用于涂覆衬底的系统及方法
阅读说明：本技术 用于涂覆衬底的系统及方法 (System and method for coating a substrate ) 是由 T·戈伊克赫曼 A·阿哈加尼 于 2020-01-06 设计创作，主要内容包括：一种用于将施主材料涂覆到激光辐射透明衬底上的系统,所述系统包含：施主材料施加器,其将施主材料施加到所述激光辐射透明衬底；多遍次精确施主材料厚度确定器,其用于在所述激光辐射透明衬底上提供所要厚度的所述施主材料且包含：线性可移位叶片支架；层厚度均匀化叶片,其绕枢转轴可锁定地可枢转地安装到所述线性可移位叶片支架上,所述叶片具有直边缘；及叶片位置维持器,其可操作以将所述直边缘维持在距所述激光辐射透明衬底的所要分开距离处,所述分开距离沿着所述层厚度均匀化叶片的所述直边缘是均匀的。(A system for coating a donor material onto a laser-irradiated transparent substrate, the system comprising: a donor material applicator that applies a donor material to the laser-irradiated transparent substrate; a multi-pass precision donor material thickness determiner for providing a desired thickness of the donor material on the laser-radiation transparent substrate and comprising: a linearly displaceable vane carrier; a layer thickness homogenizing vane lockably pivotably mounted to the linearly displaceable vane carrier about a pivot axis, the vane having a straight edge; and a blade position maintainer operable to maintain the straight edge at a desired separation distance from the laser-radiation transparent substrate, the separation distance being uniform along the straight edge of the layer thickness homogenizing blade.)
技术领域
本发明涉及用于用高度粘性材料精确地涂覆衬底的系统及方法。
背景技术
在所属领域中已知用于涂覆衬底的各种类型的系统及方法。
发明内容
本发明寻求提供一种用于用高度粘性材料涂覆衬底的改进式系统及方法。
因此，根据本发明的优选实施例，提供一种用于将施主材料涂覆到具有直表面部分的激光辐射透明衬底上的方法，所述方法包含：提供绕枢转轴可枢转地安装到线性可移位叶片支架上的层厚度均匀化叶片，所述叶片具有直边缘；最初相对于所述激光辐射透明衬底定位所述线性可移位叶片支架使得所述直边缘与所述激光辐射透明衬底的所述直表面部分共面地放置，其中所述直表面部分沿着垂直于所述枢转轴的叶片接合轴放置；此后锁定所述层厚度均匀化叶片以防止其相对于所述线性可移位叶片支架绕所述枢转轴可枢转地移动；此后绕垂直于所述叶片接合轴且垂直于所述枢转轴的线性移位轴将所述线性可移位叶片支架及所述层厚度均匀化叶片重新定位到所述直边缘与所述激光辐射透明衬底的所述直表面部分分开达某一分开距离的位置，所述分开距离沿着所述层厚度均匀化叶片的所述直边缘是均匀的；将所述施主材料施加到所述激光辐射透明衬底；沿着平行于所述枢转轴的轴提供所述层厚度均匀化叶片与所述激光辐射透明衬底之间的相互移位，由此减小所述施主材料的所述初始层的厚度；及维持所述分开距离。
优选地，所述方法还包含循序地重复所述重新定位及所述提供相互移位步骤至少一次由此以循序地减小所述施主材料的所述厚度。
根据本发明的优选实施例，所述提供相互移位包含将所述施主材料的所述厚度减小到10微米与2000微米之间的厚度。
