阅读说明：本技术 气溶胶流的阻挡 (Blocking of aerosol flow ) 是由 库尔特·K·克里斯滕松 迈克尔·J·雷恩 J·A·保尔森 约翰·戴维·哈默 查德·康罗伊 于 2018-11-13 设计创作，主要内容包括：一种用于控制通过气动阻挡沉积在衬底上的气溶胶流的方法和设备。气溶胶流在设备的印刷头中由环形的、共同流动的鞘气包围并聚集。在气溶胶的印刷期间,增压气体流动至真空泵。阀在适当的时间处将增压气体添加至鞘气中,并且这两种气体的一部分被偏转到与气溶胶流动方向相反的方向上,以至少部分地阻止气溶胶穿过沉积喷嘴。一些或全部气溶胶与这部分增压气体和鞘气结合,并从印刷头中排出。可以使用预鞘气来最小化印刷头流动通道的中心处的气体流与印刷头流动通道的侧面附近的气体流之间的延迟。(A method and apparatus for controlling the flow of an aerosol deposited on a substrate by pneumatic blocking. The aerosol stream is surrounded and focused in the print head of the device by an annular, co-flowing sheath gas. During printing of the aerosol, pressurized gas flows to a vacuum pump. The valve adds pressurized gas to the sheath gas at an appropriate time and a portion of both gases is deflected in a direction opposite to the aerosol flow direction to at least partially block the aerosol from passing through the deposition nozzle. Some or all of the aerosol is combined with the portion of pressurized gas and sheath gas and expelled from the printhead. A pre-sheath gas may be used to minimize the delay between the gas flow at the center of the printhead flow channel and the gas flow near the sides of the printhead flow channel.)

气溶胶流的阻挡

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月13日提交的题为“Internal Shuttering”的美国临时专利申请No.62/585,449的优先权和权益，其说明书和权利要求通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于气溶胶流的气动阻挡的设备和方法。气溶胶流可以是液滴流、固体颗粒流、或由液滴和固体颗粒组成的流。

背景技术

应当注意，以下讨论可能涉及许多出版物和参考文献。本文给出对这些出版物的讨论是为了使科学原理的背景更加完整，而不应解释为承认这些出版物是用于确定专利性目的的现有技术。

在气溶胶喷印中用于阻挡或转移气溶胶流的典型的设备使用位于气溶胶沉积喷嘴的下游的阻挡机构，并且通常需要从沉积孔口到衬底的增加的工作距离来容纳该机构。增加的工作距离可能会导致在非最佳的喷嘴到衬底的距离下进行沉积，在该非最佳的距离下，气溶胶喷射的聚集性会降低。当在腔体内部进行印刷时，或者当在基本上平坦的表面上存在向上的突出部(例如，包括安装的部件的印刷电路板)时，外部阻挡机构也可能会产生机械干扰。相比之下，内部阻挡发生在印刷头的内部、沉积喷嘴的孔口的上游处，并允许最小的喷嘴到衬底的距离(这通常是气溶胶流的最佳聚集或准直所需的)。

在气溶胶喷印中，可以使用机械冲击式挡板来实现内部和外部气溶胶流阻挡，该机械冲击式挡板将立体叶片或勺状挡板放置在气溶胶流中，从而使颗粒保持初始流动方向，但会对挡板表面造成冲击。冲击式挡板通常使用机电配置，在该机电配置中，电压脉冲被施加到螺线管，该螺线管将挡板移入到气溶胶流的路径中。当挡板穿过气溶胶流时，基于冲击的阻挡可能会导致颗粒流分散。由于过多的材料积聚在挡板表面上而随后才被清除，因此冲击式挡板还可能导致外部材料沉积或流系统的污染。基于冲击的阻挡方案可以具有短至2ms或更短的挡板开/关时间。可以可替代地使用气动阻挡将气溶胶流从初始流动方向转移到收集室中或转移至排气口来实现气溶胶流阻挡。气动阻挡是一种无冲击的过程，因此没有油墨能够在其上积聚的阻挡表面。在印刷期间、转移(阻挡)期间、特别是在印刷和转移之间的转换期间最小化油墨积聚是气动挡板设计的关键方面。非冲击式阻挡方案对于快速移动的气溶胶流可以具有低于10ms的挡板开/关时间。

