專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在移動(dòng)基板上提供瞬態(tài)熱分布處理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于固化基板上的薄膜的裝置，并且更具體地，涉及用于提供在移動(dòng)基板上的薄膜的瞬態(tài)熱分布處理的裝置。
背景技術(shù)：
通常基板的特性限制薄膜的熱處理。由于基板的成本可能是最終產(chǎn)品的整個(gè)成本的重要部分，通常優(yōu)選廉價(jià)基板。廉價(jià)基板，例如聚合物或纖維素，趨于比更昂貴的基板(例·如，玻璃或陶瓷)具有更低的最大加工溫度。因此，當(dāng)在低溫度基板上熱處理薄膜時(shí)，典型地將整個(gè)基板疊層加熱到基板的最大加工溫度，以使處理時(shí)間最小化。一些薄膜材料要求與低溫度基板不兼容的更高等級(jí)的熱處理。解決方案可以是增加處理時(shí)間或增加溫度的形式。前一解決方案通過(guò)降低吞吐量而增加了成本并且對(duì)于許多類(lèi)型的薄膜仍然可能是不足的。后一解決方案通常要求使用能夠經(jīng)受更高處理溫度的更為昂貴的基板。因此，從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，兩種解決方案都不是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)由于特殊應(yīng)用可能要求特定特性而導(dǎo)致在實(shí)踐上不能使用低溫基板時(shí)，仍然希望快速地處理材料。例如，在高速處理期間需要控制瞬態(tài)熱分布，以避免因熱應(yīng)力而損壞材料。因此，希望提供以相對(duì)高速度來(lái)熱處理薄膜疊層而不損壞它們的裝置。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，熱處理裝置包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)、閃光燈控制器和閃光燈。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括模擬程序，以允許用戶定制設(shè)計(jì)用于固化特殊薄膜疊層的特定熱分布。包括電源和閃光燈驅(qū)動(dòng)器的閃光燈控制器，調(diào)制脈沖寬度以實(shí)現(xiàn)薄膜疊層的特定熱分布。閃光燈控制器發(fā)送脈寬調(diào)制的光以固化薄膜，同時(shí)傳送系統(tǒng)相對(duì)于閃光燈移動(dòng)所述薄膜。來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的輸入由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)接收，并且由熱模擬器處理以將所期望的熱處理分布發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在下面詳細(xì)書(shū)寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)中，將會(huì)更加了解本發(fā)明的所有特征和優(yōu)點(diǎn)。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，通過(guò)參考下面對(duì)示例性實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明自身，以及優(yōu)選的使用模式、其他目的和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的熱處理裝置的示意圖；圖2是來(lái)自圖I的熱處理裝置中的閃光燈控制器的框圖；圖3至9是各種模擬熱分布的波形。
