用于导电元件沉积和形成的方法和设备与流程

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本申请也涉及相同名称的2013年3月1日提交的序列号为13/782993的共同拥有且共同未决的美国专利申请，该美国专利申请要求享有相同名称的2012年3月2日提交的序列号为61/606320的美国临时专利申请、相同名称的2012年3月12日提交的序列号为61/609868的美国临时专利申请以及相同名称的2013年1月8日提交的序列号为61/750207的美国临时专利申请的优先权，前述专利申请中的每个通过引用以其全部并入本文中。

本国际申请也涉及名称为“用于导电元件沉积和形成的设备和方法”的2014年6月27日提交的序列号为62/018410的共同拥有且共同未决的美国临时专利申请以及名称为“用于导电元件沉积和形成的设备和方法”的2014年7月18日提交的序列号为62/026560的美国临时专利申请，同样每个通过引用以其全部并入本文中。

技术领域

本公开一般地涉及制造的制品以及用于形成制品的方法(和设备)，在一个示例性的变型方案中包括导电元件，尤其用于在移动式电子装置(例如蜂窝电话、智能手机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、以及无线电子装置)中使用。在一个示例性的方面中，本公开涉及使用导电流体的沉积形成的导电元件(例如天线)和用于形成所述导电元件的方法和设备。

背景技术：

天线和其它的导电元件普遍在包括大多数现代无线电装置(例如移动式电脑、移动式电话、平板电脑、智能手机、个人数字助理(PDA)、或其它的个人通讯装置(PCD))在内的电子装置中提供。典型地，天线包含平面型辐射平面(planar radiating plane)以及平行于平面型辐射平面的接地平面(ground plane)，其经常通过短路导体互相连接以为了实现天线的匹配。结构被构造成使得其作为共振器在期望的一个或多个运行频率下起作用。典型地，这些内部的天线位于装置内部(例如在外部塑料壳体内部)，无论独立式地设置在无线电装置的印制电路板(PCB)上还是在另一装置部件上，以便允许将无线电频率波传播到一个或多个天线和从一个或多个天线传播无线电频率波。

除制造的高成本以外，这样的现有技术的天线和天线生产的方法通常还消耗在主机装置(host device)内部的明显的空间。由于个人电子装置例如智能手机和平板电脑持续缩小，从性能观点和空间消耗观点两者出发对于在其中利用的天线存在更大的要求。后者是尤其关键的，因为天线必须能够在期望的一个或多个频率带中有效地运行，但消耗尽可能绝对最小的空间。在大部分平面型天线解决方案(如上面描述的那些)中，大量的空间可被浪费，因为天线平面必须完全地容纳在壳体内部，并且经常不能被变形或弯曲以符合蜂窝电话机外部壳体的曲率。这样的壳体还具有内部模制特征或附接在其上的其它的部件，其对于尝试使具有特定的电磁构造的天线适应壳体同时仅仅使用最少的内部体积的人来说造成了进一步的困难。

作为解决上述问题中的一些的尝试，在制造工艺中的最近的发展已经使导电元件例如天线直接地构造到专门的材料(例如掺杂有金属添加剂的热塑性材料)的表面上成为可能。掺杂的金属添加剂借助于在称为激光直接成型(LDS)的工艺中的激光被激活，其使将天线构造到更复杂的3维几何形状上成为可能。在各种典型的智能手机和其它的应用应用中，下部的智能手机壳体，和/或天线在装置内部可设置在其上的其它的部件可使用该专门的材料制造，例如使用标准注射成型工艺。然后使用激光以激活(热塑性)材料的随后要被施加镀层的区域。典型地然后添加无电镀铜池(electroless copper bath，有时称为化学镀铜池)继之以连续的附加层例如镍或金以完成天线的构造。

尽管是非常有能力的技术，然而LDS也具有一些缺点；专门的热塑性材料性质不满足传统的聚合物材料的性质，但是典型地为更易碎的或脆的。另一缺点是总成本；专门的热塑性树脂成本多于传统的热塑性树脂，并且激光和镀层工艺是昂贵的。LDS产量的资金成本也代表进入到技术中的重大的障碍。

因此，对于用于例如便携式无线电装置的一个或多个天线的改良的导电元件解决方案存在显著的需要，其提供了与现有技术方法相当的电性能而以更低的成本且使用更灵活的制造工艺制造。这样的解决方案的某些实施方式也理想地提供了空间的提高的节约，以及复杂的几何形状表现能力，并且另外减少了资金投资成本和减少了进入的障碍。

技术实现要素：

在本公开的第一方面中公开了形成导电元件的方法。在一个实施例中，该方法包括经由分配设备的至少一次经过(pass，有时称为操作)使可流动的导电材料流到衬底上，从而形成满足或超过在元件的透入深度(skin depth)和其总深度之间的指定的比的导电元件。

在一个变型方案中，导电元件在单次经过中并且为有效的透入深度几倍的厚度被沉积。

在另一变型方案中，导电元件在两个或多个连续的经过中被沉积，使得形成了“复合的”迹线。在一个示例性的实施方式中，迹线处于基本上并列的且平行的定向中，以便形成充当单个电流导体的单一较宽的迹线。

在第二方面中，公开了导电迹线(conductive trace)。在一个实施例中，迹线是在便携式无线装置内部的天线辐射器的一部分，并且设置在装置的内部的表面或部件(例如壳体元件或衬底)上。

在一个变型方案中，迹线经由分配设备(例如喷嘴)的单次经过形成。

在另一变型方案中，迹线包括微粒尺寸(例如，具有变化的长轴长度的银薄片)的分布。在另一变型方案中，薄片长轴定向尤其作为在一个或多个迹线内部的深度的函数改变。

在再另一变型方案中，一个或多个迹线的有效的透入深度与迹线的其它的参数(例如，深度和/或宽度)相关。

在第三方面中，公开了沉积系统。在一个实施例中，系统包括控制器、一个或多个多轴机器人设备、以及运输设备、以及固化设备。

在第四方面中，公开了移动无线装置。在一个实施例中，装置包括低成本沉积天线元件。

在第五方面中，公开了用于导电元件(例如沉积的天线导体)的制造工艺。

在另一方面中，公开了形成具有至少一个导电迹线的组件的方法。在一个实施例中，在使用构造成喷射导电流体的液滴的设备执行该方法，并且该方法包含：提供衬底，至少一个迹线待被沉积到在该衬底上；促成设备的至少一部分输送越过衬底的表面同时喷射多个导电流体液滴以形成至少一个导电迹线；并且至少加热至少一个迹线以移除导电流体的至少一部分以便将使至少一个迹线基本上持久地在衬底上。

