经验案例

喷墨打印制作导电线路的几种技术路径

发表日期:2020-07-09阅读量:222

打印银电路

目前适合喷墨打印的成熟材料体系是基于金属银的导电墨水,银墨水有以下几种选择:

1、最推荐的是使用银前驱体的墨水。优点:纯溶液形态,堵头风险很低,可以极大的提高喷头的使用寿命。存在的问题有:a、打印的单层电路厚度较薄(100nm左右),电阻偏大,方阻在1Ω/□左右。虽然可以通过多层打印来降低电阻,但多层打印会导致线宽变宽;b、打印完成后,需要高温烧结还原,大约120℃左右。

 

2、其次是银纳米颗粒墨水。银纳米颗粒墨水的优势:固含量较高,打印电阻较低。但存在的问题是:a、即便是墨水分散较好,银纳米颗粒粒径均匀,长时间使用也会存在颗粒沉降或团聚的现象,从而增加造成堵头的概率。b、银纳米颗粒分散液的成本较高,烧结温度大约100℃左右。

 

3、还有一种是免烧结的银纳米颗粒墨水。优势:无需退火处理,打印完成以后就可以导电。存在的问题是:a、需要配合特殊基底才能实现免烧结的效果;b、特殊基底上溶液型墨水中主体成分会随着溶剂一起渗透到基底内部,因此不合适做多层器件。

 

图1 银电路

 

 

打印铜线路

 

铜线路的电阻更低,成本也低,而且性能稳定,适合焊接,是现在FPC最常用的导电材料。但喷墨打印铜墨水存在一个绕不开的问题,铜纳米颗粒容易氧化,在制备铜墨水时需要做包裹保护。即便如此,铜墨水在打印完成后必须快速烧结才能避免氧化,一般都借助昂贵的光子烧结设备来完成快速烧结过程。除了直接打印铜墨水来制作导电线路以外,用另外的方法也可以实现铜线路的喷墨打印制备,方法主要有两种:

 
1、在PI-Cu膜上打印图案化的阻蚀层,然后再经过简单蚀刻和去胶就可以实现铜线路的快速制备,和商用FPC的性能无大的差别,可以焊接芯片和元器件。
 

2、加成法,先在基底上打印图案化的催化剂,然后在通过化学方法在催化剂区域沉积铜,得到铜线路,加成法得到的铜线路的表面粗糙度和致密性以及附着力方面会略差。

图2 铜线路

 

打印导电聚合物或一维/二维材料

 

这类材料导电性较差,且普遍存在分散不均匀,堵塞喷头概率极大,不推荐。

 

液态金属电路

 

液态金属的导电性较好,也可以制备可拉伸电路,但最适合的制备方法是直写工艺。如果要使用喷墨打印工艺的话,需要将液态金属造粒和包裹,打印完成后需要通过物理或化学方法去掉表面的氧化层和包裹层实现导通,该方法难度较大,效果一般,不做推荐。

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