast (< 200 °C) sind. Die geladenen Partikel werden geschmolzen, wenn die Temperatur erhöht wird. Der Grad des Schmelzens ist ausreichend, um ein Zusammenwachsen ohne übermäßige Oberflächenbenetzung zu bewirken (Aufschmelzen). Eine Wegnahme der Wärme ermöglicht eine Wiederverfestigung des Thermoplasts, wodurch das geforderte Ätzmaskenmuster ausgebildet wird. Es wird erwartet, dass hohle Kapseln verwendet werden könnten, die ein bestimmtes Material enthalten (d. h. ein Polymer, einen anorganischen Stoff usw.). Beim Aussetzen einer korrekten Strahlungs-/Bearbeitungsatmosphäre zerfällt die Hülle der Mikrokapsel, wodurch das darin befindliche Material freigegeben wird. Dieses Material mit gesteuerter Viskosität und Oberflächenspannung (temperaturabhängig) strömt aus der zerstörten Umgrenzungshülle und wächst mit Material von den nächsten Nachbarkapseln zusammen, wodurch das notwendige Bildmuster ausgebildet wird. Ein derartiges Bild muss nicht auf ein Ätzmaskenmuster beschränkt sein, sondern es könnte einen Teil einer organischen elektronischen oder optoelektronischen Vorrichtung bilden. Die Übertragung eines CGI-Musters bedeutet, dass für diesen Prozess keine Masken erforderlich sind.
  • Es werden nun einige Beispiele, die die Erfindung ausführen, beschrieben.
  • Allgemeine Merkmale
  • 1. Verschachtelung von Bildern und Adressierbarkeit des Druckkopfes
  • Das Schaltungsbild wird auf einem CAD/CAM-System erzeugt und in einem Standard-Vektorformat, wie etwa RS-274X-Gerber, an das Maskendrucksystem exportiert. Die Datei, die das Schaltungsbild enthält, wird dann in ein Rasterformat umgesetzt, um den korrekten Dateityp für die Druckkopfoperation zu erzeugen.
  • Das Rasterbild wird außerdem in Druckstreifen mit einer Breite zerlegt, die gleich oder kleiner der Breite des druckbereiten Druckkopfes ist. Das Bild wird ferner in jedem Druckstreifen in mehrere zusätzliche verschachtelte Durchläufe zerlegt, um eine größere Bildauflösung zu erzeugen.
  • Kanalstaffelung ist ein wichtiges Merkmal auf dem Gebiet des Ätzmaskendrucks, da sie eine bessere Adressierbarkeit von Tropfen auf dem Substrat ermöglicht als jene, die durch den Druckkopf in seiner Standardkonfiguration erzeugt wird.
  • Der Druckkopf wird durch einen Wert indexiert, der sich errechnet durch 1/Anzahl der Durchgänge × Düsenabstand
  • Zum Beispiel kann bei einem Druckkopf mit einer Düsenauflösung von 180 dpi eine Bildauflösung von 360 dpi erreicht werden, indem in jedem Druckstreifen zwei Durchgänge mit einem Kanalschritt von ½ Kanal (70,5 μm) verwendet werden. Das Bild ist für jeden Durchgang in dem Druckstreifen unterschiedlich, bei zwei Durchgängen wird jeder Durchgang abwechselnde Pixellinien enthalten.
  • Für eine Tropfen-Adressierbarkeit von 720 dpi auf dem Substrat sind 4 (d. h. 720/180) Durchgänge in dem Druckstreifen erforderlich, so dass für eine Substrat-Adressierbarkeit von 720 dpi der Druckkopf-Schrittindex ¼ × 141,1 μm = 35,275 μm beträgt.
  • Bei einem Prozess mit 4 Durchgängen wird jeder aufeinander folgende Bilddurchgang jeweils ein Viertel einer Pixelzeile enthalten.
  • Es ist vorgesehen, dass zukünftige Druckkopfentwicklungen 16 Graustufenpegel bei kleineren Tropfen und einer Düsendichte von 360 dpi ausgeben können. In diesem Fall sind für eine Tropfen-Adressierbarkeit von 2880 dpi auf dem Substrat 8 (d. h. 2880/260) Durchgänge erforderlich. Für diese Substrat-Adressierbarkeit von 2880 dpi beträgt der Druckkopf-Schrittindex 1/8 × 70,6 μm = 8,82 μm.
