TWI834956B - 用於噴墨式印表機之總成及噴墨式印表機 - Google Patents

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亞倫 保羅 史塔尼克
安德烈亞斯 斯蒂格沃爾德
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Abstract

本發明係關於一種用於噴墨式印表機1且經組態用於在其中移動三維電子裝置1000之總成。該總成包含(i)第一夾具3a，其經組態以固持第一列印頭200；及(ii)至少兩個作業線A、B、C、D，其中各作業線A、B、C、D包括印刷區段20，在該印刷區段中在該電子裝置1000之表面上印刷功能性層；燒結區段40；及傳送機制4。該第一夾具3a可自該至少兩個作業線A、B、C、D中的一者移動至該至少兩個作業線A、B、C、D中的另一者。本發明亦係關於一種噴墨式印表機1及一種用於在第一及第二電子裝置1000的表面上印刷功能性層的方法。

Description

用於噴墨式印表機之總成及噴墨式印表機
本發明係關於一種用於噴墨式印表機且經組態用於在其中移動三維電子裝置之總成。本發明亦係關於一種噴墨式印表機，其包括上述總成及一種用於在噴墨式印表機中在第一及第二三維電子裝置之表面上印刷功能性層的方法。
噴墨式印表機已廣泛用於印刷紙張。然而，噴墨式印表機亦可用於其他目的。舉例而言，噴墨式印表機可用於將導電油墨沈積於電子裝置上，諸如沈積於「套裝系統」(SIP)上，以保護導電油墨免受電磁干擾。
SIP模組在使可攜式電子裝置小型化中起愈來愈重要之作用。歸因於建置至SIP模組中之電功能之高密度，電磁干擾或電干擾(EMI)可造成模組之完全故障。為此目的，SIP模組必須經屏蔽以抑制EMI輻射自SIP模組發出及由SIP模組接收兩者。
傳統地，出於EMI屏蔽之目的，SIP模組使用金屬外殼。然而，金屬外殼違反小型化目標。替代使用金屬外殼，由例如含銀噴墨油墨組成之功能性層可以使用噴墨式印表機沈積於SIP模組之表面上。一旦 噴墨油墨印刷於SIP模組之表面上，則使用(例如)UV光燒結噴墨油墨以便在SIP模組之表面上形成連續功能性層。可設想其他燒結方式，諸如IR輻射或電漿。
US 2013/0342592 A1揭示一種用於在三維電子裝置上印刷EMI屏蔽體之噴墨式印表機。電子裝置藉此安裝在夾具上，該夾具可以傾斜及旋轉以使得EMI屏蔽體可以均勻地沈積於電子裝置之非平行表面上。
CN 105 291 588 A及CN 205 202 465 U各自係關於具有兩個彼此平行配置之可移動工作平台的噴墨式印表機。固化單元配置於列印頭上。列印頭在位於工作平台中之一者上的物件之表面上噴出光敏性油墨。光敏性油墨在噴出之後立即固化。
CN 208 306 134 U揭示一種用於在物件上印刷特定類型之碼(諸如條碼)之噴墨式印表機。噴墨式印表機包含兩個作業線，該等作業線中之各者包括用於待印刷之物件的工作台。噴墨槍及固化單元可以橫跨兩個作業線移動，使得兩個作業線可以共用噴墨槍及固化單元。
KR 2015 0114229 A係關於一種用於顏色標記電子裝置之噴墨式印表機。噴墨式印表機包含若干作業線，其共用共同列印頭及共同固化單元。噴墨式印表機尤其適用於在電子裝置上印刷光敏性油墨。
US 2008/036799 A1、US 2006/003633 A1及CN 107 053 840 A係關於用於在物件上印刷油墨之先前技術印刷系統。然而，所有此等系統均不包括固化單元。
WO 2010/035263 A1及DE 10 2010 008233 A1揭示用於電子裝置(諸如矽晶圓)之傳送系統。此等傳送系統可允許超過一個電子裝置平行移動或三維移動。
本發明之一目標為提供一種噴墨式印表機及一種用於噴墨式印表機之總成，以及一種用於在電子裝置之表面上以增加之效率且特定言之以高產出量印刷功能性層的方法。