气动阻挡的缺点是，开和关之间的转换可能比机械阻挡要花费更长的时间。由于在阻挡之后恢复印刷时气溶胶流向下传播穿过流动单元的下部所需的时间，或者由于当阻挡开始时来自挡板的清洁气体向下传播所需的时间，现有的气动阻挡方案需要较长的切换时间。此外，气溶胶的关闭和开启不是突然的，而是具有显著的转换时间。当气体在层流(非湍流)条件下通过圆柱形通道传播时，沿通道轴线的流的中心以平均流速的两倍移动，而沿壁的流的速度几乎为零。这导致抛物线流动分布，其中流动至衬底的全部气溶胶(包括通道壁附近的气溶胶)明显滞后于初始流。同样，在阻挡时，在壁附近的缓慢移动的雾到达衬底时的最终关闭时间明显迟于来自流的中心的快速移动的气溶胶被清洁气体替代的时间。与最初阻挡时间相比，该效应很大程度上增加了“完全阻挡”时间。因此，需要一种内部气动气溶胶流阻挡系统，该系统最小化切换时间和阻挡转换时间。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于控制气溶胶在气溶胶沉积系统或气溶胶喷印系统的印刷头中的流动的方法，该方法包括：使气溶胶流沿初始气溶胶流动方向穿过印刷头；使用鞘气包围气溶胶流；使结合后的气溶胶流和鞘气穿过印刷头的沉积喷嘴；将增压气体添加至鞘气以形成鞘气-增压气体流；将鞘气-增压气体流划分成第一部分和第二部分，第一部分沿与初始气溶胶流动方向相反的方向流动，并且第二部分沿初始气溶胶流动方向流动；以及由鞘气-增压气体流的第一部分阻止气溶胶流的偏转部分穿过沉积喷嘴。鞘气的流量和气溶胶流的流量优选地保持大致恒定。在将增压气体添加至鞘气之前，增压气体优选地流动至真空泵。该方法优选地还包括在增加步骤之后从印刷头提取排气流，该排气流包括气溶胶流的偏转部分和鞘气-增压气体流的第一部分。提取排气流优选地包括使用真空泵抽吸排气流。排气流的流量优选地由质量流量控制器来控制。鞘气的流量和增压气体的流量优选地由一个或更多个流量控制器来控制。在添加步骤之前的气溶胶流的流量与在添加步骤之前的鞘气的流量相加之和优选地大约等于鞘气-增压气体流的第二部分的流量与气溶胶流的未偏转部分的流量相加之和。该方法可以优选地在小于约10毫秒的时间内执行。增压气体的流量可选地大于气溶胶流的流量，并且更优选地，增压气体的流量介于气溶胶流的流量的约1.2倍与气溶胶流的流量的约2倍之间。气溶胶流的偏转部分可选地包括整个气溶胶流，使得没有气溶胶流穿过沉积喷嘴。排气流的流量可选地被设置为大约等于增压气体的流量。该方法可选地还包括在气溶胶流的所有未偏转部分通过沉积喷嘴离开印刷头之前，转移增压气体以直接流动至真空泵。该方法可选地包括在阻止步骤之前，通过机械挡板来阻挡气溶胶的流动。增压气体的流量可以可替代地小于或等于气溶胶流的流量；在这种情况下，排气流的流量优选地被设置为大于增压气体的流量。该方法优选地还包括在使用鞘气包围气溶胶流之前，使用预鞘气包围气溶胶，优选地使鞘气与预鞘气结合。优选地大约一半的鞘气用于形成预鞘气。

