畢業(yè)論文——銀漿絲網(wǎng)印刷技術(shù)中連接料的影響

1、<p>　　銀漿絲網(wǎng)印刷技術(shù)中連接料的影響</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　銀漿被廣泛的用于晶體硅太陽(yáng)能電池的鍍金的正面，印刷路承載高縱橫比的導(dǎo)電線以降低電阻，提高整體設(shè)備效率。流變特性無(wú)論是在對(duì)描述絲網(wǎng)印刷時(shí)的漿料表現(xiàn)上還是在對(duì)表示晶片表面導(dǎo)電線路的印制上，都十分的重要。這項(xiàng)研究對(duì)三種不同的銀漿和兩個(gè)獨(dú)立的組件（例如，銀粉末和

2、聚合物粘合劑）進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，通過(guò)增加即使十分少的連接料聚合物也能明顯影響銀漿印刷質(zhì)量的情況來(lái)揭露流變性能是如何改變的。結(jié)果指出研究聚合物種類，聚合物的分子量及其重量百分比為在不改變其主要（粉）成分而系統(tǒng)地提高金屬漿料的印刷性能的影響是必要的。</p><p><b>　　介紹：</b></p><p>　　晶硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)被光伏技術(shù)的時(shí)代所占據(jù)。然而，這里還留有

3、很多進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)械性能的可能。研究的主要方向就是怎樣持續(xù)提高集成模塊的效率。在這方面，金屬漿料尤其是正面銀漿的貢獻(xiàn)快速的進(jìn)入我們的視野。一個(gè)最佳的正面金屬通常由多個(gè)細(xì)紋（指針）和兩個(gè)連接線（母線）安排在一個(gè)紋路中。制造具有高縱橫比(高度和寬度)的傳導(dǎo)線路的能力是為了減少陰影以及保持線電阻低來(lái)增加來(lái)自太陽(yáng)能電池效率的關(guān)鍵。</p><p>　　絲網(wǎng)印刷技術(shù)，已被廣泛用于上述目的的因?yàn)樗缭?0世紀(jì)70年代便首先被介

4、紹給了光伏產(chǎn)業(yè)。Field和Scudder首次證明了太陽(yáng)能電池陣列互連可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)Frisson等人的后續(xù)工作。進(jìn)一步證明了被用于制作太陽(yáng)能電池的絲網(wǎng)印刷不會(huì)增加電阻。最重要的一步是用橡膠滾筒將（銀）漿推過(guò)絲網(wǎng)網(wǎng)孔，隨后將其印在晶片表面。為了成功的應(yīng)用這個(gè)印刷技術(shù)，幾個(gè)工藝參數(shù)應(yīng)該被優(yōu)化。Cheek等人，調(diào)查了對(duì)銀基油墨一定玻璃料含量和燒成溫度的功能穩(wěn)定性。另一方面，各種印刷階段的流變性能十分重要。Hoornstra等

5、人。表明振蕩流變儀可以用來(lái)識(shí)別印刷字和印刷后的銀漿回收動(dòng)作。詳細(xì)的報(bào)告焊料和太陽(yáng)能漿料的流變學(xué)表征討并論它們是如何影響漏印版的印刷性能的，他們繼而發(fā)現(xiàn)了溫度對(duì)焊膏的流變性能和流量（介質(zhì)）系統(tǒng)的影響。最近，Lin等人。提出填料的表面性質(zhì)，這決定了在流體介質(zhì)填料的分散性，是一個(gè)控制膏體的流變特性的關(guān)鍵因素。對(duì)焊膏和導(dǎo)電膠的倒裝芯片組裝的流變行為的影響做了研究。Somalu和Brandon應(yīng)該是首先仔細(xì)觀察聚合物連接料含量對(duì)有關(guān)燃料電池陽(yáng)極的

