用于高速固化在低溫襯底上的薄膜的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于高速固化在低溫襯底上的薄膜的方法和裝置。公開了一種用于高速熱加工在低溫襯底上的薄膜的固化裝置。所述固化裝置包括頻閃頭、頻閃控制模塊和傳送器控制模塊。所述頻閃控制模塊控制由在所述頻閃頭上的閃光燈產生的脈沖組的功率、持續(xù)時間和重復速率。根據(jù)速度信息，所述傳送器控制模塊與所述頻閃控制模塊一起提供在所述脈沖組的所述重復速率與所述襯底在所述頻閃頭下方移動的速度之間的實時同步。
【專利說明】用于高速固化在低溫襯底上的薄膜的方法和裝置
[0001]本申請是申請日為2009年4月I日、申請?zhí)枮?00980134624.X、發(fā)明名稱為“用于高速固化在低溫襯底上的薄膜的方法和裝置”的專利申請的分案申請。
[0002]優(yōu)先權要求
[0003]本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119(e) (I)要求在2008年7月9日提交的臨時申請?zhí)枮?1/079，339的優(yōu)先權；通過引用將其全部內容并入到本文中。 【技術領域】
[0004]本申請一般地涉及固化系統(tǒng)，特別地，涉及用于在低溫下固化襯底上的薄膜的方法。
【背景技術】
[0005]印刷電子學是半導體工業(yè)和印刷工業(yè)的會合。用印刷電子電路替代印刷讀材料的想法對于印刷商而言是誘人的，這是因為他們可看到在不對他們的設備進行大的改動的情況下實現(xiàn)“高值”印刷工作的潛力。類似地，電子電路制造商認為印刷電子電路的想法同樣是誘人的，這是因為這允許他們以相對低的成本大批量制造電子電路。
[0006]在電子電路的制造期間，大多數(shù)薄膜涂層需要被熱加工，并且大多數(shù)熱固化工藝的效能與溫度和時間的乘積有關。例如，用于固化薄膜的典型方法是將薄膜置于爐中，該爐被設定到其上設置有該薄膜的襯底的最大工作溫度并允許在某個合理的時間量內固化該薄膜。
[0007]由于印刷電子電路典型地伴隨著高批量和低成本，因此用于印刷電子電路的襯底需要由相對廉價的材料(例如紙或聚合物)來替代傳統(tǒng)的襯底材料(例如硅、石英、玻璃、陶瓷、FR4等等)制成。然而，與硅、石英、玻璃、陶瓷、FR4等等相比，紙或聚合物具有低得多的分解溫度，并且該低得多的溫度需要更長的用于薄膜的固化時間。例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的最大工作溫度為150°C，而在該溫度下對基于銀的導電膜的典型固化時間在分鐘量級。這樣的長固化時間使得在紙或聚合物上印刷電子電路的提議在經(jīng)濟上的吸引力大大降低。
[0008]因此，希望提供用于以相對高的速度熱加工在低溫襯底上的薄膜的方法和裝置。
【發(fā)明內容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，一種固化裝置包括頻閃頭(strobe head)、傳感器、頻閃控制模塊和傳送器控制模塊。所述頻閃控制模塊控制由在所述頻閃頭上的閃光燈產生的脈沖組的功率、持續(xù)時間和重復速率。所述傳感器感測襯底在所述頻閃頭下方移動的速度。根據(jù)由所述傳感器獲得的速度信息，所述傳送器控制模塊與所述頻閃控制模塊一起提供在所述脈沖組的所述重復速率與所述襯底在所述頻閃頭下方移動的速度之間的實時同步。
[0010]在以下詳細記錄的說明中，本發(fā)明的所有特征和優(yōu)點將變得顯而易見?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]通過在結合附圖閱讀時參考對示例性實施例的以下詳細說明，將最好地理解本發(fā)明及其優(yōu)選使用方式、進一步的目的和優(yōu)點，其中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的固化裝置的圖；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在低溫襯底上的熱阻擋層的圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的來自圖1的固化裝置內的氣刀的圖；以及
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的來自圖1的固化裝置內的冷卻輥(roller)的圖。
【具體實施方式】
[0016]對于本發(fā)明，固化被限定為熱加工，其包括干燥(驅走溶劑)、顆粒燒結、致密化、化學反應激發(fā)(initiation)、相變、晶粒生長、退火、熱處理等等。當固化在低溫襯底(例如聚合物或紙)上的材料時，由于經(jīng)常需要在接近或甚至超過襯底的分解溫度的溫度下加工薄膜(其被限定為厚度小于100微米的材料層)，因此獲得良好固化的一個限制因素是襯底的分解。此外，即使可在低溫下固化薄膜，襯底的低分解溫度也會增加用于熱固化襯底上的材料的時間量。通過本發(fā)明的固化裝置可以克服上述問題。
