(57)【要約】  一連の低エネルギー光パルスを用いて、１つ以上の高エネルギー光パルスを与える前に標的を前処理して金属ナノ粒子を焼結する、２段階のパルスランプ焼結過程。このパルスは、ナノ粒子が低エネルギーパルス（単数または複数）によっては焼結されないが、高エネルギーパルス（単数または複数）によっては焼結されるように提供され得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラッシュランプによる少なくとも１つの比較的低エネルギーの光パルスを、導電性ナノ粒子を含んでいるプリントされた電子回路に対して提供することと；
前記プリントされた電子回路に対して、１つ以上の比較的低エネルギーの光パルスを提供した後に、フラッシュランプによる１つ以上の比較的高エネルギーの光パルスを、前記導電性ナノ粒子を有するプリントされた電子回路に提供して、前記導電性ナノ粒子を焼結することと
を包含する方法であって、
前記比較的高エネルギーのパルスのエネルギーレベルが、前記１つ以上の低エネルギーパルスの各々のエネルギーの２〜１０００倍である、
方法。
【請求項２】
前記比較的低エネルギーの光パルスおよび前記比較的高エネルギーの光パルスが、単一のランプで提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記比較的高エネルギーの光パルスおよび前記比較的低エネルギーの光パルスが、複数のランプであって、比較的低エネルギーのパルスを提供するための第一のランプと、比較的高エネルギーのパルスを提供するための異なる第二のランプとを含む複数のランプで提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の比較的高エネルギーのパルスを提供することが、単一の高エネルギーパルスを提供することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記比較的高エネルギーのパルスのエネルギーレベルが、前記１つ以上の比較的低エネルギーのパルスの各々のエネルギーの５０〜１０００倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記比較的高エネルギーのパルスのエネルギーレベルが、前記比較的低エネルギーのパルスの各々のエネルギーの２〜１００倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
１つ以上の低エネルギーパルスを提供することが、前記ナノ粒子を部分的に焼結するには不十分なエネルギーであり、前記比較的高いエネルギーパルスが各々、前記ナノ粒子を焼結するのに十分である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
フラッシュランプによる少なくとも１つの比較的低エネルギーの光パルスを、導電性ナノ粒子を含んでいるプリントされた電子回路に対して提供することであって、各々のパルスの前記エネルギーレベルが、前記ナノ粒子の部分的な焼結を生じるには不十分である、ことと、
１つ以上の比較的低エネルギーの光パルスを提供した後に、フラッシュランプによる１つ以上の比較的高エネルギーの光パルスを、導電性ナノ粒子を含む前記プリントされた電子回路に提供することであって、前記高エネルギーの光パルスが、前記導電性ナノ粒子を焼結するのに十分なエネルギーを有することと
を包含する、方法。
【請求項９】
前記比較的低エネルギーの光パルスおよび前記比較的高エネルギーの光パルスが全て、単一のランプで提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光パルスが、複数のランプであって、比較的低エネルギーのパルスを提供するための第一のランプと、比較的高エネルギーのパルスを提供するための異なる第二のランプとを含む複数のランプで提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上の比較的高エネルギーのパルスを提供することが、単一の高エネルギーパルスを提供することを包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子が、有機コーティングを有し、前記１つ以上の比較的低エネルギーのパルスが、部