气溶胶流的阻挡制造技术

一种用于控制通过气动阻挡沉积在衬底上的气溶胶流的方法和设备。气溶胶流在设备的印刷头中由环形的、共同流动的鞘气包围并聚集。在气溶胶的印刷期间，增压气体流动至真空泵。阀在适当的时间处将增压气体添加至鞘气中，并且这两种气体的一部分被偏转到与气溶胶流动方向相反的方向上，以至少部分地阻止气溶胶穿过沉积喷嘴。一些或全部气溶胶与这部分增压气体和鞘气结合，并从印刷头中排出。可以使用预鞘气来最小化印刷头流动通道的中心处的气体流与印刷头流动通道的侧面附近的气体流之间的延迟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气溶胶流的阻挡相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月13日提交的题为“InternalShuttering”的美国临时专利申请No.62/585,449的优先权和权益，其说明书和权利要求通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于气溶胶流的气动阻挡的设备和方法。气溶胶流可以是液滴流、固体颗粒流、或由液滴和固体颗粒组成的流。
技术介绍
应当注意，以下讨论可能涉及许多出版物和参考文献。本文给出对这些出版物的讨论是为了使科学原理的背景更加完整，而不应解释为承认这些出版物是用于确定专利性目的的现有技术。在气溶胶喷印中用于阻挡或转移气溶胶流的典型的设备使用位于气溶胶沉积喷嘴的下游的阻挡机构，并且通常需要从沉积孔口到衬底的增加的工作距离来容纳该机构。增加的工作距离可能会导致在非最佳的喷嘴到衬底的距离下进行沉积，在该非最佳的距离下，气溶胶喷射的聚集性会降低。当在腔体内部进行印刷时，或者当在基本上平坦的表面上存在向上的突出部(例如，包括安装的部件的印刷电路板)时，外部阻挡机构也可能会产生机械干扰。相比之下，内部阻挡发生在印刷头的内部、沉积喷嘴的孔口的上游处，并允许最小的喷嘴到衬底的距离(这通常是气溶胶流的最佳聚集或准直所需的)。在气溶胶喷印中，可以使用机械冲击式挡板来实现内部和外部气溶胶流阻挡，该机械冲击式挡板将立体叶片或勺状挡板放置在气溶胶流中，从而使颗粒保持初始流动方向，但会对挡板表面造成冲击。冲击式挡板通常使用机电配置，在该机电配置中，电压脉冲被施加到螺线管，该螺线管将挡板移入到气溶胶流的路径中。当挡板穿过气溶胶流时，基于冲击的阻挡可能会导致颗粒流分散。由于过多的材料积聚在挡板表面上而随后才被清除，因此冲击式挡板还可能导致外部材料沉积或流系统的污染。基于冲击的阻挡方案可以具有短至2ms或更短的挡板开/关时间。可以可替代地使用气动阻挡将气溶胶流从初始流动方向转移到收集室中或转移至排气口来实现气溶胶流阻挡。气动阻挡是一种无冲击的过程，因此没有油墨能够在其上积聚的阻挡表面。在印刷期间、转移(阻挡)期间、特别是在印刷和转移之间的转换期间最小化油墨积聚是气动挡板设计的关键方面。非冲击式阻挡方案对于快速移动的气溶胶流可以具有低于10ms的挡板开/关时间。气动阻挡的缺点是，开和关之间的转换可能比机械阻挡要花费更长的时间。由于在阻挡之后恢复印刷时气溶胶流向下传播穿过流动单元的下部所需的时间，或者由于当阻挡开始时来自挡板的清洁气体向下传播所需的时间，现有的气动阻挡方案需要较长的切换时间。此外，气溶胶的关闭和开启不是突然的，而是具有显著的转换时间。当气体在层流(非湍流)条件下通过圆柱形通道传播时，沿通道轴线的流的中心以平均流速的两倍移动，而沿壁的流的速度几乎为零。这导致抛物线流动分布，其中流动至衬底的全部气溶胶(包括通道壁附近的气溶胶)明显滞后于初始流。同样，在阻挡时，在壁附近的缓慢移动的雾到达衬底时的最终关闭时间明显迟于来自流的中心的快速移动的气溶胶被清洁气体替代的时间。与最初阻挡时间相比，该效应很大程度上增加了“完全阻挡”时间。因此，需要一种内部气动气溶胶流阻挡系统，该系统最小化切换时间和阻挡转换时间。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种用于控制气溶胶在气溶胶沉积系统或气溶胶喷印系统的印刷头中的流动的方法，该方法包括：使气溶胶流沿初始气溶胶流动方向穿过印刷头；使用鞘气包围气溶胶流；使结合后的气溶胶流和鞘气穿过印刷头的沉积喷嘴；将增压气体添加至鞘气以形成鞘气-增压气体流；将鞘气-增压气体流划分成第一部分和第二部分，第一部分沿与初始气溶胶流动方向相反的方向流动，并且第二部分沿初始气溶胶流动方向流动；以及由鞘气-增压气体流的第一部分阻止气溶胶流的偏转部分穿过沉积喷嘴。鞘气的流量和气溶胶流的流量优选地保持大致恒定。在将增压气体添加至鞘气之前，增压气体优选地流动至真空泵。该方法优选地还包括在增加步骤之后从印刷头提取排气流，该排气流包括气溶胶流的偏转部分和鞘气-增压气体流的第一部分。提取排气流优选地包括使用真空泵抽吸排气流。排气流的流量优选地由质量流量控制器来控制。鞘气的流量和增压气体的流量优选地由一个或更多个流量控制器来控制。在添加步骤之前的气溶胶流的流量与在添加步骤之前的鞘气的流量相加之和优选地大约等于鞘气-增压气体流的第二部分的流量与气溶胶流的未偏转部分的流量相加之和。