1、银浆丝网印刷技术中连接料的影响摘要银浆被广泛的用于晶体硅太阳能电池的镀金的正面，印刷路承载高纵横比的导电线以降低电阻，提高整体设备效率。流变特性无论是在对描述丝网印刷时的浆料表现上还是在对表示晶片表面导电线路的印制上，都十分的重要。这项研究对三种不同的银浆和两个独立的组件（例如，银粉末和聚合物粘合剂）进行了系统的研究，通过增加即使十分少的连接料聚合物也能明显影响银浆印刷质量的情况来揭露流变性能是如何改变的。结果指出研究聚合物种类，聚合物的分子量及其重量百分比为在不改变其主要（粉）成分而系统地提高金属浆料的印刷性能的影响是必要的。介绍：晶硅太阳能电池已经被光伏技术的时代所占据。然而，这里还留有很
2、多进一步改进机械性能的可能。研究的主要方向就是怎样持续提高集成模块的效率。在这方面，金属浆料尤其是正面银浆的贡献快速的进入我们的视野。一个最佳的正面金属通常由多个细纹（指针）和两个连接线（母线）安排在一个纹路中。制造具有高纵横比( 高度和宽度) 的传导线路的能力是为了减少阴影以及保持线电阻低来增加来自太阳能电池效率的关键。丝网印刷技术，已被广泛用于上述目的的因为它早在 20 世纪 70 年代便首先被介绍给了光伏产业。Field 和 Scudder 首次证明了太阳能电池阵列互连可以通过丝网印刷技术实现。通过 Frisson 等人的后续工作。进一步证明了被用于制作太阳能电池的丝网印刷不会增加电阻。
3、最重要的一步是用橡胶滚筒将（银）浆推过丝网网孔，随后将其印在晶片表面。为了成功的应用这个印刷技术，几个工艺参数应该被优化。Cheek 等人，调查了对银基油墨一定玻璃料含量和烧成温度的功能稳定性。另一方面，各种印刷阶段的流变性能十分重要。Hoornstra 等人。表明振荡流变仪可以用来识别印刷字和印刷后的银浆回收动作。详细的报告焊料和太阳能浆料的流变学表征讨并论它们是如何影响漏印版的印刷性能的，他们继而发现了温度对焊膏的流变性能和流量（介质）系统的影响。最近，Lin 等人。提出填料的表面性质，这决定了在流体介质填料的分散性，是一个控制膏体的流变特性的关键因素。对焊膏和导电胶的倒装芯片组装的流变行
4、为的影响做了研究。Somalu 和 Brandon 应该是首先仔细观察聚合物连接料含量对有关燃料电池阳极的制备的丝网印刷油墨的流变性能的影响的人。为了研究硅基太阳能电池的应用，我们发现，早期的大多研究没有把注意力放在聚合物连接料、银粉的相互影响以及银浆的丝网印刷工作能力可能因此被改进, 部分原因是聚合物连接料只占很低的重量百分比而其标准中玻璃和银浆银粉占据了重量的 90%。在这方面，明确知识的缺乏, 会防止系统地探索材料加工的关系（这样的密切关系可以清楚地被看到，例如，焊膏和油墨的丝网印刷工作）关键是主要的绿色能源技术将会在现在和不远的将来被带进人们的生活中。从流变学的角度，众所周知，高分子材
5、料和胶体颗粒，像玻璃，粘土和银的力，具有明显的粘弹性特征，因此可以用来在光照下被用于互相补充借此控制进程和产品的功能。因此，目前的研究主要集中在系统地揭示聚合物粘合剂和银粉的流变特征，分别的评估聚合物添加剂影响整体的流变性能和印刷性能的方法。最后的实验视角是由首先被 Hoornstra 等人提出的实验设计评价的。已被证明能够模仿真实的丝网印刷工艺（例如，一个类似的计划，已经成功地运用在移印上） 。全部的发现得出了一个主要的结论，尽管一般较小的添加量，最终会烧毁在烧结过程中，聚合物连接料将起着至关重要的作用（这意味着它的必要性）与优化（强调进一步研究工作的需要）银浆的流变性保证、其可在丝网印刷过