6、制備的絲網(wǎng)印刷油墨的流變性能的影響的人。</p><p>　　為了研究硅基太陽(yáng)能電池的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)，早期的大多研究沒(méi)有把注意力放在聚合物連接料、銀粉的相互影響以及銀漿的絲網(wǎng)印刷工作能力可能因此被改進(jìn), 部分原因是聚合物連接料只占很低的重量百分比而其標(biāo)準(zhǔn)中玻璃和銀漿銀粉占據(jù)了重量的90%。在這方面，明確知識(shí)的缺乏, 會(huì)防止系統(tǒng)地探索材料加工的關(guān)系（這樣的密切關(guān)系可以清楚地被看到，例如，焊膏和油墨的絲網(wǎng)印刷工作）

7、關(guān)鍵是主要的綠色能源技術(shù)將會(huì)在現(xiàn)在和不遠(yuǎn)的將來(lái)被帶進(jìn)人們的生活中。</p><p>　　從流變學(xué)的角度，眾所周知，高分子材料和膠體顆粒，像玻璃，粘土和銀的力，具有明顯的粘彈性特征，因此可以用來(lái)在光照下被用于互相補(bǔ)充借此控制進(jìn)程和產(chǎn)品的功能。因此，目前的研究主要集中在系統(tǒng)地揭示聚合物粘合劑和銀粉的流變特征，分別的評(píng)估聚合物添加劑影響整體的流變性能和印刷性能的方法。最后的實(shí)驗(yàn)視角是由首先被Hoornstra等人提出的

8、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的。已被證明能夠模仿真實(shí)的絲網(wǎng)印刷工藝（例如，一個(gè)類似的計(jì)劃，已經(jīng)成功地運(yùn)用在移印上）。全部的發(fā)現(xiàn)得出了一個(gè)主要的結(jié)論，盡管一般較小的添加量，最終會(huì)燒毀在燒結(jié)過(guò)程中，聚合物連接料將起著至關(guān)重要的作用（這意味著它的必要性）與優(yōu)化（強(qiáng)調(diào)進(jìn)一步研究工作的需要）銀漿的流變性保證、其可在絲網(wǎng)印刷過(guò)程中被成功應(yīng)用。結(jié)論是，一方面，暗示了開(kāi)放的契機(jī)，在沒(méi)有改變主（粉）金屬漿料成分的情況下進(jìn)一步提高整體模塊的性能，另一方面，指出了系統(tǒng)地研究

9、聚合物種類的影響的迫切需要，聚合物的分子量及其重量百分比（如上面提到的，最后的因素近期只被Somalu和Brandon當(dāng)作油墨的材料系統(tǒng)的研究過(guò)）。</p><p><b>　　材料和實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　本研究中所用的材料和由達(dá)方電子有限公司提供（ROC）。“無(wú)機(jī)成分”在實(shí)驗(yàn)中指銀粉、玻璃粉溶解在低揮發(fā)性有機(jī)溶劑中，在“有機(jī)成分”通常被稱為車輛系統(tǒng)的代表

10、，樣品包括聚合物連接料和一些添加劑。銀粉末由多瓦（日本）提供，粒徑在1–5μm范圍內(nèi)；玻璃包含pb-b-si并在一個(gè)同樣大小的范圍內(nèi)。EC（乙基纖維素）的聚合物粘合劑是由陶氏化學(xué)生產(chǎn)的（美國(guó)），在ec300，ec45和EC4 按分子量遞減的順序排列。所用的溶劑是DEBE（二乙二醇丁醚），用蓖麻油做成的觸變劑買(mǎi)自Aldrich化學(xué)公司（美國(guó)）和分散劑（奧德里奇化工）是一種混合的硬脂酸和油酸。</p><p>　　為

