НИИИТ
Научно-исследовательский институт инновационных технологий
Печатная электроника
Лаборатория печатной электроники
Генератор идей
Если у Вас есть идеи по
применению печатной электроники,
напишите нам об этом
Отправить

Проводники

Из общей массы печатной платы проводники составляют значительный процент и являются основой всей схемы, соединяя между собой все элементы; в составе самолета, автомобиля и любой другой техники именно кабели являются той структурой, которая объединяет все устройства в одну систему. Именно токопроводящие чернила, за счет применения которых на основании формируется рисунок проводников, являются одним из первых направлений, в котором начала развитие печатная электроника. Различные металлы, используемые в чернилах, придают им уникальные свойства и позволяют для каждого конкретного решения добиться оптимальной токопроводимости, снижения потерь и стоимости процесса.

Подробнее

Проводники необходимы практически во всех изделиях органической электроники. К проводникам может предъявляться ряд требований, включая низкое сопротивление, гладкость поверхности, химическую стойкость. Выделяют три группы материалов, используемых в печатной электронике в качестве проводников:

  • материалы на основе металлов;
  • органические соединения;
  • оксиды металлов.

Материалы на основе металлов, например, серебра, наиболее часто наносятся в виде паст или чернил, содержащих металлические частицы. Могут использоваться пасты или чернила, содержащие наночастицы, которые после нанесения спекаются при температурах, выдерживаемых используемыми пластиками (<150°C), для образования электрически непрерывных структур. Другой подход формирования проводников на основе металлов заключается в печати тонкого «зародышевого» слоя металла, поверх которого затем осаждаются слои металла большей толщины.

Хотя некоторые полимеры могут проводить электричество, их электропроводность более чем в тысячу раз хуже, чем у металлов. В качестве полимерных проводников, наносимых методами печати, используются гетероароматические полимеры на основе анилина, тиофена, пиррола и их производных (см. Рисунок 1). Чаще всего в качестве проводящего полимера используется PEDOT:PSS, обладающий высокой проводимостью, высокой прозрачностью для видимого света. Пленки PEDOT:PSS устойчивы к повышенным температурам: после пребывания на воздухе при температуре более 100 °C в течение более 1000 часов их проводимость изменяется незначительно.

Рисунок 1 – Структурные формулы PEDOT:PSS

Преимущество проводников из оксидов индия и олова (ITO) состоит в их высокой прозрачности, поэтому они используются в дисплеях, в том числе сенсорных, а также в солнечных элементах.

Сравнение некоторых типов чернил на основе различных металлов и различных форм обработки частиц металла приведено в таблице 1.

Таблица 1

Тип материала

Преимущества

Недостатки

Чернила на основе хлопьев серебра

  • возможность трафаретного нанесения;
  • большое процентное наполнение металлом позволяет контролировать проводимость;
  • зрелая технология;
  • широкодоступный исходный материал (тысячи тонн);
  • экономическая выгода (используется в 1,5 раза меньше серебра).
  • требуются высокие температуры спекания (несколько сотен ºС);
  • невозможность нанесения струйной печатью;
  • трудности в достижении требуемого соотношения размеров зазор/проводник;
  • часто получается несмачиваемая поверхность.

Медные чернила
(с наночастицами)

  • возможность нанесения как струйными, так и трафаретными методами;
  • приемлемая проводимость;
  • возможность сушки светом;
  • медь дешевле серебра.
  • высокая скорость окисления и ограниченная стабильность материала сужают возможные области применения чернил;
  • малая представленность на рынке;
  • малая доля рынка.

Серебряные чернила
(с наночастицами)

  • возможность нанесения струйной печатью;
  • требуют низких температур спекания;
  • приемлемая плотность структуры (после спекания) и разрешение печати;
  • возможна высокая проводимость.
  • трудность поддержания нужного процентного соотношения металла;
  • низкая представленность на рынке;
  • высокая стоимость (более 40$ за грамм), но это аргументируется ценой за проводимость.

Серебряные чернила (на основе нанопроволки)

  • прозрачность и проводимость;
  • совместимость с пластиковыми и низкотемпературными основаниями;
  • может наноситься распылением.
  • высокая стоимость (более 40$ за грамм), но это значение зависит от поставщика;
  • невозможно создание элементов высокого разрешения.

Золотые чернила

  • обладают хорошими рабочими характеристиками, стойки к окислению и агрессивным средам;
  • значение проводимости близко аналогичному показателю серебряных чернил;
  • предпочтительны в случаях, когда требуется предотвратить миграцию серебра.
  • высокая стоимость;
  • неизвестно, какие потребуются затраты при изменении и стабилизации параметров.

Чернила разных типов можно наносить на различные основания, к примеру, Ag -чернила можно наносить на следующие основания:

  • поликарбонат;
  • кремний (Si);
  • диоксид кремния (SiO2);
  • полиарилат (polyarylate);
  • полисетный эпоксидный силоксан (PES);
  • полиэтилентерефталат (PET);
  • полиимид (PI).

Примеры нанесения Ag –чернил на данные основания приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Примеры нанесения Ag чернил на различные основания

После нанесения и отверждения Ag-чернил, состоящих из частиц серебра, – рисунок 3 (а) и (б) - должна получиться равномерная структура, представленная на рисунке 3 (в).

Рисунок 3 (а) – изображение наночастицы серебра, инкапсулированной полимерной оболочкой. Снимки трансмиссионного электронного микроскопа; изображение нанесенных на полиимидное основание серебряных токопроводящих чернил (б) – до спекания, (в) – после спекания. Снимки растрового электронного микроскопа

Новости по теме
8 Декабря 2014
Исследователи из Наньянгского Технологического Университета в Сингапуре (Nanyang Technological University in Singapore) успешно напечатали сложные электронные схемы при помощи обычного принтера для нанесения изображений на футболки. Среди полученных схем — 4 битный ЦАП и радиочастотные метки.Пассивные элементы, Проводники )