用于在移动基板上提供瞬态热分布处理的装置制造方法及图纸

公开了一种用于使用来自闪光灯的脉冲光热处理低温基板上的材料的方法和装置。将材料传送通过闪光灯。由脉宽调制来形成光脉冲，以设计脉冲的形状从而在基板上生成热梯度，使材料能够被加热到超出基板的最大加工温度而不会损坏。其整形的脉冲速率与传送系统的传送速度同步。通过使用来自反馈传感器的信息，重新计算热梯度以实时地改变脉冲形状，用于实时地优化随后的固化而不对固化装置断电。组合的脉冲整形和同步允许设计在传送方向上均匀固化的样品的温度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于固化基板上的薄膜的装置，并且更具体地，涉及用于提供在移动基板上的薄膜的瞬态热分布处理的装置。
技术介绍
通常基板的特性限制薄膜的热处理。由于基板的成本可能是最终产品的整个成本的重要部分，通常优选廉价基板。廉价基板，例如聚合物或纤维素，趋于比更昂贵的基板(例·如，玻璃或陶瓷)具有更低的最大加工温度。因此，当在低温度基板上热处理薄膜时，典型地将整个基板叠层加热到基板的最大加工温度，以使处理时间最小化。一些薄膜材料要求与低温度基板不兼容的更高等级的热处理。解决方案可以是增加处理时间或增加温度的形式。前一解决方案通过降低吞吐量而增加了成本并且对于许多类型的薄膜仍然可能是不足的。后一解决方案通常要求使用能够经受更高处理温度的更为昂贵的基板。因此，从经济的角度来看，两种解决方案都不是所期望的。
技术实现思路
当由于特殊应用可能要求特定特性而导致在实践上不能使用低温基板时，仍然希望快速地处理材料。例如，在高速处理期间需要控制瞬态热分布，以避免因热应力而损坏材料。因此，希望提供以相对高速度来热处理薄膜叠层而不损坏它们的装置。根据本专利技术的优选实施方式，热处理装置包括计算机控制系统、传送系统、闪光灯控制器和闪光灯。计算机控制系统包括模拟程序，以允许用户定制设计用于固化特殊薄膜叠层的特定热分布。包括电源和闪光灯驱动器的闪光灯控制器，调制脉冲宽度以实现薄膜叠层的特定热分布。闪光灯控制器发送脉宽调制的光以固化薄膜，同时传送系统相对于闪光灯移动所述薄膜。来自一个或多个传感器的输入由计算机控制系统接收，并且由热模拟器处理以将所期望的热处理分布发送到控制计算机系统。在下面详细书写的说明书中，将会更加了解本专利技术的所有特征和优点。附图说明当结合附图进行阅读时，通过参考下面对示例性实施方式的详细说明可以更好地理解本专利技术自身，以及优选的使用模式、其他目的和本专利技术的优点，其中图I是根据本专利技术优选实施方式的热处理装置的示意图；图2是来自图I的热处理装置中的闪光灯控制器的框图；图3至9是各种模拟热分布的波形。具体实施例方式当在低温度基板上利用脉冲光瞬时处理薄膜时，希望控制到基板的热分布。当瞬时加热时，如果对低温基板进行快速加热和快速冷却，可能将低温基板上的薄膜加热到远超过低温基板的最大加工温度且不损坏。这样允许选择与较高温度基板相比具有更低最大加工温度的基板，其中较高温度基板通常总是更为昂贵。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯具有150°C的最大加工温度。如果加热时间非常短并且冷却速度非常快，则在PET表面上可将薄膜可以加热到超过1000°C。通过固化光脉冲的形状以及薄膜和基板的物理特性和尺寸来确定加热时间和冷却速度。热处理的优化通常涉及对热分布的控制。在工业热处理领域，“控制热分布”通常意味着在时间上控制材料的温度。简单的热分布以坡升(ramp-up )阶段为开始，其中在坡升阶段中在特定时间量内以特定速率增加温度，随后是“均热”或恒定温度阶段，并且以坡降阶段为结束，其中在坡降阶段中在特定时间量内以特定速率降低温度。坡升和坡降热分布的目的是避免被处理的材料中的热梯度。 时间改变材料的温度以实现用于材料的温度对时间分布。在连续处理中，将各种区域保持在不同的温度并且传送材料通过各种区域，从而实现用于材料的温度对时间分布。在批量和连续处理中，要被处理的材料通常处于热平衡。