在另一方面中，公开了制造的制品。在一个实施例中，制品包括形成到衬底的表面上的天线，通过这样的方法形成制品，即该方法包含：提供包括构造成喷射导电流体的液滴的喷嘴的打印头，该导电流体包括在流体运载体中的导电银薄片，从而银薄片的按重量算的95%具有在2μm到20pm范围内的主要尺寸；将制品固定在夹具中；将打印头输送越过制品的表面同时喷射流体液滴以形成流体迹线；并且在炉中加热迹线以移除流体运载体的至少一部分，从而产生的迹线具有在20μm到100μm范围内的厚度。

在另一实施例中，在使用包括喷嘴的打印头的情况下将天线形成到衬底的表面上，该喷嘴构造成喷射包括在流体运载体中的导电银薄片的导电流体的液滴，从而银薄片的按重量算的95%具有在2μm到20μm范围内的主要尺寸，并且该方法包括：将制品固定在夹具中；将打印头输送越过制品的表面同时喷射流体液滴以形成流体迹线，从而打印头的每次经过形成具有在20μm到100μm的范围内并且在1GHz下为干燥迹线的透入深度的两倍的干燥厚度的路线区段；并且在炉中加热迹线以移除流体运载体的至少一部分。

在另一方面中，公开了在衬底的至少一个表面上形成导电元件的方法。在一个实施例中，该方法包括：经由构造用于执行喷射的分配设备的至少一次经过将具有夹带在流体运载体中的多个至少部分地金属的薄片的可流动的导电材料的多个部分喷射到衬底上，喷射形成导电元件以便在规定的频率下至少符合或超过在导电元件的透入深度和其总深度之间的规定的比；并且将衬底和导电元件固化为一个单元以便从导电元件中逐出流体运载体的至少一部分，并且使得导电元件变得至少基本上持久。

在再一另外的方面中，公开了构造成在衬底的至少一个表面上形成导电元件的沉积设备。在一个实施例中，该设备包括：能够容纳具有夹带在流体运载体中的多个至少部分地金属的薄片的多个导电流体的流体储存器；与储存器处于流体联通并且能够将导电流体的多个部分喷射到衬底上的至少一个打印头设备；构造成相对于目标衬底使至少一个打印头设备运动的转移设备；与转移设备和至少一个打印头设备通讯并且构造成控制转移设备的运动和喷射的计算机化逻辑(computerized logic)；以及构造成将衬底和导电元件固化为一个单元以便从导电元件中逐出流体运载体的至少一部分并且使得导电元件变得至少基本上持久的固化设备。在一个变型方案中，沉积设备构造成使得喷射经由转移设备的至少一次经过实施，喷射形成了导电元件以便在规定的频率下至少符合或超过在导电元件的透入深度和其总深度之间的规定的比。

在各种实施例中，形成导电元件的系统或方法能够被用于多种不同的应用，不起限制地包括打印数字天线、互连线(interconnects)、以及在罩盖、内覆盖、中框架、媒介，和/或电路衬底(例如印制电路板或柔性印制电路板)上的电路，用于移动和智能电话、平板、笔记本电脑、智能手表、小基站(small cells)、3G/4G/WiFi装置、地面和移动无线电、便携式和移动式销售终端(Point-of-Sale)装置、用于表面安装技术的细线迹线(fine line traces)、如应用到音频电子设备的VIA技术、以及RFID(无线电频率识别)应用。在一些实施例中，系统能够包括“天线打印机”，其能够包含“天线写入系统技术”。天线写入系统技术能够不起限制地意指打印机的方面例如打印头、打印头维护、流体供应系统、打印引擎、衬底、流体行为、以及打印系统设计和制造，不起限制地包括软件、固件、开发工具、驱动和媒体路径技术、打印模式、以及打印头运动(3D)、图像管线和处理、开发和分析不同打印机构造的电脑模拟、半色调、图像处理、限定应用到图像的图像转化和半色调、在衬底交互作用和流体力学上的流体、打印工艺分析、分析焙烧频率、产生的热量、有关的一个或多个流体通量、以及消耗的一个或多个总流体。

附图说明

图1A是根据本公开的包括平面型天线6的制造的制品2的示例性的实施例。

图1B是根据本公开的包括非平面型天线6的制造的制品2的示例性的实施例。

图2是根据本公开的导电迹线10的示例性的实施例的平面图。

图2A是从图2的剖断AA获得的横截面。

图2B是从图2的剖断BB获得的横截面。

图2C是示例性的导电微粒的俯视图。

图2D是示例性的导电微粒的侧视图。

图2E是导电迹线的横截面的SEM照片。

图2F是示出了“典型的”导电银薄片的导电迹线的横截面的SEM照片。

图2G是示出了导电银薄片的高度放大视图的导电迹线的横截面的SEM照片。

图3是用于在制造的制品上形成天线的示例性的制造系统的一个实施例的框图。

图4A是形成制造系统的一部分的打印系统的运动控制部分的第一实施例的示意图。

图4B是形成制造系统的一部分的打印系统的运动控制部分的第二实施例的示意图。

图4C是形成制造系统的一部分的打印系统的运动控制部分的第三实施例的示意图。

图5是分配头的一部分的示例性的实施例。

图6是用于制作天线的工艺的示例性的实施例的流程图图像。

图7是导电迹线的三次经过形成的说明性的实施例。

图8是大约1毫米宽且大约50微米厚的示例性的导电迹线的轮廓。

图9是形成在说明了附着地带的衬底上的示例性的导电迹线的一部分的横截面图。

图10是形成在衬底上的示例性的导电迹线的一部分的SEM横截面视图。

具体实施方式

本公开在一方面涉及制造的制品，在一个变型方案中包括形成到衬底上的导电元件(例如天线)。示例性的天线实施例包括多个连接的导电迹线。迹线可延伸越过平面型的或非平面型的或三维的衬底。根据本公开，在一个示例性的实施例中通过使分配或沉积头喷嘴在衬底之上运动以形成每个迹线来形成多个迹线。

