虹科案例|高功率多波段UV-LED在紫外固化領(lǐng)域的應(yīng)用

紫外固化

背景提要

紫外固化技術(shù)指的是通過一定波長的紫外光照射，使液態(tài)的樹脂高速聚合而成固態(tài)的一種加工工藝。固化原理如下：紫外固化材料中的光引發(fā)劑（或光敏劑）在紫外線的照射下，吸收紫外光后產(chǎn)生活性自由基或陽離子，引發(fā)預(yù)聚體和活性稀釋劑發(fā)生連鎖聚合、交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，使粘合劑在數(shù)秒鐘內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。通過這種光聚合反應(yīng)，可以利用固化技術(shù)來干燥，粘結(jié)和涂漆，用于各種產(chǎn)品，包括粘合劑、樹脂、油墨，以及涂料。紫外線是波長為100至400nm的光束，波長越短，對生物體的能量和破壞力越高。根據(jù)波長的長度，它進一步分為A，B和C。UV-A長波長紫外線320-400nm，UV-B中波長280-320nm，UV-C短波紫外線100-280nm。其中光刻技術(shù)主要使用UVC甚至更短波長的紫外光，而光固化體系中多用UVA與UVB波段。

紫外固化原理圖

在過去的幾年里、UV-LED固化和光固化粘合劑或涂層在汽車、電子、半導(dǎo)體、制藥和光學(xué)制造領(lǐng)域的應(yīng)用取得了長足的發(fā)展。UV-LED技術(shù)已被證明可以提供更快、更一致、更可靠的固化結(jié)果。在滿足粘合強度高質(zhì)量標準的同時、大批量生產(chǎn)過程中具有挑戰(zhàn)性的周期時間不斷推動對極其可靠的大功率光源的需求。相較于傳統(tǒng)汞燈，UV-LED具有更穩(wěn)定、對環(huán)境友好的突出特點。雖然仍然有傳統(tǒng)的汞燈正在使用，但現(xiàn)在越來越多的固化設(shè)備正在轉(zhuǎn)向UV-LED技術(shù)。

大功率多波段UV點光源

液體光導(dǎo)輸出

傳統(tǒng)的LED曝光光源只有單一波長，光譜很窄，只能夠適用于特定固化材料，對固化應(yīng)用也不具有普遍適應(yīng)性。虹科UV-LED曝光裝置可以進行多波長設(shè)置，可以單一或同時利用多個波段的紫外光。

虹科UV-LED曝光裝置同時具備365/385/405/435nm的光譜輸出，特別適用于具有厚感光材料層的固化應(yīng)用。較高光譜范圍（約405 nm或435 nm）UV輻射進入粘合劑，而較短波長（約365 nm）的UV輻射到固化表面層。通過靈活多光譜光源，可以更好地適應(yīng)各種膠粘劑和涂層。此外，虹科的寬頻帶輸出可為您提供更高強度、更快更可靠的固化應(yīng)用。

虹科UV-LED的光譜與固化原理

除此以外，虹科UV-LED曝光裝置還提高了光強度和均勻性。通常、LED陣列用于暴露更大的UV輻射區(qū)域。然而，當涉及到固化更大的區(qū)域，同時對設(shè)計包絡(luò)線有嚴格限制時，與高度柔性光導(dǎo)耦合的光源是首選工具。

為了在曝光平面上實現(xiàn)足夠的強度和極好的均勻性，通常需要一個高功率點光源。結(jié)合高性能光學(xué)器件，虹科的光纖耦合UV-LED點光源在30×30mm區(qū)域（工作距離：120mm）的強度約為1500mW/cm2。采用液體光導(dǎo)輸出的大功率UV點光源系統(tǒng)，通過更換勻光接頭可以快速實現(xiàn)多種固化場景的應(yīng)用。

液體光導(dǎo)輸出的大功率UV點光源系統(tǒng)

