摘要
奈米銀導(dǎo)電墨水是印刷電子中導(dǎo)電油墨之應(yīng)用目前備受矚目發(fā)展技術(shù)，應(yīng)用范疇及其未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展， 包含厚膜應(yīng)用、RFID、PV Contacts、Display 與Backplanes、Sensor、EL Lighting 及Novelties 和Disposable Electronics。奈米銀導(dǎo)電墨水起步雖晚，但總市場(chǎng)規(guī)模成長(zhǎng)快速，并且在各應(yīng)用上都將具有良好之發(fā)展趨勢(shì)，特別是RFIDTag 天線與Chip 之應(yīng)用，將有大幅成長(zhǎng)之勢(shì)，這是因?yàn)镽FID 之應(yīng)用需求必須低溫制程、高導(dǎo)電特性及高可撓應(yīng)用等，故利用奈米銀導(dǎo)電墨水來(lái)達(dá)到這些特性需求是必然的條件。
鑒于奈米銀導(dǎo)電墨水市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?，本文分析?guó)人自制奈米銀導(dǎo)電墨水之印刷適性進(jìn)行印刷品質(zhì)分析，確定產(chǎn)品的耐用性及實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：奈米銀、導(dǎo)電油墨、噴墨印刷。
緒論
一、研究動(dòng)機(jī)與背景
( 一) 印刷電子的崛起
印刷電子(Printed Electronics)為目前各方所注目的焦點(diǎn)技術(shù)，其技術(shù)原理為在電子產(chǎn)品制程中，將電子組件以印刷技術(shù)原理印制于電子產(chǎn)品之基材上，以印刷大量復(fù)制圖文之特性，進(jìn)而達(dá)到電子產(chǎn)品快速生產(chǎn)之成效， 印刷電路板(PrintedCircuit Board ,PCB) 便是最廣泛的應(yīng)用之一;由于近年軟性電子(Flexible Electronics)、電子產(chǎn)品制程快速及成本需求導(dǎo)向，帶動(dòng)了印刷電子的崛起，印刷電子的方法很廣，包括網(wǎng)版、凸版、凹版、平版等印刷基本版式，而數(shù)字化的高精密控制使得噴墨印刷在印刷電子產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用及技術(shù)的開發(fā)。印刷版式的選用決定于產(chǎn)品需求，根據(jù)墨厚的要求而選用不同的印刷方法，墨厚不同則電阻、阻抗性及耐摩擦性等也不同。
( 二) 導(dǎo)電油墨的發(fā)展與趨勢(shì)
印刷電子組件之中又以導(dǎo)電油墨之應(yīng)用最廣泛，導(dǎo)電油墨是指印刷于非導(dǎo)電承印物上，使之具有傳導(dǎo)電流和排除積累靜電能力的油墨。一般是印在塑料、玻璃、陶瓷或紙板等非導(dǎo)體承印物上，導(dǎo)電油墨成分以主要由導(dǎo)電材料、黏合劑、溶劑及助劑組成，其中又以銀金屬被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電油墨開發(fā)，銀金屬為良好之電熱傳導(dǎo)體，廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)業(yè)及一般傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，據(jù)NanoMarkets2008年統(tǒng)計(jì)，工業(yè)上每年約需5000 噸銀金屬用量，其所對(duì)應(yīng)之全球市場(chǎng)價(jià)值約800 億臺(tái)幣。于工業(yè)應(yīng)用上主要呈現(xiàn)方式以金屬線、粉末、油墨及金屬膏等為主。因目前軟性印刷電子產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其低價(jià)化、高速印刷及高可靠度等特性要求，使得金屬導(dǎo)體線路需摒棄過(guò)去傳統(tǒng)真空金屬鍍膜技術(shù)再蝕刻之制程，改采用印刷金屬導(dǎo)電油墨一次成型制程，使銀電極油墨或膏體增添其發(fā)展?jié)摿?，故特性化銀導(dǎo)體油墨將于印刷電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，具有舉足輕重之關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位。
