导电油墨印刷影响因素研究进展


  伴随印刷电子产业化技术发展,导电油墨及其应用技术获得了长足进步。为了获得高导电性高精度印刷线路,必须保证导电油墨在印刷过程的高转移率;导电油墨的印刷适性、承印物表面性能和印刷工艺技术,都会影响油墨转移率及印品性能。针对常用接触式印刷方式,例如凹版印刷、柔版印刷、丝网印刷和胶版印刷,分析了影响导电油墨印刷转移率的一系列因素,探讨了提高导电油墨印刷转移率的方法。研究表明,导电油墨印刷转移过程受油墨材料、印刷工艺和印刷装备影响,影响导电油墨转移率的关键因素在于油墨流变性和承印物表面与油墨相容性的改进及印刷工艺技术调整。

  印刷电子属于功能印刷,导电油墨是印刷电子器件制备的关键环节。作为功能性油墨,导电油墨已有近50年的发展历史。美国、日本、德国、韩国及加拿大等国处于领先地位。1948年美国公布的银和环氧树脂导电涂料,是导电油墨的雏形。20世纪50年代,日本开始生产以银和碳为导电材料的防静电涂料。美国军方在20世纪60年代将导电涂料应用于电磁屏蔽。同期,美国、英国、日本等国相继研制导电涂料,将电能转化为热能。20世纪80年代,国外开始出现了镍、铜防静电涂料。铜导电涂料稳定性良好,低频区(30MHz)屏蔽效果良好。1989年加拿大的Schoenwald等发布了油溶性导电油墨在磁盘还原薄膜屏蔽上的应用。1996年华盛顿大学的Fernandez等研究了碳黑丙烯酸水性导电油墨。1998年美国研究了电磁屏蔽丁基卡必醇基银导电油墨和半导体间防静电涂料的微结构及性能。1999年出现了聚吡咯的核壳乳液聚合型透明导电涂料。2004年Nano Products公司生产了导电性、电磁屏蔽及透明度良好的银导电油墨,可用于液晶及等离子等显示设备。2005年韩国开发出纳米银导电墨水,可用于无线智能识别电子标签RFID、印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板(FPCB)及印刷电磁波屏蔽材料,导电效果良好。2006年8月摩托罗拉利用图解技术制造了全球第一款全印刷半导体电路,可用于RFID标签、柔性显示器和智能包装等。

  目前中国导电油墨以高校、研究所研发为主。1994年报道了复合型石墨/碳黑导电涂料及其在电热器方面的应用。1996年报道了水溶性导电涂料及薄膜开关银浆和碳浆导电油墨。1998—1999年,铜复合材料和丙烯酸清漆作为黏结剂的静电屏蔽导电涂料问世。2001年,上海博纳制备出无机纳米粉体,克服了有机导电涂料、塑料等制品耐候性差等不足。该阶段研究集中于电磁屏蔽导电涂料。2002—2003年,上市了72KKD系列电磁波屏蔽导电涂料。同年,武汉三莱科技发展有限公司在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上印制电路板的水性导电油墨,通过了技术鉴定。2004年,上海某公司针对FPCB、薄膜按键开关(membrane switches)、冷光板(electro luminescent)、触摸荧光屏(touch panels)等应用,推出了不同特性的导电油墨。2007年以来,北京印刷学院等单位在纳米金属和导电高分子及碳材料导电油墨方面,取得了一系列进展,并将之应用于凹版、柔版、胶板及喷墨等印刷方式制备RFID天线。2010年起,中国掀起了印刷电子研究高潮。

  随着印刷电子产业化技术的发展,对印刷导电线路或制作电子器件的效率和精度均提出了更高的要求,导电油墨的应用领域也从早期的防静电层、电磁屏蔽或电热转换等,扩展到柔性显示、照明、新能源、可穿戴电子产品和高精度印刷电路等,并在OLED有机发光二极管显示、RFID电子标签、印刷电池等方面得到了应用。改进导电油墨制备工艺,应用纳米级的导电填料,降低导电填料含量与后处理温度,改善油墨印刷转移率,已成为影响印刷电子器件性能及原材料消耗和制备效率的关键因素。