CN101462414B - 用于电子元件集成的印刷装置及印刷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种印刷装置，可在具有台阶状的基板上进行精密导电图案印刷，包括一个平台模块、一个打印模块、一个喷头运动模块、平台模块和喷头运动模块中至少有一个模块上设置有旋转运动单元，该旋转运动单元能驱使所述的平台或喷头分别绕着X轴和Y轴旋转，从而使得喷头对准与X-Y平面成a角的台阶面进行打印，所述的a角为大于0度小于等于90度的角；本发明的主要创新点就是能在台阶状的基板上进行连续打印，不管在印刷装置上设置旋转运动单元，还是在印刷方法中增设喷头实时旋转打印步骤或分别在水平平面和台阶平面内打印，都是为了解决台阶状基板的表面打印金属导线物理特性连续问题，且保证打印的金属线不间断，导电优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种印刷精细导电图案的印刷装置及印刷方法，尤其涉及多芯片封装或集成领域内一种在由多个电子模块组成的高低不平的基板上喷墨打印精细互连金属线的装置及方法。
背景技术
在电子加工(尤其是微电子)或多芯片封装过程中，金属布线技术是基板上各部件相互连接、传递信号以构造完整体系的基础，同时也是各类电子器件制备过程不可缺少的工艺步骤。
目前，电子器件中的金属布线，通常是通过先加工附有金属导线图案的平板(PCB板)，然后再通过焊接的方式将电子元件固定在平板上。这样就需要以下步骤——设计电路图，加工PCB电路板，焊接电子元器件，最后才形成所需的电子器件，而且为了便于焊接，电子元件必需是封装后的元件。
上述的这种布线方法存在以下缺点：工艺设备固定投入高，加工工艺复杂，加工出的电子器件面积太大不利于器件的集成，加工PCB板需对覆铜板进行腐蚀，不但浪费资源而且污染环境，加工灵活性差，不利于布线的修改。
为了能降低成本，减小加工工艺复杂性，提高加工灵活度，一种利用喷墨打印技术直接打印金属导线的加工方法被越来越多的研究，如富士公司研制的DMP系列的喷墨打印机，Litrex公司研制的一系列高精度大型印刷装置，这些喷墨打印机都可以打印出精密的导线图案，但这些印刷装置只能在平坦的基底表面进行金属布线，多用在软性电路板上的电路印刷，而对于已经固定有电子元件的不平坦、具有台阶状的基板上很难印刷出相应的精细导线，因此，一种新型的喷墨打印的印刷装置亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在已经固定有电子元器件的不平坦、具有台阶状的基板表面进行连续打印导电液的印刷装置及印刷方法。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
技术方案一：
一种用于电子元件集成的印刷装置，可在具有台阶状的基板上进行打印，包括：
一个平台模块，该平台模块上具有支撑待打印基板的平台，所述的平台位于X—Y平面内；
一个打印模块，该打印模块包括喷头、喷液容器、喷液控制单元，所述的喷头在所述的喷液控制单元的控制下将所述的喷液容器内的喷液打印到待打印基板的表面上；
一个喷头运动模块，包括喷头移动控制单元、喷头移动机构，所述的喷头移动机构在所述的喷头移动控制单元的控制下带动所述的喷头分别沿着X轴、Y轴、Z轴移动；
所述的平台模块和喷头运动模块中至少有一个模块上设置有旋转运动单元，该旋转运动单元能驱使所述的平台或喷头分别绕着X轴和Y轴旋转，从而使得喷头对准与X-Y平面成a角的台阶面进行打印，所述的a角为大于0度小于等于90度的角。
在该技术方案的优选方式中：所述的旋转运动单元包括旋转电机、与所述平台或喷头相连接的旋转框架、旋转控制装置，所述的旋转控制装置与所述的旋转电机相信号连接，所述的旋转电机与所述的旋转框架相连接，所述的旋转电机可在所述的旋转控制装置的控制下带动所述的旋转框架分别绕X轴、Y轴旋转或同时绕X和Y轴旋转。