本发明的另一实施例提供了一种用于沉积气溶胶的设备，该设备包括：气溶胶供应器；鞘气供应器；增压气体供应器；真空泵；阀，该阀用于将增压气体供应器连接至鞘气供应器或真空泵；以及印刷头，该印刷头包括：气溶胶入口，该气溶胶入口用于从气溶胶供应器接收气溶胶；第一室，该第一室包括用于从鞘气供应器接收鞘气的鞘气入口；第一室被配置成使用鞘气包围气溶胶；和第二室，该第二室包括连接至真空泵的排气出口，第二室被设置在气溶胶入口和第一室之间；以及沉积喷嘴；其中，当增压气体供应器连接至鞘气供应器时，鞘气入口接收来自增压气体供应器的增压气体与鞘气的组合；并且其中，第一室被配置成将所述组合的一部分划分成流向气溶胶入口的第一部分和流向沉积喷嘴的第二部分。该设备优选地包括第一质量流量控制器，该第一质量流量控制器被设置在排气出口和真空泵之间，并且优选地包括过滤器，该过滤器被设置在排气出口和第一质量流量控制器之间。该设备优选地包括第二质量流量控制器以及第三质量流量控制器，该第二质量流量控制器被设置在鞘气供应器和鞘气入口之间；并且该第三质量流量控制器被设置在增压气体供应器和阀之间。进入鞘气入口的气体的流优选地沿与印刷头中的气溶胶流动方向垂直的方向。该设备可选地包括机械挡板。该设备优选地包括第三室，该第三室被设置在气溶胶入口和第二室之间，第三室优选地包括预鞘气入口，并且优选地被配置成使用预鞘气包围气溶胶。分流器优选地连接在预鞘气入口和鞘气供应器之间，以由大约一半的鞘气形成预鞘气。

本发明的目的、优点和新颖性特征以及其它应用范围将部分地在以下结合附图的详细描述中进行阐述，并且本领域技术人员在审查以下内容时将部分地明白，或者可以通过实践本发明来进行学习。本发明的目的和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。

附图说明

并入说明书中并构成说明书的一部分的随附附图示出了本发明的实施例的实践，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图仅出于示出本发明的某些实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。在附图中：

图1是包括本发明的内部气动阻挡系统的印刷头的实施例的示意图，其示出了印刷配置下的流动和气溶胶分布。

图2是当图1的装置被初始地切换到转移配置时装置中的流动和气溶胶分布的示意图。

图3是在转移配置下的当已停止了穿过印刷喷嘴的所有气溶胶流时图1的装置中的流动和气溶胶分布的示意图。

图4是当已恢复印刷配置时图1的装置中的流动和气溶胶分布的示意图。

图5是当在瞬时阻挡之后恢复印刷时图1的装置中的流动的示意图。

图6是在部分阻挡(即部分转移)期间图1的装置中的流动的示意图。

图7是图1的装置中的气溶胶流的速度分布的示意图。

图8是类似于图1的装置、但采用预鞘气的装置中的气溶胶流的速度分布的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例是一种用于快速阻挡气溶胶流或被覆盖的气溶胶流的设备和方法，该设备和方法可以应用于但不限于需要协调地阻挡流体的过程，例如用于直写式电子器件的离散结构的基于气溶胶的印刷、用于气溶胶输送应用或用于各种三维印刷应用。流体流可以包括液体悬浮液中的固体颗粒、液滴或其组合。如本文所使用的，可以互换使用的术语“滴”或“颗粒”是指液滴、具有悬浮的固体颗粒的液体或其混合物。本发明提供了一种方法和设备，该方法和设备能够实现气溶胶流中的墨滴的受控的完全或部分式开-关沉积，以利用Aerosol 技术在表面上印刷任意图案。