分的な焼結を生じることなく、前記導電性インクから前記有機コーティングを除去するのに十分なエネルギーを伴う、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板が、前記基板に結合している導電性コーティングを有し、前記ナノ材料からの前記有機コーティングの除去が、前記基板と前記導電性コーティングとの間の結合を維持する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属ナノ粒子を有するプリントされた導電性インクを有する基板を含む、ワークピースでの使用のための焼結システムであって、
ワークピースに対して少なくとも１つの比較的低エネルギーの光パルスを提供するように構成された第一のフラッシュランプと、
前記第一のフラッシュランプが、少なくとも１つの比較的低エネルギーの光パルスを提供した後に、ワークピースに対して１つ以上の高エネルギーパルスを提供するように構成された第二のフラッシュランプと
を備え、
前記比較的高エネルギーの光パルスのエネルギーレベルが、前記低エネルギーパルスのエネルギーの２〜１０００倍であり、前記比較的高エネルギーの光パルスが、プリントされた導電性インク中の導電性ナノ粒子を焼結するのに十分なエネルギーを有しており、前記比較的低エネルギーの光パルスが、プリントされた導電性インク中の導電性ナノ粒子を焼結するのに十分なエネルギーを有していない、焼結システム。
【請求項１５】
金属ナノ粒子を有するプリントされた導電性インクを有する基板を含むワークピースと組み合わせた、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第一のフラッシュランプおよび前記第二のフラッシュランプが、１つのランプである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第一のフラッシュランプおよび前記第二のフラッシュランプが異なるランプである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
各々のフラッシュランプが、１／３ピーク値で測定して１μｓ〜１００，０００μｓのパルス期間と、１パルスあたり１〜５０００ジュールとを有するエネルギーのパルスを提供する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記エネルギーパルスの供給源が固定であり、前記システムが、前記ワークピースを、前記ワークピースが、前記第一のおよび第二のフラッシュランプからエネルギーを受容し得る位置まで移動するためのコンベヤーをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記方法が、前記提供する工程から本質的になり、比較的低いエネルギーパルスを提供することの直後に前記比較的高いエネルギーパルスを提供することが続く、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によって本明細書に援用される、２０１１年８月１６日出願の米国特許仮出願第６１／５２４０９１号から優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、焼結のため、具体的には、金属粒子を焼結するためのシステムおよび方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
微粒子を有する材料を加工するのにおいて、焼結とは、金属粒子が加熱され、お互いと結合されて、連続した金属フィルムを形成するようなプロセスである。焼結の間、強い光の１つ以上のパルスを用いて、ナノ粒子材料を焼結してもよい。この焼結過程は、ナノ粒子材料を液体またはペーストの状態から固体状態へ変化する。このプロセスは、この材料の電気伝導度を有意に増大する。焼結のシステムおよび方法には、高温を必要とし得る、基板上で金属を焼結する場合、高温はこの基板を損傷し得る。金属は特定の融点を有するが、金属のナノメートルサイズの粒子であるナノメタルは、大きい粒子よりも低温で融解し得る。パルス光および／または高強度の連続光を用いる焼結システムは、ナノメタルをお互いに対して、および基板上に、従来の焼結システムで用いられる温度よりも低い温度を用いて結合し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
