待在喷墨打印机中使用的组件、喷墨打印机和用于在三维电子装置的表面上打印功能层的方法与流程

待在喷墨打印机中使用的组件、喷墨打印机和用于在三维电子装置的表面上打印功能层的方法
1.说明书
2.本发明涉及一种组件，该组件待在喷墨打印机中使用并且被配置用于在该组件中移动三维电子装置。本发明还涉及一种包括前述组件的喷墨打印机以及一种用于在喷墨打印机中在第一三维电子装置和第二三维电子装置的表面上打印功能层的方法。
3.喷墨打印机已广泛用于在纸上打印。然而，喷墨打印机也可用于其他目的。例如，喷墨打印机可用于在电子装置上沉积导电油墨，诸如例如在“系统级封装”(sip)上沉积导电油墨以保护电子装置免受电磁干扰。
4.sip模块在便携式电子装置的小型化中发挥着越来越重要的作用。由于sip模块中内置的高密度电气功能，电磁或电气干扰(emi)可能会导致模块完全失效。为此，必须屏蔽sip模块，以抑制emi辐射从sip模块发出并抑制emi辐射被sip模块接收。
5.传统上，sip模块使用金属外壳来达到emi屏蔽的目的。然而，金属外壳违背了小型化的目标。代替使用金属外壳，可使用喷墨打印机在sip模块的表面上沉积例如由含银喷墨油墨组成的功能层。一旦喷墨油墨被打印在sip模块的表面上，就使用例如uv光来烧结喷墨油墨，以便在sip模块的表面上形成连续功能层。可想到其他烧结手段，诸如ir辐射或等离子体。
6.us 2013/0342592 a1公开了一种用于在三维电子装置上打印emi屏蔽物的喷墨打印机。由此将电子装置安装在可倾斜和旋转的夹具上，使得emi屏蔽物可均匀地沉积在电子装置的非平行表面上。
7.cn 105 291 588 a和cn 205 202 465 u各自涉及一种具有彼此平行布置的两个可移动工作平台的喷墨打印机。固化单元布置在打印头上。打印头将光敏油墨喷射在位于工作平台中的一个工作平台上的物体的表面上。在喷射后，光敏油墨立即固化。
8.cn 208 306 134 u公开了一种用于在物体上打印特定类型的代码(诸如条形码)的喷墨打印机。该喷墨打印机包括两条加工线，该两条加工线中的每条加工线包括用于待打印物体的工作台。喷墨枪和固化单元可跨两条加工线移动，使得这两条加工线均可共享喷墨枪和固化单元。
9.kr 2015 0114229 a涉及一种用于对电子装置进行彩色标记的喷墨打印机。该喷墨打印机包括共享公共打印头和公共固化单元的若干条加工线。喷墨打印机特别适于在电子装置上打印光敏油墨。
10.us 2008/036799 a1、us 2006/003633 a1和cn 107 053 840 a涉及用于在物体上打印油墨的现有技术打印系统。然而，所有这些系统都不包括固化单元。
11.wo 2010/035263 a1和de 10 2010 008233 a1公开了用于电子装置(诸如si晶片)的传送系统。这些传送系统可允许多于一个电子装置的平行移动或沿三个维度的移动。
12.本发明的一个目的是提供一种喷墨打印机和一种待在喷墨打印机中使用的组件，以及一种用于以提高的效率并且特别是以高通量在电子装置的表面上打印功能层的方法。
13.该目的通过独立权利要求1、14和16的主题来解决。本发明的任选的和优选的特征
是从属权利要求2至13和15的主题。
14.根据本发明的第一方面，提供了一种组件，该组件待在喷墨打印机中使用并且被配置用于在该组件中移动三维电子装置。该组件包括：第一夹具，该第一夹具被配置成保持第一打印头；和至少两条加工线。每条加工线包括：第一打印区段，在该第一打印区段中在电子装置的表面上打印功能层；烧结区段，该烧结区段与第一打印区段间隔开并且被配置成烧结电子装置的表面上的功能层，其中烧结的功能层呈现晶格结构；和传送机构，该传送机构被配置成从打印区段移动到烧结区段。第一夹具被配置成可从至少两条加工线中的一条加工线移动到至少两条加工线中的另一条加工线。
15.优选地，每条加工线的打印区段和烧结区段共线布置。
16.更优选地，至少两条加工线彼此平行。
17.根据本发明的一个优选实施方案，该组件还包括支撑件，该支撑件被配置成保持电子装置，其中第一夹具和支撑件被配置成使得它们可相对于彼此移动。
18.如果支撑件固定地安装到传送机构，并且第一夹具可相对于支撑件移动，则这是有利的。
19.任选地，传送机构被配置成在打印区段与烧结区段之间往复运动。
20.如果传送机构为滑动托架或带式输送机，则这也是本发明的优选特征。
21.根据本发明的另一个优选实施方案，该组件还包括预处理区段，该预处理区段包括选自由以下项组成的组的装置：硬uv发射器、准分子激光器或大气等离子体生成装置。
22.优选地，至少两条加工线中的至少一条加工线包括位于打印区段上游的预处理区段。