在该技术方案的优选方式中：所述的喷头上安装有测距单元，该测距单元能实时对所述的喷头到基板表面的距离进行测量，并将测量的数据传给喷头移动控制单元，所述的喷头移动控制单元根据接受到的数据控制喷头移动机构带动喷头在Z轴方向上移动，以实时对喷头到基板之间的距离进行调整。
在该技术方案的优选方式中：所述的旋转运动单元能驱使所述的平台或喷头分别绕着X轴或Y轴旋转的角度为大于0度小于90度的角。
在该技术方案的优选方式中：该印刷装置还包括一个检测模块，该检测模块通过一个图像采集传感器可实时检测基板上已打印的图案，所述的图像采集传感器与所述的喷液控制单元相信号连接，所述的图像采集传感器能将采集到的图案信息实时传输给所述的喷液控制单元，从而及时调整墨滴大小、喷墨时间和喷墨速度。
在该技术方案的优选方式中：该装置还包括一补偿机构，该补偿机构通过控制所述的移动平台或喷头在空间中的平移来补偿由于转动造成的待打印位置的平移，以保证打印图案几何尺寸和物理特征的连续。
技术方案二：
一种用于电子元件集成的印刷装置，可在不平坦但不具有台阶状的基板上进行打印，包括：
一个平台模块，该平台模块上具有支撑待打印基板的平台，所述的平台位于X—Y平面内；
一个打印模块，该打印模块包括喷头、喷液容器、喷液控制单元，所述的喷头在所述的喷液控制单元的控制下将所述的喷液容器内的喷液打印到待打印基板的表面上；
一个喷头运动模块，包括喷头移动控制单元、喷头移动机构，所述的喷头移动机构在所述的喷头移动控制单元的控制下带动所述的喷头分别沿着X轴、Y轴、Z轴移动；
所述的喷头上安装有测距单元，该测距单元能实时对所述的喷头到基板表面的距离进行测量，并将测量的数据传给喷头移动控制单元，所述的喷头移动控制单元根据接受到的数据控制所述的喷头移动机构带动喷头在Z轴方向上移动，以实时对所述的喷头到基板之间的距离进行调整。
技术方案三：
一种用于电子元件集成的印刷方法，它包括如下步骤：
1)将待打印基板固定在平台上；
2)通过计算机将打印命令传达给喷头移动控制单元；
3)喷头移动控制单元接到打印命令后，驱使喷头移动机构开始工作，所述的喷头移动机构按照计算机内预设的线路图数据移动喷头；
所述的计算机内预设的线路图包括X-Y平面线路图、X-Z平面线路图、Y-Z平面线路图，当喷头完成上述三个平面内的其中一个平面线路图打印时，所述的喷头或平台在一个旋转运动单元的控制下绕着X轴或Y轴旋转预设的角度后，再在所述的喷头移动控制单元的控制下按照另一个平面线路图进行打印，其中预设的角度为大于0度小于90度。
在该技术方案的优选方式中：所述的喷头开始喷墨打印前，首先需在基板上寻找到在X-Y平面或X-Z平面或Y-Z平面内的打印起始点并进行对准，而后再开始打印。
在该技术方案的优选方式中：该印刷方法中还包括对已打印在基板上的金属导线进行预固化的步骤。
技术方案四：
一种用于电子元件集成的印刷方法，它包括如下步骤：
1)将待打印基板固定在平台上；
2)通过计算机将打印命令传达给喷头移动控制单元；
3)喷头移动控制单元接到打印命令后，驱使喷头移动机构开始工作，喷头移动机构按照计算机内预设的线路图数据移动喷头；
在上述的步骤(3)中，通过设置一个识别装置判断喷头下一步要打印的基板表面是否与上一步已打印的基板表面处于同一个X-Y平面内，当判断出两者不是处于同一个X-Y平面内时，喷头或平台实时旋转预设的角度，使得所述的喷头能对准两个不同X-Y平面之间的台阶面进行打印，所述的台阶面为处于相邻两个X-Y平面之间的面，该台阶面台阶面与所述的X-Y平面之间呈大于0度小于等于90度的夹角；当判断出两者处于同一个X-Y平面时，所述的喷头继续向前打印。
由于本发明采用了以上的技术方案，其取得了以下有益效果：
①本发明所设计的喷墨打印的印刷装置生成金属线的效率较高，具有很好的加工灵活性；
②本发明加工精密互连金属导线的工艺非常简洁，易于操作，制作出的导线其线条十分精细，不但适用于平坦的刚性板和挠性基体上进行金属布线，而且同样可以在不平坦或具有台阶状电子元件的三维基板上进行金属布线，且布好的金属线不间断，导电优良；