焼結は、プリントされた電子装置という新興分野などの広範な適用を有する。プリントされた電子機器は、限定するものではないが、点灯装置、バッテリー、超コンデンサおよび太陽電池を含む電気的に機能的なデバイスをプリントすることを包含する。電子機器装置をプリントすることは、このような装置を作製するための従来の方法よりもコストが低くかつ効果的であり得る。
【０００５】
特定の実施形態の特徴および利点は、添付の図面で図示される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、基板に対するコーティングの接着が乏しいエリア１１０を示しているシステムの模式図である。図１（Ａ）は側面図であり、かつ図１（Ｂ）は上面の平面図である。基板は、黒で示しており、コーティングは灰色で示しており、金属粒子は破線で示している。
【図２】図２は、コンベヤー輸送による二段階焼結過程を用いる、本開示の一実施形態を示しているシステムおよび方法の模式図である。図２（Ａ）は側面図であり、かつ図２（Ｂ）は上面の平面図である。
【図３】図３は、種々のエネルギーレベルの導電性インクに対する効果のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
導電性インク、例えば、ナノメタルを含んでいるインクは、パルス光、高強度の連続光、紫外光、放射線、および熱エネルギーの組み合わせを含み得る放射エネルギーで焼結され得る。例えば、ＵＶフラッシュランプが用いられてもよい。これは、ＵＶ照射および熱エネルギー（また、可視領域および赤外領域のエネルギーも含む）を提供する。粒子が焼結されるとき、それらは、焼結前の粒子の導電率よりもかなり高い導電率を有する連続導電性パスを形成する。
【０００８】
銅ナノ粒子のメーカーは有機物質で粒子を被覆して、使用前の酸化を防ぐ場合が多い。しかし、焼結過程の間、この有機コーティングは、障壁または混入物として作用し得、結果として、不完全な焼結および低導電率のエリアが焼結された物質中に生じる。バルク状態では、この物質は、もはやナノ粒子ではなく（すなわち、これは、部分的にまたは完全に焼結されている）、従って、高温では融解して、この物質は、所望の導電率を有するほど十分に焼結されない場合がある。
【０００９】
部分的な焼結は、種々の環境で存在し得る。電気回路は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）プラスチック基板上に構築され得る。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）コーティングを用いて、基板上に明確な電気経路を創出してもよい。追加の導電性の特徴は、銅（Ｃｕ）ナノ粒子で構築されてもよい。Ｃｕナノ粒子は、ＰＥＴの上に直接与えられても、および／またはＩＴＯコーティングの上に直接与えられてもよい。高エネルギーパルスの光を用いて、Ｃｕナノ粒子を焼結する場合、ＰＥＴに対するＩＴＯコーティングの結合は、ＰＥＴと銅ナノ粒子との間に挟まれているエリアでは失われる。なんら特定の理論に拘束はされないが、結合の喪失は、ナノ粒子のコーティングに対する高エネルギーパルスの効果から生じると考えられる。この高エネルギーパルスは、ナノ粒子インクの上層を焼結させ、この上層の下のコーティング物質のいくつかをトラップする。この物質は、暖まって膨張するので、顕微鏡的な爆発が、焼結したナノ粒子を通じて破裂して、欠損を生じ、ＩＴＯおよびＩＴＯ／ＰＥＴの境界を損傷する。
【００１０】
単一パルス焼結過程で生じ得る問題を、図１に図示する。図１Ａは、基板に対するコーティングの接着が乏しいエリアを示す側面図であり、図１Ｂは、接着が乏しい同じエリアを図示する上面図である。このコーティング、例えば、ＩＴＯ（灰色で示す）は、基板、例えば、ＰＥＴ（黒で示す）をカバーする。このナノ粒子、例えば、銅ナノ粒子（破線で示す）は、コーティングおよび基板の上面に蒸着される。基板に対するコーティングの接着が乏しいエリア１１０は、図１Ａおよび図１Ｂに図示される。
【００１１】
