膏体分配装置的制作方法

1.本技术涉及分配膏体的领域、并且更具体地涉及对应用于电子和太阳能电池领域中的导电膏体进行分配。


背景技术：

2.以其全部内容通过参引并入本文中的美国专利申请公开no.2010/0139509教示了一种丝网印刷头，该丝网印刷头在印刷操作中能够在工件的表面上方沿第一方向移位以将印刷介质的沉积物印刷在工件上，丝网印刷头包括：包括印刷单元的印刷头组件，印刷单元包括主体和可旋转单元，主体包括印刷介质、使用时容纳印刷介质的腔和输送孔，输送孔与印刷介质腔流体连通，并且印刷介质在使用中从印刷介质腔穿过输送孔输送至工件的表面，可旋转单元布置在主体的印刷介质腔中并且能够旋转以使容纳在印刷介质腔中的印刷介质移位；以及驱动单元，驱动单元用于使可旋转单元旋转成使容纳在印刷介质腔中的印刷介质移位，其中，驱动单元操作成使可旋转单元旋转以沿第二方向对主体中的输送孔处的印刷介质施加力，第二方向与丝网印刷头的移位的第一方向相反。
3.以其全部内容通过参引并入本文中的美国专利no.9,616,524教示了一种在接受基板上沉积材料的方法，该方法包括：提供具有背表面和正表面的源基板，背表面载有至少一块涂层材料；提供接受基板，接受基板定位成邻近于源基板并面向涂层材料；以及朝向源基板的正表面发射光，以便从源基板移除至少一块涂层材料，并作为整体将所述移除的至少一块沉积到该接受基板之上。
4.以其全部内容通过参引并入本文中的美国专利申请公开no.2017/013724教示了一种用于生成将在转移印刷工序中使用的转移印刷图案的设备。该图案在可以为薄片基板且承载有一个或更多个沟槽的基板中产生。使待被转移的填料填充薄片基板内的沟槽。在通过填料填充沟槽结束时，基板、刮器和橡胶刷以同步运动从工作区域平移，使得在平移运动期间至少刮器与基板保持完全接触。
5.以其全部内容通过参引并入本文中的lossen等人(2015)发表于第5届晶体硅太阳能电池金属化研讨会energy procedia期刊67:156-162的文章pattern transfer printing(ptp
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)for c-si solar cell metallization(用于c-si太阳能电池金属化的图案转移印刷(ptp
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))教示了用于c-si pv太阳能电池的先进正面金属化的作为一种非接触式印刷技术的图案转移印刷(ptp
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)，该图案转移印刷(ptp
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)基于从聚合物基板进行激光诱导沉积。
6.然而，存在这样的挑战：维持金属膏体填料的长期有效沉积，同时保持金属膏体的具体机械和成分特性。


技术实现要素：

7.以下是提供对本实用新型的初步理解的简化概述。该概述不一定指示本实用新型的关键元件，也不一定限制本实用新型的范围，而是仅用作对以下描述的介绍。
8.本实用新型的一个方面提供了一种膏体分配装置，包括：印刷头，印刷头包括入口开口、出口开口、连通所述入口开口和所述出口开口的内腔和至少一个分配开口，其中，经由所述至少一个分配开口将所述内腔中的膏体分配至工件上；以及加压膏体供应单元，加压膏体供应单元构造成使膏体依次循环穿过所述印刷头的所述入口开口、所述内腔和所述出口开口。
9.在某些实施方式中，维持膏体连续循环穿过印刷头确保了金属膏体的连续和高效混合，从而确保了金属膏体的具体机械和成分特性，并且防止膏体集聚残留在印刷头内。
10.本实用新型的这些、附加的和/或其他的方面和/或优点在以下详细描述中阐述；可能能够从详细描述中推断；和/或能够通过本实用新型的实践而获悉。
附图说明
