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当纳米油墨及其应用技术二

发布时间:2021-09-09 23:12:08 阅读: 来源:黎明滤芯厂家

纳米油墨及其应用技术(二)

二、应用技术

以单分散的纳米粒子为核心,配合其它组分,制得具有优良印刷适性的金属纳米油墨,可调整出黏度从数毫泊至数百泊不等的油墨。这一黏度范围的墨,原则另外也能够下降本钱上可适用于印和喷墨印刷等所有印刷方式的应用要求。然而,由于油墨中的金属粒子具有纳米的尺度和你敢住么?熔点大幅度降低的特性,该墨更细腻,更均一,电性能更好,特别适宜于高性能、超精细电子部件的喷墨印刷和版印刷。

1. 印方面的应用

印用金属纳米油墨,因其金属粒子表面有特殊包覆剂,该粒子在油墨中能长期不团聚、不沉降。在接近室温条件下,该墨的保存稳定性也很好。然而,当温度升至200~250 ℃时,包覆剂会从粒子表面剥离下来,并和树脂等一起被分解气化,这时裸露的金属纳米粒子则熔融成致密的金属导电膜。在细版上用这种油墨印刷,可获得线宽数十微米、甚至数微米的导电图形(见图5 )。如果只刮印一次的话,烧结墨膜厚度可到5 μ m ,其体积电阻为3 × Ω cm。

在基板上直接形成图形的方法,有真空法(溅射法和蒸镀法),采用这一方法虽然也能制取大型显示面板,但存在问题是成本太高。对此,人们曾经考虑过用普通导电银墨,通过印方式获得图形的方法可能会更经济更实用。然而,普通银墨的导电性欠佳,加上墨中银粒子较粗,精细线路的印刷难免受到某种程度的限制。如果启用银纳米油墨,上述两个问题则可迎刃而解。这样,整个制作过程可不用真空技术,也不用腐蚀的方法,同样可获得精细的、高导电性的各种线路图形。

2. 喷墨印刷方面的应用

喷墨印刷用金属纳米油墨,目前有金墨和银墨,前者用于替代镀金,后者大多用于线路印刷。这两种墨中的金属粒子平均粒径都在数纳米范围,且成单分散状态,不存在一般颜料油墨那种粒子沉降分离和堵塞喷嘴等问题。但是,用纳米油墨在刚性固体表面喷墨印刷时,由于这种基材没有纸那样的受墨层,故有必要采取适当的对策,以防止洇墨现象的出现。

近年来,喷墨印刷技术有令人瞩目的发展,与该技术有关的专利屡见有文献报导。当有人利用新型的喷嘴技术和机械装置一起喷印出非常精细的电子回路后,立刻引起专业人士的浓厚兴趣和广泛关注。

(1 )喷墨印刷电子线路

制作电子线路常用光刻蚀法和印法。

从上述对比看出,这两种方法的工艺路线都比较长,操作过程中的技术要求也较高,特别是这种湿法的化学腐蚀和脱膜(墨)所产生的废气、废液对人体的危害和对环境带来的污染是当今社会非常关注的问题之一。

如果我们将设计好的C A D 数据,通过计算机控制喷墨系统,把金属纳米油墨喷印在经处理的基板上,干燥后,再送入低温烧结炉中烧结,一块精细的印刷线路板便告制成。用此法不但制作工艺简单,效率高,而且能得到非常精细的印刷线路板。图8 是国外某公司用银纳米油墨,经压电方式喷印出的印刷线路照片。应用表明,银纳米油墨与喷墨印刷设备的匹配性能良好,印刷线路的重复性也很好。本线路图有个突出的特点,即“大块”的接头与“纤细”的导电线路同在一个图形内。如果用通常的印法印刷此图形,“大块”与“纤细”两部分的质量很难同时兼顾。然而,对喷墨印刷来说,由于印刷原理和设备的不同,要高质量地完成这种图形的印刷并不存在任何技术问题。

