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 calor 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 transformador que se utiliza 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 el tiempo de procesamiento de forma exponencial, a menudo de minutos a milisegundos, lo que aumenta el rendimiento manteniendo al mismo tiempo un tamaño de máquina reducido.
El curado fotónico se basa principalmente en la transferencia de calor radiativo de la lámpara al objeto de interés durante el tiempo en que la lámpara de destellos está encendida, generalmente entre 100 μs y 100 ms. Después de que el calor radiativo incide en 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 destellos, pueden producirse gradientes térmicos extremos en el objeto de interés. Esos gradientes extremos pueden ser útiles para exponer solo ciertas partes de un objeto a altas temperaturas.
Para la mayoría de las aplicaciones de curado fotónico, los diseñadores consideran una pila de capas de materiales. El objetivo de un diseño de perfil de curado es alcanzar una temperatura suficiente para provocar la sinterización y metalización de una capa superior o 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 entregado por la lámpara de destellos depende, de nuevo, 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 de la pila pueda superar una 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 en materiales de baja temperatura.
El curado fotónico se utiliza como una técnica de procesamiento térmico en la fabricación de electrónica impresa , ya que permite la sustitución de materiales de sustrato de vidrio o cerámica con materiales de sustrato económicos y flexibles como polímeros o papel. El efecto se puede demostrar con un flash de cámara común. [5] Los sistemas de curado fotónico industriales suelen estar refrigerados por agua y tienen controles y características similares a los láseres industriales . La velocidad 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 un proceso de curado para el procesamiento de rollo a rollo . Las velocidades de procesamiento de materiales pueden superar 1 m 2 /s. [3] [6]
La complejidad creciente 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. Se diseñan múltiples capas en cada dispositivo, 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 la electrónica impresa moderna, ya que proporciona un paso de procesamiento rápido, confiable y transformador. El curado fotónico permite un presupuesto de procesamiento térmico más bajo con los materiales actuales y puede proporcionar una vía para incorporar materiales y funcionalidades más avanzados en la electrónica impresa futura.
El curado fotónico es similar al procesamiento térmico por pulsos, 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 más corta. La exposición radiante total por pulso es menor con el curado fotónico, pero la frecuencia del pulso es mucho más rápida. [7]