11.为了更好地理解本实用新型的实施方式并且为了展示本实用新型可以被如何实施，现在将仅通过示例的方式参照附图，在附图中，相同的附图标记始终表示对应的元件或部段。
12.在附图中：
13.图1a至图1c、图2a至图2c和图3是根据本实用新型的各种实施方式的膏体分配装置的高水平图示。
14.图4是图示了根据本实用新型的一些实施方式的膏体分配方法的高水平流程图。
15.应当理解的是，为了图示的简单和清楚，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，元件中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为合适的情况下，附图标记可以在各附图之间重复以指示相应的或者类似的元件。
具体实施方式
16.在以下描述中，对本实用新型的各个方面进行了描述。出于解释的目的，阐述了具体构型和细节以提供对本实用新型的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言将明显的是，本实用新型可以在没有本文中呈现的具体细节的情况下被实践。此外，已知的特征可能已被省略或简化，以免混淆本实用新型。具体参照附图，应当强调的是，所示的细节仅作为示例并且仅出于对本实用新型进行说明性讨论的目的，并且所示的细节被呈现是为了提供被认为是对本实用新型的原理和概念方面的最有用且最易理解的内容。在这点上，没有尝试比基本理解本实用新型所必需的那样更详细地示出本实用新型的结构细节，结合附图进行的描述使本领域技术人员清楚本实用新型的几种形式可以如何在实践中体现。
17.在对本实用新型的至少一个实施方式进行详细解释之前，应当理解的是，本实用新型在其应用方面不限于对在以下描述中阐述或在附图中图示的构型的细节和部件的布置。本实用新型能够适用于可以以各种方式实践或执行的其他实施方式以及公开的实施方式的组合。此外，应当理解的是，本文中所采用的措辞和术语是出于描述的目的而不应被视为限制性的。
18.本实用新型的实施方式提供了用于分配厚金属膏体的高效且经济的方法和机制，并且由此为印刷电子电路的技术领域提供改进。提供了膏体分配装置和方法，膏体分配装置和方法在将膏体分配穿过与内腔流体连通的一个或更多个分配开口的同时保持膏体连
续地循环穿过印刷头的供给开口和内腔。加压膏体供应单元使膏体循环穿过印刷头，调节供应单元中的压力，以保持膏体穿过供给开口和内腔的连续循环并且控制膏体穿过分配开口的分配。例如，膏体可以经由入口开口而被输送至印刷头中，并且以可控的方式加压的膏体可以被添加至离开印刷头的膏体。
19.所公开的膏体分配可以用于印刷由厚金属膏体形成的细线以生产电子电路，例如从而在用于pcb的层压件或其他印刷电子板上或者在例如用于光伏(pv)电池的硅晶片上产生导电的线或垫或其他特征。其他应用可以包括在移动电话天线、装饰性和功能性的汽车玻璃、半导体集成电路(ic)、半导体(ic)封装连接、印刷电路板(pcb)、pcb部件组件、光学生物、化学和环境传感器和探测器、射频识别(rfid)天线、有机发光二极管(oled)显示器(无源或有源矩阵)、oled照明片材、印刷电池和其他应用的制造过程中产生导电的特征。
20.具体地，所公开的膏体分配装置和方法通过下述方式确保在长时间操作期间对高粘度膏体进行稳定且均匀地分配：使膏体在分配头的内部连续地再循环，例如从而防止膏体材料在印刷头或相关部件内的任何地方积累；在循环期间混合膏体，以确保对膏体组成的连续调节，例如从而保持膏体的各组分充分混合并且保持膏体内挥发性有机组分均匀——从而防止膏体变干和破碎。
21.有利地，与现有技术的分配方法相比，避免了有机膏体组分的蒸发(如在现有技术的刮刀(刮板)型分配装置中)和由此导致的膏体的触变性(膏体流变学)的劣化；并且防止了因过度加压(如在现有技术的非循环式装置中)而导致的膏体的组分变化比如膏体化合物之间的偏析——从而得到了均匀的膏体组成并因此得到了稳定的印刷质量。
22.例如，所公开的膏体分配装置和方法可以用于例如通过下述方式生成将在转移印刷工艺中使用的转移图案：将膏体沉积到基板片材的沟槽中，并且例如在辊对辊制造过程中使用转移的图案(例如参见lossen等人，2015年)。
