用于照射襯底的運(yùn)行方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于照射襯底的運(yùn)行方法和裝置
[0001] 本發(fā)明涉及用于運(yùn)行用于通過用紅外輻射進(jìn)行照射來對襯底進(jìn)行改性的裝置的 方法，該裝置具有照射單元，在該照射單元中綜合有多個(gè)具有彼此平行布置的縱軸的圓柱 形紅外輻射器，該方法包括下列方法步驟： (a) 根據(jù)襯底的要實(shí)現(xiàn)的改性預(yù)先給定總照射功率； (b) 以相應(yīng)的額定運(yùn)行功率運(yùn)行紅外輻射器。
[0002] 此外，本發(fā)明還涉及用于通過用紅外輻射進(jìn)行照射來對襯底進(jìn)行改性的裝置，該 裝置具有照射單元，在該照射單元中綜合有多個(gè)具有彼此平行布置的縱軸的圓柱形紅外輻 射器。 技術(shù)背景
[0003] 在本發(fā)明的意義上的用于對襯底進(jìn)行改性的裝置是紅外熱裝置；該裝置例如被用 于干燥和硬化涂層、粘結(jié)劑或顏料。 現(xiàn)有技術(shù)
[0004] 公知的裝置具有用于拍攝襯底的過程相機(jī)、以及多個(gè)用于照射襯底的紅外輻射 器。紅外輻射器通常由兩側(cè)封閉的由石英玻璃制成的發(fā)光管構(gòu)成，在該發(fā)光管中布置有例 如碳帶或鎢絲形式的加熱元件。紅外輻射器的發(fā)光管被填充惰性氣體。
[0005] 這樣的照射裝置例如從DE 100 51 125A1中公知，該文獻(xiàn)公開了用于半導(dǎo)體晶片 的快速加熱設(shè)備。該照射裝置具有用于襯底的可旋轉(zhuǎn)安放的容納部、以及多個(gè)擁有線形的 圓柱形地延長的輻射器管的紅外輻射器，在該輻射器管中布置有由鎢制成的燈絲。除此之 外，設(shè)置有用于個(gè)別化地電激勵(lì)紅外輻射器的調(diào)節(jié)單元，通過該調(diào)節(jié)單元可以調(diào)整紅外輻 射器的照射功率。
[0006] 照射功率的可調(diào)節(jié)性使得能夠優(yōu)化照射過程。當(dāng)紅外輻射器的照射功率被選擇為 盡可能高的使得高的能量輸入到襯底中時(shí)，基本上實(shí)現(xiàn)了快速的照射過程。但是在照射過 程中最大可使用的照射功率依賴于要照射的襯底。襯底常常是溫度敏感的，使得過高的照 射功率伴隨著過強(qiáng)的升溫以及襯底的損傷。除此之外，紅外輻射器的輻射譜也影響照射過 程。熱敏感的襯底常常具有強(qiáng)地依賴于波長的吸收譜，使得為了有效地照射襯底需要具有 確定波長范圍中的高輻射份額的輻射。在此，從紅外輻射器發(fā)射的頻譜時(shí)常決定照射方法 究竟是否能夠被執(zhí)行。
[0007] 因此，為了能夠?qū)⒄丈溲b置用于照射不同襯底，需要能夠生成不同的發(fā)射譜。在 此，通常將照射裝置換裝成其它紅外輻射器。但是這一方面以成本密集地庫存多個(gè)具有不 同發(fā)射譜的紅外輻射器為前提，另一方面為了換裝紅外輻射器需要一定的換裝時(shí)間，由此 可能在切換到照射另一襯底時(shí)妨害生產(chǎn)率。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的照射裝置的一個(gè)特別的應(yīng)用領(lǐng)域是干燥和燒結(jié)含金屬的墨汁，如其 在制造印電子設(shè)備、例如電子開關(guān)元件、RFID、有機(jī)光伏、OLED或印刷電池時(shí)那樣。在制造 印制電子設(shè)備時(shí)，首先在第一方法步驟中借助于印刷方法將含金屬的墨汁作為薄層涂敷到 合適的襯底上、例如塑料膜、紙或玻璃上。墨汁層的厚度通常為0.3 μπι和3.0 μπι之間。為 了涂敷墨汁層，可以使用多種不同的印刷方法。常常使用絲網(wǎng)印刷、輥到輥方法或噴墨印刷 (墨汁噴射印刷)。
