用于使在低溫基底上的薄膜高速反應的方法和裝置制造方法及圖紙

公開了一種用于使低溫基底上的薄膜在反應氣氛內反應的方法。所述薄膜包含可還原的金屬氧化物，并且所述反應氣氛包含諸如氫或甲烷的還原氣體。所述低溫基底可以為聚合物、塑料或紙。使用來自高強度頻閃系統的多個光脈沖將所述金屬氧化物還原成金屬并且如果適用則燒結所述金屬。

【技術實現步驟摘要】
本申請是申請日為2009年10月19日、國際申請號為PCT/US2009/061172、中國國家申請號為200980145384.3、名稱為“用于使在低溫基底上的薄膜高速反應的方法和裝置”的PCT專利申請的分案申請。相關申請的交叉引用本申請基于35U.S.C.§119(e)(1)要求2008年10月17日提交的臨時申請61/196,531的優先權，通過參考將其內容并入到這里。
本專利技術一般而言涉及固化方法，具體而言，涉及用于使低溫基底上的薄膜高速反應的方法和裝置。
技術介紹
在電路上形成電導體的一種方法是將包含金屬的墨印刷到基底上，然后加熱基底以燒結包含金屬的墨中的顆粒，從而形成導電路徑。通常，適合電傳導的大多數金屬需要被加熱到非常高的溫度，該溫度通常在其熔點的兩百攝氏度的范圍內。例如，銀是用于形成導電跡線的良好金屬，這是因為其可以在空氣中被加熱，并且電導率相對低的其氧化物在相對低的溫度下分解。另外，當在選擇用于形成導電跡線的金屬時，銀是導電性最好的金屬的事實經常勝過其高成本。由于其低成本，在制造導電跡線時一直使用的另一種金屬是銅。銅具有約為銀的電導率的90%的電導率，但通常比銀便宜50到100倍（基于質量）。然而，由于制造和處理銅墨以避免氧化的附加成本通常高于體材料的成本差異，因此銀墨仍支配著印刷電子市場。基本上，當在空氣中加熱銅顆粒時，它們在燒結之前氧化，這導致非導體。因此，希望提供一種用于使用諸如銅的相對低成本金屬制造導電跡線的改進的方法。
技術實現思路
根據本專利技術的優選實施例，最初提供氣態氣氛。然后將位于低溫基底頂上的薄膜層輸送通過所述氣態氣氛。在所述薄膜層被輸送通過所述氣態氣氛時，將所述薄膜層暴露到多個脈沖電磁發射，以使所述薄膜層與所述氣態氣氛化學反應。本專利技術的所有特征和優點將在下面詳細的描述中變得顯而易見。附圖說明通過參考對示例性實施例的以下詳細描述并結合附圖閱讀，本專利技術本身以及優選使用模式、其他目的及其優點將得到最好的理解，在附圖中：圖1為根據本專利技術的優選實施例的固化裝置的圖；以及圖2為根據本專利技術的優選實施例的用于使低溫基底上的薄膜反應的方法的高級邏輯流程圖。具體實施方式公知如果某些金屬氧化物具有正還原勢，則這些金屬氧化物可被氫或烴還原。實例包括銅、金、鉑和鈀的氧化物。可以通過利用加熱工藝使含有銅氧化物的礦石與木炭反應而制成銅。當在還原氣氛中加熱氧化的銅顆粒或者甚至純銅氧化物時，顆粒可燒結而形成導體。當通過印刷銅顆粒而制造薄膜導體時，如果在惰性或還原氣氛中將顆粒加熱到其燒結溫度，則可以形成導電優良的跡線。由于銅的熔點接近1085℃，因此燒結所需的溫度要求僅僅可以采用高溫基底，例如玻璃或陶瓷。對基底的該相對高溫度要求阻止了諸如紙或塑料的便宜基底的使用。備選地，如果將銅氧化物置于低溫基底上，銅氧化物可被加熱到接近基底的分解溫度并可將低溫基底置于還原氣氛中。然而，依賴于基底厚度，低溫基底使所需的時間量大幅增加到數分鐘或甚至數小時。并且，在這些低溫度下，燒結非常有限。如果利用強而短的光脈沖來固化基底，則基底溫度和氣體氣氛要求可被克服。不幸地，這些方法對于在銅膜中解決剩余氧化物的問題沒有作用。可還原的金屬氧化物可在氫氣氛中被置于兩個電接觸之間，并且電流可被反復地脈沖通過氧化物以加熱氧化物并還原氧化物。然而，該技術需要電接觸，并且其吞吐量相對有限。由此，需要以高吞吐量在低溫基底上還原金屬氧化物。為了本專利技術，將固化限定為熱處理，其包括使薄膜與氣態氣氛反應。薄膜被限定為小于100微米厚的涂層。低溫基底可以由紙、塑料或聚合物構成。電磁發射可包括電磁輻射，其包括γ-射線、x-射線、紫外、可見光、紅外光、毫米波、微波、或無線電波。電磁發射源包括激光器、感應加熱器、微波發生器、閃光燈、發光二極管等等。下面參考附圖，特別地，參考圖1，其描述了根據本專利技術的優選實施例的固化裝置的圖。如圖所示，固化裝置100包括傳送帶系統110、頻閃頭120、繼電器架（relay?rack）130和卷到卷（reel-to-reel）供應系統140。固化裝置100能夠固化被安裝在位于以相對高的速度跨傳送帶移動的毛網（web）上的低溫基底103上的薄膜102。傳送帶系統110可以以例如0到1000ft/min的速度工作以移動基底103。固化裝置100可收納6英寸增量的任何寬度的毛網。可通過現有技術的一種或組合，將薄膜102附加到基底103上，這些現有技術為例如絲網印刷、噴墨印刷、凹版印刷、激光印刷、靜電復印、移印（pad?printing）、涂抹、蘸水筆（dip?pen）、注射（syringe）、氣刷、橡皮版印刷、化學氣相沉積（CVD）、蒸發、濺射等等。頻閃頭120包括用于固化位于基底103上的薄膜102的高強度脈沖氙閃光燈121，該頻閃頭120優選為水冷的。脈沖氙閃光燈121可提供不同的強度、脈沖長度和脈沖重復頻率的脈沖。例如，脈沖氙閃光燈121可提供脈沖重復速率最高為1kHz的具有3’’乘6’’寬度束的10微秒到50毫秒脈沖。來自脈沖氙閃光燈121的發射的光譜含量的范圍為200nm到2500nm。可以通過用鈰摻雜的石英燈替代石英燈而調整光譜以去除低于350nm的大多數發射。還可以用藍寶石燈替代石英燈以使發射從約140nm延伸到約4500nm。還可以添加濾光器以去除光譜的其他部分。閃光燈121還可以是有時被稱為定向等離子弧（DPA）燈的水冷壁閃光燈。繼電器架130包括可調電源131、傳送控制模塊132和頻閃控制模塊134。可調電源131可產生具有最高為4千焦耳每脈沖的能量的脈沖。可調電源131被連接到脈沖氙閃光燈121，并且可以通過控制流過脈沖氙閃光燈121的電流的量來改變來自脈沖氙閃光燈121的發射的強度。可調電源131控制脈沖氙閃光燈121的發射強度。依賴于薄膜102和基底103的光學、熱學和幾何特性，來自脈沖氙閃光燈121的發射的功率、脈沖持續時間和脈沖重復頻率被電子地調整和同步到毛網速度，以允許對薄膜102的最優固化而不損傷基底103。在固化操作期間，基底103以及薄膜102被移動到傳送帶系統110上。傳送帶系統110使薄膜102在頻閃頭120下方移動，在那里薄膜102被來自脈沖氙閃光燈121的快速脈沖所固化。通過頻閃控制模塊134控制來自脈沖氙閃光燈121的發射的功率、持續時間和重本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于使低溫基底上的薄膜反應的方法，所述方法包括：提供氣態氣氛；將安裝在低溫基底上的薄膜層移動通過所述氣態氣氛；以及將所述薄膜層暴露到脈沖電磁發射，同時使所述薄膜層在所述氣態氣氛內相對于所述脈沖電磁發射的源移動，以使所述薄膜層與所述氣態氣氛化學反應。

