MOD墨水噴印技術：材料世界網

陳佑蕙、史習岡 / 工研院材化所

隨著印刷電子、軟性電子、智慧感測與高效能運算應用快速發展，導電墨水與精細圖案化印刷技術之需求持續提升。特別是AI伺服器、算力中心與AI機櫃等高密度電子系統，對高速訊號傳輸、電源管理、感測監控與模組化整合提出更高要求，進一步帶動細線寬、低電阻、高可靠度導電線路及低成本印刷製程的發展需求。相較於傳統蝕刻或真空製程，噴墨印刷具備無接觸、無印版、可數位圖案化與材料利用率高等優勢，適合應用於精細導電線路、感測電極、智慧標籤與客製化電子元件製作。然而，粒子型金屬墨水應用於噴墨製程時，易因粒子團聚、沉降或粒徑控制不佳造成噴頭堵塞，且製備程序較為繁瑣。金屬有機分解（Metal-Organic Decomposition; MOD）墨水屬於前驅物溶液型態，不含金屬粒子，可降低堵頭風險，且製備方法相對簡單，較適合用於噴墨印刷。另一方面，銅相較於銀具有材料成本優勢，並具備良好導電性與應用潛力，因此銅MOD墨水的開發對印刷電子與高密度電子製造具有重要性。噴印用銅MOD墨水主要由銅前驅物、錯合劑、溶劑及功能助劑組成，原料選擇、錯合結構、溶劑揮發性、噴印適性與還原燒結條件為配方設計關鍵。本文介紹銅MOD墨水之材料組成、配方設計與噴墨印刷應用，並說明其可形成均勻且具導電性的銅導線，作為精細化印刷電子線路之潛力材料技術。

【內文精選】

MOD銅墨水常用的溶劑有水、醇類，醚醇類，會依據選用的錯合劑而對溶劑有不同的溶解度，因錯合劑的極性會影響對溶劑的溶解度，當配製的墨水溶解度佳，墨水呈深藍色，且僅有微量的沉澱物；當錯合劑溶解度差，配製的墨水則呈現淺藍色，且有大量沉澱物或溶液黏稠的情形。
溶劑的選用亦會影響到噴印品質，如使用乙醇為溶劑，揮發性太高，乾燥過快，會使印刷後乾燥不均勻，而使圖案變形，如圖九；如使用沸點高的醚醇類溶劑，噴印後墨點不易乾燥會導致擴張或溢流，而影響解析度和疊墨性，如圖十；因此調整溶劑的揮發性為銅墨水配方最佳化的重點之一。圖十一為適當揮發性溶劑為墨水噴印導線圖，印刷導線噴印後均勻無缺陷。
除了上述主要的墨水原料外，助劑的添加對墨水的物性或印刷適性調整也是很重要的部分，例如在附著力的部分，需添加一些高分子的添加劑來幫助對基材的附著，常用的印刷電子產品基材為PET或PI，文獻中常提到幫助附著的高分子有Polyvinylpyrrolidone （PVP）。圖十二為添加不同PVP含量的銅墨水，塗佈在PET基材，燒結後得到的銅膜，進行Tape test測試，結果顯示，添加PVP至1%可改善墨膜的附著性，可通過Tape test測試。雖然添加PVP可改善附著力，但添加太多量會影響到銅膜的導電性，因此只需添加可達到足夠附著力的添加量即可。

圖十二 PVP添加量（a） 0%；（b） 0.2%；（c） 0.5%；（d） 1%的墨膜附著測試結果

工研院材化所開發的銅MOD墨水安定性及噴印適性佳，可以噴印機噴印均勻導線，可適用噴頭有Ricoh G6、Epson DX5、Epson I3200、Fujifilm Dimatix DMP 2850，可噴印導線線寬70~1000 μm，如圖十三；導線還原後，導電性最佳可<5Ω / cm。

圖十三銅MOD墨水噴印導線圖十三銅MOD墨水噴印導線

現今電子產品持續朝向輕薄化、高密度化與多功能整合發展，對導電線路之精細度、可靠度與製程彈性要求日益提高。尤其隨著AI伺服器、算力中心與AI機櫃快速發展，高速運算模組、GPU / ASIC加速卡、電源管理模組、感測監控元件與高密度互連結構，皆需要更精細且穩定的導電線路，以支援高速訊號傳輸、低阻抗供電與系統模組化整合，因此也帶動噴印用導電墨水之應用需求。銅MOD墨水因屬無顆粒之前驅物溶液系統，不易產生粒子團聚、沉降與噴墨頭堵塞問題，適合應用於高解析噴墨印刷。銅MOD墨水中銅前驅物、錯合劑與溶劑的選用，對墨水安定性、噴印適性、乾燥行為與還原後導電性具有重要影響，因此原料篩選與配方最佳化為銅墨水配製與噴墨印刷製程之關鍵。本室已開發安定性佳且具良好噴印適性的銅MOD墨水，可噴印形成均勻導線。

圖十四銅MOD墨水噴印於（a） PET；（b） PI基材圖十四銅MOD墨水噴印於（a） PET；（b） PI基材