在一些实施方式中，本公开利用喷嘴的单次经过或行程使具有某一厚度的导电迹线(例如天线)的沉积成为可能，例如大约至少为在规定的频率(例如1GHz(千兆赫))下测量的透入深度δ的因数(n)。例如，在一些变型方案中n等于至少2(即，厚度为至少2×δ)，并且在其它的变型方案中等于至少3(3×δ)。。

在另一实施方式中，本公开利用喷嘴的单次经过或行程使具有大约为在1Ghz(千兆赫)下测量的透入深度δ的四倍或五倍的厚度的一个或多个天线迹线的沉积成为可能。

上述能力尤其允许相对低资金成本喷嘴分配系统迅速地形成完全起作用的天线。在下面列出的并且在本文提供的图中示出的各种示例性的优化的参数被用在各种实施例中以使在容量和效率方面的该优点成为可能。在下面的段落中还描述了其它有利的实施例和独创性的方面。

根据本公开图1A和1B各自描绘了制造的制品2的例子。在一些实施例中，制造的制品2形成了用于移动装置例如蜂窝电话、PDA(个人数字助理)、智能手机、或平板(举几个例子)的壳体的一部分或全部。在一些实施例中，制造的制品包括导电元件例如天线结构以与移动装置联合或被用作移动装置的一部分，

每个示例性的制造的制品2包括基座衬底4和形成在其上的天线6。天线6的各种实施例能够是平面型的，例如在在图1A中描绘的变型方案中，和/或如在在图1B中描绘的变型方案中那样为非平面型的。非平面型天线6可横越各种非平面型的表面8，例如互相垂直的表面8。在图1B中描绘的表面8是互相非共平面的。在其它的实施例中，天线6可横越两个、三个、四个、或更多互相非共平面的表面8。在又其它的实施例中，天线6可在一个或多个弯曲的(非平面型的)表面上形成。给定本公开本领域的普通技术人员将认识到上述和/或其它的构造的各种其它的组合。

在一个实施方式中，使用具有在衬底4上运动的至少一个喷嘴的流体分配头在多重(例如三维)维度中分配导电迹线(例如天线6)。当喷嘴在衬底4之上移动时，各单独的导电墨滴被喷射到衬底4上以便限定天线6的部分。该过程能够有利地在喷嘴在衬底4的表面之上的数次行程或经过中或在一些情形中在喷嘴在衬底4的表面之上的单次行程或经过中产生“厚的”导电天线迹线10。所产生的迹线能够为对于给定的运行频率针对迹线材料的“透入深度”δ的厚度的几倍(或更多倍)。

透入深度δ涉及描述了在外部交流电场的影响下电流密度如何随在导体中的深度变化的公式。对于电流密度的公式在方程(1)中被示出：

方程(1)

其中J等于在到迹线中的给定的深度d处的电流密度，并且J_s等于在迹线的表面处的电流密度。值d等于沿垂直于外表面的方向从导电体的外表面测量的距离d。典型的运行频率为1GHz(千兆赫)，尽管将认识到该值仅仅是示例性的(并且绝不限制迹线的任何运行参数)，并且可容易地用其它的值替代。在一些情形中(在其中材料是在导体和绝缘体之间的复合材料)，可称透入深度为基于材料性能的“有效透入”深度。在给定的频率下的透入深度δ定义为进入到导电体中的深度，在该深度处电流密度J已经下降了大约63%，或下降到在表面处的值的1/e。例如参见John R. Reitz, Frederick J. Milford以及Robert W. Christy的“电磁理论基础”，第三版，在1980年由Addison-Wesley出版公司出版，通过引用以其整体结合到本文中(例如参见369页)。包括本书的作者。对于给定的材料的透入深度的一般公式在方程(2)中示出：

方程(2)

其中ω等于入射辐射(incoming radiation)的角频率，μ等于材料的磁导率，并且σ等于材料的电导率。在观察贡献的评估中μ被忽略因为对于使用的典型的材料例如银其趋向为常量。为了讨论的目的ω的值能够等于2π乘以1GHz的频率。

天线(天线6)的示例性的实施例的每个迹线从包含金属的微粒的导电流体中形成。优选地，金属具有高电导率。银是在本公开内有用的这样的金属的一个例子。固体银金属具有在1GHz下测量为大约2μm的透入深度。从导电流体中形成的迹线将通常趋于比块状银(bulk silver)的电导率具有更低的电导率，至少部分地因为微粒趋于与彼此具有低表面区域接触并且非完美地压紧在一起。

为了本讨论的目的，注意的是在从给定的金属的微粒中形成的打印迹线的透入深度相对于块状金属本身之间能够限定关系。公式在下面在方程(3)中被示出：

方程(3)。

在上面的关系中，δ_trace是迹线的透入深度，δ_bulk是块状金属的透入深度，σ^1/2_bulk是块电导率的平方根，并且σ^1/2_trace是迹线电导率的平方根。该关系说明了透入深度δ与电导率的平方根成反比。注意的是只有当迹线微粒是与“块状”金属相同的金属时该关系才通常有效。

考虑用于产生迹线的银微粒的例子。假设块状银的电导率为25乘以(基于微粒的)迹线的电导率。在该例子中的透入深度率将是大约25^1/2或大约5比1。因为块状银具有大约2微米的透入深度，迹线的透入深度因此会近似为10微米(块状材料的透入深度的五倍)。

注意的是对于不同的金属对于相对于块状金属比较迹线上文的比较不一定适用。例如，对于将块状银与从铁微粒中形成的迹线相比较该公式通常不准确。这是因为两种不同的金属具有不同的磁导率(μ)值，其在比较透入深度中然后会变成因数。上面的比率假定相同的磁导率，而且磁导率对于给定的金属在将块状金属性质与迹线性质相比较时不是主要的因数。

