绿色印刷布线技术和关键材料的研究

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传统电子电路的布线技术主要基于减成法工艺,即覆铜板刻蚀工艺,其特点是工艺步骤复杂、能耗高、成本高以及环境污染严重等。此外,基于树脂玻纤板的电路板垃圾由于量大、回收利用价值低,往往被运往发展中国家的沿海落后地区被野蛮拆解焚烧;由于缺乏有效的监管,造成当地严重的污染问题,如臭名昭著的广东贵屿镇。要解决上述问题,最根本的办法是彻底颠覆当前覆铜板湿法刻蚀技术,采用更加廉价、环保和有效的新技术。正因如此,基于加成法------特别是加成法-干法工艺的印刷电子技术正越来越受到科研工作者和产业界的重视,针对印刷电子技术以及其相关印刷材料的研究和应用在近年来不断涌现出来。然而,在印刷电路板领域,尤其是多层印刷电路板,由于其结构相对复杂,仍然存在一系列的科学和工艺问题有待解决,亟需开发高性能的加成法印刷导电材料以及新型的高精度层间互连技术。本文在对高性能导电银浆研究的基础上,以普通打印纸作为基材模型,通过开发一系列的工艺设计以及材料配方,提出了一套面向未来绿色环保纸质印刷多层电路板的制备技术路线;良好解决了层间互连技术的难题,降低了导电银浆的成本,成功开发出了基于普通打印纸的多层电路板(最多可达10层)模型的制作技术。通过对其各方面性能的测试和评价,证明了本文所制备的纸质多层电路板在性能上基本符合电路板产业国际IPC标准的要求,并且在未来规模制造时具有明显的成本优势。同时,针对未来可能的绿色环保纸质印刷电路板技术的发展方向,本文也提出了新的思路。此外,本文通过生命周期分析(LCA)的方法,首次定量地研究和分析了纸质印刷电路板技术在生个生命周期过程中造成的环境影响,通过与传统环氧电路板进行对比,发现本文开创的纸质印刷电路板技术在环境保护的方面与传统技术相比具有高达两个数量级的优势。由此,本文系统论证了纸质印刷电路板技术在制备技术、性能和环境保护等各方面的特点和优势。通过制备基于纸质印刷电路板的电子器件原型机,论证了该技术在低频、低密度、低成本以及短寿命的中低端电子器件领域可能的应用潜力。此外,本文针对导电银浆技术在高功率、高密度的电子电路应用领域存在的局限性,基于加成法工艺开创了一种锌种子浆料以及与其相关的置换高性能铜布线的技术方法。通过对锌浆料和置换铜溶液配方的研究和开发,成功制备了具有纯铜级别导电性的铜电子电路,可通过加成法印刷制作在聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和玻璃等各种廉价的基材表面。通过一系列的测试和分析,本文进一步证明了该铜布线技术制得的电子电路具有良好的机械性能和可靠的使用性能,各项性能指标可与目前商用印制线路板性能媲美。可应用在常规商用柔性线路板、射频识别标签等元器件中,在高功率、高密度以及高性能电子电路产品领域具有广泛的应用潜力。通过对纸质印刷电路板技术、高性能铜布线技术以及相关材料的开创性研究,本文分别从印刷布线技术和材料两方面入手,针对当前学术界和产业界所关心的印刷电子技术的难点,提出了更加环保、廉价和有效的解决方案,并且通过具体的实验设计和测试分析,论证了本文提出的方案相对于当前技术的特点和优势。此外,本文还从产业应用的角度出发,通过制备相应的模型说明了本文所提出的材料和技术方案在未来绿色印刷电子产业中的应用前景和优势。
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