这些通常的方法应用到热加热以及微末、射频、感应加热、辐射加热等。对于本专利技术，“控制热分布”意味着在时间和空间上控制薄膜叠层(例如基板上的薄膜)的温度。此处介绍的热处理基本上是批量处理，但是实际中，由于其连续地处理被传送的材料，所以它是连续的，例如传送器上的移动网或片。对于本专利技术，热处理或固化包括干燥(驱离溶剂)、颗粒烧结、致密化、化学反应初始化、化学反应调制、相转换、晶粒增长、退火、表面官能化、热处理等。当在热脆性基板上热处理材料时，热脆性基板例如是纸、塑料、或聚合物，当固化是强烈的和瞬态的而不是连续平衡处理时，由于材料中可能达到的且不损坏基板的温度更高，可以达到更好的固化。相比于传统热处理，本专利技术有意地避免处理过程中的热平衡。现在，参照附图并且特别地参照图1，图I描述了根据本专利技术优选实施方式的固化装置的示意图。如图所示，固化装置100包括传送系统110、具有闪光灯150的闪光灯头120和闪光灯控制器130。低电感电缆125连接在闪光灯控制器130和闪光灯头120之间。传送系统110移动薄膜叠层140通过闪光灯头120，且闪光灯控制器130将使用脉宽调制(PWM)的电流的整形脉冲提供给闪光灯头150，使得整形的脉冲与传送系统110上薄膜的传送速度同步。薄膜叠层140包括放置在诸如聚合物或纸的低温基板上的薄膜。优选地，闪光灯150是利用诸如氙、氪、氩的气体填充的密封闪光灯。闪光灯150还可以是水冷壁闪光灯，有时被称为定向等离子体电弧(DPA)灯。闪光灯控制器130包括控制计算机160。控制计算机160优选地包括处理单元、输入设备(例如键盘、鼠标、触摸屏等)、以及输出设备(例如，监视器)，上述设备是所属领域的技术人员所熟知的。对于本实施方式，控制计算机160为运行在3GHz且具有2GB系统内存的双核机器。为了脉宽调制给定持续时间的脉冲序列，需要每个单独脉冲相对较短，以提供脉冲整形(shaping)。此外，由于对于部分时间没有开启脉冲，脉冲需要比提供单个脉冲的源具有更高的强度。因此，固化装置100需要能够以超过lOOkW/cm2的峰值功率提供短至10微秒的脉冲长度。此外,用于脉冲的PWM频率可以如快至50kHz。每个脉冲包括形成整形脉冲的至少两个微脉冲。这允许为最佳固化定制薄膜叠层140的温度分布。在其最简单的形式中，包括均匀微脉冲的整形脉冲具有六个变量或控制参数i.强度(电压)，ii.脉冲长度，iii.在薄膜叠层上任意指定区域中入射在基板上的脉冲的平均数量，iv.脉冲重复频率，v.微脉冲的数量以及vi微脉冲的占空比。当微脉冲不均匀时，还指定每个微脉冲的持续时间和延迟，结果是8个控制参数。可以连续地并且即时(onthe fly)改变到闪光灯的功率递送系统的8个变量。这允许响应于在固化之前或之后的传感器数据，使固化参数实时适应膜或基板的改变。这两个量产生具有优化且一致结果的固化膜，并且具有比现有技术显著更高的产量，其中现有技术要求系统断电(power down)几分钟以改变任意脉冲特性。此外，可以在大约0. 1%分辨率内连续改变脉冲特性，其导致对固化的更为紧凑(tighter)的优化控制。现有技术具有离散的改变。控制参数初始地输入如下所述的热模拟，并且随后将这些参数用作到闪光灯控制器130的输入。·来自闪光灯150的光脉冲的形状以及薄膜和基板的物理特性和尺寸，可以影响热梯度和对薄膜进行处理而不损坏基板的随后的温度。因此，固化装置100还包括用于收集来自固化装置100的不同部分的各种信息的多个传感器(未示出)。将来自传感器的收集信息和用户输入馈送回计算机控制系统160，在计算机控制系统中可对热分布进行重新计算。使用重新计算的热分布，当在闪光灯150下传送薄膜叠层时，闪光灯控制器130控制闪光灯150递送给薄膜叠层的光的波形。可以使用传感器来测量处理的产品性能的直接或间接指示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：K·A·施罗德，S·C·麦克库，D·K·杰克逊，
申请(专利权)人：NCC纳诺责任有限公司，
类型：
国别省市：