[0009] 在制造印制電子設(shè)備時(shí)所使用的墨汁包含高份額的小金屬顆粒，所述金屬顆粒的 顆粒大小常常處于納米范圍中。金屬顆粒分散在含水或有機(jī)分散劑中。除此之外，墨汁可 以包含有機(jī)添加物，譬如以用于更好的顆粒結(jié)網(wǎng)、可溶性、可潤濕性或者用于防止結(jié)塊，但 是也可以包含含水添加物以用于墨汁的更好的可加工性。為了獲得襯底的導(dǎo)電和持久的涂 層，需要在第二方法步驟利用照射裝置干燥并燒結(jié)墨汁涂層。
[0010] 這樣的用于制造印制電子設(shè)備的照射裝置例如從US 2010/0003021 Al中公知。該 裝置具有輻射源，該輻射源適于發(fā)射具有可見、紅外和/或紫外范圍內(nèi)的波長的輻射。除此 之外，該裝置包括用于根據(jù)硬化的涂層的光學(xué)特性來調(diào)節(jié)照射的調(diào)節(jié)單元。該調(diào)節(jié)單元以 光學(xué)方式檢測涂層的硬化的程度，并且據(jù)此調(diào)節(jié)總共由輻射源發(fā)射的照射功率。
[0011] 即使在該裝置的情況下，當(dāng)紅外輻射器應(yīng)當(dāng)被用于照射不同襯底時(shí)，也經(jīng)常需要 換裝紅外輻射器。
[0012] 技術(shù)任務(wù) 因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明一種有效的運(yùn)行方法，該運(yùn)行方法能夠以新的運(yùn)行 方式實(shí)現(xiàn)裝置的簡單和快速的換裝并且同時(shí)能夠簡單和成本適宜地運(yùn)行該裝置。
[0013] 此外，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種裝置，該裝置可以以新的運(yùn)行方式簡單并 且快速被換裝并且此外可以簡單和成本適宜地運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 關(guān)于該運(yùn)行方法，根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)從開頭所述類型的一種用于對襯底進(jìn)行改 性的裝置的運(yùn)行方法出發(fā)來解決，其方式是： (C)根據(jù)襯底的要實(shí)現(xiàn)的改性預(yù)先給定額定輻射譜； (d) 并且個(gè)別化地選擇紅外輻射器的相應(yīng)的額定運(yùn)行功率，使得由所述額定運(yùn)行功率 相加得出額定輻射譜和總照射功率； (e) 所依照的準(zhǔn)則是：紅外輻射器是相同構(gòu)造的，并且總照射功率與預(yù)先給定的額定值 相差最大15%。
[0015] 被用于對襯底進(jìn)行改性的裝置具有用紅外輻射照射襯底的照射單元。在所述裝置 中，照射單元和襯底可以規(guī)律地相對于彼此移動。從照射單元發(fā)射的輻射一方面由其照射 功率、并且另一方面由其輻射譜來表征。
[0016] 總照射功率影響襯底在照射期間的升溫；總照射功率確定襯底在照射期間所具有 的溫度最大值。過高的總照射功率原則上可能伴隨著襯底的損傷。
