TW201628868A - 列印在經加熱之基材上的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一用於配送材料於一經加熱基材上之列印裝置。該裝置可包括一列印頭，其具有一或多個噴嘴，及一熱量屏蔽件，其當列印時係部份地遮罩面對經加熱基材之列印頭的一側，藉以降低從基材至列印頭的熱量轉移。屏蔽件係包括一對準於一或多個噴嘴之槽，以使材料能夠從一或多個噴嘴通至經加熱基材。

Description

列印在經加熱之基材上的方法及裝置
本發明係關於一種列印在經加熱之基材上的方法及裝置。
在可列印式電子件的製造中，係日益利用諸如噴墨列印系統等非接觸沉積列印系統。譬如，對於諸如射頻識別(RFID)、有機發光二極體(OLED)、光伏(PV)太陽能電池及其他可列印式電子件產品等應用，可使用此等系統藉由沉積一電傳導材料(墨料)於不同基材上將層予以金屬化。
在譬如太陽能電池生產期間之矽晶圓的金屬化等部分應用中，希望將材料沉積在一熱基材表面上。熱基材可能不利地加熱噴嘴板並可能負面地影響列印品質。此外，由於煙氣可以小滴形式凝結於噴嘴板上，從配送至經加熱基材上的液體材料所蒸發之煙氣亦可能負面地影響列印頭的操作。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於配送材料於一經加熱基材上之列印裝置，該裝置包含：一列 印頭，其具有一或多個噴嘴；及一熱量屏蔽件，其當列印時係部份地遮罩面對該經加熱基材之該列印頭的一側，藉以降低從該基材至該列印頭之熱量轉移，該屏蔽件係包括一對準於該一或多個噴嘴之槽，以使材料能夠從該一或多個噴嘴通至該經加熱基材。
依據本發明之另一實施例，係特地提出一種用於沉積於經加熱基材上之非接觸沉積方法，該方法包含加熱一基材；及自一具有一或多個噴嘴的列印頭將材料沉積於該經加熱基材上，其中該列印頭係由一部份遮罩面對該經加熱基材之該列印頭的一側之熱量屏蔽件所屏蔽，藉以降低從該基材至該列印頭之熱量轉移，其中該屏蔽件包括一對準於該一或多個噴嘴之槽，以使該材料能夠從該一或多個噴嘴通至該經加熱基材。
10,300,400‧‧‧列印裝置
115‧‧‧屏蔽件
12,12A-12F,23‧‧‧列印頭
14‧‧‧熱量屏蔽件
14A‧‧‧屏蔽板
14B‧‧‧屏蔽框架
20‧‧‧噴嘴板
24‧‧‧屏蔽槽
24A-24F‧‧‧槽
28‧‧‧冷卻劑導管
30‧‧‧空氣導管
36‧‧‧密封件(第1圖)，螺絲(第4圖)
38‧‧‧墨料供應管(第1圖)，彈簧(第4圖)
40‧‧‧空氣開口
50‧‧‧空氣吸取單元
被視為本發明之標的物係在說明書的結論部分被特別指出且明確地請求。然而，可參照附圖閱讀下文詳細描述而清楚瞭解本發明之組織與操作方式、及其目的、特徵構造與優點，其中：第1圖係為根據本發明的實施例之一示範性列印頭及一屏蔽件的示意橫剖視圖；第2圖為根據本發明的實施例之一具有多重列印頭及一屏蔽結構之示範性列印單元的示意圖；第3圖為根據本發明其他實施例之一示範性列印頭及一屏蔽件的示意圖； 第4圖為根據本發明的替代性實施例之一示範性列印頭的示意圖。
請瞭解為了顯示簡單與清楚起見，圖中所示的元件未必精確繪製或依實際比例繪製。譬如，部分元件的維度為求清楚可能相對於其他元件被加大。並且，若適當的話，可在圖中重覆編號以代表對應或類似的元件。並且，圖中描繪的部分區塊可合併成單一功能。
下文詳細描述中，提出許多特定細節以供徹底瞭解本發明。然而，一般熟習該技藝者將瞭解，本發明可在不具有這些特定細節情形下實行。其他案例中，尚未詳述熟知的方法、程序、組件、模組、單元及/或電路以免模糊本發明。
