WO2013153158A1 - Druckkopf, aerosol-drucker und aerosol-druckverfahren - Google Patents

Druckkopf, aerosol-drucker und aerosol-druckverfahren Download PDF

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WO2013153158A1
WO2013153158A1 PCT/EP2013/057589 EP2013057589W WO2013153158A1 WO 2013153158 A1 WO2013153158 A1 WO 2013153158A1 EP 2013057589 W EP2013057589 W EP 2013057589W WO 2013153158 A1 WO2013153158 A1 WO 2013153158A1
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WO
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aerosol
chamber
tube
printhead
gas
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Application number
PCT/EP2013/057589
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Binder
Katja KRÜGER
Aleksander Filipovic
Matthias HÖRTEIS
Sebastian HÖRTEIS
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads

Definitions

  • the invention relates to a printhead having at least one aerosol chamber, at least one aerosol tube having a first end and a second end and at least one pressure nozzle, wherein an aerosol from the aerosol chamber via the aerosol tube can be fed during operation of the printhead of the pressure nozzle. Furthermore, the invention relates to an aerosol printer equipped with this printhead and to an aerosol printing method in which an aerosol is generated and introduced into an aerosol chamber for transporting it via an aerosol tube to a pressure nozzle.
  • a printhead, a printer and a method of the type mentioned above can be used, for example, to print electrical conductors on semiconductor components by means of silver-containing inks.
  • the present invention seeks to provide a printhead, an aerosol - printing method and an aerosol printer, which allow lower losses of the consumable.
  • the object is achieved by a printhead according to claim 1, a method according to claim 11 and an aerosol printer according to claim 14.
  • a printhead with at least one aerosol chamber, at least one aerosol tube, with a first and a second end and at least one pressure nozzle.
  • the aerosol chamber is supplied with an aerosol of the printing ink.
  • An aerosol is understood to mean a dispersion of liquid suspended particles and a gas.
  • the aerosol can be made by atomizing in a gas stream or by a
  • Embodiments of the invention may compress the aerosol in an impactor, i. the proportion of
  • the aerosol may be introduced into the aerosol chamber through a sidewall so that the entering aerosol stream is not in the visual axis of the aerosol tubes. This can avoid that large droplets reach the first side of the aerosol tube and clog it.
  • the aerosol may be introduced into the aerosol chamber from above. Diffusion can cause the aerosol in the aerosol chamber
  • Aerosol tube be formed straight. These can have an inside diameter of 0.1 mm to 2 mm. This geometry allows the aerosol to be passed through the aerosol tube without wall contact, so that the aerosol does not condense into large drops.
  • the yield of the ink used i. the proportion of ink applied to the last use site to the total ink used may increase to over 70%, over 80%, over 90%, or over 95%.
  • the aerosol transported by the laminar envelope gas flow arrives at the end of the aerosol tube at the inlet of the pressure nozzle.
  • the cross-section of the printing nozzle can decrease along its longitudinal extent, so that the printed image is finer. For example, the diameter of the
  • a focusing gas can be introduced into the pressure nozzle, which prevents the aerosol from coming into contact with the wall of the pressure nozzle and allowing a controlled transport of the
  • the focusing gas may in some embodiments of the
  • the aerosol tube may dip into the pressure nozzle such that the focusing gas may be introduced between the outside of the aerosol tube and the inside wall of the pressure nozzle without disturbing the aerosol flow in the aerosol tube.
  • the inventively proposed transport of the aerosol in the aerosol chamber by a laminar gas flow prevents uncontrolled losses of the ink used to a large extent. As a result, the proposed aerosol printing process can be carried out more economically.
  • a pneumatic atomizer may be used to generate the aerosol
  • At least one boundary wall of the aerosol chamber may taper toward the first end of the aerosol tube.
  • two opposing boundary walls of the aerosol chamber may taper toward the first end of the aerosol tube.
  • the aerosol chamber may take the form of a cone or a truncated cone, with at least one aerosol tube attaching to its tip at its tip.
  • Aerosolrohrchen In this way the laminar flow can be maintained as it enters the aerosol tube. the. Turbulences or vortices, which would lead to undesired separation of the aerosol in the aerosol chambers, can thus be avoided.
  • a chamfer may be formed at the transition from the bottom of the aerosol chamber to the first end of the aerosol tube. This feature has the effect of avoiding the occurrence of turbulence in the laminar flow by avoiding sharp edges, so that no drops of the aerosol deposit on the wall of the aerosol tube.
