DE10126019A1 - Apparatus for heating substrates comprises emitters for emitting electromagnetic waves, reflectors for (in)directly directing electromagnetic radiation released by emitters onto substrate, and rigid or adjustable screens - Google Patents

Apparatus for heating substrates comprises emitters for emitting electromagnetic waves, reflectors for (in)directly directing electromagnetic radiation released by emitters onto substrate, and rigid or adjustable screens

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Abstract

An apparatus for heating substrates comprises one or more emitters (1) for emitting electromagnetic waves in the region of 200-10000 nm; one or more reflectors (2) for (in)directly directing the electromagnetic radiation released by the emitters onto a substrate; and one or more rigid or adjustable screens (3) for electromagnetic radiation released by the emitters and/or reflectors in the direction of the substrate. Preferred Features: The width of the energy distribution of a homogeneous beam is in the region of 0.1-150, preferably 1-100, especially 4-60 mm, and the length of the energy distribution of a homogeneous beam is in the region of 0.1 mm -10 m, preferably 10 mm - 8 m, especially 20 mm - 6 m. The screens are mechanically, electrically, hydraulically and/or pneumatically adjusted. The screens have various geometries. The reflectors have a polygonal cross-section.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperierungsvorrichtung für Substrate, die mindestens einen Emittor für kurzwellige Infrarotstrahlung, mindestens einen Reflektor sowie mindestens eine verstellbare Blende aufweist.The present invention relates to a temperature control device for substrates, the at least one emitter for short-wave infrared radiation, at least one Has reflector and at least one adjustable aperture.

Die Erfindung betrift darüber hinaus ein Verfahren zur Temperierung von Substraten, bei dem die Erwärmung durch energiereiche Infrarot-Strahlung erfolgt, wobei im Strahlengang mindestens eine verstellbare Blende angeordnet ist.The invention also relates to a method for tempering Substrates that are heated by high-energy infrared radiation, wherein at least one adjustable diaphragm is arranged in the beam path.

Derartige Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Temperierung von Substraten werden dazu verwendet, verschiedenste Materialien zu erwärmen, um diese weiter verarbeiten zu können bzw. um einen oder mehrere Verarbeitungsschritte zu vollziehen.Such devices and methods for tempering substrates used to heat a wide variety of materials to further these to be able to process or to one or more processing steps take place.

Zum Stand der Technik: Bekannt sind Systeme zur Temperierung von Substraten mithilfe kurzwelliger Infrarotstrahlung, bei denen eine Bündelung des Strahlengangs durch bestimmte Reflektorgeometrien bzw. Reflektorgestaltungen erfolgt. Mit der Schrift EP 0521773 werden eine Vorrichtung sowie ein Verfahren offenbart, wobei im Bereich kurzwelliger IR-Strahlung Vorformlinge hauptsächlich orthogonal zu ihrer Längsachse beaufschlagt werden. Eine flächenbezogen definierbare Immission am Substrat sowie eine minimierte Strreustrahlung sind hier nicht erzielbar. Aus der DE-OS 198 50 865 ist ferner eine Emittor- und Reflektorgestaltung bekannt, die eine gezielte Reflexion eines wesentlichen Teils der vom Emittor in Gegenrichtung zum Substrat abgestrahlten Energie erlaubt. Eine besondere Homogenität des Strahlenbündels am Punkt der Immission sowie eine definierte Bündelung des Strahlengangs läßt sich mit der in dieser Schrift vorgeschlagenen Lösung nicht erreichen. Eine andere Vorrichtung zur Temperierung von Substratmaterial ist aus der DE-OS 197 24 621 bekannt. Der Reflektor ist zweiteilig mit gegenüberliegenden Konkav-Reflektoren ausgeführt. Diese Lösung erlaubt eine Verminderung der Streustrahlung, und eine Verbesserung der Genauigkeit der Fokussierung des Strahlenbündels am Immissionspunkt, ist jedoch durch parasitäre Erwärmungseffekte nur für geringere Strahlungsenergien geeignet.State of the art: Systems for temperature control of substrates are known with the help of short-wave infrared radiation, in which a bundling of the Beam path through certain reflector geometries or reflector designs he follows. The document EP 0521773 describes a device and a method discloses, in the area of short-wave IR radiation preforms are applied mainly orthogonally to their longitudinal axis. A area-specific definable immission on the substrate as well as a minimized Stray radiation cannot be achieved here. From DE-OS 198 50 865 is also one Emittor and reflector design known, the targeted reflection of a essential part of that emitted by the emitter in the opposite direction to the substrate  Energy allowed. A special homogeneity of the beam at the point of Immission and a defined bundling of the beam path can be achieved with the in not achieve the solution proposed in this document. Another device for tempering substrate material is known from DE-OS 197 24 621. The The reflector is made in two parts with opposing concave reflectors. This solution allows a reduction in the scattered radiation, and one Improve the accuracy of focusing the beam on Immission point, however, due to parasitic heating effects only for smaller ones Radiation energies suitable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Temperierung von Substraten bereit zu stellen, bei der die Strahlung das zu erwärmende Material mit einer definierten Mindest-Energiedichte bei weitgehend homogener Energieverteilung beaufschlagt, und bei der die Immission am Substrat auf einer definierbaren Breite erfolgt.The object of the present invention is a device for temperature control of substrates in which the radiation is the material to be heated with a defined minimum energy density and largely homogeneous Energy distribution applied, and in which the immission on the substrate on a definable width.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Temperierung von Substraten dadurch gelöst, daß mindestens ein Reflektor sowie mindestens eine Blende im Strahlengang angebracht sind, so daß die Größe des das Substrat beaufschlagenden Strahlenbündels definiert bzw. einstellbar ist.According to the invention, this object is achieved in a temperature control device solved by substrates in that at least one reflector and at least an aperture in the beam path are attached so that the size of the substrate beam is defined or adjustable.

Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Temperierung von Substraten dadurch gelöst, daß durch mindestens eine in ihrer Position und/oder Geometrie verstellbare Blende der Strahlengang dergestalt reguliert wird, daß die Bestrahlung des zu erwärmenden Materials auf einer definierten Fläche erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Furthermore, this object is achieved according to the invention in a method for Temperature control of substrates solved in that by at least one in their Position and / or geometry adjustable aperture of the beam path is regulated that the irradiation of the material to be heated on a defined area. Advantageous refinements and developments are contained in the subclaims.  

Vorteilhaft besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Blende, die den Strahlengang in der Streuung begrenzt und in bestimmten Ausführungsformen und/oder Anordnungen die Homogenität des Strahlenbündels erhöht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zu beiden Seiten des Strahlengangs mindestens je eine Blende vorhanden, die synchron mit der jeweils gegenüber liegenden Blende verstellt wird. Die mindestens eine Blende ist schwenkbar und/oder in Quer- bzw. in Längsrichtung des Strahlengangs verschiebbar. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Paar gegenüberliegender Blenden vorhanden, wobei bevorzugt eine synchrone Verstellung besagter jeweils gegenüberliegender Blenden erfolgt.The device according to the invention advantageously has at least one aperture which limited the beam path in the scatter and in certain embodiments and / or arrangements increase the homogeneity of the radiation beam. In a advantageous embodiment is at least on both sides of the beam path an aperture is available that is synchronous with the opposite aperture is adjusted. The at least one panel can be pivoted and / or in transverse or slidable in the longitudinal direction of the beam path. In another preferred Embodiment is at least a pair of opposing panels present, preferably a synchronous adjustment of said respective opposite apertures.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Blenden mechanisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch verstellbar. Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht auf jeder Seite des Strahlengangs mindestens zwei in Längsrichtung der Strahlen nacheinander angeordnete Blenden bzw. Blendenpaare vor, so daß verschiedene Blendengeometrien während des Betriebes gewählt werden können. Besonders einfach ist hiermit auch eine Blen­ dengeometrie darstellbar, die eine Mehrfachreflexion mindestens eines Teils des Strahlenbündels erlaubt.In another preferred embodiment, the screens are mechanical and / or electrically and / or hydraulically and / or pneumatically adjustable. A another preferred embodiment sees at least on each side of the beam path two diaphragms arranged one after the other in the longitudinal direction of the beams or Aperture pairs in front, so that different aperture geometries during operation can be chosen. Blen is particularly easy with this dengeometrie representable, which is a multiple reflection of at least part of the Beam allowed.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der mindestens eine Reflektor mit Flüssigkeit bzw. Gas gekühlt, und/oder es ist ein Kühlkörper vorhanden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Emittor druckdicht bzw. explosionsgeschützt angebracht.In a preferred embodiment of the device according to the invention the at least one reflector is cooled with liquid or gas, and / or it is a heat sink is available. In a further preferred embodiment, the Emittor attached pressure-tight or explosion-proof.