用于在移動基板上提供瞬態熱分布處理的裝置制造方法及圖紙

公開了一種用于使用來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。將材料傳送通過閃光燈。由脈寬調制來形成光脈沖，以設計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損壞。其整形的脈沖速率與傳送系統的傳送速度同步。通過使用來自反饋傳感器的信息，重新計算熱梯度以實時地改變脈沖形狀，用于實時地優化隨后的固化而不對固化裝置斷電。組合的脈沖整形和同步允許設計在傳送方向上均勻固化的樣品的溫度分布。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術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基板上的薄膜的瞬態熱分布處理的裝置。
技術介紹
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品的整個成本的重要部分，通常優選廉價基板。廉價基板，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，當在低溫度基板上熱處理薄膜時，典型地將整個基板疊層加熱到基板的最大加工溫度，以使處理時間最小化。一些薄膜材料要求與低溫度基板不兼容的更高等級的熱處理。解決方案可以是增加處理時間或增加溫度的形式。前一解決方案通過降低吞吐量而增加了成本并且對于許多類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受更高處理溫度的更為昂貴的基板。因此，從經濟的角度來看，兩種解決方案都不是所期望的。
技術實現思路
當由于特殊應用可能要求特定特性而導致在實踐上不能使用低溫基板時，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熱分布，以避免因熱應力而損壞材料。因此，希望提供以相對高速度來熱處理薄膜疊層而不損壞它們的裝置。根據本專利技術的優選實施方式，熱處理裝置包括計算機控制系統、傳送系統、閃光燈控制器和閃光燈。計算機控制系統包括模擬程序，以允許用戶定制設計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動器的閃光燈控制器，調制脈沖寬度以實現薄膜疊層的特定熱分布。閃光燈控制器發送脈寬調制的光以固化薄膜，同時傳送系統相對于閃光燈移動所述薄膜。來自一個或多個傳感器的輸入由計算機控制系統接收，并且由熱模擬器處理以將所期望的熱處理分布發送到控制計算機系統。在下面詳細書寫的說明書中，將會更加了解本專利技術的所有特征和優點。附圖說明當結合附圖進行閱讀時，通過參考下面對示例性實施方式的詳細說明可以更好地理解本專利技術自身，以及優選的使用模式、其他目的和本專利技術的優點，其中圖I是根據本專利技術優選實施方式的熱處理裝置的示意圖；圖2是來自圖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。具體實施例方式當在低溫度基板上利用脈沖光瞬時處理薄膜時，希望控制到基板的熱分布。當瞬時加熱時，如果對低溫基板進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超過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，聚對苯二甲酸乙二醇酯具有150°C的最大加工溫度。如果加熱時間非常短并且冷卻速度非常快，則在PET表面上可將薄膜可以加熱到超過1000°C。通過固化光脈沖的形狀以及薄膜和基板的物理特性和尺寸來確定加熱時間和冷卻速度。熱處理的優化通常涉及對熱分布的控制。在工業熱處理領域，“控制熱分布”通常意味著在時間上控制材料的溫度。簡單的熱分布以坡升(ramp-up )階段為開始，其中在坡升階段中在特定時間量內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束，其中在坡降階段中在特定時間量內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。 時間改變材料的溫度以實現用于材料的溫度對時間分布。在連續處理中，將各種區域保持在不同的溫度并且傳送材料通過各種區域，從而實現用于材料的溫度對時間分布。在批量和連續處理中，要被處理的材料通常處于熱平衡。這些通常的方法應用到熱加熱以及微末、射頻、感應加熱、輻射加熱等。對于本專利技術，“控制熱分布”意味著在時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，但是實際中，由于其連續地處理被傳送的材料，所以它是連續的，例如傳送器上的移動網或片。對于本專利技術，熱處理或固化包括干燥(驅離溶劑)、顆粒燒結、致密化、化學反應初始化、化學反應調制、相轉換、晶粒增長、退火、表面官能化、熱處理等。當在熱脆性基板上熱處理材料時，熱脆性基板例如是紙、塑料、或聚合物，當固化是強烈的和瞬態的而不是連續平衡處理時，由于材料中可能達到的且不損壞基板的溫度更高，可以達到更好的固化。相比于傳統熱處理，本專利技術有意地避免處理過程中的熱平衡。現在，參照附圖并且特別地參照圖1，圖I描述了根據本專利技術優選實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110移動薄膜疊層140通過閃光燈頭120，且閃光燈控制器130將使用脈寬調制(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，有時被稱為定向等離子體電弧(DPA)燈。閃光燈控制器130包括控制計算機160。控制計算機160優選地包括處理單元、輸入設備(例如鍵盤、鼠標、觸摸屏等)、以及輸出設備(例如，監視器)，上述設備是所屬領域的技術人員所熟知的。對于本實施方式，控制計算機160為運行在3GHz且具有2GB系統內存的雙核機器。為了脈寬調制給定持續時間的脈沖序列，需要每個單獨脈沖相對較短，以提供脈沖整形(shaping)。此外，由于對于部分時間沒有開啟脈沖，脈沖需要比提供單個脈沖的源具有更高的強度。因此，固化裝置100需要能夠以超過lOOkW/cm2的峰值功率提供短至10微秒的脈沖長度。此外,用于脈沖的PWM頻率可以如快至50kHz。每個脈沖包括形成整形脈沖的至少兩個微脈沖。這允許為最佳固化定制薄膜疊層140的溫度分布。在其最簡單的形式中，包括均勻微脈沖的整形脈沖具有六個變量或控制參數i.強度(電壓)，ii.脈沖長度，iii.在薄膜疊層上任意指定區域中入射在基板上的脈沖的平均數量，iv.脈沖重復頻率，v.微脈沖的數量以及vi微脈沖的占空比。當微脈沖不均勻時，還指定每個微脈沖的持續時間和延遲，結果是8個控制參數。可以連續地并且即時(onthe fly)改變到閃光燈的功率遞送系統的8個變量。這允許響應于在固化之前或之后的傳感器數據，使固化參數實時適應膜或基板的改變。這兩個量產生具有優化且一致結果的固化膜，并且具有比現有技術顯著更高的產量，其中現有技術要求系統斷電(power down)幾分鐘以改變任意脈沖特性。此外，可以在大約0. 1%分辨率內連續改變脈沖特性，其導致對固化的更為緊湊(tighter)的優化控制。現有技術具有離散的改變。控制參數初始地輸入如下所述的熱模擬，并且隨后將這些參數用作到閃光燈控制器130的輸入。·來自閃光燈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薄膜進行處理而不損壞基板的隨后的溫度。因此，固化裝置100還包括用于收集來自固化裝置100的不同部分的各種信息的多個傳感器(未示出)。將來自傳感器的收集信息和用戶輸入饋送回計算機控制系統160，在計算機控制系統中可對熱分布進行重新計算。使用重新計算的熱分布，當在閃光燈150下傳送薄膜疊層時，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。可以使用傳感器來測量處理的產品性能的直接或間接指示本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：K·A·施羅德，S·C·麥克庫，D·K·杰克遜，
申請(專利權)人：NCC納諾責任有限公司，
類型：
國別省市：