具體實(shí)施例方式當(dāng)在低溫度基板上利用脈沖光瞬時(shí)處理薄膜時(shí)，希望控制到基板的熱分布。當(dāng)瞬時(shí)加熱時(shí)，如果對(duì)低溫基板進(jìn)行快速加熱和快速冷卻，可能將低溫基板上的薄膜加熱到遠(yuǎn)超過(guò)低溫基板的最大加工溫度且不損壞。這樣允許選擇與較高溫度基板相比具有更低最大加工溫度的基板，其中較高溫度基板通常總是更為昂貴。例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯具有150°C的最大加工溫度。如果加熱時(shí)間非常短并且冷卻速度非?？?，則在PET表面上可將薄膜可以加熱到超過(guò)1000°C。通過(guò)固化光脈沖的形狀以及薄膜和基板的物理特性和尺寸來(lái)確定加熱時(shí)間和冷卻速度。熱處理的優(yōu)化通常涉及對(duì)熱分布的控制。在工業(yè)熱處理領(lǐng)域，“控制熱分布”通常意味著在時(shí)間上控制材料的溫度。簡(jiǎn)單的熱分布以坡升(ramp-up )階段為開(kāi)始，其中在坡升階段中在特定時(shí)間量?jī)?nèi)以特定速率增加溫度，隨后是“均熱”或恒定溫度階段，并且以坡降階段為結(jié)束，其中在坡降階段中在特定時(shí)間量?jī)?nèi)以特定速率降低溫度。坡升和坡降熱分布的目的是避免被處理的材料中的熱梯度。
時(shí)間改變材料的溫度以實(shí)現(xiàn)用于材料的溫度對(duì)時(shí)間分布。在連續(xù)處理中，將各種區(qū)域保持在不同的溫度并且傳送材料通過(guò)各種區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)用于材料的溫度對(duì)時(shí)間分布。在批量和連續(xù)處理中，要被處理的材料通常處于熱平衡。這些通常的方法應(yīng)用到熱加熱以及微末、射頻、感應(yīng)加熱、輻射加熱等。對(duì)于本發(fā)明，“控制熱分布”意味著在時(shí)間和空間上控制薄膜疊層(例如基板上的薄膜)的溫度。此處介紹的熱處理基本上是批量處理，但是實(shí)際中，由于其連續(xù)地處理被傳送的材料，所以它是連續(xù)的，例如傳送器上的移動(dòng)網(wǎng)或片。對(duì)于本發(fā)明，熱處理或固化包括干燥(驅(qū)離溶劑)、顆粒燒結(jié)、致密化、化學(xué)反應(yīng)初始化、化學(xué)反應(yīng)調(diào)制、相轉(zhuǎn)換、晶粒增長(zhǎng)、退火、表面官能化、熱處理等。當(dāng)在熱脆性基板上熱處理材料時(shí)，熱脆性基板例如是紙、塑料、或聚合物，當(dāng)固化是強(qiáng)烈的和瞬態(tài)的而不是連續(xù)平衡處理時(shí)，由于材料中可能達(dá)到的且不損壞基板的溫度更高，可以達(dá)到更好的固化。相比于傳統(tǒng)熱處理，本發(fā)明有意地避免處理過(guò)程中的熱平衡。現(xiàn)在，參照附圖并且特別地參照?qǐng)D1，圖I描述了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的固化裝置的示意圖。如圖所示，固化裝置100包括傳送系統(tǒng)110、具有閃光燈150的閃光燈頭120和閃光燈控制器130。低電感電纜125連接在閃光燈控制器130和閃光燈頭120之間。傳送系統(tǒng)110移動(dòng)薄膜疊層140通過(guò)閃光燈頭120，且閃光燈控制器130將使用脈寬調(diào)制(PWM)的電流的整形脈沖提供給閃光燈頭150，使得整形的脈沖與傳送系統(tǒng)110上薄膜的傳送速度同步。薄膜疊層140包括放置在諸如聚合物或紙的低溫基板上的薄膜。優(yōu)選地，閃光燈150是利用諸如氙、氪、氬的氣體填充的密封閃光燈。閃光燈150還可以是水冷壁閃光燈，有時(shí)被稱(chēng)為定向等離子體電弧(DPA)燈。閃光燈控制器130包括控制計(jì)算機(jī)160?？