6、程中被成功应用。结论是，一方面，暗示了开放的契机，在没有改变主（粉）金属浆料成分的情况下进一步提高整体模块的性能，另一方面，指出了系统地研究聚合物种类的影响的迫切需要，聚合物的分子量及其重量百分比（如上面提到的，最后的因素近期只被 Somalu 和Brandon 当作油墨的材料系统的研究过） 。材料和实验本研究中所用的材料和由达方电子有限公司提供（ROC） 。 “无机成分”在实验中指银粉、玻璃粉溶解在低挥发性有机溶剂中，在“有机成分”通常被称为车辆系统的代表，样品包括聚合物连接料和一些添加剂。银粉末由多瓦（日本）提供，粒径在 15m 范围内；玻璃包含 pb-b-si 并在一个同样大小的范围内。
7、EC（乙基纤维素）的聚合物粘合剂是由陶氏化学生产的（美国） ，在 ec300，ec45 和 EC4 按分子量递减的顺序排列。所用的溶剂是 DEBE（二乙二醇丁醚） ，用蓖麻油做成的触变剂买自 Aldrich 化学公司（美国）和分散剂（奥德里奇化工）是一种混合的硬脂酸和油酸。为制备银浆聚合物粘结剂和其他连接料首先溶解在溶剂中再加入银粉、玻璃粉。在被一个行星齿轮搅拌机搅拌后（库拉博 mazerustar kk-v300）样品经一三辊轧机轧制（艾卡特 E50）形成均匀的浆。无机和有机成分，分别按类似的程序制备。为比较的目的，两个商业银浆，标记为 CM-A 和 CM-B，同样进行了研究。所有的流变学测
8、量都在室温下控制配备 25 毫米直径的下板和 4上锥的应力流变仪(PHYSICA MCR 500) 来实现。在所有样本中锥板式夹具一直被认为有助于实现均匀变形（均匀切变率） 。在装货前，所有样品均轻度搅拌 3 分钟，以更好地保证均匀性。然后将样品通过适当调整间隙距离板装在下板并夹在锥间。加载样本定为至少 3 分钟前流变测量以减少从以前的加载过程所产生的记忆性影响。在稳态剪切进行流动实验，稳态剪切用于恒定范围内的样品的剪切速率（从低到高） 。在每个推进率下，进行实验测量直到达到稳定状态得到粘度，得到的粘度数据被用来绘制粘度曲线作为剪切速率的函数。在扫频测试中，由于线性粘弹性范围内的应变相对调查的
9、样本资料很小（即， 0.001。S8S10 提供的信息） ，在三个不同的应变幅度进行了从低到高的频率的扫频：=0.02,0.1 和 0.5, 因此结果是严格的给非线性动态模量。在资料提供的细节中，观察流诱导的结构重排，应力的斜坡，蠕变恢复，压力试验以及一步屈服测定被严谨的进行。作为一个整体，结果了提供银浆和它的两个主要成分的综合流变特性。结果和讨论稳定的剪切性能作为典型的银浆料的剪切流变行为的稳定图，自制的银浆的类似的表现已经被注意到。结果表明，剪切变稀无论在银浆还是其他金属浆中都是一种常见的现象。即，随着剪切率的粘度先减小，剩余的剪切速率基本维持在中等并保持恒定，并在更高的速率降低。粘度的中
10、间率决定于材料处于的阈值剪切力，我们稍后讨论它。通过这个，我们注意到流变光学的测量是由 Montesi 等人进行的。在一个（有吸引力的）乳液体系表明粘度与超分子排列和第一法向应力差的改变有关。有趣的是，在剪切速率大致相同的情况下，第一法向应力差的两衷银浆具有相似的信号改变。实际的原因，银浆产量或相应的结构变化过程不能用类似的流变光学方法解决。这种情况下，事实上，着重于不可缺少的流变对金属浆料的印刷性能的影响。虽然两种浆显示出几乎相同的流变性质的粘度曲线，可在其他几个重要方面有所不同。尽管上面提到的第一法向应力差相似，两银浆似乎在定量的方式下有很大的不同。虽然，目前尚不清楚这种特殊的流变量是否会
11、影响浆料的印刷性能。如下面的小节中讨论的，动态粘弹响应是有区别的，因此，可作为一个有用的指导方针来理解银浆与两大组成部分的流变性与印刷性能。动态粘弹响应在这一部分，流变数据反映于储能模量 G上，以及损耗模量 G，用于测量接受调查的所有样本材料而被提出的角频率函数。它将表明，这一策略提取的粘弹性响应，作为对比，更常在一个固定的频率进行应力扫描，在解开无机和有机之间的主要差异上十分有效组分以及其对银浆的流变特性在丝网印刷性能上的评估。一般来说，如此获得的动态模量数据可以提供信息直接进入一定频率范围内表现松弛的部分（或同样的频率） ，从而在相应的尺度中观察其结构特点。银浆料的粘性特征在动态模量 =