在本发明的一个或更多个实施例中，内部挡板被并入到设备中以用于使用气动聚集来高分辨率地、无掩模地沉积液体油墨。该设备通常包括雾化器，该雾化器用于通过将液体雾化成细小微滴来产生雾。然后，雾化后的雾通过载气流被输送到沉积喷嘴，以引导和聚集气溶胶雾流。设备还优选地包括用于自动地控制工艺参数的控制模块和驱动衬底相对于沉积喷嘴的相对运动的运动控制模块。液体油墨的气溶胶化可以通过多种方法来实现，包括使用超声雾化器或气动雾化器。使用具有汇聚通道的Aerosol沉积喷嘴和环形的共同流动的鞘气来聚集气溶胶流，该鞘气包裹气溶胶流以保护通道壁不与液体墨滴直接接触，并在被加速穿过喷嘴的汇聚通道时将气溶胶流聚集成较小的直径。被鞘气包围的气溶胶流离开沉积喷嘴并冲击在衬底上。带有鞘气的准直气溶胶流的高速喷射流实现了具有延长的喷距(standoff distance)的、用于直写式印刷的高精度材料沉积。Aerosol沉积头能够将气溶胶流聚集成小至喷嘴孔口尺寸的十分之一。可以通过在沉积喷嘴被固定的情况下以计算机受控制的运动的方式将衬底附接到压印板来实现油墨的图案化。可替代地，沉积头可以在计算机控制下运动，同时衬底位置保持固定，或者沉积头和衬底两者都可以在计算机控制下相对地移动。用于气溶胶喷射过程中的气溶胶化后的液体由任何液体油墨材料组成，包括但不限于特定材料的液体分子前体、颗粒悬浮液、或前体与颗粒的某种组合。使用Aerosol

系统和本发明的内部气动挡板设备已可以印刷出宽度小于10μm的细线。

图1示出了包括本发明的内部阻挡的实施例的印刷头。印刷头包括内部雾切换室8。由雾化器产生的气溶胶流6优选地穿过印刷头的顶部进入印刷头并沿箭头所示的方向移动。雾流量M优选地在气溶胶流6的印刷和转移期间保持稳定。在印刷期间，气溶胶流6优选地从顶部进入印刷头，并穿过上雾管26行进到雾切换室8，然后穿过中雾管5到达鞘增压室9，在该鞘增压室9处，气溶胶流6被来自鞘质量流量控制器36的鞘气流32包围，然后气溶胶流6穿过下雾管7到达沉积喷嘴1并离开喷嘴末端10。具有流量S的鞘气流32(优选地从诸如压缩气缸之类的气体供应器输送所述鞘气流32并且通过质量流量控制器36控制所述鞘气流32)优选地通过鞘增压入口4被引入到印刷头中，以形成在鞘增压室9中的包裹在气溶胶流周围的优选轴对称的、环形的、共同流动的鞘，从而保护下雾管7和沉积喷嘴1的壁免受气溶胶的滴的影响。鞘气还用于聚集气溶胶流，使得能够沉积较小直径的特征。在印刷期间，三通阀20被配置成使得来自增压质量流量控制器24的增压气体流44不进入鞘增压室9，而是绕过印刷头并通过排气质量流量控制器22离开系统。

如图2所示，为了实现气溶胶流的阻挡或转移，三通阀20进行切换，使得具有流速B的增压气体流44(优选地由诸如压缩气缸之类的气体供应器供应所述增压气体流44并且通过质量流量控制器24控制所述增压气体流44)与鞘气流32结合，并通过鞘增压入口4进入印刷头。排气流46通过排气出口2离开印刷头，并使气溶胶流6转移离开中雾管5。当结合后的鞘气流32和增压气体流44通过鞘增压入口4进入鞘增压室9时，它们被分成沿向上方向(即，与气溶胶流6的流动方向相反的方向)和向下方向两者的相等的或不相等的流。当结合后的鞘气流和增压气体流的一部分朝向喷嘴末端10向下行进时，该部分将位于鞘增加室9和沉积喷嘴末端10之间的气溶胶颗粒通过喷嘴末端10推出。