③本发明的技术方案可广泛应用于精密仪器及IC器件的制备；另外，本发明还可用于三维封装、实现有源和无源等功能件的集成。
附图说明
附图1为实施例一和二的印刷装置的结构示意图；
附图2为实施例一和二中的平台旋转运动单元的示意图；
附图3为实施例一的印刷精细互连金属线的工艺流程示意图；
附图4为实施例一中步骤S205对准基准的具体步骤；
附图5为实施例一中步骤S206的详细打印工作过程；
附图6为制作导线将彼此独立的传感器阵列联结成完整的平板探测器的效果示意图；
附图7为实施例二的打印互连金属线的工艺流程示意图；
附图8为实施例二中通过直接打印导线连接独立电子元件的效果示意图；
其中：1、X向导轨；2、Y向导轨；3、喷头控制单元；4、Z向移动模块；5、喷液控制单元；6、喷液容器；7、光学显微镜；8、喷头；9、红外线测距单元；10、加热板；11、平台；12、摄像机；13、平台旋转运动单元；14、机架；15、计算机；16、传感器模块；17、固定传感器模块阵列的基板；18、金属导线；19、连接脚；20、支架；21、Y向旋转框架；22、电机；23、X向旋转框架；24、支撑架；25、轴承；26、电机；27、台阶面；28、电子元件一；29、电子元件二；30、喷墨打印的金属导线；31、连接点；32、电子元件三。
具体实施方式
第一实施例：
该方案通过直接喷印金属油墨的方法印刷精细互连金属导线，用精细互连金属导线将基板上的3*4的CMOS有源像素图像传感器模块阵列相互电性连接，以构成完整的平板探测器。由多个CMOS有源像素图像传感器模块组成的基板并不是平坦的，各个CMOS有源像素图像传感器和焊点都是高于基板的表面，而且图像传感器与图像传感器之间存在着缝隙，这样就会产生一个凹槽(即使得整个基板上的模块构成一个个台阶)，用已有的只能在平坦表面打印图案的喷墨印刷装置已经不能满足要求，所以设计了一种适合于本方案的印刷装置和印刷方法。
首先将喷墨打印的印刷装置设计在一个洁净柜中，确保待打印模块的表面清洁，使导电油墨不被污染。图1示意性地画出了本实施例的喷墨打印的印刷装置结构，主要包括机架14、喷头运动模块、打印模块、检测模块和高精度的平台模块。
喷头运动模块包括喷头移动控制单元、喷头移动机构，喷头移动机构在喷头移动控制单元的控制下带动喷头分别沿着X轴、Y轴、Z轴移动。如图所示，喷头移动机构包括X向导轨1以及驱动机构(图中未画出)、Y向导轨2以及驱动机构(图中未画出)、控制喷头沿Z向上下移动的Z向移动模块4，其中X向导轨1、Y向导轨2、Z向移动模块4都安装在机架14的顶部，这些部件均由一个喷头移动控制单元控制，该控制单元在打印过程中根据实际情况实时的驱动各移动机构使得喷头沿着三个方向(即X轴、Y轴、Z轴方向)移动。
打印模块包括多通道喷头8、喷液容器6(此喷液即为导电液)、喷头控制单元3和喷液控制单元5，喷液容器6与喷液控制单元5相连接，喷液容器6通过管路与多通道喷头8相连通，喷头8在喷液控制单元5的控制下将喷液容器6内的喷液打印到待打印基板的表面上。喷头控制单元3用来控制多通道喷头8由哪几个或第几个通道用来喷墨；喷液控制单元5控制喷液容器6给多通道喷头8提供一定剂量的打印墨水。其中，每次喷射液滴的体积由预打印导线的宽度和厚度决定。
检测模块通过一个图像采集传感器可实时检测基板上已打印的图案，图像采集传感器与喷液控制单元5相信号连接，图像采集传感器能将采集到的图案信息实时传输给喷液控制单元5，从而及时调整多通道喷头8喷墨大小和喷墨时间。具体为：通过设置一个光学显微镜7、摄像机12和红外线测距单元9，光学显微镜7和红外线测距单元9都安装在多通道喷头8上并面向X-Y高精度平台11，摄像机12位于机架的左下方并朝向多通道喷头8，摄像机12与多通道喷头8在同一水平线位置。摄像机12和光学显微视7通过图像采集传感器与控制单元相连接，在打印初始化时，利用和喷头8在同一水平线的摄像机12对多通道喷头的喷墨情况进行采集，根据采集的图像分析多通道导通状况、喷墨大小和喷墨速率等运行情况，根据这些运行情况利用上述的喷头控制单元3和喷液控制单元5对喷墨进行调整，使各个通道在同一时间和同一速度条件下进行喷墨。利用光学显微镜7采集待喷印传感器模块表面的实时图像，分析导线的精确位置，从而确定喷头8相对于导线的位移量，进而对喷印时喷头的移动做出及时的矫正，达到精确对准的目标。
