什么是光子烧结技术？

一、技术简介

光子烧结是使用闪灯的脉冲光对薄膜进行高温热处理。当在塑料或纸张等低温基材上进行这种瞬时处理时，可以达到比基材在烤箱等平衡加热源下通常可承受的温度高得多的温度，而不会损坏基材。由于大多数热固化过程（干燥、烧结、反应、退火等）的速率通常随温度呈指数增加（即它们遵循阿伦尼乌斯方程），因此该过程可使材料比使用烤箱固化得更快。

（注：‌阿伦尼乌斯方程是描述化学反应速率常数随‌温度变化关系的经验公式，其基本形式为k=Ae−Ea/RT，其中k是反应速率常数，A是指前因子（也称为频率因子），E_a是‌活化能，R是‌摩尔气体常数，T是‌热力学温度。这个公式最早由‌瑞典化学家阿伦尼乌斯在1889年提出，用于解释化学反应速率与温度之间的关系）。

基材不损坏考虑两个因素：1) 热过程随着温度升高而呈指数级发展；2) 对聚合物基材的热损伤通常需要有限的时间。在一定范围内，时间越短，材料在不发生损坏的情况下可以承受的温度越高。对于聚合物或纸张基材，可以达到的最终温度恰好低于其气化温度。结果是，强脉冲光可以在几百微秒内处理低温基材上的薄吸收膜，其处理效果与烤箱中的10分钟一样好甚至更好。由于基材通常比目标薄膜吸收来自闪灯的光能更少，因此可以选择性地打印薄膜，只加热薄膜。

它已成为印刷电子产品制造中使用的一种变革性工艺，因为它允许使用廉价且灵活的基材替代传统的玻璃或陶瓷基材。此外，光子烧结提供的高温处理可成倍缩短处理时间，通常从几分钟缩短到几毫秒，从而提高吞吐量，同时保持较小的机器占用空间。

二、传热动力学

光子烧结主要依赖于闪灯打开期间（通常在100 μs到100 ms之间）从灯到目标物体的辐射热传递。辐射热撞击该物体后，将发生通过物体的热传导和与材料接触的大气的对流损失，直到物体接近热平衡。由于闪灯脉冲的强度和持续时间短，目标物体中可能会出现极端的热梯度。这些极端梯度可用于仅将物体的某些部分暴露在高温下。

对于大多数光子烧结应用，设计人员会考虑分层堆叠材料。固化曲线设计的目标是达到足够的温度以引起顶层或印刷品的烧结和金属化，同时避免超过下面各层的玻璃化转变温度、熔化温度或闪点。闪灯散发的热量的瞬态热过程同样取决于目标材料顶层和底层的对流热损失以及每层的厚度。对于厚层或导热性低的层，可以在堆栈中较低层的温度超过玻璃化转变温度或熔化温度之前将热量消散。这是光子烧结的关键特性，可用于固化低温材料上的金属和导电油墨和浆料。

三、应用方向

光子烧结在印刷电子产品的制造中用作热处理技术，因为它允许用廉价且灵活的基板材料（例如聚合物或纸张）替代玻璃或陶瓷基板材料。可以使用普通相机闪灯演示效果。工业光子烧结系统通常采用水冷，具有与工业激光器类似的控制和功能。脉冲速率足够快，可以在超过100m/min 的速度下进行动态固化，使其适合作为卷对卷处理的固化工艺。材料加工速率可以超过1m²/s。

现代印刷电子产品对于客户应用的复杂性日趋成熟，需要高吞吐量制造和改进的设备功能。印刷电子产品的功能至关重要，因为客户对每个设备的要求更高。每个设备都设计了多层，需要更加通用的加工技术。光子烧结通过提供快速、可靠和变革性的处理步骤，非常适合满足现代印刷电子产品制造中的加工需求。光子烧结可以降低现有材料的热处理成本，并且可以为未来印刷电子产品中融入更先进的材料和功能提供途径。