在将剩余的气溶胶从喷嘴末端10清除之后(这可能大约需要5到50毫秒(依赖于气体流量))，印刷停止，如图3所示。当正在清除沉积喷嘴1中的气溶胶流时，结合后的增压气体流和鞘气流的上部部分将中雾管5中的剩余的气溶胶流6朝向排气出口2向上推动。气溶胶流6继续离开上雾管26并从排气出口2转移出。来自排气出口2的具有流量E的净流出排气流优选地由真空泵210驱动，优选地在大约七磅的真空度下运行，并且由排气质量流量控制器22控制。如在整个说明书和权利要求书中使用的，术语“真空泵”是指真空泵或任何其它产生吸力的设备。由于流量控制装置通常包含具有较小孔口或较小通道的阀，因而如果载有油墨的排气流穿过这些阀则这些阀可能会被污染或甚至损坏，因此优选地在排气出口2和排气质量流量控制器22之间设置雾颗粒过滤器或其它过滤机构200。

当恢复印刷配置时，如图4所示，增压气体流和排气流不流经印刷头，并且在中雾管5中没有向上的流动。在印刷配置中，三通阀20被切换成使得增压气体流44绕过印刷头。鞘质量流量控制器36继续向鞘增压入口4供应鞘气流32。气溶胶流6的前缘恢复了朝向印刷头向下穿过雾切换室8的基本为抛物线的流动轮廓48，其首先填充中雾管5，然后被鞘气流32包围，此后共同流动的气溶胶流6和鞘气流流入到沉积喷嘴1中，并最后穿过喷嘴末端10。当从转移切换到印刷时，在将恢复印刷之前气溶胶流6向下穿过中雾管5、鞘增压室9和沉积喷嘴1。中雾管5和下雾管7的较小的长度和内径是优选的，以最小化开/关延迟。从转移功能到印刷功能的切换可以仅在短达10毫秒内完成。从印刷到转移的切换可以仅在短达5毫秒内完成，这依赖于喷嘴或孔口尺寸、增压流量和鞘流量。

雾切换室8优选地定位成尽可能地靠近喷嘴末端10，以最小化与气溶胶流6必须从雾切换室8行进至沉积喷嘴末端10的距离相关联的雾流响应时间。类似地，优选地最小化中雾管5、下雾管7和沉积喷嘴1的内径以增加流的速度，从而最小化从雾切换室8到喷嘴末端10的出口的雾传送时间。如图所示，优选地利用质量流量控制器来实现系统中各个流的流量控制，以在生产运行的长持续时间内提供精确的流量。可替代地，孔口型流量计或转子流量计的流量控制对于低成本应用而言可能是优选的。此外，为了最大化系统的稳定性并最小化转换时间，M和S优选地在所有时间都保持近似恒定，包括在印刷模式和转移模式两者期间、以及在阻挡转换期间。

为了最小化阻挡转换时间，印刷头中的压力优选地在印刷期间、在阻挡期间、以及在印刷和阻挡之间的转换期间保持恒定。如果喷嘴通道3中的流具有流量N，则优选地M+S+B＝E+N。在印刷模式下，B＝0且E＝0，因此N＝M+S。此外，鞘增压室9内部的压力优选地保持恒定以最小化阻挡转换时间。由于该压力由穿过喷嘴末端10的总流量的背压确定，因此穿过喷嘴末端10的净流量优选地在所有运行模式期间以及在所有运行模式之间的转换期间保持相同。因此，在完全阻挡期间，E和S优选地被选择为使得N＝M+S。在阻挡期间，E＝M+f(B+S)，其中f是结合后的增压流和鞘流的向上转移的一部分，并且N＝M+S＝(1-f)(B+S)。如果装置中的流量满足这些条件(即，在印刷期间喷嘴通道3中的雾的流量M在转移期间基本上被(1-f)B-fS替代，使得离开喷嘴的流的总流量N是恒定的)，则喷嘴通道3中的鞘气流流线优选地通过基本不受到引导增压流B穿过印刷头的干扰，从而停止印刷。

对于完全转移的流，求解这些方程式得出E＝B；因此，质量流量控制器22和24优选地被设置为使得E＝B，以实现完全的流转移。为了确保气溶胶流的完全的内部阻挡或转移，增压气体流44的流量B优选地大于气溶胶流6的流量M；优选为气溶胶流的流量M的约1.2-2倍；并且更优选地，在大多数应用中，B约为2M以实现稳定、完全的雾切换。