高精度平台模块包括平台11和平台旋转运动单元13、加热板10，平台11安装在平台旋转运动单元13上，平台旋转运动单元13安装在机架14的底部用于控制平台11绕X轴或Y轴旋转。
如图2所示是平台旋转运动单元的分解示意图，主要包括两个电机驱动***，两个可以分别绕X和Y轴旋转的旋转框架，一个高精度平台的支撑台和两个固定的支撑架。
该平台旋转运动单元的结构以及工作方式如下：
电机22固定在支架20上，为Y向旋转框架21绕Y轴旋转提供动力，而Y向旋转框架21一端通过电机22的转轴和支架20间接相连，而另一端直接通过轴承25和固定支架20相连，这样两端的支撑让Y向旋转柜架21更稳定；
电机26固定在Y向旋转框架21上，而X向旋转框架23通过轴承与电机和Y向旋转柜架21相连接，这样电机26就可以为X向旋转框架23绕X轴旋转提供动力；
高精度平台10的支撑架24固定在X向旋转框架23上，这样平台10的支撑架24即可以绕X轴旋转，也可以绕Y轴旋转，即固定在平台支撑架24上的高精度平台10也可以达到绕X和Y轴旋转的功能。
上述的平台旋转运动单元13、光学显微镜7、摄像机12、X向导轨的驱动机构、Y向导轨的驱动机构、Z向移动模块4、喷液控制单元5均与控制中心—计算机15通信连接，计算机15作为一个集中控制中心，对各个控制单元进行控制。
其中，X向导轨1及驱动机构和Y向导轨2及驱动机构用来控制喷头8的二维运动，以获得所需的打印图案，控制喷头上下移动的Z向移动模块4，其功能是控制喷头***的上下移动来调动喷头与基板间的距离，它有两种控制方式，一是通过计算机15直接输入高度值来调整高度，二是通过红外线测距单元9对喷头8和待打印物的距离自动进行测量，提供实时调控喷头8高度的信息给控制计算机15，以获得高质量的打印图案。第二种控制方式的具体步骤为：红外线测距单元9实时对喷头8到基板表面的距离进行测量，并将测量的数据传给喷头移动控制单元，喷头移动控制单元根据接受到的数据控制Z向移动模块4来驱使喷头沿Z轴方向上移动，以实时调整喷头8到基板之间的距离。
加热板10可以实时控制基板的温度，其调整范围为-20℃到+400℃，在打印过程中，控制温度来加快墨滴的固化，可以减小墨滴的流动性，以达到高质量的打印图案。同时，在打印完成后，可以不用取出基板就可以对已经打印的导线进行最终固化。
下面详述一下利用上述的喷墨打印的印刷装置在固定有3*4阵列的CMOS有源像素图像传感器模块的基板17上制作互连导线、将彼此独立的单元联结成一个完整的大面积的图像传感器的制作过程。
首先，对固定在玻璃基板上待打印的CMOS有源像素图像传感器模块阵列的表面进行预处理，传感器的表面须经过严格的清洁过程，以去除各类(化学的和物理的)污染。
喷墨打印精细互连金属线的工艺过程，如图3所示，其具体步骤如下所述。
步骤S201：在计算机上，用CAD绘制3*4的阵列CMOS有源像素图像传感器模块之间所需要互连导线的电路图；布线电路图分为二部分，一部分是台阶处，即水平面(即X-Y平面)上的导线布线，另一部分是台阶连接处，即垂直面X-Z平面、Y-Z平面上的走线；
步骤S202：将上述的CAD格式的互连导线电路图全部转化为适合喷墨印刷装置的数据格式；
步骤S203：将数据格式导入到喷墨印刷装置；
步骤S204：对准固定粘有传感器阵列模块的基板到高精度平台10，高精度平台10上设计一个适合基板大小的平台凹槽，将传感器阵列放入其中，即达到基板与平台的对准；打开真空泵，将传感器阵列吸在平台之上，这样传感器阵列就固定在喷印机的高精度平台上，然后将喷印程序初始化；
步骤S205：找到待打印平面内的打印基准并对准，把每个传感器表面的第一个需要互连的连接点作为打印的基准，计算出这个点相对于高精度平台坐标系的坐标，输入这个相对坐标值到喷头运动模块中的喷头移动控制单元，移动喷头即可将喷头和打印基准对准；
