摘 要：為制備出性能優(yōu)異的柔性銀包銅印刷電路，通過單因素實(shí)驗(yàn)與正交實(shí)驗(yàn)探究?jī)?yōu)化柔性銀包銅印刷電路的制備工藝。首先，通過厚度、線寬、導(dǎo)電顆粒含量的單因素實(shí)驗(yàn)來確定正交實(shí)驗(yàn)的水平范圍，即厚度為4、5、6層，線寬為0.7、0.8、0.9 cm，導(dǎo)電顆粒質(zhì)量為4.10、4.25、4.40 g。隨后選定厚度、線寬、導(dǎo)電顆粒質(zhì)量進(jìn)行3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，探究最佳條件組合。利用掃描電鏡、能譜分析、厚度、電阻測(cè)試以及彎折和水洗實(shí)驗(yàn)對(duì)印刷電路進(jìn)行測(cè)試和表征。結(jié)果證明：在印刷層數(shù)為6層時(shí)，即在厚度0.22 cm、線寬0.9 cm，質(zhì)量4.25 g的導(dǎo)電顆粒與5.0 g的透明膠漿工藝條件下，印刷電路具備可機(jī)洗性和較好的耐彎折性能。研究結(jié)果可為柔性銀包銅印刷電路的工藝研究提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：耐水洗；耐彎折；銀包銅印刷電路；柔性印刷電路；正交實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TS801.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2025）04-0131-10

收稿日期：20240618

網(wǎng)絡(luò)出版日期：20240923

基金項(xiàng)目：企業(yè)橫向項(xiàng)目（2023150001000275）

作者簡(jiǎn)介：鐘梅（1999—），女，陜西漢中人，碩士研究生，主要從事智能紡織品方面的研究

通信作者：陳曉東，E-mail：cxdyy@imut.edu.cn

隨著社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，柔性印刷電路技術(shù)趨于成熟，有廣闊的市場(chǎng)前景。在智能服裝領(lǐng)域，柔性印刷電路技術(shù)展現(xiàn)出了不可替代的優(yōu)勢(shì)，特別是在實(shí)現(xiàn)諸如智能控溫防寒服^［1-2］、智能防摔倒服^［3］以及生理健康監(jiān)測(cè)服^［4-5］等功能服裝方面應(yīng)用廣泛。智能服裝的設(shè)計(jì)過程中，通過導(dǎo)線與各類元器件的連接，以實(shí)現(xiàn)特定的功能^［6-7］，同時(shí)考慮人體舒適性和復(fù)雜的線路布局需求。然而，要實(shí)現(xiàn)的功能越完善，線路越復(fù)雜，制作工藝的難度就越大，服裝的舒適度也會(huì)越差。采用柔性銀包銅印刷電路在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)線^［8-9］，適當(dāng)簡(jiǎn)化復(fù)雜的線路，從而在不影響功能的前提下，可提高服裝的穿著舒適度。

柔性印刷電路是將導(dǎo)電材料按照一定形狀印刷在柔性基底材料上，形成導(dǎo)電線路^［10］。其主要結(jié)構(gòu)包括柔性基底、導(dǎo)體層和封裝層^［11］。銀包銅油墨印刷電路具有成本較低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，其導(dǎo)電性強(qiáng)能夠滿足高導(dǎo)電需求。同時(shí)，該電路的柔韌性極佳，能應(yīng)對(duì)各種變形情況。此外，銀包銅油墨有高附著力確保了所制作的印刷電路在各種條件下都能穩(wěn)定工作。申丹等^［12］針對(duì)導(dǎo)電銀漿價(jià)格高和導(dǎo)電銅漿易氧化問題，采用銀包銅粉與聚氨酯改性丙烯酸樹脂結(jié)合，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在聚酰亞胺薄膜上制作導(dǎo)電線路。李克偉^［13］使用銀包銅油墨制備了射頻識(shí)別標(biāo)簽（Radio frequency identification，RFID），讀寫距離在高頻階段可穩(wěn)定在4.2 m左右。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)銀包銅油墨的研究有了很大的進(jìn)展，但缺乏對(duì)柔性印刷電路的制備工藝影響因素的探究。