此目標藉由獨立請求項1、14及16之主題解決。本發明之視情況選用及較佳特徵為附屬請求項2至13及15之主題。
1:噴墨式印表機
2:框架
3a:第一夾具/導引軌道
3b:導引軌道
4:傳送機制
5:支撐件
10:預處理區段
20:印刷區段
20A:印刷區段
20B:印刷區段
20C:印刷區段
20D:印刷區段
30:額外印刷區段
40:燒結區段
40A:燒結區段
40B:燒結區段
40C:燒結區段
40D:/燒結區段
100:硬UV發射器
200:第一列印頭/列印頭
300:第二列印頭
400:UV光發射器
1000:三維電子裝置/電子裝置/第一三維電子裝置/第一及第二三維電子裝置/第一電子裝置/第二電子裝置/第三電子裝置/第四電子裝置
A:第一作業線/作業線
B:第一作業線/作業線
C:第一作業線/作業線
D:第一作業線/作業線
X:清潔區段
圖1說明本發明之一般原理。
圖2為俯視圖且展示具有三個作業線A、B、C之噴墨式印表機1之一般結構。
圖3為根據本發明之較佳實施例之單獨噴墨式印表機1的透視圖。
圖4A至4C展示印刷製程可為多路徑或單路徑或其組合。
根據本發明之第一態樣，提供一種總成，其用於噴墨式印表機且經組態用於在其中移動三維電子裝置。該總成包含經組態以固持第一列印頭之第一夾具，及至少兩個作業線。各作業線包括：第一印刷區段，在該第一印刷區段中在該電子裝置之表面上印刷功能性層；燒結區段，其與該第一印刷區段間隔開且經組態以燒結該電子裝置之表面上的該功能性層，其中該經燒結之功能性層表現出晶格結構；及傳送機制，其經組態以自該印刷區段移動至該燒結區段。第一夾具經組態以自該至少兩個作業線中的一者移動至該至少兩個作業線中的另一者。
較佳地，各作業線之印刷區段及燒結區段經共線佈置。
更佳地，至少兩個作業線彼此平行。
根據本發明之較佳實施例，該總成進一步包含經組態以固持該電子裝置之支撐件，其中該第一夾具及該支撐件經組態以使得其可相對於彼此移動。
若該支撐件以固定方式安裝至該傳送機制且該第一夾具可相對於該支撐件移動，則為有利的。
視情況而言，傳送機制經組態以在印刷區段與燒結區段之間往復運動。
若傳送機制為滑動托架或帶式輸送機，則其亦為本發明之較佳特徵。
根據本發明之另一較佳實施例，該總成進一步包含預處理區段，該預處理區段包括選自由硬UV發射器、準分子雷射器或大氣電漿產生裝置組成之群的裝置。
較佳地，至少兩個作業線中之至少一者包括印刷區段上游之預處理區段。
更佳地，燒結區段包括UV光發射器或IR輻射發射器。
又更佳地，該總成進一步包含經組態以固持第二列印頭之第二夾具。
若第二夾具配置於燒結區段下游之保護層印刷區段內，其中傳送機制經組態以自印刷移動至保護層印刷區段且移動至燒結區段，則其亦為較佳的。
視情況而言，第二夾具經組態以可自該至少兩個作業線中的一者移動至該至少兩個作業線中的另一者。
根據本發明之第二態樣，提供一種噴墨式印表機，其經組態以用於在電子裝置之表面上印刷功能性層。噴墨式印表機包含經組態以噴出油墨之列印頭，及如上文所描述之總成。
較佳地，列印頭經組態以噴出油墨，該油墨在印刷於電子裝置之表面上之後且在燒結之後在電子裝置上形成具有晶格結構之電磁干擾屏蔽。
根據本發明之第三態樣，提供一種用於在噴墨式印表機中在第一及第二三維電子裝置之表面上印刷功能性層的方法，該噴墨式印表機具有列印頭及各自包括印刷區段及燒結區段之至少第一及第二作業線。該方法包含以下步驟：將該列印頭佈置在該第一作業線之該印刷區段內；在該第一作業線之該印刷區段內在該第一電子裝置之表面上印刷功能性層；將該第一電子裝置移動至該第一作業線之該燒結區段；在該第一作業線之該燒結區段內燒結該第一電子裝置之該功能性層，使得該經燒結之功能性層表現出晶格結構；將該列印頭移動至該第二作業線之該印刷區段；在該第二作業線之該印刷區段內在該第二電子裝置之表面上印刷功能性層，同時在該第一作業線之該燒結區段內燒結該第一電子裝置之該功能性層。
