喷墨打印的油墨有哪些种类?
作者:弘锐精密来源:弘锐精密时间:2017-05-22 15:51:05浏览:Loading...

目前在PCB中, 喷墨打印用的油墨主要有抗蚀刻油墨、阻焊油墨、字符油墨和纳米级金属颗粒油墨四种。

1.抗蚀刻油墨

用于PCB的UV固化型抗蚀刻喷墨油墨,其组成成分至少包括2种丙烯酸酯:一种含有羧基,另一种是环氧丙烯酸酯单体或二聚物,以及其他丙烯酸树脂,如提高黏附力的丙烯酸树脂、降低黏度的丙烯酸树脂、交联型丙烯酸树脂、耐化学药品的丙烯酸树脂以及能够快速固化的丙烯酸树脂等。同时还包括光引发剂、有机载体和其他添加剂,如导电剂、表面活性剂、光敏剂和光稳定剂。其中环氧丙烯酸酯单体和二聚物对金属基材有良好的黏附力,并且应该选用低黏度、不挥发的低分子量环氧树脂,如双酚A型环氧二丙烯酸酯。这种油墨性能优异,刻蚀后能够形成完好的铜导线。

2.阻焊油墨

阻焊油墨与抗蚀刻油墨相比,性能要求更高。因为阻焊油墨喷涂后不再移除,永久性使用,因此要求PCB具有优越的黏附力,同时应具有很好的阻焊性能。PCB所使用的阻焊喷墨油墨性能应满足IPCSM-840C标准, 阻燃等级为UL94 V-0。有一种可光固化和热固化的阻焊喷墨油墨,其组成为含丙烯酰基和热固化基团的单体、分子量小于700的低聚物及光活性稀释剂和光引发剂。油墨黏度在25℃时小于150m P a·s。通过喷墨打印机将阻焊图形喷在PCB上,固化方式分两步,先光照再加热。所制得的阻焊膜具有良好的耐热性、耐化学性、硬度、电绝缘性等。由于耐热性优异,也作为需要具备耐热性的字符喷墨油墨使用。

3.字符油墨

PCB业商业化使用的字符油墨由低聚物、单体和颗粒直径为5μm的固态填充剂组成,这种油墨不能用于喷墨打印机使用。因为喷墨墨水要求合适的黏度和表面张力才能由喷嘴喷出,并且油墨中的固体颗粒应该足够小以避免堵塞喷嘴。后来出现的热固化型字符喷墨油墨就能满足所需的性能要求,这种油墨由非水溶性溶剂、颜料、三聚氰胺基树脂体系、添加剂和分散剂组成。其中三聚氰胺基树脂体系由交联剂和能与交联剂反应的聚合物组成。这种油墨的Brookfield黏度在25℃为30~100mPa·s,50~80℃时为10~20mPa·s。可以用于PCB和其他基材的喷墨印刷。

UV固化型字符喷墨油墨由反应性低聚物、反应单体、光引发剂、添加剂、分散剂组成。其中低聚物和稀释单体的选择原则是能够稳定地分散溶解, 固化速度快,室温下黏度较高(60~200m Pa·s),但在喷射温度下(喷头温度为50~80℃)黏度较低,为10~20m Pa·s。此油墨的固化感度为700m J/c m2,在25℃时黏度为140m Pa·s,75℃(喷射温度)时黏度为18mPa·s,可用于喷墨印刷。

4.纳米级金属颗粒油墨

导电性油墨是人们很熟悉的,如碳墨(浆)、银浆( 含银颗粒的油墨)、铜浆( 含铜颗粒的油墨) 等,在此就不介绍了,仅对纳米级金属颗粒的油墨特性进行介绍。纳米级金属颗粒的一系列特征与传统的导电油墨不同。要使金属纳米颗粒油墨化,必需使金属纳米颗粒在油墨中保持高浓度的单颗粒化,并保证不会发生“凝聚”现象。

(1)纳米金属颗粒的制造方法:根据目前情况来看,纳米金属颗粒的制造方法可分为物理方法和化学方法两大类。

物理制造方法是采用真空蒸发,即加热金属熔融、蒸发,并在惰性气体中一起蒸发和凝固成金属纳米颗粒,然后收集于有“极性”的有机熔剂的分散体系中而成。

化学制造方法又可分为“气相反应”和“液相反应”两种。目前大多数是采用液相反应来“直接” 制造金属纳米络合体,因为它是在稳定的胶体体系中“转换”而成的,从而避免纳米颗粒粗大化。“液相 反应”的方法可能是今后生产金属纳米颗粒和油墨的重要方法和主要途径,目前采用此种方法生产的银纳米油墨和金纳米油墨等已开始市场化了。

(2)纳米金属颗粒油墨的基本特性:纳米金属颗粒的基本特征为当金属颗粒小到纳米级时, 其表面会像融化的“冰”那样成为液态, 一旦相互接触, 便迅速形成大的颗粒或金属, 因此, 只要除去纳米金属颗粒周围的分散剂和稳定剂, 纳米金属颗粒便可互相接触熔化成为金属。如金属的颗粒小到2nm时,纳米金属颗粒的熔点便降低到接近于室温范围。纳米金属颗粒的基本特征主要有以下几个方面。

金属的熔点会降低到室温水平( 与颗粒尺寸有关)。这样一来,“金属纳米颗粒”之间的熔融连接便可在室温或在基板可耐温的条件下进行烧结形成。在金属纳米级油墨经直接喷墨打印成线路和图形后, 通过烘干除去熔剂( 挥发) 或“烧结”热分解( 破“络”除去有机物等), 使金属的“纳米颗粒”互相接触并在表面发生熔化, 便可获得微米结构的导电的金属烧结体, 即导线或图形。如采用“银纳米颗粒”的油墨在喷射1~2pL墨滴所形成的导线,经过230℃、40分钟以下进行烧结,便可得到电阻率为3μ Ω·c m的导体,接近于纯银(电阻率为 1.6μ Ω·c m)和纯铜(电阻率为1.7μ Ω·c m),因而可成为优良的导体。

纳米金属颗粒在油墨中的沉降速度十分缓慢, 实际上可认为是不会发生沉降的问题。由于纳米金属颗粒小而轻, 可以胶体络合物的形态稳定地分散开来, 因此不必担心纳米金属颗粒会发生沉降现象。

纳米金属颗粒既轻又小,不会影响墨滴喷射过程中的速度或加速度,因此在油墨的喷射的过程中, 可与油墨整体均匀地进行喷印,不会引起速度偏差、浓度偏差等问题,从而达到高质量的喷印效果。

摘自《喷墨空间》2009年第9期

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