  • Ein Zusatz bei diesem Verschachtelungsprozess besteht darin, dass aufeinander folgende Durchgänge in einem Druckstreifen ausgeführt werden, wobei eine andere Gruppe von Düsen verwendet wird. Wenn z. B. ein Druckkopf mit 500 Düsen verwendet wird, wird das Bild in Druckstreifen/Durchgänge im Bereich zwischen 400 und 496 Pixelzeilen unterteilt. Der Druckkopf kann dann um eine ganze Zahl sowie um den Teilschritt zwischen den Kanälen bewegt werden, wobei das Bild softwaremäßig ausgerichtet wird, um das Bild korrekt neu auszurichten. Diese Lösung macht den Einfluss von Düsenabweichungen oder -ausfällen minimal, verringert die Fehlerraten infolge der Bildung von kleinen Löchern und Schaltungsunterbrechungen in der erzeugten Schaltung.
  • Der Druckkopf kann z. B. zwischen den Durchgängen um 5 Viertel-Düsenabstände indexiert werden, wobei der Druckkopfkanal-Versatzparameter um 5 vergrößert ist, um das Bild nachzurichten.
  • 2. Allgemeine Vorbehandlung von Kupferlaminat
  • Alle Typen von Kupferlaminaten, z. B. Standard-NTE, rückseitenbehandeltes, doppelt behandeltes, chrombehandeltes Kupferlaminat sowohl an FR4- als auch PET-Substraten werden den jeweiligen Vorbehandlungsregimen unterzogen. Ein Persulfat-Mikroätzen wird verwendet, um die Antioxidationsmittelschicht zu entfernen. Alternativ kann außerdem ein Abbimsen, Bürsten oder Polieren der Oberfläche zufrieden stellende Ergebnisse erzielen. Die Oberflächenrauigkeit liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 5,0 μm und vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,0 μm.
  • Ein patentiertes Spray zum Anlaufschutz wird dann zusammen mit einem Haftunterstützungsmittel auf die Platte gesprüht. Die Oberflächenenergie der vorbehandelten Platten liegt im Bereich von 24 bis 35 dynes/cm und vorzugsweise im Bereich von 26 bis 28 dynes/cm. Schließlich wird eine Klebewalze oder eine Ionisiereinrichtung verwendet, um vor dem Drucken alle Staubreste von den vorbe handelten Platten zu entfernen.
  • 3. Allgemeinen Bedingungen
  • Ätzmaskendrucken wurde in einer staub- und vibrationsfreien Umgebung bei einer Umgebungstemperatur von 10 bis 40 °C und vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30 °C bei einer Umgebungsfeuchtigkeit, die vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 70 % lag, ausgeführt. Die Druckkopftemperatur lag bei allen Beispielen in einem Bereich von 30 bis 60 °C und vorzugsweise im Bereich von 35 bis 45 °C.
  • Beispiel 1
  • Elemente mit großen Abmessungen
  • Die Arbeit mit Elementen mit großen Abmessungen (größer als 250 μm) wurde unter Verwendung eines Druckkopfes Xaarjet XJ500 mit 180 dpi ausgeführt, der vorgesehen ist, mit UV-härtenden Fluiden auf Acrylatbasis zu drucken, und der mit einer Düsenstaffelung zwischen 15 und 47 μm aufgebaut ist. Die bei diesem Beispiel verwendete Staffelung betrug 23,5 μm. Dieser Druckkopf wies 500 Düsen auf und erzeugte Tröpfchengrößen mit einem Volumen von 70 pl. Der Druckkopf wurde in einer Höhe von 0,5 bis 2,0 mm und vorzugsweise bei einer Höhe von 0,75 bis 1,25 mm über dem Substrat verwendet. Die Adressierungsmöglichkeit des Druckkopfes lag im Bereich von 180 bis 540 dpi und vorzugsweise bei 360 dpi und das Drucken wurde in zwei Richtungen bei einer Druckgeschwindigkeit von 168 bis 506 mm/s und vorzugsweise bei 282 mm/s ausgeführt. Die Verzögerung zwischen Tropfenauftreffen und lokalem UV-Härten lag im Bereich von 10 bis 2000 ms und vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300 ms.