与已经根据现有技术已经采用的“区域”工艺相反，喷嘴在一个示例性的实施方式中使用矢量工艺分配天线6。典型的矢量工艺仅仅影响通过形成导电迹线或珠而限定的特定的“路线”，并且留下未受影响的衬底4的保留区域(即，相对于减成法(subtractive process)例如LDS)，除某些工艺例如固化或干燥之外。喷嘴因此沿限定了天线的每个部分的形状的路线移动。尽管如此，本公开的一些方面如果需要可与基于区域的工艺相一致或相结合地利用。

图2、2A、和2B描绘了天线6的示例性的部分或迹线10。迹线10也可被称为“迹线区段”或“迹线部分”。迹线10具有长度L、宽度W以及厚度t。在一种实施例中，宽度W能够在0.15到3.0mm(毫米)的范围内变化。更特别地，宽度W在一种示例性的实施方式中降低到0.3到2.0mm之间。在另一实施方式中，W降低到0.5和1.5mm之间。在又另一实施方式中，W降低到大约0.6到1.4mm之间。可用对于W的又其它的值替代，如给定本公开本领域的普通技术人员将认识到的那样。

在示例性的实施例中迹线宽度W的选择基于这样的考虑诸如阻抗、空隙或其它的缺陷的存在或可能性、以及迹线密度。当迹线宽度减少到低于某个值(例如，在一个特别的情形中为0.5mm)时，基于特别的喷嘴设计形成迹线的能力能够变得日益有挑战性，尤其由于液滴发生器的解决。同样在具有给定的尺寸的迹线中的空隙(例如由和气泡引起)会对更窄的迹线具有更大的影响。空隙也可提供在迹线中的电的收缩。在收缩处的电阻可能是不可接受的。另一方面，当迹线变得更宽时，其可需要更多的分配运行并且对于更高的密度设计迹线几何形状变得受约束的。再其它的因素或考虑对于确定最佳的或期望的迹线宽度可为重要的。

图2A描绘了通过剖断AA获得的形成在衬底4上的迹线10的横截面。在一个示例性的实施例中，迹线厚度t在20到100μm(微米或微米)的范围内。在另一实施方式中，迹线厚度t降低到30到70μm的范围内。在再另一实施方式中，迹线厚度t降低到40到60微米的范围内。在再另一实施方式中，迹线厚度t降低到20到50微米的范围内。在再另一实施方式中，迹线厚度t降低到30到40微米的范围内。在上述的各种范围或再其它的范围内的其它的值可也与本公开一致被使用。

在本公开的一个示例性的实施例中，任何或所有这些厚度能够利用分配头喷嘴横跨衬底表面的单次行程或经过形成，包括上述的复合物(例如，在厚度t₁和宽度W₁处的第一部分，在厚度t₂和W₂处的第二部分，等等，每个部分处于连续的顺序)。在一个实施例中，分配头喷嘴在衬底4之上的的单次行程能够形成具有在30到50微米范围内的厚度t的迹线10。在另一实施例中，分配头喷嘴在衬底4之上的单次行程能够形成具有在例如30到40微米范围内的厚度t的迹线10。

如更早开始的那样，优选地在一些实施方式中对于给定的迹线10厚度t至少为透入深度δ的规定的多倍(例如，至少两倍或至少三倍)。在一个示例性的实施例中，在图2A中描绘的迹线10在1GHz下具有在4到15μm(微米)的范围内的透入深度δ。在一些实施方式中，迹线10具有在8到15μm的范围内的透入深度。在一些实施方式中，迹线10具有在10到13μm的范围内的透入深度。将认识到的是在参考本文描述的特别的实施方式的透入深度中，术语“透入深度”和“有效的透入深度”被视为是可互换的。这主要地由于迹线10实质上是复合材料的事实，如将在下面的更多的细节中所解释的那样。

如更早陈述的那样，优选地在一些实施方式中厚度t对于给定的迹线10至少为透入深度δ的给定的多倍(例如，4或5倍)。在一个示例性的实施例中，在图2A中描绘的迹线10在1GHz下具有在4到10μm(微米)的范围内的透入深度δ。在另一实施方式中，迹线10具有在4到8μm的范围内的透入深度δ。在再另一实施方式中，迹线10具有在4到6μm的范围内(例如大约5μm)的透入深度δ。在这些范围内的透入深度尤其基于用于形成迹线10所使用的材料。例如，透入深度可主要地由迹线的干燥的复合结构确定，包括这样的因素诸如微粒尺寸、微粒间隔、定向、以及在微粒之间存在的基体材料。在次要的程度上，其由(例如银)微粒材料性质确定，因为基体材料相比银微粒可具有不同的阻抗或其它的性质。将认识到的是本公开的一个显著的优点涉及使喷嘴的单次“行程”成为可能以生产多个透入深度，从而完全起作用的导电迹线(例如天线)的单次喷嘴经过打印成为可能。

同样，将认识到的是如果在导电迹线10内存在材料变化，则透入深度δ可沿迹线10的长度变化。在特别的导电流体中可存在一定程度的材料变化。同样可存在期望沿迹线10的长度分配超过一种类型的导电流体。

图2B描绘了通过剖断BB获得的形成在衬底4上的迹线10的横截面。迹线10从多个导电微粒12中形成。微粒材料和微结构至少部分地决定迹线10的“有效透入深度”δ。每个微粒具有特有的微粒尺寸D_p，其可在不同的微粒之间变化。迹线10的有效的透入深度δ能够至少部分地由许多不同的因素决定，包括微粒12尺寸、迹线10的微粒12的重量百分比、微粒12定向、在微粒12之间的基体13的电性质、微粒12材料的电性质、以及其它的因素。在一种示例性的实施例中基体13相比微粒12具有更高的电阻率，从而在不太导电的基体材料13内部的微粒12的密度和几何排列可在确定有效的透入深度δ方面占重要地位。

在一种示例性的实施例中，微粒12包含银微粒。在其它的实施例中，微粒12能够从铜、铝、金、或铂、或任何其它的高电导率金属、或甚至其合金中形成。再者，微粒可与其它的(不同种类的)微粒混合，例如其中银微粒和金微粒以期望的比例混合(相反，一起铸成合金)。