  • a chamfer may be formed at the first end of the aerosol tube. This chamfer also helps to avoid sharp edges in the flow path, which can be the cause of turbulence in the flow.
  • a collection volume may be formed at the first end of the aerosol tube.
  • the collecting volume is thereby formed geometrically such that the laminar flow guidance from the aerosol chamber to the aerosol tube is further maintained.
  • the collection volume may have the effect of causing droplets which are undesirably attached to the wall of the
  • the first end of the aerosol can overhangs the bottom of the collection volume. As a result, the penetration of liquid into the aerosol tube is avoided even in cases where liquid has already deposited on the bottom of the collecting volume. This feature also serves the
  • the walls of the aerosols include an angle of less than 45 ° or less than 30 ° or less than 10 ° to the longitudinal extent of the aerosol tube. This allows a gradual and continuous transition of the cross section of the aerosol chamber to the cross section of the aerosol tubes, without the formation of sharp edges, the laminar flow is disturbed by formation of turbulence.
  • a curved aerosol tube means the tangent to the first end of the aerosol tube, i. the area which is in contact with the aerosol chamber.
  • the proposed printhead further includes an envelope gas inlet by means of which the laminar gas flow may be formed along the wall of the aerosol chamber.
  • the Hüllgaseintritt is shaped so that the formation of turbulence is avoided.
  • the sheath gas inlet may include a boundary wall extending in a longitudinal section parallel to the wall of the aerosol chamber.
  • the enveloping gas and / or the focusing gas be a mixture of a plurality of gases, for example compressed air or
  • the printhead may have between 10 and 180 pressure nozzles
  • the printhead may contain between 60 and 100 printing nozzles.
  • the performance of the printhead can be improved and / or the printing speed can be increased.
  • Figure 1 is an illustration of a printhead according to a
  • Figure 2 shows a quarter section through the printhead
  • FIG. 3 shows the transition of the aerosol tube to the
  • FIG. 4 shows the transition of the aerosol chamber in the
  • Aerosol tube in detail.
  • Figure 5 shows an exploded view of the printhead
  • Figure 6 shows a cross-section through the printhead according to the first embodiment of the invention.
  • Figure 7 shows a cross section through a print head
  • Figure 8 shows a cross section through a print head according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows a cross section through a print head
  • the print head 1 comprises a
  • the individual components of this housing are from top to bottom, i. explained from the aerosol chamber to the pressure nozzle.
  • the aerosol chamber 10 is formed as a cavity in an aerosol chamber housing 105.
  • the aerosol chamber housing 105 has a substantially rectangular outer cross section.
  • the aerosol chamber 10 is bounded by two opposite side walls 102.
  • the side walls 102 are inclined at an angle of less than 45 °, less than 30 ° or less than 10 ° to the vertical, and taper conically from top to bottom.
  • the bottom 103 of the aerosol chamber 10 is adjacent.
  • the aerosol chamber 10 is closed by a cover 16.
  • the aerosol enters the aerosol chamber 10 through an aerosol entry.
  • the aerosol inlet 101 is used simultaneously for the supply of the envelope gas, which forms a laminar flow in the aerosol chamber 10 and leaves the aerosol chamber through the aerosol tube 11.
  • the enveloping gas corresponds to the carrier gas with which the aerosol from the aerosol generator to the aerosol chamber 10
  • aerosol tubes 11 are fitted with their first end 111. As can be seen with reference to FIG. 4, the aerosol tubes 11 with their first end 111 do not protrude beyond the bottom 103
  • 11 optional chamfers 113 are arranged at the transition of the aerosol chamber 10 in the aerosol tube.
  • the sheath gas leaves the aerosol chamber 10 through the aerosol tubes 11 and transports the aerosol through the aerosol tubes 11. Due to the laminar flow of the enveloping gas on the wall 102 of the aerosol chamber 10 and the wall of the aerosol tube 11 is a
  • the aerosol tubes 11 are arranged in a housing part 135, which also accommodates a focusing gas chamber 13.
  • the siergashunt 13 serves for the intermediate storage and the distribution of a focusing gas, which encapsulates the aerosol in the pressure nozzle 12 and after exiting the pressure nozzle 12 and leads to hitting the substrate to be printed.
  • the second end 112 of the aerosol tube 11 is arranged opposite and in extension to the first end 121 of the pressure nozzle 12.