銀導(dǎo)體油墨之中，奈米銀導(dǎo)電墨水是目前備受矚目發(fā)展技術(shù)，最主要的原因在于制程溫度的降低，奈米銀導(dǎo)電墨水可以在低于200℃的制程形成導(dǎo)電沈積，使被印材料之應(yīng)用大為增廣，以下針對(duì)幾項(xiàng)較為廣泛之應(yīng)用范疇及其未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展做一說(shuō)明，包含厚膜應(yīng)用、RFID、PV Contacts、Display與Backplanes、Sensor、EL Lighting 及Novelties 和Disposable Electronics。根據(jù)NanoMarkets 2008 所做之市場(chǎng)調(diào)查如下圖所示，在油墨種類上可分為奈米銀導(dǎo)電墨水及傳統(tǒng)厚膜銀金屬油墨兩類，根據(jù)不同之應(yīng)用進(jìn)行未來(lái)八年市場(chǎng)規(guī)模的評(píng)估，結(jié)果顯示傳統(tǒng)厚膜銀金屬油墨市場(chǎng)規(guī)模雖大，但成長(zhǎng)已趨緩，奈米銀導(dǎo)電墨水起步雖晚，但總市場(chǎng)規(guī)模成長(zhǎng)快速，并且在各應(yīng)用上都將具有良好之發(fā)展趨勢(shì)，特別是RFID Tag 天線與Chip 之應(yīng)用，將有大幅成長(zhǎng)之勢(shì)，這是因?yàn)镽FID 之應(yīng)用需求必須低溫制程、高導(dǎo)電特性及高可撓應(yīng)用等，故利用奈米油墨來(lái)達(dá)到這些特性需求是必然的條件。
二、研究目的
鑒于奈米銀導(dǎo)電墨水市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Γ狙芯烤蛧?guó)人自制奈米銀導(dǎo)電墨水作一印刷適性探討。主要研究目的如下：
(1) 進(jìn)行研制之奈米銀墨水檢測(cè)，以噴墨打印機(jī)，進(jìn)行奈米銀導(dǎo)電墨水印刷質(zhì)量分析，其制作性、耐用性及實(shí)用性。
(2) 奈米銀導(dǎo)電墨水印刷適性測(cè)試：黏度、粒度、揮發(fā)性有機(jī)化合物含量測(cè)試、硬度測(cè)試、干燥測(cè)試、耐候測(cè)試、耐摩擦測(cè)試、密著度分析、導(dǎo)電度分析、膜厚測(cè)試、抗化學(xué)藥品測(cè)試。
文獻(xiàn)探討
本研究就導(dǎo)電墨水、檢測(cè)方法、墨水種類、噴印設(shè)備做一文獻(xiàn)探討。
1、導(dǎo)電墨水
(1) 噴墨導(dǎo)電墨水一般屬于水基或醇基墨水，其組分是導(dǎo)電材料、高分子樹脂、溶劑(水或醇類)、表面活性劑、分散穩(wěn)定劑和其它助劑。制備噴墨導(dǎo)電墨水
(2) 導(dǎo)電材料
按導(dǎo)電性能可分為導(dǎo)體和半導(dǎo)體;導(dǎo)電材料又可分為無(wú)機(jī)系和有機(jī)系兩類。本研究以奈米銀為主要導(dǎo)電材料。
(3) 高分子樹脂
高分子樹脂是組成導(dǎo)電油墨的主要成膜物質(zhì)。有天然樹脂、合成樹脂、堿金屬硅鹽等。
(4) 溶劑
溶劑是用來(lái)溶解黏合劑樹脂的，因此溶劑必須具有能溶解黏合劑樹脂和能力，另一方面，溶劑不能使導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性變得不穩(wěn)定，降紙墨膜的物理化學(xué)性能。 對(duì)于溶劑的選擇還要考慮溶劑揮發(fā)速度對(duì)印刷適性的影響。
奈米銀導(dǎo)電墨水在制作時(shí)，也需要考慮到噴墨制程的因素，包含了粒徑分布、年度、表面張力、酸堿值、環(huán)境穩(wěn)定性、儲(chǔ)存性、溶劑揮發(fā)性、噴墨頭兼容性、固化方式等。
[NextPage]2、檢測(cè)方法