在一种示例性的实施例中，微粒12是充分地弄平的、不规则形状的微粒例如“薄片”。在图2C和2D中分别地描绘了示例性的银薄片的俯视图和侧视图。在图2C中的俯视图描绘了具有主要尺寸D的不规则的轮廓。在图2D中的侧视图描绘了薄片的厚度A。其它的形状可与本公开一致地被使用，其中确定了这样的一个或多个形状提供了期望的性质和性能。

还将认识到的是微粒特性中的一个或多个(例如上面的D，A)可根据函数统计地分布；例如，高斯或“正态”分布，或其它这样的函数。例如，大多数微粒可落在给定的参数的范围内，伴随整体的较少的部分落在其它的范围内。在一种示例性的实施例中，微粒12的按重量算的至少95%具有小于20μm的尺寸D。在一种特别的实施方式中，微粒12的按重量算的至少95%具有小于16μm的尺寸D。在某些情形中能够有利的是，具有大多数微粒(按重量)，其具有例如大于大约4微米、大于大约6微米、大于大约8微米、或大于大约10微米的D的值。然而，对于分配喷嘴尺寸的挑选的实际的范围而言具有大于大约20μm的主要尺寸D的微粒12有时对于喷嘴分配是困难的。也要注意的是具有类似片状的或类似板状的或扁圆的(变平的球体)形状因素的微粒能够提供更大的尺寸D的优点同时更顺从分配。因此，本公开认识到除了别的以外微粒形状能够是性能的显著的决定性因素，并且事实上能够被控制以实现一个或多个期望的性质或特性例如减少的喷嘴堵塞、增强的流动、更好的图案一致性、等等。

在一些实施例中，微粒12的按重量算的至少95%具有在2μm到20μm的范围内的主要尺寸D。在一些实施例中，微粒12的按重量算的至少95%具有在6μm到16μm的范围内的长轴D。在再其它的实施例中，微粒12的按重量算的至少95%具有在10μm到12μm的范围内的长轴(major axis，有时称为主轴)D。

在一种示例性的实施例中，次要的尺寸A(微粒12的厚度)对于大多数微粒(按重量)在0.3到4.0μm的范围内。在另一实施方式中，A对于大多数微粒(按重量)在0.5到2.0μm的范围内。在再其它实施方式，A在0.5到1.0微米的范围内，或对于大多数微粒(按重量)甚至在1.0到2.0微米的范围内。例如，一个特别的实施例使用具有对于大多数微粒(按重量)近似0.6微米的A的微粒。

将认识到的是上述尺寸(例如，长轴长度和/或短轴长度)能够根据其它的范例或函数(即，不同于95%或“大多数标准”)而分布。例如，在一个变型方案中，微粒主要尺寸/次要尺寸根据高斯函数分布(例如，其中大多数微粒集中在额定的尺寸上，并且较少数目的微粒以在额定值之上或之下的变化的值分布)。再其它的类型的分布或函数能够与公开的导电流体一致地被使用，并且函数甚至能够被混合(例如，用于长轴的高斯函数，用于短轴的另一分布)。

微粒12的形状因素能够由任何数目的度量限定，例如D(主要尺寸)与A(次要尺寸或厚度)的比。在一种示例性的实施例中，对于大多数微粒(按重量)D与A的比大于2。在另一实施方式中，对于大多数微粒(按重量)D与A的比大于4。在再另一实施方式中，对于大多数微粒(按重量)D与A的比大于8。

已经观察到在某些情形中，当导电迹线10被分配并且被固化时，一小部分微粒12自身经常趋于沿迹线10的外表面14对齐，借此微粒12的长轴D至少部分地与外表面14对齐。当然存在一定程度的随机的定向，但由本发明的发明人已经注意的是这样的对齐趋于尤其地对于具有较长的长轴D的微粒12而发生。同样设置成远离外表面14的微粒12似乎趋于具有更多的随机的定向。

图2E、2F、和2G是说明了在不太导电基体材料13中的几个银薄片微粒12的示例性的迹线10的横截面的SEM(扫描电子显微镜)照片。SEM照片描绘了如有可能具有尺寸的大的分布的微粒，尽管说明的尺寸分布可至少部分地为微粒相对于横截面的平面的定向的改变的结果。如在截面2E中示出的迹线的厚度t为近似50μm。各单独的微粒12在该示例性的情形中典型地具有大约3-15μm的主要尺寸D和大约0.5到1.0μm的厚度A，尽管将认识到可利用其它的值。

图3是用于在一个或多个衬底4上形成一个或多个迹线10的制造系统20的示例性的实施例的框图。制造系统20包括在电脑24控制下的打印系统22以及固化设备(例如，干燥炉)26。如由箭头28指示的那样，制造的制品2被输送到打印系统22(在该打印系统22处一个或多个迹线10被分配)并且然后被输送到固化/干燥设备26。根据箭头28的输送可经由任何适当的方法例如可运动的托台或输送带、取放机(pick and place machine)、手动地、或再其它的手段。

在一种实施方式中，工业控制器30电地和/或无线地耦合到控制器24(例如，外部控制器)、机器人控制器32以及分配头34。工业控制器30接收来自控制器24的指令，并且反过来控制机器人控制器32和分配头34的运行。机器人控制器32通过分别地控制旋转轴机器人38和多轴机器人40来控制制品夹具36和分配头34的运动。合作的或同步的运动控制使分配头34在制品2(其可包括以期望的排列(例如连续、平行、阵列、等等)布置的多个制品)之上运动，该分配头34安装在制品夹具36中以使迹线10的变形成为可能。

当分配头34运动越过制品2时，控制器30控制分配头34以产生并且喷射导电流体的微滴以形成限定一个或多个迹线10的图案。一旦图案形成，迹线10到目前为止处于未固化的状态。制造的制品然后被输送到固化设备26，在该固化设备处在一种实施例中在导电流体中的溶剂干燥，并且导电微粒12变成聚结的(并且在一些情形中结合在一起)以形成一个或多个迹线10的最终形状/一致性。