根据本发明的优选实施例，所述最初定位所述线性可移位叶片支架包含测量由所述层厚度均匀化叶片施加在所述激光辐射透明衬底上的力。另外或替代地，所述最初定位包含最初定位所述层厚度均匀化叶片使得所述叶片的所述直边缘的一部分接触所述激光辐射透明衬底，而所述叶片自由地绕所述枢转轴枢转。另外，所述最初定位进一步包含此后降低所述层厚度均匀化叶片使得所述直边缘与所述激光辐射透明衬底平行接触接合地放置，而所述叶片自由地绕所述枢转轴枢转。优选地，所述最初定位进一步包含此后进一步降低所述层厚度均匀化叶片直到所述层厚度均匀化叶片在所述激光辐射透明衬底上的经测量力是约150克，而所述层厚度均匀化叶片的所述直边缘与所述激光辐射透明衬底平行接触接合地放置且所述层厚度均匀化叶片保持自由地绕所述枢转轴枢转。
根据本发明的优选实施例，所述锁定所述层厚度均匀化叶片以防止其相对于所述线性可移位叶片支架绕所述枢转轴可枢转地移动是通过安装到所述所述线性可移位叶片支架上的电磁铁吸引固定到所述层厚度均匀化叶片的锁定臂的操作来提供。
优选地，当所述层厚度均匀化叶片未自由地绕所述枢转轴枢转时发生所述重新定位。
根据本发明的另一优选实施例，还提供一种用于将施主材料涂覆到激光辐射透明衬底上的系统，所述系统包含：施主材料施加器，其将施主材料施加到所述激光辐射透明衬底；多遍次精确施主材料厚度确定器，其用于在所述激光辐射透明衬底上提供所要厚度的所述施主材料且包含：线性可移位叶片支架；层厚度均匀化叶片，其绕枢转轴可锁定地可枢转地安装到所述线性可移位叶片支架上，所述叶片具有直边缘；及叶片位置维持器，其可操作以将所述直边缘维持在距所述激光辐射透明衬底的所要分开距离处，所述分开距离沿着所述层厚度均匀化叶片的所述直边缘是均匀的。
根据本发明的优选实施例，所述激光辐射透明衬底上的所述施主材料的所述所要厚度在10微米与2000微米之间。
根据本发明的优选实施例，所述线性可移位叶片支架可垂直于所述枢转轴线性地移位。
根据本发明的优选实施例，所述线性可移位叶片支架还支撑电磁铁。另外，当所述层厚度均匀化叶片的所述直边缘经定位在距所述激光辐射透明衬底的所要分开距离处时，所述电磁铁可选择性地致动以相对于所述线性可移位叶片支架锁定所述层厚度均匀化叶片以防止所述层厚度均匀化叶片绕所述枢转轴旋转。
优选地，所述叶片位置维持器包含力传感器，所述力传感器用于感测由所述层厚度均匀化叶片施加在所述激光辐射透明衬底上的力。
根据本发明的优选实施例，所述多遍次精确施主材料厚度确定器还包含线性移位器，所述线性移位器用于在循序遍次之间使所述线性可移位叶片支架线性地移位以循序地减小所述施主材料的所述厚度直到达到所述所要厚度。
附图说明
将从结合附图进行的以下详细描述更全面地理解及明白本发明，且在附图中：
图1是根据本发明的优选实施例构造及操作的涂覆系统连同待涂覆的典型衬底的简化图解说明；
图2是图1的涂覆系统的简化图解部分分解视图说明；
图3A及3B是在相互不同的方向上截取的形成图1及2的涂覆系统的部分的层厚度均匀化叶片定位子系统的简化图解说明；
图4A及4B是在相互不同的方向上截取的图3A及3B的层厚度均匀化叶片定位子系统的简化图解说明；
图5A、5B及5C是图3A到4B的层厚度均匀化叶片定位子系统的简化相应前平面视图与第一及第二截面说明，图5B及5C是沿着图5A中的线5B-5B及5C-5C截取；
图6A、6B及6C是形成图3A到4B的层厚度均匀化叶片定位子系统的部分的层厚度均匀化叶片的简化相应第一及第二图解及侧视图说明；
图7A及7B是形成图3A到5C的层厚度均匀化叶片定位子系统的部分的叶片及电磁铁安装托架的简化第一及第二图解说明；
图8A、8B及8C是形成图3A到5C的层厚度均匀化叶片定位子系统的部分的叶片安装轴件的简化相应图解、前平面及截面视图说明，图8C是沿着图8B中的线8C-8C截取；
图9A及9B是在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的典型初始步骤的简化示意说明，图9A及9B是在相互垂直的方向上截取；
图10是对应于图9A的说明在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的进一步步骤的简化示意说明；
图11是对应于图9A的说明在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的再一进一步步骤的简化示意说明；
图12是对应于图9A的说明在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的又一进一步步骤的简化示意说明；
图13是对应于图9A的说明在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的额外步骤的简化示意说明；
图14是对应于图9A说明的在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的进一步额外步骤的简化示意说明；
图15是在使用图1到14的系统用高度粘性材料涂覆衬底中的典型初始步骤的简化示意说明；
图16是在使用图1到14的系统用高度粘性材料涂覆衬底中的进一步步骤的简化示意说明；