為了探究銀包銅印刷電路的導(dǎo)電性以及優(yōu)化制備工藝，本文以滌棉布為基底，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作銀包銅印刷電路，再實(shí)施針對(duì)厚度、線寬、導(dǎo)電顆粒質(zhì)量3種影響因素的單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，并輔以水洗、彎折等性能測(cè)試，探索出最佳的印刷工藝參數(shù)，以期為柔性銀包銅印刷電路的發(fā)展提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與材料

NS101-M單色、單工位絲印機(jī)（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），DLX890C型萬用電能表，ND602烤爐（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），MD5060真空曬版機(jī)（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），烘版箱（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），NA104手動(dòng)拉網(wǎng)頭（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），數(shù)顯平頭測(cè)厚儀（臨沂邦特五金工具有限公司），高精度電子秤（昆山安特計(jì)量設(shè)備有限公司），刮刀（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），80目網(wǎng)紗（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），鋁框（東莞瑞達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司），不銹鋼杯40 mL（小不點(diǎn)醫(yī)療用品店），硫酸紙（清河縣奔宇金屬材料有限公司），銀包銅粉末（清河縣奔宇金屬材料有限公司），GM-3901M機(jī)印尼龍彈性印花透明膠漿（東莞市共明實(shí)業(yè)有限公司），滌棉平紋布（青島智匯紡科技有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)方案

在服裝的穿著與洗滌過程中，柔性印刷電路面臨機(jī)洗和頻繁彎折的挑戰(zhàn)，這些問題可能導(dǎo)致印刷電路的連續(xù)性受損，進(jìn)而在水洗后出現(xiàn)斷路的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電路無法繼續(xù)使用。因此有必要針對(duì)耐水洗性和耐彎折性能對(duì)線寬、厚度、導(dǎo)電顆粒質(zhì)量3個(gè)因素進(jìn)行獨(dú)立的單因素測(cè)試，來確定正交實(shí)驗(yàn)的大致范圍。

根據(jù)前期研究，對(duì)于同種材料而言，在長(zhǎng)度相同且印刷線路寬度保持一致的條件下，隨著印刷電路厚度的增加，電阻值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。與此同時(shí)，電阻的誤差波動(dòng)也隨之減小，提升了導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性。在同種材料、長(zhǎng)度相同且印刷電路厚度一致的條件下，隨著印刷線路寬度的增加，電阻值會(huì)相應(yīng)減小。根據(jù)測(cè)試得出2.2～7.0 g銀包銅粉末與5.0 g透明膠漿混合，印刷電路電阻小于200 Ω。

綜合考慮電路的性能與成本，在探究厚度對(duì)印刷電路電阻的影響時(shí)，印刷電路的厚度分別設(shè)定為1、2、3、4、5層，其中印刷電路的線寬保持為1 cm，導(dǎo)電顆粒質(zhì)量為3 g銀包銅粉末與5.0 g透明膠漿混合。在探究線寬對(duì)印刷電路電阻的影響時(shí)，印刷電路的線寬分別設(shè)定為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 cm，印刷電路的厚度為3層，導(dǎo)電顆粒質(zhì)量選擇3.0 g銀包銅粉末與5.0 g透明膠漿混合。在探究導(dǎo)電顆粒質(zhì)量對(duì)印刷電路電阻的影響時(shí)，導(dǎo)電顆粒質(zhì)量分別設(shè)定為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 g銀包銅粉末與5.0 g透明膠漿混合，同時(shí)保持印刷電路的厚度為3層，線寬為1 cm。

1.2.2 正交實(shí)驗(yàn)方案

在確定了大致范圍后，選定3個(gè)因素：即印刷電路厚度（A）、印刷電路線寬（B）、導(dǎo)電顆粒質(zhì)量（C），每個(gè)因素確定3個(gè)水平來優(yōu)化柔性印刷電路的工藝條件。具體試驗(yàn)方案如表1所示。