作为说明，如本文使用的术语“导电流体”无限制地意指流体介质，例如有机溶剂或包含导电微粒的其它的载体。在分配时，流体的体积电导率最初可不是非常高。然而，一旦迹线10完全地从流体中形成(包括固化)，迹线是足够导电的以提供有效的导电路径，例如用于移动式无线装置的天线。

图4A和4B描绘了包括旋转机器人38和多轴机器人40的打印系统22的运动控制部分的实施例。对于每个实施例，机器人控制器32控制两个机器人38和40的协作的运动。在第一实施例中，在形成一个或多个迹线10的分配运行期间机器人控制器30能够使旋转轴机器人38停止，而多轴机器人40使分配头38在制品2之上运动。因而，在该第一实施例中，导电迹线(例如天线6)在机器人控制器30的控制下通过旋转轴机器人和多轴机器人的一系列交替运动形成。

在第二实施例中，机器人控制器连续地控制旋转轴机器人38和多轴机器人40的同时的同步的协作的运动以形成迹线10。该第二实施例对于分配一个或多个迹线10具有潜在地更短的循环时间的优点。第三实施例实际上是第一实施例和第二实施例的组合，从而对于一些迹线，机器人38和40连续地协作移动，并且对于一些迹线在分配运行期间机器人38停止而机器人40运动。

参考图4A，旋转轴机器人38沿轴线42在制品夹具36的两个端部处支撑制品夹具36。因而夹具36在沿轴线42布置的第一端部42A和第二端部42B处被支撑。旋转轴机器人38使制品夹具围绕轴线42旋转以允许分配头34获得对制品2的不同的表面的接近。多轴机器人40在示例性的实施方式中为能够沿线性轴X、Y和Z平移并且围绕轴X、Y和Z旋转的六轴机器人。

参考图4B，旋转轴机器人38沿轴线42在制品夹具36的单个端部42A处支撑制品夹具36。旋转轴机器人38使制品夹具围绕轴线42旋转。因为制品夹具36在仅仅一个端部处被支撑，故多轴机器人在该情形下能够如由弧形的箭头44所指示的那样旋转地围绕夹具36平移。多轴机器人40是能够沿线性轴X、Y和Z平移并且沿指示的路径44相对于Z轴旋转的四轴机器人。

参考图4C，旋转轴机器人38沿轴线42在制品夹具36的两个端部处支撑制品夹具36。因而夹具36在沿轴线42布置的第一端部42A和第二端部42B处被支撑。旋转轴机器人38使制品夹具围绕轴线42旋转以允许分配头34获得对制品2的不同的表面的接近。多轴机器人40是能够沿线性轴X、Y和Z平移的三轴机器人。

在一种示例性的实施例中，由机器人38和40提供的位置的精确性是在大约正或负0.1毫米内。该精确性沿X、Y、和Z轴被维持，尽管将认识到可使用其它的值(无论对于所有三个轴还是单独地，例如其中不同种类的值被用于轴中的两个或更多个)。

图5是分配头34的一部分的示例性的实施例。图5是示出了在该实施方式中由压电锤52驱动的单个喷嘴末端50的细节的头34的横截面示意图。锤52的末端在压电“推动器”换能器的力的作用下垂直地移位并且利用每个振动从喷嘴开口54中喷射导电流体的微滴。作为说明，在本文中使用的术语“垂直的”不意指任何重力基准而是意指图5图解以及可从喷嘴54中喷射到衬底4上的导电流体的微滴的通常方向。事实上，该方向甚至相对于重力参照系或任何其它的参照系可为水平的或斜向地倾斜的。

基于“按需喷滴”分配头的压电推动器的使用能够具有某些优点。“按需喷滴”通常意指每次在期望的液滴喷射频率、液滴尺寸、以及在一阵液滴中液滴数目的范围内可编程地喷射规定的数目的微滴(例如一个微滴)的能力。

在一种示例性的实施例中，喷嘴开口54具有在50到300μm的范围内的直径D_N。在一种实施方式中，直径D_N在70到200μm的范围内。在再另一实施方式中，D_N在80到120μm的范围内；例如，大约100μm。在一种示例性的实施例中，喷嘴开口的高度H能够为0.5mm到5mm(mm=毫米或米的千分之一)。在一种特定的示例性的实施方式中，h大约为3mm。

在一种实施例中，头34构造成用于控制导电流体的温度(例如，添加热量到导电流体)。在一种变型方案中，导电流体被加热到在30到80摄氏度的范围内的温度。在另一实施例中，导电流体被加热到在40到70摄氏度的范围内的温度。在再另一实施例中，导电流体被加热到在50到60摄氏度的范围内的温度。如果期望温度能够进一步被调整以便尤其控制打印头34的性能。例如，性能的一个方面涉及喷射的墨的粘度，其通常趋于伴随上升的温度而降低。

如在图5中描绘的那样，能够存在引导到喷嘴开口54中的锥形的入口区段56。压电锤52垂直地撞击锥形的区段56。在一种示例性的实施例中，压电锤52具有在0.7到2.0mm的范围内的直径D_A。在一种实施方式中，直径D_A大约为1.5mm。在一种实施例中，压电锤52的振动的幅度在0.1到0.5mm的范围内；例如，0.3mm。因而描述的尺寸在分配如在该详述中所描述的导电流体方面已经被发现是有利的，该导电流体具有微粒，在其中95%的导电片具有小于20μm的主要尺寸，尽管将容易地认识到其它的规格和/或尺寸能够与本公开一致地被使用。

在一种示例性的实施例中，喷嘴54利用小于2mm但大于0.1mm的高度H被定位在衬底4之上。更特别地，在一种实施方式中，H小于1mm但是大于大约0.2mm。在另一实施方式中，H在0.4mm到1.0mm的范围内。在另一示例性的实施例中，H大约为1mm。

