淺談銅漿的絲網印刷中存在的問題和解決對策

文|李樹坤

淺談銅漿的絲網印刷中存在的問題和解決對策

文|李樹坤

銅漿絲網印刷在電子產品中的應用日益廣泛，在RFID和薄膜開關制作中，銅層（導線）的質量至關重要，它是電子產品正常和穩定使用的重要保證。因此，企業界的普遍重視在制作中怎樣提高銅導線的質量，銅層斷裂的原因和防治銅導線斷裂（裂縫）的解決措施將會在本文中被一一分析。

銅層斷裂的主要原因

銅漿印制和使用中銅導線產生斷裂或裂隙的現象叫銅層斷裂，從而導致導線不通或電阻增大。在薄膜開關使用中，若銅層導線阻值超大或開路就有可能是導致多個按鍵同時不靈，這種原因就是銅層導線出現斷裂或裂縫引起的，當然也有可能是接觸不良造成的。

銅漿在薄膜開關電路層網印中，發生斷裂的主要原因有：

1．因為絕緣油墨層交叉聯合緊密，使過大壓力進入下層銅漿層而引起裂縫或斷裂（圖1）。

圖1 銅導線斷裂示意圖

2．銅層受印刷壓力降低而發生斷裂（圖2）也可能是由于絕緣油墨層模式的工藝設計不合理。

3．聚脂片表面處理不好和網印時表面不潤濕，使銅油墨附著性受到影響而容易發生斷裂。

4．銅漿使用和固化不好，印前的沒有充分攪拌，固化條件控制不好。在RFID電極中發生銅層斷裂多是由于焊接時，在Pb-Sn焊料邊緣的面熔于焊料中含有大量電極銅中，形成邊緣的銅層空洞，隨著銅離子的遷移和腐蝕造成空洞的擴大甚至斷開，而導致長期工作過程中電子線路開路。從X-RAY觀察分析可知，面電極有斷裂空洞存在于端電極和面電極相連的區域，都有不連續的現象在端電極焊料邊緣相連的面電極銅層部分，形成一條空洞，把銅層斷開。

5．開封都能觀察到面電極銅層不連續帶狀空隙，樣品研磨切面也可存在銅層空隙，因此，造成樣品電阻增大和開路的真正原因是面電極在焊料邊緣的空隙造成銅層不連續。面電極在焊料邊緣出現不連續或空洞，主要是由于在焊接過程，靠近端電極的面電極中的銅中大量損耗掉，形成邊緣面電極局部區域的銅層空洞，熔化在焊料之中。

在長期的使用過程中，銅離子遷移或者被腐蝕，空洞的擴大導致銅層開路。在銅天線與絕緣層套印的邊緣多發生銅漿裂縫，末端連接部分比較典型。其實發生在末端的銅裂縫是可以克服的，比如選擇正確的絕緣圖案和油墨，改變產品的設計，采用新的堅固設計等都可以明顯減小銅層天線線圈內的應力，從而防止銅漿裂縫。

6．銅或絕緣油墨的附著力也會受PET基片表面的能量的影響，PET基片表面的能量也會影響銅或絕緣油墨的附著力，退火和UV曝光會極大地增大基片表面能量，降低了油墨附著力。當銅漿在基片底部支撐很微弱時，若絕緣層從上面施加一定的應力，銅漿就會變得更易受裂縫影響。

7．為有效地改善油墨和敷料的特性銅漿，印刷后保證正確的干燥也很重要。對于薄膜開關電路層和RFID的銅層斷裂，在印刷中可采取以下策略防止銅層斷裂。

圖2 不合理的工藝設計

銅層斷裂的解決方法

1．改善產品設計方案

在選擇正確的圖案和絕緣油墨之后，只要稍微改變產品設計，就可以明顯提高銅層的應力。一般來說，可將絕緣油墨網印成半圓模式，這種較合理的設計可提高銅導線抗斷裂的能力。

2．改善銅層線路的韌性

薄膜開關上的銅漿線路是處于絕緣油墨兩個高壓力層和PET之間，所以要注意選用撓性和絕緣性相對好的絕緣油墨，以降低對銅漿線路的壓力，提高銅線路的韌性，增強銅線路的抗斷裂能力。

3．改善基片表面能量和選擇適于印刷加工的PET片材

不同材料的基片表面能量是不同的，要保證基片的表面能量符合標準。準確測定印刷油墨和其他材料在表面的粘結狀況，明確的標準就是表面能量，可以用達因筆測PET基片的表面能量。達因筆又名電暈筆或表面張力檢測筆，它能準確地測試出薄膜表面和PET等片材的張力，從而知道該片材是否符合印刷等工藝要求，有效地控制產品質量，減少因材質不合格所造成的時間和經濟的損失。達因筆有多種表面能級的測試規格，它是電暈處理后表面能的一種快速測試工具，例如，當測試筆在電暈處理過的片材表面劃出一條線，如果是連續成線的，說明該材料表面能不低于45mN/m，如斷斷續續不連成線，說明該材料表面能低于38mN/m，即處理不足或甚至未處理，不符合印刷加工要求，但達因筆不適合作為已印好或涂布好表面的系統測試。選擇合適的片材也很重要，根據實踐經驗，目前比較適于印刷加工使用的PET片材有英國柯圖泰PET、Autotype PET等薄膜開關專用片材。