本發明的實施例係有關一方法及一列印裝置，諸如噴墨列印系統或利用一經聚焦氣劑流的粒子之氣劑噴注系統，用以將材料非接觸沉積於一經加熱基材上。根據部分實施例，一屏蔽件或一經冷卻罩幕係可被耦合至系統的列印頭藉以提供經加熱基材與列印頭之間的一屏蔽件。在說明書與申請專利範圍中可交換使用“材料”、“列印流體”及“墨料”用語。
根據本發明的實施例之一列印裝置係可操作藉以列印於一經加熱基材上同時屏蔽列印頭。譬如，列印頭係可操作藉以經由裝置的一熱量屏蔽板中之一槽沉積墨料於經加熱基材上。水或另一冷卻劑可流通經過屏蔽框架藉 以自屏蔽框架及板移除熱量。因此，屏蔽板可防止列印頭過熱。並且，屏蔽件可抑制從經加熱基材所蒸發的煙氣凝結於列印頭的一噴嘴板上。
此外，吸力或壓力可被施加至一空氣導管藉以誘發屏蔽板與列印頭之間、或屏蔽頭與基材之間的空氣流。屏蔽件與列印頭之間的空氣流係可經由槽離開並可從基材推離原本會在列印頭方向經由槽進入之熱空氣。
譬如，可利用列印裝置在太陽能電池生產期間將金屬化施加至矽晶圓。金屬化可提供對於電池之電性接觸以將電池電性連接至一或多個裝置。為此，材料可為一電傳導材料(電傳導墨料及基材可為一半導體晶圓。沉積製程期間，半導體晶圓可被加熱藉以加快列印製程，譬如達到100℃至300℃溫度。根據部分實施例，噴嘴可配置於列印頭的一噴嘴板上之一單列中，藉以列印單一金屬化線於基材上。然而，應瞭解本發明的實施例不限於此應用，且其他非接觸沉積應用亦落在本發明的範圍內。
現在參照第1圖，其係為根據本發明的實施例之一列印裝置的橫剖視示意圖。一列印裝置10一其可能為一噴墨列印系統的部份一係可包括一列印頭12及一熱量屏蔽件14。列印頭12可被耦合至一墨料供應管38，其可對於列印頭12提供材料(墨料)以經由噴嘴板20的噴嘴射出。
列印頭12可包括一或多列的噴嘴，一列印流體經由其射出(未圖示)。選用性地，列印頭12可包括一噴嘴板20，而在列印頭的一向外側上具有一或多列的噴嘴。本發 明的部分實施例中，一列印頭可設有多重噴嘴板。或者，多重列印頭可配置於相對於彼此的固定位置中，如第2圖所示。此等配置可譬如用來同時列印數條線。
熱量屏蔽件14可包括一屏蔽板14A，其具有一被定位為與噴嘴列相對之屏蔽槽24，及一屏蔽框架14B。列印頭12可設有不只一列的噴嘴，且槽則可較寬並對準於所有的列。或者，屏蔽板14可包括不只一槽24，其中各槽係對準於一各別列的噴嘴，且各槽使其對應列的噴嘴能夠沉積墨料於一基材上。熟習該技藝者應瞭解一列噴嘴可包括任何數量的噴嘴，包括單一噴嘴。
屏蔽框架14B可將屏蔽板14A相對於列印頭12固持在一固定位置。根據部分實施例，屏蔽板14A及屏蔽框架14B可由單件金屬被機械加工。屏蔽件14可包括一或多個冷卻劑導管28，一冷卻劑可經由其流動及流通。屏蔽件14可至少部份地圍繞列印頭12而形成一間隙或空間於列印頭12及屏蔽框架14B之間。該空間可便利空氣流，如第3圖所示，並亦可能能夠使屏蔽件14中之列印頭12作精確調整。間隙可由一密封件36所密封。譬如，密封件36可包括一密封墊片或者一或多條的密封材料。密封材料可包括密封泡綿、橡膠、矽氧、填隙材料、或該技藝習知的任何其他適當密封材料。
沉積製程期間，一經加熱基材(未圖示)可被定位為與噴嘴相對，處於一適當距離。基材可被安裝在一加熱板(未圖示)上。根據本發明的實施例，屏蔽件14可防止來自 經加熱基材的熱量使列印頭12過熱。屏蔽板14A可作為一罩幕，其至少部份地覆蓋或遮罩住列印頭的向外側同時能夠經由槽沉積墨料於基材上。
