銅漿料作為印刷電子中的關(guān)鍵材料，其電學(xué)性能直接決定了印刷電路的導(dǎo)電性與可靠性。然而，傳統(tǒng)固化型銅漿料在添加粘合劑提升界面粘附性的同時(shí)，常伴隨電阻率上升的問(wèn)題。如何在保證粘附性的前提下優(yōu)化電學(xué)性能，成為研究重點(diǎn)。本章基于Xfilm埃利四探針技術(shù)，系統(tǒng)分析配方組分與燒結(jié)工藝對(duì)銅漿料電阻率的影響，旨在為高性能銅漿料的開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x

本研究采用四探針測(cè)試對(duì)印刷電路進(jìn)行方塊電阻（Rs）測(cè)量，并結(jié)合樣品厚度計(jì)算電阻率（ρ = Rs × t）。測(cè)試過(guò)程中每個(gè)樣品取5次測(cè)量的平均值，確保數(shù)據(jù)可靠性。漿料配方以8μm銅片為主要填料，輔以銅前驅(qū)體、酚醛樹(shù)脂、乙基纖維素及正丁醇溶劑，通過(guò)絲網(wǎng)印刷于聚酰亞胺（PI）基底上，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理。

銅片尺寸對(duì)電阻率的影響

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不同尺寸銅片對(duì)漿料電學(xué)性能的影響

研究比較了150 nm、3 μm和8 μm三種銅片對(duì)漿料電阻率的影響。結(jié)果表明，8 μm銅片作為填料的漿料電阻最低（0.21 Ω），較150 nm銅片（1.15 Ω）降低約9倍。其原因?yàn)榇蟪叽玢~片在樹(shù)脂固化收縮過(guò)程中接觸面積更大，更易形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，符合滲流理論。

溶劑選型對(duì)電阻率的影響

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正丁醇、乙二醇、聚乙二醇和甘油四種溶劑中，僅正丁醇（沸點(diǎn)120℃）能在酚醛樹(shù)脂固化溫度（170℃）前完全揮發(fā)，所得印刷電路表面平整。其余溶劑因沸點(diǎn)過(guò)高，在固化過(guò)程中殘留揮發(fā)，導(dǎo)致表面形成球狀凸起，影響電路可靠性與電阻率穩(wěn)定性。

粘合劑與銅前驅(qū)體的協(xié)同作用

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銅前驅(qū)體添加量對(duì)印刷電路的影響。(a)銅前驅(qū)體添加量對(duì)粘附性和電學(xué)性能的影響;(b)銅前驅(qū)體添加對(duì)表面形貌的影響

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析銅前驅(qū)體、酚醛樹(shù)脂和乙基纖維素對(duì)電阻率的影響。極差分析顯示，銅前驅(qū)體的極差（R = 879.96）遠(yuǎn)高于樹(shù)脂（R = 124.23）和纖維素（R = 265.27），表明其對(duì)電阻率影響最為顯著。顯著性分析（P < 0.05）進(jìn)一步證實(shí)銅前驅(qū)體為關(guān)鍵因素。

銅前驅(qū)體的添加可在樹(shù)脂基體中原位分解生成50–300 nm銅納米顆粒，填充銅片間的絕緣間隙，構(gòu)建額外導(dǎo)電路徑。當(dāng)銅片與銅前驅(qū)體比例為7:3時(shí)，電阻率降至358 μΩ·cm，較未優(yōu)化配方降低約50%。然而，過(guò)量添加銅前驅(qū)體會(huì)降低總金屬含量，反而導(dǎo)致電阻率上升。

燒結(jié)工藝對(duì)電阻率的調(diào)控

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燒結(jié)溫度與時(shí)間對(duì)銅漿料電阻率有顯著影響。在140–220℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，電阻率逐步下降。200℃燒結(jié)5分鐘即可使電阻率降至331 μΩ·cm，與180℃燒結(jié)80分鐘的結(jié)果（346 μΩ·cm）相當(dāng)，表明適當(dāng)提高溫度可大幅縮短工藝時(shí)間。

升溫速率亦為重要參數(shù)。當(dāng)速率低于10℃/min時(shí)，印刷電路表面平整；速率提高至15℃/min時(shí)，表面出現(xiàn)局部凸起；20℃/min時(shí)則形成大量凸起結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重劣化電阻率與機(jī)械性能。其原因?yàn)檫^(guò)快升溫導(dǎo)致樹(shù)脂提前固化，包裹未揮發(fā)溶劑，產(chǎn)生氣孔與缺陷。

銅漿料性能影響

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優(yōu)化后的銅漿料配方為：

8 μm銅片 : 銅前驅(qū)體 : 酚醛樹(shù)脂 : 乙基纖維素 : 正丁醇 =38 : 17 : 4 : 12 : 29

最佳工藝參數(shù)為：

燒結(jié)溫度：200℃

保溫時(shí)間：5分鐘

升溫速率：10℃/min

氣氛：氮?dú)獗Ｗo(hù)

在該條件下，銅漿料電阻率最低達(dá)331 μΩ·cm，粘附性為ASTM D3359 5B級(jí)，柔韌性良好，適用于精細(xì)電路印刷（最小線(xiàn)寬0.3 mm）。

綜上，通過(guò)四探針測(cè)試技術(shù)分析表明，銅漿料的電阻率受配方與工藝多重因素影響。銅前驅(qū)體作為關(guān)鍵添加劑，能有效構(gòu)建納米導(dǎo)電通路，提升電學(xué)性能；合理選擇溶劑與調(diào)控?zé)Y(jié)參數(shù)則可保障電路形貌與可靠性。本研究提出的優(yōu)化配方與工藝，在維持高粘附性的同時(shí)顯著降低電阻率。

Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x

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Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x用于測(cè)量薄層電阻（方阻）或電阻率，可以對(duì)最大230mm 樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描， 獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

• 超高測(cè)量范圍，測(cè)量1mΩ~100MΩ
• 高精密測(cè)量，動(dòng)態(tài)重復(fù)性可達(dá)0.2%
• 全自動(dòng)多點(diǎn)掃描，多種預(yù)設(shè)方案亦可自定義調(diào)節(jié)
  
• 快速材料表征，可自動(dòng)執(zhí)行校正因子計(jì)算

基于四探針?lè)ǖ腦film埃利四探針?lè)阶鑳x，憑借智能化與高精度的電阻測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，可助力評(píng)估電阻，推動(dòng)多領(lǐng)域的材料檢測(cè)技術(shù)升級(jí)。