睿度光电

材料沉积喷墨打印及
涂层系统解决方案

从喷头到设备，我们提供多种选择；从科研到产业，我们展示多种可能。

基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技术的纳米材料沉积喷墨打印和表面涂层知识。

专题化打造材料喷墨打印及涂层平台。

为推动多种溶液法加工及纳米材料沉积喷墨打印技术在印刷电子和生物等科学研究及工业领域的应用和发展而不懈努力。

材料喷墨打印及涂层解决方案公司。

新闻资讯

为推动多种溶液法加工及纳米材料沉积喷墨打印技术在印刷电子和生物等科学研究及工业领域的应用和发展而不懈努力。

  • 产品新闻
  • 应用资讯
  • 公司新闻
  • 会展信息

    • 喷墨技术优化SCALE工艺后在柔性电子制造中的应用

    发布时间：2023-06-27
    发布人：

    美国明尼苏达大学C. Daniel Frisbie教授团队通过使用MicroFab喷墨打印技术将银纳米粒子墨水沉积到毛细管通道末端的储液点（直径750μm，深度10.5μm）中，利用毛细作用自发的流动填充到毛细管通道中，为化学镀铜反应提供均匀的银籽晶层。喷墨技术优化后SCALE（用于电子产品的自对准毛细管辅助光刻）工艺可以制造嵌入柔性塑料基底中的高分辨率、高纵横比、低电阻金属导线。


    介绍

    目前，许多传统的印刷技术如凹版印刷、丝网印刷、喷墨打印、和气溶胶喷射打印等，已被广泛用于制造印刷互连和电子设备等，但是通常面临三个关键挑战：（i）实现高分辨率，（ii）精确控制打印特征的位置，以及（iii）创建高纵横比特征。但是打印非常小的特征的能力对于创建高密度电路是必要的，更高的分辨率允许将更多的特征封装到更小的器件区域中。SCALE将高卷对卷微压印的分辨率与喷墨打印的精确沉积相结合，以形成高性能印刷电子产品所需的高分辨率、精确对准的特征。SCALE导线的制造工艺示意图，如图1所示。

    187CFA91-447C-40e7-86F1-4ACCE52D7023.png

    ▲ 图1 SCALE导线的制造工艺示意图。

    银纳米粒子墨水打印采用MicroFab喷墨打印技术，使用直径80μm的AT喷头将定量的银纳米粒子墨水沉积到毛细管通道末端的储液点中，由毛细作用力自发地填充到毛细管通道中。图2a三条导电线，每条长6cm，连接储液点之间的间距不同。毛细管通道深19μm，宽30μm（纵横比≈0.63）。选择这种深度和宽度是为了使储层之间的有效导体长度z大化。较长的导体（约13厘米）如图2b所示。导体的高分辨率SEM图像如图2c所示，展示了均匀的金属沉积。镀铜1小时后的电阻测量数据如图2e所示。

    2.png

    ▲ 图2 使用SCALE工艺制造金属导体的结果。

    银纳米粒子墨水在毛细管流动与沉积如图3所示。在离储层最近的地方具有均匀沉积的区域，其次是两种缺陷区域薄银和粗银，最后是不完全填充的银沉积物。银籽晶层的形貌对随后的化学镀铜有很强的影响，如图3c−f所示。只有均匀的镀银区域才能得到高质量的镀铜，且较浅的毛细管通道需要较低的%RH才能获得z大有用导体长度。

    3.png

    ▲ 图3 银纳米粒子墨水沉积行为及相应的镀铜性能。

    为了制造均匀耐用的导线，图4研究了压印基板特性和镀层化学性质对SCALE铜导体均匀性的重要性。使用深度为10.5μm、宽度为20μm的NOA-73毛细管通道（图4a），在优化的印刷条件下沉积均匀的银籽晶层（图4b，c）。结果显示不含PEG添加剂的化学镀铜会导致毛细管通道侧壁的显著变形（图4d - f），毛细管通道壁的变形导致导体横截面大致呈梯形，或者在某些极端情况下，导致导体从衬底完全分层。含有PEG镀铜溶液的镀铜性能如图4g−l所示。电镀1小时后（图4g、j的SEM横截面图）和3小时后（图4h、k的SEM横截面图和图4i、l的EDS图）均未观察到毛细管通道侧壁变形和毛细管通道底部分层现象。

    4.png

    ▲ 图4 SCALE工艺毛细管通道中的银和铜沉积行为。

    印刷电子产品的一个关键目标是制造柔性电子设备。在解决化学镀铜的易碎性之前（不含PEG时，镀了10分钟的基底，只在几次弯曲后就会断裂），必须确认银纳米粒子墨水基材层是柔性的。在毛细管通道中打印长银导体（1cm），然后以1.3 cm曲率半径（0.65%拉伸应变）在小瓶周围弯曲，如图5a,b所示。在弯曲和非弯曲状态下进行电阻测量，如图5c所示。弯曲和未弯曲状态之间存在轻微但明显的偏差，表明银中形成了少量微裂纹。在配方中加入聚乙二醇，化学镀铜1小时，制备出长1cm的毛细管通道底物，在曲率半径为1.3cm时，弯曲1000次后，电阻仅略有增加，如图5d所示。结果显示，研究改良优化的SCALE工艺对于制造金属互连非常有用。

    5.png

    ▲ 图5 镀铜金属导体的柔性测试。


    结论

    本次研究探索了相对湿度、流动时间和毛细管通道几何形状对银墨流动距离的影响，找到了z大有效导体长度的理想喷墨打印条件；改进化学镀铜工艺后减轻镀铜过程中毛细血管壁的变形和铜的分层现象。最终结果展示优化的SCALE工艺是一种制造嵌入柔性塑料基底中的高分辨率、高纵横比（>1）、低电阻（线性电阻~1Ω/cm）金属互连导体的方法。


    参考文献：

    [1] Jochem K S , Kolliopoulos P , Bidoky F Z ,et al.Self-Aligned Capillarity-Assisted Printing of High Aspect Ratio Flexible Metal Conductors: Optimizing Ink Flow, Plating, and Mechanical Adhesion[J].Industrial & Engineering Chemistry Research, 2020, 59(51).


    ____________________________________________________________________________________________________________________________

    p.s.为保持服务的专业性及稳定性，烦请通过以下方式与我司联系，咨询邮箱：service@rd-mv.com，电话：+86-21-51816409。非常感谢您的关注，期盼与您合作并探索更多可能。