步骤S206：依次喷墨打印X-Y、X-Z、Y-Z平面内的导线；喷墨印刷装置按预设的程序将X-Y、X-Z、Y-Z平面内的导线直接“写”在传感器模块上，通过喷墨打印导线，从而将各个独立的传感器模块连接成完整的平板探测器，其中，在打印完一个平面内的导线时要预固化刚打印完的导线；
步骤S207：对打印的导线烘干并后处理；导线全部打印完后对平板进行后处理工艺，将平板烘烤以固化金属导线，再涂抹环氧树脂将表面整平以便后续工艺的实施。
上述步骤S205的详细步骤如下，如图4所示，其具体步骤为：
步骤S401：调整和移动多通道喷头8，让多通道喷头8上采集***的光学显微镜7聚焦，并通过光学显微镜7实时采集待打印表面图像，同时通过多通道喷头8上的红外线测距单元9测量显微镜7聚焦后其测距单元到基板的高度；
步骤S402：通过采集的表面图像，找到打印基准，即每个传感器表面的第一个需要互连的连接点；
步骤S403：计算上步骤中的打印基准相对于原点(高精度平台坐标平面内)的相对位移量；
步骤S404：将上步骤中的相对位移量输出喷头移动的控制***，并控制喷头做相应的位移，这样就完成了喷头与打印基准的对位；
步骤S405：定义喷头现处的位置为新的打印原点，并将步骤S401中的高度值作为打印过程中的基准高度值输入计算机；
步骤S406：准备打印。
上述步骤S206的详细打印工作过程如下：
步骤S501：完成步骤S205后，计算机将打印命令传达给喷墨印刷装置；
步骤S502：喷墨打印安装接到命令后，打开水平面X-Y平面导线的打印数据，首先喷头运动模块开始工作，找元件表面在X-Y平面(即水平面)内第一个需要互连的连接点并对准，喷墨打印导线；
步骤S503：当喷头8移动后，固定在喷头8上的红外线测距单元9实时测试其距基板的高度，并传给计算机15；
步骤S504：计算机15接受到红外线测距单元9的传来的高度数值后，和步骤205输入的基准高度值进行比较，如果实测的高度大于基准高度，计算机15就传达降低喷头8高度的命令给喷头运动模块中的喷头移动控制单元，反之则传达相反的命令给喷头移动控制单元，从而对喷头8高度进行调整，如果测的高度等于基准高度，计算就传达命令给下步喷头控制单元3；
步骤S505：喷头控制单元3接收到计算机的命令后，按照要求喷出相应的导电喷液，直至将完整的X-Y平面的电路图打印到基板上；
步骤S506：对印刷的X-Y平面内的导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟。形成X-Y平面内的导线图案；
步骤S507：通过平台旋转运动单元13调整X-Y高精平台，使得平台绕X轴旋转45度使其与水平面呈45°夹角(旋转的角度可以是0～90°，最好在30～70°范围内)，这样X-Z平面和水平面夹角同样为45°；
步骤S508：打印X-Z平面，找到元件表面的第一个需要互连的连接点的X-Z平面并对准，完成部分X-Z平面的打印，预固化打印好的导线，而后还原平台使其位于水平面X-Y平面内，再控制平台使其绕X轴反方向旋转45度，使得平台与X-Y平面的夹角为135度，打印另一部分的X-Z平面，这样即完成了整个X-Z平面内导线的打印；
步骤S509：对打印的X-Z平面导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟；
步骤S510：还原平台的位置，使其位于水平面内，平台旋转运动单元13再次控制平台绕Y轴旋转45度进行另一个垂直面Y-Z平面内的导线打印，按照上述X-Z平面的打印方法同样打印完Y-Z平面；
步骤S511：对打印的Y-Z平面导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟；
注意，在印刷X-Z平面内导线的步骤S508以及印刷Y-Z平面内导线的步骤S510过程中，均要像步骤S503～505那样，依靠红外线测距单元9和计算机15等部件适时的根据具体情况及时调节喷头8距离待打印表面的距离，以使得打印在各个表面上的导线优良。
