定向挤压圆珠的控制制造技术

一种在微挤压系统中用于在基底上形成平行的挤压材料线的微挤压印刷头组件，包括用于将材料推／吸出该印刷头组件中限定的挤压喷管的送料系统，Ｚ轴定位机构和底座。该微挤压印刷头包括夹在背部和前部板结构之间的分层喷管结构。该分层喷管结构包括堆叠的板，其包括中间夹有喷管出口板的顶部和底部喷管板。根据各实施方式，修改该印刷头组件的该喷管结构材料、该印刷头组件的输出几何形状以及该印刷头组件的内部导管的几何形状中的至少一项以使穿过该挤压喷管移动的圆珠在离开该印刷头喷管孔时被可靠地朝该目标基底引导（偏斜）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及挤压系统，更具体地说，涉及用于在基底上挤压功能性材料的紧密间隔线的微挤压系统。
技术介绍
共挤压用于多种应用，包括指间pn结连线、太阳能电池的导电栅格线、用于电气 化学器件的电极等。 为了满足对低成本大面积半导体的需要，发展出了微挤压方法，其包括将携带掺 杂物的材料(掺杂墨水)与牺牲材料(非掺杂墨水)一起挤压在半导体基底的表面上，然 后加热该半导体基底从而该掺杂墨水中配置的掺杂物扩散到该基底中以形成期望的一个 或多个掺杂区域。对比屏幕印刷技术，掺杂材料在该基底上的挤压提供了对该掺杂区域的 特征分辨率的高级控制，并有利于不接触该基底的沉积，由此避免了对晶片的破坏。例如， 申请号为20080138456的美国申请揭示了这种制造技术，其内容通过参考全部并入此处。 在基底上的功能性材料(例如，掺杂墨水或金属栅格线材料)线的挤压印刷中，控 制被分配的材料(例如，掺杂墨水)的圆珠(bead)在离开该印刷头喷管之后去到哪里是必 要的。弹性不稳定性、表面效应、基底相互作用和各种其它影响可能使该圆珠去往许多不希 望的方向。这个问题通常是通过使该沉积(印刷头)喷管非常靠近该基底，从而该圆珠在 偏离方向之前粘在该基底上而解决的。不幸的是，这导致印刷头被墨水污染，而且在包含许 多喷管且基底具有明显的厚度差异(> 50微米)的高速(> 100毫米/秒)生产沉积设 备中，非常靠近的打印是不实际的。 所需要的是一种用于以太阳能电池行业可以接受的很低的成本形成挤压材料圆 珠，并解决上述问题的微挤压印刷头和相关设备。尤其是，所需要的是一种包括用于控制该 挤压的圆珠的方向从而它向下偏斜到该基底上并远离该印刷头的机构的印刷头组件。
技术实现思路
本专利技术大体上涉及一种在微挤压系统中用于在基底表面上形成功能性材料的平 行挤压线的微挤压印刷头组件。该微挤压系统包括用于将材料从该印刷头组件中限定的挤 压喷管中推/吸(挤压)出去的送料系统，用于相对该基底定位该印刷头组件的X-Y-Z轴 定位机构，以及用于在该挤压过程中将该基底支撑在该印刷头组件下方的底座。本专利技术尤 其涉及对该微挤压印刷头组件的修改，其在挤压过程中可靠地将该圆珠朝该基底偏斜，从 而通过使该挤压圆珠尽早固定于该基底而改善印刷质量。通过将该圆珠朝该基底偏斜，使 得该圆珠在离开该印刷头喷管之后可靠地立即撞击该基底，所以该印刷操作比较不可能由 于集束或振荡行为而变得不稳定，并可以避免污染该印刷头。进一步，因为该圆珠被可靠地 导向该基底，将该印刷头组件定位为与该基底具有更大的工作距离并在该印刷头的高度上 有更宽松的机械容差(也就是说，隔开该印刷头与该基底的距离)是可能的，这对于高速生 产操作非常关键。材料的圆珠，在后续处理中，可以形成用于太阳能电池制造，包括但不限3于，太阳能电池栅格线、太阳能电池汇流排、太阳能电池的背面电场金属化以及半导体结的 掺杂区域的有用结构。 根据本专利技术的一个方面，该微挤压印刷头包括夹在第一 (背部)板结构和第二 (前部)板结构之间的分层的喷管结构。该分层喷管结构是由堆积的金属(或其它刚性材 料)板制成的，该堆积的金属板包括顶部喷管板、可选的底部喷管板和夹在该顶部和底部 喷管板之间的(或在该顶部喷管板和该第二板结构之间的)喷管出口板。每一个喷管是由 被蚀刻入或用其它方式形成在该喷管出口板中的延长的喷管通道形成的，且该顶部和底部 喷管板的部分充当该挤压喷管的上部和下部壁。该上部和下部板结构用于将该挤压材料从 入口引导到该分层喷管结构，并刚性支撑该分层喷管结构从而该挤压喷管被以预定角度指 向该基底(也就是说，从而沿着该挤压喷管朝该喷管孔移动的该挤压材料被导向该目标基 底)。原则上，将该喷管通道以相对该基底表面成90度的夹角直接对准该基底是可能的； 然而，这种方式具有不想要的效果使得该圆珠急转弯，这可能导致该沉积线的不希望的变 形。