Медные наночастицы и зеленая лазерная печать:экономичное решение для печатных плат с низким сопротивлением

• Новая технология тонкослойной печати использует оксид меди и зеленый лазерный свет для печати электронной платы. 
• Это эффективнее и дешевле традиционных методов. 
• В нем используется процесс фотонного спекания для достижения низкого удельного сопротивления. 

Печатная плата соединяет электрические компоненты через проводящие площадки, дорожки и несколько листов меди. Эти компоненты обычно припаиваются к схеме, а дорожки работают как фиксированные провода, изолированные друг от друга материалом подложки платы.

Основная цель этих плат — уменьшить вес, размер и стоимость компонентов, используемых в схеме. За последнее десятилетие были приняты многочисленные стратегии прямой печати. У каждого есть свои преимущества и недостатки. Одним из таких методов является печать чернилами с наночастицами металлов. Это простой, недорогой и быстрый процесс.

Интерес к этой области постоянно растет благодаря тому, что она позволяет производить более дешевые платы более эффективно, чем традиционные методы. Недавно корейские ученые из Университета Сунчунхян изучили методы тонкослойной печати, основанные на мощности лазера, условиях предварительного обжига, скорости сканирования и влиянии толщины пленки.

Они обнаружили, что электронные схемы можно более эффективно печатать с помощью чернил с наночастицами меди и зеленого лазерного света. Ранее они экспериментировали с чернилами с наночастицами серебра, но сосредоточили свое внимание на меди как на доступной недорогой альтернативе.

Эксперимент

Металлические чернила наночастиц имеют более низкие температуры плавления по сравнению с крупными металлами. Например, медь имеет температуру плавления 1083°C в массе, тогда как наночастицы меди можно снизить до температуры плавления 150-500°C с помощью процесса, называемого спеканием, при котором металл подвергается давлению или нагреванию без плавления его до точки сжижения. Затем они объединяются и связываются вместе.

Чтобы сделать то же самое, исследователи выбрали зеленый лазерный свет из-за подходящего изменения скорости поглощения длины волны (от 500 до 800 нм). Они использовали чернила на основе наночастиц оксида меди (доступны на рынке), которые наносились на стекло методом центрифугирования с двумя скоростями вращения для достижения разной толщины.

Ссылка:Достижения AIP | дои:10.1063/1.5047562 | Публикация AIP 

Чтобы высушить растворитель перед спеканием, исследователи предварительно обожгли материал, что является важным шагом для уменьшения толщины слоя оксида меди и предотвращения взрыва пузырьков воздуха, который может произойти из-за внезапного кипения растворителя во время облучения.

Они провели несколько тестов, прежде чем пришли к выводу, что идеальная температура перед выпеканием составляет чуть менее 200°C. Они также искали оптимальную настройку скорости сканирования и мощности лазера во время спекания для улучшения проводимости схемы.

Порядок проведения эксперимента | С разрешения исследователей

В этом исследовании наилучшие результаты спекания были получены при мощности лазера 0,3–0,5 Вт, а желаемая проводимость достигается при скорости лазерного сканирования не ниже 10 миллиметров в секунду или выше 100 мм/с.

Что касается толщины пленки, то при спекании она уменьшается до 74% толщины (с 546 до 141 нанометра). Компактность и связность наноматериалов зависят от уменьшения толщины после спекания:чрезмерное уменьшение толщины приводит к меньшему удельному сопротивлению. Следовательно, в этом случае измеренное удельное сопротивление находится в пределах от 9,5 до 20 мкОм·см.

Читайте:Наночастицы золота могут улучшить хранение солнечной энергии

В целом эксперимент показывает, что небольшое количество растворителя, оставшегося в пленке оксида меди, необходимо для получения равномерного спекания с минимальным повреждением пленки в процессе лазерного спекания. В следующем исследовании исследователи будут изучать влияние подложки на спекание.