多鞘多毛细管浮质喷射器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于淀积成烟雾状散开材料的设备和方法，其中，浮质流被多于一个的连续鞘气流包围和聚集。混合的鞘气流和浮质流可以连续流动通过多于一个的毛细管，从而使流动进一步变窄。可以实现小于一微米的线宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种用于使用多个鞘以包围浮质流并提供空气动力聚集来对液 体和液体颗粒悬浮液进行高解析度、无掩模式沉积的设备和方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于淀积材料的方法，所述方法包括以下步骤使材料成烟雾状 散开以形成浮质流；利用第一鞘气流包围浮质流以形成第一混合流；利用第二鞘气流包围 第一混合流以形成第二混合流；使第二混合流通过至少一个第一毛细管；以及使得材料淀 积。被沉积材料的线宽在大约10微米与大约1毫米之间。所述方法优选地还包括以下步骤 在利用第二鞘气流包围第一混合流之前，使第一混合流通过第二毛细管，在这种情况下，被 沉积材料的线宽优选地小于大约10微米，并且更优选地小于大约1微米。每一个毛细管的 孔口直径优选地在大约50微米与大约1毫米之间。被沉积材料的线宽优选地比毛细管孔 口尺寸小大约40倍。所述方法优选地还包括以下步骤打开排放阀以防止浮质流通过第一 毛细管。本专利技术还提供了一种用于淀积材料的设备，所述设备包括浮质入口 ；第一鞘气 入口 ；第二鞘气入口 ；和至少一个第一毛细管。所述设备还优选地包括第二毛细管，所述第 二毛细管设置在第一鞘气入口与第二鞘气入口之间。第一毛细管与第二毛细管之间的距离 优选地可变化。每一个毛细管的孔口直径优选地在大约50微米与大约1毫米之间。被沉 积材料的线宽优选地比毛细管孔口尺寸小大约40倍。第一毛细管的孔口直径优选地与第 二毛细管的孔口直径相同。可选地，第一毛细管的孔口直径可以小于第二毛细管的孔口直 径。所述设备还包括排放阀或真空歧管，所述排放阀或真空歧管用于防止浮质流通过第一 毛细管。包括第一毛细管的第一设备级任选地与包括第二毛细管的第二设备级以串列的方 式叠置。以下结合附图在随后的详细说明中部分地说明本专利技术的目的、优点和新颖性特 征、和适用性的进一步保护范围，并且所述目的、优点和新颖性特征、和适用性的进一步保 护范围对本领域的技术人员来说当进行以下参阅时变得清楚呈现，或者可以通过实践本发 明来获悉。本专利技术的目的和优点可以通过在所附权利要求中具体指出的手段和组合实现并获得。附图说明并入并形成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的一个或多个实施例，并且所述附图与说明书一起用于说明本专利技术的原理。附图仅仅用于显示本专利技术的一个或多个优选的 实施例，并且不被认为是限制本专利技术。在附图中图1是本专利技术的双鞘双毛细管喷嘴的实施例的示意图；图2是本专利技术的沉积头的双鞘单毛细管实施例的示意图；图3是本专利技术的双鞘多喷嘴阵列的实施例的示意图；图4是本专利技术的沉积头的单鞘单毛细管实施例的示意图；和图5是根据本专利技术的第二和第三鞘气流结构的示意图。具体实施例方式本专利技术总体涉及一种用于使用包围浮质流且提供空气动力聚集的多个鞘对液体 和液体_颗粒悬浮液进行高解析度、无掩模式沉积的设备和方法。在传统的实施例中，浮质 流聚集并沉积到平面或非平面的目标上，从而形成被热处理或光化学处理以获得接近于对 应的粒状材料(bulkmaterial)的物理、光学、和/或电特性的图案。这种过程称为M3D (无掩模中尺度材料沉积)技术，并且用于使成烟雾状散开的材料沉积成线宽(Iinewidth) 可以小于一微米，这是小于利用传统的厚膜工艺被沉积的线的数量级。在不使用掩模的情 况下执行沉积。M3D备优选地使用浮质喷嘴沉积头，以形成由外部鞘气流和内部载有浮质的载流 构成的环状传播喷嘴。在环状浮质喷射工艺中，浮质载气进入沉积头，优选地直接在雾化工 艺后或在所述浮质载气通过加热器组件之后包围并带走浮质，并且所述浮质载气沿装置的 轴线朝向沉积头孔口被引导。质量通过量优选地由浮质载气质量流动控制器控制。