  • Beispiel 2
  • Elemente mit mittleren Abmessungen
  • Die Arbeit mit Elementen mit mittleren Abmessungen (größer als 150 μm) wurde unter Verwendung eines Druckkopfes Xaarjet XJ500 mit 360 dpi ausgeführt, der vorgesehen ist, mit UV-härtenden Fluiden auf Acrylatbasis zu drucken, und der eine Düsenstaffelung zwischen 6 und 23,5 μm und vorzugsweise von 11,8 μm besitzt. Dieser Druckkopf wies 500 Düsen auf und erzeugte Tröpfchengrößen mit einem Volumen von 21 Pikoliter. Der Druckkopf wurde in einer Höhe von 0,5 bis 2,0 mm und vorzugsweise bei einer Höhe von 0,75 bis 1,25 mm über dem Substrat verwendet. Die Adressierungsmöglichkeit des Druckkopfes lag im Bereich von 340 bis 1440 dpi und vorzugsweise bei 720 dpi und das Drucken wurde in 4 Durchgängen in einer Richtung bei einer Druckgeschwindigkeit von 60 bis 506 mm/s und vorzugsweise im Bereich von 60 bis 282 mm/s ausgeführt. Die Verzögerung zwischen Tropfenauftreffen und lokalem UV-Härten lag im Bereich von 10 bis 2000 ms und vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300 ms.
  • Beispiel 3
  • Elemente mit kleinen Abmessungen
  • Die Arbeit mit Elementen mit kleinen Abmessungen (größer als 50 μm) wurde unter Verwendung eines Graustufen-Druckkopfes Xaarjet XJ500 (8 Pegel) ausgeführt, der vorgesehen ist, mit UV-härtenden Fluiden auf Acrylatbasis zu drucken, und der eine Düsenstaffelung zwischen 3 und 11,8 μm und vorzugsweise von 6,0 μm besitzt. Dieser Druckkopf wies 500 Düsen auf und erzeugte Tröpfchengrößen mit einem Volumen von 5 und 6 Pikoliter pro Pegel. Der Druckkopf wurde in einer Höhe von 0,5 bis 2,0 mm und vorzugsweise bei einer Höhe von 0,25 bis 1,25 mm über dem Substrat verwendet. Die Adressierungsmöglichkeit des Druckkopfes lag im Bereich von 340 bis 1440 dpi und vorzugsweise im Bereich von 720 bis 1440 dpi und das Drucken wurde in 4 bis 8 Durchgängen in Abhängigkeit von den mehreren verwendeten Druckköpfen in beiden Richtungen bei einer Druckgeschwindigkeit von 43 bis 350 mm/s und vorzugsweise im Bereich von 87,5 bis 175 mm/s ausgeführt. Die Verzögerung zwischen Tropfenauftreffen und lokalem UV-Härten lag im Bereich von 10 bis 2000 ms und vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300 ms.
  • Es ist geplant, dass zukünftige Druckkopfentwicklungen, die 16 Graustufenpegel bei kleineren Tropfengrößen und einer erhöhten Düsendichte bis 360 dpi bereitstellen, ermöglichen, dass der Bereich der Adressierbarkeit bis 2880 dpi bei einer Druckgeschwindigkeit, die durch die Auslösefrequenz des Druckkopfes begrenzt ist, erweitert wird. Das Drucken wird in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung mit 8 Druckdurchgängen erfolgen (geteilt durch die Anzahl der verwendeten Druckköpfe).
  • 4. Allgemeine Bedingungen des UV-Härtens der Tinte
  • Das Tintenstrahl-Ätzmaskierungssystem ist mit zwei unterschiedlichen UV-Härtequellen konfiguriert: (i) eine lokale Härtequelle nahe am Druckkopf mit einer Intensität im Bereich von 1 bis 300 mW/cm2; und (ü) eine abschließende, die gesamte Platte härtende Quelle mit einer Intensität im Bereich zwischen 100 und 300 W/linearem Zoll bei einer Gesamtenergie im Bereich zwischen 0,5 und 4 J/cm2 und vorzugsweise im Bereich von 1 bis 2 J/cm2.