本開示は、部分的な焼結を減少または排除する、焼結システムおよび方法に関する。一局面では、二段階のパルスランプ焼結は、一連の比較的低エネルギーの光パルスを用いて標的を前処理した後に、１つ以上の比較的高いエネルギーのパルスを与えて金属ナノ粒子を焼結する。
【００１２】
焼結過程の間、電子材料、例えば、導体を基板に添加する。焼結されるべき材料を、スクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、レーザープリント、インクジェットプリント、ゼログラフィー、パッド印刷、塗布、つけペン、シリンジ、エアブラシ、フレキソ印刷、エバポレーション、スパッタリングなどを含む、当該分野で周知の１つ以上の技術を用いて基板に添加してもよい。種々の基板を、開示されたシステムおよび方法とともに用いてもよい。基板としては、限定するものではないが、低温、低コストの基板、例えば、紙およびポリマー基板、例えば、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ＰＤＡＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリ（アリルアミンヒドロクロライド）（ＰＡＨ）、ポリ（４−スチレンスルホン酸）、ポリ（硫酸ビニル）カリウム塩、４−スチレンスルホン酸ナトリウム塩水和物、ポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンなどが挙げられる。
【００１３】
一態様では、一連の低エネルギー光のフラッシュを用いて、ナノ粒子材料および関連の基板を焼結の直前に前処理する。本開示で記載される方法の１つの利点は、低エネルギーの光パルス（適切な条件下）が、ナノ粒子から有機コーティングを効率的に除去し得ることである。このナノ粒子は、引き続いて、放射（光）の１回以上のパルスで焼結され得る。有機コーティングによって事前に誘導された欠損は、本開示の方法およびシステムを用いて減少または排除できる。さらに、低エネルギーの光パルスは、ＰＥＴ、ＩＴＯおよび金属インクシステムを含むシステムを効率的に前処理する。本明細書に開示される２段階の焼結過程は、基板とコーティングとの間の接着の喪失を低下または妨げる。
【００１４】
図２は、本開示の一実施形態を示すシステムおよび方法の模式図である。図２Ａは、側面図であり、図２Ｂは、コンベヤー輸送を用いる２段階の焼結過程の上面図である。一実施形態では、このコンベヤーは、約２．５フィート／分（または０．８ｍ／分）で作動する。この試験サンプル２１０（黒で示す）は、コンベヤーシステムのような焼結システム上に位置する。焼結過程の第一段階の間、試験サンプルを一連の低エネルギーの光フラッシュにさらす（２２０）。放射エネルギーの供給源としては、パルス光、高強度の連続光、紫外光、放射線、および熱エネルギーの組み合わせが挙げられ得る。一実施形態では、ＵＶフラッシュランプを用いる。一実施形態では、高エネルギーのパルス光ランプシステム、例えば、Ｓｉｎｔｅｒｏｎ（商標）２０００（Ｘｅｎｏｎ  Ｃｏｒｐ．；Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を用いる。一実施形態では、パルスの連続は、約１９ジュール／パルスのエネルギーレベルで１秒あたり１００パルスである。この第一段階の間に用いられるエネルギーレベルは、この基板上のコーティングまたは混入物をエバポレートするために十分高いが、部分的な焼結が生じるほど高くはない。一実施形態では、この工程は、約３６００Ｖのような高電圧を用いて、約１９ジュール／パルス（約１００Ｈｚ）を用いる。別の実施形態では、この工程は、１秒あたり１００パルス（ｐｐｓ）のパルス速度で送達される２００〜４００の低エネルギーパルスを利用し、標的材料に送達される１パルスあたりの好ましいエネルギーは、１パルスあたり１ｃｍ２あたり０．０１〜０．０３ジュールであり（１００Ｈｚで１〜３ワット／ｍｍ２）、材料に送達される総エネルギーは、２〜１２Ｊ／ｃｍ２である。
【００１５】
