El curado fotónico es el procesamiento térmico a alta temperatura de una película delgada utilizando luz pulsada de una lámpara de flash . [1] Cuando este procesamiento transitorio se realiza sobre un sustrato de baja temperatura, como plástico o papel, es posible alcanzar una temperatura significativamente más alta que la que el sustrato [2] normalmente puede soportar 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 a 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 transformador utilizado en la fabricación de productos electrónicos impresos, ya que permite sustituir los sustratos tradicionales de vidrio o cerámica por sustratos económicos y flexibles. Además, el procesamiento a mayor temperatura que ofrece el curado fotónico reduce exponencialmente el tiempo de procesamiento, a menudo de minutos a milisegundos, lo que aumenta el rendimiento y al mismo tiempo mantiene una pequeña huella de la máquina.
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 radiativo incide sobre este objeto, se producirá conducción térmica a través del objeto y pérdida convectiva a la atmósfera en contacto con el material hasta que el objeto se acerque al equilibrio térmico . Debido a la intensidad y la corta duración del pulso de la lámpara de destello, pueden ocurrir gradientes térmicos extremos en el objeto de interés. Esos gradientes extremos pueden resultar útiles para exponer sólo determinadas partes de un 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 de un perfil de curado es alcanzar una temperatura suficiente para provocar la sinterización y metalización de una capa superior o impresión, evitando al mismo tiempo exceder la temperatura de transición vítrea , la temperatura de fusión o el punto de inflamación de las capas inferiores. El proceso térmico transitorio de disipar el calor entregado por la lámpara de destello 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 capas con baja conductividad térmica, el calor se puede disipar antes de que la temperatura de las capas inferiores en la pila pueda exceder una transición vítrea o una temperatura de fusión. Esta es la característica clave del curado fotónico que permite curar metales y tintas y pastas conductoras en materiales de baja temperatura.
El curado fotónico se utiliza como técnica de procesamiento térmico en la fabricación de productos electrónicos impresos , ya que permite la sustitución de materiales de sustrato de vidrio o cerámica por materiales de sustrato flexibles y económicos, como polímeros o papel. El efecto se puede demostrar con el flash de una cámara normal. [5] Los sistemas de curado fotónico industriales suelen estar refrigerados por agua y tienen controles y características similares a los láseres industriales . La frecuencia del pulso puede ser lo suficientemente rápida como para permitir el curado sobre la marcha a velocidades superiores a 100 m/min, lo que lo hace adecuado como proceso de curado para el procesamiento rollo a rollo . Las velocidades de procesamiento de materiales pueden exceder 1 m 2 /s. [3] [6]
La creciente complejidad de la electrónica impresa moderna para aplicaciones de clientes exige una fabricación de alto rendimiento y una función mejorada del dispositivo. La funcionalidad de la electrónica impresa es de vital importancia ya que los clientes exigen más de cada dispositivo. En cada dispositivo se diseñan múltiples capas, lo que requiere técnicas de procesamiento cada vez más versátiles. El curado fotónico es especialmente adecuado para complementar las necesidades de procesamiento en la fabricación de productos electrónicos impresos modernos al proporcionar un paso de procesamiento rápido, confiable y transformador. El curado fotónico permite un menor presupuesto de procesamiento térmico con los materiales actuales y puede proporcionar un camino para incorporar materiales y funcionalidades más avanzados en la electrónica impresa del futuro.
El curado fotónico es similar al procesamiento térmico por impulsos, desarrollado en el Laboratorio Nacional 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 más corta. La exposición radiante total por pulso es menor con el curado fotónico, pero la frecuencia del pulso es mucho más rápida. [7]
