導(dǎo)電油墨應(yīng)用現(xiàn)狀及未來應(yīng)用展望

李椰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速.導(dǎo)電油墨是一種由導(dǎo)電材料所制成的糊狀油墨，其在電路板的印刷等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)今，在傳統(tǒng)發(fā)展領(lǐng)域的基礎(chǔ)上通過與納米技術(shù)相結(jié)合使得導(dǎo)電油墨的應(yīng)用更為廣泛。現(xiàn)今，在全球都提倡節(jié)能環(huán)保的今天，導(dǎo)電油墨向著功能更全面以及更為智能化的方法發(fā)展。文章將就導(dǎo)電油墨現(xiàn)今的應(yīng)用及其與納米技術(shù)相結(jié)合的廣闊前景進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電油墨；納米技術(shù)；導(dǎo)電離子；發(fā)展前景

前言

導(dǎo)電油墨主要應(yīng)用于印刷導(dǎo)電點和導(dǎo)電線路之中，其廣泛應(yīng)用于鍵盤電子線路、印刷電路、電極、電鍍底層等。隨著科技的發(fā)展以及微電子行業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)電油墨應(yīng)用于印刷電路的前景極為廣闊，現(xiàn)今，主要使用的導(dǎo)電油墨有金系導(dǎo)電墨、銀系導(dǎo)電墨、銅系導(dǎo)電墨以及碳系導(dǎo)電墨等。具統(tǒng)計，僅銀系導(dǎo)電墨一項在2014年產(chǎn)值就達(dá)到了20億美元，未來還會進(jìn)一步的增加，所以，加大對于導(dǎo)電油墨的研究開發(fā)力度深度挖掘?qū)щ娪湍臐摿κ鞘直匾模ㄟ^將導(dǎo)電油墨與納米技術(shù)相結(jié)合，提高導(dǎo)電油墨的導(dǎo)電效率對于導(dǎo)電油墨的發(fā)展是未來導(dǎo)電油墨的發(fā)展方向。

1 導(dǎo)電油墨應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 導(dǎo)電油墨的主要構(gòu)成和相關(guān)分類

導(dǎo)電油墨主要是由導(dǎo)電填料、連結(jié)料、溶劑和助劑等組成，在這些成分當(dāng)中，連結(jié)料主要是由合成樹脂、光敏樹脂、低熔點有機玻璃等構(gòu)成，其起著固定導(dǎo)電粉末和連接的作用，對于導(dǎo)電油墨的光滑度、硬度以及耐濕度等有著重要的影響。助劑主要是用于提高油墨的適印性。導(dǎo)電填料是導(dǎo)電油墨中的主要導(dǎo)電材料，根據(jù)材料的特性可以將其分為無機非金屬、金屬及其氧化物以及有機高分子幾個種類，現(xiàn)今導(dǎo)電填料主要分為金系導(dǎo)電墨、銀系導(dǎo)電墨、銅系導(dǎo)電墨以及碳系導(dǎo)電墨、高分子導(dǎo)電墨等。

1.1.1 碳系導(dǎo)電油墨。此種導(dǎo)電墨的導(dǎo)電填料主要是有導(dǎo)電槽黑、乙炔黑、爐法炭黑、石墨和碳纖維等，導(dǎo)電碳核通過與熱固性樹脂相結(jié)合制成導(dǎo)電油墨，其電阻率為10-1～10-2Ω·cm，根據(jù)使用碳料的不同可以產(chǎn)生不同的電阻，由于碳是一種廣為存在的物質(zhì)，其取材與制取都較為簡單，因此，碳系導(dǎo)電墨的成本較低。在以上所介紹的導(dǎo)電墨中，石墨的穩(wěn)定性價高但導(dǎo)電率較低，石墨較炭黑穩(wěn)定，但在相同的填充量時炭黑油墨較石墨油墨電導(dǎo)率高，兩者的混合料充分吸收了兩者的優(yōu)點且電阻率較低。由于碳的性能較為穩(wěn)定，因此，使用碳為導(dǎo)電材料的碳系導(dǎo)電油墨性能較為穩(wěn)定，不易產(chǎn)生氧化，且制成后對于酸、堿和化學(xué)溶劑的腐蝕都有較大的抗性，不足之處是與導(dǎo)電材料連接處在較為潮濕的環(huán)境下會形成較為嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕從而影響設(shè)備的進(jìn)一步使用。

1.1.2 金、銀、銅系導(dǎo)電油墨。金屬系導(dǎo)電油墨所使用的導(dǎo)電填料為金、銀、銅、鎳和鋁等的單一金屬或者是兩者之間的合金，金系導(dǎo)電油墨的電阻率相當(dāng)?shù)停瑑H為10-4～10-3Ω·cm，金的導(dǎo)電性最高、性能穩(wěn)定但其價格較為昂貴，無法大規(guī)模的普及應(yīng)用，僅用于一些印刷精度較高的精細(xì)電路，相較于金系油墨銀系油墨在導(dǎo)電性、電阻率方面相差不多，且相較于金，銀的價格相對低廉，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的一種材料，但是不足的是白銀存在著易遷移、硫化、抗焊錫侵蝕能力差、燒結(jié)過程容易開裂等缺陷，影響了其的規(guī)模使用。銅是一種儲量較為豐富且在電路中應(yīng)用較多的金屬，且銅的價格相對于金銀較低，能夠擁有大范圍的使用，但是同暴漏在潮濕的空氣中容易與空氣中的水發(fā)生氧化反應(yīng)從而使得印刷的導(dǎo)電性不穩(wěn)定，因此需要開發(fā)銅合金或者是在銅的表面鍍銀的方式來降低銅的氧化性。