[0017]現(xiàn)在參考附圖，特別地，參考圖1，其描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的固化裝置的圖。如圖所示，固化裝置100包括傳送帶系統(tǒng)110、頻閃頭120、繼電器架(relay rack) 130和卷到卷(reel-to-reel)供應系統(tǒng)140。固化裝置100能夠固化位于以相對高的速度移動跨過傳送帶的網(wǎng)狀物(web)或單獨的片上的被安裝在低溫襯底103上的薄膜102。傳送帶系統(tǒng)110可以以例如2到1000ft/min的速度工作以移動襯底103。固化裝置100可收納6英寸增量(increment)的任何寬度的網(wǎng)狀物?？赏ㄟ^現(xiàn)有技術(例如,絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、凹版印刷、激光印刷、靜電復印、移印(pad printing)、涂抹、蘸水筆(dip pen)、注射(syringe)、氣刷、橡皮版印刷(fIexographic)、化學氣相沉積(CVD)、PECVD、蒸發(fā)、派射等等)的一種或組合，將薄膜102附加到襯底103上。
[0018]頻閃頭120包括用于固化位于襯底103上的薄膜102的高強度脈沖氙閃光燈121，該頻閃頭120優(yōu)選為水冷的。脈沖氙閃光燈121可提供不同的強度、脈沖長度和脈沖重復頻率的光脈沖。例如，脈沖氙閃光燈121可在高至IkHz的脈沖重復速率下提供具有3"乘6"寬脈沖樣式的10 μ s到IOms脈沖。來自脈沖氙閃光燈121的發(fā)射的光譜成分的范圍為200nm到2500nm?？梢酝ㄟ^用鈰摻雜的石英燈替代石英燈而調整光譜以去除低于350nm的大多數(shù)發(fā)射。還可以用藍寶石燈替代石英燈以使發(fā)射從約140nm延伸到約4500nm。還可以添加濾光器以去除光譜的其他部分。閃光燈121還可以是有時被稱為定向等離子弧(DPA)電弧燈的水冷壁閃光燈。
[0019]繼電器架130包括可調電源131、傳送器控制模塊132和頻閃控制模塊134?？烧{電源131可產生具有最高為4千焦耳每脈沖的能量的脈沖。可調電源131被連接到脈沖氙閃光燈121，并且可以通過控制流過脈沖氙閃光燈121的電流量來改變來自脈沖氙閃光燈121的發(fā)射的強度。
[0020]可調電源131控制脈沖氙閃光燈121的發(fā)射強度。依賴于薄膜102和襯底103的光學、熱學和幾何特性，來自脈沖氙閃光燈121的發(fā)射的功率、脈沖持續(xù)時間和脈沖重復頻率被電子地調整和同步到網(wǎng)狀物速度，以允許對薄膜102的最優(yōu)固化而不損傷襯底103。
[0021]在固化操作期間，襯底103以及薄膜102被移動到傳送帶系統(tǒng)110上。傳送帶系統(tǒng)Iio使薄膜102在頻閃頭120下方移動，在那里薄膜102被來自脈沖氙閃光燈121的快速脈沖所固化。通過頻閃控制模塊134控制來自脈沖氙閃光燈121的發(fā)射的功率、持續(xù)時間和重復速率，并且由傳送器控制模塊132確定襯底103移動經(jīng)過頻閃頭120的速度。
[0022]利用傳感器150來感測傳送帶系統(tǒng)110的傳送帶的速度，該傳感器150可以是機械的、電學的或光學的傳感器。例如，可以通過檢測來自被連接到與移動的傳送帶接觸的輪的軸端編碼器(shaft encoder)的信號來感測傳送帶系統(tǒng)110的傳送帶速度。反過來,可以相應地用傳送帶系統(tǒng)110的傳送帶速度來同步脈沖重復速率。由下式給出頻閃脈沖速率f的同步:
【權利要求】
1.一種固化裝置，包括: 用于輸運安裝在襯底上的薄膜層的傳送器系統(tǒng)； 頻閃頭，其具有閃光燈，用于向所述薄膜層提供多個電磁脈沖； 頻閃控制模塊，其用于控制由所述閃光燈產生的所述多個電磁脈沖的功率、持續(xù)時間和重復速率； 傳送器控制模塊，其與所述頻閃控制模塊一起，用于實時同步所述多個電磁脈沖的所述重復速率與所述襯底移動通過所述頻閃頭的速度，其中所述同步由下式給出:
2.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述閃光燈是氙閃光燈。
3.根據(jù)權利要求2的固化裝置，其中所述氙閃光燈能夠以高至IkHz的脈沖重復速率產生10 μ s到1ms的脈沖。
4.根據(jù)權利要求2的固化裝置，其中所述氙閃光燈的光譜成分的范圍為200nm到2500nmo
5.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述閃光燈是定向等離子弧燈。
6.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述固化裝置還包括用于向所述傳送器系統(tǒng)供應所述襯底的供應器。
7.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述固化裝置還包括用于感測所述襯底移動通過所述閃光燈的所述速度的傳感器。
8.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述襯底由紙構成。
9.根據(jù)權利要求1的固化裝置，其中所述襯底由聚合物構成。
【文檔編號】G03G19/00GK104020657SQ201410242013
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2009年4月1日 優(yōu)先權日:2008年7月9日
【發(fā)明者】K·A·施羅德, K·M·馬丁, D·K·杰克遜, S·C·麥克庫 申請人:Ncc納諾責任有限公司