環(huán)氧樹脂-電子科技大學(xué)

1、電子科技大學(xué) 微電子與固體電子 學(xué)院標準實驗報告（實驗）課程名稱印制電路原理和工藝（實驗）電子科技大學(xué)教務(wù)處制表電子科技大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：實驗地點：微固樓445學(xué) 號：指導(dǎo)教師：實驗時間：一、實驗室名稱：印制電路工藝實驗室二、實驗項目名稱： 環(huán)氧樹脂銀粉復(fù)合導(dǎo)電銀漿的制備三、實驗學(xué)時： 4 學(xué)時四、實驗原理：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對電子設(shè)備提出了輕、薄、多功能、智能化等技術(shù)要求，促使了人們?nèi)ラ_發(fā)更加先進、價廉的電子元器件、電子線路板等制造技術(shù)，在這一技術(shù)與社會需求的背景下， 一種全新的電子產(chǎn)品制造技術(shù)全印制電子技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)利用印刷術(shù)的優(yōu)勢，將電子設(shè)備從元件制造、電路制作、到元器件的封

2、裝等整合在一起， 從能夠?qū)崿F(xiàn)更低成本和更加綠色地大規(guī)模制造高性能電子產(chǎn)品， 具有巨大的市場發(fā)展前景。 目前，優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電油墨已經(jīng)成為全印制電子技術(shù)（ Printed Electronics Technology）、無線射頻識別系統(tǒng)（ Radio FrequencyIdentification, RFID ）、薄膜開關(guān)等技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料，其優(yōu)勢受到了人們的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外越來越多的人將興趣轉(zhuǎn)向具有優(yōu)良導(dǎo)電性、良好穩(wěn)定性的導(dǎo)電油墨的研發(fā)。根據(jù)Nano Markets 公司的行業(yè)分析，到2015 年，導(dǎo)電銀漿的市場規(guī)模將達到 24 億美元。在實際中，較成熟的導(dǎo)電油墨是金屬填料型油墨，如導(dǎo)電銀漿等，

3、但能在常溫下固化、 具有良好機械性能、 及載流子能力的有機高分子導(dǎo)電材料油墨、環(huán)境友好的水性導(dǎo)電油墨都將是未來研究和發(fā)展的方向。由于金屬銀優(yōu)良的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性， 以金屬銀顆粒為導(dǎo)電填料， 添加入合適的連結(jié)劑、 溶劑、助劑就可以獲得導(dǎo)電油墨， 生產(chǎn)工藝相對簡單、 成熟度高。因此，目前市場已經(jīng)有的導(dǎo)電電子漿料中多為金屬填充型導(dǎo)電油墨， 如導(dǎo)電銀漿、銅漿、碳漿等。這些產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用于薄膜開關(guān)、薄膜電阻、 RFID 、以及印制板黒孔等技術(shù)領(lǐng)域。具有種類多、使用方便等特點，但它們具有固化溫度較高、溶劑揮發(fā)會產(chǎn)生有害氣體等不足之處， 這限制了它們的應(yīng)用。 特別是在全印制電子技術(shù)中，由于基板多為有機無機

4、復(fù)合材料、 甚至為紙質(zhì)， 它們具備承受高溫固化的能力，現(xiàn)有的導(dǎo)電漿料在該技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用將會遇到極大的技術(shù)難題。 因此，開發(fā)能夠在室溫下固化、 具有良好機械性能、 環(huán)境友好的導(dǎo)電油墨都將具有實用價值。本研究根據(jù)環(huán)氧樹脂可以在室溫下固化的特點， 通過調(diào)節(jié)它們的配方， 獲得了可以應(yīng)用于全印制電子中印制電路制作的環(huán)氧樹脂銀粉復(fù)合導(dǎo)電銀漿。五、實驗?zāi)康模?.了解填充型導(dǎo)電油墨制備技術(shù)。2.研究超細銀粉制備工藝以及在導(dǎo)電油墨中的應(yīng)用。六、實驗內(nèi)容：1. 原料的選取。2. 超細銀粉的制備。3. 導(dǎo)電銀漿的制備。七、實驗器材（設(shè)備、元器件） ：硝酸銀、抗壞血酸（ Vc）、氨水、乙二醇、去離子水（實驗中所用原料均

5、為分析純）；球磨機；高速離心機等。八、實驗步驟：1.原料的選?。?）導(dǎo)電填料與連結(jié)劑金屬銀顆粒是導(dǎo)電銀漿的主要成分，油墨的導(dǎo)電性主要靠它來實現(xiàn)。在導(dǎo)電銀漿中， 銀顆粒分散在連結(jié)劑中。 在印刷油墨前， 依靠被溶劑溶解了的連結(jié)劑使銀漿構(gòu)成具有一定粘度的印料；印刷后，經(jīng)過連結(jié)劑固化使銀漿的微粒、基材間形成穩(wěn)定結(jié)合。連結(jié)劑通常采用合成樹脂。環(huán)氧樹脂，是一種環(huán)氧低聚物，當(dāng)與固化劑反應(yīng)便可形成三維網(wǎng)狀的熱固性塑料。 作為一種液態(tài)體系的環(huán)氧樹脂具有在固化反應(yīng)過程中收縮率小， 其固化物的粘接性、 耐熱性、耐化學(xué)藥品性以及機械性能和電氣性能優(yōu)良的特點， 是熱固性樹脂中應(yīng)用量較大的一個品種。（2）溶劑及添加劑的選