開示される焼結過程の第二段階の間、第一段階（２３０）で用いられるエネルギーレベルより高いエネルギーレベルを用いて試験サンプルを焼結する。一実施形態では、この光パルスは、１秒あたり約２パルスであり、約１，０００ジュール／パルスのエネルギーレベルである。一実施形態では、単一の高エネルギーパルスを用いて銅ナノ粒子を焼結する。別の実施形態では、一連のパルスを用いてナノ粒子を焼結する。別の実施形態では、単一の高エネルギー焼結フラッシュは、約４００ジュール〜約２０００ジュールにおよぶ。別の実施形態では、単一の高エネルギーパルスについて材料に送達されるエネルギーレベルは、１．５Ｊ／ｃｍ２〜１０Ｊ／ｃｍ２である。別の実施形態では、この工程は、約３８００Ｖの電圧で１パルスあたり約８３０ジュール（約１．８Ｈｚ）を用いる。
【００１６】
一実施形態では、２段階の焼結過程が連続して進行し、その結果、一連の低エネルギーパルスの直後に、高いエネルギーパルスが続く。比較的高いエネルギーパルスは、低いエネルギーパルスのエネルギーの約２〜約１００倍、または約２〜１０００倍におよぶ場合がある。両方の段階の間、種々のエネルギーレベル、パルス範囲およびパルス期間が考慮される。これらの範囲は、焼結されるナノ粒子の種類および他の焼結条件を含めて、種々の要因に依存する。焼結のエネルギーレベルは、部分的な焼結が生じないように、ならびにナノ粒子および基板がこのプロセスの間に損傷されないように選択される。エネルギーパルスが低ければ、コーティングを除去するのには十分であるが、実質的な程度までの焼結には十分ではない。高いエネルギーのパルス（単数または複数）は、所望の導電率を得るために焼結可能である。
【００１７】
１つの例示的な実行では、焼結を、２０１１年７月２１日出願の「焼結の間の迷光の減少（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔｒａｙ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）」というタイトルの米国特許出願第１３／１８８，１７２号（その内容は全体が参照によって援用される）に記載のとおり、コンベヤーシステムで行う。この出願で開示されるとおり、この出願は、望ましくない部分的な焼結が減少または排除されるような、焼結の間の迷光の減少のためのシステムおよび方法に関する。この出願における実施形態は、ワークピースまたはワークピースの領域におけるナノ粒子の部分的な焼結を、それらが焼結のためのエネルギーを受ける所望の位置になる前に、回避するために十分な程度までエネルギーをブロックするためのシステムおよび方法に関する。１つ以上の実施形態では、開示された光ブロッカーは、「中間相」を妨げ、ここでナノ粒子は、光エネルギーに対する最初の暴露後に、ごく部分的に焼結される（または焼結されない）、しかし、光エネルギーに対する第二の暴露後には、導電率の改善を示さない。
【００１８】
ブロッキングエネルギーは、放射エネルギー源由来の全てのエネルギーが利用されるのではないという点で、いくつか不利な点がある場合がある。しかし、本開示の光ブロッカーを用いることは、十分な導電率を有する完全に焼結されたナノ粒子を生じることが見出された。この開示されたシステムおよび方法は、「ストリッピング」および部分的焼結の問題を回避する。
【００１９】
シートまたは移動ウェブで作動する場合、ここで「ストリッピング」と呼ばれる現象を伴う潜在的な問題がある。ストリッピングは、基板の動きが、パルスランプのような放射源の主要エネルギーに向かい、既に迷光に曝されており、その後に焼結されるポイントに到達する場合に生じる。迷光は、導電性インクを、部分的にのみ焼結させて、バルク状態に変換し得る。バルク状態では、導電性インクは、もはやナノ粒子ではなく、従って、高温では融解するが、材料は、所望の導電性を有するほど十分に焼結され得ない。従って、パルス光および／または高強度の連続光は低温で、ワークピースの所望の部分が焼結のための位置に達するとき、適切に金属を焼結しない場合がある。この問題はまた、複数のワークピースが、例えば、コンベヤー上で互いに近くにあって、ワークピースが焼結のための適切な位置になる前に迷光／エネルギーに曝される場合にも、生じ得る。
【００２０】