当液滴从喷嘴54中被喷射时，能够存在由于以一些角度从喷嘴54中喷射的液滴引入的轨迹误差。轨迹误差的其它的来源包括空气流以及在喷嘴54和衬底4之间的平行于衬底4的平移速率。该平移速率将速率分量引入到不垂直于衬底4的接收表面的喷射的流体的微滴。可行的是通过例如液滴喷射定时对于该分量进行补偿，但这样的补偿可引入误差。改良液滴放置精确性的一种方式是使H最小化。但是同时，过小的H的值可引起在喷嘴顶端50和衬底4之间的“碰撞”，其可能导致对分配头34或产生的制造的制品2的损害。因而，已经有本发明的发明人发现的是对于H的讨论的范围对于分配用于导电元件例如天线的导电流体是典型地最适宜的。

当导电流体的液滴正被分配到衬底4上时，在打印系统20内部的控制系统维持距离H到一致的值。这不管有时必须使喷嘴54在衬底4的三维的表面之上运动。当沿笔直的或弯曲的路线运动时，行程喷嘴54以这样的方式分配液滴，即使得尽管使用导电流体的大的液滴但可困难地识别单独的点。如在这里限定的那样，行程是在形成天线6的迹线10期间喷嘴54相对于衬底4的运动。行程在运动形式和/或速率方面能够是线性的或非线性的。行程能够在非平面型路线之上被执行使得平面由于非平面型衬底表面4不能适合于行程的路线。

在一种示例性的实施例中，上面描述的分配头34能够在衬底上形成点，具有在例如1000到10000皮升(一皮升为10^-12升)的范围内的每个点的干燥体积(在溶剂干燥后)。在一种特定的实施例中，每个点的干燥体积是在2000到5000皮升的范围内。在一种实施方式中，每个点的干燥体积在2500到4500皮升的范围内。在再另一实施方式中，每个点的干燥体积在3000到4000皮升的范围内，例如大约3500皮升。具有在这些范围内的液滴体积能够使示例性的天线迹线的快速生产成为可能，同时避免液滴引起的迹线阻抗的变化，如果液滴过大这种变化可能出现。

在一些实施例中，分配头34能够在衬底上形成点，每个点具有在500到5000皮升范围内的干燥体积。在一些实施例中，分配头34能够衬底上形成点，具有在1000到2000皮升的范围内的每个点的干燥体积。在再其它的实施例中，分配头34能够在衬底上形成具有大约1600皮升的干燥体积的点。

在一种示例性的实施例中，上面关于图5描述的分配头34能够分配在衬底上形成具有在100到1000μm的范围内的点直径的点的液滴。在一种实施方式中，点直径在200到600μm的范围内。在再另一实施方式中，点直径在300到500μm的范围内，或在350到450μm的范围内。特别选择的点规格通常依赖于期望的最窄的迹线宽度W的尺寸，尽管在选择适当的液滴规格是可使用其它的考虑。

用于制造带有导电元件(例如天线6)的制品2的方法的示例性的实施例在图6中以流程图的形式被描绘。根据步骤60，制品2定位在制品夹具36中。在一些实施例中其能够由形成制品夹具36的部分的电地、机械地、或气动地促动的夹头保持。根据步骤62，使制品2旋转，喷嘴54平移越过衬底4的表面，并且导电流体的液滴在衬底4上被分配以便限定天线6。根据步骤64，制品2被输送到固化设备(例如干燥炉26)。根据步骤66，制品2在炉26中被干燥以驱动溶剂离开导电流体，和/或提供其它的期望的效果。在一个示例性的实施例中，烘烤周期伴随在90到140摄氏度的范围内的温度为10-60分钟。在一种实施方式中，炉温度能够在100到130摄氏度的范围内。在一种特定的实施例中，烘烤周期伴随100到110摄氏度的温度为大约25分钟。在一种实施例中，炉26包含具有变化的区域温度的区域炉以使一个或多个期望的干燥温度廓线(drying temperature profile，有时称为干燥温度分布变化图)成为可能。利用这样的实施例，步骤66包括在穿过各种温度区域的带上平移制品2。

迹线10的期望的宽度W能够通常利用一个或多个行程或“路线区段”获取。图7描绘了通过一序列的喷射点68来分配具有大约1mm的宽度W的迹线10的示例性的三行程方式。在喷嘴沿衬底4的第一行程或“路线区段”70期间，在衬底4的表面上形成一连串点68。每个点的直径大约为350到450μm。喷嘴的第二路线区段72形成平行于并且重叠于第一路线区段的第二序列的点。第三路线区段74形成平行并且重叠于第二序列的第三序列。共同地，三个路线区段形成了宽度W为近似1mm并且厚度t为50μm的分配的迹线10。图8为存在的迹线的测量的轮廓，其宽度W为大约0.9mm并且具有大约50μm的厚度。将认识到在上述三行程过程期间定时也可被考虑；例如以便确定维持了各单独的行程的期望的性质。例如，可能三个单独的行程必须以紧密的时间顺序铺设，以便维持充分的“湿润”以及因此混合每个行程的材料。备选地，可能的是第二和第三行程可被延时一段时间，以便允许少许“干燥”以及因此在液滴上形成表面张力以例如在每个行程迹线的机械的稳定性方面提供帮助以便支持其它的接着的一个或多个行程。也将认识到的是各单独的行程不需要必须以任何空间的次序或顺序铺设；例如，它们可以1-3-2次序，1-2-3次序等等被规定。而且，如下面讨论的那样，所有可同时地铺设。

组合以形成迹线10的多个路线区段能够在使用分配头的多个行程或利用具有多于一个喷嘴的分配头的情况下被分配。在一种备选的实施例中，三个路线区段70,72和74在使用具有三个或更多个喷嘴54的分配头34的情况下在单次经过中同时形成。在这样的情形中多个喷嘴54将使分配头根据有多少喷嘴被激活而改变迹线的宽度成为可能。这样的分配头34还将极大地提高分配系统的速度。

在其它的实施例中，迹线10能够在使用一个、两个、三个或更多个路线区段的情况下形成。在另一示例性的实施例中通过单个喷嘴来利用单一路线区段以形成具有大约400-600μm的宽度W的迹线。在再另一实施例中两个路线区段被利用以形成具有大约700μm的宽度W的迹线。

