curado fotónico

El curado fotónico es el procesamiento térmico a alta temperatura de una película delgada utilizando luz pulsada de una lámpara de destellos . ^{[ 1 ]} Cuando este procesamiento transitorio se realiza en un sustrato de baja temperatura como plástico o papel, es posible alcanzar una temperatura significativamente más alta que la que el sustrato ^{[ 2 ]} puede soportar normalmente bajo una fuente de calentamiento en equilibrio como un horno . ^{[ 1 ] [ 3 ]} Dado que la velocidad de la mayoría de los procesos de curado térmico (secado, sinterización , reacción, recocido, etc.) generalmente aumenta exponencialmente con la temperatura (es decir, obedecen la ecuación de Arrhenius ), este proceso permite que los materiales se curen mucho más rápidamente que con un horno. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Se ha convertido en un proceso revolucionario en la fabricación de electrónica impresa, ya que permite sustituir los sustratos tradicionales de vidrio o cerámica por sustratos flexibles y económicos. Además, el procesamiento a alta temperatura que ofrece el curado fotónico reduce el tiempo de procesamiento de forma exponencial, a menudo de minutos a milisegundos, lo que aumenta la productividad manteniendo un tamaño de máquina reducido.

El curado fotónico se basa principalmente en la transferencia de calor por radiación desde la lámpara al objeto de interés durante el tiempo que la lámpara está encendida, generalmente entre 100 μs y 100 ms. Después de que el calor radiante incide sobre el objeto, se produce la conducción térmica a través del mismo y la pérdida convectiva a la atmósfera en contacto con el material hasta que el objeto se aproxima al equilibrio térmico . Debido a la intensidad y la corta duración del pulso de la lámpara, pueden producirse gradientes térmicos extremos en el objeto de interés. Estos gradientes extremos pueden ser útiles para exponer solo ciertas partes del objeto a altas temperaturas.

Para la mayoría de las aplicaciones de curado fotónico, los diseñadores consideran una pila de materiales en capas. El objetivo del diseño del perfil de curado es alcanzar la temperatura suficiente para provocar la sinterización y metalización de la capa superior o la impresión, evitando al mismo tiempo superar la temperatura de transición vítrea , la temperatura de fusión o el punto de inflamación de las capas inferiores. El proceso térmico transitorio de disipación del calor emitido por la lámpara de destellos depende, nuevamente, de las pérdidas térmicas por convección de las capas superior e inferior del material de interés, y del espesor de cada capa. Para capas gruesas o con baja conductividad térmica, el calor puede disiparse antes de que la temperatura de las capas inferiores de la pila supere la temperatura de transición vítrea o de fusión. Esta es la característica clave del curado fotónico que permite el curado de metales y tintas y pastas conductoras sobre materiales de baja temperatura.

El curado fotónico se utiliza como técnica de procesamiento térmico en la fabricación de electrónica impresa, ya que permite sustituir los sustratos de vidrio o cerámica por sustratos económicos y flexibles como polímeros o papel. El efecto se puede demostrar con un flash de cámara común. ^{[ 5 ]} Los sistemas industriales de curado fotónico suelen estar refrigerados por agua y cuentan con controles y características similares a los de los láseres industriales . La frecuencia de pulsos puede ser lo suficientemente rápida como para permitir el curado en movimiento a velocidades superiores a 100 m/min ^,  lo que lo hace adecuado como proceso de curado para el procesamiento rollo a rollo . Las tasas de procesamiento de material pueden superar 1  m² /s. ^{[ 3 ] [ 6 ]}

La creciente complejidad de la electrónica impresa moderna para aplicaciones de clientes exige una fabricación de alto rendimiento y una funcionalidad mejorada de los dispositivos. La funcionalidad de la electrónica impresa es fundamental, ya que los clientes demandan más de cada dispositivo. Cada dispositivo incorpora múltiples capas, lo que requiere técnicas de procesamiento cada vez más versátiles. El curado fotónico resulta idóneo para complementar las necesidades de procesamiento en la fabricación de electrónica impresa moderna, al proporcionar un paso de procesamiento rápido, fiable y transformador. El curado fotónico permite reducir el presupuesto de procesamiento térmico con los materiales actuales y puede abrir el camino para incorporar materiales y funcionalidades más avanzados en la electrónica impresa del futuro.

El curado fotónico es similar al procesamiento térmico pulsado, desarrollado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , en el que se utiliza una lámpara de arco de plasma. En el caso del curado fotónico, la potencia radiante es mayor y la duración del pulso es menor. La exposición radiante total por pulso es menor con el curado fotónico, pero la frecuencia de pulsos es mucho mayor. ^{[ 7 ]}