最近,日本有一家公司研发了一种新型的喷墨印刷设备,用该设备可以喷出墨滴直径小至1 μ m以下,并成功地喷印出线宽3 μ m 以下的导电图形。(2 )印刷

金膜( 替代镀金)作为金纳米油墨的用途之一,是用喷墨印刷方法在基材上喷涂金纳米油墨,干燥后再低温烧结成金膜。用此法可替代湿法镀金工艺,其产品可用于电子部件的加工及某些领域的装饰装潢。目前,在半导体的接合中,仍以金线接合法为主流,在连接半导体的金线另一头,过去人们常采用的是镀金连接。现在,作为一种新工艺,可用喷墨印刷的方法,在金属表面需要连接的地方,喷涂金纳米油墨,并与金线结合在一起烧结固定,整个连接便告完成。这种新工艺的优点是,可使镀金连接过程大幅度简化,并免除了因镀金工艺带来的废液处理等一系列麻烦。经抗张强度和剪切强度检测对比,上述两种方法制得的产品,它们各自的连接质量都不存在任何问题。应特别指出的是,在铜片上镀金时,为了抑制铜的扩散现象发生,人们在镀金前,预先要在铜表面上镀一层镍。但是,当人们采用喷墨印刷新工艺替代镀金后,镀镍工艺完全可以省略,因为铜的扩散现象在这里并不会发生。对这一十分有趣的现象,人们的解释是:喷涂在铜表面的金纳米油墨,经干燥烧结后,其烧结层的内部结构可能发生了某种细微的变化。

(3 )用喷墨印刷方法,实现电子产品的程序安装

当前,大规模集成电路的制造正趋向小型化、短周期化。采用喷墨印刷装置,在基板上喷涂金属纳米油墨制作布线图形,其最大的优点是,可在特定的端子间自由连线。用这种被人称为“液体布线”的新方法,可以大大简化复杂电子部件的制造工艺。图10 正是用这种工艺制造sip(单列直插式封装)的过程示意图。

现以文字对图1 0 进一步描述如下;

①制作树脂模块,其中有多个触点(如A 和B ),且其端子面的高度完全一致;

②将端子面翻转向上,并形成多层回路布线,同时在上面还可喷涂电容、电阻等从动部件;

③最后形成外部端子。

通过上述步骤,一个完整的电子包封便告完成。在生产电子模块过程中,如果触点A 和B 的位置精度出现了某些偏差,也用不着着急,只要调整喷墨印刷装置的修改机构,就能使其误差得到及时修正,并达到产品原设计的精度要求。

如果用此种方法生产大规模集成电路模块,完全可以实现在干式条件下,用计算机控制喷墨印刷设备,令其高质量、高效率地完成所需产品的制造。与原有的湿法工艺相比,新工艺可用小型化的制造设备,更短的随着我国经济建设特别是城市建设的发展生产周期,完成高精度、结构复杂产品的生产。采用此工艺生产,还可大大节约原材料、降低生产成本、减少环境污染。据称,这种新型生产方式的推出,预示着电子安装技术将进入一个新时代。

结束语

今天,纳米技术正在蓬勃发展,有些纳米产品已悄悄地进入市场。就到产品的使用在这时,作为又一个新型印刷材料的纳米油墨,特别是金属纳米油墨,也登台亮相了,并在电子领域的线路(图形)印刷和安装技术两个方面初试锋芒,展现出了其诱人的魅力和无可比拟的优越性。它正吸引着愈来愈多的人的注目。本文仅仅介绍了金和银纳米油墨系列及其应用技术。今后人们将企盼有新的金属、非金属或它们的氧化物等纳米粒子引入油墨中,组成新的纳米油墨,以便开辟更多的功能应用领域。

文中叙述了纳米粒子在油墨中所起的关键作用。目前,作为实际应用的几乎全是单一属性的金属纳米粒子的集合体。将来有可能把不同属性、功能各异的纳米粒子“复合化”,制成复合型的纳米油墨,它可能会引出具有崭新功能的有趣的新型用途来,这也许是纳米技术本身潜藏的意义所在吧!

就目前看,纳米技术真的梦幻、神奇并魅力无穷。最近,美国有人运用纳米技术发明了检测大肠杆菌的新方法,据报导,其检测灵敏度极高,样品中即使只有一个大肠杆菌,也能准确无误地检测出来。纳米技术如果与其它科学技术能融合、组装或集成起来的话(如N B I C 会聚技术,其中N —纳米,B —生物,I —信息,C —认识)就会成为一项当前顶尖的应用技术。可以预料,它将对人类社会、人们的健康以及经济建设和国家安全等众多领域产生不可估量的深远影响。(全文完)

信息来源:丝印刷

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