什么是光子燒結(jié)技術(shù)？

一、技術(shù)簡介

光子燒結(jié)是使用閃燈的脈沖光對(duì)薄膜進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。?dāng)在塑料或紙張等低溫基材上進(jìn)行這種瞬時(shí)處理時(shí)，可以達(dá)到比基材在烤箱等平衡加熱源下通?？沙惺艿臏囟雀叩枚嗟臏囟?/span>，而不會(huì)損壞基材。由于大多數(shù)熱固化過程（干燥、燒結(jié)、反應(yīng)、退火等）的速率通常隨溫度呈指數(shù)增加（即它們遵循阿倫尼烏斯方程），因此該過程可使材料比使用烤箱固化得更快。

（注：?阿倫尼烏斯方程是描述化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨?溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，其基本形式為k=Ae?Ea/RT，其中k是反應(yīng)速率常數(shù)，A是指前因子（也稱為頻率因子），E_a是?活化能，R是?摩爾氣體常數(shù)，T是?熱力學(xué)溫度。這個(gè)公式最早由?瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯在1889年提出，用于解釋化學(xué)反應(yīng)速率與溫度之間的關(guān)系）。

基材不損壞考慮兩個(gè)因素：1) 熱過程隨著溫度升高而呈指數(shù)級(jí)發(fā)展；2) 對(duì)聚合物基材的熱損傷通常需要有限的時(shí)間。在一定范圍內(nèi)，時(shí)間越短，材料在不發(fā)生損壞的情況下可以承受的溫度越高。對(duì)于聚合物或紙張基材，可以達(dá)到的最終溫度恰好低于其氣化溫度。結(jié)果是，強(qiáng)脈沖光可以在幾百微秒內(nèi)處理低溫基材上的薄吸收膜，其處理效果與烤箱中的10分鐘一樣好甚至更好。由于基材通常比目標(biāo)薄膜吸收來自閃燈的光能更少，因此可以選擇性地打印薄膜，只加熱薄膜。

它已成為印刷電子產(chǎn)品制造中使用的一種變革性工藝，因?yàn)樗试S使用廉價(jià)且靈活的基材替代傳統(tǒng)的玻璃或陶瓷基材。此外，光子燒結(jié)提供的高溫處理可成倍縮短處理時(shí)間，通常從幾分鐘縮短到幾毫秒，從而提高吞吐量，同時(shí)保持較小的機(jī)器占用空間。

二、傳熱動(dòng)力學(xué)

光子燒結(jié)主要依賴于閃燈打開期間（通常在100 μs到100 ms之間）從燈到目標(biāo)物體的輻射熱傳遞。輻射熱撞擊該物體后，將發(fā)生通過物體的熱傳導(dǎo)和與材料接觸的大氣的對(duì)流損失，直到物體接近熱平衡。由于閃燈脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間短，目標(biāo)物體中可能會(huì)出現(xiàn)極端的熱梯度。這些極端梯度可用于僅將物體的某些部分暴露在高溫下。

對(duì)于大多數(shù)光子燒結(jié)應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮分層堆疊材料。固化曲線設(shè)計(jì)的目標(biāo)是達(dá)到足夠的溫度以引起頂層或印刷品的燒結(jié)和金屬化，同時(shí)避免超過下面各層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔化溫度或閃點(diǎn)。閃燈散發(fā)的熱量的瞬態(tài)熱過程同樣取決于目標(biāo)材料頂層和底層的對(duì)流熱損失以及每層的厚度。對(duì)于厚層或?qū)嵝缘偷膶樱梢栽诙褩Ｖ休^低層的溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度之前將熱量消散。這是光子燒結(jié)的關(guān)鍵特性，可用于固化低溫材料上的金屬和導(dǎo)電油墨和漿料。

三、應(yīng)用方向

光子燒結(jié)在印刷電子產(chǎn)品的制造中用作熱處理技術(shù)，因?yàn)樗试S用廉價(jià)且靈活的基板材料（例如聚合物或紙張）替代玻璃或陶瓷基板材料?？梢允褂闷胀ㄏ鄼C(jī)閃燈演示效果。工業(yè)光子燒結(jié)系統(tǒng)通常采用水冷，具有與工業(yè)激光器類似的控制和功能。脈沖速率足夠快，可以在超過100m/min 的速度下進(jìn)行動(dòng)態(tài)固化，使其適合作為卷對(duì)卷處理的固化工藝。材料加工速率可以超過1m²/s。

現(xiàn)代印刷電子產(chǎn)品對(duì)于客戶應(yīng)用的復(fù)雜性日趨成熟，需要高吞吐量制造和改進(jìn)的設(shè)備功能。印刷電子產(chǎn)品的功能至關(guān)重要，因?yàn)榭蛻魧?duì)每個(gè)設(shè)備的要求更高。每個(gè)設(shè)備都設(shè)計(jì)了多層，需要更加通用的加工技術(shù)。光子燒結(jié)通過提供快速、可靠和變革性的處理步驟，非常適合滿足現(xiàn)代印刷電子產(chǎn)品制造中的加工需求。光子燒結(jié)可以降低現(xiàn)有材料的熱處理成本，并且可以為未來印刷電子產(chǎn)品中融入更先進(jìn)的材料和功能提供途徑。