刂朴?jì)算機(jī)160優(yōu)選地包括處理單元、輸入設(shè)備(例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏等)、以及輸出設(shè)備(例如，監(jiān)視器)，上述設(shè)備是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。對(duì)于本實(shí)施方式，控制計(jì)算機(jī)160為運(yùn)行在3GHz且具有2GB系統(tǒng)內(nèi)存的雙核機(jī)器。為了脈寬調(diào)制給定持續(xù)時(shí)間的脈沖序列，需要每個(gè)單獨(dú)脈沖相對(duì)較短，以提供脈沖整形(shaping)。此外，由于對(duì)于部分時(shí)間沒(méi)有開(kāi)啟脈沖，脈沖需要比提供單個(gè)脈沖的源具有更高的強(qiáng)度。因此，固化裝置100需要能夠以超過(guò)lOOkW/cm2的峰值功率提供短至10微秒的脈沖長(zhǎng)度。此外,用于脈沖的PWM頻率可以如快至50kHz。每個(gè)脈沖包括形成整形脈沖的至少兩個(gè)微脈沖。這允許為最佳固化定制薄膜疊層140的溫度分布。在其最簡(jiǎn)單的形式中，包括均勻微脈沖的整形脈沖具有六個(gè)變量或控制參數(shù)i.強(qiáng)度(電壓)，ii.脈沖長(zhǎng)度，iii.在薄膜疊層上任意指定區(qū)域中入射在基板上的脈沖的平均數(shù)量，iv.脈沖重復(fù)頻率，v.微脈沖的數(shù)量以及vi微脈沖的占空比。當(dāng)微脈沖不均勻時(shí)，還指定每個(gè)微脈沖的持續(xù)時(shí)間和延遲，結(jié)果是8個(gè)控制參數(shù)?？梢赃B續(xù)地并且即時(shí)(onthe fly)改變到閃光燈的功率遞送系統(tǒng)的8個(gè)變量。這允許響應(yīng)于在固化之前或之后的傳感器數(shù)據(jù)，使固化參數(shù)實(shí)時(shí)適應(yīng)膜或基板的改變。這兩個(gè)量產(chǎn)生具有優(yōu)化且一致結(jié)果的固化膜，并且具有比現(xiàn)有技術(shù)顯著更高的產(chǎn)量，其中現(xiàn)有技術(shù)要求系統(tǒng)斷電(power down)幾分鐘以改變?nèi)我饷}沖特性。此外，可以在大約0. 1%分辨率內(nèi)連續(xù)改變脈沖特性，其導(dǎo)致對(duì)固化的更為緊湊(tighter)的優(yōu)化控制。現(xiàn)有技術(shù)具有離散的改變。控制參數(shù)初始地輸入如下所述的熱模擬，并且隨后將這些參數(shù)用作到閃光燈控制器130的輸入?！?lái)自閃光燈150的光脈沖的形狀以及薄膜和基板的物理特性和尺寸，可以影響熱梯度和對(duì)薄膜進(jìn)行處理而不損壞基板的隨后的溫度。因此，固化裝置100還包括用于收集來(lái)自固化裝置100的不同部分的各種信息的多個(gè)傳感器(未示出)。將來(lái)自傳感器的收集信息和用戶輸入饋送回計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)160，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中可對(duì)熱分布進(jìn)行重新計(jì)算。使用重新計(jì)算的熱分布，當(dāng)在閃光燈150下傳送薄膜疊層時(shí)，閃光燈控制器130控制閃光燈150遞送給薄膜疊層的光的波形?？梢允褂脗鞲衅鱽?lái)測(cè)量處理的產(chǎn)品性能的直接或間接指示。例如，霍爾效應(yīng)傳感器可以用于監(jiān)測(cè)固化的金屬跡線(trace)的導(dǎo)電性，并且調(diào)整處理參數(shù)以保持控制帶內(nèi)的導(dǎo)電性?？梢允褂迷S多其他類(lèi)型的接觸或非接觸傳感器，連續(xù)地或間斷地監(jiān)測(cè)產(chǎn)品性能以允許閃光燈150的輸出波形的實(shí)時(shí)調(diào)整?