[发明专利]将材料涂覆于衬底上的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用液滴印刷(droplet printing)技术将材料涂敷于衬底上的方法，以及一种实施该方法的装置。 

背景技术

目前，液滴印刷技术被广泛应用于使用计算机生成的设计数据来形成二维体和三维体。通常使用连续液滴印刷技术或按需喷墨液滴印刷技术。前一种技术中，在待使用的液体材料的存储器上施加背压，由此通过不间断地机械振动产生均匀的小的液滴流。该技术采用恒定的高频率以每秒数千滴的速率生成液滴。然而，与前一技术的不同的是，按需喷墨技术仅在有需要时才被施加脉冲，由此在需要时以每秒一滴至数百滴或数千滴的速率生成液滴。 

典型的二维体包括诸如电子绝缘体和半导体的薄膜，而三维体包括多种多样的产品，诸如功能原型、模具、工具以及物品。适于在这些应用中使用的材料包括聚合物、金属和陶瓷材料。 

金属液滴印刷技术伴随着这样一个问题：为了形成小金属液滴，需要在液滴生成器中使用细管，遗憾的是，这种细管容易被金属液滴堵塞。此外，注意到，熔融金属易导致产品生锈的这种腐蚀性，从而会造成堵塞问题。显然，在使用具有较高熔点的熔融金属时，由于这类熔融金属表现得更具有腐蚀性，上述问题会更严重。 

在制造二维体时所使用的一种可替换的液滴印刷技术中，在衬底上沉积溶解在有机溶剂中的干燥有机金属化合物组成的液滴，并且在该衬底的表面已形成有一层液滴后对该液滴层进行加热处理，其中的有机金属化合物发生高温分解，从而在衬底的表面形成金属层。由于需要对每一个单独的液滴层都进行这样的加热处理，显然，这样的技 术耗时且昂贵。尽管如此，该技术还存在一个更严重的缺陷，即，为了使该有机金属化合物发生高温分解，需要对整个衬底进行加热。因此，衬底必须耐热，这就严重限制了这项技术，因为它排除了很多种衬底与印刷材料的组合应用。 

在其它已知的印刷技术中，待沉积于衬底上的材料的悬浮液的液滴或材料的前体的溶液的液滴被释放后，在一段较长的距离内接受处理，以便于通过诱导反应发生以化学方式改变液滴或通过例如加热该液滴的物理方式改变该液滴。 

然而，这类处理技术具有以下缺陷：其降低了液滴沉积于衬底上所需的精确度(即，聚焦精度)。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种液滴印刷技术，即使在液滴经过相对较远的距离进行传送的情况下，该技术也能表现出更好的聚焦精度。 

令人惊讶地是，目前已经发现可以在使用这样一种方法时实现该目的：起初使液滴保持稳定流动，随后使液滴保持收敛流动。因此，本发明涉及一种使用液滴印刷技术和气流引导系统将材料涂敷于衬底上的方法，该方法包括以下步骤： 

(a)向衬底的方向释放包括载气和该材料的悬浮液的液滴或该材料的前体的溶液的液滴或该材料的前体的液滴这样的气流，由此通过液滴印刷技术生成液滴； 

(b)在第一段时间内使气流保持稳定流动，其中，第一段时间内气流中液滴的斯托克斯数(St)小于1； 

(c)使气流中液滴的稳定流动转化为收敛流动，并在第二段时间内使液滴保持收敛流动，由此使该第二段时间内气流中液滴的斯托克斯数增至一个大于10的值；以及 

(d)使如此获得的该材料的悬浮液的液滴或该材料的前体的溶液的液滴与衬底相接触。 

根据本发明的方法使液滴具有高的气动聚焦精度，这导致生成具有与已知的通过传统液滴印刷金属制造的产品相比的高精密度的产品。 

优选地，步骤(b)中，在第一段时间内，气流的斯托克斯数小于0.1。 

优选地，在步骤(c)中，在第二段时间内，气流中液滴的斯托克斯数增至一个大于10的值。更优选地，在步骤(c)中，在第二段时间内，气流中液滴的斯托克斯数增至一个大于20的值。最优选地，在步骤(c)中，在第二段时间内，气流中液滴的斯托克斯数增至一个大于30的值。 

应该能理解，气流中微粒(在本申请文件中为液滴)的斯托克斯数(St)定义如下：