导电油墨技术与产品应用的新方向


  导电油墨为使用于印刷电路板、薄膜式开关、ITO触控屏幕制程、RFID电子卷标等电子信息产品,相较制作印刷电路板,使用导电油墨可以在软性基材上印刷使用,制成的线路亦具良好的导电性,现在甚至有纳米金属、有机高分子、有机金属分解等导电油墨产品…

  3C产品为了追求轻薄短小设计,越来越多电子产品对于导电油墨的需求也正逐步增高。顾名思义,导电油墨就是会导电的油墨,油墨经过将树脂原料于有机溶剂溶解后,于制程中添加大量导电粒子加以制作成油墨型态产品,使用导电油墨经特殊加工制程,可将电路、导电线路利用印制方式形成电路,新成分与制法的导电油墨甚至可以制作超细线路或是制作替代天线用途的特殊电路。

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    而在触控屏幕、薄膜开关设计盛行,各式集成触控应用的设备已经成为生活一部分,而触控产品的人机接口设计,有助于用户以更快速、直觉的方式操控各种设备与软件,触控概念的产品从商业用的POS端点销售系统、智能手机、平板计算机与一般家电的薄膜开关,都会使用到导电油墨加工处理。

  尤其是触控屏幕制程中,关键的触控氧化铟锡制作,其制作关键在于需要以高光学透明度特性,搭配低电阻率的传导线路设计,高光学穿透率目的在于维持高质量的影像呈现,不会因为ITO层影响显示内容可见度,而低电阻率的线路设计在于,电容式触控感测的人体电荷极为微弱,必须以高导电性的线路减少驱动电路的功耗与提升感测信号质量。

  ITO的制作工艺相当繁复,一般需在玻璃或聚酯材质基材进行制作,运用溅镀导电材料在基材表面,进而取得一层极为精细的导电材料,早期的制作流程为购入薄片状的ITO,在针对产品需求进行ITO表面加工,例如使用磨蚀方式将所需的电子线路不需要的部分处理掉,但这种作法不但耗时、成本高,当仅需制作极小一部分电路需求,也要磨蚀掉大部分的材料相当耗成本,尤其是当需提升部分线路的导电性能时,甚至要使用多层溅镀处理的表面加工ITO,加工材料成本就更高了。

  而以触控屏幕所需的ITO,可以使用透明特性强的导电油墨进行加工,以印刷、转印方式,直接在基材上印制所需电子线路,印制完成后再加工处理使其材料导电性处理到所需的成品效果,而需要加成制作工艺时,只要增加油墨涂布量或次数、或变更油墨配方,即可针对特定线路加强其形成线路的导电特性,相对原有先在基材溅镀整层导电层、再进行蚀磨的加工流程更为简便、快速与节省成本,新颖的透明导电油墨材质特性不管在透明度或是导电电性表现上,已能与旧式ITO的导电层线路加工制法相当,甚至某些材料导电特性表现还优于一般单层ITO水平,整体制作ITO成本可降低20~50%不等。

  若以透明导电油墨的导电性与传统溅镀处理的导电层比较,导电油墨印制的电子线路电阻值可较单层溅镀的ITO表现佳,一般仅后者的一半电阻值,而为了因应电子产品薄化、散热不易机构内温度较高问题,新配方的绝缘表面涂层材料亦有印刷性更优异、高透射性、耐高温的绝缘表面等特色,可在导电油墨线路行程后再进行加工,保护形成的线路提升其耐用度。

  使用印刷型态的导电油墨进行触控屏幕关键ITO制作,会有相当大的成本效益,首先,制作厂方可以不需购入整套ITO制作流程所需的设备,如溅镀、蚀磨等制作设备,仅需相对低成本的线路丝网印刷处理,或用喷墨设备进行线路处理,亦可生产印刷式的触控屏幕产品,而一般ITO处理的导电薄膜厚度约在50nm,透明导电油墨印刷的线路厚度也约在50nm上下,并不会与ITO厚度水平差距不大。


  印刷式导电油墨处理亦可支持卷对卷制程生产,对于制作大面积的线路电阻值表现均匀度较高,若在软式基材上加工,制成的电子线路也能同时具备可挠曲的应用特性,在因应未来主流的可挠曲显示屏幕触控或相关电子电路制作应用,传统ITO产品即无法因应使用需求,仅有印刷式的导电油墨产品才能因应设计目标,产品的未来性更高。


  虽然目前导电油墨用于取代ITO可达到20~50%成本降低效益,同时采网印或是喷墨印制线路的制造效能也远胜于单片式生产,但实际上导电油墨制程亦持续在配方、制作方案上持续优化产制成本架构,不仅需在导电性能、多基材的印刷适应性、降低成本方面积极改善。尤其是在因应RFID智能卷标、可挠式显示器、穿戴式电子设备可挠印制电路板等,导电油墨均具备极佳的未来使用扩展特性。

  在追求导电性优化需求下,传统导电油墨使用的银粉、铜粉等导电分子,已由纳米银粉/银粉组合的特殊纳米导电油墨取代,而加工处理流程除因应传统的网印印刷外,也出现更具效能的喷墨印刷制程,可在调整油墨配方与喷涂程序进行集成,提供更快速、质量表现一致的导电线路特性。

  除成本考量外,导电油墨导入制程还可将生产制造的资源浪费进一步压低,例如生产RFID智能卷标可以利用导电油墨印刷取代传统制法的铜箔压延制作或是蚀刻制作方法,大量减少铜材料的浪费、减少制程中的水资源浪费,对后续的废水处理也可进一步减少,达到制程更简洁、成本更低、效率更高。但实际上目前部分导电油墨本身也有著材料浪费、油墨材料环保问题等需要持续改善,但相对传统制程却已有大幅优化的效益。