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 SEM測(cè)試

為了探究油墨分散的均勻度和邊緣整齊度，對(duì)印刷電路樣品進(jìn)行形貌表征測(cè)試。使用美國(guó)賽默飛世爾科技公司的場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡FEI Quanta 650 FEG，觀察導(dǎo)電油墨在平紋布上分布的均勻性及邊緣的整齊性。

1.3.2 EDS測(cè)試

采用英國(guó)牛津儀器集團(tuán)的能量色散X射線光譜儀EDS IncaX-Max，用于探究印刷油墨成分以及導(dǎo)電顆粒分散均勻度。

1.3.3 厚度測(cè)試

為了檢測(cè)印刷厚度的均勻性，使用數(shù)顯測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)試，施加相同的壓力并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后，繪制誤差棒圖來分析厚度的均勻性。

1.3.4 電阻測(cè)試

為了表征電路的電阻及其使用性能，使用膠帶將電極片與導(dǎo)線連接起來，然后將導(dǎo)線另一端固定在萬用電表上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試方法如圖1所示。

1.3.5 彎折測(cè)試

將樣品固定在硬板上進(jìn)行彎折實(shí)驗(yàn)。沿同一點(diǎn)將樣品分別彎折至0°、30°、60°和90°，并詳細(xì)記錄各彎折角度下的電阻數(shù)據(jù)。通過前期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)樣品彎折后角度為0°時(shí)，對(duì)印刷電路的影響最為顯著。因此，本文的單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)采用彎折后角度為0°的彎折測(cè)試方法，來探究對(duì)柔性銀包銅印刷電路的影響。

1.3.6 水洗測(cè)試

圖2為樣品的水洗過程與測(cè)試方法。在樣品正、反面各刷3層透明膠漿，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行封裝。烘干后，將封裝的樣品放入洗衣機(jī)中進(jìn)行水洗，洗滌30 min為1次，使用萬用電表測(cè)出水洗電阻的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.1.1 厚度的影響

采用銀包銅油墨在滌棉平紋布基底上進(jìn)行刮刷，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，刮刷1次后，印刷電路厚度為（0.05±0.007）mm；刮刷3次后，厚度為（0.1±0.005）mm；刮刷5次后，厚度為（0.18±0.004）mm。隨著刮刷次數(shù)增加，電路厚度隨之增加。圖3展示了銀包銅油墨在不同印刷次數(shù)下的厚度誤差情況?？傮w來看，印刷厚度相對(duì)均勻，印刷1層誤差為±0.7%，印刷3層誤差為±0.5%，印刷5層誤差為±0.4%。由此可見，印刷電路的印刷層數(shù)增加，印刷電路的均勻性隨之相對(duì)提高，電路厚度相對(duì)趨于均勻，厚度誤差波動(dòng)較小。

圖4為不同厚度樣品電阻在彎折1000次后和水洗10次后的電阻變化。樣品1-5分別是印刷厚度為印刷1-5層的印刷電路。

由圖4（a）顯示：樣品在彎折1～300次內(nèi)其電阻變化呈上升趨勢(shì)，300次以后電阻變化趨于平穩(wěn)。印刷電路的彎折電阻變化由小到大依次為：印刷5層、印刷4層、印刷3層、印刷2層、印刷1層。這表明在1000次的彎折次數(shù)內(nèi)，印刷層數(shù)越多的樣品厚度就越大，彎折后的電阻就越穩(wěn)定。在單層印刷過程中，印刷油墨在織物表面的分布呈現(xiàn)不均勻性，且顯著受到機(jī)械力的影響。隨著印刷電路厚度的增加，導(dǎo)電油墨粒子之間的結(jié)合愈發(fā)緊密，分布狀態(tài)趨于均勻，易于構(gòu)建出穩(wěn)定的堆砌結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在經(jīng)歷彎折時(shí)展現(xiàn)出較小的電阻變化幅度。

