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【PI研究进展】3D打印聚酰亚胺材料

时间:2019-03-08 14:58 来源:聚酰亚胺科技 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
        材料喷射(Material Jetting,MJ)是增材制造领域主流3D打印技术之一,随着MJ技术在印刷电路板(PCB)的发展,制备出了各种类型的印刷电子器件,包括晶体管、电容器、电传感器、柔性电路板等。所有这些研究均基于单面电路板设计,然而单面电路板的电路设计自由度和电路密度有限,为了避免可能的短路故障,导电线轨不允许在其路径中具有任何交叉点。在工业制造中通常使用双面PCB电路,导电线路通常被放置在板的两侧,以获得更紧凑的结构和增加电路板密度。为实现高的电路密度,在交叉点需要有选择地沉积绝缘材料,为电路创建绝缘桥接。聚酰亚胺(PI)作为一种高性能的层间介电材料,在微电子领域有着重要应用,在集成电路制造和微机电系统器件中起到至关重要的保护作用。 

喷墨打印的PAA合成示意及可打印参数


近期,研究人员开发了一种可喷墨打印PI的方法,引入马来酸酐(MA)合成了可用于MJ的高性能PI前驱体墨水。基于实时的热酰亚胺与反应注射成型技术,该PI前驱体墨水可通过印刷法制备形成具有可控尺寸、均匀致密的PI薄膜,避免了开裂等缺陷且形貌显著改善,利用该PAA墨水进行了复杂电路板的制备。


(a) differentsubstrate temperatures (120, 150, 180℃) and number of layers (1, 3 and 6 layers);

(b) inkjet printing and (c) casting.

打印PI薄膜的表面形貌和SEM照片

打印PI薄膜的表面粗糙度




FTIR分析结果表明,在180℃下加热15min以上,打印的PAA液滴可在印刷过程转化为PI,从而使印刷打印成为连续制程。研究了不同基材温度对PAA试样的成核及表面形貌的影响。与之前报道的产品相比,该打印PI油墨没有显示出明显的咖啡环效应。结果表明,随着衬底温度的升高,薄膜的直径减小,但表面高度增大,同时薄膜的表面粗糙度降低,从而产生锐利边缘。研究表明,所印刷制备的PI薄膜的介电常数为3.41±0.09,热降解温度约为500℃,两者均与市售PI薄膜产品相当。 



打印PI薄膜的制备工艺及表征


该PI体系可用来生产复杂的电路板结构,实现导电银线路与PI电介质绝缘层的共同印刷。研究人员先后打印了一系列PI绝缘膜,尺寸为200×200μm~ 500×500μm,并将其用于两条交叉导电线路的绝缘,即在两个电路图案的交叉点处选择性地沉积4μm厚度左右的绝缘层。

PAA喷墨制备复杂电路板过程示意


打印PI薄膜对导电线路的分割及所制备电路


结果表明,此类连续PI印刷工艺可以为复杂的单层电路制备提供了一种更通用、更有效的方法,为用户提供了更高设计自由度来实现更紧凑高性能PCB结构。

研究成果发表在国际学术期刊 Additive Manufacturing(2019,25:477-484),第一作者和通讯作者分别为英国University of Nottingham的Fan Zhang和Yinfeng He。

(责任编辑:中国3D打印网)

weixin
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