基于柔性PET衬底的风速传感器研究文献综述

 2022-09-22 11:23:34

  1. 文献综述(或调研报告):

丝网印刷是在基底上印刷导电银浆图案主要方法,这是一种加法工艺,可用于直接在平坦甚至是在不同形状和弯曲的表面上制备导电图案。印刷电路的主要部件包括导电浆料和PCB柔性基板,其中导电浆料由聚合物基质,导电填料,溶剂和添加剂组成,银颗粒通常被用作导电填料。

当使用柔性PCB材料时,导电图案以及基板必须能够承受弯曲,振动,热冲击和拉伸。因此,基板和图案之间必须具有良好的粘合性。丝网印刷的银浆图案的薄层电阻通常为0.01-0.04Omega;/□。影响导电浆料导电性和机械性能的最重要的生产参数是电子浆料的组成和横截面积,基底的表面结构以及固化温度和固化时间等参数。

S. Merilampi等人使用不同的导电浆料和各种基底,测量了使用不同制造参数制备的样品的电性能,粘合性,弯曲强度和拉伸强度。实验中使用了三种银浆混合染料和五种衬底分别测试不同条件下印刷出的样品的电性能和机械性能,以及弯曲实验和拉伸实验过程中样品性能的变化。

实验结果表面,首先导电图案的厚度特别取决于基板材料而不是浆料类型。而导电图案与基底的粘附性则主要取决于材料中的聚合物及固化参数。

样品的电阻是本次设计中主要关心的部分。文献中提到,渗流模型很适合应用于描述复合材料(如银浆料)的物理化学性质和电性能之间的关系。而Sevkat和Hu等人提出,样品的总电导率与聚合物基质的电导率,导电填料(即银颗粒)的电导率,填料的表面电阻和跳跃电导这几个参数有关。其中,与银填料相比,聚合物基质的电导率很小,可以忽略不计。他们还表明,当导电填料浓度在10-30%(体积占比)范围内时,复合材料会达到渗流阈值,此时隧道效应成为主要的电荷输运机制。随着导电填料颗粒的体积占比增大,隧道传导的影响逐渐消失。在S. Merilampi等人的实验中,导电填料在固体物质中占比为83-95%(重量占比)。因此,可以忽略隧穿效应,并且在样品拉伸期间需考虑跳跃电导对导电性的影响。

基于这些理论,S. Merilampi等人的实验证明样品的薄层电阻值随固化温度升高而降低,这一趋势一直保持到120℃,此后样品的薄层电阻值呈现出饱和现象。此外,还有研究指出,导电浆料中各组分的含量也对材料阻值有一定影响,在一定程度下,功能相(银)含量越高,样品的方阻值越低,玻璃相的质量分数对方阻也有很大的影响。玻璃相的质量分数存在一个临界值5%。当玻璃相的质量分数为5%时,导电颗粒的数量已经足够形成较为完整的导电通路,所以厚膜的方阻值在玻璃相的质最分数小于5%时随玻璃相的减少降低缓慢;当玻璃 相的质量分数大于5%时,随玻璃相的增加,完整的导电链不断减少,厚膜的方阻值急剧增加。此处常使用的典型的玻璃相组分就是玻璃粉。

若要利用材料的温阻特性,就一定要考虑到材料的TCR即电阻温度系数。玻璃相的质量分数对导电浆料的TCR也有较大的影响。与之前所述类似当玻璃相质量分数小于5%时,混合材料的TCR基本保持不变;而随着厚膜电阻中玻璃相的增加,由于玻璃本身的脆性,热冲击过程中,热应力增加,导致更多缺陷的产生,从而造成厚膜电阻对温度变化更为敏感,TCR负值变大。

同样的若要利用材料的压阻特性,则要考虑材料与基底的粘附性,材料的弯曲强度以及材料在弯曲和拉伸状态下方阻值的变化,粘附性的问题前面已经简单说明了。而在S. Merilampi等人的实验中,浆料在10000次弯曲循环期间都没有发生断裂,说明它们的弯曲强度都很好。在拉伸实验中,随着材料拉伸程度增大,材料的薄层电阻值会显著增大,弯曲实验中,在10000次弯曲循环期间,材料的薄层电阻至多能增加30%。

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