用于照射衬底的运行方法和装置的制造方法
【专利说明】用于照射衬底的运行方法和装置
[0001] 本发明涉及用于运行用于通过用红外辐射进行照射来对衬底进行改性的装置的 方法，该装置具有照射单元，在该照射单元中综合有多个具有彼此平行布置的纵轴的圆柱 形红外辐射器，该方法包括下列方法步骤： (a) 根据衬底的要实现的改性预先给定总照射功率； (b) 以相应的额定运行功率运行红外辐射器。
[0002] 此外，本发明还涉及用于通过用红外辐射进行照射来对衬底进行改性的装置，该 装置具有照射单元，在该照射单元中综合有多个具有彼此平行布置的纵轴的圆柱形红外辐 射器。 技术背景
[0003] 在本发明的意义上的用于对衬底进行改性的装置是红外热装置；该装置例如被用 于干燥和硬化涂层、粘结剂或颜料。 现有技术
[0004] 公知的装置具有用于拍摄衬底的过程相机、以及多个用于照射衬底的红外辐射 器。红外辐射器通常由两侧封闭的由石英玻璃制成的发光管构成，在该发光管中布置有例 如碳带或钨丝形式的加热元件。红外辐射器的发光管被填充惰性气体。
[0005] 这样的照射装置例如从DE 100 51 125A1中公知，该文献公开了用于半导体晶片 的快速加热设备。该照射装置具有用于衬底的可旋转安放的容纳部、以及多个拥有线形的 圆柱形地延长的辐射器管的红外辐射器，在该辐射器管中布置有由钨制成的灯丝。除此之 外，设置有用于个别化地电激励红外辐射器的调节单元，通过该调节单元可以调整红外辐 射器的照射功率。
[0006] 照射功率的可调节性使得能够优化照射过程。当红外辐射器的照射功率被选择为 尽可能高的使得高的能量输入到衬底中时，基本上实现了快速的照射过程。但是在照射过 程中最大可使用的照射功率依赖于要照射的衬底。衬底常常是温度敏感的，使得过高的照 射功率伴随着过强的升温以及衬底的损伤。除此之外，红外辐射器的辐射谱也影响照射过 程。热敏感的衬底常常具有强地依赖于波长的吸收谱，使得为了有效地照射衬底需要具有 确定波长范围中的高辐射份额的辐射。在此，从红外辐射器发射的频谱时常决定照射方法 究竟是否能够被执行。
[0007] 因此，为了能够将照射装置用于照射不同衬底，需要能够生成不同的发射谱。在 此，通常将照射装置换装成其它红外辐射器。但是这一方面以成本密集地库存多个具有不 同发射谱的红外辐射器为前提，另一方面为了换装红外辐射器需要一定的换装时间，由此 可能在切换到照射另一衬底时妨害生产率。
[0008] 根据本发明的照射装置的一个特别的应用领域是干燥和烧结含金属的墨汁，如其 在制造印电子设备、例如电子开关元件、RFID、有机光伏、OLED或印刷电池时那样。在制造 印制电子设备时，首先在第一方法步骤中借助于印刷方法将含金属的墨汁作为薄层涂敷到 合适的衬底上、例如塑料膜、纸或玻璃上。墨汁层的厚度通常为0.3 μπι和3.0 μπι之间。为 了涂敷墨汁层，可以使用多种不同的印刷方法。常常使用丝网印刷、辊到辊方法或喷墨印刷 (墨汁喷射印刷)。
[0009] 在制造印制电子设备时所使用的墨汁包含高份额的小金属颗粒，所述金属颗粒的 颗粒大小常常处于纳米范围中。金属颗粒分散在含水或有机分散剂中。除此之外，墨汁可 以包含有机添加物，譬如以用于更好的颗粒结网、可溶性、可润湿性或者用于防止结块，但 是也可以包含含水添加物以用于墨汁的更好的可加工性。为了获得衬底的导电和持久的涂 层，需要在第二方法步骤利用照射装置干燥并烧结墨汁涂层。
[0010] 这样的用于制造印制电子设备的照射装置例如从US 2010/0003021 Al中公知。该 装置具有辐射源，该辐射源适于发射具有可见、红外和/或紫外范围内的波长的辐射。除此 之外，该装置包括用于根据硬化的涂层的光学特性来调节照射的调节单元。该调节单元以 光学方式检测涂层的硬化的程度，并且据此调节总共由辐射源发射的照射功率。
[0011] 即使在该装置的情况下，当红外辐射器应当被用于照射不同衬底时，也经常需要 换装红外辐射器。
[0012] 技术任务 因此，本发明所基于的任务是，说明一种有效的运行方法，该运行方法能够以新的运行 方式实现装置的简单和快速的换装并且同时能够简单和成本适宜地运行该装置。