  • Das Härten wird vorzugsweise unter einer teilweise sauerstoffreduzierten Atmosphäre ausgeführt, normalerweise, jedoch nicht notwendigerweise bei einem erhöhten Druck von Stickstoff oder einem anderen trägen Gas in den Härtebereichen. Die Aufenthaltsdauer beim abschließenden UV-Härten liegt zwischen 1 und 10 s.
  • Alternativ kann ein lokales Härten unter Verwendung einer Xenon-Lampe erreicht werden, bei der Tastverhältnis, Betriebsfrequenz und Spektrum veränderlich sind (unter Verwendung von Filtern und/oder der Dotierung von Lampengasen und/oder der Veränderung der Stromversorgung an die Lampe).
  • 5. Bedingungen zum Entfernen von Ätz- und Maskiermustern
  • Die kupferlaminierte Platte mit dem fertigen Maskiermuster wird durch ein Standard-Sprühätzsystem mit Fördereinrichtung unter Verwendung von entweder sauren oder alkalischen Ätzzusammensetzungen bearbeitet.
  • Die Ätzmaske wird dann unter Verwendung von alkalischem Tauchen, vorzugsweise in einer kaustischen Lösung eines Kalium- oder Natriumhydroxid/2-Aminioethanol-Systems bei einer Temperatur zwischen 20 und 50 °C bei Umwälzung, wie etwa durch Sprühtauchen, entfernt.

Claims (63)

  1. Verfahren zum Ausbilden eines Markiermusters auf einer Oberfläche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: die Technik eines Tropfen-Auf-Anforderung-Druckens wird verwendet, um von einem Tröpfchen-Niederschlagsapparat eine Vielzahl von Tröpfchen auf einer Oberfläche niederzuschlagen, um ein Maskiermuster auszubilden wobei die Tröpfchen durch einen Betriebsbereich hindurchgelangen der zwischen dem Niederschlagsapparat und der Oberfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den Schritt umfasst, wonach lokal der Betriebsbereich elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird, umso ein zusammenwachsen von Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die Festigkeit des Maskiermusters gesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Ausbildung des Maskiermusters so gesteuert wird, dass das Maskiermuster vorbestimmte strukturelle Eigenschaften hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Betriebsbereich sich von dem Niederschlagsapparat zu der Oberfläche erstreckt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine relative Bewegung zwischen dem Abscheideapparat und der Oberfläche so bewirkt wird, dass der Betriebsbereich sich über die Oberfläche während einer Ausbildung des Maskiermusters bewegt.
  5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die lokale Umgebung des Betriebsbereichs so gesteuert wird, dass das Zusammenwachsen der Tröpfchen auf der Oberfläche gesteuert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die lokale Umgebung des Betriebsbereichs gesteuert wird, dass die Ausbreitung der Tröpfchen auf der Oberfläche gesteuert wird.
  7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die lokale Umgebung des Betriebsbereichs so gesteuert wird, dass eine Platzierung der Tröpfchen auf der Oberfläche gesteuert wird.
  8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die lokale Temperatur des Betriebsbereichs so gesteuert wird, dass die Rate der Verfestigung der Tröpfchen auf der Oberfläche gesteuert wird.
  9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die lokale Atmosphäre des Betriebsbereichs gesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem wenigstens ein Teilvakuum in dem Betriebsbereich gesteuert wird, umso im wesentlichen eine Verschmutzung der Tröpfchen während eines Durchgangs von dem Niederschlagsapparat zu der Oberfläche zu vermeiden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem ein Druckdifferenzial das sich zwischen dem Niederschlagsapparat und der Oberfläche erstreckt, in dem Betriebsbereich ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welchem ein träges oder reaktives Gas in den Betriebsbereich während eines Tröpfchenniederschlags eingeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dauer, während der der Betriebsbereich einer elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt ist, gesteuert wird, umso die Ausbreitung der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die sich ergebende Form des Maskiermusters gesteuert wird.
  14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Intensität einer elektromagnetischen Strahlung gesteuert wird, umso das Ausbreiten der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern, wobei dadurch die sich ergebende Gestalt des Maskiermusters gesteuert wird.