23.更优选地，烧结区段包括uv光发射器或ir辐射发射器。
24.又更优选地，该组件还包括第二夹具，该第二夹具被配置成保持第二打印头。
25.如果第二夹具布置在位于烧结区段下游的保护层打印区段内，则这也是优选的，其中传送机构被配置成从打印区段移动到保护层打印区段并且移动到烧结区段。
26.任选地，第二夹具被配置成可从至少两条加工线中的一条加工线移动到至少两条加工线中的另一条加工线。
27.根据本发明的第二方面，提供了一种喷墨打印机，该喷墨打印机被配置用于在电子装置的表面上打印功能层。该喷墨打印机包括：打印头，该打印头被配置成喷射油墨；和如上所述的组件。
28.优选地，打印头被配置成喷射油墨，该油墨在被打印在电子装置的表面上之后并且在烧结之后，在电子装置上形成具有晶格结构的电磁干扰屏蔽。
29.根据本发明的第三方面，提供了一种用于在喷墨打印机中在第一三维电子装置和第二三维电子装置的表面上打印功能层的方法，该喷墨打印机具有打印头以及至少第一加工线和第二加工线，该至少第一加工线和第二加工线各自包括打印区段和烧结区段。该方法包括以下步骤：在第一加工线的打印区段内布置打印头；在第一加工线的打印区段内在第一电子装置的表面上打印功能层；将第一电子装置移动到第一加工线的烧结区段；在第一加工线的烧结区段内烧结第一电子装置的功能层，使得烧结的功能层呈现晶格结构；将打印头移动到第二加工线的打印区段；在第二加工线的打印区段内在第二电子装置的表面上打印功能层，同时在第一加工线的烧结区段内烧结第一电子装置的功能层。
30.现在将使用附图以举例的方式描述本发明。附图用于说明目的，并且仅用于提供可能的组件的示例，该可能的组件待在喷墨打印机中使用并且被配置用于在该可能的组件中移动三维电子装置；可能的喷墨打印机和用于在三维电子装置的表面上喷墨打印的可能的方法的示例。附图不以任何方式限制本发明，而仅代表本发明的一个优选实施方案。
31.本发明通常适用于在三维装置(诸如例如电子装置)上大容量打印喷墨油墨。本发明特别适合在所谓的“系统级封装”(sip)上沉积功能层。功能层可以是在应用时实现特定功能的任何种类的层。此功能可以是屏蔽电子装置，使其免受由从外部源发出的电磁感应或电磁辐射引起的电磁干扰(emi)。功能层可由导电油墨构成，该导电油墨是一种导电的油墨，诸如银油墨或含银油墨。导电油墨也可以是包括导电颗粒(例如，银颗粒)的类型。为了使导电油墨起到emi屏蔽物的作用，必须进行打印，使得导电油墨在电子装置上形成连续层(优选地具有均匀的厚度)，其间隙不大于待阻挡的外部电磁辐射的频率的四分之一波长。
32.在本发明的上下文中使用的所有油墨都需要烧结过程，在本发明的上下文中该烧结过程被认为是一种特定类型的固化过程。烧结过程向导电油墨提供一定量的能量，这足以使烧结的导电油墨呈现晶格结构，即具有短程有序和远程有序的结构。例如，当使用含有新癸酸银的特定类型的mod油墨时，在新癸酸银的烧结后，银原子以晶格结构布置。
33.这与现有技术中光敏油墨的固化不同，在该固化期间，由于交联，由单体生成聚合物。聚合物共价结合在固化的光敏油墨中。这些共价键不具有短程有序和远程有序。
34.电子装置可具有表面沿不同方向延伸的任何三维几何结构。为此，本发明中使用的打印头可围绕不同的旋转轴线枢转，使得电子装置的非平行表面可用连续功能层进行emi屏蔽。
35.本发明不限于在三维电子装置上打印导电油墨，而是原则上可用于任何需要高通量的喷墨打印过程。
36.本发明中使用的打印头的打印宽度可根据电子装置的尺寸进行选择，例如30.5cm(12英寸)和更大。打印速度可高达2000mm/秒，而打印头频率(即打印头喷射墨滴的频率)可高达150khz。
37.图1示出了本发明的一般原理。根据图1，提供至少两条(例如，四条)加工线a-d。每条加工线a-d包括打印区段20a-20d和烧结(固化)区段40a-40d。
38.首先在打印区段20a内在第一三维电子装置1000(图3)的一个(或多个)表面上沉积功能层。为了在第一电子装置1000的表面上生成连续功能层，将打印头200(图2)相对于第一电子装置1000移动，或将第一电子装置1000相对于打印头200移动。一旦已在第一电子装置1000上打印功能层，就将第一电子装置1000从打印区段20a移动到第一加工线a的烧结区段40a。在烧结区段40a内烧结功能层，并且在烧结期间，将打印头200移动到第二加工线b的打印区段20b。在第二加工线b的打印区段20b内打印第二电子装置1000，并且一旦打印完成，就将第二电子装置1000沿着第二加工线b移动到烧结区段40b。当分别在烧结区段40a、40b中烧结加工线a和b中的第一电子装置和第二电子装置1000时，在第三加工线c的打印区段20c内在第三电子装置1000上打印功能层。在打印区段20c内完成第三电子装置1000的打印后，将第三电子装置1000移动到第三加工线c的烧结区段40c。当烧结区段40a、40b、40c中的烧结仍在进行时，将打印头200移动到第四加工线d的打印区段20d。在该打印区段，执行第四电子装置1000的打印。一旦完成，就将第四电子装置1000移动到第四加工线d的烧结区