11、制備銀漿聚合物粘結(jié)劑和其他連接料首先溶解在溶劑中再加入銀粉、玻璃粉。在被一個(gè)行星齒輪攪拌機(jī)攪拌后（庫(kù)拉博mazerustar kk-v300）樣品經(jīng)一三輥軋機(jī)軋制（艾卡特E50）形成均勻的漿。無(wú)機(jī)和有機(jī)成分，分別按類似的程序制備。為比較的目的，兩個(gè)商業(yè)銀漿，標(biāo)記為CM-A和CM-B，同樣進(jìn)行了研究。所有的流變學(xué)測(cè)量都在室溫下控制配備25毫米直徑的下板和4°上錐的應(yīng)力流變儀(PHYSICA MCR 500) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所有樣本中

12、錐板式夾具一直被認(rèn)為有助于實(shí)現(xiàn)均勻變形（均勻切變率）。在裝貨前，所有樣品均輕度攪拌3分鐘，以更好地保證均勻性。然后將樣品通過(guò)適當(dāng)調(diào)整間隙距離板裝在下板并夾在錐間。加載樣本定為至少3分鐘前流變測(cè)量以減少?gòu)囊郧暗募虞d過(guò)程所產(chǎn)生的記憶性影響。在穩(wěn)態(tài)剪切進(jìn)行流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)剪切用于恒定范圍內(nèi)的樣品的剪切速率（從低到高）。在每個(gè)推進(jìn)率下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)得到粘度，得到的粘度數(shù)據(jù)被用來(lái)繪制粘度曲線作為剪切速率的函數(shù)。在掃頻測(cè)試中，由于線性

13、粘彈性范圍內(nèi)的應(yīng)變相對(duì)調(diào)查的樣本資料很?。?，<< 0.001。S8–S10提供的信息），在三個(gè)不同的應(yīng)變幅度進(jìn)行了從低到高的頻</p><p><b>　　結(jié)果和討論</b></p><p><b>　　穩(wěn)定的剪切性能</b></p><p>　　作為典型的銀漿料的剪切流變行為的穩(wěn)定圖，自制的銀漿的類似的表現(xiàn)

14、已經(jīng)被注意到。結(jié)果表明，剪切變稀無(wú)論在銀漿還是其他金屬漿中都是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。即，隨著剪切率的粘度先減小，剩余的剪切速率基本維持在中等并保持恒定，并在更高的速率降低。粘度的中間率決定于材料處于的閾值剪切力，我們稍后討論它。通過(guò)這個(gè)，我們注意到流變光學(xué)的測(cè)量是由Montesi等人進(jìn)行的。在一個(gè)（有吸引力的）乳液體系表明粘度與超分子排列和第一法向應(yīng)力差的改變有關(guān)。有趣的是，在剪切速率大致相同的情況下，第一法向應(yīng)力差的兩衷銀漿具有相似的信號(hào)改

15、變。實(shí)際的原因，銀漿產(chǎn)量或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化過(guò)程不能用類似的流變光學(xué)方法解決。這種情況下，事實(shí)上，著重于不可缺少的流變對(duì)金屬漿料的印刷性能的影響。</p><p>　　雖然兩種漿顯示出幾乎相同的流變性質(zhì)的粘度曲線，可在其他幾個(gè)重要方面有所不同。盡管上面提到的第一法向應(yīng)力差相似，兩銀漿似乎在定量的方式下有很大的不同。雖然，目前尚不清楚這種特殊的流變量是否會(huì)影響漿料的印刷性能。如下面的小節(jié)中討論的，動(dòng)態(tài)粘彈響應(yīng)是有區(qū)別的

16、，因此，可作為一個(gè)有用的指導(dǎo)方針來(lái)理解銀漿與兩大組成部分的流變性與印刷性能。</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)粘彈響應(yīng)</b></p><p>　　在這一部分，流變數(shù)據(jù)反映于儲(chǔ)能模量G′上，以及損耗模量G″，用于測(cè)量接受調(diào)查的所有樣本材料而被提出的角頻率函數(shù)。它將表明，這一策略提取的粘彈性響應(yīng)，作為對(duì)比，更常在一個(gè)固定的頻率進(jìn)行應(yīng)力掃描，在解開(kāi)無(wú)機(jī)和有機(jī)之間的主要差異