23.图1a至图1c、图2a至图2c和图3是根据本实用新型的各种实施方式的膏体分配装置100的高水平图示。图1a、图1b和图1c分别是膏体分配装置100的一些实施方式的侧视图、仰视立体图和侧横截面图；图2a、图2b和图2c分别是膏体分配装置100的一些实施方式的立体图、仰视立体图和带有所图示的膏体运动的立体图；并且图3是膏体分配装置100的一些实施方式的带有所图示的膏体运动的横截面侧视图。图1a至图1c、图2a至图2c和图3的元件可以以任何可操作的组合进行组合，并且，某些元件在某些附图中图示而在其他附图中不图示仅用于说明性目的并且是非限制性的。
24.膏体分配装置100包括印刷头150，印刷头150包括至少两个供给开口161、169、内腔165和至少一个分配开口160以及加压膏体供应单元105，其中，所述至少两个供给开口161、169、内腔165和所述至少一个分配开口160流体连通(例如参见图1c、图2c和图3)，加压膏体供应单元105构造成使膏体90循环穿过印刷头150。加压膏体供应单元(例如参见图1c、图2c和图3)中的压力被调节，以保持膏体连续地循环穿过供给开口161、169和内腔165并且控制膏体分配穿过分配开口160。例如，加压膏体供应单元105可以包括与印刷头150的内腔165流体连通的膏体泵110和加压膏体储存器120，加压膏体储存器120和膏体泵110构造成使膏体循环穿过印刷头150的内腔165。在非限制性示例中，膏体泵110可以包括用于分配精确体积的具有自密封式转子/定子设计的旋转压力密封排量系统比如来自dymaxtm的eco-pen450
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。
25.在各种实施方式中，膏体分配装置100包括构造成对循环膏体的压力进行测量的至少一个压力传感器140，作为非限制性示例，所述至少一个压力传感器140例如是在图1a至图1c中示意性图示的并且与膏体混合器130相关联的压力传感器140或者是在图2a至图2c和图3中示意性图示的位于印刷头150的任一端部处的压力传感器140a、140b。替代性地或补充地，压力测量可以在加压膏体供应单元105的元件比如膏体泵110和/或膏体储存器120内实现。膏体分配装置100还可以包括(在图1c和图2c中示意性示出的)至少一个控制器170，所述至少一个控制器170构造成相对于循环膏体的测量压力来调节加压膏体供应单元105(或加压膏体供应单元105的部件)中的压力。膏体分配装置100还可以包括构造成对循环膏体进行混合的一个或更多个膏体混合器130。膏体混合器130例如可以是通过利用其加压来混合膏体的静态混合器。在非限制性示例中，膏体混合器130可以包括由包含多个混合元件的大直径塑料壳体制成的塑料一次性静态混合器比如来自stamixco
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的gxf-10-2-me
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26.加压膏体供应单元105还可以构造成使膏体经由所述至少两个供给开口的至少一个入口开口161引入到内腔165中并且经由印刷头150中的供给开口的至少一个出口开口169接收循环的膏体。通常，入口开口161和出口开口169位于印刷头150的与分配开口160相反的顶部处，分配开口160面向基板，膏体被沉积到该基板上。替代性地或补充地，入口开口161和/或出口开口169可以定位在印刷头150的侧部和/或延伸部上。
