用于干燥和烧结在基质上的含有金属的墨水的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于干燥和烧结在基质上的含有金属的墨水的已知的装置具有用于辐射基质的光学的多个辐射器和用于将辐射反射到基质上的反射器。在此，辐射器和基质在传输方向上能够彼此相对运动。为了基于此来说明用于干燥和烧结含有金属的墨水的高效的装置，该装置实现了基质的均匀的辐射，该装置具有紧凑的结构形式且还可以简单和在花费上有利地制造，则根据本发明专利技术提出的是，光学的辐射器是带有柱筒状的辐射器管和辐射器管纵轴线的红外辐射器，该红外辐射器发射带有总辐射器功率的至少30%的IR-B辐射的辐射份额和总辐射器功率的至少5%的IR-C辐射的辐射份额的辐射且所述红外辐射器如此地布置在辐射器模块中，即其辐射器管纵轴线彼此平行地且横向于传输方向走向，且在此在基质的表面上如此地辐射辐射区域，从而该辐射区域分为干燥区以及在传输方向上观察被后置于干燥区的烧结区，其中干燥区沿着在传输方向上走向的中轴线所经受的平均辐射密度相比于烧结区所经受的平均辐射密度小了至少15%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于干燥和烧结在基质上的含有金属的墨水的装置，该装置包括用于辐射基质的多个光学的辐射器和用于将辐射反射到基质上的反射器，其中辐射器和基质在传输方向上能够相对移动。用于干燥和烧结含有金属的墨水的装置在本专利技术的意义中用于硬化印刷层；所述装置例如应用在电子开关元件的制造中，尤其应用在RFIDs、有机光伏(Photovoltaik)、OLEDs或印刷电池的制造中。
技术介绍
已知的是，能够通过印刷方法简单和在花费上有利地制造电子开关元件。这样的电子开关元件因此也描述为印刷电子装置、“Printed Funct1nalities印刷功能件”或“Printed Electronics 印刷电子装置”。在印刷电子装置的制造中，含有金属的墨水首先在第一方法步骤中借助于印刷方法作为薄层安设到合适的基质上、例如塑料膜、纸或玻璃上。墨水层的厚度通常位于0.3 μπι和3.0 μπι之间。对墨水层的安设而言，能够应用多个不同的印刷方法。通常使用丝网印刷、卷对卷(Ro 11 e-zu-Ro lie )方法或喷墨印刷(ink-jet printing)。在喷墨印刷中，将含有金属的墨水从喷墨印刷机以滴的方式传送到基质上。它算作数字印刷方法，因为在该方法中每个映像全新地生成。在印刷电子装置的制造中所使用的墨水包含较高份额的小金属颗粒，该金属颗粒的微粒尺寸通常位于纳米范围中。金属颗粒分散到含水的或有机的分散介质中。此外，墨水能够包含有机的添加剂、例如用于更好的颗粒交联、溶解性、润湿性或用于阻碍附聚，当然也包含用于墨水的更好的可加工性的含水的添加剂。为了获得能够导电的和持久的基质的覆层，需要在第二方法步骤中干燥和烧结墨水层。首先进行的干燥过程用于，除去墨水的挥发性的组成部分、例如有机的添加剂或分散剂。但是在存留在基质上的金属颗粒覆层上，金属颗粒首先作为单个的颗粒存在，该颗粒必须通过紧接的烧结过程彼此连接，以便获得可导电的覆层。例如带有由银制成的纳米颗粒的墨水可达较高的导电性，该墨水具有大约50%的固体含量。在印刷电子装置的制造中应用多种干燥和烧结方法。例如，墨水层的干燥通过使用加热的气体来实现。例如空气、氮气或惰性气体适用作为所述气体。但是因为为了制造印刷电子装置通常使用由带有受限的热稳定性的塑料制成的基质，则所加热的气体的温度不能够任意高地选择。因此在大多情况下，通过使用加热的气体仅实现了覆层的干燥。此夕卜，用于干燥覆层的气体的使用要求较高的位置需求且导致较长的工艺时间。但是为了保证快速的干燥和烧结工艺，因而使用用于利用光学辐射来辐射被覆层的基质的辐射源。在这些装置中，不仅使用UV辐射源、例如水银蒸气放电灯或LED，也使用发射NIR辐射的辐射源、例如脉冲的氙和氪闪光灯或NIR激光二极管。因此US 2010/0003021 Al已知一种用于利用例如以氙闪光灯为形式的单个的辐射源来干燥和烧结含有金属的墨水的装置，该辐射源适合于发出带有在可见光、红外光和/或UV范围中的波长的辐射。该装置还包括用于依据硬化的覆层的光学特性来调节辐射的调节单元。但是，氙闪光灯具有几个缺点；所述氙闪光灯通常产生带有较高的功率密度的辐射且比较昂贵。此外，在应用氙闪光灯的情况中，辐射区域不是始终被辐射。尤其在基质和闪光灯的快速相对运动中，辐射区域能够被不均匀地辐射。这能够具有对含有金属的墨水的挥发性的组成部分的均匀的蒸发的影响。此外示出的是，用于同时干燥和烧结含有金属的墨水的单个的辐射源的应用能够导致不完全进行的烧结工艺。同时，被完成的干燥和烧结工艺能够导致的是，已经使用了表面的烧结，而覆层的位于更深的层中的挥发性的组成部分还没有完全地蒸发。如果这些挥发性的组成部分在共同的干燥和烧结工艺期间进一步加热，则能够出现微观的爆炸，该爆炸能够损坏已经烧结的层。这样的爆炸通常损坏所述层的导电性。为了避免这些缺点，在US 2013/0043221 Al (其里面已知开文提到类型的装置)中建议的是，为了蒸发挥发性的组成部分，第一闪光灯设有较低的辐射功率，且在该闪光灯之后、沿着基质的传输方向观察配设有带有更高的辐射功率的用于烧结覆层的独立的第二闪光灯。