ストリッピング現象は、限定するものではないが、銅、銀、金、パラジウム、スズ、タングステン、チタン、クロム、バナジウム、アルミニウムおよびそれらの合金を含む種々のナノ金属で生じ得る。いくつかの実施形態では、開示されたシステムおよび方法は、銅ナノ金属の部分的な焼結を妨げる。第一の閾値範囲より低い放射エネルギーレベルでは、焼結はない。その第一の閾値より上でかつ第二の閾値より下で、銅ナノ粒子は部分的にのみ焼結するが、所望のレベルの導電率には達しない。この材料の導電率は、未焼結のナノ粒子の導電率よりも高いが、第二の閾値範囲を超える好ましい範囲である放射エネルギーレベルを受ける材料ほどは高くない。部分的に焼結された材料が、非焼結ナノ粒子を完全に導電性の状態に変換するのに十分であるはずの強度で、第二の時間の間、放射エネルギーレベルに曝される場合、以前に部分的に焼結されたナノ粒子の導電率は改善されない。
【００２１】
図３は、一般的な方法でこの問題をグラフ表示する。第一の閾値Ｔｈ１より下のエネルギーでは、焼結はない。第三の閾値Ｔｈ３を超えるエネルギーでは、基板は、少なくとも紙、ポリエステルなどのようないくつかの基板については損傷され得る。第二の閾値Ｔｈ２より上、かつ閾値Ｔｈ３より下のエネルギーでは、このエネルギーは、所望のレベルまで配線の導電率を増大するのに有効である。閾値Ｔｈ１およびＴｈ２の間のエネルギーでは、部分的な焼結しかなく、この部分的な焼結とは、少なくともいくつかの材料では、導電性インクがＴｈ２より大きいエネルギーに曝される場合でさえ完全な有効な焼結を妨げることを補助し得るということである。これは、図３で影付きで示すような、Ｔｈ２およびＴｈ３によって囲まれた領域であることが望ましい。この閾値は、焼結される材料の種類、その幾何形状、および基板の性質などの、このシステムにおける、およびワークピース（単数または複数）における、種々の要因に依存し得る。
【００２２】
焼結の間の迷光を減らすシステムおよび方法は、１つ以上の光ブロッカーを用いることを包含してもよい。１つ以上の実施形態では、光ブロッカーは平坦なマスクである。このマスクを、光源と基板の一部との間に配置して、前進する基板を迷光が照射することをブロックするが、ただし完全な焼結が生じ得るように、光源の直下のように、直接の露光は可能にすることによって部分的な焼結を減少または排除してもよい。このマスクは、コンベヤーの入ってくる側にあって、他の側になくてもよく、またはマスクは、コンベヤー方向の両側であって、開口部を創出してもよい。この開口部は、異なる形状およびサイズを有してもよいが、これには、限定するものではないが、おおよそ三角、円形、楕円形、長方形などが挙げられる。マスクに関しては、任意のワークピースまたはワークピースの一部が、Ｔｈ２を超えそれによって必要に応じて焼結するエネルギーに曝される前にこのワークピースまたはワークピースの一部に到達しないように、そうでなければ閾値Ｔｈ２下であるエネルギーをブロックすることが望ましい。
【００２３】
一実施形態では、焼結システムは、エネルギー源、基板、基板上に位置するナノ材料、および１つ以上の光ブロッカーを備え、ここで光ブロッカーは、この光ブロッカーが十分な量の光エネルギーをブロックして、ナノ材料の部分的な焼結を妨げるように、光源と基板との間に配置される。特定の実施形態では、この基板がコンベヤー上にある場合、マスクは、コンベヤーの入ってくる側にあって、他の側になくてもよく、またはマスクは、コンベヤー方向の両側であって、開口部を創出してもよい。この開口部は、異なる形状およびサイズを有してもよいが、これには、限定するものではないが、おおよそ三角、円形、楕円形、長方形などが挙げられる。マスクに関しては、任意のワークピースまたはワークピースの一部が、Ｔｈ２を超えそれによって必要に応じて焼結するエネルギーに曝される前にこのワークピースまたはワークピースの一部に到達しないように、そうでなければ閾値Ｔｈ２下である（図３）エネルギーをブロックすることが望ましい。このナノ材料としては、銅、銀、金、パラジウム、スズ、タングステン、チタン、クロム、バナジウム、アルミニウムおよびそれらの合金が挙げられるがこれらに限定されない。一実施形態では、この光ブロッカーは、光源に対して近接、すなわち、空間的または距離的に近い。
【００２４】
別の実施形態では、光ブロッカーは、基板に近接している。１つ以上の実施形態では、光ブロッカーは、垂直、水平または斜めの方向に位置決めされる。光ブロッカーの近接性は、物理的な開口部のサイズおよび形状、動きの速さ、放射エネルギー源の種類および材料の性質を含めて、このシステムの種々のパラメーターに依存する。いくつかの実施形態では、このエネルギー源としては、パルスランプまたはフラッシュランプが主な放射エネルギー源として挙げられる。
【００２５】