27.加压膏体供应单元105可以包括流体连通的压力控制膏体储存器120、膏体泵110和混合器130。压力控制膏体储存器120可以构造成将膏体输送至膏体泵110，膏体泵110可以构造成将膏体穿过混合器130输送至入口开口161。加压膏体供应单元105还可以构造成将来自出口开口169的膏体与从压力控制膏体储存器120输送至膏体泵110的膏体混合。压力控制膏体储存器120的出口与膏体泵110的入口流体连通。例如，如图2c和图3中所示意性图示，膏体储存器120中的膏体90可以被输送(91)至膏体泵110，从而与从印刷头150的出口开口169离开的膏体97混合(92)，以被膏体泵110泵送到混合器130中。来自混合器130的膏体93可以被输送(94)至印刷头150的入口开口161，其中，膏体96沿着内腔165移动并且一些膏体95可以穿过分配开口160进行分配，以在基板上形成图案比如线(对于非限制性示例，例如参见lossen等人，2015年，在用于pv电池的硅晶片上形成具有约20μm宽度的银线)。剩余的膏体97然后与来自膏体储存器120的膏体91(例如，穿过在接合部112处的喷嘴122输送的膏体91)混合以对分配量进行补偿，并且膏体循环穿过膏体分配装置100，以保持膏体的机械特性并且支持膏体的持续混合以便保持膏体的化学组分。在某些实施方式中，膏体分配装置100还可以构造成例如通过添加添加物比如溶剂来改变膏体组分，以使膏体均匀，可能与贯穿膏体分配装置100的监控压力有关。例如，如果需要，可以向进入混合器130的膏体添加添加物比如溶剂。
28.在各种实施方式中，印刷头150、内腔165和作为开口160的由狭缝边缘162(例如，金属狭缝唇缘162)限制的分配狭缝可以是长形的(例如参见图1b和图2b)并且针对膏体特性(例如，粘度值)、待由印刷头150分配的线或其他元件的特定吞吐量和特定特征(例如，长度、宽度和可选的横截面)进行构造。在某些实施方式中，分配开口160可以包括一个或更多个狭缝、一个或更多个开口、多个线性布置的开口、例如圆形或椭圆形开口的一条或更多条线等。
29.在各种实施方式中，膏体材料可以包括导电银基金属膏体并且通常可以具有高粘度(例如，在几十pa
·
s至几百pa
·
s的范围内的粘度)。在非限制性太阳能应用中，金属膏体例如可以包含金属粉末、可选的玻璃粉和改性剂、挥发性溶剂和非挥发性聚合物和/或树脂。膏体的非限制性示例包括来自heraeus
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的sol9651b
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。
30.膏体分配装置100可以包括构造成在沿着膏体循环路径的一个或更多个相应位置处对循环膏体的压力进行测量的一个或更多个压力传感器140、140a、140b。压力传感器140、140a、140b例如可以被设定成：邻近于入口开口161、出口开口169；与印刷头150的内腔165流体连通；以及/或者与混合器130、膏体储存器120和/或膏体泵110中的任一者相关联。来自加压膏体储存器120和/或膏体泵110的压力相关指示也可以用于监控通过膏体分配装置100的膏体循环以及/或者监控并且可能地例如通过添加溶剂来修改膏体特性比如膏体的粘度。膏体分配装置100还可以包括至少一个控制器170(例如，比如经由通信链路而与膏体分配装置100的部件中的任何部件连通的至少一个控制器170)，所述至少一个控制器170构造成相对于循环膏体的例如从一个或更多个压力传感器140、140a、140b接收的测量压力而调节压力控制膏体储存器120和/或膏体泵110中的压力。在非限制性示例中，压力传感器140中的任何压力传感器可以包括例如封装在不锈钢壳体中的小轮廓的、介质可兼容的压阻式硅压力传感器(例如，来自t.e.connection
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的meas 86a
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或等效传感器)。