1.1.3 高分了系導(dǎo)電油墨。常見的導(dǎo)電高分了有聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯乙烯撐和聚吡咯等。其電導(dǎo)率可高達(dá)102～103S·cm-1，相較于以上的無機油墨，有機油墨在柔韌性以及加工性等方面都有著較大的優(yōu)勢，但是高分子材料的制備相對困難，成本較高且工藝復(fù)雜。

1.2 油墨導(dǎo)電原理

導(dǎo)電油墨主要依靠的是導(dǎo)電填料來進(jìn)行導(dǎo)電的，當(dāng)油墨中導(dǎo)電填料的濃度增加到一定的程度后，會在印刷后的電路上形成一個通道，電子可以同這一通道來實現(xiàn)遷移，在這一過程中，對導(dǎo)電油墨導(dǎo)電性影響最大的是導(dǎo)電粒子的接觸數(shù)目和接觸電阻以及粒子間隙。通過長期的研究后發(fā)現(xiàn)，油墨中所含有的導(dǎo)電粒子的形狀會對導(dǎo)電通道的形成造成極大的影響，通過在高倍度電子顯微鏡下觀察后發(fā)現(xiàn)，以片狀納米銀為材的油墨的電阻率要遠(yuǎn)小于其他形狀的納米銀。

1.3 導(dǎo)電油墨的主要應(yīng)用

FRID即為射頻識別，又稱電子標(biāo)簽，由于其需要在各種材質(zhì)各種不同廠家提供的晶片模塊上進(jìn)行線路的刻繪，傳統(tǒng)的光刻蝕耗時耗力，不利于大規(guī)模的應(yīng)用，使用導(dǎo)電油墨印刷的方式能夠很好的解決這一問題，能夠在各種基體材質(zhì)以及各種晶片模塊上應(yīng)用。

傳統(tǒng)的電路板的制作涉及到多道工序，如多層板的制備：前處理、內(nèi)層干膜、顯影、蝕刻及去抗蝕膜、白動光學(xué)檢驗、黑/棕化、層壓、鉆孔、PTH（鍍孔）、外層干膜、圖形電鍍等，在這一過程中會消耗并浪費大量的銅，既不經(jīng)濟又不環(huán)保，通過使用導(dǎo)電油墨印刷技術(shù)能夠有效的提高生產(chǎn)效率、節(jié)能環(huán)保減少資源的浪費，使用導(dǎo)電油墨來代蝕刻是以后PCB制作發(fā)展的方向。使用導(dǎo)電油墨可以有效的減少以上所介紹的那些環(huán)節(jié)，由于不需要蝕刻減少了資源的浪費，同時通過印刷可以有效的簡化生產(chǎn)工藝同時提高生產(chǎn)效率，減少了能耗，能夠根據(jù)電路的布置靈活的進(jìn)行印刷。

2 納米技術(shù)在導(dǎo)電油墨中的應(yīng)用

導(dǎo)電油墨最主要的就是提高導(dǎo)電率，減少導(dǎo)電油墨的電阻率。通過使用納米技術(shù)使得金屬顆粒更細(xì)、更小從而使得單位面積上所含有的可導(dǎo)電粒子更多，從而更好的進(jìn)行導(dǎo)電。

2.1 納米銀導(dǎo)電油墨簡介

現(xiàn)今，納米銀可以通過使用氣相法、液相法和固相法三類方法完成制備，其中通過使用氣相制備法制備的納米銀純度較高且導(dǎo)電粒子分布均勻，液相法制備對于納米銀中的組分與銀的含量控制較為精確，是現(xiàn)今廣為采用的一種方式，納米銀片的形狀較為扁平相對于球形的納米銀導(dǎo)電性與電阻率更為良好，且在較低的溫度下粒子問即可連接成導(dǎo)電通路。一般粘度2-30mPa·s、表面張力30-60mN·m-1的油墨滿足噴墨印刷要求。對于油墨應(yīng)用，實現(xiàn)納米銀良好的分散，甚至達(dá)到單分散，以及進(jìn)一步減小粒子尺寸，降低后處理溫度以適應(yīng)于各種承印材料都是要解決的關(guān)鍵問題。

2.2 納米銅導(dǎo)電油墨簡介

由于銀屬于貴金屬，在應(yīng)用銀作為導(dǎo)電油墨的填充材料時成本較高，自上世紀(jì)90年代以來，研發(fā)納米銅來替代納米銀的研究不斷深入，主要研究方向集中于提高銅純度和大批量合成納米銅，現(xiàn)今已知的合成納米銅的方法有：光解還原、輻射還原、超生化學(xué)、熱還原、金屬氣相合成法、化學(xué)還原以及真空氣相沉積等，但但溶劑再分散過程中納米銅粒子的再次聚集以及銅容易氧化和如何降低納米銅的合成成本等仍然困擾著科研人員。

2.3 納米碳系導(dǎo)電油墨簡介

碳納米管因具有獨特的電子、化學(xué)和力學(xué)性能已成為納米科技的主導(dǎo)材料，碳納米管導(dǎo)電油墨現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于各種電子電路和器件的制備。石墨烯是新一代碳材料，其常溫下的電子遷移率比納米碳管或硅晶體高，而電阻率還要遠(yuǎn)低于以上各種材料，具有良好的導(dǎo)電性與穩(wěn)定性。使得石墨烯可作為優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電油墨填料應(yīng)用于導(dǎo)電油墨中，對導(dǎo)電油墨產(chǎn)品性能的提升極具想象空間。

3 結(jié)束語

導(dǎo)電油墨是一種在電路印刷領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用的物質(zhì)，文章主要對導(dǎo)電油墨的組成及其特點進(jìn)行介紹，并對其應(yīng)用進(jìn)行了展望。

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