現將使用隨附圖式藉助於實例來描述本發明。圖式係出於說明之目的，且僅用於提供一種用於噴墨式印表機且經組態用於在其中移動三維電子裝置之可能的總成、一種可能的噴墨式印表機及一種用於在三維電子裝置之表面上噴墨印刷之可能的方法的實例。圖式決不限制本發明，而僅表示本發明之較佳實施例。
本發明大體上適合於諸如電子裝置之三維裝置上的大容量 印刷噴墨油墨。特別適合於將功能性層沈積於所謂的「套裝系統」(SIP)上。功能性層可為在施加時達成特定功能之任何類別之層。此功能可為電子裝置屏蔽由自外部來源發射之電磁感應或電磁輻射所引起的電磁干擾(EMI)。功能性層可由導電油墨構成，該導電油墨為能導電的油墨之類型，諸如銀油墨或含銀油墨。導電油墨亦可為包括導電顆粒(例如，銀顆粒)之類型。為了使導電油墨充當EMI屏蔽體，必須執行印刷以使得導電油墨在電子裝置上形成較佳地具有均勻厚度的連續層，其不具有大於待阻斷之外部電磁輻射頻率的四分之一波長之間隙。
在本發明之上下文中所使用之所有油墨均需要燒結製程，其在本發明之上下文中被視為特定類型之固化製程。燒結製程將一定量的能量供應至導電油墨，該能量足以使經燒結之導電油墨表現出晶格結構，亦即具有短程次序及遠場次序的結構。舉例而言，當使用含有新癸酸銀的特定類型之MOD油墨時，銀原子在燒結新癸酸銀之後以晶格結構佈置。
此不同於光敏性油墨之固化，如在先前技術中，在該固化期間由於單體交聯產生聚合物。聚合物共價鍵結於固化之光敏性油墨中。此等共價鍵結不具有短程次序及遠場次序。
電子裝置可具有表面在不同方向上延伸之任何三維幾何形狀。為此目的，本發明中所使用之列印頭可圍繞不同旋轉軸樞轉，以使得電子裝置之非平行表面可藉由連續功能性層EMI屏蔽。
本發明不限於在三維電子裝置上印刷導電油墨，但原則上可用於需要高產出量之任何噴墨印刷製程中。
本發明中所使用之列印頭之印刷寬度可依據電子裝置之大小選擇，例如，30.5cm(12吋)及更大。印刷速度可高達2000毫米/秒，而 為藉由列印頭噴出油墨微滴的頻率的列印頭頻率可高達150千赫茲。
圖1說明本發明之一般原理。根據圖1，提供至少兩個，例如四個作業線A至D。各作業線A至D包括印刷區段20A至20D及燒結區段40A至40D。
功能性層首先在印刷區段20A內沈積於第一三維電子裝置1000(圖3)的一個表面(或多個表面)上。為了在第一電子裝置1000之表面上產生連續功能性層，列印頭200(圖2)相對於第一電子裝置1000移動，或第一電子裝置1000相對於列印頭200移動。在功能性層已印刷於第一電子裝置1000上之後，第一電子裝置1000自印刷區段20A移動至第一作業線A之燒結區段40A。功能性層在燒結區段40A內燒結，且在燒結期間，列印頭200移動至第二作業線B之印刷區段20B。在第二作業線B之印刷區段20B內印刷第二電子裝置1000，且在印刷完成之後，第二電子裝置1000沿著第二作業線B移動至燒結區段40B。在燒結區段40A、40B中分別燒結作業線A及B中之第一及第二電子裝置1000時，在第三作業線C之印刷區段20C內在第三電子裝置1000上印刷功能性層。在完成在印刷區段20C內印刷第三電子裝置1000之後，第三電子裝置1000移動至第三作業線C之燒結區段40C。在燒結區段40A、40B、40C中仍在進行燒結時，列印頭200移動至第四作業線D之印刷區段20D。此處，印刷第四電子裝置1000。一旦完成，第四電子裝置1000移動至第四作業線D之燒結區段40D。在一實施例中，如圖1所示，在相鄰設置的兩個燒結區段之各者中供燒結電子裝置的時間區段部分重疊。
使用本發明之原理，可以實現具有高產出量之噴墨印刷製程。因為印刷製程之持續時間僅為燒結製程之持續時間的一部分，所以發 生燒結之時段可以用於在另一作業線中印刷另一電子裝置。換言之，第二電子裝置之印刷可以在印刷第一電子裝置完成之後立即開始。