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Aufnahmepunkte der Emittoren in mehreren Dimensionen verstellbar, vorzugsweise dergestalt, daß eine Neigung der Längsachse des Emittors gegenüber der Ebene des Substrates erzielt wird. Hiedurch kann zusätzlich zu einer in vorteilhafter Ausgestaltung vorhandenen Leistungsregelung der Emittoren eine Feinjustierung der Strahlungseinwirkung am Substrat erfolgen. Vorzugsweise besitzt der mindestens eine Emittor der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine automatische Abschaltung, die über einen Temperatursensor gesteuert wird.According to an advantageous development of the device according to the invention the admission points of the issuers can be adjusted in several dimensions,  preferably such that an inclination of the longitudinal axis of the emitter compared to the plane of the substrate. This can add to that an advantageous embodiment of the power regulation of the emitters the radiation exposure on the substrate is fine-tuned. Preferably the at least one emitter of the device according to the invention has one automatic shutdown controlled by a temperature sensor.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besagter Temperaturfühler explosionsgeschützt angebracht.In an advantageous embodiment of the device according to the invention said temperature sensor attached explosion-proof.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Luftabsaugung vorhanden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Luftzuführung über eine in die erfindungsgemäße Vorrichtung integrierte Düse. In einer anderen vorteilhaften Ausführung sind ein Lösemittel-Abscheider und/oder ein Partikel-Abscheider in die Luftführung integriert.In an advantageous embodiment, air extraction is available. In a Another preferred embodiment, the air supply takes place in a device according to the invention integrated nozzle. In another advantageous one Version are a solvent separator and / or a particle separator in the air duct integrated.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. In Fig. 1 wird schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Emittor (1), mit einem als Polygonzug ausgeführten Reflektor (2) mit Kühlkörper (4) sowie mit zwei drehbar gelagerten Blenden (3) gezeigt. Die Blenden (3) begrenzen die Fläche des das Substrat beaufschlagenden Strahlen­ bündels. Durch eine synchrone bzw. asynchrone Drehung der Blenden (3) kann die durch das Strahlenbündel beaufschlagte Fläche in ihrer Größe und Form verändert weden.The invention is described below using two exemplary embodiments. In Fig. 1, a device according to the invention is schematically shown with an emitter ( 1 ), with a polygonal reflector ( 2 ) with heat sink ( 4 ) and with two rotatably mounted screens ( 3 ). The diaphragms ( 3 ) delimit the area of the radiation beam acting on the substrate. A synchronous or asynchronous rotation of the diaphragms ( 3 ) can change the size and shape of the surface exposed to the beam.

Fig. 2 zeigt das Blendenpaar (3) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Begrenzung der am Substrat wirksamen Strahlung durch fokussierend eingestellte Blenden (3). Die durch eine bestimmte Form des Reflektors (2) sowie der Blenden (3) mögliche Mehrfachreflexion erzeugt ein homogenes Strahlenbündel. Fig. 2 shows the pair of diaphragms ( 3 ) of a device according to the invention with a limitation of the radiation effective on the substrate by focusing diaphragms ( 3 ). The multiple reflection possible through a certain shape of the reflector ( 2 ) and the diaphragms ( 3 ) produces a homogeneous beam.

