董琪婧，陳曉東 ,鄭 驤，邱 莉，韓 佳

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080；2.青島智匯紡科技有限公司，山東 青島 266000）

柔性電子印刷技術(shù)的原理是使用具備電子功能的油墨，在柔性承印物上利用精密印刷技術(shù)來制作電子器件或電路，印刷后的電路具備相應(yīng)的電子功能。柔性電子印刷技術(shù)在射頻識別標(biāo)簽、傳感器、薄膜晶體管、超級電容器[1-4]等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。印刷是一種成本較低，將導(dǎo)電物質(zhì)印刷在印承物上的制備方法，主要分為接觸式和非接觸式印刷。目前最常用的是絲網(wǎng)印刷技術(shù)和噴墨印刷技術(shù)。柔性電路中基底主要有紙基[5]、聚合物基底[6]，如聚酰亞胺（PI）、聚碳酸酯（PC）等和紡織物基底[7]。與普通聚合物電路板比較，紡織品電路重量輕，對皮膚友好，可見紡織基印刷電路在可穿戴電子領(lǐng)域具有較大應(yīng)用價(jià)值。每種柔性基材在印刷時(shí)都會(huì)受到基材與油墨之間的作用。常見的印刷材料主要有導(dǎo)電銀膠、金、銀、銅、石墨烯[8]、碳納米管[9-10]等。本文使用銀包銅油墨，通過絲網(wǎng)印刷的方式制備成織物基印刷電路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

NS101-M 單色、單工位絲印機(jī)，DLX890C 型萬用電能表，ND602 烤爐，MD5060 真空曬版機(jī)，烘版箱，NA104 手動(dòng)拉網(wǎng)頭，數(shù)顯平頭測厚儀，高精度黃金克稱電子秤，刮刀，80 目網(wǎng)框，不銹鋼杯40 mL，硫酸紙，攪拌棒，銀包銅粉末，印花透明膠漿，滌棉平紋布。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

印刷電路網(wǎng)版的制備：按比例調(diào)配感光膠，脫泡12h。在暗室環(huán)境下，使用上漿器由下到上，將網(wǎng)版正反面反復(fù)刮刷2 次，放入烘版箱烘干。在硫酸紙上打印設(shè)計(jì)圖，對打印圖案和網(wǎng)版進(jìn)行真空曝光，用高壓水槍在沖網(wǎng)箱中進(jìn)行清洗、干燥。其中，印刷電路圖案長度為25cm，寬度為0.2～1.0cm。

導(dǎo)電材料與基底面料的選擇：選擇銀包銅粉末，用透明膠漿按3∶5 的比例配制導(dǎo)電油墨。基底面料選擇規(guī)格為滌/棉4/6 滌棉平紋布。

油墨配制與印刷電路的制備：在印刷臺板上放置滌棉平紋布，用刮刀以30°角在平紋布上往復(fù)刮刷1次銀包銅油墨，分別刮刷1、3、5 層以制備柔性電路。

1.3 測試

1.3.1 厚度測試

使用數(shù)顯測厚儀，測出3 種不同材料刮刷1、3、5層的厚度，每種樣品測試5 次。

1.3.2 導(dǎo)電性測試

將DLX890C 型萬用電能表、鯊魚夾、銅片電極進(jìn)行連接，測量不同印刷次數(shù)，不同線寬對印刷電路導(dǎo)電性的影響。

1.3.3 織物彎折性測試

選取4 個(gè)線寬相同、印刷次數(shù)相同的樣品進(jìn)行彎折實(shí)驗(yàn)，觀察電阻變化。選擇印刷電路中心點(diǎn)位置作為彎折點(diǎn)，彎折后的印刷電路左右兩邊形成0°、30°、60°、90°的夾角，每彎折100 次對電阻進(jìn)行比較，探究彎折后角度、次數(shù)對樣品導(dǎo)電性的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 厚度分析

采用銀包銅油墨在滌棉平紋布上進(jìn)行刮刷，刮刷1 次，厚度在0.050mm±0.007mm，刮刷3 次，厚度在0.100mm±0.005mm，刮刷5 次，厚度在0.180mm±0.004mm。隨著刮刷次數(shù)增加，導(dǎo)電金屬層厚度也增加。隨著印刷次數(shù)增加，電路厚度增加，電路的完整性和均勻性逐漸提高，印刷厚度趨于均勻，誤差波動(dòng)較小。

圖1 是銀包銅油墨印刷次數(shù)不同時(shí)的厚度誤差棒，印刷整體厚度較為均勻，印刷1 層誤差為±0.7 %，印刷3 層誤差為±0.5%，印刷5 層誤差為±0.4%。

圖1 銀包銅油墨印刷次數(shù)、線寬對厚度的影響

2.2 導(dǎo)電性分析

探究導(dǎo)電銀包銅油墨不同印刷層數(shù)、不同線寬對織物印刷電路導(dǎo)電性的影響。

采用銀包銅油墨刮刷1 次，電阻在79.62～480.28Ω，刮刷3 次，電阻在6.56～35.24Ω，刮刷5 次，電阻在4.72～33.02Ω。圖2 為銀包銅油墨印刷不同次數(shù)、寬度的電阻變化及誤差，右上角圖片為印刷不同次數(shù)的實(shí)物圖，由圖2 可知印刷電路測出電阻波動(dòng)較小。

圖2 銀包銅油墨印刷次數(shù)、線寬對電阻的影響

電阻率的計(jì)算見公式（1）。

式中：R為電阻，ρ為電阻率，l為長度，A為截面積。

印刷1 次可測出電阻，證明電路已形成導(dǎo)電路徑，電阻較大但分布不均勻。電路印刷次數(shù)與電阻變化成反比。在印刷寬度一致時(shí)，隨著印刷次數(shù)增加，厚度增大，相同寬度橫截面積增加，由電阻率公式（1）可知，在電阻率ρ 和長度l 數(shù)值一定時(shí)，產(chǎn)生的阻力R 減小。因此，隨著印刷次數(shù)增加，電阻逐漸減小。印刷次數(shù)增加，電阻波動(dòng)減小。這是由于隨著印刷次數(shù)增加，印刷電路趨于完整，電阻呈現(xiàn)相對穩(wěn)定的趨勢，誤差波動(dòng)減小。印刷1 次和印刷3 或5 次差異比較明顯，這是由于印刷1 次存在顆粒分布網(wǎng)絡(luò)較為簡單的情況，電流通過不夠通暢。印刷3 次和5 次比較，電阻差異較小，印刷多2 次但電阻變化差異不明顯。

2.3 彎折程度對導(dǎo)電穩(wěn)定性的影響

綜合考慮效果和成本問題后，使用銀包銅油墨1cm 線路寬度，0.1mm 印刷厚度的4 個(gè)樣品進(jìn)行彎折實(shí)驗(yàn)，觀察電阻變化。探究導(dǎo)電油墨不同印刷厚度、印刷線路寬度對滌棉織物印刷電路導(dǎo)電性的影響。圖3是線路寬度為1.0cm，印刷厚度為0.1mm 的銀包銅印刷電路，按照0°、30°、60°、90°彎折角度彎折的印刷電路電阻的數(shù)據(jù)。

圖3 銀包銅油墨彎折角度對電阻的影響

由圖3 可知，在印刷寬度、印刷厚度一致時(shí)，隨著彎折次數(shù)增加，電阻逐漸增加。開始彎折時(shí)測試樣電阻變化較大，隨著彎折次數(shù)增加，彎折位置形成較為穩(wěn)定的堆砌結(jié)構(gòu)，因此電阻變化逐漸減小，曲線變化減緩。隨著彎折后角度的減小，電阻逐漸增加。彎折后角度為0°時(shí)對印刷電路影響最大，其導(dǎo)電性能下降較為明顯。彎折后角度為30°、60°、90°對導(dǎo)電性能的影響較小，電阻變化不明顯。

3 結(jié)論

本研究采用銀包銅粉作為導(dǎo)電材料所配制出的導(dǎo)電油墨，通過絲網(wǎng)印刷的方式在滌棉平紋布上印刷電路，制備成以織物為基底的柔性印刷電路，結(jié)論如下。

（1）同種材料，長度相同，印刷線路寬度相同時(shí)，隨著印刷電路厚度增加，電阻降低，誤差波動(dòng)越小，導(dǎo)電性越好。

（2）同種材料，長度相同，印刷電路厚度相同時(shí)，隨著印刷線路寬度增加，電阻減小。

（3）相同線路寬度，同種材料，厚度相同時(shí)印刷的電路，隨著彎折次數(shù)增加，電阻逐漸增加。在大于30°彎折角度下穩(wěn)定性較好。

綜上所述，控制其他變量不變，印刷電路在印刷厚度為0.18mm，印刷線路寬度為1cm 時(shí)，導(dǎo)電效果最佳，且彎折后角度在30°、60°、90°時(shí)對電阻影響較小。本文總結(jié)得出的柔性印刷電路的最佳工藝，對企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)具有一定的價(jià)值，可為今后智能服裝的開發(fā)提供參考。