圖2為俯視圖且展示具有三個作業線A、B、C之噴墨式印表機1之一般結構。與圖1中所示之一般原理相比，可提供清潔區段X，在該清潔區段中，在印刷之前清潔電子裝置1000之表面。較佳地，提供預處理區段10，在該預處理區段中，待印刷之電子裝置1000之一或多個表面藉由氧化而活化。活化可以藉由使用具有小於185nm之發射波長之UV發射器或具有小於172nm之發射波長之準分子雷射器的大氣電漿或硬UV輻射來達成。
在較佳地清潔且預處理電子裝置1000之一或多個表面後，電子裝置1000移動至印刷區段20，且在印刷製程後，傳送至燒結區段40。燒結較佳地藉由一發射器來達成。舉例而言，燒結較佳地藉由使用發射波長為395nm之UV輻射的UV光發射器400(例如：UV-LED)來達成。可替代地，IR輻射發射器可用於燒結之目的。如圖2中可見，列印頭200可以自一個作業線A移動至其他作業線B及C中之任一者。列印頭亦可在作業線A、B及C之間往復運動。此外，作業線其中之一者的燒結區段的UV光發射器400(或IR輻射發射器)係相鄰於作業線其中之另一者的燒結區段的UV光發射器400(或IR輻射發射器)設置。
較佳地，可提供額外印刷區段30，在該額外印刷區段中安設列印頭300，以便在印刷區段20內在先前印刷之功能性層的頂部上印刷保護層。如同列印頭200，列印頭300相對於電子裝置1000移動，或電子裝置1000相對於列印頭300移動。
為了將電子裝置1000自印刷區段20或30移動至燒結區段40，提供較佳地呈滑動托架或帶式輸送機之形式的傳送機制4。
圖3為根據本發明之較佳實施例之單獨噴墨式印表機1的透視圖。噴墨式印表機1包括剛性框架2，該剛性框架附接有以網格狀圖案佈 置之數個導引軌道3a、3b。列印頭200可移動地附接至框架2，使得其可以沿著軌道3a自一個作業線A移動至其他作業線B、C或D中的任一者。其同樣適用於保護層印刷區段30中提供之列印頭300。在列印頭200、300下方，及在燒結區段40中之UV光發射器400及預處理區段10中之硬UV發射器100下方定位有藉由使用支撐件5固持在適當位置之電子裝置1000。支撐件5可為經組態以固持一個或大量電子裝置1000的任何種類之支撐件。如上文所提及，支撐件5可圍繞一或多個不同旋轉軸樞轉。
印刷製程可為多路徑或單路徑或其組合，如圖4A至4C中所示。
在圖4A中所示之多路徑製程中，利用一個作業線A、B或C之印刷區段20內之列印頭200及電子裝置1000之一系列相對移動，使得在上面沈積多個導電油墨層。較佳地，列印頭200為靜止的，而電子裝置1000在列印頭200下方之一個方向上(例如，在X方向上)往復運動。此外，電子裝置1000在X方向上之移動可較佳地經列印頭200在Y方向上(亦即，與X方向正交)之移動重疊，使得在電子裝置1000上印刷在Y方向上重疊之多個導電油墨層。導電油墨之多個層之重疊可藉由列印頭200在Y方向上的移動量來控制。因此，導電油墨可在Y方向上具有變化的厚度，諸如具有階梯狀或連續輪廓。在各層之後，電子裝置1000可較佳地移動至燒結區段40以實現導電油墨層之燒結。可替代地，一旦已在電子裝置1000上印刷多個導電油墨層，則進行燒結。需要時，可重複前述印刷及燒結製程。視情況而言，在印刷區段30內在最上部導電油墨層之頂部印刷保護層，其隨後必須在燒結區段40內燒結。
在圖4B中所示之單路徑製程中，列印頭200在X方向及Y方 向兩者上為靜止的。僅電子裝置1000在列印頭200下方在X方向上往復運動，直至在電子裝置1000上已印刷所要厚度之導電油墨為止。電子裝置1000之印刷(塗覆)較佳地僅在電子裝置1000在一個方向上而非在相對方向上的移動期間發生。可替代地，可較佳地在兩個方向上移動期間連續地印刷電子裝置1000。在印刷之後，電子裝置1000可較佳地移動至燒結區段40以實現單個或多個導電油墨層之燒結。需要時，可重複前述印刷及燒結製程。
