Печать медными наночастицами и зеленым лазером: дешевое, низкорезистивное решение для печатных плат

• Новая техника тонкослойной печати использует оксид меди и зеленый лазерный свет для печати электронной печатной платы.
• Она эффективнее и дешевле традиционных методов.
• Она использует фотонический процесс спекания для достижения низкого сопротивления.

Печатная плата соединяет электрические компоненты через проводимые контактные площадки, дорожки и множество листов меди. Эти компоненты обычно паяются на плату, а дорожки работают как фиксированные провода, изолированные друг от друга материалом подложки платы.

Главная цель этих плат — уменьшить вес, размер и стоимость компонентов, используемых в схеме. За последнее десятилетие принято множество стратегий прямой печати. У каждой свои преимущества и недостатки. Один из таких методов — печать чернилами из металлических наночастиц, который является простым, недорогим и быстрым процессом.

Интерес в этой области постоянно растет из-за её потенциала производить более дешевые платы более эффективно, чем традиционные методологии. Недавно корейские ученые из Университета Сунчхёнхян изучили техники тонкослойной печати на основе мощности лазера, условий предварительной выпечки, скорости сканирования и эффектов толщины пленки.

Они обнаружили, что электронные схемы могут быть более эффективно напечатаны чернилами из наночастиц меди и зеленым лазерным светом. Ранее они экспериментировали с чернилами из наночастиц серебра, но переключили фокус на медь как реалистичную дешевую альтернативу.

Эксперимент

Металлические наночернила имеют более низкие температуры плавления по сравнению с крупными металлами. Например, медь имеет температуру плавления 1083°C в объеме, в то время как медные наночастицы могут быть снижены до 150-500°C температуры плавления через процесс, называемый спеканием, в котором металл давится или нагревается без плавления до точки ликвидации. Затем они сливаются и связываются вместе.

Для выполнения того же, исследователи выбрали зеленый лазерный свет из-за его подходящего (500-800 нм) изменения коэффициента поглощения длины волны. Они использовали чернила из наночастиц оксида меди (доступные на рынке), которые были спин-покрыты на стекле на двух скоростях вращения для достижения разных толщин.

Ссылка: AIP Advances | doi:10.1063/1.5047562 | AIP Publishing

Для сушки растворителя перед спеканием исследователи предварительно выпекли материал, что является важным шагом для уменьшения толщины оксидного слоя меди и предотвращения взрывов пузырьков воздуха, которые могли бы произойти из-за внезапного кипения растворителя во время облучения.

Они провели множественные тесты перед заключением, что идеальная температура предварительной выпечки немного ниже 200°C. Они также искали оптимальную конфигурацию скорости сканирования и мощности лазера во время спекания для улучшения проводимости схемы.

Рабочая процедура эксперимента | По материалам исследователей

В этом исследовании лучшие спеканные результаты были получены с 0,3-0,5 ватт мощности лазера, и желаемая проводимость достигается со скоростью сканирования лазера не медленнее 10 миллиметров в секунду или быстрее 100 мм/с.

Что касается толщины пленки, спекание уменьшает до 74% толщины (от 546 до 141 нанометра). Компактность и связность наноматериалов зависят от уменьшения толщины после спекания: чрезмерное уменьшение толщины приводит к меньшему сопротивлению. Поэтому в этом случае измеренное удельное сопротивление составляет от 9,5 до 20 мкОм·см.

Читайте также: Золотые наночастицы могут улучшить хранение солнечной энергии

В целом эксперимент показывает, что небольшое количество растворителя, оставленного в оксидной пленке меди, необходимо для получения равномерного спекания с минимальным повреждением пленки во время лазерного спекания. В следующем исследовании исследователи изучат эффекты подложки на спекание.