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技術服務

排除電磁和射頻干擾,UV涂料也許就足夠了

  隨著通訊技術的飛速發展,手機、平板等數字傳輸設備所傳輸的模擬信號變得越來越高頻,數字信息的傳輸越來越快速。但是作為信號連接路徑的印刷電路板卻經常會受到外部電子設備的電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI),從而導致數據的噪音、信號中斷,或者屏幕的閃爍。對于更加復雜和集成度更高的設備,這種干擾可能會更加嚴重。為了減少這種EMI和RFI的干擾,導電聚合物復合材料就被廣泛用于電子和通訊設備之中。

  制造導電聚合物復合材料的常用方法是在聚合物中添加導電粒子。添加后復合材料的導電性取決于導電物質的添加量及其分布情況,而且這個添加量需要盡可能的小,以確保成本的控制,以及導電材料的聚集。


  這一光固化的導電涂層,是將硝酸銀(用量分別為7.5,12.5,和15wt%)添加到含有聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、乙醇,和吡咯的混合溶液中,然后添加2wt%的混合光引發劑(50% 1-羥基環己基苯基甲酮[即Irgacure 184]和50%二苯甲酮)。攪拌混合均勻并排除氣泡后,旋涂(初始250 rpm轉速10秒,以及后續1000rpm轉速20秒)到玻璃基材上面。再使用波長200~600nm,強度為95mW/cm2的UV照射,能量分別為3,6和12J/cm2。最后再在250°C溫度下處理一段時間(20,30,35和40分鐘)即可得到最終的導電復合材料。  另外一種來改善EMI和RFI的方法就是通過對材料添加鍍層,使得絕緣基材上面沉積上一個金屬層。電鍍的工藝由于存在大量有毒物質的使用和殘留而被非電上鍍所取代。非電上鍍包括化學上鍍和自催化上鍍,但這兩種上鍍方法都存在工藝復雜、耗時及廢水的問題。中國臺灣國立中興大學的Wen-Tung Cheng等人,基于Rabia Nazar等人在2015年提出的光固化方法,制作了可以有效阻隔EMI和RFI的光固化導電涂層。

表1 試驗中所使用配方的組成及曝光量

  通過UV紫外光照射之后,光固化材料固化成膜。同時通過紫外-可見光的照射,銀粒子也在位反應形成了銀的納米顆粒。通過場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)得到光固化后涂膜的圖像顯示,沒有添加AgNO3的涂膜只有因為固化過程中產生的熱所導致的裂紋,而添加的AgNO3量從7.5wt%增加到15wt%時,涂膜上所產生的銀納米粒子的平均粒徑從13.5±7.3增加到了37.4±18.2nm(圖1)。

圖1 采用3J/cm2的紫外–可見光照射后,不同AgNO3含量: (a) 0,(b) 7.5,(c) 12.5和(d) 15wt%條件下的復合材料膜的FESEM圖像,插入的小圖是粒徑分布(PSD)

  對于未經過熱處理的光固化涂膜,當固化的能量越高時,由于銀粒子的顆粒變得越大,從而導致薄板電阻變得越大。在經過250℃溫度的熱處理之后,由于涂膜中殘留的溶劑被去除,整個涂膜會變得更薄,同時銀粒子會熔化而形成一個銀膜。但是這個熱處理更多是將復合材料表面的銀粒子熔化形成銀膜,而對于底部的銀粒子影響不大,仍然會有分離的銀粒子的存在(圖2)。

圖2 添加了12.5 wt%的AgNO3的涂層在光固化后,經過250°C溫度條件下處理(a) 20,(b) 30,(c) 35和(d) 40分鐘后的FESEM圖像

  隨著熱處理時間的增加,涂膜表層面的粗糙度會降低,其薄板電阻也會顯著降低。對于添加了12.5wt% AgNO3的光固化涂層,在250°C溫度下的處理時間從30分鐘增加到40分鐘時,其薄板電阻從28±12顯著降低到1.7±0.3Ω/sq(圖3)。這主要得益于在熔化階段中銀納米粒子之間的縫隙變窄,從而形成了連續的電流通路所致。

圖3 含有12.5 wt%的AgNO3涂層在光固化之后,薄板電阻隨著250°C溫度下熱處理時間的變化情況

  這一工作表明,通過這種UV光固化的工藝,可以很容易生成在位產生的銀納米粒子,再通過合適的后處理條件,就能夠得到具有很好導電性的復合材料涂層。這種技術如果能夠得到批量的產業化應用,將會大大改進防電磁干擾和防射頻干擾材料的制造工藝,從而為通訊和微電子產業的發展提速。

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