31.在各种实施方式中，压力控制膏体储存器120和膏体泵110可以邻近于印刷头150的出口开口169敞开，并且膏体分配装置100可以包括将混合器130的出口连接至印刷头150的入口开口161的导管135(例如参见图2a至图2c和图3)。在一些实施方式中，压力控制膏体储存器120和膏体泵110可以邻近于印刷头150的出口开口169敞开，混合器130可以邻近于印刷头150的入口开口161，并且导管133可以将膏体泵110连接至混合器130。压力传感器140可以与混合器130相关联(例如参见图1a至图1c)。膏体储存器120和膏体泵110的尺寸和取向可以变化，例如，膏体储存器120和膏体泵110两者都可以被设定成垂直于印刷头150(例如参见图2a至图2c和图3)，或者膏体储存器120和膏体泵110中的一者或两者可以被设定成与印刷头150成一角度。例如，膏体泵110可以被倾斜地设定成将膏体泵110的重量更均匀地分布在印刷头150上，如图1a至图1c中所示意性图示。
32.在各种实施方式中，导管可以被调节成适应于膏体储存器120、膏体泵110和混合器130的任何布置，以使膏体分配装置100更紧凑或者将膏体分配装置100调节至满足印刷机内的给定的空间和重量分布要求。示意性地图示了保持器145(例如参见图2a至图2c)，保持器145作为用于将膏体分配装置100附接至印刷机的附接元件(对于非限制性示例，例如参见美国专利no.9,616,524)。在非限制性示例中，导管135可以连接在混合器130中的开口(出口)131与印刷头150中的位于入口开口161处的连接器137的开口138之间(例如参见图2a)，或者导管133可以连接在膏体泵110中的开口(出口)132与混合器130中的开口(入口)134之间(例如参见图1a的膏体泵，其中，混合器在印刷头150的入口开口161处附接至连接器137)。
33.图4是图示了根据本实用新型的一些实施方式的膏体分配方法200的高水平流程图。方法的各阶段可以关于上面描述的膏体分配装置100来实施，膏体分配装置100可以可选地构造成实现方法200。方法200可以包括以下阶段，无论这些阶段的顺序如何。
34.膏体分配方法200可以包括保持穿过印刷头的内腔的连续膏体循环(阶段210)，该
印刷头具有与内腔流体连通的至少一个分配开口。膏体分配方法200还可以包括在连续膏体循环期间混合膏体(阶段220)。
35.在某些实施方式中，膏体分配方法200可以包括以可调节的方式对膏体加压以保持膏体循环并且控制膏体穿过分配开口的分配(阶段230)；可能地通过分别测量膏体压力以及调节压力(阶段232)来实现。
36.在某些实施方式中，膏体分配方法200可以包括将离开印刷头的内腔的膏体与加压的膏体混合以对穿过分配开口分配的膏体进行补偿(阶段240)。
37.在以上描述中，实施方式是本实用新型的示例或实现方式。“一种实施方式”、“实施方式”、“某些实施方式”或“一些实施方式”的各种出现不一定全部都指代相同的实施方式。虽然本实用新型的各种特征可以在单个实施方式的上下文中描述，但是这些特征也可以单独提供或者以任何适合的组合提供。相反，尽管本实用新型为了清楚起见在本文中可以在分开的各实施方式的上下文中描述，但是本实用新型也可以在单个实施方式中实现。本实用新型的某些实施方式可以包括来自以上公开的不同实施方式的特征，并且某些实施方式可以包含来自以上公开的其他实施方式的元件。本实用新型的元件在特定实施方式的上下文中的公开不应被视为使这些元件的使用仅限于该特定实施方式。此外，应当理解的是，本实用新型可以以各种方式实施或实践，并且本实用新型可以在除了以上描述中概述的实施方式之外的某些实施方式中实现。
38.本实用新型不限于那些附图或相应的描述。例如，流程不需要贯穿每个图示的框或状态或者以与所图示和描述的顺序完全相同的顺序进行。除非另有定义，否则本文中使用的技术和科学术语的含义应被本实用新型所属领域的普通技术人员普遍理解。虽然已经关于有限数目的实施方式描述了本实用新型，但是这些实施方式不应被解释为对本实用新型的范围的限制，而应被解释为一些优选实施方式的范例。其他可能的变型、改型和应用也在本实用新型的范围内。因此，本实用新型的范围不应由到此为止所描述的内容所限制，而应由所附权利要求及其合法等效物所限制。