柔性电路数字印刷的导电油墨技术

　　越来越多的高产量电子制造不断转移至低成本国家，西方国家正谋求新技术以在低产量、高利润生产领域站稳脚跟。
　　导电材料数字印刷是一种生产柔性和刚性PCB的灵活方法，无需预先提供昂贵的加工程序。非重复性加工使低产量成本和周转时间大大减少，并提供了代替历来用于PCB生产的劳力密集程度较高工艺的方法。
　　传统上，PCB生产是一种劳动力密集程度相当高的工艺，其步骤繁多，而且每个步骤都需要一定的人工干预。传统PCB生产还依赖于前端非重复性工程（NRE）初期费用。它通常以诸如光掩模或丝网等生产工具的形式体现。这表明初期加工成本将对小批量生产运营带来严重影响，而相关劳力和基础设施成本将决定大批量生产成本。因此，高产量PCB生产不得不转至低成本国家以减少成本。
　　小型生产运营通常要求具备的便捷性促使生产地点相对而言保持在本地范围内。但加工和劳力成本仍表明这是一种昂贵的工艺，其低产量的单位零部件成本相对较高。导电材料数字印刷为非劳力密集型生产工艺提供了可能性，该工艺还通过排除对诸如丝网或光掩模等初期加工工具需求减少了成本。
　　导电材料数字沉积
　　过去十年里，数字印刷导电材料的可行性引起了人们的极大关注。这项研究的绝大部分源自有机电子产品领域，其中生产全印电子设备和显示器的前提要求具备可印式接触导线和信号总线。大部分初期研究聚焦于诸如聚二氧乙基噻吩/聚对苯乙烯磺酸（PEDOT：PSS）等传导聚合体，后期解决方案采用碳和金属微粒材料。
　　传导聚合体存在传导性相对较低的问题，而较厚的丝网印刷银材料可产生较高传导性，但这些材料必须经历一个高温烧结阶段来获得最佳传导性，这因而限制了基底材料的选择范围。然而，采用金属颗粒墨通常无法对印刷线路板（PWB）进行喷墨印刷，因为颗粒大小和凝结方向会严重影响印刷工艺的可靠性。在油墨中开发金属纳米颗粒取得的新发展使喷墨印刷成为可能，但其生成的薄墨层和烧结需求仍然限制了该工艺的实用性。
　　提供极大传导性的低温数字工艺将带来一种在低成本柔性和刚性基底上完成快速原型制造和中小型批量生产的快速而灵活的途径。
　　新工艺
　　可印式导电金属材料往往须在材料的流变性和传导性之间做出折衷。用来在印刷和粘附基底期间提供流动性的粘结剂和载体影响了最终复合层的传导性，并阻止电流经过导线。
　　但有一种工艺提供了使加成制备和基底粘附不受印刷部分传导要求限制的途径。导电油墨技术（CIT）开发了一种工艺，其中将催化墨印在基底上，并将紫外线进行固化以提供一种快速加工而成的粘着基层。该基层本身不具备传导性，但其对金属层的无电镀沉积发挥着催化剂作用。
　　已印刷的固化基底被浸入商业可用的无电解镀槽内，并对基槽顶部厚金属层进行沉积处理。这种由两个阶段组成的工艺使电镀槽得以分别为适应不同基底材料和不同印刷工具而得到最优化，并不影响最终工序的传导性。该工艺可使用大部分标准无电镀金属，其中包括镍、钴和钯，但使用最普遍和最广泛的是铜。可在线内执行该工艺的两个阶段，或在之后执行无电解镀作为批次处理。
　　铜的通常增长率范围在每分钟20纳米到每分钟90纳米（相当于大体积铜）之间，其在10分钟左右的电镀过程中会产生30欧姆的薄膜电阻。通常电阻系数是大体积金属（铜）的2.5倍，但据电镀槽和所用条件而定。
　　CIT工艺的最佳传导范围大于10欧姆（相当于1.5至2微米的大体积铜）。它适用于广泛应用，其中包括超高频无线射频识别（UHF RFID）、键盘膜、低电流PCB（信号）、低功率加热器组件、广泛的传感器应用及许多其它柔性和刚性应用。若需要更高的传导性和更大的载流量，还可执行工艺后电镀。