WO2017137211A1

WO2017137211A1 - Vorrichtung für die behandlung eines substrats mit uv-strahlung und verwendung der vorrichtung

Info

Publication number: WO2017137211A1
Application number: PCT/EP2017/050765
Authority: WO
Inventors: Axel Eckmann; Angelika ROTH-FÖLSCH; Christian Rüth; Jan Winderlich
Original assignee: Heraeus Noblelight Gmbh
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2017-08-17
Also published as: DE102016102187B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung, umfassend eine Reaktionskammer zur Aufnahme des zu bestrahlenden Substrats, die einen Einlass zur Einleitung eines Stickstoffstroms in die Reaktionskammer aufweist, und einen von der Reaktionskammer räumlich getrennten Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlfluides, und einen UV-Strahler zur Emission der UV-Strahlung auf das Substrat. Um eine Vorrichtung in kompakter Bauweise anzugeben, die mit maximaler Strahlungsausbeute arbeitet und einen effizienten Einsatz des Inertgases und des Kühlfluids ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der UV-Strahler eine Quecksilberdampfentladungslampe mit mindestens einem Quecksilberdepot in mindestens einem Strahler-Ende umfasst, die eine Entladungszone innerhalb der Reaktionskammer aufweist und deren Strahler-Ende mit dem Quecksilberdepot in den Kühlkanal hineinragt. Die Vorrichtung findet in einem Verfahren zur foto-induzierten Polymerisation von Silikonschichten Verwendung.

Description

Vorrichtung für die Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung und Verwendung der Vorrichtung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung, umfassend eine Reaktionskammer zur Aufnahme des zu bestrahlenden Substrats, die einen Einlass zur Einleitung eines Stickstoffstroms in die Reaktionskammer aufweist, und einen von der Reaktionskammer räumlich getrennten Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlfluides, und einen UV-Strahler zur Emission der UV-Strahlung auf das Substrat.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung in einem Verfahren zur foto-induzierten Polymerisation von Silikonschichten.

Stand der Technik

Vorrichtungen zur Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung sind beispielsweise zur Härtung oder Trocknung von Klebern oder von Lack- oder Farbschichten auf Papierbahnen bekannt. Aufgrund der Reaktivität des eingesetzten Be- schichtungsmaterials oder des Substrats mit UV-Strahlung oder aufgrund der Absorption der UV-Strahlung in Luft ist eine Inertisierung der Reaktionskammer erforderlich. Dies geschieht üblicherweise durch Fluten oder Spülen der Reaktionskammer mit Stickstoff, so dass die Reaktionskammer einen Restsauerstoffgehalt von nicht mehr als 50 ppm enthält. Der Stickstoff in der Reaktionskammer kann auch zur Kühlung der UV-Strahler verwendet werden, was den Wirkungsgrad der Strahler steigert. Dies setzt jedoch einen relativ starken Durchfluss des Inertgases voraus, so dass dieses ein kostspieliges Kühlmittel darstellt.

Eine derartig gestaltete Vorrichtung ist beispielsweise aus DE10 2005 060 198 A1 bekannt. Als UV-Strahler werden 172 nm Excimerstrahler eingesetzt, die in einem Gehäuse montiert und mit ihrer Strahlaustrittsöffnung direkt über dem Bestrah- lungsgut angeordnet ist. Die Excimerstrahler werden durch den von oben in das Gehäuse eingeleiteten Stickstoff gekühlt, was zu einer schonenden Betriebsweise der Strahler beiträgt. Der Stickstoff tritt aus dem Gehäuse aus und verteilt sich zwecks Inertisierung auch auf das Bestrahlungsgut. Zur Gleichverteilung des Inertgases bzw. zur Turbulenzreduzierung sind bei der Vorrichtung gemäß DE10 2005 060 198 A1 mehrere aufwändige Maßnahmen vorgesehen, nämlich eine Gasvorverteilungskammer oberhalb des Lampengehäuses, sowie besonders gestaltete Gasverteilungselemente, wie etwa Filterelemente in den Einspeisungs- rohren für den Stickstoff, und ein Metallgewebe am Strahlaustritt zum angrenzenden Bestrahlungsgut.

Auch aus DE 10 2013 005 741 B3 ist eine Vorrichtung zur Inertisierung einer Bestrahlungszone bekannt, bei der Stickstoff über einen Excimerstrahler auf das Bestrahlungsgut eingeleitet wird und somit auch als Kühlmittel für die Excimerstrahler fungiert. Zusätzlich wird Stickstoff über mehrere Düsen direkt in den Bestrahlungskanal eingespeist.