在一个理论性示例中，如果气溶胶流6的流量为M＝50sccm，并且鞘气流32的流量S为55sccm，则在印刷期间，喷嘴通道3中的(并由此离开喷嘴末端10的)流量为M+S＝105sccm。在这种模式下，由于增压气体流44没有进入印刷头，并且没有任何流离开排气出口2，因此B＝E＝0(尽管在实际上，如上所述，为了保持稳定性，质量流量控制器44被设置为提供100sccm的流，该100sccm的流通过三通阀20转移以直接流向质量流量控制器42，该质量流量控制器42被设置为将100sccm的流传递到真空泵210)。当期望完全转移时，将增压气体流44的流量B(以及如上得出的排气流46的流量E)优选地选被择为使得B＝E＝2M＝100sccm以实现雾转移。在气溶胶流的转移或阻挡期间，总流量为S+B＝155sccm的结合后的鞘流和增压流在鞘增压室9内分流，使得N＝105sccm的结合后的流有效地向下流过下雾管7和沉积喷嘴1，从而替换现在正在雾切换室8中转移的气溶胶流6(和鞘流32)。由于在质量流量控制器22中将E设置为100sccm，因此50sccm的分流的结合后的流向上流动，将剩余的气溶胶流6从中雾管5冲入到切换室8中，在该切换室8处该剩余的气溶胶流6与转移的气溶胶流结合。因此，离开排气出口2的排气流46等于气溶胶流的流量M与增压气体的向上部分的流量相加之和，即E＝100sccm。流入印刷头中的总流量(M+B+S＝205sccm)等于流出印刷头的总流量(N+E＝205sccm)。通常，平衡后的流量允许实现鞘增压室9内的恒定压力，这导致可以用最小化的阻挡时间来完全开启和断开(即阻挡)气溶胶流。

混合阻挡

与机械阻挡相比，通过将气溶胶流转移到排气出口2的内部气动阻挡可以运行较长的时间段而不会产生不利影响，而对于机械阻挡而言，积聚在机械挡板(为了阻止气溶胶流而***所述机械挡板)上的油墨可能会使印刷头的气动表面或衬底移位并受到污染。内部气动挡板可以单独地使用，或可以与另一阻挡技术结合使用，例如与机械阻挡结合使用，以在利用机械阻挡的快速响应的同时最小化机械挡板臂的顶部上的油墨积聚。在该实施例中，当停止印刷时，机械挡板被激活以阻止气溶胶流。如上所述，气动阻挡在大部分阻挡持续时间内使油墨远离机械挡板220而转移，因此减少了油墨在机械挡板上的积聚。因为与较快的机械挡板相比，气动挡板激活地较慢，所以优选在某个时间处触发气动挡板，使得较快的机械挡板首先关闭，并且气动挡板在机械挡板关闭之后尽可能快地关闭。为了恢复印刷，优选地首先打开气动挡板以使输出稳定，然后打开机械挡板220。尽管机械挡板可以位于印刷头内的任何位置，甚至可以位于沉积喷嘴的外部，但是机械冲击式阻挡优选地靠近气溶胶流离开沉积喷嘴的位置。

瞬时阻挡

在本发明的可替代的实施例中，内部挡板可以用作瞬时挡板，对于该瞬时挡板，气溶胶流的转移发生在足够短的时间段内，使得没有时间使印刷头中的气溶胶分布达到平衡。图2示出了在切换三通阀20之后即刻的气溶胶分布，其中切换三通阀20以将增压气体流44添加至鞘增压入口4并从排气口2排出排气流46。在鞘增压室9中产生的气溶胶中的间隙向下通过下雾管7扩大并且向上通过中雾管5扩大。

