壁面滑移在正面银浆丝网印刷中的应用

苟鹏飞 伍 洋 杨 红

（四川东树新材料有限公司，四川 德阳618000）

1 概述

正面银浆是一种由导电相、粘接相以及有机成分所组成的具有良好的丝网印刷性能的电子浆料[1]。正面银浆所具有的这种良好的印刷性能与其本身的流变特性有着密切的关系，例如：浆料呈现出一定的触变性,印刷后使浆料能保持好的形态[2,3]，这都是浆料流变特征的体现。丝网印刷银电极的主要挑战之一是需要正面电极不断减小电极宽度，同时最大程度地提高高度[4]。洛伦兹等人对于电极宽度的一个预测，已发布的电极宽度范围大约为120μm（2005 年报告）至28μm（2018 年报告），每年大约减少7 微米[4]。

银浆的可印刷性与其流变行为直接相关，特别是屈服应力、剪切速率依赖性粘度和触变性等。在流变特性其他研究领域中，浓悬浮液的流动和变形行为应避免打滑，并限制测量的准确性和可重复性。然而，在实际使用过程中，银浆和丝网之间存在的滑移，对稳定印刷反而有很大的帮助。

Sebastian Tepner[4]等人提出了引入壁面滑移影响因子来评估浆料的壁面滑移。首先采用剪切应力扫描的模式，得出了在剪切应力扫描下浆料旋转转速与应力的关系，找到临界剪切应力点，这个点即为浆料开始出现滑移的临界点。在临界应力下，测试出浆料能达到最大滑移值95%所用的时间，根据以下公式计算出壁面滑移因子：

但此模型的应用比较有限，对于滑移值95%所需要的时间的判定比较模糊，随着剪切时间的延长，浆料表面的旋转转速一直呈现出上升趋势，只是在后半段上升变慢。由此，我们无法准确的找到所谓滑移最大值95%的时间点。基于上述原因，我们需要探索出更为适用目前正面银浆的壁面滑移测试方法以及探讨壁面滑移在丝网印刷中的应用，为正面银浆的开发提供有益的帮助。

2 实验

2.1 仪器与试剂

2.1.1 仪器

a.流变仪(Anton Paar, MCR 系列)。平板转子,PP20。

b.网版和印刷机均为常见产线所使用的型号和机型。

2.1.2 试剂

太阳能电池用正面银浆a、b、c 分别来源于国内外不同浆料制造厂家。

2.2 测试方法

2.2.1 屈服应力测试

采用剪切应力扫描的方法，PP 平板测量系统，d=0.15mm;剪切应力变化从1～1000Pa 并呈对数规律变化，取点时间方面没有特殊要求，为设备自由取点。

2.2.2 壁面滑移测试方法

方法A：根据2.2.1 中剪切应力扫描进行屈服应力测试的结果，作剪切应力（X 轴）与旋转转速（Y 轴）的变化曲线图。根据曲线的斜率来判断壁面滑移的大小。

方法B：在恒定应力下，测试转子旋转转速随时间的变化。恒定应力的选取和2.2.1 中所测试的屈服应力有直接关系，可根据屈服应力具体情况来做调整。测量系统仍然为PP 平板测量系统，间隙采用d=0.15mm，取点时间为自由取点或者根据实际情况进行设置，没有强制要求。

2.2.3 印刷测试

将上述三个浆料a、b、c 采用同样的印刷方法进行印刷，观察印刷后的电极形貌差异。

3 结果分析

3.1 屈服值测试结果

在壁面滑移测试中，屈服应力可以看作是一个临界剪切应力点，是浆料开始产生壁面滑移的临界点。测试结果如下图1 所示：

图1 不同正面银浆的屈服值测试结果

从图1 可以看出，不同的浆料之间屈服值存在一定的差异性，浆料的屈服值不能太小，过小的屈服值对于浆料的流平以及后期丝网印刷时电极线宽的控制有不利的影响；而屈服值过大，浆料偏硬，需要更大的力才能迫使其产生流动。由图中可以看到，浆料a 在50Pa 附近，浆料b 在150Pa 附近，浆料c 在180-200Pa 之间。因此，后续壁面滑移测试方法B 中所选用的恒定压力可以在大于200Pa 的范围内，但不能过于超出屈服应力值，远大于屈服应力值的恒定应力，在长时间的剪切作用下，会导致浆料的打滑，从而产生无效数据。此时施加在浆料上的剪切应力因为浆料形态的剧烈变化而产生了不均匀的现象，从而致使转子上方旋转转速的测定出现了不稳定的现象。

3.2 壁面滑移方法A 测试结果

壁面滑移方法A 仅在屈服应力的测试模型内增加了旋转转速的测定值。测试结果如下图2 所示：

图2 数据点时间与旋转转速的关系

从曲线的斜率来看，浆料a 和浆料c 在斜率上是有一定差异性的，且浆料c 的曲线斜率小于浆料a，说明浆料的壁面滑移比浆料a 略低；浆料b 单从曲线斜率上看，其与浆料a 的斜率接近，无法准确判断出两者的差异性。而经过经验方法刮刀法判定，三款浆料在刮刀上的滑动速度大小关系为：浆料c>浆料b>浆料a。显然，经验测试方法与壁面滑移A 方法所测得的结论是相违背的。

3.3 壁面滑移方法B 测试结果

壁面滑移方法B 则是采用在恒定应力下对浆料进行一个一定时间的剪切作用，观察和检测浆料上转子旋转转速的变化来测试壁面滑移速率。测试结果如下图3 所示：

图3 数据点时间与旋转转速的关系

3.4 印刷测试结果

浆料的壁面滑移值越高越有利于浆料的过网，即浆料具有更好的丝网印刷性能，而降低壁面滑移则有可能会引起浆料的长期印刷性及过网性。目前，在浆料开发中，除了要满足客户在湿重、电性能等方面的要求，也需要同时考虑流变风险，权衡好湿重与壁面滑移性能。下图4 为浆料a、b、c 在相同印刷条件下测试的电极形貌。

图4 浆料a、浆料b、浆料c 的3D 形貌图

从图4 中我们可以看出，浆料c 的颈缩现象是明显小于浆料b 和浆料c，说明浆料的壁面滑移在一定程度上有可能对其过网性能产生影响，浆料的壁面滑移较低时，说明浆料与丝网壁的相对滑动减弱，过网性能变差，因此，网版印迹非常严重，浆料颈缩现象明显。在丝网印刷过程中，浆料从网孔的脱落不仅包含了浆料与不锈钢丝网的滑动，还有浆料与感光乳胶之间的滑动，后者的相对滑动较前者更低。因此，在浆料的开发过程中更应该引入壁面滑移值的测定。

4 结论

使用流变仪对浆料的壁面滑移性能进行了测试，相对于Tepner 等人的壁面滑移因子模型来说，测试方法B 的可操作性更优，同时其与经验刮刀测试法的结果更为相近。而测试方法A虽然可操作性及重复性好，但其结果的准确性不佳。因此，测试方法B 是可用于正面银浆壁面滑移值的测定，为正面银浆的开发提供有利的帮助。