Alternativ sind Vorrichtungen zur Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung bekannt, in denen der UV-Strahler in einem von der Reaktionskammer räumlich getrennten Kühlkanal angeordnet ist, wo er im Ganzen mittels Luft oder Wasser gekühlt wird. Die Kühlung des Strahlers erfolgt in dieser Variante zwar effizient und mit kostengünstigem Kühlmittel, aber es ergibt sich durch die Trennung und Beabstandung des UV-Strahlers von der Reaktionskammer und vom zu bestrahlenden Substrat ein erheblicher Strahlungsverlust.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus GB 2 178 630 A bekannt. Sie dient zum Verkleben von Bauteilen eines Uhrengehäuses durch UV-aushärtenden Klebstoff zwischen den Bauteilen, die auf einem Transportband einen Behandlungskanal durchlaufen. Über mehrere Einlassventile wird Stickstoff als Inertgas in die Bestrahlungszone (innere Kammer) eingelassen, wobei die Durchflussrate so eingestellt ist, dass eine Sauerstoffkonzentration von kleiner als 0,1 % erreicht wird. In einem oberhalb der Behandlungszone angeordneten und von diesem durch eine UV-Strahlung durchlässige Scheibe getrennten Kühlkanal (äußere Kammer) be- findet sich ein UV-Strahler. Der Kühlkanal wird mit Luft durchströmt, wodurch der UV-Strahler und auch die in sich abgeschlossene und mit Inertgas gespülte Behandlungszone gekühlt werden. Die Luft wird im Bereich unterhalb der Behandlungszone angesaugt und über mehrere Lüftungskanäle nach oben in den Kühlkanal geleitet und verlässt die Vorrichtung schließlich durch einen Abluftkanal. Das Kühlsystem beansprucht somit ein relativ großes Volumen der Gesamtvorrichtung. Darüber hinaus verringern die Strahlungsverluste durch die Trennscheibe zwischen der Behandlungszone und dem Kühlkanal die Effizienz der Bestrahlungsvorrichtung.

Aus DE 26 39 728 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats auf einem Transportband mit UV-Strahlung bekannt, bei der eine Quecksilberdampflampe mit einem langgestreckten Lampenrohr in einem Gehäuse angeordnet ist. Die von der Quecksilberdampflampe emittierte UV-Strahlung wird mittels Fokus- sier- und Umlenkspiegeln auf das zu behandelnde Substrat außerhalb des Vorrichtungsgehäuses geleitet. Die beiden Endabschnitte der Quecksilberdampflampe sind innerhalb des Gehäuses in sogenannten Kästen gelagert, durch die zu Kühlzwecken Kaltluft hindurchströmt.

Als übliche UV-Strahler gelten Quecksilberdampfentladungslampen. Sie weisen in ihrer langgestreckten Version ein zylinderförmiges Lampenrohr aus Quarzglas mit zwei darin angeordneten Elektroden auf. Das Lampenrohr ist an beiden Enden über Quetschungen gasdicht verschlossen, durch die eine Stromversorgung zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden geführt ist. Das Lampenrohr ist mit einem Füllgas gefüllt, beispielsweise einem Edelgas. Darüber hinaus ist in das Lampenrohr gegebenenfalls ein Quecksilberdepot eingebracht. Unter einem Quecksilberdepot im Sinne der Erfindung wird ein reines Quecksilberdepot und auch ein Quecksilberamalgamdepot (kurz Amalgamdepot) verstanden.

Quecksilberdampfentladungslampen mit einem Amalgamdepot zeigen ein Emissionsspektrum mit charakteristischen Linien bei 254 nm (UV-C-Strahlung) und gegebenenfalls 185 nm (VUV-Strahlung). Die Strahlungsleistung der Quecksilberdampfentladungslampen ist von dem Quecksilberdampfdruck im Entladungsraum und damit von der Betriebstemperatur der Lampe abhängig. Eine hohe Strahlungseffizienz wird erzielt, wenn ein möglichst optimaler und konstanter Quecksilberdampfdruck im Entladungsraum erzeugt wird.