從圖4（b）可以看出，各樣品按電阻變化由大到小排序，依次為：樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5。這表明在1-5層的印刷層數(shù)內(nèi)，厚度越厚的樣品水洗后電阻變化越小，耐水洗性能就越好。這是因?yàn)楫?dāng)印刷電路的厚度較小時(shí)，印刷油墨與織物基底之間的結(jié)合強(qiáng)度較弱，且分布不均勻。這種不均勻性增大了印刷電路的表面積，進(jìn)而提高了與水的接觸概率。在洗滌的過程中，較薄的印刷電路受到反復(fù)的機(jī)械外力次數(shù)相對(duì)增多，引發(fā)電阻值的上升，從而消弱了耐水洗性能。反之，若印刷電路的厚度增加，則油墨在織物基底上呈現(xiàn)出更為均勻的分布狀態(tài)，油墨與基底間的結(jié)合力隨之增強(qiáng)。這一變化減少了電路與水的接觸面積，有效降低了洗滌過程中機(jī)械力對(duì)電路的沖擊次數(shù)。因此，在印刷厚度增加的情況下，印刷電路電阻的變化幅度趨于平緩，印刷電路的損耗降低，進(jìn)而顯著提升了其耐水洗性能。

表2為不同厚度印刷電路水洗彎折前后電阻變化數(shù)值。結(jié)果表明耐水洗性能和耐彎折性能最好的是樣品5，因此初步確定印刷層數(shù)的3個(gè)水平為4、5、6層。

2.1.2 線寬的影響

圖5顯示了不同線寬的樣品電阻在彎折1000次后和水洗10次后的電阻變化。樣品6-10分別是印刷線寬為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 cm的印刷電路。

如圖5（a）所示，樣品6在經(jīng)歷1000次彎折后電阻變化顯著，而樣品7-10在相同彎折次數(shù)下電阻變化較小。由此可見，隨著印刷電路線路寬度的增加，彎折后電阻的變化減小。這主要取決于彎折對(duì)線路內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其材料特性的影響。較寬的線路由于其較大的橫截面積和較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在彎折過程中受到的機(jī)械應(yīng)力相對(duì)較小，因此彎折后電阻的變化也會(huì)相對(duì)較小。此外，較寬的線路在彎折時(shí)更好地保持其原始形態(tài)和結(jié)構(gòu)完整性，降低了因彎折引起的橫截面積變化和表面損傷的風(fēng)險(xiǎn)。樣品10電阻變化比樣品9大，這是因?yàn)楫?dāng)線寬達(dá)到一定值時(shí)，印刷電路的表面積相應(yīng)增大，同時(shí)折痕長(zhǎng)度也顯著增加。在彎折過程中，這些折痕提高了電路被阻斷的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力增加了印刷電路阻斷流動(dòng)的機(jī)會(huì)，進(jìn)而消弱了導(dǎo)電性能，引起電阻變化的幅度增加。

如圖5（b）所示，樣品6水洗10次后電阻變化顯著，而樣品7-10在相同水洗次數(shù)下電阻變化較小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著線路寬度的增加，印刷電路的耐水洗能力增強(qiáng)，電阻變化趨于平緩，同時(shí)印刷電路的損耗也相應(yīng)減少。這是因?yàn)樗催^程可以清除線路表面的污垢、氧化物或其他雜質(zhì)，從而提高線路的導(dǎo)電性能。鑒于樣品6-10的印刷層數(shù)相同，導(dǎo)電油墨在織物基底上的分布相對(duì)均勻，因此不考慮表面的粗糙程度對(duì)水洗電阻的影響。對(duì)于較寬線路的樣品而言，其表面積相對(duì)較大，不僅提升了水洗的效率，還增強(qiáng)水洗過程中污垢、油脂和雜質(zhì)的清除能力，從而實(shí)現(xiàn)了電阻的進(jìn)一步降低與導(dǎo)電性能的提升。然而，水洗過程中可能會(huì)引入新的影響因素，如水分殘留或洗滌劑殘留，這些殘留物可能會(huì)在線路表面形成一層薄膜，阻礙電流的流動(dòng)，從而增加電阻。樣品10的電阻變化比樣品9大，這是因?yàn)楫?dāng)線寬達(dá)到一定值時(shí)，印刷電路的表面積相應(yīng)增大，這導(dǎo)致在水洗過程中印刷電路受到的機(jī)械應(yīng)力也隨之增加。水洗時(shí)機(jī)械應(yīng)力作用在印刷電路表面的機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)致導(dǎo)電性下降，進(jìn)而引起電阻變化增加。