在沉积 头内，浮质流优选地经通过毫米尺寸的孔口而被初始校准。然后，出现的颗粒流优选地与环 状鞘气结合，所述鞘气用于消除喷嘴的堵塞并且聚集浮质流。载气和鞘气大多数通常包括 压缩空气或惰性气体，其中所述压缩空气和惰性气体中的一个或两个都可以含有改良的溶 剂蒸气成分。例如，当浮质由水溶液形成时，水蒸气可被加入到载气或鞘气以防止液滴蒸 发。鞘气优选地通过浮质入口下方的鞘气空气入口进入，并形成具有浮质流的环状 流。与浮质载气一样，鞘气流量优选地由质量流动控制器控制。混合流优选地通过指向目 标处的孔口以高速(例如，近似50m/s)离开喷嘴，并随后撞击在目标上。环状流将浮质流 聚集到目标上，并且允许进行具有尺寸在1毫米、小到1微米和更小的特征的沉积。辅助鞘气流通过使用包围环状、载有浮质的主要流的辅助鞘气流可以实现环状浮质喷射器的 流动特性和沉积特性的提高。每一个辅助鞘气流优选地引导混合的鞘气流/浮质流进入到 辅助毛细管。增强的流动使得减少过度喷涂和卫星液滴，并且增加空气动力聚集的量。在 M3D应用中，将环形流注射到陶瓷毛细管内。在双鞘双毛细管(DSDC)结构中，第二鞘气包围 环形喷射器，并且产生的流动被引导到第二毛细管内。图1中示出了 DSDC浮质喷射器的示 意图。浮质通过室上方的端口 10进入喷嘴，或者可选地从安装在侧部的端口进入喷嘴。主 要鞘气和次要鞘气分别通过端口 12和14进入。主要鞘气聚集流动，并然后将所述流动喷 射到主要毛细管16内。然后，次要鞘气提供环形流的二次聚集，并且将整个分布注射到次 要毛细管18内。图1的结构包括两个聚集阶段。所述设备被设计成使得毛细管之间的距离可以变化。DSDC浮质喷射器被增强的流动可以通过使用多级、或采用三个或更多个串联 辅助鞘气流和毛细管的多鞘多毛细管(MSMC)结构来扩展。可以使用双鞘双毛细管或多鞘 多毛细管结构实现降至1微米或更小的线宽。在本专利技术的一个实施例中，辅助鞘气流被独立控制。优选的毛细管孔口尺寸的直 径近似为150微米或大约100微米，然而，与串联辅助鞘气流和毛细管的使用结合，孔口直 径可小到大约为50微米和大到大约1000微米或以上。在M3D应用中产生的环形流通常能够沉积具有大约为毛细管出口的尺寸的十分之 一的线宽的成烟雾状散开的材料。DSDC结构能够产生小于毛细管孔口的尺寸的十分之一的 线宽，从而降至比毛细管孔口小40倍，并且DSDC结构使得能够直接书写具有小到大约1微 米或更小的线宽的迹线。使用环形喷射器对成烟雾状散开材料进行直接沉积的两个常见问题在于过度喷 涂的产生和卫星液滴的发生。过度喷涂可以广泛地被定义为额外浮质颗粒，在气体撞击基 板并开始沿基板表面横向流动之后，所述额外浮质颗粒保持被携带在载气流内。然后，液滴 可以在距离沉积物的几微米或远至距离沉积特征的几十微米的范围内撞击到基板上。DSDC 喷嘴通过增加浮质流的空气动力聚集来减少过度喷涂和卫星液滴的发生。多鞘气流/单毛细管流图2显示本专利技术的穿过通过单个毛细管的双鞘气流的结构的实施例。双鞘单毛细 管结构提供环形流分布的二次聚集，所述环形流分布由浮质和主要鞘气流组成，但是没有 将混合流引入到第二毛细管内。浮质从室上方的端口 100进入喷嘴，或者可选地从安装在 侧部的端口进入所述喷嘴。主要鞘气和次要鞘气分别通过端口 120和140进入。由浮质和 主要鞘气流组成的环形流分布被次要鞘气流包围，并且被注射到单个毛细管160内。可选 地，可以使用多于两个的鞘气流。当淀积浮质易于撞击到沉积头的内表面上时，使用多鞘/ 单毛细管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于淀积材料的方法，所述方法包括以下步骤：使所述材料成烟雾状散开以形成浮质流；利用第一鞘气流包围所述浮质流以形成第一混合流；利用第二鞘气流包围所述第一混合流以形成第二混合流；使所述第二混合流通过至少一个第一毛细管；以及淀积所述材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑟里诺埃辛，布鲁斯H金，
申请(专利权)人：奥普托美克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]