Bei Quecksilberdampfentladungslampen mit einem Amalgamdepot stellt sich zwischen dem im Amalgamvorrat legiert vorliegenden Quecksilber und dem im Lampenrohr bzw. in der Entladungszone„freien" Quecksilber ein Gleichgewicht ein, das den Quecksilberdampfdruck innerhalb des Lampenrohres begrenzt und bestimmt.

Allerdings hängt auch bei Einsatz eines Amalgamdepots der Quecksilberdampfdruck innerhalb des Lampenrohres von der Temperatur, insbesondere von der Temperatur des Amalgamdepots, ab. Strahler, die mit unterschiedlichen Leistungen betrieben werden, zeigen je nach Betriebszustand eine unterschiedliche Temperatur der Strahlerrohr-Innenwand im Bereich der Entladungszone. Ein zwischen den Elektroden auf der Innenwand des Lampenrohrs angeordnetes Quecksilber- oder Amalgamdepot weist daher je nach Betriebszustand eine unterschiedliche Temperatur auf, einhergehend mit einem variierenden Quecksilberdampfdruck im Lampenrohr. Dies führt dazu, dass bei einem Betrieb der Lampe mit variablen Leistungen oder Umgebungsbedingungen die Strahlungserzeugung nicht mit optimaler Effizienz stattfinden kann.

Um dennoch einen Betrieb von Quecksilberdampfentladungslampen mit einem optimierten Quecksilberdampfdruck zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, das Quecksilberdepot außerhalb der Entladungszone anzuordnen. Bei einem derart angeordneten Quecksilbervorrat kann eine optimierte Temperatur des Quecksilberdepots und damit ein konstanter Quecksilberdampfdruck im Entladungsraum eingestellt werden. Derartige Strahler werden auch„Out-of-Arc-Strahler" genannt.

DE 10 2013 102 600 A1 offenbart in einer Ausführungsform einen solchen„Out- of-Arc-Strahler". Die Quecksilberdampfentladungslampe weist dazu in einem Abschnitt außerhalb der Entladungszone ein Amalgamdepot auf. Während des Be- triebs der Quecksilberdampfentladungslampe weist das so angeordnete

Amalgamdepot eine relativ niedrige Temperatur auf. Es ist vorgesehen mittels einer Heizeinrichtung dieses Amalgamdepot optimal zu temperieren.

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben angeführten Nachteile der Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats mit UV-Strahlung in kompakter Bauweise anzugeben, die mit maximaler Strahlungsausbeute arbeitet und einen effizienten Einsatz des Inertgases und des Kühlfluids ermöglicht.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der UV-Strahler eine Quecksilberdampfentladungslampe mit mindestens einem Quecksilberdepot in mindestens einem Strahler-Ende umfasst, die eine Entladungszone innerhalb der Reaktionskammer aufweist und deren Strahler-Ende mit dem Quecksilberdepot in den Kühlkanal hineinragt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik zwei wesentliche Modifikationen auf, von denen eine der Einsatz einer Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Quecksilberdepot außerhalb der Entladungszone in einem ersten Strahler-Ende und die andere Modifikation die Anordnung dieses UV-Strahlers betrifft, wonach die Entladungszone innerhalb der Reaktionskammer und das mindestens erste Strahler-Ende mit dem Quecksilber- oder Amalgamdepot in den Kühlkanal hineinragt.

Das Quecksilber- oder Amalgamdepot der Quecksilberdampfentladungslampe ist in einem Abschnitt außerhalb der Entladungszone angeordnet, wobei es durchaus noch in der Nähe der Elektroden positioniert sein kann. Ein solches Quecksilberdepot befindet sich an der kühlsten Position innerhalb des UV-Strahlers, nämlich an den Strahler-Enden und ist so ausgebildet, dass es den maximalen Quecksilberdampfdruck, der in der gesamten Entladungszone gleich ist, bestimmt. Da nicht der gesamte UV-Strahler gekühlt werden muss, sondern nur das Strahler- Ende mit dem Quecksilberdepot, kann die Kühlleistung und der Einsatz von Kühl- fluid minimiert werden, ohne dass dies zu nennenswerten Leistungseinbußen des Strahlers führt. Die Temperierung des UV-Strahlers ist somit außerhalb der Reaktionskammer unabhängig vom Prozess innerhalb der Reaktionskammer steuerbar, wodurch das Linienspektrum des UV-Strahlers gezielt auf den jeweiligen Prozess abgestimmt werden kann.