  • the aerosol with the envelope gas stream flows from the aerosol tube 11 into the pressure nozzle 12 and is transported from the first end 121 of the pressure nozzle 12 to the second end 122.
  • Focusing gas chamber 13 is arranged, also flows
  • Focusing gas which the focusing gas chamber 13 via the Focusing gas inlet 131 was supplied through the
  • the pressure nozzles 12 are held in a base plate 14 and protected by a surrounding frame 15 on all sides to avoid an inadmissible mechanical load on the pressure nozzles 12.
  • the first embodiment of the invention includes 78 nozzles arranged in a row to control the printing performance
  • Invention may increase the number of nozzles or even
  • the nozzles can also be arranged in multiple rows in a grid
  • FIG. 6 again shows a schematic cross section through a single pressure nozzle 12, a single aerosol tube 11 and the aerosol chamber 10 according to the first embodiment of the invention. From Figure 6 it can be seen that the
  • the angle oc in this case is between about 25 ° to about 30 °.
  • the second end 122 of the pressure nozzle 12 is tapered to allow a precise print image or a deposition of the aerosol to a defined location.
  • FIG. 7 shows the cross section through a second embodiment of the invention.
  • the same components are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the differences.
  • a collecting volume 18 is arranged at the lower end of the aerosol chamber 10.
  • the collection volume 18 is designed so that aerosol, which is deposited on the boundary walls 102 in an undesired manner, runs down the boundary walls 102 and is collected in the collection volume 18.
  • clogging of the aerosol tube 11 can be avoided by large aerosol droplets. So that the aerosol from the bottom 183 of the collecting volume 18 can not penetrate into the first end 111 of the aerosol tube 11, the aerosol tube 11 has a projection 115.
  • the width or the diameter of the aerosol chamber, the diameter of the aerosol tube 11 and the distance 118 is dimensioned so that the enveloping gas flow with the aerosol vortex-free in the
  • Aerosol tube 11 may occur.
  • a third embodiment of the invention will be explained with reference to FIG. This differs from the previous embodiment primarily in that the
  • Aerosol is introduced via a first inlet 104 into the aerosol chamber and the enveloping gas is supplied via a separate Hüllgaseintritt 101.
  • the envelope gas inlet 101 has a boundary wall 106, which deflects the Hüllgasstrom in the direction of the wall 102 and thereby allows the laminar flow along the wall 102.
  • the enveloping gas inlet 101 is arranged below the aerosol inlet 104, so that turbulence resulting from the entry of the aerosol can be dissipated in the upper region of the aerosol chamber. Then, driven by gravity, the aerosol sinks down until it is detected by the envelope gas flow.
  • Figure 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the Hüllgaseintritt 101 is disposed above the aerosol inlet 104.
  • This feature has the effect that the aerosol is reliably transported by the sheath gas, so that the printhead 1 can be operated independently of position at least to a certain extent, since a drop in the aerosol with gravity for the

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Description

Druckkopf , Aerosol -Drucker und Aerosol -Druckverfahren
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf mit zumindest einer Aerosolkammer, zumindest einem Aerosolröhrchen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und zumindest einer Druckdüse, wobei im Betrieb des Druckkopfes der Druckdüse ein Aerosol aus der Aerosolkammer über das Aerosolröhrchen zuführbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen mit diesem Druckkopf ausgestatteten Aerosol -Drucker sowie ein Aerosol -Druckverfahren, bei welchem ein Aerosol erzeugt und in eine Aerosolkammer eingebracht wird, um es über ein Aerosolröhrchen zu einer Druckdüse zu transportieren.
Ein Druckkopf, ein Drucker und ein Verfahren der eingangs genannten Art können beispielsweise dazu verwendet werden, mittels silberhaltiger Tinten elektrische Leiterbahnen auf Halbleiterbauelemente zu drucken.
Aus der WO 2010/089081 AI ist ein solcher Aerosol -Drucker bekannt. Bei diesem bekannten Drucker fällt das Aerosol durch die Schwerkraft zum Boden der Aerosolkammer, wo die Aerosolröhrchen, welche das Aerosol zur Druckdüse
transportieren, mit einem Überstand ansetzen. Da nur ein geringer Anteil des Aerosols geradlinig in den Querschnitt der Aerosolröhrchen fällt, sammelt sich der größere Anteil am Boden der Aeroso1kämmer . Von dort muss das Aerosol abgeführt und als Verlust entsorgt werden. Somit gelangt nur ein Bruchteil der zerstäubten Tinte an ihren gewünschten Einsatzort .
