国家标准计划《3D打印电路用固化银浆》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC5(全国有色金属标准化技术委员会贵金属分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 西北大学 、贵研电子科技有限公司 、北京科技大学 、京东方科技集团股份有限公司 、北京京东方创元科技有限公司 、芯体素(杭州)科技发展有限公司 、西安宏星电子浆料有限责任公司 、中国有研科技集团有限公司 、西北有色金属研究院 、西安振博蓝桥科技有限公司 、陕西科技大学 、桐柏泓鑫新材料有限公司 、宁夏中色新材料有限公司 、北京中科纳通电子技术有限公司 。
| 77 冶金 |
| 77.150 有色金属产品 |
| 77.150.99 其他有色金属产品 |
低温导电银浆
一、项目背景与必要性 随着电子工业向轻薄化、柔性化和高性能化方向快速发展,增材制造技术(俗称3D打印)在电子领域的应用深度和广度持续拓展。
其中,互联导通电银浆料作为电子元器件中实现导电功能的关键材料,其性能优劣直接决定了最终产品的质量与可靠性。
特别是在当前电子信息产业高速发展的背景下,3D打印电子市场呈现出爆发性增长态势,对高性能、特种功能的导电银浆料需求与日俱增。
与传统印刷电子工艺不同,3D打印用互联导电银浆的研发是当前全球先进制造与电子材料领域的重要战略方向,其发展态势直接关系到国家在高端电子制造领域的核心竞争力。
3D打印电子技术能够实现立体电路结构、嵌入式电子元件和柔性可拉伸电路的直接制造,极大地拓展了电子产品设计与功能集成的可能性。
从国际研究进展来看,美国、欧盟、日本等发达国家和地区已在此领域进行了系统性的战略布局。
3D打印导电银浆料的尖端技术主要被少数几家国际企业所垄断,包括日本的同和控股集团和美国的AMES公司等。
这些企业凭借长期的技术积累和研发投入,在高端导电银浆料领域形成了强大的技术壁垒和市场优势。
美国通过"先进制造国家战略"等计划,支持多家顶尖研究机构与企业联合开发了基于气溶胶喷射打印技术的纳米银浆体系,其创新的核壳结构银颗粒与特种有机载体配方,使得浆料在保持优异导电性(体积电阻率可达的同时,实现了线宽小于10微米的高精度三维电路直接打印。
欧盟在"地平线欧洲"计划框架下重点支持的多功能集成打印技术,则通过开发独特的低温烧结工艺,使银浆的固化温度降至150℃以下,极大拓展了在热敏感聚合物基板上的应用空间。
瑞士苏黎世联邦理工大学开发的 "纳米液滴"3D打印技术 能够以金、银纳米颗粒为原料打印出超薄的"纳米墙",制造出前所未有的透明导电电极,其性能远超传统的氧化铟锡材料。
这项技术的成功表明,纳米级银浆的精确控型和成型能力已成为下一代高性能电子设备的制高点。
相比之下,我国在该领域的研究与产业化仍面临若干突出问题和挑战。
在核心材料体系方面,高性能球形及片状银粉、特种有机载体等关键基础材料仍高度依赖进口。
据统计,国内高端银粉年进口量超过500吨,其中适用于3D打印的特定规格银粉进口比例高达85%以上。
这种原材料依赖不仅导致成本居高不下,更使供应链存在较大风险。
在浆料配方设计与打印工艺的协同优化上,国内研究多停留在单一性能指标的追求,缺乏对"流变特性-打印行为-固化动力学-最终性能"全链条的系统理解与调控能力。
具体表现在连续打印过程中常出现喷嘴堵塞、线路边缘锯齿明显、层间结合力不足等问题,严重影响产品的可靠性与一致性。
虽然西北有色金属研究院、善仁新材料、西北大学等在3D打印导电银浆料领域也取得了一定的研究成果,但是与国际先进水平相比,国内技术在批次稳定性、纳米粒径调控以及分散性能等方面仍存在明显差距。
特别是在面向新型显示的微细银网格、面向微波毫米波电路的金属化通孔等高端应用领域,国内产品性能与进口产品仍有较大差距。
值得注意的是,国际领先企业正致力于推动第二代、第三代3D打印导电银浆的研发。
这些新型浆料不仅关注基本的导电性能,更注重实现多功能集成。
例如,德国某知名企业最新推出的光固化复合银浆,可通过紫外LED实现选择性区域固化,支持嵌入式电阻、电容元件的同步制造。
日本企业在银浆的流变学调控方面取得了突破性进展,通过精确设计银微粒的形貌分布及表面改性技术,开发出具有自适应粘弹特性的专用浆料,能够根据打印速度自动调整流变行为,显著提升了直写成型的稳定性和成型精度,其打印结构的纵横比可达10:1以上。
同时,发达国家对高端导电银浆料的技术输出保持谨慎态度,特别是在一些尖端应用领域,如军事电子、航空航天电子等,对中国实行严格的技术封锁和产品禁运。
这使得我国相关产业面临"卡脖子"的风险,严重威胁国家信息安全和产业链安全。
立项必要性 当前,国内3D打印用互联导电银浆料产业面临的最核心且紧迫的问题,是缺乏一套统一、权威且针对性强的国家标准体系。
这一根本性的缺失,直接导致了从原材料选择、配方工艺到终端应用的全链条困境。
在产品层面,由于缺乏明确的技术性能指标和统一的测试评价方法,市场上各类自称适用于3D打印的导电银浆料性能悬殊、真假难辨,其流变特性、打印适性、固化后的导电性与可靠性等关键参数宣称混乱,使得下游用户在选择时无所适从,严重阻碍了优质产品的识别与推广,同时也为低质产品的泛滥提供了空间,最终制约了整个产业技术水平的提升与健康发展。
一、范围 本标准适用于采用直写成型、喷墨打印、立体光固化等增材制造技术制备电子电路用的固化银浆材料。标准规定了3D打印电路用固化银浆的分类与标记、技术要求、试验方法、检验规则以及包装、标志、运输和储存等要求。 本标准适用于以银粉、银合金粉为主要功能相,通过添加有机载体、功能助剂等制成的各类固化银浆产品,主要应用于柔性电路、印刷传感器、天线、电子标签等电子元件的增材制造。 二、主要技术内容 1. 术语和定义 明确3D打印电路用固化银浆相关术语,包括但不限于: 3D打印电路用固化银浆:适用于增材制造技术、通过固化形成导电电路的银浆材料。 打印适应性:银浆材料与3D打印设备匹配的性能,包括挤出性、铺展性和形状保持性。 细度测定:打印浆料制备后通过细度仪测试的最小细度值。 粘度测定:3D打印浆料的精准表征非牛顿流体(银浆)的粘度特性值。 线宽保持率:打印线条固化后宽度与设计宽度的比值。 层间结合强度:多层打印时层与层之间的结合性能。 体积电阻率:材料单位体积内的电阻,表征导电性能。 固化收缩率:材料固化前后体积变化率。 浆料稳定性:材料长期存放后粘度、触变性等流变特性保持不变的能力。 抗迁移可靠性:材料在长期通电工作的情况下,抵抗由电迁移或电化学迁移导致电路短路或断路的能力。
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