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2描述了閃光燈控制器130的框圖。如圖所示，閃光燈控制器130包括編碼器210、任意波形生成器220、熱模擬器225以及控制計(jì)算機(jī)160。初始地，用戶將薄膜疊層特性240和所期望的處理等級(jí)250輸入到閃光燈控制器130。在從傳送系統(tǒng)100(從圖I)接收到輸入(例如傳送速度)和附加的系統(tǒng)限制270之后，編碼器210提供觸發(fā)信號(hào)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將信號(hào)發(fā)送給任意波形生成器220，用于對(duì)位于傳送系統(tǒng)110上的薄膜進(jìn)行固化。利用觸發(fā)信號(hào)，任意波形生成器220能夠基于用戶輸入240和250生成各種形狀和時(shí)序的波形。任意波形生成器220將波形信號(hào)發(fā)送給閃光燈驅(qū)動(dòng)器230，其中所述閃光燈驅(qū)動(dòng)器230將波形信號(hào)放大以用于驅(qū)動(dòng)閃光燈150 (從圖I)。除了能夠設(shè)計(jì)薄膜疊層140中的熱分布之外，閃光燈控制器130能夠通過(guò)使用極低電感功率遞送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的PWM基于從多個(gè)傳感器接收的信息，連續(xù)地且即時(shí)地改變固化參數(shù)。在從多個(gè)傳感器260接收到反饋信息以及系統(tǒng)限制信息270之后，控制計(jì)算機(jī)160利用來(lái)自熱模擬器225的信息重新計(jì)算新的固化條件，并且將新的固化條件發(fā)送到任意波形生成器220，其將波形信號(hào)發(fā)送到對(duì)用于驅(qū)動(dòng)閃光燈150 (從圖I)的波形信號(hào)進(jìn)行放大的閃光燈驅(qū)動(dòng)器230。反饋信息允許參數(shù)的連續(xù)和實(shí)時(shí)調(diào)整，參數(shù)例如是固化裝置100的脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖波形等。在軟件和/或硬件控制下，在具有O. 1%分辨率的毫秒時(shí)間幀上改變上面提及的所有參數(shù)?？焖贂r(shí)間和細(xì)粒控制是熱處理應(yīng)用中都是重要的。如果基板以1000英尺每分鐘的速度移動(dòng)，前者允許在O. 2英寸(假設(shè)Ims響應(yīng))內(nèi)的處理參數(shù)的調(diào)整(1000FPM=16. 7FPS=0. 167英尺每毫秒或2英寸每毫秒)。在任意固化操作之前，用戶可以將薄膜疊層140的各種參數(shù)輸入到安裝在控制計(jì)算機(jī)160中的熱疊層模擬程序中，所述參數(shù)例如層的數(shù)量、以及厚度、熱傳導(dǎo)性、密度、熱容量、以及每個(gè)層的光學(xué)吸收深度。輸入到薄膜疊層140的熱模擬中的脈沖控制參數(shù)還可以用作對(duì)閃光燈控制器130的輸入。薄膜疊層140可以具有特定厚度、熱系數(shù)以及吸收系數(shù)的任意數(shù)量的不同材料的層。一些印刷電子設(shè)備具有多至10個(gè)層，必須在它們的熱限制中處理每個(gè)層。在已經(jīng)輸入了薄膜疊層140的傳送速度之后，可通過(guò)控制計(jì)算機(jī)160中的模擬程 序來(lái)計(jì)算每個(gè)整形脈沖之間的時(shí)間延遲?？刂朴?jì)算機(jī)160中熱疊層模擬程序于是生成薄膜疊層140的時(shí)間和空間上的模擬的熱分布。模擬輸出是加熱事件期間和之后在薄膜疊層140中溫度對(duì)時(shí)間和位置的圖形。