CN104827774B - 在经加热的基材上打印的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在经加热的基材上打印的方法及装置。本发明提供一用于配送材料于一经加热基材上的打印装置。该装置可包括一打印头，其具有一个或多个喷嘴，及一热量屏蔽件，其当打印时部分地屏蔽面对经加热基材的打印头的一侧，以便降低从基材至打印头的热量转移。屏蔽件包括一对准于一个或多个喷嘴的槽，以使材料能够从一个或多个喷嘴通至经加热基材。

Description

在经加热的基材上打印的方法及装置

本申请为申请日为2010年5月17日，申请号为201080027984.2，发明名称为“在经加热的基材上打印的方法及装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及打印领域，更具体地，涉及一种在经加热的基材上打印的方法及装置。

背景技术

在可打印式电子件的制造中，日益利用诸如喷墨打印系统等非接触沉积打印系统。譬如，对于诸如射频识别(RFID)、有机发光二极管(OLED)、光伏(PV)太阳能电池及其它可打印式电子件产品等应用，可使用此等系统藉由沉积一电传导材料(墨料)于不同基材上将层予以金属化。

在譬如太阳能电池生产期间的硅晶圆的金属化等部分应用中，希望将材料沉积在一热基材表面上。热基材可能不利地加热喷嘴板并可能负面地影响打印质量。此外，由于烟气可以小滴形式凝结于喷嘴板上，从配送至经加热基材上的液体材料所蒸发的烟气亦可能负面地影响打印头的操作。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于配送材料于经加热基材上的打印装置，该装置包含：打印头，其具有一个或多个喷嘴；及热量屏蔽件，其当打印时部份地屏蔽面对该经加热基材的该打印头的一侧，以便降低从该基材至该打印头的热量转移，该屏蔽件包括一对准于该一个或多个喷嘴的槽，以使材料能够从该一个或多个喷嘴通至该经加热基材。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在经加热基材上沉积的非接触沉积方法，该方法包含下列步骤：加热一基材；及自一具有一个或多个喷嘴的打印头将材料沉积于该经加热基材上，其中该打印头由一部份屏蔽面对该经加热基材的该打印头的一侧的热量屏蔽件所屏蔽，以便降低从该基材至该打印头的热量转移，其中该屏蔽件包括一对准于该一个或多个喷嘴的槽，以使该材料能够从该一个或多个喷嘴通至该经加热基材。

附图说明

被视为本发明的标的物在说明书的结论部分被特别指出且明确地请求。然而，可参照附图阅读下文详细描述而清楚了解本发明的组织与操作方式、及其目的、特征构造与优点，其中：

图1为根据本发明的实施例的一示范性打印头及一屏蔽件的示意横剖视图；

图2为根据本发明的实施例的一具有多重打印头及一屏蔽结构的示范性打印单元的示意图；

图3为根据本发明其它实施例的一示范性打印头及一屏蔽件的示意图；

图4为根据本发明的替代性实施例的一示范性打印头的示意图。

请了解，为了显示简单与清楚起见，图中所示的组件未必精确绘制或依实际比例绘制。譬如，部分组件的维度为求清楚可能相对于其它组件被加大。并且，若适当的话，可在图中重复编号以代表对应或类似的组件。并且，图中描绘的部分区块可合并成单一功能。

具体实施方式

下文详细描述中，提出许多特定细节以供彻底了解本发明。然而，一般熟习该技艺者将了解，本发明可在不具有这些特定细节情形下实行。其它案例中，尚未详述熟知的方法、程序、组件、模块、单元及/或电路以免模糊本发明。

本发明的实施例有关一方法及一打印装置，诸如喷墨打印系统或利用一经聚焦气剂流的粒子的气剂喷注系统，用以将材料非接触沉积于一经加热基材上。根据部分实施例，一屏蔽件或一经冷却罩幕可被耦合至系统的打印头以便提供经加热基材与打印头之间的一屏蔽件。在说明书与申请专利范围中可交换使用“材料”、“打印流体”及“墨料”用语。

根据本发明的实施例的一打印装置可操作以便于一经加热基材上打印同时屏蔽打印头。譬如，打印头可操作以便经由装置的一热量屏蔽板中的一槽沉积墨料于经加热基材上。水或另一冷却剂可流通经过屏蔽框架以便自屏蔽框架及板移除热量。因此，屏蔽板可防止打印头过热。并且，屏蔽件可抑制从经加热基材所蒸发的烟气凝结于打印头的一喷嘴板上。

此外，吸力或压力可被施加至一空气导管以便引发屏蔽板与打印头之间、或屏蔽头与基材之间的空气流。屏蔽件与打印头之间的空气流可经由槽离开并可从基材推离原本会在打印头方向经由槽进入的热空气。