一実施形態では、光ブロッカーが基板に近接して位置されるが、基板材料には接触しない。一実施形態では、光ブロッカーは、ランプからワークピースへの距離の少なくとも５０％であるように配置される。他の実施形態では、このマスクは、ランプからワークピースへの距離の少なくとも６０％、または７０％、または８０％、または９０％、または９５％である。正確な距離は、マスクの形状、ワークピースの構成、コンベヤーの速度およびエネルギーレベルのようなこのシステムの１つ以上のパラメーターに依存し得る。
【００２６】
１つ以上の実施形態では、移動式のシャッターは、光源に対する基板の露出のタイミングを調整する。１つ以上の実施形態では、この基板は、光ブロッカーを、光シールドの形態などで、基板が光源の直下になるまで、特定のポイントへ移動させる検出器を誘発する。
【００２７】
別の態様では、１つ以上の反射板を、さらにエネルギーを指向し得るマスクとして用いる。反射板としては、限定するものではないが、イメージングリフレクターが挙げられる。いくつかの実施形態では、反射板の特定の部分は、傾斜した光を減らすように取り除かれる。いくつかの実施形態では、反射板は、光源から基板に向かって放射される光を反射する。この反射板は、開口部を創出し、基板に与えられる、指向されるエネルギーを最大にする。反射板の反射面は、光源からの光を基板上で処理されるべき位置まで指向するように所定の角度で形成され得る。基板と光源との間の反射板の位置は、反射面からの反射光の強度が増大されるように調節されても、または減少されるように調節されてもよい。
【００２８】
一実施形態では、光源は、上向き方向に光を発する。別の実施形態では、光源は、下向き方向に光を発する。光源が光を発する方向は、基板および光ブロッカーを含めて種々のワークピースの条件および位置に基づいて決定され得る。
【００２９】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、単独で用いても、または別のものと組み合わせて用いて焼結の間の迷光を減らしてもよい。
【００３０】
この焼結システムは、コンベヤーの直接上に基板が位置しているコンベヤーシステムを備えてもよい。このコンベヤーは、基板を動かすために、例えば、２フィート／分〜１０００フィート／分（０．６ｍ／分〜３００ｍ／分）の速度で作動してもよい。コンベヤー制御モジュールは、基板が移動される速度を決定し得る。例えば、このコンベヤーシステムは、開始／停止モーションで作動しても、同様に連続モーションで作動してもよい。コンベヤーの動きは、フラッシュ作用で調整されて、ワークピースが必要に応じて、焼結のために十分な量のエネルギーを得ることを保証する。ワークピースは、より大きいピースを備えてもよく、その結果、エネルギーは、一度に一部に提供されてもよく、次いで別の部分に提供される。または、例えば、コンベヤー上に、一続きの異なるピースが存在してもよい。マスクによって、一方（または群）に対する焼結が、もう一方を部分的に焼結しないように、ワークピースが一緒に近接して配置されることが可能になり得る。
【００３１】
このシステムは、最初にランプと接触するマスクの側面と結合している接触シールドを備えてもよい。このシステムは、光のビームを狭くするか、および／または光のビームを特定の方向に整列させるための平行化装置を備えてもよい。
【００３２】
別の態様では、電子材料を基板に加えた後、ただしその電子材料を有する基板が光焼結ステーションに達する前に、その基板を迷光からの部分的焼結を減少または排除するが、直接光（例えば、ランプ下の光）からの焼結を可能にする溶液でコーティングし、これは、ある角度になるエネルギーについての光ブロッカーとして機能する。１つ以上の実施形態では、このコーティングは後に、差し向けられた光の力によって焼結の間に除去されてもよいし、および／または後続の過程で「洗い流され」てもよい。
【００３３】