[0017] 而輻射譜影響照射過程的效率。有效的照射過程常常需要具有預(yù)先給定波長范圍 內(nèi)的高輻射份額的輻射。尤其是在具有高度依賴于溫度的吸收譜或者由多個(gè)具有不同頻譜 特性的組分組成的熱敏感襯底的情況下，發(fā)射譜可能影響照射方法的效率；所實(shí)現(xiàn)的發(fā)射 譜時(shí)常決定照射方法究竟是否能夠被執(zhí)行。
[0018] 因此，對于許多照射過程所期望的是，既能夠調(diào)整總照射功率、又能夠調(diào)整輻射 譜。
[0019] 為了在用于照射襯底的裝置中既能夠調(diào)整總照射功率、又能夠調(diào)整由紅外輻射器 發(fā)射的輻射譜，根據(jù)本發(fā)明首先設(shè)置多個(gè)紅外輻射器，所述紅外輻射器分別可以以個(gè)別化 的額定運(yùn)行功率運(yùn)行。
[0020] 紅外輻射器屬于熱輻射器，所述熱輻射器的發(fā)射譜基本上依賴于其加熱元件的溫 度。該發(fā)射譜在所述輻射器的情況下在確定的波長處具有最大能量密度；所屬波長被稱為 主發(fā)射線。
[0021] 主發(fā)射線的位置由紅外輻射器的溫度來確定。紅輻射器越冷，則主發(fā)射線的波長 越大。因此，通過合適地選擇紅外輻射器的溫度，可以調(diào)整主發(fā)射線。同時(shí)伴隨著溫度的改 變而來是的波長分布、即總頻譜的改變。由紅外輻射器發(fā)射的頻譜的波長分布可以近似地 通過普朗克輻射定律來描述。于是，可以通過如下公式來描述材料的發(fā)射譜功率：
其中E (λ，T ):發(fā)射譜功率，C^C2:常數(shù)，A :波長，T :溫度，并且（λ，T)是表面的 頻譜發(fā)射率。
[0022] 輻射譜的這種匹配對于紫外輻射器基本上是公知的。因此，從DE 101 45 648 Al 中公知一種紫外照射裝置，其輻射譜一方面可以通過多個(gè)具有不同發(fā)射譜的輻射源來調(diào) 整，并且另一方面可以通過匹配紫外輻射器的運(yùn)行功率來調(diào)整。但是在紫外輻射器的情況 下，通過改變功率輸送，僅能提高或降低全部輸送的能量量。而能量關(guān)于波長的分布僅僅輕 微地改變。因此，在這樣的照射裝置的情況下變得非常重要的是設(shè)置不同的輻射源。
[0023] 雖然紫外輻射器在以減小的運(yùn)行功率運(yùn)行時(shí)同樣顯示出較小的輻射器溫度。但是 頻譜的匹配在此所基于的是，通過溫度變化，紫外輻射器的放電室中的氣體組成被改變，其 方式例如是，填充氣體的金屬添加物在放電室中冷凝；因此其不能容易地被傳輸?shù)郊t外輻 射器上。
[0024] 雖然在紅外輻射器的情況下發(fā)光管也常常被填充惰性氣體，使得實(shí)現(xiàn)加熱元件的 高的溫度并由此實(shí)現(xiàn)紅外輻射器的高功率。但是惰性氣體不顯著地促進(jìn)紅外光譜范圍中的 發(fā)射，并且在紅外輻射器冷卻時(shí)未觀察到氣體組成的改變。
[0025] 在照射單元中布置的紅外輻射器分別具有個(gè)別化的發(fā)射譜和個(gè)別化的照射功率。 關(guān)于整個(gè)照射單元，紅外輻射器的個(gè)別化的輻射譜在形成混合譜的情況下彼此重疊。總照 射功率是關(guān)于輻射器裝置的發(fā)射面的以瓦特為單位的積分照射功率。因?yàn)檎丈鋯卧目傉?射功率是通過單體照射功率之和得出，所以可以通過改變輻射器數(shù)目來調(diào)整總照射功率。 在此，紅外輻射器既可以以相同的運(yùn)行功率運(yùn)行，又可以以不同的運(yùn)行功率運(yùn)行，使得襯底 由頻譜的重合決定地而用與預(yù)先給定的