有机高分子材料表面激光微熔覆电子浆料的形性控制技术研究

发布时间：2020-08-07 12:26

【摘要】：直写技术是一种无需掩膜、柔性化程度高、节约原材料、基材适用范围广的智能化制造技术,在样品制造、小批量制造、甚至中等规模生产中,具有重要意义。本文基于微笔直写和激光微熔覆传统的厚膜电子浆料的技术,在对温度敏感的环氧树脂玻纤基板上分别制作出了导电和电阻材料层,在铝合金基板上制作出了聚酰亚胺介质材料层,并在其表面实现了导电材料层的制作,详细研究了直写参数和激光参数对所制作材料层的形状和性质的影响。首先探讨了微笔直写工艺参数对直写线条质量的影响,通过正交实验,得出了影响微笔直写线宽和膜厚的主要工艺参数为:笔头内径和直写速度;在此基础上,研究了搭接量对膜厚和表面粗糙度的影响。结果表明,当直写两相邻线中心间距为直写单线条宽度的60%-80%时,可以获得表面平整度较高的浆料膜层。配制了一种适合微笔直写的聚酰亚胺(PI)前驱体浆料,通过多层直写打印、中间预固化、最终完全固化的在线热处理方式,在铝合金基板上制备了图形面积为60mm×60mm、厚度0.2mm、表面平整的PI介质层,拉力实验表明介质层与基板之间的结合强度可达10MPa以上。接下来,系统研究了预置导电浆料层厚度和激光工艺参数对在有机高分子基板上激光微熔覆制备的导线宽度、表面形貌、性能的影响。随着基板损伤阈值温度的提高,过烧临界激光功率密度提高,导致导电颗粒之间结合更紧密,膜层导电性能提高。在满足结合强度的情况下,在环氧树脂玻纤基板、PI基板、陶瓷基板上制备的银膜体积电阻率分别为26.8×10~(-8)Ω?m、21.7×10~(-8)Ω?m、7.1×10~(-8)Ω?m。环氧树脂玻纤基板的表面轻微损伤有助于提高微熔覆层与树脂基板之间的结合强度。最后,通过热分析、扫描电镜分析(SEM)等,从所用激光、浆料成分和种类、基板材料三个方面,分析得出激光微熔覆氧化钌电阻膜层与环氧树脂玻纤基板结合力不佳的主要原因是:氧化钌浆料中玻璃相含量较多和氧化钌的熔点过高。本文利用激光微熔覆传统厚膜电子浆料的干法制造技术,实现了在损伤阈值温度低于传统电子浆料烧结温度的有机高分子材料表面,形状和性质可控的导电图层的制作,这为采用纯干法制造技术,实现电子线路和微带天线等的制作提供了非常有益的尝试。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249;TB306
【图文】：

原理图,喷墨打印,原理图,直写

可分为三大类[5, 7]，喷射沉积直写技术写技术，现分别对其进行介绍。直写技术技术（Ink-Jet Printing）是微喷射直写技术的一种，控微滴或连续的方式直接喷射沉积到基板上形成特[5]。按滴定方式和驱动方式，可细分为多种技术，其究较多。所用材料一般为低粘度纳米粒子悬浮液，a S，这提高了配制难度和浆料成本，从而在某种程；但该技术在由层状单元组成的微电子器件打印方范围广泛，如导电聚合物、金属纳米颗粒、生物聚体管、LED、电容、电感、薄膜电极等各种层状微

喷墨打印技术,器件

从而改变发光波长，制备出了多色发光 QDLED，简单高效，如图1-2（b）所示。2012 年，韩国的 Kang 等人[14]利用合成的电阻材料、介质材料（BaTiO3）和铁氧体材料（Ni-Zn）在 PI 基底上通过喷墨打印的方式制备出了电阻、电感、电容等无源器件，如图 1-2（c）所示，组成的 RC 电路响应值与预测结果相吻合，表明了在柔性电子领域利用喷墨直写技术制备无源器件甚至电路的可行性；同年，韩国的Lim 等人[15]同样利用喷墨打印技术制备出了 MIM（metal-insulator-metal）电容器，该器件以 BaTiO3复合树脂作为介质层材料，低温银浆为电极材料。图 1-2 喷墨打印技术制备的器件（（a）晶体管[11]，（b）多色发光 QDLED 结构示意图和实物图[13]

螺旋电感,器件,技术,直写

华中科技大学硕士学位论文应用微笔直写工艺制作出新颖的无源器件，如多层螺旋电感并推向商业化应用，图 1-3（a）是其制备的螺旋电感。微笔直写技术的研究起步较晚。2004 年以来，华中科技大学激光先进制造团队研制出了一套结构简单、清洗方便、成型直写沉积装置[18]；随后又对其进行了升级和改造，并取得了]，图 1-3（b）、（c）、（d）分别是在 Si 基板上直写氟化聚酰胺损耗条形光波导、聚酰亚胺表面直写沉积导电银浆料制作的结合牺牲层技术制备的可动微机电系统（MEMS）中最基础。

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