壁面滑移在正面銀漿絲網(wǎng)印刷中的應(yīng)用

茍鵬飛 伍 洋 楊 紅

（四川東樹(shù)新材料有限公司，四川 德陽(yáng)618000）

1 概述

正面銀漿是一種由導(dǎo)電相、粘接相以及有機(jī)成分所組成的具有良好的絲網(wǎng)印刷性能的電子漿料[1]。正面銀漿所具有的這種良好的印刷性能與其本身的流變特性有著密切的關(guān)系，例如：漿料呈現(xiàn)出一定的觸變性,印刷后使?jié){料能保持好的形態(tài)[2,3]，這都是漿料流變特征的體現(xiàn)。絲網(wǎng)印刷銀電極的主要挑戰(zhàn)之一是需要正面電極不斷減小電極寬度，同時(shí)最大程度地提高高度[4]。洛倫茲等人對(duì)于電極寬度的一個(gè)預(yù)測(cè)，已發(fā)布的電極寬度范圍大約為120μm（2005 年報(bào)告）至28μm（2018 年報(bào)告），每年大約減少7 微米[4]。

銀漿的可印刷性與其流變行為直接相關(guān)，特別是屈服應(yīng)力、剪切速率依賴性粘度和觸變性等。在流變特性其他研究領(lǐng)域中，濃懸浮液的流動(dòng)和變形行為應(yīng)避免打滑，并限制測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，銀漿和絲網(wǎng)之間存在的滑移，對(duì)穩(wěn)定印刷反而有很大的幫助。

Sebastian Tepner[4]等人提出了引入壁面滑移影響因子來(lái)評(píng)估漿料的壁面滑移。首先采用剪切應(yīng)力掃描的模式，得出了在剪切應(yīng)力掃描下漿料旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與應(yīng)力的關(guān)系，找到臨界剪切應(yīng)力點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)即為漿料開(kāi)始出現(xiàn)滑移的臨界點(diǎn)。在臨界應(yīng)力下，測(cè)試出漿料能達(dá)到最大滑移值95%所用的時(shí)間，根據(jù)以下公式計(jì)算出壁面滑移因子：

但此模型的應(yīng)用比較有限，對(duì)于滑移值95%所需要的時(shí)間的判定比較模糊，隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，漿料表面的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速一直呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，只是在后半段上升變慢。由此，我們無(wú)法準(zhǔn)確的找到所謂滑移最大值95%的時(shí)間點(diǎn)?；谏鲜鲈颍覀冃枰剿鞒龈鼮檫m用目前正面銀漿的壁面滑移測(cè)試方法以及探討壁面滑移在絲網(wǎng)印刷中的應(yīng)用，為正面銀漿的開(kāi)發(fā)提供有益的幫助。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

a.流變儀(Anton Paar, MCR 系列)。平板轉(zhuǎn)子,PP20。

b.網(wǎng)版和印刷機(jī)均為常見(jiàn)產(chǎn)線所使用的型號(hào)和機(jī)型。

2.1.2 試劑

太陽(yáng)能電池用正面銀漿a、b、c 分別來(lái)源于國(guó)內(nèi)外不同漿料制造廠家。

2.2 測(cè)試方法

2.2.1 屈服應(yīng)力測(cè)試

采用剪切應(yīng)力掃描的方法，PP 平板測(cè)量系統(tǒng)，d=0.15mm;剪切應(yīng)力變化從1～1000Pa 并呈對(duì)數(shù)規(guī)律變化，取點(diǎn)時(shí)間方面沒(méi)有特殊要求，為設(shè)備自由取點(diǎn)。

2.2.2 壁面滑移測(cè)試方法

方法A：根據(jù)2.2.1 中剪切應(yīng)力掃描進(jìn)行屈服應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果，作剪切應(yīng)力（X 軸）與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（Y 軸）的變化曲線圖。根據(jù)曲線的斜率來(lái)判斷壁面滑移的大小。

方法B：在恒定應(yīng)力下，測(cè)試轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化。恒定應(yīng)力的選取和2.2.1 中所測(cè)試的屈服應(yīng)力有直接關(guān)系，可根據(jù)屈服應(yīng)力具體情況來(lái)做調(diào)整。測(cè)量系統(tǒng)仍然為PP 平板測(cè)量系統(tǒng)，間隙采用d=0.15mm，取點(diǎn)時(shí)間為自由取點(diǎn)或者根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，沒(méi)有強(qiáng)制要求。

2.2.3 印刷測(cè)試

將上述三個(gè)漿料a、b、c 采用同樣的印刷方法進(jìn)行印刷，觀察印刷后的電極形貌差異。

3 結(jié)果分析

3.1 屈服值測(cè)試結(jié)果

在壁面滑移測(cè)試中，屈服應(yīng)力可以看作是一個(gè)臨界剪切應(yīng)力點(diǎn)，是漿料開(kāi)始產(chǎn)生壁面滑移的臨界點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果如下圖1 所示：