如图5所示，当三通阀20迅速切回至转移增压气体流44使得增压气体流44不进入印刷头，中雾管5中的雾再次向下行进穿过鞘增压室9并进入下雾管7中。气溶胶流中的间隙71可以非常短，大约为10ms的量级，并且可以非常快速地发生到完全关闭和完全开启的转变。优选地，向上移动的清洁气体保留在中雾管5内，使得当恢复向下的流动时，该清洁气体与向上的流动模式对称地向下流动。也就是说，就如在中管5中在向上的流的中心的较高的速度附近产生清洁气体的向上***(如图2所示)一样，返回的雾的高速中心流使所述***塌陷并在所述雾从中管5的底部出现时形成基本平坦的雾前部。因此，就如在转移开始时气溶胶流在鞘增压室9中被清洁气体流突然切断一样，当恢复印刷时，气溶胶的向下的流的前边界优选地重新形成，以使该向下的流基本上突然进入到鞘增压室9中，从而在衬底处产生较短的最初开启到完全开启的时间。如果在转移时清洁气体的前表面从中管5的顶部出现并进入到雾切换室8中，则清洁气体横向地分散到该室中。当恢复气溶胶流时，清洁气体不会完全返回到中雾管5，并且所述雾的最初开启到完全开启时间变短。清洁气体在中雾管5中的停留时间由管的体积与清洁气体的向上流量的关系确定。较低的向上流量(例如B＝E＝1.2M)通常用于产生较慢的上向的流。可以增加中雾管5的长度或直径，以增加清洁气体在中管中的停留时间和可允许转移的持续时间。当以气溶胶输出中的较短间隙来印刷图案(例如具有小间距端部的重复的点或线)时，瞬时阻挡很大程度地减少了阻挡时间并改善了阻挡质量。

部分阻挡

较高的气溶胶流量M通常用于提供大量的油墨输出并产生较粗的特征，而较低的流量通常用于产生较细的特征。通常期望在相同的图案中印刷较大的特征和较细的特征，例如当使用细束跟踪图案的周界并使用粗束来填充周界的同时保持M恒定。在图6所示的本发明的可替代的实施例中，内部挡板可以用于部分地转移气溶胶流6，以通过在印刷时将一部分雾转移到排气出口2来改变流向沉积喷嘴的雾流量。因此，即使在印刷期间，也总有一些气溶胶流6被转移出排气口2，只有一部分雾进入到中管5中。通过改变排气流量E、增压气体流量B和雾流量M之间的平衡，可以改变有效雾流量和印刷出的线宽。当完全转移时，增压流量B优选地大于或等于雾流量M，如上所述。如果B小于M，则一些雾将仍沿着中雾管5向下行进并行进出沉积喷嘴1，并且气溶胶将仅被部分地转移。

在一个理论性示例中，期望气溶胶流的一半被转移并且一半被印刷。如果气溶胶流6的流量为M＝50sccm，而鞘气流32的流量S为55sccm，则对于部分阻挡而言，在该示例中增压气体流44的流量B被选择为使得B＝1/2M＝25sccm。质量流量控制器22被设置为使得E＝65sccm，因此总流量为S+B＝80sccm的结合后的鞘流和增压流在鞘增压室9中平均地分流，使得40sccm的结合后的流向下流动穿过下雾管7和沉积喷嘴1。因此，N为40sccm+(1/2M)＝65sccm，并且流入到印刷头中的总流量(50+55+25＝130sccm)等于流出印刷头的总流量(65+65＝130sccm)。可替代地，可以将E设置为等于75sccm，在这种情况下，结合后的增压流和鞘流被分流，使得50sccm向上流动(因为75-25＝50)，并且30sccm向下流动。因此，N＝30+25＝55sccm，并且输入流量(50+55+25＝130sccm)再次等于输出流量(75+55＝130sccm)。应当注意，对于部分阻挡而言，E>B，并且系统处于平衡的压力(130sccm)低于完全阻挡期间的压力(205sccm)，并且高于正常印刷期间的压力(105sccm)，如先前示例所示。