12、0.1 时的表现。还有，储能模量，G，代表弹性的贡献（即，固体状）成分，而损耗模量，G，指的是粘性的贡献（即，液态）成分。因此，可以预期，银浆在其达到 G超过 G时易于打印。两样本浆结果表明 G随着频率的增加而增加而 G上升得更快直到它与 G曲线交叉，此后，略有下降。相对而言CM-A 的 G 与 G在比所谓的凝胶点更高的频率相交，而 CM-B，显示了一个较长（终端）的弛豫时间。类似的行为已经成为自产银浆的关注点。通过所谓的阻尼因子这一不同的观看角度得到动态模量数据，tan =G/G。根据这一定义，阻尼因子有一个与样品材料的弹性相关的简单的指示流动性的重要性的物理解释。它将在显示稍后，在一个模拟
13、的印刷过程中一个类似的数量可以容易地判断各种样品材料的优越性。如前面提到的图银浆在高剪切速率下被剪切薄，这是在丝网印刷中一个重要能力需要样品在承受足够的流动性压力作用下被“加工” 。浆通过筛网后，另一方面，弹性被期望于防止坍塌或形状有大的变化。因此，不同阶段的适当的流动性和弹性的影响应该是这一技术领域的一种艺术，这，反过来，在很大程度上依赖于一个适当的调整的主要成分即这项工作的主要动机。总的来说，似乎理想的银浆在用刮板对被推通过筛网后粘度的估计或施加应力的变形率应充分还原，主要取决通过网格尺寸（释放）与平均流速度（这已在一些情况下被报告为是 1000 s1）是否具有足够的弹性变形速率。基于这些
14、显示的标准和结果，在弹性被期望控制流动性的变形率或应力下两银浆应不同。实证观察到目前为止发现，出现了一个“凝胶点”对比较银浆的印刷质量十分重要。这种凝胶点显然是可控，精确的频率（或频率）在实践中发生尚有问题。虽然仍有待澄清，我们的猜测是，为了防止坍塌，确保印刷线高纵横比，弹性到达凝胶点是必要的，变形率（或应力）应在阈值以上。从这个角度看，它表现出了银浆的动态弹性模量的数据，详细的揭示了频率或频率依赖性的粘弹性特征，可以利用实用的设计与丝印机操作以确保整体印刷质量。例如，为了增加装置效率要求宽度的导线必须系统地减少，凝胶点的匹配是可能需要系统的转移，匹配的凝胶点可能需要系统地转向更高的频率，以反
15、映从细网格的效用产生的较高的变形率。另一方面，随着浆料或油墨丝网印刷，较早出现的凝胶点提示超弹性，也会带来一些已经被注意到弊端。当然，需要更多的研究证实这些断言。接下来，该成分控制粘弹性将被进一步揭示，获得了知识以补充对银浆的讨论。粘弹性特征的银粉末和聚合物连接料我们继续讨论对两大成分构成的银浆基本流变特性。这一点之前，需要首先弄清触变剂的作用。添加触变剂对金属浆的共同目的是帮助调整整体的粘度和稳定样品悬浮液，通过促进屈服应力，阻碍了存储中体相分离。在这项研究中使用触变剂在很宽的频率范围中具有几乎恒定的粘度和弹性，属于博尔格回忆流体。这个观察的重要性在于保证有区别的流变特性对无机和有机成分之间
16、的特征探讨影响不大。注意适当增加通过触变剂加入的有机组成部分样品的粘度由于低聚合物含量和低粘度的溶剂使用可以大大方便了粘弹性测量。为简单起见，我们只显示一个应变大小= 0.1 时的结果，为不同的两个应变量（0.02 和 0.5）结果可以在资料中被发现，之间的动态模量的比较数据（主要是银粉末，无机和有机（聚合物）的主要连接料）的样品。可以看出，在很宽的频率范围，无机样品的动态模量保持几乎不变。相比之下，有机样品显示趋势类似于观察到的银浆。由此看来，银浆的粘弹性响应以有机成分为主，或聚合物粘合剂，尽管通常需要低重量百分比。一个可能的解释是，聚合物粘结剂作为粉末颗粒造成的弹性网络必不可少的一个实用浆