圖4C展示圖4A之多路徑製程及圖4B之單路徑製程之組合。唯一差異為印刷於電子裝置1000上的多個導電油墨層在Y方向上並不重疊。
1:噴墨式印表機
4:傳送機制
10:預處理區段
20:印刷區段
30:額外印刷區段
40:燒結區段
100:硬UV發射器
200:列印頭
300:列印頭
400:UV光發射器
A:第一作業線
B:第一作業線
C:第一作業線
X:清潔區段

Claims (14)

  1. 一種用於噴墨式印表機(1)且經組態用於在其中移動三維電子裝置(1000)之總成，該總成包含：第一夾具(3a)，其經組態以固持第一列印頭(200)；及至少兩個作業線(A、B、C、D)，各作業線(A、B、C、D)包括：印刷區段(20)，在該印刷區段中在該電子裝置(1000)之表面上印刷功能性層；燒結區段(40)，其與該印刷區段(20)間隔開且經組態以燒結在該電子裝置(1000)之表面上的該功能性層，其中該經燒結之功能性層表現出晶格結構，且該燒結區段(40)包括UV光發射器(400)或IR輻射發射器；及傳送機制(4)，其經組態以從該印刷區段(20)移動至該燒結區段(40)；其中該第一夾具(3a)經組態以可自該至少兩個作業線(A、B、C、D)中之一者移動至該至少兩個作業線(A、B、C、D)中之另一者，其中該等作業線其中之一者的該燒結區段係相鄰於該等作業線其中之另一者的該燒結區段設置，其中在相鄰設置的該兩個燒結區段之各者中供燒結該電子裝置的時間區段部分重疊。
  2. 如請求項1之總成，其中各作業線(A、B、C、D)之該印刷區段(20)及該燒結區段(40)經共線佈置。
  3. 如請求項1之總成，其中該至少兩個作業線(A、B、C、D)彼此平行。
  4. 如請求項1至3中任一項之總成，其進一步包含經組態以固持該電子裝置(1000)之支撐件(5)，其中該第一夾具(3a)及該支撐件(5)經組態以使得其可相對於彼此移動。
  5. 如請求項4之總成，其中該支撐件(5)經固定地安裝至該傳送機制(4)，且該第一夾具(3a)可相對於該支撐件(5)移動。
  6. 如請求項1至3中任一項之總成，其中該傳送機制(4)經組態以在該印刷區段(20)與該燒結區段(40)之間往復運動。
  7. 如請求項1至3中任一項之總成，其中該傳送機制(4)為滑動支架或帶式輸送機。
  8. 如請求項1至3中任一項之總成，其進一步包含預處理區段(10)，該預處理區段包括選自由硬UV發射器、準分子雷射器或大氣電漿產生裝置組成之群的裝置(100)。
  9. 如請求項8之總成，其中該至少兩個作業線(A、B、C、D)中之至少一者包括在該印刷區段(20)上游之該預處理區段(10)。
  10. 如請求項1至3中任一項之總成，其進一步包含經組態以固持第二列印頭(300)之第二夾具(3a)。
  11. 如請求項10之總成，其中該第二夾具(3a)佈置於該燒結區段(40)下游之保護層印刷區段(30)內，且其中該傳送機制(4)經組態以自該印刷區段(20)移動至該保護層印刷區段(30)及至該燒結區段(40)。
  12. 如請求項10之總成，其中該第二夾具(3a)經組態以可自該至少兩個作業線(A、B、C、D)中之一者移動至該至少兩個作業線(A、B、C、D)中之另一者。
  13. 一種經組態以用於在電子裝置(1000)之表面上印刷功能性層之噴墨式印表機(1)，其包含列印頭(200)，其經組態以噴出油墨；及如請求項1至12中任一項之總成。
  14. 如請求項13之噴墨式印表機(1)，其中該列印頭(200)經組態以噴出油墨，該油墨在印刷於該電子裝置(1000)之表面上之後且在燒結之後在該電子裝置(1000)上形成具有晶格結構之電磁干擾屏蔽。
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