焼結システムは、コンベヤー上に基板が直接配置されているコンベヤーシステムを備えてもよい。このコンベヤーは、例えば、２フィート／分〜１０００フィート／分（０．６ｍ／分〜３００ｍ／分）の速度で作動して、基板を動かし得る。コンベヤー制御モジュールは、基板が動かされている速度を決定できる。例えば、コンベヤーシステムは、開始／停止モーションで作動しても、同様に連続モーションで作動してもよい。コンベヤーの動きは、フラッシュ作用で調整されて、ワークピースが、必要に応じて、焼結のために十分な量のエネルギーを得ることを保証する。ワークピースは、より大きいピースを備えてもよく、その結果、エネルギーは、一度に一部に提供されてもよく、次いで別の部分に提供される。または、例えば、コンベヤー上に、一続きの異なるピースが存在してもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、コンベヤーベルトシステムは、焼結の間に連続して基板を運動させ、従って、典型的には、ランプの点滅周波数と速度の連動がとられ；他の実施形態では、このコンベヤーは、段階的な方法で動かされる。１つのワークピースまたはいくつかのワークピースが静止している状態で、光源が動かされてもよい。
【００３５】
一実施形態では、焼結システムは、エネルギー源、基板、および基板上に位置するナノ材料を備える。一実施形態では、１つだけのランプをエネルギー源として用いて、低エネルギーおよび高エネルギーの両方のフラッシュを生じる。別の実施形態では、１つ以上の別個のランプを用いて、低エネルギーおよび高エネルギーのフラッシュを生成してもよい。ナノ材料としては、銅、銀、金、パラジウム、スズ、タングステン、チタン、クロム、バナジウム、アルミニウムおよびそれらの合金が挙げられるがこれらに限定されない。
【００３６】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、単独で用いられてもよいし、または部分的な焼結を減少するために他のシステムと組み合わせて用いられてもよい。例えば、本明細書に開示される二段階の焼結過程を、上記で引用した米国特許出願第１３／１８８，１７２号に記載のシステムのようなシステムの間の迷光を減らすためのシステムおよび方法と組み合わせて用いてもよい。
【００３７】
一実施形態では、迷光を減らすためのシステムは、光ブロッカー、例えば、シールドである。一実施形態では、この光ブロッカーは、光源に対して近接、すなわち、空間的または距離的に近い。別の実施形態では、光ブロッカーは、基板に近接している。１つ以上の実施形態では、光ブロッカーは、垂直、または斜めの方向に位置決めされる。光ブロッカーは、基板がエネルギーを連続して吸収しないことを確実にすることによって、部分的な焼結を減少させ、基板破壊を減少する。
【００３８】
一般的なフラッシュランプ作動パラメーターの例示的な範囲としては以下が挙げられる：
１．パルス期間：１μｓ〜１００，０００μｓ（１／３ピーク値で測定）；
２．１パルスあたりのエネルギー：１ジュール〜５，０００ジュール；
３．パルス速度：１秒あたり単一のパルス〜１，０００パルス；
４．パルスモード：単一パルス、バースト、または連続パルス；
５．ランプ構成（形状）：直線、スパイラル、またはｕ字型；
６．スペクトル出力：１８０ナノメートル〜１，０００ナノメートル；
７．ランプ冷却：外気、強制換気、または水；
８．波長選択（ランプの外側）；なしまたはＩＲフィルター；
９．均一性範囲±０．１％〜±２５％中央から端部へ；
１０．ランプハウジング窓：なし、パイレックス（登録商標）、石英、ｓｕｐｒａｓｉｌ、またはサファイア；ならびに
１１．頂部および底部の配列決定：０％〜１００％の頂部ランプと０％〜１００％の底部ランプとの間の任意の組み合わせ。
【００３９】
本開示の実施形態を記載してきたが、本明細書に記載の開示の範囲から逸脱することなく改変がなされ得ることが明らかであるべきである。このシステムは、他のフィルターと組み合わせて用いられてもよい。さらに、本明細書に記載の方法は、コーティングなしのナノ粒子とともに用いられ得る。低エネルギーパルス（単数または複数）によって、焼結に他の有益な効果が得られると考えられ、例えば、銀粒子の場合、粒子を予備加熱すること、および可能性としては表面張力を変化することは、さらに良好な焼結を生じ得る。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３】
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【国際調査報告】
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