屏蔽板14A的厚度可能受限於噴嘴與基材之間的距離。譬如，為了能夠以一所需要品質作列印，噴嘴可放置在對於基材表面之一相對較小距離內。屏蔽板的厚度則應夠小以不增加噴嘴與基材表面之間的距離。譬如，若噴嘴與基材表面之間所需要的距離約為1mm，則屏蔽板的厚度可譬如受限為0.2至0.5mm。根據本發明的實施例，屏蔽板14A可能夠厚而能夠具有構造強度及從屏蔽板至經冷卻屏蔽框架所需要的熱傳導兩者。
屏蔽板14A中的槽24可製成狹窄狀藉以盡量加大列印頭對於熱量-通常係為被基材加熱之空氣導致的對流熱量-的屏蔽作用。此外，一狹窄開縫可屏蔽住列印頭不受到從經加熱基材蒸發且能夠凝結在列印頭上之煙氣。譬如，槽的寬度可小於0.5mm。根據部分實施例，為了妥當地屏蔽，槽寬度可為屏蔽板厚度之一比例部分。譬如，槽寬度可小於屏蔽板厚度的一半。譬如，一狹窄的槽可抑制不良氣體自由流經該槽。另一方面，其他考量因素可能將槽寬度限制為比一最小值更寬之一寬度。譬如，可根據一不使槽與列印頭沉積墨料至基材上的作用產生干擾之要求來決定槽的最小值寬度。譬如，槽的寬度可製成比噴嘴直徑更大3至20倍。譬如，一槽寬度可為約0.1mm至0.2mm。
屏蔽件14可構成包括有一具熱傳導性的材料。譬如，一適當材料可包括一諸如鋁或銅等金屬，或任何其他適當的熱傳導塑料或陶瓷。可以在屏蔽板14A與屏蔽框架14B之間提供良好熱性接觸的方式使屏蔽板連接至屏蔽框架。譬如，屏蔽框架及屏蔽板可由單件材料作機械加工。或者，屏蔽板可利用適當的熱傳導連接材料被螺栓、熔接、銲接、膠接、或以其他方式附裝至屏蔽框架。屏蔽框架14B可提供對於屏蔽板14A之機械性支撐。此外，屏蔽框架可提供熱質量(thermal mass)藉以形成一供從屏蔽板傳導離開的熱量所用之排熱器。譬如，屏蔽框架的壁可製成充分夠厚藉以提供一適當熱質量，亦具充分機械強度。提供厚壁亦可利於從與屏蔽板的接頭至被雕刻或連接到屏蔽框架的冷卻傳導區位之良好熱傳導。
可供一冷卻劑流過及流通之一或多個冷卻劑導管28係可以任何可能的構造被定位於屏蔽件14內，譬如，導管可圍繞列印頭12的壁。導管可被雕刻於屏蔽框架14B中。根據部分實施例，屏蔽框架可包括一或多個孔徑，一冷卻劑流體可經由其流動或流通。譬如，水可作為一適當的冷卻劑流體。流通的冷卻劑可傳送熱量離開屏蔽框架14B及經附接的屏蔽板14A到達一貯器，或到達一熱交換裝置而在其中從冷卻劑移除熱量。
屏蔽板14A的一或多個表面可由低發射率材料塗覆或構成，其可抑制列印頭受到經加熱基材之輻射性加熱。譬如，屏蔽板14A的一向外表面-亦即背離列印頭且朝 向經加熱基材之屏蔽板的一表面-係可反射基材所發射之熱輻射。譬如，若基材被加熱至200℃到300℃的一溫度，屏蔽板14A的向外表面可設計成反射熱紅外輻射。譬如，該表面或屏蔽板可由經拋光裸鋁構成。此外，屏蔽板的一向內表面可設計成具有低發射率藉以防止列印頭12受到屏蔽板14A之輻射性加熱。
屏蔽件14可設計成抑制或防止墨料滴或粒子的困陷或累積。譬如，若無此設計，從一經加熱基材蒸發之含有墨料組份的煙氣係可能凝結在屏蔽板14A上，屏蔽板24的一槽中，列印頭12的一噴嘴板20上，或屏蔽板14A與噴嘴板20之間的間隙中。類似地，諸如列印頭12的一噴嘴所發射之一霧、噴霧、或小滴等漫射墨料係可能聚集於屏蔽板上，屏蔽板的一槽中，列印頭的一噴嘴板上，或屏蔽板與噴嘴板之間的間隙中。