(1) 黏度：
油墨的黏度是由它在印刷機(jī)上如何流動(dòng)的情形來(lái)判定的，同時(shí)它會(huì)影響抗分裂力、滲透、干燥、光澤度、抗磨擦性及印刷品的顏色。油墨的流動(dòng)性能印刷適性幾乎與油墨的黏度有極大的關(guān)聯(lián)，它是一個(gè)相當(dāng)重要的衡量指標(biāo)。
(2) 粒度：
粒度檢測(cè)可以得到顏料分散的測(cè)試結(jié)果及在油墨中是否有出現(xiàn)微粒子的碎片。油墨的粒度是一種很重要的指標(biāo)，它與油墨的流動(dòng)性能有關(guān); 油墨的粒度太粗，會(huì)引起印刷上不良現(xiàn)象。
(3) 揮發(fā)性有機(jī)化合物含量測(cè)試：
針對(duì)油墨中所含之揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)作一檢測(cè)，以不同之印刷條件溫度，了解制程中可能會(huì)產(chǎn)生之揮發(fā)性有機(jī)化合物
(4) 硬度測(cè)試：
針對(duì)被印材為塑料材質(zhì)之油墨表面硬度測(cè)試，利用標(biāo)準(zhǔn)硬度鉛筆測(cè)試樣品油墨之表面硬度。
(5) 干燥測(cè)試：
油墨由糊狀形成固體皮膜的過(guò)程所需的時(shí)間與溫度，針對(duì)不同印刷條件與電路線徑圖有不同之評(píng)估方式。
(6) 耐候測(cè)試：
針對(duì)油墨于被印刷于被印材后，于不同環(huán)境之模擬效果，了解其耐候之程度。
(7) 耐摩擦測(cè)試：
針對(duì)印刷成品之適性測(cè)試，油墨于印刷被印材后，透過(guò)儀器檢測(cè)評(píng)估成品于不同重力條件、摩擦次數(shù)下之耐摩擦效果。
(8) 密著度分析：
針對(duì)印刷成品之適性測(cè)試，油墨印刷被印材后與被印材密著度分析。
(9) 導(dǎo)電度分析：
針對(duì)印刷成品之適性測(cè)試，油墨印刷被印材后之導(dǎo)電度分析。
(10) 膜厚測(cè)試：
以厚度計(jì)對(duì)印刷成品進(jìn)行墨厚測(cè)試，了解導(dǎo)電油墨于被印材上附著之厚度
(11) 抗化學(xué)藥品測(cè)試：
抗化學(xué)藥品測(cè)試主要目的測(cè)試油墨干燥后，對(duì)化學(xué)藥品的抵抗能力。
3、噴印設(shè)備
(1) 熱氣泡式技術(shù)
是透過(guò)加熱電阻的作用下，將噴頭里的墨水加熱，使其汽化產(chǎn)生氣泡，將墨水推擠而出。使用熱氣泡式技術(shù)，在打印速度方面較快，但墨點(diǎn)只經(jīng)過(guò)推擠就被噴出，力量較壓電式技術(shù)較為不足，容易受慣性之影響，可能會(huì)有墨點(diǎn)不均勻或墨渣產(chǎn)生。且噴墨頭常處于高熱狀態(tài)，使得墨頭容易損耗，所以使用熱氣泡式的廠商，會(huì)將噴墨頭與墨盒合一。
(2) 壓電式技術(shù)
利用電壓脈沖驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷組件，產(chǎn)生變形，推擠墨水，當(dāng)力量大于噴墨頭表面張力時(shí)，墨水會(huì)噴墨嘴射出。壓電式噴墨不會(huì)因?yàn)楦邷貧饣?，而產(chǎn)生墨水的化學(xué)變化，進(jìn)而影響顏色質(zhì)量之狀況，且因?yàn)闆]有反復(fù)的高熱映粒，故噴墨頭具有較佳的耐久性。壓電陶瓷的反應(yīng)速度快，可以提升打印速度;熱氣泡式則受限于熱傳導(dǎo)速度。壓電式較容易對(duì)墨點(diǎn)本身的濃度、大小精準(zhǔn)掌控，使得打印質(zhì)量能夠達(dá)到很細(xì)微的質(zhì)量( 林正軒，2003)，下表為壓電式與熱氣泡式噴墨技術(shù)之比較。
以本計(jì)劃而言，采用的是壓電式技術(shù)，透過(guò)電壓脈沖驅(qū)動(dòng)陶瓷組件，推擠導(dǎo)電墨水，并透過(guò)多次迭印以達(dá)到預(yù)設(shè)墨膜的厚度。
研究方法
本研究協(xié)助國(guó)人奈米銀油墨之自行開發(fā)，進(jìn)行研制之奈米銀油墨檢測(cè)，以噴墨打印機(jī)，進(jìn)行奈米銀油墨印刷質(zhì)量分析，其制作性、耐用性及實(shí)用性。
