Lasersintring optimeret til trykt elektronik

Trykt elektronik bruger standardudskrivningsteknikker til at fremstille elektroniske enheder på forskellige underlag som glas, plastfilm, og papir. Interessen for dette område vokser på grund af potentialet til at skabe billigere kredsløb mere effektivt end konventionelle metoder. En ny undersøgelse af forskere ved Soonchunhyang University i Sydkorea, udgivet i AIP forskud , giver indsigt i behandlingen af ​​kobber nanopartikelblæk med grønt laserlys.

Kye-Si Kwon og hans kolleger arbejdede tidligere med sølv nanopartikelblæk, men de vendte sig til kobber (afledt af kobberoxid) som et muligt billigt alternativ. Metallblæk bestående af nanopartikler har en fordel i forhold til bulkmetaller på grund af deres lavere smeltepunkter. Selvom kobberets smeltepunkt er omkring 1, 083 grader Celsius i bulk, ifølge Kwon, kobber nanopartikler kan bringes til deres smeltepunkt ved kun 150 til 500 C - gennem en proces kaldet sintring. Derefter, de kan flettes og bindes sammen.

Kwons gruppe koncentrerer sig om fotoniske metoder til opvarmning af nanopartikler ved optagelse af lys. "En laserstråle kan fokuseres på et meget lille område, ned til mikrometerniveau, "forklarede Kwon og doktorand Md. Khalilur Rahman. Varme fra laseren tjener to hovedformål:at omdanne kobberoxid til kobber og fremme sammenføjning af kobberpartikler gennem smeltning.

En grøn laser blev valgt til disse opgaver, fordi dets lys (i området 500 til 800 nanometer bølgelængdeabsorptionshastighed) blev anset for at være bedst egnet til applikationen. Kwon var også nysgerrig, fordi, til hans viden, brugen af ​​grønne lasere i denne rolle er ikke blevet rapporteret andre steder.

I deres eksperiment, hans gruppe brugte kommercielt tilgængeligt kobberoxid nanopartikelblæk, som blev centrifugeret på glas med to hastigheder for at opnå to tykkelser. Det, de forbagede materialet for at tørre det meste af opløsningsmidlet ud før sintring. Dette er nødvendigt for at reducere tykkelsen af ​​kobberoxidfilm og for at forhindre eksplosioner af luftbobler, der kan opstå ved, at opløsningsmidlet pludselig koger under bestråling. Efter en række tests, Kwons team konkluderede, at forvarmningstemperaturen skulle være lidt lavere end 200 grader C.

Forskerne undersøgte også de optimale indstillinger for laserkraft og scanningshastighed under sintring for at forbedre ledningsevnen i kobberkredsløbene. De opdagede, at de bedste sintrede resultater blev frembragt, da lasereffekten varierede fra 0,3 til 0,5 watt. De fandt også ud af, at for at nå den ønskede ledningsevne, laserscanningshastigheden bør ikke være hurtigere end 100 millimeter i sekundet, eller langsommere end 10 mm/s.

Derudover Kwon og hans gruppe undersøgte filmens tykkelse - før og efter sintring - og dens indvirkning på ledningsevne. Kwon og hans gruppe konkluderede, at sintring reducerer tykkelsen med hele 74 procent.

I fremtidige forsøg, Kwons team vil undersøge substratvirkningerne på sintring. Taget sammen, disse undersøgelser kan give svar på nogle af de usikkerheder, der hindrer trykt elektronik.