该方法可以优选地在小于约10毫秒的时间内执行。增压气体的流量可选地大于气溶胶流的流量，并且更优选地，增压气体的流量介于气溶胶流的流量的约1.2倍与气溶胶流的流量的约2倍之间。气溶胶流的偏转部分可选地包括整个气溶胶流，使得没有气溶胶流穿过沉积喷嘴。排气流的流量可选地被设置为大约等于增压气体的流量。该方法可选地还包括在气溶胶流的所有未偏转部分通过沉积喷嘴离开印刷头之前，转移增压气体以直接流动至真空泵。该方法可选地包括在阻止步骤之前，通过机械挡板来阻挡气溶胶的流动。增压气体的流量可以可替代地小于或等于气溶胶流的流量；在这种情况下，排气流的流量优选地被设置为大于增压气体的流量。该方法优选地还包括在使用鞘气包围气溶胶流之前，使用预鞘气包围气溶胶，优选地使鞘气与预鞘气结合。优选地大约一半的鞘气用于形成预鞘气。本专利技术的另一实施例提供了一种用于沉积气溶胶的设备，该设备包括：气溶胶供应器；鞘气供应器；增压气体供应器；真空泵；阀，该阀用于将增压气体供应器连接至鞘气供应器或真空泵；以及印刷头，该印刷头包括：气溶胶入口，该气溶胶入口用于从气溶胶供应器接收气溶胶；第一室，该第一室包括用于从鞘气供应器接收鞘气的鞘气入口；第一室被配置成使用鞘气包围气溶胶；和第二室，该第二室包括连接至真空泵的排气出口，第二室被设置在气溶胶入口和第一室之间；以及沉积喷嘴；其中，当增压气体供应器连接至鞘气供应器时，鞘气入口接收来自增压气体供应器的增压气体与鞘气的组合；并且其中，第一室被配置成将所述组合的一部分划分成流向气溶胶入口的第一部分和流向沉积喷嘴的第二部分。该设备优选地包括第一质量流量控制器，该第一质量流量控制器被设置在排气出口和真空泵之间，并且优选地包括过滤器，该过滤器被设置在排气出口和第一质量流量控制器之间。该设备优选地包括第二质量流量控制器以及第三质量流量控制器，该第二质量流量控制器被设置在鞘气供应器和鞘气入口之间；并且该第三质量流量控制器被设置在增压气体供应器和阀之间。进入鞘气入口的气体的流优选地沿与印刷头中的气溶胶流动方向垂直的方向。该设备可选地包括机械挡板。该设备优选地包括第三室，该第三室被设置在气溶胶入口和第二室之间，第三室优选地包括预鞘气入口，并且优选地被配置成使用预鞘气包围气溶胶。分流器优选地连接在预鞘气入口和鞘气供应器之间，以由大约一半的鞘气形成预鞘气。本专利技术的目的、优点和新颖性特征以及其它应用范围将部分地在以下结合附图的详细描述中进行阐述，并且本领域技术人员在审查以下内容时将部分地明白，或者可以通过实践本专利技术来进行学习。本专利技术的目的和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。附图说明并入说明书中并构成说明书的一部分的随附附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制气溶胶在气溶胶喷印系统的印刷头中的流动的方法，所述方法包括：/n使气溶胶流沿初始气溶胶流动方向穿过所述印刷头；/n使用鞘气包围所述气溶胶流；/n使结合后的所述气溶胶流和所述鞘气穿过所述印刷头的沉积喷嘴；/n将增压气体添加至所述鞘气以形成鞘气-增压气体流；/n将所述鞘气-增压气体流划分成第一部分和第二部分，所述第一部分沿与所述初始气溶胶流动方向相反的方向流动，并且所述第二部分沿所述初始气溶胶流动方向流动；以及/n由所述鞘气-增压气体流的所述第一部分阻止所述气溶胶流的偏转部分穿过所述沉积喷嘴。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171113 US 62/585,4491.一种用于控制气溶胶在气溶胶喷印系统的印刷头中的流动的方法，所述方法包括：
使气溶胶流沿初始气溶胶流动方向穿过所述印刷头；
使用鞘气包围所述气溶胶流；
使结合后的所述气溶胶流和所述鞘气穿过所述印刷头的沉积喷嘴；
将增压气体添加至所述鞘气以形成鞘气-增压气体流；
将所述鞘气-增压气体流划分成第一部分和第二部分，所述第一部分沿与所述初始气溶胶流动方向相反的方向流动，并且所述第二部分沿所述初始气溶胶流动方向流动；以及
由所述鞘气-增压气体流的所述第一部分阻止所述气溶胶流的偏转部分穿过所述沉积喷嘴。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述鞘气的流量和所述气溶胶流的流量保持大致恒定。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在将所述增压气体添加至所述鞘气之前所述增压气体流动至真空泵。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：在所述增加步骤之后从所述印刷头提取排气流，所述排气流包括所述气溶胶流的所述偏转部分和所述鞘气-增压气体流的所述第一部分。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，提取所述排气流包括：使用所述真空泵抽吸所述排气流。