4．適當控制的銅漿厚度

（1）控制銅漿的印刷厚度

一般來說，可用方阻值控制銅漿的印刷生產過程，計算銅漿的印刷厚度。方阻值（見圖3），就好像把一條線路看成一個如圖所示的長方體。

圖3 方租示意圖

圖中L表示被測線路的長度；W為代寬度、T為厚度的測量方法和計算方法為：

① 以L/W計算出方塊（即長寬均為W的正方塊，以□表示）數；

② 用歐姆表測兩端電阻（歐姆）的讀數；

③ 用②/①計算出每個方塊的電阻值；

④ 用③/T（mil，1 mil＝25μm＝0．001in）就可計算出該線條的方阻值，即15μm厚度下該線條的阻值，用/□表示。

之所以用方阻值來計算銅漿等導電油墨的性能，原因主要有以下幾點：

·方阻值能說明油墨的控制情況和最佳厚度；

·可以知道線條的膜厚、電阻、附著力、粘合力及固化程度等情況；

·能說明油墨的最佳固化及合理控制，油墨固化不好，阻值就會變高，則方塊阻值也就變大。

·能檢測油墨的質量，因為實際測算出的方塊阻值，應接近埃奇森導電銅、碳漿每批多給的方塊阻值。

要求施工中固化速度，油墨的沉淀均達到最佳狀態，在滿足所提方塊阻值的參數下，說明油墨質量沒有發生太大的變化。因此，正確的掌握好各工藝條件和參數，用方塊阻值檢測性能，減少油墨的消耗。

（2）保證銅油墨干燥

干燥主要包括預干燥和正式干燥等，預干燥時敷料和油墨的特性就會有所提高，然后進行正式干燥。但干燥中需嚴格掌握溫度和時間。例如，銅漿網印后，先用紅外線低溫（40～70℃）預烘干約15s，正式干燥用90～120℃烘干40s以上，最后在對流烘箱中用110℃烘50min。這種干燥法典型的特點是，烘干時溶劑是先揮發出去，逐出銅漿底部的溶劑，最后快速固化達到最佳特性，從而使銅油墨中溶劑完全揮發達到固化。

當RFID標簽天線層和薄膜電路層中發生導電銅層裂縫，萬用表檢測時就會出現電阻大為增大或完全開路，在使用中對這種情況是無法進行焊接的，解決的方法是用較細的石墨粉加環氧樹脂調勻后涂在導電銅層的斷裂處，干后用萬用表測量，電阻小于200歐姆就合格了。如果電阻較大，可以再涂幾次。但要注意，涂的時候千萬不要把涂料涂出銅層的外面，以免發生短路。等膠水干后，按照原樣裝好就可使用。但這種修理的元件的穩定性很差的，在使用中遇到一定的的環境很易產生離子的遷移。因此，最好是在絲網印刷銅漿時防止發生銅層斷裂的故障。

（3）保持銅漿新鮮和均勻的固體含量

在使用前徹底攪拌，使整罐銅漿上層和下層能滿足配比要求。同時，為了充分攪拌能提高網印適應性和導電性，銅漿需具有觸變性和高粘度。在每次印刷完畢后，剩余的銅漿應另盛放在單獨干凈的容器中，下次印刷時可先用上次的剩余銅漿或向其中添加一點新銅漿再印刷。

要注意容器在低溫干燥下密封保存。使用時要提前從低溫環境中取出置于印刷場所的室溫下，讓其盡快恢復到室溫狀態。盡量不要添加溶劑，添加溶劑會破壞銅漿原設計的固含量配比而影響其導電性。若確實需要改變粘度而添加溶劑時，也要嚴格測量現有的固體含量，用精密儀器準確稱量，添加計算出溶劑的損耗量。

銅漿網印中常出現的問題和解決方法

1．附著力、粘合力或柔軟性不好

這是由于與承印物不匹配和印后固化差造成的。因此要注意選用合適的承印物，控制印膜厚度，并保證印后固化質量。

2．電路阻值良好，粘合力、附著力或柔性較差

這主要是印刷的銅漿膜過厚所引起，因此在網印中要特別控制銅漿的厚度。

3．電路阻值高

這主要是溫度過高，成膜太薄或銅漿固化偏少，固化速度太快。因此，在印刷時要嚴格控制銅漿的厚度，固化時要注意控制固化速度和溫度。

4．銅漿的使用及固化正確

埃奇森給出的值高主要原因是銅漿沒有存放于干燥低溫處，銅漿過期，攪拌不均或質量欠佳，使用不適當的稀釋劑等。處理的方法是印前充分攪拌，更換新的合格的銅漿，嚴格控制稀釋劑的添加量，保證銅漿均勻穩定。

小 結

銅層（導線）的銅漿在薄膜開關電路層或RFID標簽天線上印刷通常是用絲網印刷來完成的。在絲網印刷銅漿中，銅層容易產生斷裂，嚴重影響產品的質量，甚至成為廢品。因此，在電路導線的銅漿絲網印刷中要引起重視。