【虹科案例】 UV-LED固化創(chuàng)新，讓產(chǎn)線變得絲滑

背 景

紫外光固化（Ultra violet Light Curing）指在紫外線有效照射下，光引發(fā)劑受紫外光激發(fā)進(jìn)而引發(fā)被照射物體發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，被固化物體從液態(tài)或半液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程和工藝。目前，紫外光固化技術(shù)在 3D 打印、印刷、電路板涂漆、標(biāo)牌標(biāo)示制作、光盤制造、平板顯示、半導(dǎo)體照明、電子元件、醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)潛力和應(yīng)用前景十分巨大。

在紫外固化技術(shù)中，紫外固化光源的質(zhì)量是影響固化設(shè)備工作效率的主要因素之一，同時(shí)，也是決定著固化設(shè)備的制造成本和維護(hù)成本的高低。傳統(tǒng)紫外固化光源多存在能耗高、熱輻射強(qiáng)烈（易使固化對(duì)象變形）、壽命短等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到限制。紫外光 LED 是隨 LED 而興起的新型技術(shù)，相比傳統(tǒng)的固化源高壓汞燈、金屬鹵素?zé)舻龋琇ED 具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、隨時(shí)開啟或關(guān)閉等優(yōu)點(diǎn)，能夠提供更快、更一致、更可靠的固化結(jié)果，這是傳統(tǒng)固化光源難以實(shí)現(xiàn)的。雖然行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)汞燈仍有使用，但越來越多的固化設(shè)備正在轉(zhuǎn)向UV-LED技術(shù)。

目前，由于技術(shù)發(fā)展以及生產(chǎn)需要，紫外固化光源需要在滿足粘合強(qiáng)度高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還需要在大批量和具有挑戰(zhàn)性的周期時(shí)間的生產(chǎn)條件下滿足穩(wěn)定性與功率要求，這對(duì)固化行業(yè)的UV-LED光源提出了較高的技術(shù)指標(biāo)。

虹科UV-LED方案

多波段高功率的虹科UV-LED固化點(diǎn)光源

針對(duì)固化行業(yè)UV-LED光源的高功率、高穩(wěn)定性、高固化質(zhì)量以及適合工業(yè)場(chǎng)景的諸多要求，虹科基于專業(yè)的高穩(wěn)定度光源驅(qū)動(dòng)技術(shù)與多光譜定制能力，開發(fā)出一套多波段輸出的UV-LED固化裝置，在保證高穩(wěn)定度與高輸出功率等光學(xué)指標(biāo)的同時(shí)，還采用了柔性光導(dǎo)耦合的設(shè)置，搭配勻光接頭可產(chǎn)生特定的照射區(qū)域，適用于不同領(lǐng)域的固化需求，可輕松集成于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線中。

三大特色

1. 多光譜輸出適應(yīng)于多材料固化

通常，UV-LED系統(tǒng)是單色輸出，只具有窄的輸出光譜，僅適用于單一特定的固化材料。虹科UV-LED曝光裝置同時(shí)具備365/385/405 /435nm的四個(gè)波段光譜輸出，可以根據(jù)材料種類與應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行多波長(zhǎng)的設(shè)置，特別適用于具有厚感光材料層的固化應(yīng)用。

圖2 虹科UV-LED的多光譜輸出

在厚材料固化應(yīng)用中，較高光譜范圍（約405 nm或435 nm）UV輻射進(jìn)入粘合劑，而較短波長(zhǎng)（約365 nm）的UV輻射到固化表面層。通過虹科的靈活多光譜UV-LED光源，可以更好地適應(yīng)不同行業(yè)的多種光固化膠粘劑和涂層。因此，虹科UV-LED的寬頻帶輸出可提供更高強(qiáng)度、更快、更可靠的固化應(yīng)用。

圖3 多波段UV-LED的固化原理

2. 高功率輸出與高穩(wěn)定性提升固化效果

虹科UV-LED光源提供高達(dá)30W的點(diǎn)光源輸出，以及每小時(shí)<1‰的穩(wěn)定光譜輸出。如此優(yōu)異的特性得益于獨(dú)特的光源驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在該技術(shù)加入了雙閉環(huán)設(shè)計(jì)（模擬與數(shù)字）、溫度控制模塊以及LED光源光功率控制模塊，通過專有的反饋算法，提升激勵(lì)光源輸出輻照度的穩(wěn)定性。

