一、技術簡介

光子燒結是使用閃燈的脈沖光對薄膜進行高溫熱處理。當在塑料或紙張等低溫基材上進行這種瞬時處理時，可以達到比基材在烤箱等平衡加熱源下通?？沙惺艿臏囟雀叩枚嗟臏囟?/span>，而不會損壞基材。由于大多數(shù)熱固化過程（干燥、燒結、反應、退火等）的速率通常隨溫度呈指數(shù)增加（即它們遵循阿倫尼烏斯方程），因此該過程可使材料比使用烤箱固化得更快。

（注：?阿倫尼烏斯方程是描述化學反應速率常數(shù)隨?溫度變化關系的經(jīng)驗公式，其基本形式為k=Ae?Ea/RT，其中k是反應速率常數(shù)，A是指前因子（也稱為頻率因子），E_a是?活化能，R是?摩爾氣體常數(shù)，T是?熱力學溫度。這個公式最早由?瑞典化學家阿倫尼烏斯在1889年提出，用于解釋化學反應速率與溫度之間的關系）。

基材不損壞考慮兩個因素：1) 熱過程隨著溫度升高而呈指數(shù)級發(fā)展；2) 對聚合物基材的熱損傷通常需要有限的時間。在一定范圍內(nèi)，時間越短，材料在不發(fā)生損壞的情況下可以承受的溫度越高。對于聚合物或紙張基材，可以達到的最終溫度恰好低于其氣化溫度。結果是，強脈沖光可以在幾百微秒內(nèi)處理低溫基材上的薄吸收膜，其處理效果與烤箱中的10分鐘一樣好甚至更好。由于基材通常比目標薄膜吸收來自閃燈的光能更少，因此可以選擇性地打印薄膜，只加熱薄膜。

它已成為印刷電子產(chǎn)品制造中使用的一種變革性工藝，因為它允許使用廉價且靈活的基材替代傳統(tǒng)的玻璃或陶瓷基材。此外，光子燒結提供的高溫處理可成倍縮短處理時間，通常從幾分鐘縮短到幾毫秒，從而提高吞吐量，同時保持較小的機器占用空間。

二、傳熱動力學

光子燒結主要依賴于閃燈打開期間（通常在100 μs到100 ms之間）從燈到目標物體的輻射熱傳遞。輻射熱撞擊該物體后，將發(fā)生通過物體的熱傳導和與材料接觸的大氣的對流損失，直到物體接近熱平衡。由于閃燈脈沖的強度和持續(xù)時間短，目標物體中可能會出現(xiàn)極端的熱梯度。這些極端梯度可用于僅將物體的某些部分暴露在高溫下。

對于大多數(shù)光子燒結應用，設計人員會考慮分層堆疊材料。固化曲線設計的目標是達到足夠的溫度以引起頂層或印刷品的燒結和金屬化，同時避免超過下面各層的玻璃化轉變溫度、熔化溫度或閃點。閃燈散發(fā)的熱量的瞬態(tài)熱過程同樣取決于目標材料頂層和底層的對流熱損失以及每層的厚度。對于厚層或導熱性低的層，可以在堆棧中較低層的溫度超過玻璃化轉變溫度或熔化溫度之前將熱量消散。這是光子燒結的關鍵特性，可用于固化低溫材料上的金屬和導電油墨和漿料。

三、應用方向

光子燒結在印刷電子產(chǎn)品的制造中用作熱處理技術，因為它允許用廉價且靈活的基板材料（例如聚合物或紙張）替代玻璃或陶瓷基板材料?？梢允褂闷胀ㄏ鄼C閃燈演示效果。工業(yè)光子燒結系統(tǒng)通常采用水冷，具有與工業(yè)激光器類似的控制和功能。脈沖速率足夠快，可以在超過100m/min 的速度下進行動態(tài)固化，使其適合作為卷對卷處理的固化工藝。材料加工速率可以超過1m²/s。

現(xiàn)代印刷電子產(chǎn)品對于客戶應用的復雜性日趨成熟，需要高吞吐量制造和改進的設備功能。印刷電子產(chǎn)品的功能至關重要，因為客戶對每個設備的要求更高。每個設備都設計了多層，需要更加通用的加工技術。光子燒結通過提供快速、可靠和變革性的處理步驟，非常適合滿足現(xiàn)代印刷電子產(chǎn)品制造中的加工需求。光子燒結可以降低現(xiàn)有材料的熱處理成本，并且可以為未來印刷電子產(chǎn)品中融入更先進的材料和功能提供途徑。