挠性石墨烯电路板试制及性能测试

作者:梅昌荣;陈冠刚;何茂权;刘镇权; 刊名:印制电路信息 上传者:邓正栋

【摘要】文章介绍挠性石墨烯导电线路板的制作过程,挠性石墨烯导电线路板属于全加成工艺,它具有成本低、电阻率低,散热快等优点,是一种很有发展前途的新工艺。

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0前言作为国民经济支柱主要产业的电子产品在近年来得到了迅猛发展,尤其是以轻、薄、短、小为发展趋势的终端产品对其基础产业——印制电路板行业提出了更高密度、更小体积、更高导电性等方面的要求,对印制电路板的制作工艺及品质也提出了许多新的要求。在这种情形下,我司率先在PI挠性基材上还原出了石墨烯线路,并经过了相关的性能测试,测试结果表明各项指标良好,可以部分取代传统铜导线而制成印制电路板。1挠性石墨烯电路板制作流程(双面)挠性石墨烯电路板制作是在钻过孔的PI基材上网印一层氧化石墨烯膏(即电路或称之为前驱体),然后在MCVD(改进型化学汽相淀积)装置中用氢或者用气态水合肼对网印的氧化石墨烯膏进行还原,形成导电线路,其后再丝印阻焊字符而成的流程(如图1)。氧化石墨烯膏(OGP)主要成分为氧化石墨烯(GO)及少量助剂PSS、添加剂、色素等,其中氧化石墨烯GO含量的高低、纯度以及MCVD装置中还原剂的种类、MCVD的过程控制都会影响到线条的质量。除此之外,挠性基材PI表面的粗糙度也会影响到石墨烯线条的质量。2制作装置根据氢或者气态水合肼还原氧化石墨烯的机理和有关化学反应的要求,我们设计了以下制作装置(如图2)。图2用氢还原氧化石墨烯线条和孔金属化的MCVD装置示意图在MCVD装置中用氢或者用气态水合肼还原氧化石墨烯路线和孔金属化具有以下两个方面优势:(1)可对PI基板上石墨烯导线和金属化孔过程及外观进行在线检测;(2)温度低。传统化学气相淀积技术制作石墨烯线路所需的温度大约在850~1000℃之间,而现在MCVD装置中用还原性气体H2或者用气态水合肼对氧化石墨烯线路进行还原的温度大约300~400℃之间。不足之处是设备昂贵一次性投资较大。3挠性石墨烯电路板制作过程(双面)3.1开料将厚度为75μm的PI基材,按实验样品板的规格和要求进行裁剪。3.2钻孔将裁剪好样品板按实验的要求钻孔,如果样品板面上的过孔孔径小于0.1 mm,则改用激光钻孔。3.3表面粗化对钻过孔的样品板进行表面粗化处理,以此来增强石墨烯导线与PI基材之间的结合力。粗化剂的主要成分见表1。3.4网印电路将表面粗化处理过的样品板固定在丝印台上,安装好丝网后取一定量的氧化石墨烯膏于丝网上,调节好相应的参数即可丝印电路。3.5 MCVD还原将网印过的氧化石墨烯样品板固定在MCVD装置中的移动台面上打开电源,将各参数按表2中的要求设定,按Start键,待屏幕上显示数据都符合要求后,启动Run,即可对在挠性基材PI上预先形成的氧化石墨烯线路进行还原。用MCVD技术在挠性基板上制作石墨烯导线是台面移动,而Ar-P、ICP、气相前驱体OGP、H-P均不动,如遇到导通孔时,把孔金属化深度折算还原处理时间。3.6网印阻焊与字符冷却后将还原处理过的挠性石墨烯样品板从MCVD设备中取出,即可网印阻焊和字符。图1挠性石墨烯电路板的制作流程(双面)表1粗化剂的成分化学成分控制范围化学成分控制范围脂肪胺1.0~3.0%氢氧化钠10~15%醇胺5.0~10.0%表面活性剂0.1~0.5%余量去离子水3.7电测、包装出货一旦做好按照上述6个步骤完成挠性石墨烯样品板制作后,就进入了实质测试阶段和评估阶段。4影响挠性石墨烯线路板性能的因素4.1厚度为了得到厚度对挠性石墨烯导线电阻率的影响,我们用万用表对氧化石墨烯膏还原后不同厚度的导线进行测试,测得结果(如图3)。图3挠性石墨烯电阻率与石墨烯厚度的关系从图3中可以看出挠性石墨烯导线的电阻率随着厚度的增加而减小。当石墨烯导线的厚度在1000~5000 nm时,其电阻率在5.0~10.0

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