图17是在使用图1到14的系统用高度粘性材料涂覆衬底中的再一进一步步骤的简化示意说明；及
图18是在使用图1到14的系统用高度粘性材料涂覆衬底中的又一进一步步骤的简化示意说明。
具体实施方式
现在参考图1及2，其是根据本发明的优选实施例构造及操作的涂覆系统100连同待涂覆的典型衬底的简化图解说明。
如图1及2中所见，涂覆系统优选地包括基底组合件110，所述基底组合件110通常是静止的且可包含用于可选择性地将平坦衬底114(优选地激光辐射透明衬底，优选地包含待涂覆的直表面部分)牢固地保持在其上的常规真空卡盘112。基底组合件110优选地由6061T6铝板形成且加工到在衬底平面与Y级安装板之间的高平行度。
优选地安装在基底组合件110上的是Y轴定位器120，例如Thorlabs NRT-100，其又支撑通常由6061T6铝板形成的Y-Z适配器臂130。
优选地安装到Y-Z适配器臂130上的是精确Z轴定位器140，例如Thorlabs MTS25-Z8-25mm，其又支撑通常由6061T6铝板形成的安装托架150。安装托架150支撑层厚度均匀化叶片定位子系统160。
现在另外参考图3A到5C，其说明层厚均匀化叶片定位子系统160。如图3A到5C中所见，层厚度均匀化叶片定位子系统160优选地包含优选地由17-4HP钢形成的层厚度均匀化叶片170，其将在下文中参考图6A到6C更详细地描述。
层厚度均匀化叶片170可旋转地安装以凭借下文中参考图8A及8B更详细地描述的轴件182绕轴175旋转到下文中参考图7A及7B更详细地描述的叶片及电磁铁安装托架180上，从而接合一对旋转轴承184，例如NSK角接触7900轴承。轴件182凭借螺钉186沿着轴175固定到叶片170。
叶片及电磁铁安装托架180还支撑电磁铁190，例如Magnetech R-0515-12，所述电磁铁190可选择性地可锁定地接合优选地由铁磁薄钢板(例如1020-1030)形成的锁定臂200。锁定臂200通过未展示的紧固件可选择性地固定到层厚度均匀化叶片组合件170上，使得锁定臂200通过电磁铁190对其进行磁接合的锁定固定层厚度均匀化叶片170绕轴175的角定向。
叶片及电磁铁安装托架180通过未展示的紧固件安装到力传感器210上，例如VISHAY LPS Loadcell，所述力传感器210又由安装托架150支撑。
现在参考图6A到6C，其说明层厚均匀化叶片170。如图6A到6C中所见，层厚度均匀化叶片170优选地包括金属或塑料块，所述金属或塑料块具有大致平坦的背表面300，其中形成有用于接纳螺钉186的螺纹孔303的大致圆形盘状突起302从所述背表面300延伸；大致平坦的底表面304，其相对于表面300成角；及大致平坦的叶片前表面306，其相对于底表面304成角且与底表面304一起界定叶片接合边缘308。
叶片前表面306向上终止于横向突起310处，锁定臂安装表面(包含附接表面312，包含螺纹锁定安装臂紧固件附接孔径314及凹陷的锁定臂接合表面316)位于所述横向突起310上方。表面312及316终止于叶片顶表面320处，所述叶片顶表面320优选地垂直于表面312及316且垂直于表面300。
现在参考图7A及7B，其说明叶片及电磁铁安装托架180。如图7A及7B中所见，叶片及电磁铁安装托架180包括大致矩形的铝块，所述铝块界定大致平坦的顶表面350，所述顶表面350从第一端表面352延伸到略微凸起的安装表面354，其大致平行于顶表面350且具有螺纹孔径356，以经由紧固件(未展示)将叶片及电磁铁安装托架180安装到力传感器210上。安装表面354终止于通道358中，所述通道358在顶表面350的高度处且将安装表面与凸起的边缘表面360分开，所述边缘表面360略微高于安装表面354的高度。
凸起的边缘表面360终止于第二端表面362中，所述第二端表面362大致垂直于顶表面350延伸到倾斜表面364，所述倾斜表面364终止于中间底表面366中，所述中间底表面366大致平行于顶表面350。底表面366终止于第三端表面367中，所述第三端表面367又终止于倾斜表面368中。倾斜表面368终止于底表面390中，所述底表面390平行于顶表面350。底表面390终止于倾斜表面392中，所述倾斜表面392终止于第一端表面352中。叶片及电磁安装托架180形成有图7B中最佳地所见的大致平坦的前表面394，及图7A中最佳地看所见的大致平坦的后表面396。
叶片及电磁安装托架180形成有贯穿轴承接纳孔400，所述贯穿轴承接纳孔400在前表面394处具有向内指向的边沿402，且经配置用于将轴承184接纳及保持在其中。叶片及电磁安装托架180还形成有贯穿电磁铁接纳孔410，且经配置用于接纳电磁铁190。