技术实现思路
技术任务 两个辐射源的独立布置的前提是较大的结构空间，辐射源布置在该结构空间中；这种布置损害了所述装置的紧凑的结构。带有多个闪光灯的装置还制造繁琐且贡献了较高的制造成本。闪光灯还具有上文提到的缺点；所述闪光灯昂贵且通常设计用于较高的辐射密度。因此本专利技术所针对的任务在于，说明用于干燥和烧结含有金属的墨水的高效的装置，该装置实现基质的均匀的辐射、具有紧凑的结构形式且还可以简单和在花费上有利地制造。本专利技术的一般说明: 该任务基于开文提到类型的用于干燥和烧结含有金属的墨水的装置根据本专利技术通过以下方式来解决，即光学的辐射器是带有柱筒状的辐射器管和辐射器管纵轴线的红外辐射器，该红外辐射器发射带有总辐射器功率的至少30%的IR-B辐射的辐射份额和总辐射器功率的至少5%的IR-C辐射的辐射份额的辐射且该红外辐射器如此地布置在辐射器模块中，即其辐射器管纵轴线彼此平行地且横向于传输方向走向，且在此在基质的表面上如此地辐射辐射区域，从而该辐射区域分为干燥区以及在传输方向上观察被后置于干燥区的烧结区，其中干燥区沿着在传输方向上走向的中轴线所经受的平均辐射密度相比于烧结区所经受的平均辐射密度小了至少15%。基于所属类型的、用于干燥和烧结含有金属的墨水的装置根据本专利技术建议了两种变型，其中一种变型涉及光学的辐射器的类型且另一种变型涉及光学的辐射器在配设给辐射区域的辐射器模块内的布置。—般的想法是，如果对此使用产生在可见光或IR-A区域中的窄带的或离散的发射频谱的光学的辐射器，则获得在含有金属的墨水的干燥和烧结中的较好的方法结果(对此请见文南犬:Z.Radivojevic et al.:0pt1- mised curing of silver inkjetbased printed traces, Proceedings of 12th Internat1nal Workshop on ThermalInvestigat1ns of ICs -Therminic 2006， Nice: France (2006); R.Cauchois etal.:1mpact of variable frequency microwave and rapid thermal sintering onmicrostructure of inkjet-pnnted silver nanoparticies， J.Mat.Sei 47， (2012)，p.20; J.West et al.: Photonic Sintering of Silver Nanoparticies: Comparisonof Experiment and Theory, in Volodymyr Shatokha : Sintering- Methods andProducts.1nTech:2012; A.Khan et al.:Laser sintering of direct write silvernano-1nk conductors fo本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于干燥和烧结在基质上的含有金属的墨水的装置，该装置具有用于辐射基质的多个光学的辐射器和用于将辐射反射到基质上的反射器，其中辐射器和基质能够在传输方向上彼此相对运动，其特征在于，光学的辐射器是带有柱筒状的辐射器管和辐射器管纵轴线的红外辐射器，该红外辐射器发射带有总辐射器功率的至少30%的IR‑B辐射的辐射份额和总辐射器功率的至少5%的IR‑C辐射的辐射份额的辐射且该红外辐射器如此地布置在辐射器模块中，即其辐射器管纵轴线彼此平行地且横向于传输方向走向，且在此在基质的表面上如此地辐射辐射区域，从而该辐射区域分为干燥区以及在传输方向上观察被后置于干燥区的烧结区，其中干燥区沿着在传输方向上走向的中轴线经受的平均辐射密度相比于烧结区经受的平均辐射密度小了至少15%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H齐辛格，J韦伯，S利诺夫，O魏斯，
申请(专利权)人：贺利氏特种光源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE