優化印刷電子器件的激光燒結技術

印刷電子學可使用標準印刷技術在不同的襯底上如玻璃、塑料薄膜和紙張，製造電子設備。近年來研究人員在這方面的興趣正在增長，因為可能比傳統方法更有效地製造更便宜的電路。韓國松春江大學的研究人員在《AIP Advances》雜誌上發表的一項新研究對用綠色激光加工銅納米顆粒油墨技術提供了新的見解。

Kye-Si Kwon和他的同事以前曾使用銀納米顆粒油墨，但他們轉向銅（源於氧化銅）作為可能的低成本替代品。由納米顆粒組成的金屬油墨由於其熔點較低而優於散裝金屬。儘管銅的熔點大體上約為1083攝氏度，但據Kwon說，銅納米顆粒可以通過稱為燒結的過程在150至500℃下達到它們的熔點。然後，它們可以被合併和綁定在一起。

Kwon研究小組專註於通過吸收光來加熱納米顆粒的光子方法。「一束激光束可以聚焦在非常小的區域，直到微米級，」Kwon和博士生Md.Khalilur Rahman解釋道。「激光的熱量有兩個主要目的：將氧化銅轉變成銅，並通過熔化促進銅粒子的連接。」

選擇綠色激光器用於這些任務是因為其光（在500-800納米波長吸收率範圍內）被認為最適合於應用的。Kwon也很好奇，因為據他所知，綠色激光在這方面的作用還沒有在其他地方報道過。

在他們的實驗中，他的小組使用了商業上可用的氧化銅納米粒子油墨，這兩種油墨在兩種速度下旋塗在玻璃上以獲得兩種厚度。在燒結之前，他們預先烘焙材料以乾燥大部分溶劑。這是必要的，以減少銅氧化物膜的厚度，並防止氣泡爆炸，可能發生在溶劑中突然沸騰的照射。經過一系列的測試，Kwon的團隊得出的結論是預烘焙溫度應該略低於200攝氏度。

研究人員還研究了燒結過程中激光功率和掃描速度的最佳設置，以提高銅電路的導電性。他們發現，當激光功率在0.3到0.5瓦之間時，產生了最佳的燒結結果。他們還發現，為了達到所需的電導率，激光掃描速度不應超過100毫米每秒，或慢於10毫米/秒。

此外，Kwon和他的小組研究了燒結前後薄膜的厚度及其對導電性的影響。Kwon和他的研究小組得出結論，燒結可以減少74%的厚度。

在未來的實驗中，Kwon的團隊將研究襯底對燒結的影響。綜上所述，這些研究可以提供一些在之前阻礙印刷電子產品的不確定性問題的答案。

來源：https://phys.org/news/2018-09-laser-sintering-optimized-electronics.html

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