ยาสีฟันอิเล็กทรอนิกส์คือ คำทั่วไปสำหรับสิ่งที่คล้ายแป้งหรือ วัสดุอิเล็กทรอนิกส์แบบไหลโดยทั่วไปจะใช้การพิมพ์สกรีน การพิมพ์อิงค์เจ็ท การเคลือบการพิมพ์แบบแพด หรือการพิมพ์ 3 มิติ กาวจะถูกเคลือบลงบนวัสดุพิมพ์ต่างๆ เช่น เซรามิก แก้ว ฟิล์มโพลิเมอร์ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน หรือฐานโลหะ หลังจากการเผาผนึกหรือการบ่ม กาวจะก่อตัวเป็นฟิล์มหรือลวดลายที่ใช้งานได้
มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรฟิล์มหนา, MLCC, ตัวเหนี่ยวนำชิปแบบหลายชั้น, เซลล์แสงอาทิตย์, บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์, อุปกรณ์แสดงผล และเซ็นเซอร์ เพสต์นี้มีบทบาทหลากหลาย เช่น การนำไฟฟ้า, การปรับความต้านทาน, ไดอิเล็กตริก, การป้องกัน และการนำไฟฟ้าแบบโปร่งใส
เมื่อมองแวบแรก กาวอิเล็กทรอนิกส์อาจดูเหมือนก้อนเหนียวๆ แต่จริงๆ แล้วมันคือระบบคอมโพสิตหลายเฟส โดยทั่วไปจะประกอบด้วยผงฟังก์ชัน สารยึดเกาะ และสารพาหะอินทรีย์
ในเพสต์ฟิล์มหนาส่วนใหญ่ ระบบนี้ประกอบด้วยผงฟังก์ชัน ผงแก้ว และสารตัวพาอินทรีย์โดยเฉพาะ ผงฟังก์ชันเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ผงแก้วให้ความเสถียรทางโครงสร้างและการยึดเกาะ ส่วนสารตัวพาอินทรีย์ช่วยให้กระบวนการปรับตัวได้ ส่วนประกอบทั้งสามมีบทบาทที่แตกต่างกันแต่พึ่งพากัน เมื่อนำมารวมกันแล้ว ส่วนประกอบเหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของเพสต์
ในบางกรณีพิเศษ อาจไม่มีผงแก้ว แต่จะใช้เรซินหรือโลหะที่เผาเองเป็นส่วนประกอบโครงสร้างแทน
ผงฟังก์ชัน – แกนหลักที่กำหนดฟังก์ชัน
ในสารเคลือบอิเล็กทรอนิกส์ บทบาทของผงเคลือบฟังก์ชันคือการสร้างคุณสมบัติทางไฟฟ้า ชนิดของผงเคลือบจะกำหนดหน้าที่ของสารเคลือบในอุปกรณ์โดยตรง โดยกำหนดว่าสารเคลือบนั้นนำไฟฟ้า ต้านทานไฟฟ้า เป็นฉนวนไฟฟ้า หรือส่งผ่านแสงในขณะที่นำไฟฟ้า
- กาวนำไฟฟ้า:โลหะ เช่น เงิน (Ag) ทองแดง (Cu) นิกเกิล (Ni) หรือทองแดงเคลือบเงิน พวกมันสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรด
- กาวต้านทาน:ผงออกไซด์ เช่น รูทีเนียมออกไซด์ (RuO₂) หรือโรเดียมออกไซด์ (RhO₂) ผงเหล่านี้ให้ความต้านทานที่ควบคุมได้
- น้ำยาไดอิเล็กทริก:ผง เช่น แบเรียมไททาเนต (BaTiO₃) หรือแบเรียมสตรอนเซียมไททาเนต (BST) ผงเหล่านี้ช่วยรักษาฉนวนและเก็บประจุไฟฟ้า
- สารนำไฟฟ้าแบบใส:ITO (อินเดียมทินออกไซด์) นาโนไวร์เงิน หรือกราฟีน พวกมันนำไฟฟ้าได้ในขณะที่ยังคงรักษาการส่งผ่านแสงไว้ได้
ผงแก้ว – “สารยึดเกาะ” และ “ตัวควบคุมโครงสร้าง”
ในสูตรเพสต์ ผงแก้วไม่ใช่ตัวเอก แต่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง ในระหว่างการเผา ผงแก้วจะอ่อนตัวลงและไหลตัว ในที่สุดก็แข็งตัวพร้อมกับสารตั้งต้นและผงแก้ว ผงแก้วทำหน้าที่เป็นทั้งสารยึดเกาะและสารควบคุมโครงสร้าง
บทบาทหลักๆ มีดังนี้:
- การยึดเกาะ:แก้วจะอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงและยึดโลหะหรือออกไซด์เข้ากับวัสดุเซรามิก แก้ว หรือซิลิคอน หากไม่มีแก้ว อิเล็กโทรดอาจหลุดลอกออกได้
- การเพิ่มความหนาแน่น:การไหลของสารนี้จะเติมเต็มช่องว่างระหว่างอนุภาค ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของฟิล์มและปรับปรุงเสถียรภาพทางไฟฟ้า
- การจับคู่การขยายตัวทางความร้อน:การปรับองค์ประกอบของกระจกจะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวใกล้เคียงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิวมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดแรงเครียดและป้องกันรอยแตกหรือการบิดงอ