  15. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem sich der Betriebsbereich zu der Oberfläche erstreckt und der Betriebsbereich lokal einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird, und zwar nachfolgend zu den Niederschlag von Tröpfchen, die durch den Betriebsbereich hindurchgelangen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem die Zeitdauer zwischen dem Niederschlag von Tröpfchen auf der Oberfläche und dem lokalen Aussetzen gesteuert wird, umso ein Ausbreiten der Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem die Zeitdauer in dem Bereich von 1000 bis 2000 ms liegt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die Zeitdauer in dem Bereich von 50 bis 300 ms liegt.
  19. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einer Quelle emittiert wird, die mit dem Niederschlagsapparat einstöckig ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einer Vielzahl von Quellen emittiert wird, die entlang des Niederschlagsapparats beabstandet sind.
  21. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die elektromagnetische Strahlung wenigstens eine der folgenden umfasst: Ultraviolett, sichtbar als Licht, Infrarot, Mikrowellen und Alfateilchen
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung sequenziell koinzident sind oder parallel auf den niedergeschlagenen Tröpfchen.
  23. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die elektromagnetische Strahlung aus wenigstens einer Lichtemissionsdiode emittiert wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einem unabhängig adressierbaren Array von Lichtemissionsdioden emittiert wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einem Halbleiter-Quantum-Well-Festkörperlaser emittiert wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einem unabhängig adressierbar Array von Halbleiter-Quantum-Well-Festkörperlaser emittiert wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von wenigstens einem Lichtemissionspolymer emittiert wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem die elektromagnetische Strahlung, die von den Lichtemissionspolymer emittiert wird, gefilter wird, um eine bestimmte Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung auszuwählen.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einer Mikrowellen-initiierten bzw. gezündeten Gas-Entladungs-Strahlungsquelle emittiert wird.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei welchem die elektromagnetische Strahlung von einer Vielzahl von optischen Fasern emittiert wird.
  31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektromagnetische Strahlung, die emittiert wird, auf die Tröpfchen fokusiert ist.
  32. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem, nachdem der Betriebsbereich einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wurde, das niedergeschlagene bzw. abgeschiedene Maskiermuster vollständig der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird, umso zu gewährleisten, dass die niedergeschlagenen Tröpfchen ausgehärtet werden.
  33. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Abstand zwischen dem Abscheideapparat und der Oberfläche während eines Tröpfchenniederschlags gesteuert wird, umso die Zeit zu steuern, die ein Tröpfchen braucht, um von dem Niederschlagsapparat auf die Oberfläche zu gelangen.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem der Abstand in dem Bereich von 0,5 bis 2 mm liegt.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, bei welchem der Abstand im Bereich von 0,75 bis 1,25 mm liegt.
  36. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das abgeschiedene Maskiermuster unter Verwendung eines Abbildungsapparats abgebildet wird, der mit dem Abscheideapparat einstöckig ist.
  37. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dass den Schritt umfasst, wonach die Oberflächenenergie der Oberfläche vor der Tröpfchenabscheidung gesteuert wird.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem die Oberfläche wenigstens einem der folgenden Ansprüche ausgesetzt wird: Abrasion, Polieren, Ozonbehandlung, Plasma-Aussetzen bzw. Plasma-Behandlung und Oberflächenbeschichtung, und zwar vor der Tröpfchenabscheidung bzw. vor dem Tröpfchenniederschlag
  39. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Tröpfchen von einem Tröpfchenniederschlags-Druckkopf niedergeschlagen werden, der umfasst eine Niederschlagskammer zum aufnehmen des Niederschlagsmaterials, eine Ausgangsdüse in Fluidkommunikation mit der Niederschlagskammer und ein Mittel zum Ausstoßen von Tröpfchen von Niederschlagsmaterial von der Niederschlagskammer durch die Auslassdüse.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die Tröpfchen von einer Vielzahl der Druckköpfe niedergeschlagen werden.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, bei welchem das Maskiermuster aus einer Vielzahl von Niederschlagsmaterialen ausgebildet ist, wobei jedes Niederschlagsmaterial von einem jeweiligen Niederschlags-Druckkopf niedergeschlagen wird.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41, bei welchem die Auslassdüse selektiv abgedeckt wird um einen Eintritt elektromagnetischer Strahlen in den Niederschlags-Druckkopf im Wesentlichen zu verhindern.