6.根据权利要求4至5所述的方法，其中，所述排气流的流量由质量流量控制器来控制。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述鞘气的流量和所述增压气体的流量由一个或更多个流量控制器来控制。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在所述添加步骤之前所述气溶胶流的流量与在所述添加步骤之前所述鞘气的流量相加之和大约等于所述鞘气-增压气体流的所述第二部分的流量与所述气溶胶流的未偏转部分的流量相加之和。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述方法在小于约10毫秒的时间内被执行。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述增压气体的流量大于所述气溶胶流的流量。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述增压气体的流量介于所述气溶胶流的流量的约1.2倍至所述气溶胶流的流量的约2倍之间。


12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其中，所述气溶胶流的所述偏转部分包括整个所述气溶胶流，使得没有气溶胶流穿过所述沉积喷嘴。


13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述排气流的流量被设置为大约等于所述增压气体的流量。


14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括：在所述气溶胶流的所有未偏转部分通过所述沉积喷嘴离开所述印刷头之前转移所述增压气体以直接流动至所述真空泵。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，还包括：在所述阻止步骤之前通过机...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特·K·克里斯滕松，迈克尔·J·雷恩，J·A·保尔森，约翰·戴维·哈默，查德·康罗伊，詹姆斯·Q·冯，
申请(专利权)人：奥普托美克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US