当将X-Y、X-Z、Y-Z平面内的导线完整打印好以后，即将各个独立的电子元件模块连接成完整的电子模块，最终形成电导图案。
附图5示出了打印X-Y平面导线时的步骤S501～S506。
上述工艺实施的效果如图6所示，可明显看出，喷印生成的金属导线18将3*4阵列的CMOS图像传感器16进行互连以构成整体，并在右侧传感器模块上直接“喷写”出传感器边缘的连接脚19。
第二实施例：
本实施例是通过直接喷印金属油墨的方法印刷精细互连金属导线图案，用精细互连金属导线将基板上的多个封装前的IC芯片模块或封装后的芯片相互电性连接，以代替传统的金属线连接和PCB的覆铜工艺，大大减小加工的成本，增加互连的灵活性。
同样采用图1喷墨打印的印刷装置在固定有多个电子元件的基板上制作互连导线、将彼此独立的单元联结成一个完整的电子器件的应用实施例，由于基板上的电子芯片的焊点都会在上表面上，这样打印的布线路径会经过台阶的垂直表面，为了在这样的情况下打印出高质量的金属导线，在印刷装置上设备高精度平台具有三维倾斜功能，平台的倾斜主要是通过平台旋转运动单元13来完成。
本实施例的具体步骤如下所述，如图7所示。在打印互连线之前，利用拼接装置将各电子元件精确固定在基板上并进行表面处理。
步骤S601：固定电子元件于基板上，根据基板上的电子元件位置，计算出其互连导线的布线路径。
步骤S602：在计算机上，用CAD绘制电子元件模块所需要互连导线的电路图；将导线的布线电路图分为二部分，一部分是台阶处，即水平面(即X-Y平面)上的导线布线，另一部分是台阶连接处，即垂直面27(即X-Z平面、Y-Z平面)上的走线。
步骤S603：将上述的CAD格式的互连导线电路图全部转化为适合喷墨印刷装置的数据格式；
步骤S604：将数据格式导入到喷墨印刷装置，并分别定义水平面(即X-Y平面)和垂直面(即X-Z平面、Y-Z平面)导线的打印起始点；元件表面的第一个需要互连的连接点作为水平面导线的打印基准，而元件表面的第一个需要互连连接点的台阶作为垂直面导线的打印基准；
步骤S605：对准固定粘有传感器阵列模块的基板到X-Y平台上；在X-Y平台上设计一个适合基板大小的平台凹槽，将基板放入其中，打开真空泵，这样基板就固定吸附在喷墨印刷装置的X-Y平台上，然后将印刷程序初始化；
步骤S606：打开水平面导线的打印数据，找元件表面的第一个需要互连的连接点并对准；
步骤S607：喷墨打印X-Y平面导线，将完整的水平面的电路图打印到基板上；
步骤S608：对印刷的X-Y平面导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟；
步骤S609：通过平台旋转运动单元13调整X-Y高精平台，即绕X轴方向旋转45度，让其和水平面夹角为45°(旋转的角度可以是0～90°，最好在30～70°范围内)，即需互连元件的台阶的垂直平面和水平面夹角同样为45°。
步骤S610：找元件表面的第一个需要互连的连接点的台阶连接处并对准；
步骤S611：按照实施例一中的相同方式分步打印垂直面X-Z平面导线；
步骤S612：对打印的X-Z平面导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟；
步骤S613D：还原高精度平台于初始的水平状态，再通过平台旋转运动单元13控制高精度平台使其绕着Y轴旋转45度；
步骤S614：找元件表面的第一个需要互连的连接点的台阶连接处并对准；
步骤S615：按照实施例一中的相同方式打印垂直面Y-Z平面导线；
步骤S616：对印刷的Y-Z平面导线进行预固化，将加热板温度调整到100℃，加热十分钟；
步骤S617：调整高精平台于初始的X-Y平面状态，将加热板温度调整到200℃对所有打印完成的导线烘干固化并后处理。
上述工艺实施的效果如图8所示，可明显看出，喷印生成的金属导线30将电子元件一28、电子元件二29和电子元件三32电性联接成一整体，达到元件互连集成的效果。