與市場(chǎng)上的其他解決方案相比，這種全自動(dòng)、快速、穩(wěn)定的系統(tǒng)可以同時(shí)或分別控制不同波長(zhǎng)的LED光源，功率范圍大，可通過PWM方法實(shí)現(xiàn)10%-100%的穩(wěn)態(tài)調(diào)光，光強(qiáng)度響應(yīng)速度<500ns（變化90%時(shí)），使用過程中無需預(yù)熱與校準(zhǔn)，節(jié)省了大量時(shí)間。

虹科UV-LED光源如此突出的輸出功率與穩(wěn)定性特征能夠滿足工業(yè)中大批量、長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)需要，穩(wěn)定均勻的光輸出能夠減少固化流程中的不良率，提高質(zhì)量控制流程，同時(shí)大大減少光源維護(hù)所需要的時(shí)間與成本。

3.高靈活性適用于多場(chǎng)景固化

在固化應(yīng)用中，針對(duì)大輻射面積的要求，通常可以采用LED陣列的方式實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)涉及到固化大區(qū)域，同時(shí)又對(duì)設(shè)計(jì)包絡(luò)線有嚴(yán)格限制時(shí)，與高度柔性光導(dǎo)耦合的高靈活性光源是針對(duì)這種應(yīng)用環(huán)境的首選工具。

虹科采用光纖耦合的UV-LED點(diǎn)光源通過結(jié)合相關(guān)的高性能光學(xué)器件，在30×30mm區(qū)域（工作距離：120mm）的強(qiáng)度約為1500mW/cm2，從而實(shí)現(xiàn)曝光平面上優(yōu)異的光強(qiáng)度和極好的光均勻性。虹科UV-LED點(diǎn)光源不采用復(fù)雜的光學(xué)器件導(dǎo)致可能的光損耗，而是采用液體光導(dǎo)的輸出方式，能夠?qū)a(chǎn)生的輻射高效傳輸?shù)綉?yīng)用點(diǎn)，可以根據(jù)客戶的制造設(shè)備靈活選擇合適的應(yīng)用點(diǎn)，易于集成使用。

圖4采用液體光導(dǎo)輸出的UV-LED點(diǎn)光源系統(tǒng)

除此以外，照射區(qū)域的選擇也是固化技術(shù)的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的UV-LED光源固定了出光形狀，只能應(yīng)用于單一的固化應(yīng)用場(chǎng)景，無法滿足多種材料、照射區(qū)域、均勻度等變化場(chǎng)景的固化應(yīng)用需求。

虹科UV-LED點(diǎn)光源具有多種勻光接頭的選擇，在使用時(shí)可以根據(jù)固化的具體需求選擇合適的出光模塊，從而設(shè)置不同的照射形狀與照射面積，比如方形、圓形、六邊形等，其中面積大小與均勻度都可調(diào)節(jié)。此外，還可以采用多臺(tái)光源出光形狀拼接的方式形成特定的照射區(qū)域，比如線區(qū)域照射。單臺(tái)光源搭配多種勻光接頭可以實(shí)現(xiàn)靈活、高速、多功能的照明方式，從而適應(yīng)多種固化場(chǎng)景的應(yīng)用，大大節(jié)省了時(shí)間與成本。

圖5 不同出光模式的勻光接頭

虹科多波段UV-LED點(diǎn)光源的

固化應(yīng)用示例

1. 制藥/醫(yī)療行業(yè)：針頭粘接——代替汞燈

不銹鋼針管和塑膠針?biāo)ㄖg的裝配是醫(yī)用一次性注射器的穩(wěn)定性和安全性在生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)之一。該接頭對(duì)注射器的安全性至關(guān)重要，尤其是用于皮下注射和活組織檢查的針頭、注射器、蝶型針頭的輸液裝置、采血針和其他相關(guān)器械。為了減少針?biāo)ê歪樄苎b配不良的危險(xiǎn)情況，醫(yī)學(xué)注射器的針頭粘結(jié)步驟普遍采用光固化膠粘劑，通過紫外固化工序即可實(shí)現(xiàn)針頭粘接的良好密封性。

醫(yī)學(xué)行業(yè)傳統(tǒng)采用汞弧燈作為紫外固化光源，具有壽命短、耗電高，環(huán)境有害的缺點(diǎn)，而UV-LED是傳統(tǒng)汞弧燈的優(yōu)勢(shì)替代光源。虹科的多波段(365/385/405 nm)UV-LED系統(tǒng)能夠代替200W汞弧燈，多波段的設(shè)置有利于提高固化可靠性，具有質(zhì)量保證要求低、使用壽命長(zhǎng)、無需更換燈體的明顯優(yōu)勢(shì)，是醫(yī)療固化領(lǐng)域的可靠光源。