屏蔽板14A可包括一或多個非濕潤表面藉以抑制墨料聚集於那些表面上。一非濕潤表面可抑制一諸如墨料等液體黏著至表面。譬如，屏蔽板14A的一或多個表面可塗覆有鐵氟龍(Teflon)。譬如，屏蔽板的一向內表面可為一非濕潤表面。屏蔽板14A的向內非濕潤表面可抑制流體累積於屏蔽板與列印頭之間(列印頭的噴嘴板20之一向外表面上的一非濕潤表面係可類似地抑制流體累積於噴嘴板與屏蔽板之間)。類似地，屏蔽板中之一槽的壁可選用性地製成非濕潤表面。譬如，非濕潤槽壁可抑制流體累積於槽內。屏蔽板14A的一向外表面可選用性地身為一非濕潤表面。或 者，屏蔽板14A的一向內表面(且可能包括槽壁)係可為非濕潤性，而屏蔽板的一向外表面則為濕潤性。在此例中，流體可從向內表面被抽取至向外表面。這可用來使屏蔽板14A與列印頭12之間的間隙保持無流體。在此例中，可能偶而需對於向外表面清理墨料或流體。
現在參照第2圖，其係為根據本發明的實施例之一具有多重列印頭之列印單元的示範圖。這些實施例中，單一屏蔽件115可設計成容納多重列印頭12A-12F。屏蔽件115可包括一其中具有複數個槽24A-24F之屏蔽板，各槽被定位為與列印頭12A-12F一者的一對應噴嘴或噴嘴列呈現相對。即便示範性實施例包括6個列印頭，熟習該技藝者應瞭解本發明的實施例不在此限，且其他實施例可有關任何數量的列印頭。屏蔽件115可包括一或多個冷卻劑導管28，其彼此獨立或耦合。
現在參照第3圖，其為根據本發明的其他實施例被連接至一經加壓空氣或氣體源之一示範性列印頭及一屏蔽件的示意圖。除了一(或多)個冷卻劑導管28外，一列印裝置300-其可能身為一噴墨列印系統的部份-係可包括一或多個空氣導管30以在列印頭12與屏蔽件14之間的間隙內產生空氣流。此空氣流可輔助冷卻列印裝置。空氣流亦可輔助列印裝置的空間維持沒有流體累積。譬如，導管30可連接至屏蔽框架與列印頭12壁之間的間隙。空氣導管30的另一端可被連接至一壓力源或裝置(未圖示)，諸如一鼓風機至，壓縮機，或經加壓空氣或氣體的貯槽。壓力源的操作 可迫使空氣流出屏蔽板中的槽24外。往外空氣流可用來防止熱空氣及/或煙氣經由槽進入。
根據部分實施例，在間隙內所誘發之空氣流可具有一夠慢的空氣流速率而不與從噴嘴所發射的墨料沉積至基材上之作用產生干擾。或者，來自空氣導管30的空氣流可與列印操作同步化藉以不與墨料沉積產生干擾。譬如，可能只在沒有墨料從噴嘴發射時，才誘發空氣流。空氣導管30可將列印頭12與屏蔽件14之間的間隙連接至一用於誘發經過間隙的空氣(或另一氣體)流之裝置。
若不將空氣流誘發至間隙內，一空氣導管30亦可從間隙吸取空氣，而當列印裝置未處於使用時造成空氣經由屏蔽件中的槽進入並遠離熱基材。譬如，一冷涼房間中的空氣可流過槽24以幫助冷卻位於列印頭23之噴嘴。
現在參照第4圖，其顯示根據本發明的其他實施例被連接至一空氣吸取單元之一示範性列印頭及一屏蔽件的示意圖。對於一(或多)個冷卻劑導管28以添加或取代方式，一列印裝置400-其可能為一噴墨列印系統的部份-係可包括一空氣吸取單元50以收集來自一經加熱基材的煙氣。空氣吸取單元50可被定位成耦合至屏蔽板14A的一向外表面上之一空氣開口40。譬如，若吸力被施加至空氣吸取單元50，位居屏蔽板14A與經加熱基材(未圖示)之間的煙氣可被抽往空氣開口40，而誘發一遠離屏蔽槽24之空氣流。空氣流可防止流體累積於噴嘴及/或屏蔽槽24中或近處。多重空氣開口可設置於屏蔽板14A的向外表面上之不同區 位。多重空氣開口可能能夠具有一較大空氣流速率或一對稱性空氣流圖案。
面對噴嘴之屏蔽板14A的表面係可塗覆有一非濕潤塗覆物，或另被設計成非濕潤性。非濕潤塗覆物可抑制流體累積於噴嘴及屏蔽槽24附近。
