印刷电子基材表面处理技术优化方案

用于电子器件的可印刷基材有刚性的玻璃、金属和柔性的塑料、纸张等。根据基材的特性可将印刷电子扩展更多的分支，如塑料电子、纸电子、柔性电子等。不同的基材，除了厚度、密度有较大区别外，其透光性、热膨胀系数、耐热性、耐化学性、表面粗糙度、表面能等基本性能差异较大，如表2-4所示。一般根据印刷电子产品本身、制造工艺要求等来选择承印基材。例如，对于要求透光性高的产品需要选择透光性好的基材，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）；对于需要后处理加热的产品，需要选择耐热性高的基材，如聚酰亚胺（PI）、玻璃，而纸张、PET等无法用于高温后处理。此外，塑料基材平整光滑，但表面能低，油墨在其表面无法铺展，印刷的图案膜层表面不均匀；纸张表面相对粗糙，造成印刷薄膜不连续，最终会影响印刷导电油墨的导电性，同时，其孔径大、孔隙度高，使其吸墨速度快，油墨大多渗透到纸张内部；纺织品包括织造织物、非织造织物，其粗糙度更大、孔隙度更高，油墨在其表面扩散严重，同时，表面的纤维毛细作用强，使油墨更容易渗透。因此，这些基材用于电子器件制造前需对其进行表面改性。常用的表面改性方法有等离子体处理、涂层处理等。

表2-4　电子器件制造常用基材及相关性能

（一）等离子体处理

低温等离子体作为一种基材处理工艺，与塑料印刷中的电晕方法类似，可实现对基材表面进行清洗、活化并增加表面能，处理过程如图2-5所示。等离子体是由高强度直流电弧放电即高频感应耦合放电产生的，其作用机理是等离子体中的大量电子、离子、激发态的分子和原子、自由基等活性粒子与基材表面相互作用使其表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等复杂的物理和化学反应，并在材料表面形成一层带电的极性功能团（羰基、羧基、羟基等），从而增加材料的表面能，提高其表面吸附能力。例如，弹性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶本身的接触角为113.8°，具有疏水性，经等离子体处理后的接触角为34.9°，油墨容易在其表面润湿铺展能力。

图2-5　等离子体表面改性过程(www.xing528.com)

（二）涂层处理

除上述等离子体处理的方法外，为了使油墨容易在塑料基材上良好铺展，也可在塑料基底上涂布一层打底的高分子材料。为了满足应用要求，目前市场上销售的PET基底大部分是已经打底处理过的。而纸张的表面吸收性、表面粗糙度高，不利于油墨在其表面连续成膜，需通过纸张表面增加合适的涂层，如预涂层、光滑层（高岭土）、阻隔层（乳液）、压光层（高岭土）等，使纸张表面粗糙度从680nm变为55nm。也可在纸张表面淋膜低密度聚乙烯或碳酸钙层作为阻隔层，再涂布介孔层作为油墨吸收层，使印刷在其上的油墨中的溶剂快速渗透、功能填料在阻隔层处停留，结构如图2-6所示。这种纸适合水性的低黏度墨水。针对织物表面粗糙的特点，油墨在其表面渗透严重，特别是用于印刷电子基材后还需满足耐弯曲、耐洗涤、耐摩擦等要求，可在其表面先涂布一层树脂层（如聚氨酯）作为连接织物基底与上方油墨的中间界面层，可降低织物表面的粗糙度、减少印刷油墨的用量，同时可提高油墨的耐性。

图2-6　纸张表面涂层处理结构

（三）氟化处理

基材表面用氟硅烷氟化处理后可提高其疏水特性，降低油墨在基材表面的扩散，尤其对喷墨打印更有利。氟化处理是通过使氟硅烷分子在真空加热下气化，并沉积到具有活性基团的基材表面上，发生硅烷化反应，从而使基材表面被氟硅烷修饰。氟化处理后的表面呈现疏水甚至超疏水特性，油墨或墨滴在其表面上的三相接触线会收缩并滑动，从而有利于制备精细的图案。