表3為不同線寬的印刷電路樣品水洗彎折前后電阻變化數(shù)值。數(shù)據(jù)顯示耐水洗性能和耐彎折性能最好的是樣品9。因此，確定最佳印刷線寬在0.8 cm左右，即印刷線寬3個(gè)水平確定為0.7、0.8、0.9 cm。

2.1.3 導(dǎo)電顆粒含量的影響

圖6為含有不同質(zhì)量導(dǎo)電顆粒的樣品電阻在彎折1000次后和水洗10次后的電阻變化。樣品11-15分別是印刷銀包銅顆粒質(zhì)量為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 g與5.0 g透明膠漿均勻分散的印刷電路。

由圖6（a）可以看出，樣品11彎折1000次電阻變化較大，樣品12-15在相同彎折次數(shù)下電阻變化較小。電阻變化越小，印刷電路損耗越少，樣品11-15印刷電路損耗由小到大排序：樣品15、樣品14、樣品13、樣品12、樣品11。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，印刷電路中導(dǎo)電顆粒含量增多，電路在經(jīng)歷彎折后電阻變化幅度減小。這一現(xiàn)象是由于當(dāng)印刷電路在彎折過程中，導(dǎo)電顆粒之間的連接狀態(tài)發(fā)生變化。若導(dǎo)電顆粒數(shù)量較少，彎折后易導(dǎo)致部分顆粒之間的接觸斷開，形成導(dǎo)電斷點(diǎn)，進(jìn)而阻礙電流流通，導(dǎo)致電阻上升；反之，當(dāng)導(dǎo)電顆粒數(shù)量較多時(shí)，即便部分顆粒間的接觸斷開，剩余的顆粒間的連接仍然能夠保持電路的連續(xù)性，從而使得電阻下降。在實(shí)際應(yīng)用中，要綜合考慮導(dǎo)電顆粒的分布、粒徑以及其他因素，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。

由圖6（b）可以看出，樣品11水洗10次電阻變化較大，樣品12-15水洗10次變化較小。樣品11-15印刷電路損耗由小到大排序：樣品14、樣品15、樣品13、樣品12、樣品11。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，印刷電路導(dǎo)電顆粒越多，印刷電路在經(jīng)歷水洗后電阻變化越小。這是由于在水洗過程中，印刷電路受到物理和化學(xué)作用的影響，從而導(dǎo)致導(dǎo)電顆粒間連接狀態(tài)變化，進(jìn)而影響電阻。當(dāng)導(dǎo)電顆粒數(shù)量較多時(shí)，即使部分顆粒在水洗過程中受到?jīng)_刷或溶解的影響，其他顆粒之間連接仍然能夠保持電路的連續(xù)性，使得印刷電路導(dǎo)電性能相對(duì)穩(wěn)定。樣品15相較于樣品14有更高的損耗，這是因?yàn)殡m然導(dǎo)電顆粒數(shù)量增多可以減小水洗后電阻的變化，但過多的導(dǎo)電顆粒也可能導(dǎo)致顆粒之間的團(tuán)聚或分布不均勻，會(huì)影響電路的整體性能。

表4為不同導(dǎo)電顆粒質(zhì)量印刷電路水洗彎折前后電阻變化數(shù)值，數(shù)據(jù)顯示耐水洗性能和耐彎折性能最好的是樣品14即銀包銅顆粒質(zhì)量4.5 g?？紤]到實(shí)驗(yàn)時(shí)銀包銅顆粒含量過高，硬度大、柔性降低以及印刷表面不平整等因素，所以導(dǎo)電顆粒含量選取的水平向下取值，即確定3個(gè)水平為4.10、4.25、4.40 g。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)分析