譬如，可利用打印装置在太阳能电池生产期间将金属化施加至硅晶圆。金属化可提供对于电池的电性接触以将电池电性连接至一个或多个装置。为此，材料可为一电传导材料(电传导墨料及基材可为一半导体晶圆。沉积制程期间，半导体晶圆可被加热以便加快打印制程，譬如达到100℃至300℃温度。根据部分实施例，喷嘴可配置于打印头的一喷嘴板上的一单列中，以便打印单一金属化线于基材上。然而，应了解本发明的实施例不限于此应用，且其它非接触沉积应用亦落在本发明的范围内。

现在参照图1，其为根据本发明的实施例的一打印装置的横剖视示意图。一打印装置10—其可能为一喷墨打印系统的部分—可包括一打印头12及一热量屏蔽件14。打印头12可被耦合至一墨料供应管38，其可对于打印头12提供材料(墨料)以经由喷嘴板20的喷嘴射出。

打印头12可包括一或多列的喷嘴，一打印流体经由其射出(未图示)。选用性地，打印头12可包括一喷嘴板20，而在打印头的一向外侧上具有一或多列的喷嘴。本发明的部分实施例中，一打印头可设有多重喷嘴板。或者，多重打印头可配置于相对于彼此的固定位置中，如图2所示。此等配置可譬如用来同时打印数条线。

热量屏蔽件14可包括一屏蔽板14A，其具有一被定位为与喷嘴列相对之屏蔽槽24，及一屏蔽框架14B。打印头12可设有不只一列的喷嘴，且槽则可较宽并对准于所有的列。或者，屏蔽板14可包括不只一槽24，其中各槽对准于一各别列的喷嘴，且各槽使其对应列的喷嘴能够沉积墨料于一基材上。熟习该技艺者应了解一列喷嘴可包括任何数量的喷嘴，包括单一喷嘴。

屏蔽框架14B可将屏蔽板14A相对于打印头12固持在一固定位置。根据部分实施例，屏蔽板14A及屏蔽框架14B可由单件金属被机械加工。屏蔽件14可包括一个或多个冷却剂导管28，一冷却剂可经由其流动及流通。屏蔽件14可至少部分地围绕打印头12而形成一间隙或空间于打印头12及屏蔽框架14B之间。该空间可便利空气流，如图3所示，并亦可能能够使屏蔽件14中的打印头12作精确调整。间隙可由一密封件36所密封。譬如，密封件36可包括一密封垫片或者一或多条的密封材料。密封材料可包括密封泡绵、橡胶、硅氧、填隙材料、或该技艺习知的任何其它适当密封材料。

沉积工艺期间，一经加热基材(未图示)可被定位为与喷嘴相对，处于一适当距离。基材可被安装在一加热板(未图示)上。根据本发明的实施例，屏蔽件14可防止来自经加热基材的热量使打印头12过热。屏蔽板14A可作为一罩幕，其至少部分地覆盖或屏蔽住打印头的向外侧同时能够经由槽沉积墨料于基材上。

屏蔽板14A的厚度可能受限于喷嘴与基材之间的距离。譬如，为了能够以一所需要质量作打印，喷嘴可放置在对于基材表面的一相对较小距离内。屏蔽板的厚度则应够小以不增加喷嘴与基材表面之间的距离。譬如，若喷嘴与基材表面之间所需要的距离约为1mm，则屏蔽板的厚度可譬如受限为0.2至0.5mm。根据本发明的实施例，屏蔽板14A可能够厚而能够具有构造强度及从屏蔽板至经冷却屏蔽框架所需要的热传导两者。

屏蔽板14A中的槽24可制成狭窄状以便尽量加大打印头对于热量—通常为被基材加热的空气导致的对流热量—的屏蔽作用。此外，一狭窄开缝可屏蔽住打印头不受到从经加热基材蒸发且能够凝结在打印头上的烟气。譬如，槽的宽度可小于0.5mm。根据部分实施例，为了妥当地屏蔽，槽宽度可为屏蔽板厚度的一比例部分。譬如，槽宽度可小于屏蔽板厚度的一半。譬如，一狭窄的槽可抑制不良气体自由流经该槽。另一方面，其它考虑因素可能将槽宽度限制为比一最小值更宽的一宽度。譬如，可根据一不使槽与打印头沉积墨料至基材上的作用产生干扰的要求来决定槽的最小值宽度。譬如，槽的宽度可制成比喷嘴直径更大3至20倍。譬如，一槽宽度可为约0.1mm至0.2mm。

