Pencetakan Nanopartikel Tembaga &Laser Hijau:Solusi Papan Sirkuit Resistivitas Rendah yang Hemat Biaya
- Teknik pencetakan lapisan tipis baru menggunakan oksida tembaga dan sinar laser hijau untuk mencetak papan sirkuit elektronik.
- Ini lebih efisien dan lebih murah dibandingkan metode tradisional.
- Ini menggunakan proses sintering fotonik untuk mencapai resistivitas rendah.
Papan sirkuit tercetak menghubungkan komponen listrik melalui bantalan konduktif, track, dan beberapa lembar tembaga. Komponen ini biasanya disolder ke sirkuit, dan track berfungsi sebagai kabel tetap yang diisolasi satu sama lain oleh bahan substrat papan.
Tujuan utama dari papan ini adalah untuk mengurangi berat, ukuran, dan biaya komponen yang digunakan dalam sirkuit. Banyak strategi pencetakan langsung telah diadopsi selama dekade terakhir. Masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Salah satu metode tersebut adalah pencetakan tinta nanopartikel logam, yang merupakan proses sederhana, murah, dan cepat.
Minat terhadap bidang ini terus meningkat karena potensinya dalam memproduksi papan yang lebih murah dan lebih efisien dibandingkan metodologi tradisional. Baru-baru ini, ilmuwan Korea di Universitas Soonchunhyang mempelajari teknik pencetakan lapisan tipis berdasarkan kekuatan laser, kondisi sebelum pemanggangan, kecepatan pemindaian, dan efek ketebalan film.
Mereka menemukan bahwa sirkuit elektronik dapat dicetak lebih efisien dengan tinta nanopartikel tembaga dan sinar laser hijau. Sebelumnya, mereka bereksperimen dengan tinta nanopartikel perak namun mengalihkan fokus mereka pada tembaga sebagai alternatif yang layak dan berbiaya rendah.
Eksperimen
Tinta logam nanopartikel memiliki titik leleh yang lebih rendah dibandingkan dengan logam besar. Misalnya, tembaga memiliki titik leleh 1083°C dalam jumlah besar, sedangkan nanopartikel tembaga dapat diturunkan hingga titik leleh 150-500°C melalui proses yang disebut sintering, di mana logam diberi tekanan atau dipanaskan tanpa melelehkannya hingga titik pencairan. Kemudian keduanya digabungkan dan diikat menjadi satu.
Untuk melakukan hal yang sama, para peneliti memilih sinar laser hijau karena perubahan laju penyerapan panjang gelombang yang sesuai (500 hingga 800 nm). Mereka menggunakan tinta nanopartikel tembaga oksida (tersedia di pasaran) yang dilapisi dengan spin pada kaca dengan dua kecepatan putaran untuk mencapai ketebalan yang berbeda.
Referensi:Kemajuan AIP | doi:10.1063/1.5047562 | Penerbitan AIP
Untuk mengeringkan pelarut sebelum sintering, para peneliti memanggang bahan terlebih dahulu, yang merupakan langkah penting untuk mengurangi ketebalan lapisan oksida tembaga dan mencegah ledakan gelembung udara yang dapat terjadi akibat mendidihnya pelarut secara tiba-tiba selama iradiasi.
Mereka melakukan beberapa pengujian sebelum menyimpulkan bahwa suhu sebelum memanggang yang sempurna adalah kurang dari 200°C. Mereka juga mencari konfigurasi optimal kecepatan pemindaian dan daya laser selama sintering untuk meningkatkan konduktivitas sirkuit.
Prosedur kerja percobaan | Atas izin peneliti
Dalam studi ini, hasil sinter terbaik diperoleh dengan daya laser 0,3-0,5 watt, dan konduktivitas yang diinginkan dicapai dengan kecepatan pemindaian laser tidak lebih lambat dari 10 milimeter per detik, atau lebih cepat dari 100 mm/s.
Sejauh menyangkut ketebalan film, sintering berkurang hingga 74% ketebalan (dari 546 menjadi 141 nanometer). Kekompakan dan konektivitas bahan nano bergantung pada pengurangan ketebalan setelah sintering:pengurangan ketebalan yang berlebihan menyebabkan resistivitas yang lebih rendah. Oleh karena itu, dalam kasus ini, resistivitas yang diukur turun antara 9,5 dan 20 μΩ·cm.
Baca:Nanopartikel Emas Dapat Meningkatkan Penyimpanan Energi Matahari
Secara keseluruhan percobaan menunjukkan bahwa sejumlah kecil pelarut yang tersisa dalam film oksida tembaga diperlukan untuk mendapatkan sintering yang seragam dengan kerusakan film yang minimal selama proses sintering laser. Pada penelitian berikutnya, peneliti akan menyelidiki efek substrat pada sintering.