[0013] 此外，本发明所基于的任务是，提供一种装置，该装置可以以新的运行方式简单并 且快速被换装并且此外可以简单和成本适宜地运行。
【发明内容】
[0014] 关于该运行方法，根据本发明，该任务从开头所述类型的一种用于对衬底进行改 性的装置的运行方法出发来解决，其方式是： (C)根据衬底的要实现的改性预先给定额定辐射谱； (d) 并且个别化地选择红外辐射器的相应的额定运行功率，使得由所述额定运行功率 相加得出额定辐射谱和总照射功率； (e) 所依照的准则是：红外辐射器是相同构造的，并且总照射功率与预先给定的额定值 相差最大15%。
[0015] 被用于对衬底进行改性的装置具有用红外辐射照射衬底的照射单元。在所述装置 中，照射单元和衬底可以规律地相对于彼此移动。从照射单元发射的辐射一方面由其照射 功率、并且另一方面由其辐射谱来表征。
[0016] 总照射功率影响衬底在照射期间的升温；总照射功率确定衬底在照射期间所具有 的温度最大值。过高的总照射功率原则上可能伴随着衬底的损伤。
[0017] 而辐射谱影响照射过程的效率。有效的照射过程常常需要具有预先给定波长范围 内的高辐射份额的辐射。尤其是在具有高度依赖于温度的吸收谱或者由多个具有不同频谱 特性的组分组成的热敏感衬底的情况下，发射谱可能影响照射方法的效率；所实现的发射 谱时常决定照射方法究竟是否能够被执行。
[0018] 因此，对于许多照射过程所期望的是，既能够调整总照射功率、又能够调整辐射 谱。
[0019] 为了在用于照射衬底的装置中既能够调整总照射功率、又能够调整由红外辐射器 发射的辐射谱，根据本发明首先设置多个红外辐射器，所述红外辐射器分别可以以个别化 的额定运行功率运行。
[0020] 红外辐射器属于热辐射器，所述热辐射器的发射谱基本上依赖于其加热元件的温 度。该发射谱在所述辐射器的情况下在确定的波长处具有最大能量密度；所属波长被称为 主发射线。
[0021] 主发射线的位置由红外辐射器的温度来确定。红辐射器越冷，则主发射线的波长 越大。因此，通过合适地选择红外辐射器的温度，可以调整主发射线。同时伴随着温度的改 变而来是的波长分布、即总频谱的改变。由红外辐射器发射的频谱的波长分布可以近似地 通过普朗克辐射定律来描述。于是，可以通过如下公式来描述材料的发射谱功率：
其中E (λ，T ):发射谱功率，C^C2:常数，A :波长，T :温度，并且（λ，T)是表面的 频谱发射率。
[0022] 辐射谱的这种匹配对于紫外辐射器基本上是公知的。因此，从DE 101 45 648 Al 中公知一种紫外照射装置，其辐射谱一方面可以通过多个具有不同发射谱的辐射源来调 整，并且另一方面可以通过匹配紫外辐射器的运行功率来调整。但是在紫外辐射器的情况 下，通过改变功率输送，仅能提高或降低全部输送的能量量。而能量关于波长的分布仅仅轻 微地改变。因此，在这样的照射装置的情况下变得非常重要的是设置不同的辐射源。
[0023] 虽然紫外辐射器在以减小的运行功率运行时同样显示出较小的辐射器温度。但是 频谱的匹配在此所基于的是，通过温度变化，紫外辐射器的放电室中的气体组成被改变，其 方式例如是，填充气体的金属添加物在放电室中冷凝；因此其不能容易地被传输到红外辐 射器上。
[0024] 虽然在红外辐射器的情况下发光管也常常被填充惰性气体，使得实现加热元件的 高的温度并由此实现红外辐射器的高功率。但是惰性气体不显著地促进红外光谱范围中的 发射，并且在红外辐射器冷却时未观察到气体组成的改变。
[0025] 在照射单元中布置的红外辐射器分别具有个别化的发射谱和个别化的照射功率。 关于整个照射单元，红外辐射器的个别化的辐射谱在形成混合谱的情况下彼此重叠。总照 射功率是关于辐射器装置的发射面的以瓦特为单位的积分照射功率。因为照射单元的总照 射功率是通过单体照射功率之和得出，所以可以通过改变辐射器数目来调整总照射功率。 在此，红外辐射器既可以以相同的运行功率运行，又可以以不同的运行功率运行，使得衬底 由频谱的重合决定地而用与预先给定的