17、上十分有效組分以及其對(duì)銀漿的流變特性在絲網(wǎng)印刷性能上的評(píng)估。一般來(lái)說(shuō)，如此獲得的動(dòng)態(tài)模量數(shù)據(jù)可以提供信息直接進(jìn)入一定頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)松弛的部分（或同樣的頻率），從而在相應(yīng)的尺度中觀察其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。</p><p><b>　　銀漿料的粘性特征</b></p><p>　　在動(dòng)態(tài)模量γ= 0.1時(shí)的表現(xiàn)。還有，儲(chǔ)能模量，G′，代表彈性的貢獻(xiàn)（即，固體狀）成分，而損耗模量，G

18、″，指的是粘性的貢獻(xiàn)（即，液態(tài)）成分。因此，可以預(yù)期，銀漿在其達(dá)到G″超過(guò)G′時(shí)易于打印。兩樣本漿結(jié)果表明G″隨著頻率的增加而增加而G′上升得更快直到它與G″曲線交叉，此后，略有下降。相對(duì)而言CM-A 的G′與 G″在比所謂的凝膠點(diǎn)更高的頻率相交，而CM-B，顯示了一個(gè)較長(zhǎng)（終端）的弛豫時(shí)間。類似的行為已經(jīng)成為自產(chǎn)銀漿的關(guān)注點(diǎn)。通過(guò)所謂的阻尼因子這一不同的觀看角度得到動(dòng)態(tài)模量數(shù)據(jù)，tan δ =G″/G′。根據(jù)這一定義，阻尼因子有一個(gè)與

19、樣品材料的彈性相關(guān)的簡(jiǎn)單的指示流動(dòng)性的重要性的物理解釋。它將在顯示稍后，在一個(gè)模擬的印刷過(guò)程中一個(gè)類似的數(shù)量可以容易地判斷各種樣品材料的優(yōu)越性。如前面提到的圖銀漿在高剪切速率下被剪切薄，這是在絲網(wǎng)印刷中一個(gè)重要能力需要樣品在承受足夠的流動(dòng)性壓力作用下被“加工”。漿通過(guò)篩網(wǎng)后，另一方面，彈性被期望于防止坍塌或形狀有大的變化。因此，不同階段的適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性和彈性的影響應(yīng)該是這一技術(shù)領(lǐng)域的一種藝術(shù)，這，反過(guò)來(lái)，在很大程度上依賴于一個(gè)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整的

20、主要成分即這項(xiàng)工作</p><p>　　雖然仍有待澄清，我們的猜測(cè)是，為了防止坍塌，確保印刷線高縱橫比，彈性到達(dá)凝膠點(diǎn)是必要的，變形率（或應(yīng)力）應(yīng)在閾值以上。從這個(gè)角度看，它表現(xiàn)出了銀漿的動(dòng)態(tài)彈性模量的數(shù)據(jù)，詳細(xì)的揭示了頻率或頻率依賴性的粘彈性特征，可以利用實(shí)用的設(shè)計(jì)與絲印機(jī)操作以確保整體印刷質(zhì)量。例如，為了增加裝置效率要求寬度的導(dǎo)線必須系統(tǒng)地減少，凝膠點(diǎn)的匹配是可能需要系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移，匹配的凝膠點(diǎn)可能需要系統(tǒng)地轉(zhuǎn)向