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf, ein Aerosol - Druckverfahren und einen Aerosol -Drucker anzugeben, welche geringere Verluste des Verbrauchsmaterials ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckkopf gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 11 sowie einen Aerosol -Drucker nach Anspruch 14 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Druckkopf mit zumindest einer Aerosolkammer, zumindest einem Aerosolröhr- chen mit einem ersten und einem zweiten Ende und zumindest einer Druckdüse auszustatten. Im Betrieb des Druckkopfes wird der Aerosolkammer ein Aerosol der Drucktinte zugeführt. Unter einem Aerosol wird dabei eine Dispersion aus flüssigen Schwebeteilchen und einem Gas verstanden. Das Aerosol kann durch Zerstäuben in einem Gasstrom oder durch einen
Ultraschallzerstäuber erzeugt werden. In einigen
Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosol in einem Impactor verdichtet werden, d.h. der Anteil der
Schwebeteilchen am Gesamtvolumen wird vergrößert.
Das Aerosol kann in die Aerosolkammer durch eine Seitenwand eingeführt werden, so dass der eintretende Aerosolstrom nicht in der Sichtachse der Aerosolröhrchen liegt. Dadurch kann vermieden werden, dass große Tröpfchen an die erste Seite des Aerosolröhrchens gelangen und dieses verstopfen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosol in die Aerosolkammer von oben eingebracht werden. Durch Diffusion kann sich das Aerosol in der Aerosolkammer
ausbreiten und das gesamte Volumen ausfüllen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die
Aerosolröhrchen geradlinig ausgebildet sein. Diese können einen Innendurchmesser von 0,1 mm bis 2 mm haben. Diese Geometrie erlaubt es, das Aerosol ohne Wandkontakt durch das Aerosolröhrchen zu führen, so dass das Aerosol nicht zu großen Tropfen kondensiert.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, das Aerosol nicht durch Diffusion bzw. Schwerkraft zu den Aerosolröhrchen zu leiten, sondern in der Aerosolkammer eine laminare Strömung eines Hüllgases auszubilden, welches die Kammer durch die Aerosolröhrchen verlässt. Dabei werden die flüssigen
Schwebeteilchen des Aerosols mit dem laminaren Hüllgasstrom transportiert und verlassen die Aerosolkammer ebenfalls über die Aerosolröhrchen. Da somit keine oder nur wenige
Schwebeteilchen ohne die Zwangsführung durch den laminaren Hüllgasstrom zu Boden sinken, lagern sich diese auch nicht neben den Aerosolröhrchen am Boden der Aerosolkammer ab. Damit steigt die Ausbeute der eingesetzten Tinte, d.h. der Anteil der auf den Ort der letzten Verwendung gelangenden Tinte zur insgesamt eingesetzten Tinte kann auf über 70%, über 80 %, über 90 % oder über 95 % ansteigen.
Am zweiten Ende des Aerosolröhrchens setzt eine Druckdüse an. Das vom laminaren Hüllgasstrom transportierte Aerosol gelangt am Ende des Aerosolröhrchens an den Eingang der Druckdüse. Der Querschnitt der Druckdüse kann sich entlang ihrer Längserstreckung verringern, so dass das Druckbild feiner wird. Beispielsweise kann der Durchmesser der
Druckdüse am Ausgang zwischen 50 μπι und 500 μπι, oder
zwischen 100 μπι und 250 μπι betragen. In die Druckdüse kann ein Fokussiergas eingebracht werden, welches verhindert, dass das Aerosol mit der Wandung der Druckdüse in Kontakt gerät und welches einen kontrollierten Transport des
Aerosols nach dem Verlassen der Druckdüse sicherstellt. Auch das Fokussiergas kann in einigen Ausführungsformen der
Erfindung laminar durch die Druckdüse strömen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosol - röhrchen in die Druckdüse eintauchen, so dass zwischen der Außenseite des Aerosolröhrchens und der Innenwand der Druckdüse das Fokussiergas eingebracht werden kann, ohne den Aerosolfluss im Aerosolrohrchen zu stören.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Transport des Aerosols in der Aerosolkammer durch einen laminaren Gasstrom verhindert unkontrollierte Verluste der eingesetzten Tinte zu einem großen Teil. Hierdurch kann das vorgeschlagene Aerosol- Druckverfahren wirtschaftlicher durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zur
Erzeugung des Aerosols ein Ultraschallvernebler eingesetzt werden, so dass ein Aerosol großer Dichte erzeugt werden kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zur Erzeugung des Aerosols ein pneumatischer Zerstäuber
