Какую роль играют нагретые валики в отверждении проводящих чернил на гибких стеклянных подложках?

Новое поколение гибких, сворачиваемых экранов и тонкопленочных датчиков создано на новой основе: стекло тоньше человеческого волоса, достаточно гибкое, чтобы сгибаться, но при этом абсолютно прозрачное. Электронная схема на этом ивовом стекле напечатана уникальными проводящими чернилами, изготовленными из наночастиц серебра или меди. Чернила необходимо спекать-запекать при определенной умеренной температуре-, чтобы сплавить металлические частицы в твердый проводящий след без плавления, деформации или растрескивания нежного,-тонкого стекла. Это чувствительное термическое отверждение осуществляется на нагретой плите. Это мягкая и горячая сцена для электроники будущего.

Процесс спекания проводящих чернил на гибком стекле
Как использовать нагревательную пластину
Напечатанный лист гибкого стекла помещается на плоскую горячую плиту. Платформа обычно изготавливается из материала с очень низким коэффициентом теплового расширения (например, инвара или стеклокерамики, такой как Zerodur) и создает идеально однородное температурное поле, часто между 150 и 250 градусами. Это мягкое, равномерное тепло спекает чернила без термического удара или деформации стекла. Поверхность валика должна быть гладкой и свободной от частиц. Обычно поверхность валика покрывается не-слоем ПТФЭ, чтобы предотвратить прилипание напечатанного рисунка к валику и облегчить удаление отвержденной подложки. В результате получается гибкая, прозрачная и полностью функциональная электронная схема на подложке, которую можно согнуть сто тысяч раз, не сломав.

Важная роль тепловой однородности и стабильности
Табличка представляет собой безупречно плоскую, термически мягкую и сверхчистую поверхность-, которая запекает схему на листе стекла, тоньше бумаги. Метод производства гибкого стекла с проводящими чернилами с подогревом валика требует исключительной стабильности температуры по всей поверхности валика, обычно в пределах ±2 градуса. Локальная горячая точка может деформировать стекло или спекать чернила. В холодном месте чернила останутся спеченными и непроводящими. Структура с низким-тепловым-расширением валика гарантирует, что плоскостность не изменится с повышением температуры, обеспечивая тесный контакт стекла и поверхности валика. Пластина установлена ​​на активно демпфированной раме, чтобы свести к минимуму вибрацию и механические удары, поскольку движение во время спекания может испачкать тонкие проводящие линии.

Примечание по процессу: атмосфера инертного газа для чернил из медных наночастиц
В случае, если проводящие чернила основаны на наночастицах меди (более дешевой и более проводящей, чем серебро), внутри камеры спекания необходима атмосфера инертного газа (азота или аргона). При высоких температурах медь быстро окисляется, образуя на поверхности наночастиц покрытие из непроводящего оксида меди. Это окисление препятствует правильному сплавлению частиц и существенно повышает электрическое сопротивление. Чтобы избежать этого, нагретая плита окружена камерой, продуваемой азотом высокой чистоты (содержание кислорода<50 ppm) before and throughout the sintering cycle. This same inactive environment also shields the pliable glass substrate from the stress generated by moisture. For silver-based inks a nitrogen atmosphere is optional but is commonly used anyway to maintain a clean, contamination-free environment.

Техническая точность: точный контроль температуры и виброизоляция
Диапазон температур спекания
Температура спекания имеет решающее значение, и ее необходимо контролировать в очень узком диапазоне, обычно ±2 градуса. Чернила с наночастицами серебра лучше всего спекаются при оптимальной температуре от 150 до 200 градусов, в то время как медные чернила требуют немного более высокой температуры, около 200–250 градусов, чтобы учесть более тугоплавкий характер меди, но при этом оставаться ниже температуры стеклования любых слоев полимерного покрытия. Нагреваемая плита снабжена рядом встроенных термопар (обычно одна на 100 см2 площади поверхности) и ПИД-регулятором для регулирования электрических нагревательных элементов (например, картриджных нагревателей или нагревателей из травленной фольги), расположенных на задней стороне плиты.

Механическая изоляция и вибрация
The platen should be constructed to minimise any vibration or mechanical shock. Even micro-scale vibrations (amplitude >0,5 мкм) в процессе спекания может привести к неравномерному потоку жидких чернил перед затвердеванием, что приведет к разрыву следов или снижению остроты края линии. Поэтому узел плиты изолируется от вибраций здания с помощью пневматических изоляторов или активных пьезоэлектрических демпферов. Вся нагревательная ступень установлена ​​на тяжелом гранитном основании для гашения низкочастотных помех.

Заключение: будущее гибкой электроники
Нагреваемый стол — это мягкий, прецизионный термический инструмент, который спекает электронные схемы на новаторских гибких стеклянных подложках, что позволяет создать новое поколение гибких, небьющихся дисплеев и датчиков. Валик обеспечивает точно равномерное,-нагрев при низкой температуре в тщательно контролируемой,-свободной от вибраций и (при необходимости) инертной атмосфере, что позволяет превратить напечатанные чернила из наночастиц в надежные металлические следы с высокой проводимостью, не разрушая при этом сверхтонкое стекло. Будущее гибкой электроники запекается на стекле безупречно ровной, теплой пластиной - мягко, точно, без единого излома и деформации.