脉冲发光二极管烧结制造技术

本公开涉及用于具有金属纳米粒子的导电油墨组合物的光子烧结的系统和方法。具体地说，本公开涉及用于使用包括脉冲发光二极管(LED)阵列的照明源来烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统。

Pulse led sintering

The present disclosure relates to systems and methods for photon sintering of conductive ink compositions with metal nanoparticles. In particular, the present disclosure relates to methods and systems for sintering ink compositions with metal nanoparticles using a lighting source including a pulsed light emitting diode (LED) array.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脉冲发光二极管烧结
技术介绍
本公开涉及用于具有金属纳米粒子的导电油墨组合物的光子烧结的系统和方法。具体地说，本公开涉及使用包括脉冲发光二极管(lightemittingdiode；LED)阵列的照明源来烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统。印刷电路板通常通过使用提取方法(例如蚀刻)的光刻术来制造。这种制造方法通过将导电膜置于衬底上并将耐酸材料(抗蚀剂)仅涂布在对应于电路图案的部分上而形成导电线，且通过溶解去除导电膜中没有电路以及腐蚀溶液的部分蚀刻导电膜的不必要部分，从而只留下必要的导电线。然而，由于层压板的形成过程，抗蚀剂涂布、抗蚀剂蚀刻和清洗等是复杂的，需要经常不能连续进行的许多阶段，因此制造过程需要大量的时间并且因此增加了生产成本。另外，在制造过程期间产生的排出溶液会引起环境问题，在许多情况下需要例如中和等处理，这也会导致制造成本的增加。使用电路板的增材制造过程可以部分地解决这些缺点中的一些，例如通过使用导电油墨在衬底上直接印刷电路图案。在增材制造过程中，导电油墨烧结可大致分为热烧结和激光烧结。然而，由于商用热烧结和激光烧结方法需要高能量和长烧结时间，因此例如成本增加的问题仍然存在。因此，需要一种使用容易获得的能源的系统和方法，其将解决上述一些缺陷。
技术实现思路
在各种实施例中，公开了使用脉冲发光二极管烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统。在一实施例中，本文中提供了一种烧结金属粒子的方法，包括：用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；将金属纳米粒子组合物的涂布图案在给定方向上以预定衬底速度暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列。在另一实施例中，本文中提供了一种烧结金属粒子的方法，包括：用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；在给定方向上以预定衬底速度将金属纳米粒子组合物的涂布图案暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列，其中LED基本上是单色的，从而发射波长对应于金属纳米粒子的平均大小相依(D2,1)表面等离子共振(surfaceplasmonresonance；SPR)峰值波长的光。在又一实施例中，本文中提供了一种烧结金属粒子的方法，包括：用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；在给定方向上以预定衬底速度将金属纳米粒子组合物的涂布图案暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列，其中LED基本上是单色的，且金属平均纳米粒子粒径(D2,1)对应于单色LED的峰值波长光发射，其被配置成产生表面等离子共振。当结合附图和实例阅读以下详细描述时，用于使用脉冲发光二极管阵列烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统的这些和其它特征将变得显而易见，所述附图和实例是示例性的而非限制性的。附图说明为了更好地理解使用脉冲发光二极管烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统，关于其实施例参考所附实例和附图，其中：图1A是示出能够实现图1B所描述方法的系统的实施例的示意图，图1B示出了具有可调角度LED阵列的实施例；图2是示出使用所描述和要求保护的方法烧结的导电图案的照片；图3是描绘粒子表面上的电子气的集体纵向激发的示意图；且图4描绘了根据本文所描述的方法的实施例的烧结层。当结合附图和实例阅读以下详细描述时，使用脉冲发光二极管烧结具有金属纳米粒子的油墨组合物的方法和系统的这些和其它特征将变得显而易见，所述附图和实例是示例性的而非限制性的。具体实施方式本文提供了使用脉冲发光二极管烧结具有金属纳米粒子的导电油墨组合物的系统和方法的实施例。在一实施例中，本文提供了一种烧结金属粒子的方法，包括：用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；将金属纳米粒子组合物的涂布图案在给定方向上以预定衬底速度暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列。考虑在衬底上涂布图案的各种方法，包含例如浸涂、棒涂、刮刀涂布、刮涂、气刀涂布、凹版涂布、辊涂、狭缝涂布、滑动涂布、幕涂、LangmuirBlodgett涂布、喷涂、旋涂、喷墨印刷、浆料沉积等。