基于厚度、線寬、導(dǎo)電顆粒質(zhì)量的單因素實(shí)驗(yàn)，以及耐彎折和耐水洗測(cè)試結(jié)果，選取厚度水平為4、5、6層，線寬水平為0.7、0.8、0.9 cm，導(dǎo)電顆粒質(zhì)量水平為4.10、4.25、4.40 g與5.0 g透明膠漿均勻分散。建立三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，以選擇出一組綜合性能最好的電路，作為最終印刷在里料上的柔性電路，結(jié)果如表5所示。

根據(jù)各工藝參數(shù)不同水平的工藝目標(biāo)平均值的極差大小，可獲得影響工藝目標(biāo)重要性的工藝參數(shù)的排序，極差越大，表明其對(duì)工藝目標(biāo)的影響越大。表6中K₁、K₂、K₃分別為1、2、3水平因素的彎折實(shí)驗(yàn)電阻數(shù)據(jù)之和；K_q1、K_q2、K_q3分別為1、2、3水平因素的水洗實(shí)驗(yàn)電阻數(shù)據(jù)之和。R₁和R₂分別表示彎折、水洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差。表6數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，彎折對(duì)印刷電路電阻影響程度從大到小排序?yàn)椋壕€寬、厚度、導(dǎo)電顆粒含量?；谶@一數(shù)據(jù)，確定最優(yōu)方案為A₂B₃C₂，即5層厚度、0.9 cm線寬以及4.25 g銀包銅顆粒質(zhì)量。水洗后對(duì)印刷電路電阻影響程度從大到小排序?yàn)椋汉穸?、?dǎo)電顆粒質(zhì)量、線寬。根據(jù)此數(shù)據(jù)最優(yōu)方案為A_q3B_q3C_q3，即厚度6層，線寬0.9 cm，銀包銅顆粒質(zhì)量4.5 g。綜合性能需要看極值，選擇影響大的因素，A_q3大于A₂，B₃大于B_q3，C₂大于C_q3，根據(jù)此數(shù)據(jù)最優(yōu)方案為A_q3B₃C₂，厚度6層，線寬0.9 cm，銀包銅顆粒質(zhì)量4.25 g。因此最優(yōu)條件為印刷層數(shù)6層，印刷線寬0.9 cm，印刷銀包銅粉末質(zhì)量4.25 g與5.0 g透明膠漿均勻分散制備的導(dǎo)電油墨。

2.3 樣品制備測(cè)試表征

2.3.1 SEM分析

圖7為銀包銅油墨印刷電路表面形貌。為了評(píng)估導(dǎo)電油墨印刷在面料上的均勻度、平整度、邊緣整齊度，我們對(duì)最優(yōu)制備工藝條件下的樣品進(jìn)行掃描電鏡測(cè)試。圖7（a）顯示出清晰整齊的紋路，表明銀包銅油墨在平紋布上整體印刷均勻性很高。圖7（b）—（c）清晰顯示了片狀銀包銅顆粒的均勻分布，并成功復(fù)合在滌棉平紋布上。圖7（d）觀察到整體邊緣整齊度很高，而圖7（e）—（f）展示了局部印刷電路邊緣的高度整齊。

2.3.2 EDS分析

圖8為銀包銅印刷電路的EDS能譜分析圖，目的是探究印刷油墨成分以及導(dǎo)電顆粒分散均勻度。導(dǎo)電油墨中含有銀包銅顆粒和透明膠漿，銀包銅顆粒有Ag、Cu元素，而透明膠漿的主要成分水性丙烯酸樹脂。水性丙烯酸樹脂中主要含有C、H、O元素。含硅助劑的透明膠漿可以增強(qiáng)樹脂與基材的附著力，提高耐水性，所以含有Si、TiO₂成分。滌棉平紋布主要含有C、H、O元素。觀察圖8（c）—（d）觀察到分布均勻且有紋路，可以證明C、H、O分布很均勻。圖8（g）—（h）為透明膠漿特有的Ti、Si元素，兩張圖元素分布均勻證明透明膠漿印刷均勻。圖8（e）—（f）為銀包銅顆粒分布的情況，可以觀察到銀包銅顆粒分散比較均勻。