由于薄膜疊層140的每個(gè)層的吸收系數(shù)是特定的，包括薄膜疊層140的中心的一個(gè)或多個(gè)層可以共享輻射吸收，導(dǎo)致薄膜疊層140內(nèi)復(fù)雜的熱分布。來(lái)自模擬結(jié)果的功率輸入對(duì)時(shí)間參數(shù)可以用作到閃光燈控制器130的輸入。閃光燈控制器130內(nèi)的閃光燈驅(qū)動(dòng)器230的電源模塊于是可以將閃光燈驅(qū)動(dòng)器230中的電容器充電到特定電壓。在一些應(yīng)用中，這必須在一微秒內(nèi)發(fā)生，以確保一致的處理。閃光燈驅(qū)動(dòng)器230切換在每個(gè)模塊中電容器組，以通過(guò)低阻抗電纜將電流發(fā)送到閃光燈頭120，以照射薄膜疊層140。將脈沖序列與傳送系統(tǒng)110上的薄膜疊層140的傳送速度相同步。圖3示出了當(dāng)PET 150微米厚的板上O. 5微米厚的吸收器吸收Ims長(zhǎng)的恒定功率脈沖(總輻射暴露1.49J/cm2)時(shí)的熱分布。在吸收器的表面處(由于吸收器太薄，因而也是在PET的表面處)到達(dá)的峰值溫度大約是1000°C。在Ims之后，在表面處的熱擴(kuò)散到PET的體中。在大約30ms之后，疊層接近熱平衡。圖4示出了具有與圖3中的條件相同的條件的熱分布，但是時(shí)間標(biāo)度可與脈沖持續(xù)時(shí)間相比。在加熱期間，觀察到在PET背面的溫度實(shí)際未改變。圖5示出了具有與圖4的相似的包絡(luò)脈沖長(zhǎng)度和峰值溫度的熱分布，但是包括10個(gè)相同間隔的微脈沖。微脈沖導(dǎo)致與圖4的單個(gè)脈沖相比對(duì)基板更小的損害。圖6示出了與圖5的熱分布類(lèi)似的熱分布，但是具有更低密度和以IOOHz重復(fù)脈沖三次。這是在基板不移動(dòng)時(shí)的溫度分布。當(dāng)基板移動(dòng)，并且閃光燈脈沖頻率與傳送速度同步時(shí),通過(guò)下式來(lái)給出頻率
1.67xSxO
W其中f=閃光燈整形脈沖速率[Hz]
S=網(wǎng)速度[米/分鐘]0=重疊因子(S卩，在任意指定點(diǎn)處，由基板接收的閃光燈脈沖的平均數(shù)量)W=在傳送方向上的固化頭寬度[厘米]例如，通過(guò)IOOm/分鐘的傳送速度，以及4的重疊因子，以及7厘米的固化頭寬度，頻閃的脈沖速率是95. 4Hz。假設(shè)固化頭的寬度比基板在脈沖期間移動(dòng)的距離要長(zhǎng)，圖6中示出的熱分布近似等于移動(dòng)基板的熱分布。在100米/分鐘下，在脈沖期間，基板僅移動(dòng)1.6mm。由于基板傳送方向上的固化頭寬度是7厘米或接近50倍更大，這是合理的近似值。實(shí)例I :在150微米厚PET上的薄膜的快速干燥 具有足夠強(qiáng)度的快速脈沖加熱源可以按比連續(xù)源更快的非破壞方式干燥低溫基板上的薄膜。當(dāng)將圖4的各個(gè)脈沖分成圖5的多個(gè)脈沖時(shí)，允許薄膜在快速加熱處理期間進(jìn)行呼吸，由此防止膜的粘合的失敗，而仍非?？焖俚馗稍锬?。在本發(fā)明的上下文中，“呼吸”意味著允許用于演進(jìn)玻璃(evolved glass)的非破壞傳遞運(yùn)輸。整形脈沖可以同步到移動(dòng)網(wǎng)，如圖6中所示。注意的是，這具有與快速小脈沖的連續(xù)序列非常不同的效果。在那種情況下，表面沒(méi)有達(dá)到本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)的峰值溫度。因此，其具有更低的處理速率，并且與本發(fā)明相比傾向于加熱基板的體。實(shí)例2 :聚合物基板的表面處的溫度控制圖7示出了與圖5相同的熱疊層的熱分布。實(shí)現(xiàn)的峰值溫度和包括脈沖寬度在兩種情況下是相同的。然而，在圖7中，坡升速率更快，以及峰值溫度保持脈沖的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)這被實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以在相同的Ims間隔內(nèi)，向薄膜傳遞多個(gè)12%的能量。