eingesetzt werden, welcher universell für eine Vielzahl von Tinten einsetzbar ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Begrenzungswand der Aerosolkammer konisch auf das erste Ende des Aerosolröhrchens zulaufen. In einer anderen Aus- führungsform der Erfindung können zwei gegenüberliegende Begrenzungswände der Aerosolkammer konisch auf das erste Ende des Aerosolröhrchens zulaufen. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Aerosolkammer die Form eines Kegels bzw. eines Kegelstumpfes annehmen, wobei an der Spitze zumindest ein Aerosolrohrchen mit seinem ersten Ende ansetzt. Durch die vorgeschlagene Form wird die laminare Strömung, welche sich im Betrieb des Druckkopfes in der Aerosolkammer ausbildet, zum Boden der Aerosolkammer geführt, wobei der Durchmesser bzw. die Breite der Aerosol - kammer kontinuierlich abnimmt und am Ansatz des Aerosolröhrchens in etwa denselben Querschnitt aufweist wie das
Aerosolrohrchen. Auf diese Weise kann die laminare Strömung beim Eintritt in das Aerosolrohrchen aufrechterhalten wer- den. Turbulenzen bzw. Wirbel, welche zur unerwünschten Ab- scheidung des Aerosols in der Aeroso1kämmer führen würden, können so vermieden werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann am Übergang vom Boden der Aerosolkammer zum ersten Ende des Aerosolrohrchens eine Fase ausgebildet sein. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass durch das Vermeiden scharfer Kanten das Auftreten von Turbulenzen in der laminaren Strömung vermieden wird, so dass sich keine Tropfen des Aerosols an der Wandung des Aerosolrohrchens abscheiden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann alternativ oder kumulativ am ersten Ende des Aerosolrohrchens eine Fase ausgebildet sein. Auch diese Fase trägt dazu bei, scharfe Kanten im Strömungspfad zu vermeiden, welche die Ursache für Turbulenzen in der Strömung sein können.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann am ersten Ende des Aerosolrohrchens ein Auffangvolumen ausgebildet sein. Das Auffangvolumen wird dabei geometrisch so ausgebildet, dass die laminare Strömungsführung von der Aerosol - kammer zum Aerosolröhrchen weiter aufrecht erhalten wird. Das Auffangvolumen kann die Wirkung haben, dass Tröpfchen, welche sich in unerwünschter Weise an der Wandung der
Aerosolkammer abscheiden und an dieser herablaufen, aufgefangen werden können, ohne die Aerosolröhrchen zu verstopfen. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Druckkopfes weiter erhöht werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Ende des Aerosolrohrchens über den Boden des Auffangvolumens überstehen. Dadurch wird das Eindringen von Flüssigkeit in das Aerosolröhrchen auch in den Fällen vermieden, wo sich bereits Flüssigkeit auf dem Boden des Auffangvolumens abgeschieden hat . Auch dieses Merkmal dient daher der
Verbesserung der Betriebssicherheit. In einigen Ausführungsformen der Erfindung schließen die Wände der Aeroso1kämmer einen Winkel von weniger als 45° oder weniger als 30° oder weniger als 10° zur Längserstreckung des Aerosolröhrchens ein. Dies erlaubt einen allmählichen und kontinuierlichen Übergang des Querschnittes der Aerosolkammer zum Querschnitt der Aerosolröhrchen, ohne dass durch das Ausbilden von scharfen Kanten die laminare Strömung durch Ausbildung von Turbulenzen gestört wird.
Unter der Längserstreckung des Aerosolröhrchens wird bei einem gekrümmten Aerosolröhrchen die Tangente an das erste Ende des Aerosolröhrchens verstanden, d.h. der Bereich, welcher mit der Aerosolkammer in Kontakt steht.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält der vorgeschlagene Druckkopf weiterhin einen Hüllgaseintritt, mittels welchem der laminare Gasstrom entlang der Wandung der Aerosolkammer ausgebildet werden kann. Hierzu ist der Hüllgaseintritt so geformt, dass die Bildung von Turbulenzen vermieden wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Hüllgaseintritt eine Begrenzungswand enthalten, welche in einem Längsabschnitt parallel zur Wand der Aerosolkammer verläuft. Hierdurch wird durch den Hüllgaseintritt eintretendes Gas so in Richtung der Begrenzungswand abgelenkt, dass sich ein laminarer, an der Begrenzungswand entlang streichender
Gasstrom ausbildet.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas ein Inertgas sein. Unter einem Inertgas wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein reaktionsträges Gas verstanden, welches während des
Betriebes des Druckkopfes nicht oder unwesentlich mit dem Aerosol chemisch reagiert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas
Stickstoff und/oder Argon und/oder Xenon und/oder Helium enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas ein Gemisch aus mehreren Gasen sein, beispielsweise Druckluft oder
synthetische Luft.
