可延展电子电路印刷电子制造工艺研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael_zhang_x
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近年来,印刷电子工艺因其低成本、绿色环保、对柔性电子制造兼容性好等优点,受到了产业界及学术界的广泛关注。同时,可延展电子技术极大的满足了人们对于电子产品的便携性、舒适性与人-机交互能力等方面的要求。印刷电子工艺与可延展电子技术的结合具有巨大的潜力。本文主要探讨可延展电子电路制造中运用印刷电子工艺面临的工艺质量及其控制等问题。  1.可延展电子电路印刷电子工艺的可行性与面临的挑战分析。根据可延展电子电路基本结构的特点,分析了可延展电子电路制造中运用印刷电子工艺的可行性与面临的挑战。通过对丝网印刷和喷墨打印两种常见的印刷电子工艺进行对比,选择喷墨打印工艺作为本文研究重点。  2.可延展电子电路喷墨打印工艺质量鱼骨图分析。本文利用鱼骨图分析法定性地讨论了影响可延展电子电路喷墨打印工艺质量的因素,主要包括人员、设备、材料、工艺方法、环境、测试六个方面因素。  3.可延展电子电路喷墨打印工艺研究。首先讨论了工艺研究涉及到的设备及材料选择;这两个方面应综合考虑相互间的影响,如墨水材料的烧结温度与基底薄膜的可承受温度影响等。在打印工艺流程方面,主要讨论了印前处理、喷墨打印系统设定及薄膜固定方式、印后处理三个方面。分析结果表明:印刷前进行电晕处理增加有助于薄膜对于油墨的吸收,同时需要对薄膜施加适当的预拉伸,提高薄膜的平整度,有利于提高导电膜的质量。墨滴质量、喷嘴状态及喷嘴和基底薄膜的间隙是影响打印效果的重要因素;其中,墨滴是通过控制驱动电压波形并观察墨滴状态进行调整,基底对准主要依靠基底固定及打印系统用户程序进行调整。此外,在烧结工艺中,预加热后升至烧结温度,可达到减少热冲击、释放热应力的目的,减少由于温度剧变对TPU薄膜表面银墨图形结构产生变形或龟裂的现象,可有效地提高烧结后所形成导电图案的完整性和连续性。  4.可延展电子电路喷墨打印工艺质量检测分析。针对前述所设计的可延展电子电路喷墨打印工艺,运用SEM、AFM等测试设备,观察打印样品的微观形貌,分析其表面粗糙度、颗粒状态等微观性能。通过对试验样品表面形貌、颗粒分析、能谱图等图像的观察,获得了印刷导线薄膜的Ra、Rq、最大峰值高度、最小峰值高度、颗粒状态、元素比例等特征。通过能谱图分析发现,墨水成膜质量较好的导线薄膜中银元素含量较高,墨水在烧结处理能基本无墨水溶剂等物质残留;而当烧结处理工艺存在问题时,墨水在烧结处理后有很多墨水溶剂等物质残留,印刷导线薄膜中银元素含量较低,且还有大量的钠、氯元素存在,碳元素含量也相当高。此外,经测试发现,打印的导线薄膜方块电阻均在60~70mΩ/□范围内,薄膜较为均匀。  5.可延展电子电路喷墨打印工艺典型缺陷分析。运用上述分析手段,分析了制造工艺中主要存在润湿不良、裂纹现象、不导电的三类缺陷。结果表明:润湿不良现象的原因可能是基底薄膜表面润湿张力不足、表面污染;裂纹现象产生的原因可能是热处理工艺产生的应力、基底薄膜表面情况、人为应力的影响;不导电的样品可能的原因包括打印油墨量、打印图案出现裂纹的情况、印后烧结工艺。  本文完成了可延展电子电路喷墨打印工艺的工序流程研究,探讨了印刷电子工艺在可延展电子电路互连结构制造中的应用。本文的工作对可延展电子电路喷墨打印工艺的质量提高及大规模应用具有一定的参考意义。
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