當(dāng)燒結(jié)金屬墨以形成導(dǎo)體時(shí)，該小的改善可以導(dǎo)致薄膜的兩倍的導(dǎo)電性。這是通過(guò)調(diào)整整形脈沖的每個(gè)單獨(dú)微脈沖的持續(xù)時(shí)間和延遲來(lái)完成的。由于薄膜的表面仍?xún)H達(dá)到1000°C，這種固化分布導(dǎo)致在不損壞易碎基板的情況下對(duì)薄膜的更好的固化。圖8出了更為復(fù)雜波形的熱分布，其中在聚酰亞胺基板的表面上加熱薄膜。波形示出了在Ims時(shí)標(biāo)上形成不同的坡升、均熱、松弛、以及均熱階段的復(fù)雜熱分布。通常，聚酰亞胺容忍超過(guò)450°C的溫度，所以本發(fā)明的方法能夠在超出上述溫度的情況下在表面上進(jìn)行處理。實(shí)施例3 :通過(guò)氣體生成的調(diào)制來(lái)防止薄膜中的粘合失敗。制備水銅前體墨，包括在包含乙二醇和甘油的基料中的10. O重量％的氧化銅
(II)、4. 5重量％的醋酸銅(II)。使用Epson Stylus C88噴墨打印機(jī)在125微米厚PET片上印刷跡線。在利用閃光燈進(jìn)行固化時(shí)，通過(guò)乙二醇和甘油來(lái)還原氧化銅和醋酸銅，以形成導(dǎo)電銅金屬的膜。這種還原反應(yīng)生成適量的氣體。使用本發(fā)明利用下面的條件來(lái)固化印刷膜電壓250V、包絡(luò)脈沖持續(xù)時(shí)間=1050微秒、具有O. 6的占空比的4個(gè)微脈沖卿，每個(gè)微脈沖是175微秒長(zhǎng)，脈沖之間具有117微秒的延遲)，重疊因子=3，網(wǎng)速度=6. 4米/分鐘。樣本成品率在3. 7歐姆/方塊的平均薄層電阻下為100%。當(dāng)利用相同的設(shè)備固化相同的跡線但是僅具有單個(gè)脈沖時(shí)，氣體散出造成跡線的粘合失敗導(dǎo)致僅64%的樣本成品率的。平均薄層電阻是5.2歐姆/方塊。改變?nèi)我廨斎胱兞繉?dǎo)致更少的導(dǎo)電性或較差成品率的跡線。實(shí)施例4 :玻璃基板內(nèi)的溫度分布控制當(dāng)閃光燈在玻璃上加熱薄膜過(guò)于強(qiáng)烈，玻璃可能在界面附近開(kāi)裂。這是由于造成玻璃膨脹差異的玻璃中的強(qiáng)熱梯度。當(dāng)玻璃中的應(yīng)力超過(guò)玻璃的屈服強(qiáng)度時(shí)，其故障。通過(guò)對(duì)加熱脈沖進(jìn)行整形，可以獲得薄膜的強(qiáng)固化，而不超出玻璃內(nèi)的臨界溫度梯度。這種技術(shù)允許用更弱(以及更便宜)形式的玻璃替換更強(qiáng)(以及更為昂貴)形式的玻璃。圖9示出了在重復(fù)地脈沖模式的在硼硅酸鹽玻璃上的圖8的復(fù)雜波形，其中控制熱梯度以防止開(kāi)裂。通過(guò)增加實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，很大程度上擴(kuò)展了本發(fā)明的實(shí)用性。由于與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明允許脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間以及甚至是脈沖波形的連續(xù)和實(shí)時(shí)的可調(diào)整性，本發(fā)明的這種反饋是獨(dú)特地切實(shí)可行的。在軟件和/或硬件控制下，在典型地具有O. 1%分辨率的毫秒時(shí)間幀上可以改變所有8個(gè)參數(shù)。在這種系統(tǒng)中，使用一個(gè)或多個(gè)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè) 引入的或處理的產(chǎn)品或頻閃輸出特性，以及與反饋硬件和軟件進(jìn)行結(jié)合以調(diào)整處理參數(shù)，從而補(bǔ)償改變、優(yōu)化產(chǎn)品特性、或甚至有意地變化或調(diào)制產(chǎn)品特性。