基于無顆粒型銀導電墨水的噴印導電膜制備及性能研究.pdf

1、噴墨印制電子是一種通過噴印的方式，在不接觸基材的情況下，將功能墨水印制到不同基材上，通過一定的后續(xù)處理，制成電子產(chǎn)品的新興技術(shù)。在噴墨印制電子中，通過噴印而成具有導電性的薄膜稱為噴印導電膜。噴印導電膜是目前研究最廣泛、最具有應(yīng)用基礎(chǔ)的印制電子產(chǎn)品。在實際應(yīng)用中，噴印導電膜的導電性、柔性基底狀態(tài)下的抗彎曲性能、導電膜與基材的結(jié)合能力以及噴印導電膜的焊接性能決定著導電膜的應(yīng)用范圍，是制約印制電子發(fā)展的關(guān)鍵問題，也是目前國內(nèi)外研究的熱點和難點

2、。因此，開展對噴印導電膜的各項性能的研究對印制電子的發(fā)展有著重要的意義。
　　本文以醋酸銀為金屬前驅(qū)體、甲酸為還原劑、氨水作為溶劑，制備出無顆粒型銀導電墨水，通過利用改裝后的多功能平板噴墨打印機，參考每層噴印時長和導電性能確定最佳噴印分辨率參數(shù)，以柔性基材——耐高溫聚酯薄膜（Polyethylene terephthalate，PET）和普通電路板常用的硬質(zhì)基材——玻璃纖維板（Fiber Glass Board，F(xiàn)GB）為基底進行

3、噴印，經(jīng)過后續(xù)處理，得到成膜性較好的樣本。
　　通過分析噴印墨水中納米銀顆粒的長大方式，解釋了墨水在燒結(jié)過程中因受定向吸附（Oriented attachment，OA）和Ostwald熟化（Ostwald Ripening，OR）長大機制的共同作用形成的表面形貌。這兩種機制的混合作用，使得顆粒之間排布更緊密，保證了噴印導電膜導電性。通過對噴印層數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，當噴印到11層時，墨滴在基底分布均勻、排布緊密，此時導電膜的導電性也較為

4、穩(wěn)定。對燒結(jié)工藝的研究發(fā)現(xiàn)，當燒結(jié)固化溫度為90℃、保溫時長為15min時，噴印導電膜的電阻率可以低至4.1μΩ·cm，約為塊狀銀的2.5倍，繼續(xù)升高燒結(jié)溫度和延長保溫時間，電阻率變化不太明顯?；诒ＷC低電阻率的前提下，考慮到適用基材所能承受的溫度范圍，最終把90℃的燒結(jié)溫度，15min保溫時間定為柔性導電膜最佳燒結(jié)工藝參數(shù)。
　　以柔性基材PET薄膜為基底，對噴印11層，燒結(jié)溫度為90℃，保溫15min后的噴印導電膜能承受的極限

5、曲率半徑以及導電膜與PET薄膜基底之間的結(jié)合強度進行計算，發(fā)現(xiàn)導電膜彎曲頂點處的曲率半徑低至1.5mm時，噴印導電膜電阻開始發(fā)生變化，當曲率半徑低至0.5mm時，噴印導電膜中納米銀層徹底斷裂。此外，對裂紋擴展及斷裂形式進行了分析，發(fā)現(xiàn)裂紋萌生于墨滴間隙處，沿墨滴輪廓進行蔓延，直至貫穿整個導電膜，導電膜的斷裂方式為韌性斷裂。導電膜與 PET薄膜基底剝離時的剪切強度平均為0.624MPa，拉伸強度平均為0.15MPa，從斷口形貌分析發(fā)現(xiàn)，絕

6、大部分斷面發(fā)生在PET薄膜與納米銀導電膜之間，只有在拉伸過程中少數(shù)斷面會發(fā)生在導電膜內(nèi)部。以硬制基材FGB為基底，對噴印11層，燒結(jié)溫度為90℃，保溫15min的噴印導電膜以錫基釬料作為焊膏進行焊接性實驗，探究焊接過程中的冶金產(chǎn)物以及金屬間化合物層（Intermetallic compound，IMC）生長過程。研究發(fā)現(xiàn)，由于納米銀導電膜的孔隙密度和比表面積較大，與錫基釬料的反應(yīng)非常迅速，在225℃，保溫5min時，反應(yīng)界面就能生成良好