紫外固化案例

應(yīng)用優(yōu)勢

NO.1

制藥/醫(yī)療行業(yè)：針頭粘接

不銹鋼針管和塑膠針栓之間的裝配是醫(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。上述應(yīng)用中，針栓和針管裝配不良可能導(dǎo)致體液外流、藥物失效，甚至是醫(yī)療器械的損毀，這些情況對患者和醫(yī)護人員都極度危險。注射器的損毀會導(dǎo)致患者注射時產(chǎn)生強烈痛感或出血、使用過程中密封性失效、注射無法完成以及其他危險的并發(fā)癥。市面上大部分針栓和針管連接的設(shè)計都使用了高粘接力、粘接效果牢固的膠粘劑。以往，制造商們使用復(fù)雜且極度耗時的工藝制備注射器，如采用閉鎖以及嵌入設(shè)計，但是均不能杜絕藥液泄漏現(xiàn)象，且外觀不佳?，F(xiàn)在注射器生產(chǎn)則普遍適用光固化膠粘劑，通過較為簡單的紫外固化工序即可實現(xiàn)針頭粘接的良好密封性。目前紫外固化方法中傳統(tǒng)采用的光源多為汞弧燈，雖然可以提供紫外波段的光，但是汞弧燈使用壽命短、耗電高，并且在使用過程中會揮發(fā)出對環(huán)境有害的汞蒸氣。UV-LED是傳統(tǒng)汞弧燈的優(yōu)勢替代光源。虹科多波段(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、無需更換燈體的明顯優(yōu)勢，是醫(yī)療固化領(lǐng)域的可靠光源。

NO.2

汽車行業(yè)生產(chǎn)線

隨著人們生活水平提高，汽車已經(jīng)成為了我們生活出行中不可缺少的一部分。受汽車減重和節(jié)能省油的需求影響，汽車行業(yè)越來越傾向于使用輕型材料，如碳纖維、塑料、復(fù)合材料等，因此對膠粘劑的需求持續(xù)增長。

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。所以，越來越多廠商開始在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用UV膠（紫外光固化膠粘劑），這類膠粘劑具有無VOC揮發(fā)物、不含溶劑、可燃性低、耐久性好等安全環(huán)保特性，適用于汽車零部件粘接等。

當然，UV膠的使用需要搭配高功率、高均勻度的UV光源，在汽車產(chǎn)線中大多是用單一波段的UV-LED固化系統(tǒng)，存在固化不合格率高、吞吐量低的缺點。

虹科多波段(365/385/405 nm)UV-LED系統(tǒng)可以代替單波段UV-LED，有效提高固化效率。較高光譜范圍（約405 nm或435nm）UV輻射進入粘合劑，而較短波長（約365 nm）的UV輻射到固化表面層，提高了固化的可靠性與固化膠的材料性能，降低了產(chǎn)品的不合格率。同時多波段的選擇使用還可以適用于更多種類的固化膠，無需更換LED光源，實現(xiàn)更高的吞吐量。

NO.3

電子產(chǎn)品保形涂層生產(chǎn)線

保形涂料是涂敷在已焊插接元件的印刷線路板（PCB）上的很薄的保護材料。它可增強電子線路和元器件的防潮防污能力和防止焊點和導(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。另外光固化保形涂料符合環(huán)保要求，因此發(fā)展迅速。同樣，UV固化保形涂層需要搭配紫外固化光源使用。利用虹科多波段（365/435nm)UV-LED點光源，液體光導(dǎo)將產(chǎn)生的輻射高效地傳輸?shù)綉?yīng)用點、不需要復(fù)雜的光學(xué)器件，設(shè)備可輕松安裝在傳送生產(chǎn)線上。點光源的設(shè)置允許小面積的選擇性固化，比如構(gòu)件下固化燈。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間，實現(xiàn)分配后直接固化。

產(chǎn)品特點小結(jié)

虹科多波段大功率UV-LED固化光源具有以下突出特點：

• 通過提供最強大的UV-LED點光源輸出（高達30W）、提高了吞吐量并節(jié)省了時間。
• 屬于具有多波長設(shè)置（365/385/405/435nm）的定制光譜組分的新型固化過程。
• 通過我們的光纖耦合UV-LED光源可輕松集成新配置和現(xiàn)有配置中的強光輻射。
• 具備基于半導(dǎo)體行業(yè)標準的空前工藝穩(wěn)定性（閉環(huán)反饋）。
• 靈活性：液體光導(dǎo)將產(chǎn)生的輻射高效地傳輸?shù)綉?yīng)用點，不需要復(fù)雜的光學(xué)器件，更容易為LED光源找到合適的位置以適合制造設(shè)備。