综上所述，本发明将喷墨式印刷装置与各种模块的电子电路相结合，直接喷印高性能的微小颗粒导电液，制作出精细电路导线；制作周期较短、分辨率较高、灵活性强，大大降低了金属线的制作成本。制作工艺非常简洁，易于操作，不用掩模，制作出的导线其线条十分精细，适用于刚性板和挠性基体，高度自动化、多喷头并行动作，获得较理想的生产能力。所采用的金属纳米颗粒导电液，其熔点低，金属线条的固化温度低至200℃～300℃，不会对器件造成损坏，广泛应用于精密仪器及IC器件的制备；还可用于三维封装、实现有源和无源等功能件的集成。相对于现在技术，本发明的喷墨打印的印刷方法大大节约了生产成本，提高了加工的灵活度，工艺简便易行，效果好，所设计的喷墨印刷装置生成金属线的效率较高，值得广泛推广应用，前景非常看好。
在本实施例中，基板上的台阶面(如图8中的标号27处)，印刷装置在打印线路图时，同实施例一相同，也是将整个台阶状基板上的线路图分为X-Y平面线路图、X-Z平面线路图、Y-Z平面线路图，当喷头完成上述三个平面内的其中一个平面线路图打印时，平台在平台旋转运动单元13的控制下绕着X轴或Y轴旋转预设的角度后，再在喷头移动控制单元的控制下按照另一个平面线路图进行打印，这样依次完成三个平面线路图的打印，当然在不同平面内进行打印时，首先需在基板上寻找到在各平面内的打印起始点并进行对准，而后再开始打印。
对于上述的这种印刷装置和印刷方法，还有很多可替代的机构或方法，如在印刷装置中，可以增设控制喷头8绕X轴或Y轴旋转的旋转运动单元，而取代平台旋转控制单元13，这样通过保持平台10不动，而将喷头8旋转过一定的角度，同样也能达到打印台阶面的目的。
印刷装置中还可以通过设置一个识别装置判断喷头下一步要打印的基板表面是否与上一步已打印的基板表面处于同一个X-Y平面内，这样能根据具体情况实时的旋转喷头8，而不需要预先就制作好X-Y平面线路图、X-Z平面线路图、Y-Z平面线路图，这种印刷装置可能在实际使用时，打印速度较慢，但是能根据具体情况具体对待，其打印效果肯定比一开始就设置好各个平面内的打印线路图要好。通过设别装置的增设，也使得印刷方法与上述印刷方法有所不同，它是通过增设的识别装置判断喷头下一步要打印的基板表面是否与上一步已完成打印的基板表面处于同一个X-Y平面内，当判断出两者不是处于同一个X-Y平面内时，喷头或平台实时旋转预设的角度(该角度可以是0～90度，最好为45度左右，这样喷头就能与待打印平面相垂直)，使得喷头能对准两个不同X-Y平面之间的台阶面(可以是X-Z平面或Y-Z平面，或与X-Y成锐角的其他斜面)进行打印；当判断出两者处于同一个X-Y平面时，喷头或平台不用旋转，而喷头继续向前打印。
在上述的实时旋转打印过程中，平台(或喷头)在旋转后待打印点(或墨滴落点)肯定会偏离初始位置。为此，在印刷装置中通常还设置有一个补偿机构，该补偿机构通过控制平台(或喷头)在空间中的平移来补偿由于转动造成的待打印位置的平移，以保证打印图案几何尺寸和物理特征的连续，这种补偿机构在很多旋转机械设备中都有描述，再此不赘述。
在上述实施例中所阐述的印刷装置和印刷方法，其主要创新点就是能在具有台阶状的基板上进行连续打印，不管在印刷装置上设置旋转运动单元，还是在印刷方法中增设喷头实时旋转打印步骤或分三个平面(即X-Y平面、X-Z平面、Y-Z平面)打印，都是为了解决台阶状基板的表面打印金属导线断续问题(产生导电不良的主要原因)，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电子元件集成的印刷装置，可在具有台阶状的基板上进行印刷，包括：
一个平台模块，该平台模块上具有支撑待打印基板的平台，所述的平台位于X-Y平面内；
一个打印模块，该打印模块包括喷头、喷液容器、喷液控制单元，所述的喷头在所述的喷液控制单元的控制下将所述的喷液容器内的喷液打印到待打印基板的表面上；
一个喷头运动模块，包括喷头移动控制单元、喷头移动机构，所述的喷头移动机构在所述的喷头移动控制单元的控制下带动所述的喷头分别沿着X轴、Y轴、Z轴移动；