在优选实施方式中，该挤压喷管被保持在一个倾角，比如45度，由此该挤压材料被导向 该基底从而其快速地粘着于该基底而不会污染该印刷头。也就是说，在一个实施方式中，该 挤压材料从该上部板结构中形成的钻孔/管道穿过该顶部喷管板中限定的入口，并进入该 延长的喷管通道的闭合端和喷管孔。 一旦进入该挤压喷管内，该挤压材料在第一方向上沿 着(或平行于)由该喷管出口板限定的横向挤压平面被引导，并穿过该出口孔(也就是说， 该喷管通道的开口端)，其被限定于该分层喷管结构的前缘中。因为该挤压材料在从该喷管 孔出去时沿着该挤压平面以该倾角被引导，所以该分层微挤压印刷头可靠地将该挤压材料 导向该基底，其方式有利于高容量太阳能板的生产。 根据本专利技术，修改印刷头组件的喷管结构材料、该印刷头组件的输出的几何形状 和该印刷头组件的内部管道的几何形状中的至少一项，以使该圆珠穿过该挤压喷管(也就 是说，在该横向挤压平面中或平行于该横向挤压平面)移动以在离开该印刷头喷管孔时被 可靠地导向(成角度地)该目标基底。尤其是，修改该分层喷管结构的顶部喷管板、底部喷 管板(当使用时)和喷管出口板中的至少一项以便当圆珠从该挤压喷管中出来时(也就是 说，该圆珠在横向挤压平面中或从横向挤压平面向下引导时)，该圆珠偏向目标基底。 按照本专利技术的第一实施方式，使用不同材料形成该顶部和底部喷管板，其中选择 该不同材料以影响圆珠离开该印刷头的方向。例如，当该顶部喷管板是由CirlexTM组成，而 喷管出口和底部喷管板是由K即tonTM组成时，该圆珠趋向于向上弯曲并在该印刷头上形成 不应有的墨水滴。因为在这种情况下两种材料都是由聚酰亚胺形成的，相信该墨水圆珠的 优选方向受到该喷管上游的该印刷头内部的通路的影响。 一种替代解释是，由于不同的制 造过程，较厚的CirlexTM和较薄的K即tonTM层之间在表面性质上有足够的差异，而形成材料 对墨水的亲合力的差异，即便两者都是聚酰亚胺。在一个实施方式中，顶部喷管板是使用第 一材料(例如CirlexTM)形成的，而该喷管出口板和/或该底部喷管板是由第二材料(例如 不锈钢)形成的，其中该第一材料比该第二材料对墨水/涂胶有更小的亲合力。例如，当该 顶部喷管板由CirlexTM组成，该喷管出口板由K即tonTM组成，而该底部喷管板由不锈钢组成 时，该墨水向上巻曲远离该基底的趋势减少。 根据本专利技术的第二实施方式，修改该印刷头组件的输出(也就是说，喷管出口)几 何形状，方式是减少该墨水水流向上巻曲远离该基底的趋势。例如，这种偏斜机构是通过形成该印刷头组件从而每一个喷管的上部壁比该喷管的下部壁沿着该挤压平面在该挤压的 圆珠的下游方向上延伸更远地预定的距离(也就是，更接近该基底)实现的，这具有迫使 该挤压的材料在从该喷管孔出去时向下并远离该印刷头组件的效果。在一个具体实施方 式中，这种几何形状是通过将该顶部喷管板和该底部喷管板安装在该喷管出口板上而实现 的，从而该喷管出口板的第二前缘和该底部喷管板的第三前缘是同平面的并限定印刷头组 件的前缘，而且从而该顶部喷管板的第一前缘突出从该印刷头组件的前缘在该下游方向突 出更远的预定距离。在另一个具体实施方式中，所要求的几何形状是通过安装该底部喷管 板完成的，从而该底部喷管板的第三前缘从由该喷管出口板的第二前缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将挤压材料的圆珠从挤压印刷头组件挤压到目标基底的上表面上的分层喷管结构，该分层喷管结构包含：包括第一前缘并限定第一入口的顶部喷管板；以及喷管出口板，其包括第二前缘并限定在预定的第一流向上从闭合端延伸到由所述第二前缘限定的开口的延长的喷管通道，其中该顶部喷管板安装在该喷管出口板上以形成挤压喷管，其中该顶部喷管板的一部分形成该挤压喷管的上部壁，该延长的通道的相对边缘形成该挤压喷管的侧壁，而该第二前缘中形成的开口限定该挤压喷管的排出孔，其中该第一入口与该延长的通道的闭合端对齐，由此挤压材料被推动沿该挤压喷管在第一流向上穿过该第一入口并从所述排出孔出去以形成所述圆珠，以及其中所述分层喷管结构包含用于朝该目标基底偏斜该圆珠的工具。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维K福克，斯科特E索尔伯格，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]