根據本發明的實施例，一用於確保噴嘴對準於屏蔽槽24之機構係可包括一螺絲36及一彈簧38。螺絲36及彈簧38將反制力施加至列印頭12，而使列印頭12固持在相對於屏蔽框架14B之一給定位置。螺絲36的旋轉係可調整螺絲36從屏蔽框架14B往內延伸之距離。藉由改變螺絲36從屏蔽框架14B往內延伸之距離係可改變列印頭12相對於屏蔽框架14B之位置。列印頭12相對於屏蔽框架14B之位置及對準可被調整，直到噴嘴列對準於屏蔽槽24以及譬如噴嘴陣列相對於掃描方向的方向等其他機具要求為止。
此處已經顯示及描述本發明的特定特徵構造，一般熟習該技藝者可得知許多修改、替代、改變及均等物。因此，請瞭解申請專利範圍係預定涵蓋落在本發明的真實範圍內之所有此等修改及變化。
10‧‧‧列印裝置
12‧‧‧列印頭
14‧‧‧熱量屏蔽件
14A‧‧‧屏蔽板
14B‧‧‧屏蔽框架
20‧‧‧噴嘴板
24‧‧‧屏蔽槽
36‧‧‧密封件
38‧‧‧墨料供應管

Claims (14)

  1. 一種列印裝置，包含：一基材，其組配成在一列印製程期間被加熱；至少一列印頭，其與該基材分隔開且包括複數個噴嘴，該等複數個噴嘴係組配成可列印一金屬材料於經加熱之該基材的頂上；以及一熱量屏蔽件，其位居於該基材之表面與該至少一列印頭之間，且係組配成可防止來自經加熱之該基材的熱量去使該至少一列印頭過熱，該熱量屏蔽件係有別於該至少一列印頭且具有複數個槽，其中各槽係組配成用來與至少一噴嘴對準，且該等複數個槽係配置在該熱量屏蔽件中以使來自該至少一噴嘴的金屬可通過一對應槽以供沉積在經加熱之該基材的頂上。
  2. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件包括於其中的一導管，以供傳送一液體冷卻劑。
  3. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件之一向外表面對於熱紅外輻射係可反射的。
  4. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件包括一熱傳導材料。
  5. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件包括鋁或銅。
  6. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件中之面對該至少一列印頭的一向內表面係塗覆有一非濕潤塗覆物。
  7. 如請求項1的列印裝置，更包括一空氣導管，該空氣導 管係組配成可誘發該熱量屏蔽件與該至少一列印頭之間的空氣移動。
  8. 如請求項1的列印裝置，更包括：一空氣吸取單元，其在列印時耦合至一空氣開口，而該空氣開口位在該熱量屏蔽件中之面對經加熱之該基材的一側中。
  9. 如請求項1的列印裝置，其中該等複數個噴嘴係配置在一列印頭的一單一列中，以供列印一單一金屬化線在經加熱之該基材上。
  10. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件係可調整以使該等槽待對準於該等噴嘴。
  11. 如請求項1的列印裝置，其中各槽之一寬度係少於0.5mm。
  12. 如請求項1的列印裝置，其中各槽之一寬度係比各噴嘴之一代表寬度更大3至20倍。
  13. 如請求項1的列印裝置，其中該熱量屏蔽件之一部分的一厚度係介於0.2至0.5mm。
  14. 如請求項1的列印裝置，其中該基材係組配成可被加熱至約100℃到300℃的一溫度。
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