圖1 不同正面銀漿的屈服值測(cè)試結(jié)果

從圖1 可以看出，不同的漿料之間屈服值存在一定的差異性，漿料的屈服值不能太小，過(guò)小的屈服值對(duì)于漿料的流平以及后期絲網(wǎng)印刷時(shí)電極線寬的控制有不利的影響；而屈服值過(guò)大，漿料偏硬，需要更大的力才能迫使其產(chǎn)生流動(dòng)。由圖中可以看到，漿料a 在50Pa 附近，漿料b 在150Pa 附近，漿料c 在180-200Pa 之間。因此，后續(xù)壁面滑移測(cè)試方法B 中所選用的恒定壓力可以在大于200Pa 的范圍內(nèi)，但不能過(guò)于超出屈服應(yīng)力值，遠(yuǎn)大于屈服應(yīng)力值的恒定應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間的剪切作用下，會(huì)導(dǎo)致漿料的打滑，從而產(chǎn)生無(wú)效數(shù)據(jù)。此時(shí)施加在漿料上的剪切應(yīng)力因?yàn)闈{料形態(tài)的劇烈變化而產(chǎn)生了不均勻的現(xiàn)象，從而致使轉(zhuǎn)子上方旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的測(cè)定出現(xiàn)了不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3.2 壁面滑移方法A 測(cè)試結(jié)果

壁面滑移方法A 僅在屈服應(yīng)力的測(cè)試模型內(nèi)增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的測(cè)定值。測(cè)試結(jié)果如下圖2 所示：

圖2 數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

從曲線的斜率來(lái)看，漿料a 和漿料c 在斜率上是有一定差異性的，且漿料c 的曲線斜率小于漿料a，說(shuō)明漿料的壁面滑移比漿料a 略低；漿料b 單從曲線斜率上看，其與漿料a 的斜率接近，無(wú)法準(zhǔn)確判斷出兩者的差異性。而經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法刮刀法判定，三款漿料在刮刀上的滑動(dòng)速度大小關(guān)系為：漿料c>漿料b>漿料a。顯然，經(jīng)驗(yàn)測(cè)試方法與壁面滑移A 方法所測(cè)得的結(jié)論是相違背的。

3.3 壁面滑移方法B 測(cè)試結(jié)果

壁面滑移方法B 則是采用在恒定應(yīng)力下對(duì)漿料進(jìn)行一個(gè)一定時(shí)間的剪切作用，觀察和檢測(cè)漿料上轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的變化來(lái)測(cè)試壁面滑移速率。測(cè)試結(jié)果如下圖3 所示：

圖3 數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

3.4 印刷測(cè)試結(jié)果

漿料的壁面滑移值越高越有利于漿料的過(guò)網(wǎng)，即漿料具有更好的絲網(wǎng)印刷性能，而降低壁面滑移則有可能會(huì)引起漿料的長(zhǎng)期印刷性及過(guò)網(wǎng)性。目前，在漿料開(kāi)發(fā)中，除了要滿足客戶在濕重、電性能等方面的要求，也需要同時(shí)考慮流變風(fēng)險(xiǎn)，權(quán)衡好濕重與壁面滑移性能。下圖4 為漿料a、b、c 在相同印刷條件下測(cè)試的電極形貌。

圖4 漿料a、漿料b、漿料c 的3D 形貌圖

從圖4 中我們可以看出，漿料c 的頸縮現(xiàn)象是明顯小于漿料b 和漿料c，說(shuō)明漿料的壁面滑移在一定程度上有可能對(duì)其過(guò)網(wǎng)性能產(chǎn)生影響，漿料的壁面滑移較低時(shí)，說(shuō)明漿料與絲網(wǎng)壁的相對(duì)滑動(dòng)減弱，過(guò)網(wǎng)性能變差，因此，網(wǎng)版印跡非常嚴(yán)重，漿料頸縮現(xiàn)象明顯。在絲網(wǎng)印刷過(guò)程中，漿料從網(wǎng)孔的脫落不僅包含了漿料與不銹鋼絲網(wǎng)的滑動(dòng)，還有漿料與感光乳膠之間的滑動(dòng)，后者的相對(duì)滑動(dòng)較前者更低。因此，在漿料的開(kāi)發(fā)過(guò)程中更應(yīng)該引入壁面滑移值的測(cè)定。

4 結(jié)論

使用流變儀對(duì)漿料的壁面滑移性能進(jìn)行了測(cè)試，相對(duì)于Tepner 等人的壁面滑移因子模型來(lái)說(shuō)，測(cè)試方法B 的可操作性更優(yōu)，同時(shí)其與經(jīng)驗(yàn)刮刀測(cè)試法的結(jié)果更為相近。而測(cè)試方法A雖然可操作性及重復(fù)性好，但其結(jié)果的準(zhǔn)確性不佳。因此，測(cè)試方法B 是可用于正面銀漿壁面滑移值的測(cè)定，為正面銀漿的開(kāi)發(fā)提供有利的幫助。