Der in der Reaktionskammer befindliche Stickstoffstrom ist im Wesentlichen auf seine Funktion zur Inertisierung reduziert. Da der Stickstoffstrom nicht für eine Kühlfunktion ausgelegt werden braucht, werden Turbulenzen vermieden, was zu einer effektiven Nutzung der Strahlung und insbesondere zur gleichmäßigen Behandlung des Substrats mit UV-Strahlung beiträgt. Überdies wird der Verbrauch an Stickstoff minimiert, was beim Einsatz von kostspieligem Reinststickstoff eine Frage der Wirtschaftlichkeit ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass zwischen der UV-Strahlung abstrahlenden Entladungszone des UV-Strahlers und dem zu bestrahlenden Substrat keine strahlungsmindernde Trennscheibe erforderlich ist, wie dies aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik bekannt ist, wonach der gesamte UV-Strahler in einem Luft durchströmten Kühlkanal gelagert ist. Vielmehr kann der UV-Strahler in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in geringem, optimiertem Abstand zu der Oberfläche des zu bestrahlenden Substrats angeordnet werden. Daraus ergibt sich eine effektive und kompakte Bauweise der Vorrichtung. Weiterhin kommt es bei ggf. eingesetzter 185 nm VUV-Strahlung nicht zu unerwünschter Ozonbildung, weil die UV-Strahlung nur in der Stickstoffatmosphäre der Reaktionskammer wirkt und nicht wie im Stand der Technik auch in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre im Kühlkanal.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Kühlkanal und die Reaktionskammer mittels einer Trennwand räumlich voneinander getrennt, und die Queck- silberdampfentladungslampe erstreckt sich durch die Trennwand hindurch. Die Trennwand wird dabei von einer Seitenwand der Reaktionskammer gebildet und ist üblicherweise aus Metall. Die Trennwand ist sowohl undurchlässig für den Stickstoff in der Reaktionskammer als auch für das Kühlfluid im Kühlkanal. Die Quecksilberdampfentladungslampe erstreckt sich durch die Trennwand hindurch, wobei sie an mindestens dem ersten Strahler-Ende von gasdichten Durchführungen in der Trennwand gehalten wird. Durch diese Ausführungsform der Vorrichtung ergibt sich ein optimierter und störungsfreier Betrieb sowohl innerhalb der Reaktionskammer, wie auch im Kühlkanal.

Vorteilhafterweise weist die Quecksilberdampfentladungslampe ein Lampenrohr mit einem zweiten Strahler-Ende auf, das ebenso wie das erste Strahler-Ende in den Kühlkanal hineinragt. Das Lampenrohr kann dabei eine gebogene Form aufweisen, wobei im Extremfall ein u-förmiges Lampenrohr mit einer Biegung im Winkel von etwa 180° vorliegt. Die beiden Strahler-Enden sind dabei dicht nebeneinander in einem gemeinsamen Sockel positioniert. In dieser Ausführungsform ragt der Lampensockel mit beiden Strahler-Enden in den Kühlkanal hinein. Es ergibt somit eine einseitige Halterung des UV-Strahlers, die gegebenenfalls eine besonders platzsparende Anordnung der Lampe in der Reaktionskammer ermöglicht. Alternativ dazu hat das Lampenrohr eine nur leicht gebogene Form, so dass die beiden Strahler-Enden in zwei voneinander getrennten Lampensockeln gehalten sind, die jeweils in den Kühlkanal hineinragen. Ein in dieser Art zweiseitig gehaltener UV-Strahler ist besonders stabil in der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixiert. Das Maß der Biegung des Lampenrohres ist vorteilhaft an die zu bestrahlende Geometrie des Substrats angepasst, so dass auch im Einzelfall ein Lampenrohr mit gerader, langgestreckter Form (ohne Biegung) von Vorteil ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Quecksilberdampfentladungslampe eingesetzt wird, in deren zweiten Strahler-Ende ein zweites Quecksilberdepot angeordnet ist. Ein derartiger„Out-of-Arc"-Strahler mit zwei Quecksilberdepots kann wie oben erläutert als einseitig oder zweiseitig gehaltener Strahler ausgebildet sein, wobei in jedem Fall nur die Strahler-Enden vom Kühlfluid umströmt sind. Dadurch wird das dort angeordnete Quecksilberdepot optimal temperiert, so dass sich ein konstanter Quecksilberdampfdruck im Entladungsraum einstellt. Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn der Kühlkanal an zwei sich gegenüber liegenden Seiten der Reaktionskammer ausgebildet ist. Bei dieser Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Kühlkanal mehrere Kühlräume, die voneinander getrennt jeweils von einem Kühlfluid durchströmt werden, oder die fluidisch miteinander verbunden sind, wobei in diesem Fall nur ein einziges Kühlfluid eingesetzt wird. Ein derartig ausgebildeter Kühlkanal ermöglicht es die Kühlung der Strahler-Enden zu optimieren, so dass der UV- Strahler besonders effizient betrieben werden können. Darüber hinaus können die Kühlräume des Kühlkanals auch für eine lokal unterschiedliche Einstellung der Temperatur der jeweiligen an den Kühlraum angrenzenden Seitenwand der Reaktionskammer genutzt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst der UV- Strahler eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Hauptemissionslinie bei einer Wellenlänge von 254 nm. Derartige sogenannte UV-C- Niederdruck-Gasentladungslampen zeigen ein Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 249 nm und 259nm, insbesondere bei 254 nm. Sie zeichnen sich unter anderem durch eine hohe UV-Lichtausbeute bei relativ niedriger Oberflächentemperatur von circa 40°C bis 120°C (je nach Art des Amalgams) im Normalbetrieb aus. Im Vergleich zu Mitteldruck-Entladungslampen sind sie deutlich langlebiger und insbesondere für temperaturempfindliche und für auf der Aktivierung durch die Wellenlänge von 185 nm oder 254 nm beruhende Prozesse geeignet.