代替连续LED，使用如本文所述和要求保护的脉冲LED可能是有利的，这是由于脉冲LED仅加热银纳米粒子的顶层，而没有高热容以使银周围的电介质过热的能力。与宽带光子源相比，使用LED的附加特征-调整LED波长使得银纳米粒子比周围的电介质材料更大程度地吸收光谱将能够选择性地加热和烧结金属(例如，银)。此外，可以不顾及等离子峰值而使用本文所述的方法和系统中的脉冲LED，只要金属纳米粒子或导电油墨特性(例如，溶剂或添加剂颜料)在特定波长下具有比介电环境更好的吸光率即可。在用于烧结具有金属纳米粒子的导电油墨组合物的方法中使用的LED可以是例如基本上单色的。LED可以被配置成发射波长对应于金属纳米粒子的平均大小相依(D2,1)表面等离子共振(SPR)峰值波长的光。应理解，单色LED的波长可以为导电油墨组合物的特定金属定制。组合物中的金属纳米粒子包括：银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、它们的盐、氧化物、前体，或包括前述物质的组合。如本文所用，关于使用脉冲LED影响金属组合物图案的烧结(参见例如图2、4)，术语“等离子”指的是由例如脉冲LED的外部电场激发的金属表面上的自由电子(例如，形成等离子共振实体的金属纳米粒子的自由电子)的集体振荡。因为电子是带电的，所以由于电子振荡引起的自由电子的密度分布而发生极化。将极化和电磁场组合的现象被称为“等离子共振”。术语“等离子共振实体”或“PRE”在本文中用于指代表现出结构的等离子共振特性的任何独立结构，包含(但不限于)两种等离子共振粒子(plasmonresonantparticle；PRP)和等离子共振粒子的组合或缔合，例如印刷的纳米粒子的图案。PRE可以包含单个PRP或两个或更多个PRP的聚集体，其在用电磁能(EMR)激发时表现出等离子共振特性。此外，“等离子共振粒子”或“PRP”在另一实施例中是指材料的单个片段或区段，例如球形粒子，其在用电磁能激发时引起等离子共振。当在光学区域中展现出显著的散射强度时，等离子共振粒子可以是“光学可观察的”，其包含从大约320纳米(nm)到几微米的波长。等离子共振粒子在人眼可检测的约400nm到700nm的波长带中展现出显著的散射强度时可以是“可目视观察的”。通过入射光与基本上自由传导电子的相互作用产生等离子共振。在某一实施例中，金属纳米粒子或实体具有在约25与600nm之间，例如在约40nm与约300nm之间的尺寸，例如D2,1直径。在所提供的某些组合物中使用的前体可以是在金属-有机分解化合物中使用的前体，例如草酸银、铜(II)乙二醇羧酸酯、用链烷醇胺进行化学改性的三仲丁醇铝(Al(O-sec-Bu)3)等。相反地，并且在另一实施例中，当使用球形银纳米粒子时，SPR峰值波长(例如，单色LED的波长)可以通过改变平均粒径(直径，D2,1)和粒子表面附近的局部折射率(通过使用预选的溶剂和/或其它添加剂)从390nm(紫光)调整为1100nm(NIR)。通过产生具有棒状或板状的银纳米粒子(换句话说，纵横比>>1)，可以实现SPR峰值波长向电磁光谱的近红外区域的较大位移。因此，并且在一实施例中，LED基本上是单色的，并且金属平均纳米粒子粒径(D2,1)对应于单色LED的峰值波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧结金属粒子的方法，其包括a.用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；和b.将金属纳米粒子组合物的涂布图案在给定方向上以预定衬底速度暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.24 US 62/476,2281.一种烧结金属粒子的方法，其包括a.用包括具有预定厚度的金属纳米粒子的组合物图案涂布衬底；和b.将金属纳米粒子组合物的涂布图案在给定方向上以预定衬底速度暴露于脉冲发光二极管(LED)阵列。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述LED基本上是单色的，从而发射波长对应于所述金属纳米粒子的平均大小相依(D2,1)表面等离子共振(SPR)峰值波长的光。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述LED基本上是单色的，并且金属平均纳米粒子粒径(D2,1)对应于单色LED的峰值波长光发射，其被配置成产生表面等离子共振。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述组合物中的所述金属纳米粒子包括以下中的至少一种：银、金、铜、铝、它们的盐、氧化物和前体。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中基本上单色的LED发射波长在约290纳米(nm)与约1100nm之间的光。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述LED被配置成提供约16瓦特/厘米与约10,000W/cm2之间的光强度。7.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述脉冲发光二极管(LED)阵列被配置成发射频率在约1.0kHz与约10.0MHz之间的光脉冲。8.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述阵列的衬底速度在2毫米/秒与约10毫米/秒之间。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述脉冲发光二极管(LED)阵列与所述衬底之间的角度偏离法线在约...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·埃德利茨，
申请(专利权)人：维纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL