打印导线可靠性测量方法优化

在使用液态金属丝网印刷方法制作电子线路时，线路的电气稳定性是一项重要的研究内容［6］。图8.14a显示了打印的一个线电阻器和一个插式电容器的电阻—温度、电容—温度曲线图，在温度从26.5℃变化到45.5℃时，电阻器的电阻值从3.800 Ω上升到3.844 Ω，而电容器的电容值则从2.408 nF下降到2.344 nF。这个变化现象可以解释如下：温度升高时，液态金属原子的无规则运动加剧，从而阻碍了自由电子的运动，因此导致金属导电性的降低，即电导率变小，电阻率变大。为了测量金属导电线路的长期稳定性，对一个打印的线电阻器进行了18h的电阻连续测量，结果显示在图8.14b中，电阻的测量平均值和标准差分别为5.123 Ω和0.013 Ω，显示出其稳定的电学性能。

图8.14　打印对象特性［6］

a.打印电阻器的电阻-温度曲线和打印电容器的电容温度曲线，上、下插图分别为打印的插式电容和线电阻，标尺长度分别为10 mm和5 mm；b.打印电阻器的耐久性测试曲线。(www.xing528.com)

为了说明液态金属丝网印刷方法在柔性电路制造中应用的可行性，可引入折弯测试来研究弯曲对电路稳定性的影响［6］。将一个打印的线电阻器折弯不同的角度：-180°、-90°、0°、90°、180°，且弯曲半径为15 mm时的电阻测量值如图8.15a所示。几个弯曲角度的电阻值有一些差异，其原因是在基底弯曲时打印的液态金属导线存在微小的形变，另外也有电路连接线与液态金属之间接触电阻的影响。对电阻器进行重复弯折，每50次折弯测量一次电阻值，结果显示于图8.15b中。从图中可以看出，在所有的1 000次弯折中，电阻变化很小（在2.022 Ω和2.240 Ω之间变动），这表明线电阻器具有很好的机械稳定性，适合用于对线路形变有很高要求的柔性电路中。

图8.15　线电阻器在不同弯曲角度和不同弯折次数时的阻值［6］

a.不同弯曲角度，插图是弯曲角度θ、半径R的示意图；b.不同弯曲次数。