Bevorzugt ist die Entladungszone der Quecksilberdampfentladungslampe in einem Abstand von etwa 20 mm vom zu bestrahlenden Substrat angeordnet.

Dadurch, dass der UV-Strahler direkt und ohne eine Trennscheibe zum Bestrahlungsgut in der Reaktionskammer angeordnet ist, kann der Abstand zum zu bestrahlenden Substrat minimiert bzw. optimal eingestellt werden. Dies minimiert auch die Strahlungsverluste.

In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Kühlfluid im Kühlkanal Luft. Durch die Luft als Kühlfluid werden die Strahler- Enden mit dem darin befindlichen Quecksilberdepot gekühlt. Die Temperatur des Quecksilber- oder Amalgamdepots bestimmt den Quecksilberdampfdruck im Strahler insgesamt.

Vorteilhafterweise ist das Strahler-Ende des UV-Strahlers auf eine Betriebstemperatur im Bereich von 40°C bis 120°C temperierbar. Über die Temperierung ist auch die Leistungsdichte des UV-Strahlers mitbeeinflussbar. Bei Luftkühlung kommen in der Regel Gebläse zum Einsatz. Bei der deutlich aufwändigeren und meist vermeidbaren Wasserkühlung entsprechende Pumpvorrichtungen.

Es hat sich weiterhin bewährt, wenn der UV-Strahler für den Betrieb mit einer Bestrahlungsstärke im Bereich von 60 mW/cm² bis 160 mW/cm² ausgelegt ist. Durch die Einhaltung des oben genannten Betriebstemperaturbereichs wird ein Betrieb des UV-Strahlern mit UV-C-Bestrahlungsstärken oberhalb von 60 mW/cm², insbesondere in einem Bestrahlungsstärkenbereich von 80 mW/cm² bis 100 mW/cm², über einen Zeitraum von mehr als 4.000 bis über 12.000 Stunden möglich.

Vorteilhafterweise ist die Reaktionskammer als ein Bestrahlungskanal mit einem Transportsystem zum kontinuierlichen Transport des Substrats durch den Bestrahlungskanal ausgebildet. Ein Bestrahlungskanal als Reaktionskammer ist für einen hohen Durchsatz an gleichzeitig zu bestrahlenden Substraten ausgelegt, so dass diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders effizient ist. Das Transportsystem ermöglicht es, dass das auf einem Transportband aufliegende Behandlungsgut durch den Bestrahlungskanal zu transportieren, wobei in der Regel mehrere UV-Strahler in einer Bestrahlungszone des Bestrahlungskanals eingesetzt sind. Der Einlassbereich des Bestrahlungskanals ist dabei so konstruiert, dass keine Umgebungsluft in den Bestrahlungskanal eingeschleppt wird.