Obgleich die Beschreibung aus Gründen der Übersichtlichkeit meist nur anhand eines Aerosolröhrchens und einer Druckdüse erläutert wird, kann der Druckkopf in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen 10 und 180 Druckdüsen
enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Druckkopf zwischen 60 und 100 Druckdüsen enthalten.
Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit des Druckkopfes verbessert werden und/oder die Druckgeschwindigkeit erhöht werden .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Darstellung eines Druckkopfes gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt einen Viertelschnitt durch den Druckkopf
gemäß Figur 1.
Figur 3 zeigt den Übergang der Aerosolröhrchen zu den
Druckdüsen im Detail.
Figur 4 zeigt den Übergang der Aerosolkammer in die
Aerosolröhrchen im Detail.
Figur 5 zeigt eine Explosionszeichnung des Druckkopfes
gemäß der vorhergehenden Figuren.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch den Druckkopf gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 9 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf
gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Anhand der Figuren 1 bis 5 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der Druckkopf 1 umfasst ein
mehrteiliges Gehäuse. Entsprechend der Funktion werden die einzelnen Bestandteile dieses Gehäuses von oben nach unten, d.h. von der Aerosolkammer zur Druckdüse erläutert.
Die Aerosolkammer 10 ist als Hohlraum in einem Aerosol - kammergehäuse 105 ausgebildet. Das Aerosolkammergehäuse 105 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Außenquerschnitt auf. Die Aerosolkammer 10 ist durch zwei gegenüberliegende Seitenwände 102 begrenzt. Die Seitenwände 102 sind um einen Winkel von weniger als 45°, weniger als 30° oder weniger als 10° gegen die Senkrechte geneigt und laufen von oben nach unten gleichförmig konisch zu. Am unteren Ende der Seitenwände 102 grenzt der Boden 103 der Aerosolkammer 10.
Am oberen Ende ist die Aerosolkammer 10 durch einen Deckel 16 verschlossen.
Im Betrieb des Druckkopfes 1 tritt das Aerosol durch einen Aerosoleintritt in die Aerosolkammer 10 ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Aerosoleintritt 101 gleichzeitig zur Zufuhr des Hüllgases verwendet, welches eine laminare Strömung in der Aerosolkammer 10 ausbildet und die Aerosolkammer durch die Aerosolröhrchen 11 verlässt. Somit entspricht das Hüllgas dem Trägergas, mit welchem das Aerosol vom Aerosolerzeuger zur Aerosolkammer 10
transportiert wird. Andere Ausführungsformen der Erfindung mit einem separaten Hüllgaseintritt 101 werden anhand der Figuren 8 und 9 näher erläutert . Am Boden 103 der Aeroso1kämmer 10 sind Aerosolröhrchen 11 mit ihrem ersten Ende 111 eingepasst. Wie anhand von Figur 4 ersichtlich ist, stehen die Aerosolröhrchen 11 mit ihrem ersten Ende 111 nicht über die durch den Boden 103
definierte Ebene über. Um Turbulenzen in der laminaren
Strömung des Hüllgases zu vermeiden, sind am Übergang der Aerosolkammer 10 in die Aerosolröhrchen 11 optionale Fasen 113 angeordnet. Somit verlässt das Hüllgas die Aerosolkammer 10 durch die Aerosolröhrchen 11 und transportiert dabei das Aerosol durch die Aerosolröhrchen 11 ab. Durch die laminare Strömung des Hüllgases an der Wandung 102 der Aerosolkammer 10 und der Wandung der Aerosolröhrchen 11 wird eine
Kondensation des Aerosols an diesen Teilen vermieden, so dass sich keine großen Tropfen im Aerosol ausbilden, welche die nachfolgende Druckdüse verstopfen könnten.