ผงฟังก์ชันเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้า ผงแก้วช่วยให้คุณสมบัติเหล่านี้คงความเสถียรและคงทนยาวนาน
บันทึก:กาวใสนำไฟฟ้าที่ใช้กับวัสดุพิมพ์กระจก PET หรือ PI มักอาศัยพอลิเมอร์ เช่น อีพอกซี อะคริลิก หรือ PU เป็นสารยึดเกาะ กาวเหล่านี้จะแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำหรือแม้กระทั่งอุณหภูมิห้องโดยไม่ต้องใช้ผงแก้ว
ระบบกระจกหลักในน้ำยาอิเล็กทรอนิกส์
| ประเภทกระจก | ระบบตัวแทน | จุดอ่อนตัวของแก้ว (°C) | เคมี เสถียรภาพ | ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (10°C-1) | ข้อดี | ข้อเสีย |
| กระจกตะกั่ว | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | เสถียรภาพดี | 70-120 | ความต้านทานสูง การสูญเสียไฟฟ้าต่ำ อุณหภูมิการอ่อนตัวต่ำ และเสถียรภาพทางเคมีที่ดี | เซรามิก AIN ที่สามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม |
| แก้วบิสมัท | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | เสถียรภาพดี | 90-150 | ออกไซด์บิสมัทสูง ซึ่งคล้ายกับแก้วตะกั่ว มีจุดอ่อนตัวต่ำ และมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี | เซรามิก AIN ที่สามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายนั้นมีราคาแพง มีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอนของบิสมัท และมีความต้านทานกรดต่ำ |
| แก้วโบเรต | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO | 300-600 | ไม่ค่อยเสถียรนัก | 90-150 | จุดหลอมเหลวต่ำสามารถทำได้โดยการเติมโลหะอัลคาไล โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ แก้ว หรือไอออนของโลหะหนักเท่านั้น | สารเหล่านี้ไม่เสถียรทางเคมี โดยทั่วไปจะมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนสูง และมีแนวโน้มที่จะแยกเฟส |
| กระจกสังกะสี | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | เสถียรภาพดี | 60-90 | มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ มีความแข็งแรงในการยึดเกาะสูง และจุดหลอมเหลวต่ำ | นอกจากนี้ ยังมีคุณสมบัติในการบัดกรีที่ไม่ดีและฟลักซ์ที่อุณหภูมิสูงไม่ดีอีกด้วย |
สารพาหะอินทรีย์ – กุญแจสำคัญในการควบคุมกระบวนการ
สารพาหะอินทรีย์ประกอบด้วยตัวทำละลาย (65–98% โดยน้ำหนัก) สารเพิ่มความข้น สารไธโซทรอปิก สารลดแรงตึงผิว และสารปรับการไหล อย่างน้อยที่สุดประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์และสารเพิ่มความข้น ตัวทำละลายทั่วไป ได้แก่ ไดเอทิลีนไกลคอลอีเทอร์อะซิเตต ไตรบิวทิลซิเตรต และไดบิวทิลพทาเลต
แม้ว่าตัวพาจะไม่ได้มีส่วนช่วยในหน้าที่ทางไฟฟ้า แต่ตัวพาจะควบคุมความสามารถในการแปรรูป โดยเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติรีโอโลยีและการยึดเกาะเริ่มต้นกับวัสดุพิมพ์
แนวโน้มล่าสุดมุ่งสู่การใช้วัสดุพาหะที่มีสารตกค้างต่ำ กลิ่นน้อย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ผลิตภัณฑ์บางชนิดยังใช้ระบบคอลลอยด์แบบใช้น้ำหรือแบบอนินทรีย์เพื่อตอบสนองข้อกำหนดด้านการผลิตสีเขียว
บทสรุป
ผงฟังก์ชันช่วยให้น้ำยาอิเล็กทรอนิกส์มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ผงแก้วช่วยรักษาคุณสมบัติเหล่านี้ไว้ในรูปแบบที่เสถียรและทนทาน ตัวพาสารอินทรีย์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการแปรรูประหว่างการผลิต ส่วนประกอบทั้งสามนี้แบ่งหน้าที่อย่างชัดเจนแต่พึ่งพากัน เมื่อนำมารวมกันจึงเกิดเป็นระบบหลายเฟสที่สมดุล