狭缝420在孔410与顶表面350之间延伸。狭缝420通过经由未展示的拧紧螺钉拧紧孔410来实现将电磁铁190夹持在所述孔内，所述拧紧螺钉接合狭缝420的相对侧上的螺纹孔径422。
凹口430在孔400与410之间延伸且形成有螺纹孔径432。凹口440位于孔410旁边且形成有孔径442。凹口430及440与对应孔径432及442经提供以接纳未展示的轴承保持螺钉，所述轴承保持螺钉将轴承184保持在叶片及电磁安装托架180的孔400中的适当位置。
现在参考图8A到8C，其说明轴件182。如图8A到8C中所见，轴件182是优选地由铝形成的圆形对称的大致圆柱形中空物体，且在其第一端处具有圆形的圆柱形主体500及环形凸缘502。贯通中央孔504延伸穿过凸缘502及主体500且在凸缘502处具有锥形开口506。螺钉186(图4B)延伸穿过孔504且螺纹接合层厚度均匀化叶片170的螺纹孔径303。
现在参考图9A及9B，其是在相对于衬底定位层厚度均匀化叶片中的典型初始步骤的简化示意说明，图9A及9B是在相互垂直的方向上截取。如图9A及9B中所见，叶片170位于衬底114的上方且不与衬底114接触且由于电磁铁190不可操作以锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置的事实而自由地绕轴175在轴承184上枢转。
图10说明降低叶片170直到叶片接合边缘308接触衬底114，通常在叶片170的拐角处。由于电磁铁190不可操作以锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置的事实，叶片170保持自由地绕轴175在轴承184上枢转。
图11说明进一步降低叶片170直到叶片接合边缘308与衬底114平行接触接合地放置。由于电磁铁190不可操作以锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置的事实，叶片170保持自由地绕轴175在轴承184上枢转。
图12说明进一步降低叶片170直到如由力传感器150测量的叶片170在衬底114上的经测量力优选地是约150克，而下边缘308与衬底114及叶片170平行接触接合地放置且由于电磁铁190不可操作以锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置，叶片170保持自由地绕轴175在轴承184上枢转。
图13说明当叶片170处于上文参考图12所描述的操作定向时，通过电磁铁190的操作锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置，由此锁定所述叶片以防止其绕轴175枢转且将所述叶片保持在绕轴175的定向上，其中下边缘308与衬底114平行接触接合地放置。
图14展示沿着Z轴升高叶片170及枢转轴175，以在叶片接合边缘308与衬底114之间界定预定的所要分开距离505，通常是2mm。由于电磁铁190可操作以锁定固定到叶片170的锁定臂200的位置的事实，叶片170不会自由地绕轴175在轴承184上枢转。
现在参考图15，其是在使用图1到14的系统用施主材料(优选地高度粘性材料)涂覆衬底(优选地激光辐射透明衬底)中的典型步骤的简化示意说明。如图15中所见，施主材料510，优选地具有20,000厘泊的粘度的高度粘性材料，例如Henkel 8143经沉积到叶片170下游的衬底114上，所述叶片170沿着Y轴的移动方向由箭头520来指示。
如图16、17及18中所见，发生叶片170的多个遍次且在每个遍次之间，通过沿着Z轴降低叶片及枢转轴175来减小叶片接合边缘308与衬底114之间的分开距离，使得对应于材料510的所要最终厚度，通常在图16中，在叶片接合边缘308与衬底114之间界定通常1mm的分开距离530，且通常在图17中，在叶片接合边缘308与衬底114之间界定通常0.3mm的分开距离540，且通常在图18中，在叶片接合边缘308与衬底114之间界定通常0.05mm(但对于较低粘度的材料510，其也可低至10μm)的分开距离550。
应明白，上文所描述的叶片接合边缘308与衬底114之间的分开距离(其将衬底114上的施主材料的厚度减小到所要最终厚度)沿着整个叶片接合边缘308是均匀的。如上文所描述，分开距离随着叶片170相对于衬底114降低而变动。通过减小分开距离，施主材料510的厚度优选地减小到由最终分开距离界定的最终厚度，优选地在10微米与2000微米之间。
所述领域的技术人员将明白，本发明不限于本文中具体地描述及展示的内容，而是还包含不在现有技术中的本文中所描述的特征的组合及子组合及其修改。
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