Die Aerosolröhrchen 11 sind in einem Gehäuseteil 135 angeordnet, welcher auch eine Fokussiergaskammer 13 aufnimmt. Die Fokussiergaskammer 13 dient der Zwischenspeicherung und der Verteilung eines Fokussiergases , welches das Aerosol in der Druckdüse 12 bzw. nach dem Austritt aus der Druckdüse 12 einkapselt und bis zum Auftreffen auf das zu bedruckende Substrat führt.
Der Übergang der Druckröhrchen 11 in die Druckdüsen 12 wird anhand von Figur 2 und Figur 3 näher erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Ende 112 der Aerosolröhrchen 11 gegenüber und in Verlängerung zum ersten Ende 121 der Druckdüse 12 angeordnet. Somit strömt das Aerosol mit dem Hüllgasstrom vom Aerosolröhrchen 11 in die Druckdüse 12 und wird vom ersten Ende 121 der Druckdüse 12 zum zweiten Ende 122 transportiert.
Da das erste Ende 121 der Druckdüse 12 am Boden der
Fokussiergaskammer 13 angeordnet ist, strömt auch das
Fokussiergas , welches der Fokussiergaskammer 13 über den Fokussiergaseinlass 131 zugeführt wurde, durch die
Druckdüsen 12 aus.
Die Druckdüsen 12 sind in einer Grundplatte 14 gehaltert und von einem allseits umgebenden Rahmen 15 geschützt, um eine unzulässige mechanische Belastung der Druckdüsen 12 zu vermeiden .
Der Deckel 16, die Gehäuseteile 105, 135, 14 und 15 sind über Passstifte 171 sowie Schraubverbindungen 161, 162 und 163 zusammengefügt, wie anhand von Figur 5 erläutert. Aus Figur 5 ist auch ersichtlich, dass das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung 78 Düsen enthält, welche in einer Reihe angeordnet sind, um die Druckleistung bzw. den
Durchsatz zu erhöhen. In anderen Ausführungsformen der
Erfindung kann die Anzahl der Düsen größer oder auch
geringer sein und beispielsweise zwischen 1 und 180
betragen. Die Düsen können auch mehrreihig in einem Raster angeordnet sein
Figur 6 zeigt nochmals einen schematischen Querschnitt durch eine einzelne Druckdüse 12, ein einzelnes Aerosolröhrchen 11 und die Aerosolkammer 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Aus Figur 6 ist ersichtlich, dass die
Aerosolkammer mit schrägen Begrenzungswänden 102
ausgestattet ist, welche gegenüber der Längserstreckung des Aerosolröhrchens 11 um einen Winkel oc geneigt sind. Der Winkel oc beträgt in diesem Fall zwischen etwa 25° bis etwa 30° .
Weiterhin ist aus Figur 6 ersichtlich, dass sich durch die geneigten Begrenzungswände 102 der Querschnitt der Aerosol - kammer 10 an deren unterem Ende auf den Querschnitt bzw. den Durchmesser des Aerosolröhrchens 11 reduziert. Hierdurch kann eine laminare Strömung ausgebildet werden, ohne dass am ersten Ende 111 des Aerosolröhrchens 11 Turbulenzen auf- treten, welche zu unerwünschten Abscheidungen des Aerosols an den Begrenzungswänden führen würden.
Weiterhin ist aus Figur 6 ersichtlich, wie das Aerosolröhr- chen 11 in der Fokussiergaskammer 13 mündet und das Aerosol, das Hüllgas und das Fokussiergas in die Druckdüse 12
eintreten. Das zweite Ende 122 der Druckdüse 12 ist verjüngt, um ein präzises Druckbild bzw. eine Abscheidung des Aerosols auf einen definierten Ort zu ermöglichen.
Figur 7 zeigt den Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die Unterschiede beschränkt . Gemäß Figur 7 ist am unteren Ende der Aerosolkammer 10 ein Auffangvolumen 18 angeordnet. Das Auffangvolumen 18 ist so ausgebildet, dass Aerosol, welches an den Begrenzungswänden 102 in unerwünschter Weise abgeschieden wird, an den Begrenzungswänden 102 herabläuft und im Auffangvolumen 18 gesammelt wird. Hierdurch kann ein Verstopfen des Aerosolröhrchens 11 durch große Aerosoltropfen vermieden werden. Damit das Aerosol vom Boden 183 des Auffangvolumens 18 nicht in das erste Ende 111 des Aerosolröhrchens 11 eindringen kann, weist das Aerosolröhrchen 11 einen Überstand 115 auf.