Vorrichtungen für die Behandlung von Substraten mit UV-Strahlung mit den vorgenannten Merkmalen finden Verwendung in Verfahren zur foto-induzierten Polymerisation von Silikonschichten. Beispielsweise findet die Beschichtung von Papierrollen mit Silikon in solchen erfindungsgemäßen Vorrichtungen statt. Das mit flüssiger Silikonpaste beschichtete Papier durchläuft einen Bestrahlungskanal mit einem UV-Strahler, wodurch die Silikonschicht aushärtet. Um Oxidierungspro- zesse während der Polymerisation zu verhindern, muss der Prozess unter Stickstoff-Atmosphäre ablaufen. Als UV-Strahler werden bevorzugt Niederdruck- Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Hauptemissionslinie bei einer Wellenlänge von 254 nm eingesetzt, die Quecksilberdepots an den Strahler-Enden, also außerhalb der Entladungszone aufweisen. Bei einem solchen„Out-of-arc- Strahler" werden erfindungsgemäß nur die Strahler-Enden mit Quecksilberdepots oder den Amalgamdepots gekühlt, so dass die Kühlleistung und der Einsatz von Kühlfluid minimiert werden können, ohne dass dies zu nennenswerten Leistungseinbußen des Strahlers führt.

Neben der foto-induzierten Polymerisation können allgemein auch UV- Härtungsprozesse und andere Oberflächenbehandlungen (u.a. Oberflächen- Aktivierung, Oberflächen-Reinigung, Oberflächen-Entkeimung) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hohem Durchsatz bei maximaler Strahlungsausbeute und mit effizientem Einsatz von Inertgas - oder gegebenenfalls anderer Gase - durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:

Figur 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Behandlung eines Substrats/Bauteils mit UV-Strahlung,

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Reaktionskammer, die als Bestrahlungskanal ausgebildet ist. Der Vorrichtung wird insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet. Die Vorrichtung 1 besteht aus dem Bestrahlungskanal 2 mit einem Transportsystem 3 zum kontinuierlichen Transport von zu bestrahlenden Substrat 4 als Behandlungsgut durch den Bestrahlungskanal 2. Figur 1 ist eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Richtung des Bestrahlungskanals. Das Substrat 4 ist eine mit Silikonpaste beschichtete Papieroberflä- che. Zur Inertisierung der Atmosphäre im Bestrahlungskanal 2 ist eine Einlassöffnung 5 für das Fluten bzw Spülen des Bestrahlungskanals 2 mit Reinst-Stickstoff vorgesehen. Während des Betriebs baut sich im Bestrahlungskanal 2 eine weitgehend turbulenzfreie Strömung von Stickstoff auf, wobei durch das Transportsystem 3 ein kleiner Teil des Stickstoffs wieder aus dem Bestrahlungskanal herausgeführt wird. Das Transportsystem 3 - hier nur schematisch dargestellt - um- fasst ein Endlos-Transportband, auf das das Substrat 4 für die Behandlung mit UV-Strahlung gelagert ist. Oberhalb des Transportsystems 3 ist in einem Abstand von 2 cm vom Substrat 4 mindestens ein beidseitig gesockelter UV-Strahler 6 angeordnet, der in seinen Strahler-Enden 6.1 , 6.2 jeweils ein Amalgamdepot 7.1 , 7.2 aufweist. Hinter diesem UV-Strahler können mehrere weitere UV-Strahler dieser Art oder andere Bestrahlungsquellen angeordnet sein. Der UV-Strahler 6 ist ein Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, die eine Bauweise als sogenannter„Out-of-Arc" Strahler aufweist. Die Anordnung des UV-Strahlers 6 erfolgt so, dass sich nur das Lampenrohr mit seiner Entladungszone zwischen zwei mit den Symbol E bzw. 3 gekennzeichneten Elektroden innerhalb des Bestrahlungskanals 2 befindet, wobei die emittierte Strahlung bei 254 nm Wellenlänge auf das zu bestrahlende Substrat 4 ausgerichtet ist. Die beiden Strahler-Enden 6.1 , 6.2 sind außerhalb des Bestrahlungskanals 2 in einem Kühlkanal 8 gelagert, wo sie eine Luftkühlung durch Ansaugung von Umgebungsluft erfahren. Der Bestrahlungskanal 2 und der Kühlkanal 8 sind durch eine Trennwand 10 voneinander räumlich getrennt. Die Luft wird durch einen Lufteinlass 9 in den Kühlkanal 8 eingesaugt und verlässt den Kühlkanal 8 an seinem oberen Ende durch eine Aus- lassöffnung. Sollte die Umgebungsluft nicht ausreichende Kühlung erbringen, kann zusätzlich oder anstelle der Luftkühlung eine Wasserkühlung vorgesehen sein. Die Kühlleistung ist so bemessen, dass der UV-Strahler 6 an seinen Strahler-Enden etwa auf 80 °C temperiert wird, was im Bereich der Entladungszone zu einer Temperatur von bis zu 160 °C führt. Der UV-Strahler wird mit einer Bestrahlungsstärke im Bereich von 80 mW/cm² bis 100 mW/cm² betrieben.