6、擇導(dǎo)電油墨中的溶劑用來溶解樹脂， 使導(dǎo)電微粒充分分散， 調(diào)節(jié)粘度， 決定干燥速度。所用溶劑需要對所選連結(jié)劑環(huán)氧樹脂具有良好溶解性， 且不能與加入其它原料發(fā)生反應(yīng)； 溶劑沸點不能過低低會因溶劑揮發(fā)過快造成粘度變化太大； 沸點過高高會使溶劑不易揮發(fā)不利于油墨應(yīng)用。 綜合對比溶劑與環(huán)氧樹脂相溶性與熔沸點采用四氫呋喃作溶劑。加入適當(dāng)?shù)闹鷦┛衫趯?dǎo)電填料均勻分散于連結(jié)劑中，改善油墨的導(dǎo)電性。對多種表面活性劑進行綜合對比，選取聚乙二醇作為添加劑。2.超細銀粉的制備將適量硝酸銀溶解于 50mL 去離子水中， 逐滴滴加氨水， 當(dāng)所產(chǎn)生沉淀恰好完全溶解、溶液澄清時停止滴加得到銀氨溶液。在上述銀氨溶液中加入50m

7、L 乙二醇。按抗壞血酸：銀離子摩爾比 1：2，抗壞血酸略微過量計算 Vc 用量，將計算用量的 Vc 溶于 50mL 去離子水中，滴加入銀氨 -乙二醇溶液中，邊滴加邊攪拌。滴加完畢后分離出固體， 干燥，即得超細銀粉。 將銀粉保存于干燥器中為制備銀漿待用。3.導(dǎo)電銀漿的制備稱取一定量的環(huán)氧樹脂于燒杯中， 以 10mL 量筒量取四氫呋喃， 用膠頭滴管滴加入燒杯， 滴加同時攪拌， 利于環(huán)氧樹脂溶于四氫呋喃， 當(dāng)樹脂完全溶解后停止滴加，稱取自制超細銀粉于燒杯中， 攪拌均勻， 取微量聚乙二醇加入到混合物中，攪拌均勻即得銀漿。九、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：對所制得超細銀粉進行掃描電鏡、X 射線衍射測試，測試結(jié)果如

8、圖1、圖 2所示，所得銀粉為平均粒徑約500nm 的高純、單分散球形超細銀粉，可以用于導(dǎo)電銀漿的制備。圖 1銀粉掃描電鏡圖圖2銀粉XRD圖Fig 1 SEM micrograph of silver powderFig 2 XRD pattern of copper powder1.銀微粒的含量分析金屬銀在漿料中的含量直接決定油墨的導(dǎo)電性能。銀的含量越高， 油墨導(dǎo)電性越好；但如果含銀量過高時會影響到油墨的流變性，不利于油墨的印刷。 對不同銀粉含量在環(huán)氧樹脂中對導(dǎo)電性的影響實驗可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含銀量高于80%（質(zhì)量比）時再增加油墨中銀顆粒量對于導(dǎo)電性的提高并不十分顯著，反而會極大地影響油墨的流變性；因

9、此銀含量在70%80%為合適。2.溶劑用量分析溶劑用量小，其對樹脂的溶解速度慢且易使油墨粘性偏大；溶劑用量過大，不利于溶劑的揮發(fā)和油墨的固化。在油墨制備中四氫呋喃會有一部分揮發(fā)掉，考慮到揮發(fā)掉的溶劑量，當(dāng)環(huán)氧樹脂與四氫呋喃比例約為1（質(zhì)量， g）：4（體積，mL）6 時油墨流變性較為理想。3.固化劑用量分析固化劑用量少， 固化時間會極大地延長甚至很難固化；固化劑用量過多會影響油墨的導(dǎo)電性且不利于操作。實驗采用E-44 環(huán)氧樹脂及其專用固化劑，當(dāng)環(huán)氧樹脂：固化劑量為2：0.40.6（質(zhì)量比）時，油墨可在數(shù)小時內(nèi)固化且對于導(dǎo)電性影響較小。4.聚乙二醇用量分析作為表面活性劑的聚乙二醇， 只用加入很少

10、量就可以顯著改善油墨性質(zhì)；而聚乙二醇用量太多會造成材料浪費和降低油墨的導(dǎo)電性。因此聚乙二醇用量為2：0.10.2（質(zhì)量比）即可改善油墨導(dǎo)電性。對實驗所得計量比混合原料制得銀漿， 將銀漿涂抹于玻璃片上并對電阻進行測試，所得電阻為幾 ? /cm 或十幾 ? /cm，復(fù)合導(dǎo)電油墨的實際應(yīng)用要求。十、實驗結(jié)論：以環(huán)氧樹脂為連結(jié)劑， 超細銀粉為導(dǎo)電填料并以乙二醇為添加劑， 以一定比例制備得到性能良好的導(dǎo)電銀漿。 該銀漿可應(yīng)用于全印制電子技術(shù)之中， 具有室溫固化，固化后線路的導(dǎo)電性能高等特點。圖 4 為以導(dǎo)電銀漿印制 RFID 天線樣品圖，對圖中所標示 a 點、 b 點間電阻進行測量，其阻值約為 20? 。圖 4 導(dǎo)電銀漿印制RFID 天線實物圖（圖中a、b 點為電阻測量點）十一、總結(jié)及心得體會：1.導(dǎo)電油墨是全印制電路技術(shù)的基礎(chǔ)材料，通過實驗，掌握了填充型導(dǎo)電油墨的制備方法與技術(shù)， 鞏固了高分