屏蔽件14可构成包括有一具热传导性的材料。譬如，一适当材料可包括一诸如铝或铜等金属，或任何其它适当的热传导塑料或陶瓷。可以在屏蔽板14A与屏蔽框架14B之间提供良好热性接触的方式使屏蔽板连接至屏蔽框架。譬如，屏蔽框架及屏蔽板可由单件材料作机械加工。或者，屏蔽板可利用适当的热传导连接材料被螺栓、熔接、焊接、胶接、或以其它方式附装至屏蔽框架。屏蔽框架14B可提供对于屏蔽板14A的机械性支撑。此外，屏蔽框架可提供热质量(thermal mass)以便形成一供从屏蔽板传导离开的热量所用的排热器。譬如，屏蔽框架的壁可制成充分够厚以便提供一适当热质量，亦具充分机械强度。提供厚壁亦可利于从与屏蔽板的接头至被雕刻或连接到屏蔽框架的冷却传导区位的良好热传导。

可供一冷却剂流过及流通的一个或多个冷却剂导管28可以任何可能的构造被定位于屏蔽件14内，譬如，导管可围绕打印头12的壁。导管可被雕刻于屏蔽框架14B中。根据部分实施例，屏蔽框架可包括一个或多个孔径，一冷却剂流体可经由其流动或流通。譬如，水可作为一适当的冷却剂流体。流通的冷却剂可传送热量离开屏蔽框架14B及经附接的屏蔽板14A到达一贮器，或到达一热交换装置而在其中从冷却剂移除热量。

屏蔽板14A的一个或多个表面可由低发射率材料涂覆或构成，其可抑制打印头受到经加热基材的辐射性加热。譬如，屏蔽板14A的一向外表面—亦即背离打印头且朝向经加热基材的屏蔽板的一表面—可反射基材所发射的热辐射。譬如，若基材被加热至200℃到300℃的一温度，屏蔽板14A的向外表面可设计成反射热红外辐射。譬如，该表面或屏蔽板可由经抛光裸铝构成。此外，屏蔽板的一向内表面可设计成具有低发射率以便防止打印头12受到屏蔽板14A的辐射性加热。

屏蔽件14可设计成抑制或防止墨料滴或粒子的困陷或累积。譬如，若无此设计，从一经加热基材蒸发的含有墨料组份的烟气可能凝结在屏蔽板14A上，屏蔽板24的一槽中，打印头12的一喷嘴板20上，或屏蔽板14A与喷嘴板20之间的间隙中。类似地，诸如打印头12的一喷嘴所发射的一雾、喷雾、或小滴等漫射墨料可能聚集于屏蔽板上，屏蔽板的一槽中，打印头的一喷嘴板上，或屏蔽板与喷嘴板之间的间隙中。

屏蔽板14A可包括一个或多个非湿润表面以便抑制墨料聚集于那些表面上。一非湿润表面可抑制一诸如墨料等液体黏着至表面。譬如，屏蔽板14A的一个或多个表面可涂覆有铁氟龙(Teflon)。譬如，屏蔽板的一向内表面可为一非湿润表面。屏蔽板14A的向内非湿润表面可抑制流体累积于屏蔽板与打印头之间(打印头的喷嘴板20的一向外表面上的一非湿润表面可类似地抑制流体累积于喷嘴板与屏蔽板之间)。类似地，屏蔽板中的一槽的壁可选用性地制成非湿润表面。譬如，非湿润槽壁可抑制流体累积于槽内。屏蔽板14A的一向外表面可选用性地身为一非湿润表面。或者，屏蔽板14A的一向内表面(且可能包括槽壁)可为非湿润性，而屏蔽板的一向外表面则为湿润性。在此例中，流体可从向内表面被抽取至向外表面。这可用来使屏蔽板14A与打印头12之间的间隙保持无流体。在此例中，可能偶尔需对于向外表面清理墨料或流体。

现在参照图2，其为根据本发明的实施例的一具有多重打印头的打印单元的示范图。这些实施例中，单一屏蔽件115可设计成容纳多重打印头12A-12F。屏蔽件115可包括一其中具有复数个槽24A-24F的屏蔽板，各槽被定位为与打印头12A-12F一者的一对应喷嘴或喷嘴列呈现相对。即便示范性实施例包括6个打印头，熟习该技艺者应了解本发明的实施例不在此限，且其它实施例可有关任何数量的打印头。屏蔽件115可包括一个或多个冷却剂导管28，其彼此独立或耦合。

现在参照图3，其为根据本发明的其它实施例被连接至一经加压空气或气体源的一示范性打印头及一屏蔽件的示意图。除了一(或多)个冷却剂导管28外，一打印装置300—其可能身为一喷墨打印系统的部分—可包括一个或多个空气导管30以在打印头12与屏蔽件14之间的间隙内产生空气流。此空气流可辅助冷却打印装置。空气流亦可辅助打印装置的空间维持没有流体累积。譬如，导管30可连接至屏蔽框架与打印头12壁之间的间隙。空气导管30的另一端可被连接至一压力源或装置(未图标)，诸如一鼓风机至，压缩机，或经加压空气或气体的贮槽。压力源的操作可迫使空气流出屏蔽板中的槽24外。往外空气流可用来防止热空气及/或烟气经由槽进入。