Der als Niederdruck-Quecksilberdampflampe ausgebildete UV-Strahler 6 mit einer Hauptemissionslinie bei einer Wellenlänge von 254 nm ist optimal geeignet für die foto-induzierte Polymerisation von Silikonschichten. Das Substrat 4 durchläuft mit seiner Silikon beschichteten Papieroberfläche den Bestrahlungskanal 2 mit einer Geschwindigkeit von 150 m/min. Durch Einwirkung der UV-Strahlung härtet die Schicht noch im Bestrahlungskanal aus und die Papieroberfläche zeigt dadurch eine verringerte Haftung von Klebern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine kompakte Bauweise auf und ist hinsichtlich maximaler Strahlungsausbeute und effizientem Einsatz von Inertgas optimiert.

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung für die Behandlung eines Substrats (4) mit UV-Strahlung, umfassend eine Reaktionskammer zur Aufnahme des zu bestrahlenden Substrats (4), die einen Einlass (5) zur Einleitung eines Stickstoffstroms in die Reaktionskammer aufweist, einen von der Reaktionskammer räumlich getrennten Kühlkanal (8) zur Durchleitung eines Kühlfluides, und einen UV- Strahler (6) zur Emission der UV-Strahlung auf das Substrat (4), dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Strahler (6) eine Quecksilberdampfentla- dungslampe mit mindestens einem Quecksilberdepot (7.1 ; 7.2) in mindes- tens einem Strahler-Ende (6.1 ; 6.2) umfasst, die eine Entladungszone innerhalb der Reaktionskammer aufweist und deren Strahler-Ende (6.1 ; 6.2) mit dem Quecksilberdepot (7.1 ; 7.2) in den Kühlkanal (8) hineinragt.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (8) und die Reaktionskammer mittels einer Trennwand (10) räumlich voneinander getrennt sind, und dass sich die Quecksilberdampfentladungslampe durch die Trennwand (10) hindurch erstreckt.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Quecksilberdampfentladungslampe ein Lampenrohr mit einem ersten Strahler-Ende (6.1 ) und einem zweiten Strahler-Ende (6.2) aufweist, und dass das erste Strahler-Ende (6.1 ) und das zweite Strahler-Ende (6.2) in den Kühlkanal (8) hineinragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten

Strahler-Ende (6.1 ) und im zweiten Strahler-Ende (6.2) jeweils ein Quecksilberdepot (7.1 ; 7.2) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (8) an zwei sich gegenüber liegenden Seiten der Reaktionskammer ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quecksilberdampfentladungslampe eine Niederdruck- Quecksilberdampfentladungslampe mit einer Hauptemissionslinie bei einer Wellenlänge von 254 nm ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungszone der Quecksilberdampfentladungslampe in einem Abstand von maximal 20 mm vom zu bestrahlenden Substrat (4) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Luft ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahler-Ende (6.1 ; 6.2) des UV-Strahlers (6) auf eine Betriebs- temperatur im Bereich von 40 °C bis 120 °C temperierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Strahler (6) für den Betrieb mit einer Bestrahlungsstärke im Bereich von 60 mW/cm² bis 160 mW/cm², insbesondere im Bereich von 80 mW/cm² bis 100 mW/cm², ausgelegt ist.

1 1 .Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Quecksilberdepot (7.1 ; 7.2) zur Bestimmung des Quecksilberdampfdrucks im Lampenrohr ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer als ein Bestrahlungskanal (2) ausgebildet ist mit einem Transportsystem (3) zum kontinuierlichen Transport des Substrats (4) durch den Bestrahlungskanal (2).

13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Verfahren zur foto-induzierten Polymerisation von Silikonschichten.