段40d。
39.使用本发明的原理，可实现具有高通量的喷墨打印过程。由于打印过程的持续时间仅是烧结过程的持续时间的一小部分，因此可利用发生烧结的时间段来在另一条加工线中打印另一个电子装置。换句话讲，第二电子装置的打印可在第一电子装置的打印完成后立即开始。
40.图2是顶视图并且示出了具有三条加工线a、b、c的喷墨打印机1的总体结构。与图1所示的一般原理相比，可提供清洁区段x，在该清洁区段中，在打印之前清洁电子装置1000的表面。优选地，提供预处理区段10，在该预处理区段中，通过氧化来激活待打印的电子装置1000的一个或多个表面。该激活可通过使用发射波长小于185nm的uv发射器或发射波长小于172nm的准分子激光器使用大气等离子体或硬uv辐射来实现。
41.一旦优选地清洁和预处理了电子装置1000的表面，就将电子装置1000移动到打印区段20，并且在打印过程之后，将该电子装置传送到烧结区段40。烧结优选地通过使用发射波长为395nm的uv辐射的uv-led 400来实现。另选地，ir辐射发射器可用于烧结的目的。如在图2中可见，打印头200可从一条加工线a移动到其他加工线b和c中的任一条加工线。该打印头也可在加工线a、b和c之间往复运动。
42.优选地，可提供附加的打印区段30，在该附加的打印区段中安装打印头300，以便在先前在打印区段20内打印的功能层的顶部上打印保护层。与打印头200一样，将打印头300相对于电子装置1000移动，或将电子装置1000相对于打印头300移动。
43.为了将电子装置1000从打印区段20或30移动到烧结区段40，提供优选地呈滑动托架或带式输送机形式的传送机构4。
44.图3是根据本发明的一个优选实施方案的独立喷墨打印机1的透视图。喷墨打印机1包括刚性框架20，以网格状图案布置的多个导轨3a、3b附接到该刚性框架。打印头200可移动地附接到框架2，使得该打印头可沿着轨道3a从一条加工线a移动到其他加工线b、c或d中的任一条加工线。这同样适用于设置在保护层打印区段30中的打印头300。在打印头200、300的下方以及在烧结区段40中在uv-led 400的下方和在预处理区段10中在硬uv发射器100的下方设置有电子装置1000，该电子装置通过使用支撑件5保持在适当位置。支撑件5可以是被配置成保持一个或多个电子装置1000的任何种类的支撑件。如上文所提及，支撑件5可围绕一个或多个不同的旋转轴线枢转。
45.打印过程可以是多路径或单路径或它们的组合，如图4a至图4c所示。
46.在图4a所示的多路径过程中，利用了打印头200和电子装置1000在一条加工线a、b或c的打印区段20内的一系列相对移动，使得在该电子装置上沉积多个导电油墨层。优选地，打印头200是静止的，而电子装置1000在打印头200下方沿一个方向(例如，沿x方向)往复运动。此外，电子装置1000沿x方向的移动可优选地与打印头200沿y方向(即，与x方向正交)的移动重叠，使得多个沿y方向重叠的导电油墨层被打印在电子装置1000上。多个导电油墨层的重叠可通过打印头200沿y方向的移动量来控制。因此，导电油墨可沿y方向具有变化的厚度，诸如例如具有阶梯状轮廓或连续轮廓。在每一层之后，电子装置1000可优选地移动到烧结区段40以实现导电油墨层的烧结。另选地，一旦多个导电油墨层已被打印在电子装置1000上，就进行烧结。如果需要，可重复前述打印过程和烧结过程。任选地，在打印区段30内在最上面的导电油墨层的顶部上打印保护层，该保护层然后必须在烧结区段40内进行
烧结。
47.在图4b所示的单路径过程中，打印头200沿x方向和y方向都是静止的。仅电子装置1000在打印头200下方沿x方向往复运动，直到在电子装置1000上已打印期望厚度的导电油墨。优选的是，电子装置1000的打印(涂布)仅在电子装置1000沿一个方向的移动期间发生，但在其沿相反方向的移动期间不发生。另选地，电子装置1000可优选地在沿这两个方向的移动期间连续地打印。在打印之后，电子装置1000可优选地移动到烧结区段40以实现单个或多个导电油墨层的烧结。如果需要，可重复前述打印过程和烧结过程。
48.图4c示出了图4a的多路径过程和图4b的单路径过程的组合。唯一的区别是打印在电子装置1000上的多个导电油墨层沿y方向不重叠。