根据部分实施例，在间隙内所引发的空气流可具有一够慢的空气流速率而不与从喷嘴所发射的墨料沉积至基材上的作用产生干扰。或者，来自空气导管30的空气流可与打印操作同步化以便不与墨料沉积产生干扰。譬如，可能只在没有墨料从喷嘴发射时，才引发空气流。空气导管30可将打印头12与屏蔽件14之间的间隙连接至一用于引发经过间隙的空气(或另一气体)流的装置。

若不将空气流引发至间隙内，一空气导管30亦可从间隙吸取空气，而当打印装置未处于使用时造成空气经由屏蔽件中的槽进入并远离热基材。譬如，一冷凉房间中的空气可流过槽24以帮助冷却位于打印头23的喷嘴。

现在参照图4，其显示根据本发明的其它实施例被连接至一空气吸取单元的一示范性打印头及一屏蔽件的示意图。对于一(或多)个冷却剂导管28以添加或取代方式，一打印装置400—其可能为一喷墨打印系统的部分—可包括一空气吸取单元50以收集来自一经加热基材的烟气。空气吸取单元50可被定位成耦合至屏蔽板14A的一向外表面上的一空气开口40。譬如，若吸力被施加至空气吸取单元50，位居屏蔽板14A与经加热基材(未图示)之间的烟气可被抽往空气开口40，而引发一远离屏蔽槽24的空气流。空气流可防止流体累积于喷嘴及/或屏蔽槽24中或近处。多重空气开口可设置于屏蔽板14A的向外表面上的不同区位。多重空气开口可能能够具有一较大空气流速率或一对称性空气流图案。

面对喷嘴的屏蔽板14A的表面可涂覆有一非湿润涂覆物，或另被设计成非湿润性。非湿润涂覆物可抑制流体累积于喷嘴及屏蔽槽24附近。

根据本发明的实施例，一用于确保喷嘴对准于屏蔽槽24的机构可包括一螺丝36及一弹簧38。螺丝36及弹簧38将反制力施加至打印头12，而使打印头12固持在相对于屏蔽框架14B的一给定位置。螺丝36的旋转可调整螺丝36从屏蔽框架14B往内延伸的距离。藉由改变螺丝36从屏蔽框架14B往内延伸的距离可改变打印头12相对于屏蔽框架14B的位置。打印头12相对于屏蔽框架14B的位置及对准可被调整，直到喷嘴列对准于屏蔽槽24以及譬如喷嘴数组相对于扫描方向的方向等其它机具要求为止。

此处已经显示及描述本发明的特定特征构造，本领域普通技术人员可得知许多修改、替代、改变及均等物。因此，请了解申请专利范围预定涵盖落在本发明的真实范围内的所有此等修改及变化。

Claims (14)

1.一种打印装置，包括：

基材，被构造成在打印制程期间被加热；

至少一个打印头，与基材表面隔开并且包括多个喷嘴，被构造成将金属材料打印在经加热基材的顶上；以及

热量屏蔽件，位于所述基材表面与所述至少一个打印头之间并且被构造成防止来自所述经加热基材的热量使所述至少一个打印头过热，所述热量屏蔽件与所述至少一个打印头不同并且包括多个槽，其中每个槽被构造用于对准于至少一个喷嘴，并且所述多个槽被配置于所述热量屏蔽件中以使金属能够从所述至少一个喷嘴通过对应的槽用于沉积在所述经加热基材的顶上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件在其中包括一导管用于传导一液体冷却剂。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件的一往外表面对于热红外线辐射具有反射性。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件包括一热传导材料。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件包含铝或铜。

6.根据权利要求1所述的装置，其中面对所述至少一个打印头的所述热量屏蔽件的一往内表面涂覆有一非湿润涂覆物。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一空气导管，所述空气导管被构造成诱发所述热量屏蔽件与所述至少一个打印头之间的空气运动。

8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

空气吸取单元，所述空气吸取单元耦合至当打印时面对所述经加热基材的所述热量屏蔽件的一侧中的一空气开口。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个喷嘴被配置于打印头的一单列中，用于将单一金属化线打印在所述经加热基材上。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件能调整以使所述槽能够对准于所述喷嘴。

11.根据权利要求1所述的装置，其中每个槽的宽度小于0.5mm。

12.根据权利要求1所述的装置，其中每个槽的宽度是每个喷嘴的典型宽度的3至20倍。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述热量屏蔽件部分的厚度为0.2至0.5mm。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述基材被构造为加热至100-300℃的一温度。