[发明专利]烧结期间杂散光的减少

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请要求提交于2010年7月21日的临时申请序列案61/366,225的优先权，该申请以引用方式并入本文中。

发明背景

本公开涉及用于烧结特别是金属颗粒的系统和方法。

在处理具有细小颗粒的材料中，烧结是一种将金属颗粒加热和制备成彼此粘着到一起而形成连续金属薄膜的工艺。烧结系统和方法可能需要高温。在烧结基板上的金属的情况中，高温可能会损坏基板。纳米技术使得在比较大颗粒更低的温度下烧结形成于基板上的金属油墨成为可能。虽然金属具有具体熔融温度，但是作为金属的纳米级颗粒的纳米金属能在更低温度下熔融。使用脉冲光和/或高强度连续光的烧结系统能使用比常规烧结系统所使用的温度更低的温度将纳米金属彼此结合并结合到基板上。

烧结具有广泛的应用，诸如在新兴的印刷电子装置领域中。印刷电子装置包括印刷电功能性装置，包括但不限于照明装置、电池、超级电容器和太阳能电池。印刷电子装置可以比用于制备这样的装置的常规方法成本更低且更高效。

附图简述

附图中示出了某些实施方案的特征和优点。

图1是示出条带化问题的系统和方法的示意图。

图2是不同能级对导电油墨的影响的图形表示。

图3是用于在烧结期间使用掩模减少杂散光的系统和方法的示意图。

详细说明

诸如包括纳米金属的导电油墨可用辐射能烧结，该辐射能可包括脉冲光、高强度连续光、紫外光、辐射、以及热能的组合。例如，可以使用UV闪光灯。该灯提供UV辐射和热能(并且还包括在可见光范围内和红外范围内的能量)。当颗粒被烧结时，其形成连续的导电路径，该导电路径的电导率远高于颗粒在烧结前的电导率。

当在片材或移动的幅材上操作时，存在此处称为“条带化”的现象的潜在问题。当朝诸如脉冲灯的辐射源的主要能量移动的基板在到达将进行烧结的点之前已经暴露于杂散光时，将发生条带化。杂散光可能造成导电油墨仅部分地被烧结并且转变为块体状态(bulk state)。在块体状态下，导电油墨不再是纳米颗粒并且因此在较高温度下熔融，但材料可能不充分地烧结成具有所需电导率。因此，当工件的所需部分到达要烧结的位置时，较低温度下的脉冲光和/或高强度连续光可能不当地烧结金属。当工件例如在输送机上彼此靠近，并且工件在其处于要烧结的合适位置之前暴露于杂散光/能量时，也可能出现这个问题。

条带化现象可能在各种纳米金属中发生，包括但不限于铜、银、金、钯、锡、钨、钛、铬、钒、铝、以及它们的合金。在一些实施方案中，所公开的系统和方法防止了铜纳米金属的部分烧结。在低于第一阈值范围的辐射能级处，将不会有烧结。在高于该第一阈值和低于第二阈值下，铜纳米颗粒仅部分地烧结，但达不到所需电导率水平。这种材料的电导率高于未烧结的纳米颗粒的电导率，但不会和接收在高于第二阈值范围的优选范围的辐射能级的材料一样高。当部分烧结的材料以应足以将未烧结的纳米颗粒转变为完全导电状态的强度暴露于辐射能级持续第二时间时，先前部分地烧结的纳米颗粒的电导率并未改善。

这种现象展示在图1和图2中。图1是诸如闪光灯系统的灯系统的表示，该系统具有灯100、反射器102和在方向106上在输送机上移动的工件104。工件104可包括带有在导电油墨的顶部(未示出)上的迹线的基板，导电油墨具有诸如铜纳米颗粒的纳米颗粒。由箭头108表示的能量足以烧结导电油墨以获得所需的电导率水平。来自虚线箭头110的能量足以部分地烧结导电油墨，但是导致迹线不具有所需电导率。因为行进方向106向右，所以这通常仅是左手侧112的潜在问题。当左侧的部分到达暴露于由箭头108表示的能量的部分时，其可能被部分地烧结，并且能量因此对于完成烧结过程来说是低效率的。

图2通过图形以一般方式反映了该问题。当能量低于第一阈值Thl时，不存在烧结。当能量高于第三阈值Th3时，基板可能被损坏，至少对于诸如纸张、聚酯和其它的某些基板来说是这样。当能量高于第二阈值Th2且低于阈值Th3时，能量对于将迹线的电导率增加至所需水平来说是有效的。当能量在阈值Thl和Th2之间时，仅存在部分烧结，这种烧结至少在一些材料中能有助于防止完全有效烧结，即使导电油墨暴露于高于Th2的能量。因此，希望处于以Th2和Th3为界的区域中，如图2的阴影线所示。阈值可取决于系统和(多个)工件中的各种因素，例如，要烧结的材料的类型、其几何形状、以及基板的性质。