[发明专利]流体打印设备

说明书

一种流体打印设备(100)，包括：基板(110)、打印头(104)、气动系统(106)和打印头定位系统(108)。打印头(104)用微结构流体喷射器(200)以连续流喷射流体，该微结构流体喷射器由输出部分(166)、长形输入部分、以及输出部分(166)与长形输入部分之间的渐缩部分构成。输出部分(166)由内直径在0.1μm与5μm之间的范围内的出口孔口和表面粗糙度小于0.1μm的端面构成。打印头(104)被定位在基板(110)上方，使微结构流体喷射器(200)的输出部分(166)向下指向。在打印期间，打印头定位系统(108)将端面与基板(110)的可打印表面(112)之间的竖直距离维持在0μm至5μm的范围内，并且气动系统(106)向微结构流体喷射器(200)中的流体施加范围为‑50,000Pa至1,000,000Pa的压力。

背景

金属线可以通过光刻胶层的光刻图案化、然后通过使用经图案化的光刻胶作为掩模对基底金属层进行蚀刻来形成。然而，由于光刻和蚀刻装备的高成本，需要高生产力的替代物，特别是对于约1μm(微米)到约10μm范围内的线宽。

喷墨打印是可能会有高生产力的增材工艺。与光刻和蚀刻(减材工艺)相比，浪费的材料更少。这尤其对于形成高成本材料的图案(比如量子点)是一个考虑因素。然而，已经发现传统的喷墨打印工艺对于形成线宽在约1μm到约10μm范围内的图案不是最佳的。

概述

在一个方面中，流体打印设备包括基板台、打印头、气动系统和打印头定位系统。打印头以连续流喷射流体。打印头包括微结构流体喷射器，该微结构流体喷射器由输出部分、长形输入部分、以及输出部分与长形输入部分之间的渐缩部分构成。输出部分由内直径在0.1μm与5μm之间的范围内的出口孔口和表面粗糙度小于0.1μm的端面构成。打印头被定位在基板上方，其中微结构流体喷射器的输出部分向下指向。在打印期间，打印头定位系统将端面与基板的可打印表面之间的竖直距离维持在0μm和5μm之间的范围内，并且气动系统向微结构流体喷射器中的流体施加范围为-50,000Pa至1,000,000Pa的压力。

在另一方面中，流体打印设备还包括成像系统，并且微结构流体喷射器的输出部分在打印期间与基板的可打印表面维持接触。当渐缩部分沿着侧向移位方向倾斜或弯曲时，成像系统检测渐缩部分的倾斜或弯曲，并且响应于检测到的倾斜或弯曲，调整输出部分的竖直位移。

在又一方面中，流体打印设备还包括竖直位移传感器。竖直位移传感器测量竖直位移传感器与可打印表面之间的参考竖直位移，并且响应于参考竖直位移，调整输出部分的竖直位移。竖直位移传感器可以沿着侧向移位方向被定位在微结构流体喷射器的前方。

在又一方面中，流体打印设备还包括用于校准微结构流体喷射器的输出部分的位置的校准系统。校准系统包括音叉，该音叉的坐标在第一坐标系中是精确已知的。当输出部分与音叉接触时，音叉的谐振频率被可测量地扰动。

在又一方面中，流体打印设备还包括安装插座，微结构流体喷射器被安装在该安装插座中。微结构流体喷射器可绕其纵向轴线旋转，并且旋转装置被联接到微结构流体喷射器，以赋予微结构流体喷射器绕其纵向轴线的受控旋转。

在又一方面中，流体打印设备包括打印头模块，该打印头模块包括共轨和沿共轨排布的一排微结构流体喷射器。为了更高的生产率，这些微结构流体喷射器同时打印流体。共轨通过定位在共轨的端部附近的压电堆线性致动器而被悬挂在打印头模块的基部支撑件上。竖直位移传感器被定位在共轨的每一端处，并且被配置成测量相对于可打印表面上的参考位置的相应参考竖直位移。响应于相应参考竖直位移，压电堆线性致动器调整这些端与基部支撑件之间的相应竖直间距。

以上概述并不旨在描述所要求保护的主题的每个披露的实施例或每个实施方式。下面的描述更具体地例示了说明性实施例。在整个申请的数个地方，通过示例提供了指导，这些示例可以用于各种组合。在列表的每个实例中，所列举的列表仅作为代表性组，而不应被解释为排他性列表。

附图说明