即使在高速卷到卷系統(tǒng)上，通過(guò)將處理帶回到控制帶中且不浪費(fèi)任何產(chǎn)品，快速的時(shí)間和細(xì)粒控制是重要的。這樣進(jìn)一步消除對(duì)切出或丟棄不好的產(chǎn)品的需要。由于在許多強(qiáng)度2%的變化可能導(dǎo)致10%或產(chǎn)品性能(例如，電阻率)中的更大變化的情況中，固化處理已經(jīng)被證明是高度非線性的，所以高分辨率連續(xù)可調(diào)整性是重要的。這樣使得具有粗離散參數(shù)控制的系統(tǒng)基本上不適用于要求較好質(zhì)量控制的商業(yè)處理。在一些應(yīng)用中，有利的是通過(guò)調(diào)整快速脈沖序列的頻率和電壓，且保持相同的脈沖序列長(zhǎng)度，調(diào)整閃光燈150的脈沖的譜含量。這具有調(diào)整譜的Uv含量且仍保持整形脈沖的平均功率和脈沖持續(xù)時(shí)間的效果。使用諸如可調(diào)整的液體過(guò)濾器的高功率吸收器或波長(zhǎng)調(diào)節(jié)光學(xué)部件中的受控反射角度，由閃光燈系統(tǒng)發(fā)射的譜可進(jìn)一步被實(shí)時(shí)地調(diào)整。存在可以用于實(shí)現(xiàn)任意波形生成器220的反饋控制的四種類(lèi)型的傳感器I.上游傳感器，其檢測(cè)未處理產(chǎn)品中故意的或非故意的變化，例如產(chǎn)品空間模式(spatial pattern)、溫度、印刷厚度、干燥程度。2.下游傳感器，其檢測(cè)處理后的產(chǎn)品性能的漂移，例如跡線導(dǎo)電性或基板損傷。3.閃光燈發(fā)射傳感器，其檢測(cè)燈的光輸出的長(zhǎng)期變化以及光輸出的短期變化，以正確地建模輸入到產(chǎn)品的依賴(lài)于時(shí)間的熱。4.燈驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)傳感器，其使控制軟件能夠適于限制燈驅(qū)動(dòng)器能力，以產(chǎn)生最佳的驅(qū)動(dòng)波形-例如，電源的充電速率將會(huì)限制高速率操作期間可用的脈沖能量。下面給出實(shí)踐中如何使用三種類(lèi)型的傳感器的實(shí)例。響應(yīng)于光二極管傳感器，基本反饋應(yīng)用自動(dòng)地調(diào)整系統(tǒng)輸出強(qiáng)度以補(bǔ)償閃光燈輸出在百萬(wàn)脈沖上的不可避免的逐漸和連續(xù)退化。這樣改善了產(chǎn)品質(zhì)量并且擴(kuò)展了有用的閃光燈壽命。這種相同的方法可擴(kuò)展為補(bǔ)償包括窗口霧的閃光系統(tǒng)中的任意常規(guī)改變。更為復(fù)雜的反饋系統(tǒng)使用產(chǎn)品軟X射線發(fā)射來(lái)檢測(cè)施加的墨或膜的涂敷重量，并且調(diào)整脈沖參數(shù)以?xún)?yōu)化要處理的產(chǎn)品的變化。這種相同的方法可以被擴(kuò)展為補(bǔ)償產(chǎn)品特性中的大部分不受控變化?？梢允褂脗鞲衅鱽?lái)測(cè)量處理的產(chǎn)品性能的直接或間接指示。例如，霍爾效應(yīng)傳感器可以用于監(jiān)測(cè)固化金屬跡線的導(dǎo)電性并且調(diào)整驅(qū)動(dòng)波形參數(shù)以保持控制帶中的導(dǎo)電性。許多其他接觸或非接觸傳感器可以用于連續(xù)地或間斷地監(jiān)測(cè)產(chǎn)品性能，以允許頻閃輸出波形的實(shí)時(shí)調(diào)整。這些反饋方法的中的任意一個(gè)可以在相對(duì)于產(chǎn)品移動(dòng)方向的橫向方向上使用多個(gè)傳感器。這在具有多個(gè)閃光燈或在處理前或處理后產(chǎn)品特性橫向變化的系統(tǒng)中是有用的。