2.3.3 彎折測(cè)試

圖9為銀包銅油墨印刷電路彎折后電阻變化圖。銀包銅印刷電路彎折1000次內(nèi)，電阻變化先上升后逐漸平緩；彎折700次后，電阻基本不變，形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。彎折前后電阻變化值為0.7 Ω，與正交實(shí)驗(yàn)中彎折變化最小的彎折電阻變化值相等。同時(shí)，印刷出的25 cm長(zhǎng)的樣品電阻為1.2 Ω。

2.3.4 水洗測(cè)試

圖10為銀包銅油墨印刷電路水洗測(cè)試后電阻變化圖。銀包銅印刷電路水洗10次內(nèi)，印刷電路的電阻變化先降低，而后慢慢上升；水洗9次后，電阻基本不變。且測(cè)試出的彎折前后電阻變化為0 Ω，小于正交實(shí)驗(yàn)中水洗電阻變化值3.2 Ω。剛開始水洗的時(shí)候，洗掉印刷電路表面一部分的雜質(zhì)并形成了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所以電阻值先下降后平穩(wěn)；進(jìn)一步水洗后，由于受到機(jī)械力的作用導(dǎo)致印刷電路電阻值慢慢上升；再水洗的時(shí)候，電阻值趨于平穩(wěn)，這是由于形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

2.3.5 溫度測(cè)試

圖11為銀包銅油墨印刷電路升溫和降溫電阻變化圖。銀包銅印刷電路在溫度升高時(shí)電阻升高，溫度降低時(shí)電阻降低。這種變化主要受到材料的電阻溫度系數(shù)、銀包銅結(jié)構(gòu)、材料間的界面效應(yīng)以及外部因素的影響^［14］。銀包銅印刷電路溫度升高時(shí)，其電阻變化取決于銀包銅材料的電阻溫度系數(shù)。當(dāng)溫度升高時(shí)，其內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)受到熱擾動(dòng)的影響，電子與銀、銅原子之間的碰撞頻率增加，導(dǎo)致電阻增加。同時(shí)，熱效應(yīng)可能導(dǎo)致電荷的流失，進(jìn)一步影響電阻的傳導(dǎo)性。

當(dāng)銀包銅印刷電路的溫度降低時(shí)，熱擾動(dòng)減少，電子與銀、銅原子碰撞頻率降低，電子運(yùn)動(dòng)更加順暢，因此電阻會(huì)減小。此外，溫度降低也有助于減少電荷的流失，從而保持電阻的穩(wěn)定。在銀包銅印刷電路中，銅芯被銀包裹。銀的導(dǎo)電性能優(yōu)于銅，兩者的電阻都會(huì)隨溫度變化而變化。盡管銀含量較少，電阻變化對(duì)整體電阻影響較小，但影響仍然存在。材料間可能發(fā)生的界面效應(yīng)如界面擴(kuò)散、氧化等情況。隨著溫度的升高，界面效應(yīng)顯著增加電阻；而溫度降低時(shí)，界面效應(yīng)減弱，從而降低電阻。此外，電路結(jié)構(gòu)、連接方式和周圍環(huán)境也對(duì)電阻變化有影響。降溫時(shí)的曲線比升溫時(shí)的曲線變化慢，即降溫過程中對(duì)外界條件變化的響應(yīng)不如升溫時(shí)敏感或迅速，存在遲滯效應(yīng)。

3 結(jié)論

本文在滌棉布基底上制備了柔性銀包銅印刷電路，以導(dǎo)電性能為指標(biāo)，對(duì)制備的樣品進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)以及正交實(shí)驗(yàn)，確定優(yōu)化印刷工藝，并對(duì)最優(yōu)工藝條件下制備的樣品進(jìn)行性能測(cè)試與表征，得到以下結(jié)論：

a）單因素實(shí)驗(yàn)得出印刷層數(shù)范圍為印刷4、5、6層；印刷線寬范圍為0.7、0.8、0.9 cm；印刷銀包銅質(zhì)量范圍為4.10、4.25、4.40 g。在這個(gè)范圍內(nèi)銀包銅印刷電路有較好的耐水洗耐彎折性能以及好的導(dǎo)電性。在單因素實(shí)驗(yàn)得出的范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，柔性銀包銅印刷電路的最優(yōu)制備工藝參數(shù)是印刷層數(shù)6層，印刷線寬0.9 cm，印刷銀包銅粉末質(zhì)量4.25 g與5.0 g透明膠漿均勻分散。該工藝條件下制備出的印刷電路，其耐水洗性能、耐彎折性能與導(dǎo)電性能的綜合表現(xiàn)最好。

