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2024
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行业新知 | 利用数字光处理技术在曲面板上实现紫外固化银浆的保形快速微成型
作者：
奇遇科技
行业新知
近日，哈尔滨工业大学周国相团队在《Journal of Materials Science & Technology》发表了题Conformal and rapid micro-molding manufacturing of ultraviolet-curable silver paste on curved surfaces using digital light processing的研究，通过数字光处理（DLP）技术实现对弯曲表面的银浆（Silver Paste）快速微成型，解决传统制造工艺在复杂曲面和精细结构上的局限性。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.039
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研究内容
银浆（Silver Paste）的应用背景：银浆是一种常用于电子设备制造的导电材料，尤其在电子元件中作为连接部分的导电介质。由于其优异的导电性能，银浆广泛应用于太阳能电池、传感器及其他微电子器件。传统上，银浆通常通过丝网印刷等方法进行成型，但这些方法在制造精度和复杂曲面应用方面存在一定的限制，尤其难以满足高精度和高效率的要求。
数字光处理技术（DLP）：DLP是一种先进的3D打印技术，它通过数字光投影在液态光敏树脂上逐层固化，从而实现物体的成型。与传统的立体光固化（SLA）或选择性激光烧结（SLS）技术不同，DLP技术采用光投影作为固化源，能够在较短时间内对较大面积进行快速固化，因此具有较高的成型精度和更高的生产效率。
研究目标：本论文的研究目标是探索如何利用DLP技术，在平面和曲面基板上实现光固化金属电路的高效制造，从而解决光固化金属浆料的快速固化和可控烧结问题。通过精确控制光固化电路的线宽和固化深度，本研究不仅提高了电路制造的精度，还显著增强了光聚合电路技术在复杂基板上的适用性和通用性。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，DLP打印电路的图示与展示：(a) 基于银的电路打印过程。(b) 弯曲表面的基于银的电路。(c) 不同打印方法的效率比较。(d) 与其他打印方法相比的电学性能。
△图2，紫外光固化银浆（UV-SPs）的固化特性表征：(a, c, e) 不同光引发剂含量、树脂比例和固体含量下，紫外光固化银浆在辐射照射下的模量变化。(b, d, f) 最大聚合速率和固化时间。
△图3，紫外光固化银浆（UV-SPs）的成型特性：(a, b, c) 不同光引发剂含量、树脂比例和固体含量下，紫外光固化银浆的线宽（粉色）和固化深度（蓝色）。(插图为红框中的固化深度的光学显微图像)。(d) 固体含量体积分数与固化深度及拟合曲线。
△图4，(a) DLP、(b) DIW 和 (c) IJP 打印的显微图像。
△图5，紫外光固化银浆（UV-SP）表面成型展示：(a) 哈尔滨工业大学徽标设计。(b–f) 在不同基材上打印的平面电路（b、d、e 和 f 分别为玻璃、金属、塑料和陶瓷基材）。(g–i) 在不同基材上打印的曲面电路（g 和 i 为塑料和陶瓷基材），并插图展示了符合性表面的示意图。
△图6，光固化导电电路的电学性能：(a) 不同固体含量的导电性。(b) 不同固体含量的扫描电镜（SEM）图像。(c) 30wt.% UV-SP打印电路的导电显示。
△图7，使用DLP技术打印的电子浆料图像：(a) 基于铜的电路和 (b) 基于钨的电路。
结论
这项研究提出了一种利用数字光处理（DLP）技术在平面和曲面基材上快速制造光固化金属浆料电路的新方法。该方法显著提高了模具效率，特别是在复杂电路图案的制造上。通过调整光敏材料和导电填料的比例，能够实现88 μm的打印线宽和10 μm至53 μm的可控固化深度。研究表明，在UV-SP材料系统中，使用2%光引发剂浓度可优化成型性能并提高固化效率。使用此方法制作的2D和3D电路表现出良好的附着力、稳定性和电学性能，导电性接近金属的理论导电率（1.16 × 10⁷ S/m）。此外，该方法也可用于铜和钨等其他金属导电浆料，解决了传统DIW和IJP方法的低精度、复杂编程和表面贴合问题。这项技术不仅缩短了电路制备时间，还可用于制造复杂的曲面电路，适用于柔性电子、曲面电路和多层电子设备的应用。
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