17、的连接。为了获得进一步的观察的聚合物粘合剂的影响，显示了在提供的信息描述的应力应变曲线斜坡实验应力，对银浆和两个个体部分的结果进行比较。值得注意的是，所有样品材料显示特性的屈服行为。屈服应力可以宽泛地定义为从应力应变曲线“高原”开始，在进一步的剪切应力的增加更多的导致应变的显著增加。从概念上讲，这反映了必要的屈服点产生重大的结构重组或分解的样品材料，使其“流动的临界应力” 。结果表明，有机成分也可以帮助促进的银浆的屈服应力增加。随着确定浆样品屈服应力的两个严格的方法探讨。屈服应力对丝网印刷性能的影响一般的观点可以在其他地方找到。结构分解与回复正如前面所介绍的，在丝网印刷过程中的三个主要阶段的流
18、变响应可以利用所谓的“结构分解与恢复策略被一个实验室规模的流变仪捕获。在这里进行的测量，浆会进行三个阶段的变形：在第一阶段，即灌浆期，浆最初在静止随后于 2 扭矩赫兹和 0.1 MNM 幅度振动频率发生粘结。在第二阶段，扭矩增加至 3 MNM 以模拟浆料粘贴被刮板移动穿过筛网。在最后阶段，模仿后印刷阶段，扭矩恢复 0.1 MNM 的浆趋于静止。注意测试座并及时选择频率。注意测试座并及时选择频率，为了恰当地揭示在现实屏幕打印机遇到流动记录的影响。值得注意的是，上述的方案预先提供了评估所有样本贴印刷质量的方便和强大的方式，为满足成本和时间要求，丝网印刷需要进行筛选。它的有效性，已明确在最近的表征中
19、表明，发现的印花线条的质量以及电阻在测量相关模拟试验的结果中表现很好。这个中心的观察意味着，即使可能会有影响银浆整体质量的其他因素，流变学特征在这些应用中显然起到了至关重要的作用。这样的“模拟”的结果浆料在丝网印刷的模仿行为中给出。显示了一个自制的银浆的动态模量的响应，类似的行为已经在商业样品中被注意到。在初始阶段，G大于 G，因此，试样的性质有某种弹性。当一个较大的应力被施加，样品的剪切变薄且动态模量大幅下降。在这个阶段，由于 G下降更明显比 G快，样品应具备易于印刷的可取属性。在最后阶段，当压力恢复到原来的水平，G迅速超过 G且其数量呈现快速恢复状。对银浆来说最后一个功能是至关重要的因为，
20、在丝网印刷后精细线路的形成必须依靠结构快速恢复以及足够的弹性来防止印刷线坍塌崩溃。所示的插图提供了一个不同的，也许更多的装饰，从上面讨论的结果来看，通过定义为阻尼因子的反正切函数的相位角：=tan1 (G/G). 操作系统定义的相位角在 0和 90分别表示极限固体状和液体状的状况。基于这一情节，我们认为，理想的银浆应在以下三个阶段的符合上述特征：而相位角应尽可能小，在第一阶段（静止） ，其价值应保持尽可能与后面的一样大，第二阶段（印刷） ；第二阶段（印刷） ；在最后的恢复阶段，相位角应迅速放松到原来的值作为初始阶段。记住这些标准，让我们检查了响应的两种组成。清楚地显示了结果，如上面提到的，单独
21、的无机成分不能满足要求。清楚地揭示了相位角的行为两个相反的趋势，除了无机成分明显不能达到完全恢复。相反,有机成分的结果是与银浆相似的，因此，证明了早期的说法，有机成分是转换和优化和提高银浆印刷能力的关键。前面，聚合物连接料已被建议作为粉末颗粒的桥梁和建立必要的弹性网络的浆料或油墨。显然，这种作用可能是通过聚合物连接料和不同聚合物种类的选择来施加影响，聚合物的分子量，或其重量百分比在未来的研究中一个有趣的领域中表示。例如，可以通过一个适当的选择实现聚合物分子量和其重量百分比。另一方面，详细的聚合物粒子的相互作用有待进一步探索，与相关的研究应该有助于阐明其网络结构特征的存在常常被推断为相似材料及其应用。结论银浆的复合材料表现出广谱的流变特征应归因于各种成分，有效的控制是控制丝网印刷性能的一个极其具有挑战性的任务。本研究系统地探讨了标准银浆的流变特性以及两主要成分-无机（主要，银粉）和有机物（主要成分，聚合物连接料） 。结果一致引发了聚合物连接料的第一个启示，尽管通常添加很小的添加量，烧结过程最终还是燃烧了，形成一个成功的浆的目的在生产太阳能电池组件精细线路中起着至关重要的作用。因此，提高设备的性能，而不改变主要（粉）金属浆料成分，进一步的研究聚合物种类的影响，聚合物的分子量及其重量百分比是迫切需要的。