【技術特征摘要】
2008.10.17 US 61/196,5311.一種用于使低溫基底上的薄膜反應的方法，所述方法包括：
提供氣態氣氛；
將安裝在低溫基底上的薄膜層移動通過所述氣態氣氛；以及
將所述薄膜層暴露到脈沖電磁發射，同時使所述薄膜層在所述氣態氣
氛內相對于所述脈沖電磁發射的源移動，以使所述薄膜層與所述氣態氣氛
化學反應。
2.根據權利要求1的方法，其中所述氣態氣氛包含氫。
3.根據權利要求1的方法，其中所述氣態氣氛包含烴氣體。
4.根據權利要求1的方法，其中所述氣態氣氛包含多于一種氣態物類。
5.根據權利要求1的方法，其中所述薄膜為包含具有正還原勢的金屬
的金屬化合物。
6.根據權利要求5的方法，其中所述金屬化合物為銅氧化物。
7.根據權利要求5的方法，其中所述金屬化合物為鉑氧化物。
8.根據權利要求5的方法，其中所述金屬化合物為鈀氧化物。
9.根據權利要求1的方法，其中所述薄膜為金屬。
10.根據權利要求1的方法，其中所述低溫基底由塑料制成。
11.根據權利要求1的方法，其中所述低溫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：K·A·施羅德，
申請(專利權)人：NCC納諾責任有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US