Um eine laminare Strömung sicherzustellen, ist die Breite bzw. der Durchmesser der Aerosolkammer, der Durchmesser des Aerosolröhrchens 11 und der Abstand 118 so bemessen, dass die HüllgasStrömung mit dem Aerosol wirbelfrei in das
Aerosolröhrchen 11 eintreten kann.
Anhand von Figur 8 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Diese unterscheidet sich von der vorangegangenen Ausführungsform primär darin, dass das
Aerosol über einen ersten Einlass 104 in die Aerosolkammer eingeführt wird und das Hüllgas über einen separaten Hüll- gaseintritt 101 zugeführt wird. Der Hüllgaseintritt 101 weist eine Begrenzungswand 106 auf, welche den Hüllgasstrom in Richtung der Wandung 102 ablenkt und dadurch die laminare Strömung entlang der Wandung 102 ermöglicht.
Der Hüllgaseintritt 101 ist unterhalb des Aerosoleintritts 104 angeordnet, so dass durch den Eintritt des Aerosols entstehende Turbulenzen im oberen Bereich der Aerosolkammer dissipiert werden können. Sodann sinkt das Aerosol durch die Schwerkraft getrieben nach unten, bis es vom Hüllgasstrom erfasst wird.
Figur 9 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist der Hüllgaseintritt 101 oberhalb des Aerosoleintritts 104 angeordnet. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass das Aerosol zuverlässig vom Hüllgas transportiert wird, so dass der Druckkopf 1 zumindest in gewissen Grenzen lageunabhängig betrieben werden kann, da ein Absinken des Aerosols mit der Schwerkraft für die
Funktionsweise nicht erforderlich ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus.

Claims

Ansprüche
1. Druckkopf (1) mit zumindest einer Aerosolkammer (10), zumindest einem Aerosolröhrchen (11) mit einem ersten Ende (111) und einem zweiten Ende (112) und zumindest einer Druckdüse (12), wobei im Betrieb des Druckkopfes (1) der Druckdüse (12) ein Aerosol aus der Aerosolkammer (10) über das Aerosolröhrchen (11) zuführbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine Begrenzungswand (102) der Aerosolkammer (10) konisch auf das erste Ende (111) des Aerosolröhrchen (11) zuläuft.
2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) mittels einer laminaren Strömung transportierbar ist.
3. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (111) des Aerosolröhrchen (11) bündig in den Boden der Aerosolkammer eingesetzt ist .
4. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass am Übergang vom Boden (103) der
Aerosolkammer (10) zum ersten Ende (111) des Aerosolröhr- chens (11) eine Fase (113) ausgebildet ist.
5. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
gekennzeichnet, dass am ersten Ende (111) des Aerosolröhr- chens (11) ein Auffangvolumen (18) ausgebildet ist.
6. Druckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (111) des Aerosolröhrchens (11) über den Boden (183) des Auffangvolumens (18) übersteht.
7. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wände (102) der Aerosolkammer (10) einen Winkel (a) von weniger als 45° oder weniger als 30° zur Längserstreckung des Aerosolröhrchens (11) einschließen .
8. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin enthaltend einen Hüllgaseintritt (101) , mittels welchem ein laminarer Gasstrom entlang der Wandung (102) der
Aerosolkammer (10) ausbildbar ist.
9. Druckkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllgaseintritt (101) eine Begrenzungswand (106) enthält, welche in einem Längsabschnitt parallel zur
Wandung (102) der Aerosolkammer (10) verläuft.
10. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzahl der Aerosolröhrchen (11) und die Anzahl der Druckdüsen (12) zwischen 10 und 150 oder zwischen 60 und 100 beträgt.
11. Aerosol -Druckverfahren, enthaltend die folgenden
Schritte :
- Erzeugen eines Aerosols,
- Einbringen des Aerosols in zumindest eine Aerosolkammer (10) ,
- Einbringen einer laminaren Strömung eines Hüllgases in die Aerosolkammer (10) ,
- Transportieren des Aerosols von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) durch ein Aerosolröhrchen (11) mittels der laminaren Strömung.
12. Verfahren (1) nach Anspruch 11, weiterhin enthaltend den folgenden Schritt: Einbringen eines Fokussiergases in die Druckdüse (12) .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussiergas und/oder das Hüllgas Stickstoff und/oder Argon und/oder Xenon und/oder Helium enthält .
14. Aerosol -Drucker mit einen Druckkopf nach einem der
Ansprüche 1 bis 10.
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