铜纳米颗粒与绿激光打印：低成本低电阻率电路板制造新工艺

印制电路板(PCB)通过导电焊盘、走线和多层铜箔连接电气元件。元件通常焊接于电路，走线作为相互隔离的固定导线，由基板材料隔开。

PCB主要目标：减轻电路元件重量、体积和成本。过去十年采用多种直接打印策略，各有优劣。金属纳米颗粒墨水打印是简单、廉价、快速的工艺之一。

因能更高效生产更便宜电路板，该领域关注度持续上升。近期韩国顺天乡大学科学家研究基于激光功率、预烘烤条件、扫描速度、膜厚效应的薄层打印技术。

发现用铜纳米颗粒墨水和绿激光可更高效打印电子电路。此前实验用银纳米颗粒墨水，后转向铜作为可行低价替代。

纳米金属墨水熔点低于块体金属。如铜块体熔点1083°C，但铜纳米颗粒经烧结（加压或加热但不熔化至液化，使金属合并结合）可降至150-500°C熔点。

研究者选绿激光，因其合适波长(500-800 nm)吸收率变化。用市售氧化铜纳米颗粒墨水，两种转速旋涂玻璃得不同厚度。

参考：AIP Advances | doi:10.1063/1.5047562 | AIP Publishing

烧结前预烘烤干燥溶剂，关键步骤可减薄氧化铜层、防辐照时溶剂突沸导致气泡爆炸。

多次测试得最佳预烘烤温度略低于200°C。也寻找烧结时最优扫描速度和激光功率配置提升线路导电性。

实验工作流程 | 研究者提供

研究中，0.3-0.5瓦激光功率得最佳烧结结果；激光扫描速度不低于10 mm/s、不超100 mm/s达期望导电性。

膜厚方面，烧结减薄达74%（546至141纳米）。纳米材料致密度和连通性取决于烧结后厚度减薄：过度减薄导致电阻率更低。本例测得电阻率9.5-20 μΩ·cm区间。

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总体实验表明：氧化铜膜保留少量溶剂对激光烧结过程获均匀烧结、最小膜损伤至关重要。后续研究将调查基板对烧结影响。

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