2.汽車行業(yè)生產(chǎn)線——代替單色LED

紫外固化技術(shù)在汽車行業(yè)可以應(yīng)用于下面三個(gè)方面：汽車表面的整修、塑料車身部件底層與塑料車身部件防刮擦涂層。汽車的紫外固化應(yīng)用，除了要求優(yōu)良的粘接性能外，還必須保證不能釋放揮發(fā)物，保障人體健康。因此，不含溶劑、可燃性低、耐久性好的紫外光固化膠粘劑（UV膠）在汽車行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，結(jié)合高功率的UV光源即可實(shí)現(xiàn)較好的固化效果。

在汽車產(chǎn)線中，大多采用單一波段的UV-LED固化系統(tǒng)，窄的光譜輸出僅適用于特定固化材料，作用效果單一，存在固化不合格率高、吞吐量低的缺點(diǎn)。虹科多波段(365/385/405 nm)UV-LED系統(tǒng)可以代替單波段UV-LED，能夠有效提高固化效率。在固化過程中，較高光譜范圍（約405 nm或435 nm）UV輻射進(jìn)入粘合劑，而較短波長(zhǎng)（約365 nm）的UV輻射到固化表面層，多波段的協(xié)同作用提高了固化的可靠性與固化膠的材料性能，降低了產(chǎn)品的固化不合格率，實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量。

3.電子產(chǎn)品保形涂層生產(chǎn)線——集成于傳送機(jī)

保形涂料是涂敷在已焊插接元件的印刷線路板（PCB）上的很薄的保護(hù)材料。它可增強(qiáng)電子線路和元器件的防潮防污能力和防止焊點(diǎn)和導(dǎo)體受到侵蝕，也可以起到屏蔽和消除電磁干擾和防止線路短路的作用，提高線路板的絕緣性能。此外，涂層保護(hù)膜也有利于線路和元器件的耐摩擦和耐溶劑性能，并能釋放溫度周期性變化所造成的壓力，提高電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。

保形涂料按照固化方式分為UV固化、熱固化、潮氣固化、電固化和空氣固化，其中UV固化性的保形涂料具有固化速度快、適用于熱敏性的底材、初始投資低、減少溶劑揮發(fā)、操作成本低和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。另外，UV固化保形涂料符合環(huán)保要求，因此發(fā)展迅速。

保形涂層的UV固化過程中需要搭配紫外固化光源使用，并且要適應(yīng)工廠傳送帶的工作場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)高速、高吞吐量的生產(chǎn)效果。虹科的多波段（365/435nm)UV-LED點(diǎn)光源不需要使用復(fù)雜的光學(xué)器件導(dǎo)致光學(xué)損耗，而是采用液體光導(dǎo)，可以將產(chǎn)生的輻射高效傳輸?shù)綉?yīng)用點(diǎn)，可以在產(chǎn)線設(shè)備上輕松找到合適位置，便于集成在生產(chǎn)線的傳送機(jī)上。搭配不同輸出形狀的勻光接頭，可用于小面積的選擇性固化，比如構(gòu)件下固化。多波段適合多種固化膠的使用，在生產(chǎn)線中可以減少處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)分配后直接固化。

總 結(jié)

虹科UV-LED點(diǎn)光源系統(tǒng)在固化領(lǐng)域具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

高功率：提供最強(qiáng)大的UV-LED點(diǎn)光源輸出（高達(dá)30W），提高了吞吐量并節(jié)省工作時(shí)間

多波長(zhǎng)：具有多波長(zhǎng)設(shè)置（365/385/405/435nm）的定制光譜組分，優(yōu)化固化過程

穩(wěn)定性：具備基于半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的空前工藝穩(wěn)定性（閉環(huán)反饋）

靈活性：液體光導(dǎo)高效傳輸輻射，點(diǎn)線面多種照明方式可選，易找到合適應(yīng)用點(diǎn)以適應(yīng)不同設(shè)備與固化需求。

具有多波段輸出、高穩(wěn)定性、高輸出功率以及高靈活性的虹科UV-LED點(diǎn)光源系統(tǒng)，能夠替代固化行業(yè)中的傳統(tǒng)汞燈與單色LED光源，實(shí)現(xiàn)更快速、更一致、更可靠的固化效果，滿足汽車、電子、制藥等多種行業(yè)的不同固化材料、照射面積與應(yīng)用場(chǎng)景的具體需求。