b）銀包銅油墨電路印刷均勻，顆粒分布均勻，樣品的電阻較小為1.2 Ω，水洗10次前后變化為0 Ω，彎折1000次前后變化0.7 Ω。受溫度影響不大，在300 ℃仍然較為穩(wěn)定。

本文制備的柔性銀包銅油墨印刷電路具備良好的導(dǎo)電性能、柔性、耐彎折性能、耐水洗性能、溫度穩(wěn)定性能，能夠?yàn)榻窈笕嵝杂∷㈦娐返难芯刻峁﹨⒖肌?/p>

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Process optimization and conductivity of flexible silver-clad copper printed circuits

ZHONG Mei， CHEN Xiaodong， QIU Li， DONG Qijing， LONG Tianyu

（College of Light Industry amp; Textiles， Inner Mongolia University of Technology， Huhhot 010051， China）

Abstract： With the progress of society and the development of science and technology， people's demands for health， quality of life， and safety are steadily increasing. Smart clothing， a novel product integrating technology and fashion， has gradually entered people's lives. It seamlessly combines technology and fashion. By embedding sensors， circuits， microprocessors， and other components， it fulfills functions such as interacting with the wearer， monitoring health status， and enhancing athletic performance. Smart clothing has emerged as a significant trend in the future development of the clothing industry. The design of smart clothing must balance human comfort with complex circuitry arrangements. As the desired functionality increases， the circuitry becomes more intricate， significantly complicating the clothing production process and potentially compromising comfort.

The flexible silver-clad copper printed circuits developed in this study can， to a certain extent， replace traditional wires， effectively simplifying complex circuitry while enhancing clothing comfort without compromising functionality. In this study， samples prepared through single-factor experiments on printed circuits underwent washing and bending tests. Additionally， orthogonal experiments were conducted to determine the optimal printing conditions for the application of these circuits. Through single-factor experiments on thickness， line width， and quality of conductive particles， the approximate range for the orthogonal experiment was determined. After determining the approximate range， the orthogonal experiment was carried out， and three factors were selected， namely thickness， line width， and quality of conductive particles. Each factor had three levels to optimize the process conditions of the flexible printed circuit. Testing and characterization involved the use of scanning electron microscopy （SEM）， energy dispersive spectroscopy （EDS）， thickness measurements， resistance tests， bending tests， and washing tests. The resistance of the silver-coated copper printed circuit under different conditions was tested to reflect the conductivity of the printed circuit.

The results of single-factor experiments showed that the optimal conditions were with 4， 5， and 6 layers in thickness， line width of 0.7 cm， 0.8 cm and 0.9 cm， quality of conductive particles of 4.1 g， 4.25 g， and 4.4 g evenly dispersed silver-coated copper particles and 5 g of transparent mortar. The uniform dispersion was used as reference to establish a three-factor three-level orthogonal experiment. The results of orthogonal experiment show that the printing circuit has good washability and bending performance under the process of printing 6 layers， namely 0.22 cm， printing line width 0.9 cm， 4.25 g conductive particles and 5 g transparent mortar quality. The sample of silver-coated copper ink printing circuit was prepared. The morphology test， elemental analysis and bending washing temperature test of the sample were carried out. It was found that the printing was uniform and the particle distribution was uniform. The sample exhibited a relatively low resistance of 1.2 Ω， the change before and after washing 10 times was 0 Ω， and the resistance changed by 0.7 Ω after 1000 bending cycles. The sample is not affected by temperature， and it remains relatively stable even at 300 ℃. The best process summarized provides reference for future flexible printed circuits.

Keywords： washing resistance; bending resistance; silver-clad copper printing circuits; flexible printed circuits; orthogonal experiment