通常，B>M用于所述雾的完全转移或阻挡或瞬时阻挡，从而阻止印刷，而B<M或B＝M用于减少印刷期间的雾输出并产生较细的特征。对于B<M的每个B都会导致离开沉积喷嘴1的不同的雾流量。因此，如果可以产生至少两个水平的增压流，一个为B>M，另一个为B<M，则可以同时实现雾流量的减少和完全转移。这可以例如通过快速地改变增压质量流量控制器24的设置来实现，或可替代地通过采用第二增压质量流量控制器来实现。在后一种情况下，可以将一个增压质量流量控制器(MFC)设置为例如处于2M的流量以完全关闭所述雾，而另一个增压质量流量控制器被设置为例如处于1/2M的流量以减少M的流出喷嘴1的部分。

因为排气流和增压气体流可以在小于约一秒的时间内稳定，而在M改变时雾化器的输出可能需要10秒以上的时间达到稳定，所以利用部分转移来改变质量输出和线宽比改变输入的气溶胶流6的流量M更优选。可替代地，可以使用使现有的流和控制阀分流的第二流或孔口以产生具有快速响应时间的变化的雾输出。

预鞘气

在本发明中优选地执行的气溶胶喷印中通常采用的层流条件下，圆柱形管中的气体形成抛物线速度分布，其中在管的中心处的速度是平均速度的两倍，而在管壁附近的速度接近于零。图4示出了在转移之后重新建立的气溶胶的流，其中所述雾的前缘遵循该抛物线流动轮廓48。在中雾管5的壁附近缓慢移动的雾的穿行时间与在中雾管5的中心处快速移动的雾的穿行时间之间的差主要决定了在衬底处气溶胶的最初开启和完全开启之间的延迟。虽然理论上在中管的壁附近的零速度的雾需要花费无限长的时间来到达鞘增压室，但实际上在开启挡板之后(即在切换三通阀20时)，在快速移动的雾到达鞘增压室所需的时间的约2-3倍的时间之后，基本上实现了全输出。图7示出了中雾管5中的速度分布91和下雾管7中的速度分布92。下管中所述雾的速度大于中管中所述雾的速度，其原因有两个：首先，由于在鞘增压室9中已将鞘气流32添加至气溶胶流6中，因此优选地形成围绕所述雾的轴对称的环形的鞘；并且其次，下雾管7中的雾被限制为流的中心的、快速移动的部分。因此，在鞘气流的情况下，在管壁附近缓慢移动的是清洁的鞘气的套筒；气溶胶本身处于气体速度分布的高速区域中。因此，所述雾分布的中心和边缘穿过下雾管7和沉积喷嘴1的时间的变化相对较小。

由于该优点，可以在雾进入雾切换室8和/或中雾管5之前添加围绕所述雾流的“预鞘”，以消除在中雾管5的壁附近缓慢移动的雾。图8示出了预鞘气95经由预鞘输入口94进入预鞘室93，该预鞘气95优选地形成围绕气溶胶流6的清洁气体的轴对称的、环形的套筒。在一些实施例中，全部鞘流的大约一半被引导至预鞘输入口94中，而另一半则被引导至鞘增压输入口4中。将50％的鞘流提供给预鞘气流，导致了气溶胶流的最初开启开启和完全开启之间的延迟减少约80％。由于预鞘流和鞘流在鞘增压室9中重新结合，因此在采用或不采用预鞘气流的情况下，衬底上的沉积特征几乎没有差异。

应当注意，在说明书和权利要求书中，“大约”或“约”是指在所引用数值的百分之二十(20％)内。如在本文中所使用的，单数形式的表述“一”、“一个”和“所述”包括复数形式的指代物，除非上下文另外明确指出。因此，例如，对“功能组”的引用是指一个或更多个功能组，并且对“方法”的引用包括引用本领域技术人员将明白和理解的等同步骤和方法，等等。

尽管已特别参考所公开的实施例详细地描述了本发明，但其它实施例可以实现相同的结果。本领域技术人员将明白本发明的变化和修改，并且所述变化和修改旨在涵盖所有这样的修改和等同物。以上引用的所有专利和出版物的全部公开内容由此通过引用并入。