在其它的实施例中，能够在使用单一路线区段并且具有大约400到500μm的迹线宽度的情况下形成迹线10。因而，能够形成在单次经过或行程中400到500μm的迹线10。在一种实施方式中，迹线厚度t能够为迹线宽度W的6%或更大。在一些其它的实施方式中，迹线厚度t能够为迹线宽度W的9%或更大。实现高厚度和纵横比(厚度对于宽度)的能力是使用以形成这些迹线的材料和工艺的优点。

在第一示例性的实施例中，衬底4由聚碳酸酯(PC)制成。在第二示例性的实施例中衬底4由聚酰胺(PA)制成。其它的实施例可使用其它的聚合物例如PVC(聚氯乙烯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。在一些实施例中，举几个例子，聚合物能够填充有玻璃纤维、碳纤维、玻璃珠、矿物、其它的填充物类型、和/或其组合。用于衬底4的其它的可能的材料包括金属、玻璃、以及结合不同的类型的材料的复合材料。

被使用以将迹线10形成到一个或多个衬底4上的导电流体包括在流体运载体中的导电微粒12。已知用于形成导电珠的适当的流体。然而，如更早讨论的那样，微粒尺寸和形状因素是重要的，其中在某些实施方式中具有小于大约20μm的主要尺寸D的导电薄片是优选的(尽管该数字绝不起限制作用)。

流体的粘度在一些应用中也能够是重要的。更粘滞的流体将趋向导致相对稳定的液滴形成以及在分配后迹线的更少的流动。然而，较低的粘度能够使较小的液滴和更高的液滴喷射运行频率的使用成为可能。采用的粘度的范围在迅速地形成导电迹线例如天线方面已经被发现是有利的并且相对最适宜的。在一种示例性的实施例中，导电流体的粘度为大约10到80泊。在一种实施方式中，流体的粘度大约为20到60泊。在再另一实施方式中，流体的粘度为大约30到50泊，或在35到45泊的范围内。根据这些实施例的粘度能够在使用例如粘度计的情况下被测量。在这些范围内的粘度已经在使用锥板式粘度计在使用高剪切帽(high shear cap)的情况下在50RPM(每分钟转速)下在25摄氏度下被测量。粘度计是由布鲁克菲尔德工程实验室(Brookfield Engineering Laboratories)提供的威尔斯-布鲁克菲尔德(Wells-Brookfield)锥/板系统。用于粘度测定的其它的方法可伴随相同的效果被使用。

在一些实施例中，粘度能够根据打印头温度被调整。如果打印头被加热，粘度可降低。在一个实施例中，导电流体的粘度在25摄氏度下为大约35到45泊，但是当在打印头34中正好在液滴喷射之前被加热到大约60摄氏度时为15到20泊。该方法可帮助增加喷射液滴体积，并且对于其它的原因也能够是有用的。

附加地，已知在固化(例如炉干燥)过程期间大部分被蒸发的聚合物是优选的以使在导电微粒之间的绝缘材料最小化。在一些实施例中能够为有益的包括在流体运载体中的其它成分是将溶解衬底4的薄表面的成分。这具有使在衬底4和导电迹线10之间的结合界面屈服的潜力。作为说明性的例子，考虑与聚碳酸酯衬底4以其使用的导电流体。某些芳香族烃和芳香族酮(例如MEK-甲基乙基酮)已知溶解聚碳酸酯。来自酯、胺以及醇的种类的某些其它的溶剂也能够被利用。当然这些仅仅是说明性的并且其它的成分能够依赖于使用的衬底材料被使用。包括一部分这样的成分能够改善在导电流体和衬底之间的附着。

在使用关于图5描述的分配头34和具有上面提到的性质的墨的情况下，具有透入深度δ的至少四倍或至少五倍的迹线能够有利地利用单一行程被沉积。每行程的厚度t能够在每行程20到100微米的范围内。在一个实施方式中，每行程的厚度t能够为30到70微米，或40到60微米。例如，100μm直径范围喷嘴直径D_N以及具有大约35到45泊的粘度(在加热前)的加热流体将提供大约40微米的每行程厚度。假设透入深度在1Ghz下为大约5微米，这利用单一行程提供了带有透入深度δ的大约8倍的珠。但是当然该特定的例子是在上面讨论的范围内的一组参数，其使高性能导电(例如天线)迹线以有效的方式被分配成为可能。

图9描绘了在衬底4和导电迹线材料10之间的结合界面81的说明性的实施例。伴随一些衬底溶解存在表面附着效果。具有厚度t₂的衬底4的部分80已经溶解。在具有厚度t₁的导电微粒12内部的区域82已经由来自衬底4的溶解物质渗透。影响81的整个区域可具有在0.1μm到5μm的范围内变化的厚度t₁+t₂。在一个特定的实施例中，影响厚度t₁+t₂的区域能够在从0.2到2微米的范围内变化。这能够通过衬底材料向上渗透到导电微粒12中提供在衬底4和迹线10之间的机械锁止。图10是这样的界面的一个例子的SEM(扫描电子显微镜)照片。

在界面81处的其它的化学的和/或机械的结合机理能够是可行的。例如，在界面处的结合机理可包括任何或所有的极性、范德华、离子、和/或共价结合。被使用以形成迹线材料10的流体可包括在迹线10和衬底4之间形成偶联剂(coupling agent)的附着力促进剂。

将认识到的是虽然本公开的某些方面按照方法的步骤的特定次序被描述时，但这些描述仅仅是说明本公开的更宽泛的方法，并且可根据需要通过特定的应用被修改。某些步骤可在某些情况下变成不必要的或可选的。附加地，某些步骤或功能性可被添加到公开的实施例，或两个或多个步骤的性能的顺序可交换。所有这样的改变被考虑为包含在本文公开的且要求保护的公开内。

虽然上面的详细描述已经示出、描述、并且指出如应用到各种实施例的本公开的新颖特征，但将理解的是可由本领域的技术人员在不背离本公开的情况下对所说明的装置或工艺的形式和细节做出各种省略、替代以及改变。该描述绝不意味着起限制作用，相反地应被当作说明本公开的一般原则。本公开的范围应当参考权利要求被确定。上面描述的特定的实施例及其应用仅仅是用于说明性的目的并且不排除由下面的权利要求的范围包含的修改和改变。