21、更高的頻率，以反映從細(xì)網(wǎng)格的效用產(chǎn)生的較高的變形率。另一方面，隨著漿料或油墨絲網(wǎng)印刷，較早出現(xiàn)的凝膠點(diǎn)提示超彈性，也會(huì)帶來(lái)一些已經(jīng)被注意到弊端。當(dāng)然，需要更多的研究證實(shí)這些斷言。接下來(lái)，該成分控制粘彈性將被進(jìn)一步揭示，獲得了知識(shí)以補(bǔ)充對(duì)銀漿的討論。</p><p>　　粘彈性特征的銀粉末和聚合物連接料</p><p>　　我們繼續(xù)討論對(duì)兩大成分構(gòu)成的銀漿基本流變特性。這一點(diǎn)之前，需要首先弄

22、清觸變劑的作用。添加觸變劑對(duì)金屬漿的共同目的是幫助調(diào)整整體的粘度和穩(wěn)定樣品懸浮液，通過(guò)促進(jìn)屈服應(yīng)力，阻礙了存儲(chǔ)中體相分離。在這項(xiàng)研究中使用觸變劑在很寬的頻率范圍中具有幾乎恒定的粘度和彈性，屬于博爾格回憶流體。這個(gè)觀察的重要性在于保證有區(qū)別的流變特性對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)成分之間的特征探討影響不大。注意適當(dāng)增加通過(guò)觸變劑加入的有機(jī)組成部分樣品的粘度由于低聚合物含量和低粘度的溶劑使用可以大大方便了粘彈性測(cè)量。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們只顯示一個(gè)應(yīng)變大小γ= 0

23、.1時(shí)的結(jié)果，為不同的兩個(gè)應(yīng)變量（0.02和0.5）結(jié)果可以在資料中被發(fā)現(xiàn)，之間的動(dòng)態(tài)模量的比較數(shù)據(jù)（主要是銀粉末，無(wú)機(jī)和有機(jī)（聚合物）的主要連接料）的樣品。可以看出，在很寬的頻率范圍，無(wú)機(jī)樣品的動(dòng)態(tài)模量保持幾乎不變。相比之下，有機(jī)樣品顯示趨勢(shì)類似于觀察到的銀漿。由此看來(lái)，銀漿的粘彈性響應(yīng)以有機(jī)成分為主，或聚合物粘合劑，盡管通常需要低重量百分比。一個(gè)可能的解釋是，聚合物粘結(jié)劑作為粉末顆粒造成的彈性網(wǎng)絡(luò)必不可少的一個(gè)實(shí)用漿的連接。為了獲得

24、進(jìn)一步的觀察的聚合物粘合劑的影響，顯示了在提供的信息</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)分解與回復(fù)</b></p><p>　　正如前面所介紹的，在絲網(wǎng)印刷過(guò)程中的三個(gè)主要階段的流變響應(yīng)可以利用所謂的“結(jié)構(gòu)分解與恢復(fù)策略被一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的流變儀捕獲。在這里進(jìn)行的測(cè)量，漿會(huì)進(jìn)行三個(gè)階段的變形：在第一階段，即灌漿期，漿最初在靜止隨后于2扭矩赫茲和0.1 MNM幅度振動(dòng)頻率發(fā)

25、生粘結(jié)。在第二階段，扭矩增加至3 MNM以模擬漿料粘貼被刮板移動(dòng)穿過(guò)篩網(wǎng)。在最后階段，模仿后印刷階段，扭矩恢復(fù)0.1 MNM的漿趨于靜止。注意測(cè)試座并及時(shí)選擇頻率。注意測(cè)試座并及時(shí)選擇頻率，為了恰當(dāng)?shù)亟沂驹诂F(xiàn)實(shí)屏幕打印機(jī)遇到流動(dòng)記錄的影響。</p><p>　　值得注意的是，上述的方案預(yù)先提供了評(píng)估所有樣本貼印刷質(zhì)量的方便和強(qiáng)大的方式，為滿足成本和時(shí)間要求，絲網(wǎng)印刷需要進(jìn)行篩選。它的有效性，已明確在最近的表征中表