Für sämtliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gilt, daß sowohl die bestrichene Fläche als auch die Homogenität des Strahlenbündels weitgehend determinierbar sind, indem die Blenden- und/oder Reflektorgeometrie bzw. Blenden- und/oder Reflektorposition verändert werden.For all embodiments of the device according to the invention applies that both the swept area and the homogeneity of the beam are largely determinable by the aperture and / or reflector geometry or aperture and / or reflector position can be changed.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß die an dem mindestens einen Emittor (1) vorbeigeführten Substrate von einem Strahlenbündel einer definiert einstellbaren Breite temperiert werden, wobei die Erwärmung sowohl direkt durch die Strahlung des mindestens einen Emittors (1) als auch indirekt durch Reflexion der Strahlung an dem mindestens einen Reflektor (2) und an der mindestens einen Blende (3) erfolgt, Die mindestens eine Blende (3) begrenzt die Breite des Strah­ lenbündels gemäß permanenter oder variabler Grundeinstellung des Strahlen­ gangs.The method according to the invention provides that the substrates guided past the at least one emitter ( 1 ) are tempered by a beam of rays of a defined adjustable width, the heating both directly by the radiation of the at least one emitter ( 1 ) and indirectly by reflection of the radiation on the at least one reflector ( 2 ) and on the at least one diaphragm ( 3 ), the at least one diaphragm ( 3 ) limits the width of the beam according to the permanent or variable basic setting of the beam path.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Emittor (1), und mindestens ein vorzugsweise als Polygonzug ausgeführter Reflektor (2), und mindestens eine im Strahlengang angebrachte, vorzugsweise als Polygonzug ausge­ führte und/oder vorzugsweise verstellbare Blende (3), vorhanden sind.1. Device for heating substrates, characterized in that at least one emitter ( 1 ), and at least one reflector ( 2 ), preferably designed as a polygon, and at least one attached in the beam path, preferably as a polygon, and / or preferably adjustable aperture ( 3 ), are present. 2. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Blende (3) verschiebbar und/oder schwenkbar ist, wobei durch die Verstellung der Querschnitt des Strahlendurchlasses variiert wird.2. Device for heating substrates according to claim 1, characterized in that the at least one diaphragm ( 3 ) is displaceable and / or pivotable, the cross section of the radiation passage being varied by the adjustment. 3. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Blende (3) verstellbar ist, wobei die Verstellung mechanisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch erfolgt.3. A device for heating substrates according to claim 1 or 2, characterized in that at least one diaphragm ( 3 ) is adjustable, the adjustment being carried out mechanically and / or electrically and / or hydraulically and / or pneumatically. 4. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach einem der Ansprüch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Luftkanal vorhanden ist. wobei das erwärmte Sub­ strat durch einen Luftstrom, vorzugsweise durch Frischluft, temperiert wird, bzw., daß die den Frischluftkanal durchströmende Luft temperiert ist, so daß die Erwärmung und/oder Trocknung des Substrates unterstützt wird.4. Device for heating substrates according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that there is at least one air duct. where the heated sub strat is tempered by an air flow, preferably by fresh air, or that the air flowing through the fresh air duct is tempered, so that the heating and / or drying of the substrate is supported. 5. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach ein em der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlassbreite des Strahlengangs durch mindestens zwei in Längsrichtung des Strahlengangs hintereinander angeordnete Blenden (3) geregelt wird, wobei besagte Blenden (3) vorzugsweise unabhängig voneinander verstellbar sind, und wobei der Strahlendurchlaß vorzugsweise beidseitig durch paarweise vorhandene Blen­ den (3) begrenzt wird. 5. A device for heating substrates according to one of claims 1 to 4, characterized in that the passage width of the beam path is regulated by at least two diaphragms ( 3 ) arranged one behind the other in the longitudinal direction of the beam path, said diaphragms ( 3 ) preferably being adjustable independently of one another are, and wherein the radiation passage is preferably limited on both sides by pairs of existing den ( 3 ). 6. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der besagten paarweise vorhandenen Blenden (3) synchron für je­ weils mindestens ein Paar gegenüberliegender Blenden (3) erfolgt.6. A device for heating substrates according to claim 5, characterized in that the adjustment of said pairs of panels ( 3 ) is carried out synchronously for at least one pair of opposing panels ( 3 ). 7. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der besagten paarweise vorhandenen Blenden (3) asynchron für je­ weils mindestens ein Paar gegenüberliegender Blenden (3) erfolgt.7. A device for heating substrates according to claim 5, characterized in that the adjustment of said paired orifices ( 3 ) takes place asynchronously for at least one pair of opposing orifices ( 3 ). 8. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Blende (3) eine variable Geo­ metrie aufweist.8. A device for heating substrates according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one aperture ( 3 ) has a variable geometry. 9. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Anteil der von dem mindestens einen Emittor (1) abgegebenen Strahlung im Strahlengang eine Mehrfachreflexion an der mindestens einen Blende (3) erfährt.9. Device for heating substrates according to at least one of the preceding claims, characterized in that a certain proportion of the radiation emitted by the at least one emitter ( 1 ) experiences multiple reflection in the beam path at the at least one diaphragm ( 3 ). 10. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang mindestens ein Strahlenteiler angebracht ist.10. Device for heating substrates according to at least one of the preceding Claims, characterized in that at least one beam splitter in the beam path is appropriate. 11. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Reflektor (2) eine verstell­ bare Geometrie aufweist.11. A device for heating substrates according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one reflector ( 2 ) has an adjustable geometry. 12. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Reflektor (2) verstellbar ist, wo­ bei die Verstellung mechanisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneu­ matisch erfolgt.12. A device for heating substrates according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one reflector ( 2 ) is adjustable, where the adjustment is carried out mechanically and / or electrically and / or hydraulically and / or pneumatically. 13. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitstemperatur der Emittoren mindestens 2300 Grad Kelvin beträgt. 13. Device for heating substrates according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the working temperature of the emitters at least Is 2300 degrees Kelvin.   14. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Emittor über Steckverbin­ dungen fixiert ist und an seinen Aufnahmepunkten verstellt werden kann.14. Device for heating substrates according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the at least one emitter via plug connection fixed and can be adjusted at its pick-up points. 15. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Emittor in der Neigung und/oder in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen und/oder parallel zu seiner Längsachse verstellbar ausgeführt ist.15. A device for heating substrates according to claim 14, characterized in that that the at least one emitter in the inclination and / or in the horizontal and / or in which is adjustable and / or adjustable parallel to its longitudinal axis. 16. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen und/oder die Strömungsgeschwin­ digkeit des Luftstroms geregelt werden.16. Device for heating substrates according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the volume and / or the flow rate air flow rate can be regulated. 17. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Luftkanal über eine Düse mit vorzugsweise regulierbarem Querschnitt Frischluft bzw. temperierte Frischluft bzw. durch den Prozeß temperierte Luft zugeführt wird.17. Device for heating substrates according to one of claims 4 to 16, characterized characterized in that in the air duct via a nozzle with preferably adjustable Cross section of fresh air or tempered fresh air or tempered by the process Air is supplied. 18. Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Emittor eine thermosensi­ tive Abschaltung aufweist.18. Device for heating substrates according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the at least one emitter is a thermosensi tive shutdown. 19. Verfahren zur Erwärmung von Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat an dem mindestens einen Emittor(1) vorbei geführt wird, wobei die Erwärmung sowohl di­ rekt durch die Strahlung des mindestens einen Emittors (1) als auch indirekt durch Refle­ xion der Strahlung an dem mindestens einen Reflektor (2) und an der mindestens einen Blende (3) erfolgt, und wobei die mindestens eine Blende (3) verstellbar ist und die Brei­ te des Strahlenbündels entsprechend der jeweiligen Einstellung begrenzt.19. A method for heating substrates, characterized in that the substrate is guided past the at least one emitter ( 1 ), the heating both directly by the radiation of the at least one emitter ( 1 ) and indirectly by reflection of the radiation on the at least one reflector ( 2 ) and on the at least one diaphragm ( 3 ), and wherein the at least one diaphragm ( 3 ) is adjustable and limits the width of the beam according to the respective setting. 20. Verfahren zur Erwärmung von Substraten ach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Breite des Strahlenbündels durch mindestens ein Paar gegenüberliegen­ der Blenden einstellbar ist.20. A method for heating substrates ach claim 19, characterized net that the width of the beam are opposite by at least one pair the aperture is adjustable.
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