反饋方法中的任意一個(gè)還可以使用沿產(chǎn)品移動(dòng)方向的多個(gè)傳感器，以獲得與產(chǎn)品干燥速率相關(guān)的數(shù)據(jù)或用于預(yù)測(cè)分析的數(shù)據(jù)。如所介紹的，本發(fā)明提供固化裝置，所述裝置用于提供在移動(dòng)基板上的瞬態(tài)熱分布處理。本發(fā)明的固化裝置基于從傳感器接收的反饋和來(lái)自用戶的輸入，實(shí)現(xiàn)脈沖光波形的形狀的實(shí)時(shí)連續(xù)可變控制?？梢岳萌我廨^小的改變來(lái)即時(shí)改變脈沖光波形的形狀，其允許實(shí)時(shí)地控制薄膜處理。雖然通過(guò)參考優(yōu)選的實(shí)施方式來(lái)特別地示出和介紹了本發(fā)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出形式和細(xì)節(jié)上的各種 改變。
權(quán)利要求
1.一種用于固化移動(dòng)基板上的薄膜的裝置，所述裝置包括 傳送系統(tǒng)，用于移動(dòng)在所述基板上設(shè)置的薄膜的層； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于允許用戶設(shè)計(jì)用于固化所述薄膜的特定熱分布； 閃光燈控制器，用于根據(jù)所述優(yōu)化熱分布調(diào)制脈沖的脈沖寬度；以及閃光燈，用于在相對(duì)于所述閃光燈移動(dòng)所述薄膜時(shí)將脈寬調(diào)制的電磁脈沖提供給所述薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述脈寬調(diào)制的電磁脈沖包括至少兩個(gè)用于形成整形脈沖的微脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述基板具有小于450°C的分解溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述基板由塑料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述基板由紙構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述基板由聚合物構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述固化系統(tǒng)的瞬時(shí)功率大于5MW。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中響應(yīng)于來(lái)自傳感器的輸入改變所述脈寬調(diào)制的電磁脈沖的時(shí)序而不對(duì)所述裝置進(jìn)行斷電。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于使用來(lái)自閃光燈的脈沖光熱處理低溫基板上的材料的方法和裝置。將材料傳送通過(guò)閃光燈。由脈寬調(diào)制來(lái)形成光脈沖，以設(shè)計(jì)脈沖的形狀從而在基板上生成熱梯度，使材料能夠被加熱到超出基板的最大加工溫度而不會(huì)損壞。其整形的脈沖速率與傳送系統(tǒng)的傳送速度同步。通過(guò)使用來(lái)自反饋傳感器的信息，重新計(jì)算熱梯度以實(shí)時(shí)地改變脈沖形狀，用于實(shí)時(shí)地優(yōu)化隨后的固化而不對(duì)固化裝置斷電。組合的脈沖整形和同步允許設(shè)計(jì)在傳送方向上均勻固化的樣品的溫度分布。
文檔編號(hào)B05D3/06GK102947013SQ201180015046
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者K·A·施羅德, S·C·麥克庫(kù), D·K·杰克遜 申請(qǐng)人:Ncc納諾責(zé)任有限公司