  43. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 42, bei welchem die Düse nach Ausstoßen eines Tröpfchens von der Niederschlagskammer gereinigt wird.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, bei welchem die Auslassdüse selektiv durch einen Düsenverschluss abgedeckt wird, wobei der Verschluss ein Mittel umfasst, um die Düse zu reinigen.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, bei welchem die Auslassdüse von einer beweglichen Wischklinge gereinigt wird, die an den Düsenverschluss angebracht wird.
  46. Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, bei welchem ein Restabscheidematerial, das von der Düse durch das Reinigungsmittel entfernt wird, zu einem Reservoir übertragen wird, das mit dem Niederschlagsdruckkopf untergebracht ist.
  47. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Oberfläche auf einem flexiblem Platz angeordnet ist, dass zwischen zwei Rollen bzw. Spulen eine Verbindung herstellt, wobei die Rollen bzw. Spulen gedreht werden, um die Oberfläche zu den Niederschlagsapparat zu bewegen.
  48. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dass den Schritt umfasst, wonach wenigstens teilweise das Niederschlags-Maskiermuster entfernt wird.
  49. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das Maskiermuster ein dreidimensionales Maskiermuster ist.
  50. Verfahren nach Anspruch 49, bei welchem das Maskiermuster eine Vielzahl von Schickten von Niederschlagsmaterial umfasst, wobei die Schichten sequenziell auf der Oberfläche niedergeschlagen werden.
  51. Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem jede Schicht eine entsprechende Gestalt hat.
  52. Verfahren nach Anspruch 49, bei welchem das Maskiermuster aus einer Mehrzahl bzw. Vielzahl von Tröpfchen ausgebildet ist, die auf einer Vielzahl von Niederschlagswellen auf der Oberfläche abgeschieden werden, wobei Tröpfchen bei jeder der Stellen der Reihe nach bzw. abwechselnd abgeschieden werden.
  53. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das Maskiermuster eine Lötmittel-Rückflussmaske umfasst.
  54. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem die Maske aus einem der folgenden ausgebildet ist: Silikon, Polyamid, Polytetrafluorethylen und Epoxy.
  55. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 51, bei welchem das Maskiermuster eine Ätzmaske ist.
  56. Verfahren nach Anspruch 55, bei welchem die Ätzmaske aus einem organisch-inorganisch-Fluid ausgebildet ist.
  57. Verfahren nach Anspruch 55, bei welchem die Ätzmaske aus einem der folgenden ausgebildet ist: Epoxy, Polycarbonat, Silizium, Polytetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen, Polyimid, Polyisopren, Polypropylenpolystyren.
  58. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 52, bei welchem das Maskiermuster eine elektrisch leitende Maske ist.
  59. Verfahren nach Anspruch 58, bei welchem die Maske aus einem der folgenden ausgebildet ist. kunststoffbasiertes und metallazetat-basiertes Material.
  60. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 52, bei welchem das Maskiermuster ein Ziermaskiermuster ist.
  61. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 53, bei welchem das Maskiermuster eine Ionenimplantationsmaske ist.
  62. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 52, bei welchem das Maskiermuster eine Confinement-Well- bzw. Einsperrungs-Loch-Maske ist.
  63. Tröpfchen-Niederschlagsapparat, der umfasst eine Niederschlagskammer zum Aufnehmen von Niederschlagsmaterial, eine Auslassdüse in Fluidkommunikation mit der Niederschlagskammer, ein Mittel zum Ausstoßen von Tröpfchen von Niederschlagsmaterial auf Anforderung von der Niederschlagskammer durch die Auslassdüse auf eine Oberfläche, ein Mittel zum Festlegen eines Betriebsbereichs durch den Tröpfchen zwischen der Auslassdüse und der Oberfläche hindurch gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat weiter umfasst ein Mittel, um den Betriebsbereich lokal einer elektromagnetischen Strahlung auszusetzen, umso ein Zusammenwaschen von Tröpfchen auf der Oberfläche zu steuern.
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