其特征在于：所述的平台模块和喷头运动模块中至少有一个模块上设置有旋转运动单元，该旋转运动单元能驱使所述的平台或喷头分别绕着X轴和Y轴旋转，从而使得喷头对准与X-Y平面成a角的台阶面进行打印，所述的a角为大于0度小于等于90度的角。
2.根据权利要求1所述的用于电子元件集成的印刷装置，其特征在于：所述的旋转运动单元包括旋转电机、与平台或喷头相连接的旋转框架、旋转控制装置，所述的旋转控制装置与所述的旋转电机相信号连接，所述的旋转电机与所述的旋转框架相连接，所述的旋转电机可在所述的旋转控制装置的控制下带动所述的旋转框架分别绕X轴、Y轴旋转。
3.根据权利要求1所述的用于电子元件集成的印刷装置，其特征在于：所述的喷头上安装有测距单元，该测距单元能实时对所述的喷头到基板表面的距离进行测量，并将测量的数据传给喷头移动控制单元，所述的喷头移动控制单元根据接收到的数据控制喷头移动机构带动喷头在Z轴方向上移动，以实时对喷头到基板之间的距离进行调整。
4.根据权利要求1所述的用于电子元件集成的印刷装置，其特征在于：所述的旋转运动单元能驱使所述的平台或喷头分别绕着X轴或Y轴旋转的角度为大于0度小于90度的角。
5.根据权利要求1所述的用于电子元件集成的印刷装置，其特征在于：该印刷装置还包括一个检测模块，该检测模块通过一个图像采集传感器可实时检测基板上已打印的图案，所述的图像采集传感器与所述的喷液控制单元相信号连接，所述的图像采集传感器能将采集到的图案信息实时传输给所述的喷液控制单元，从而及时调整喷墨大小和喷墨时间。
6.根据权利要求1所述的用于电子元件集成的印刷装置，其特征在于：该装置还包括一补偿机构，该补偿机构通过控制所述的平台或喷头在空间中的平移来补偿由于转动造成的待打印位置的平移，以保证打印图案几何尺寸和物理特征的连续。
7.一种用于电子元件集成的印刷方法，它包括如下步骤：
1)将待打印基板固定在平台上；
2)通过计算机将打印命令传达给喷头移动控制单元；
3)喷头移动控制单元接到打印命令后，驱使喷头移动机构开始工作，所述的喷头移动机构按照计算机内预设的线路图数据移动喷头；
其特征在于：所述的计算机内预设的线路图包括基板平面线路图、所有台阶面的线路图，当喷头完成上述平面内的其中一个平面线路图打印时，所述的喷头或平台在一个旋转运动单元的控制下绕着X轴或Y轴或X和Y轴旋转预设的角度后，再在所述的喷头移动控制单元的控制下按照台阶面线路图进行打印，其中预设的角度为大于0度小于90度的角。
8.根据权利要求7所述的用于电子元件集成的印刷方法，其特征在于：所述的喷头开始喷墨打印前，首先需在基板上寻找到各个平面包括水平平面和台阶面的打印起始点并进行对准，而后再开始打印。
9.根据权利要求7所述的用于电子元件集成的印刷方法，其特征在于：该印刷方法中还包括对已打印在基板上的金属导线进行预固化的步骤。
10.一种用于电子元件集成的印刷方法，它包括如下步骤：
1)将待打印基板固定在平台上；
2)通过计算机将打印命令传达给喷头移动控制单元；
3)喷头移动控制单元接到打印命令后，驱使喷头移动机构开始工作，喷头移动机构按照计算机内预设的移动三维模型数据移动喷头；
其特征在于：在上述的步骤(3)中，通过设置一个识别装置判断喷头下一步要打印的基板表面是否与上一步已打印的基板表面处于同一个平面内，当判断出两者不是处于同一个平面内时，喷头或平台实时旋转预设的角度，使得所述的喷头能对准两个不同平面之间的台阶面进行打印，根据三维模型数据打印台阶面的图案，完成台阶面打印后，喷头或平台旋转到初始状态，所述的台阶面为处于相邻两个平面之间的面，该台阶面与所述的平面之间呈大于0度小于等于90度的夹角；当判断出两者处于同一个平面时，所述的喷头继续向前打印。
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2008
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