26、明，發(fā)現(xiàn)的印花線條的質(zhì)量以及電阻在測(cè)量相關(guān)模擬試驗(yàn)的結(jié)果中表現(xiàn)很好。這個(gè)中心的觀察意味著，即使可能會(huì)有影響銀漿整體質(zhì)量的其他因素，流變學(xué)特征在這些應(yīng)用中顯然起到了至關(guān)重要的作用。</p><p>　　這樣的“模擬”的結(jié)果漿料在絲網(wǎng)印刷的模仿行為中給出。顯示了一個(gè)自制的銀漿的動(dòng)態(tài)模量的響應(yīng)，類似的行為已經(jīng)在商業(yè)樣品中被注意到。在初始階段，G′大于G″，因此，試樣的性質(zhì)有某種彈性。當(dāng)一個(gè)較大的應(yīng)力被施加，樣品的剪切變

27、薄且動(dòng)態(tài)模量大幅下降。在這個(gè)階段，由于G′下降更明顯比G″快，樣品應(yīng)具備易于印刷的可取屬性。在最后階段，當(dāng)壓力恢復(fù)到原來(lái)的水平，G′迅速超過(guò)G″且其數(shù)量呈現(xiàn)快速恢復(fù)狀。對(duì)銀漿來(lái)說(shuō)最后一個(gè)功能是至關(guān)重要的因?yàn)椋诮z網(wǎng)印刷后精細(xì)線路的形成必須依靠結(jié)構(gòu)快速恢復(fù)以及足夠的彈性來(lái)防止印刷線坍塌崩潰。</p><p>　　所示的插圖提供了一個(gè)不同的，也許更多的裝飾，從上面討論的結(jié)果來(lái)看，通過(guò)定義為阻尼因子的反正切函數(shù)的相位角

28、：δ=tan?1 (G″/G′). 操作系統(tǒng)定義的相位角在0°和90°分別表示極限固體狀和液體狀的狀況。基于這一情節(jié)，我們認(rèn)為，理想的銀漿應(yīng)在以下三個(gè)階段的符合上述特征：而相位角應(yīng)盡可能小，在第一階段（靜止），其價(jià)值應(yīng)保持盡可能與后面的一樣大，第二階段（印刷）；第二階段（印刷）；在最后的恢復(fù)階段，相位角應(yīng)迅速放松到原來(lái)的值作為初始階段。</p><p>　　記住這些標(biāo)準(zhǔn)，讓我們檢查了響應(yīng)的兩種

29、組成。清楚地顯示了結(jié)果，如上面提到的，單獨(dú)的無(wú)機(jī)成分不能滿足要求。清楚地揭示了相位角的行為兩個(gè)相反的趨勢(shì)，除了無(wú)機(jī)成分明顯不能達(dá)到完全恢復(fù)。相反,有機(jī)成分的結(jié)果是與銀漿相似的，因此，證明了早期的說(shuō)法，有機(jī)成分是轉(zhuǎn)換和優(yōu)化和提高銀漿印刷能力的關(guān)鍵。前面，聚合物連接料已被建議作為粉末顆粒的橋梁和建立必要的彈性網(wǎng)絡(luò)的漿料或油墨。顯然，這種作用可能是通過(guò)聚合物連接料和不同聚合物種類的選擇來(lái)施加影響，聚合物的分子量，或其重量百分比在未來(lái)的研究中一

30、個(gè)有趣的領(lǐng)域中表示。例如，可以通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)倪x擇實(shí)現(xiàn)聚合物分子量和其重量百分比。另一方面，詳細(xì)的聚合物粒子的相互作用有待進(jìn)一步探索，與相關(guān)的研究應(yīng)該有助于闡明其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的存在常常被推斷為相似材料及其應(yīng)用。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　銀漿的復(fù)合材料表現(xiàn)出廣譜的流變特征應(yīng)歸因于各種成分，有效的控制是控制絲網(wǎng)印刷性能的一個(gè)極其具有挑戰(zhàn)