Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại và ứng dụng trong công nghệ in các mạch điện tử NCS. Đặng Thị Mỹ Dung

MỞ ĐẦU A Lý chọn đề tài Thời gian gần đây, số đặc điểm trội so với công nghệ planar, số sở nghiên cứu khoa học giới bắt đầu triển khai nghiên cứu phát triển công nghệ in phun nhằm chế tạo vi mạch điện tử Ưu điểm bật công nghệ in phun không cần dùng mặt nạ “mask” (tiết kiệm mask đắt tiền), máy tính điểu khiển in chấm dựa hình ảnh thiết kế Quy trình đơn giản hơn, sử dụng ngun vật liệu, hóa chất (chỉ vào khoảng 10-20% so với phương pháp quang khắc) nên giá thành chế tạo linh kiện giảm đáng kể Theo tính tốn sơ chúng tơi, phương pháp in phun giúp giảm khoảng 50% giá thành chế tạo vi linh kiện so với sản phẩm sản xuất theo phương pháp truyền thống (quang khắc) có mặt thị trường Đây lý quan trọng giúp cho cơng nghệ in phun ứng dụng phịng thí nghiệm để in màng mỏng lên loại đế khác nhau, đặc biệt đế nhựa hay đế giấy khó thực phương pháp khác Mực in phun vấn đề cốt yếu sử dụng công nghệ in phun Các nghiên cứu nhận định hầu hết hạn chế lỗi sản phẩm liên quan đến dung dịch mực in phun Mực in phải đáp ứng điều kiện phù hợp hệ thống in phun, bao gồm vấn đề như: thấm ướt bên đầu in, độ nhớt thường giới hạn phạm vi từ đến 20 cP, áp suất thấp, sức căng bề mặt phù hợp với đầu in khác yêu cầu khác Trong thực tế, chất mực in phun chất mang phân tử đám phân tử để tạo chức cần có lớp in Chúng ta thấy rõ mực in đồ họa mang chất màu với chất bảo vệ chống lại ánh sáng hay phân tử đặc biệt giúp kiểm soát lan truyền mực in bề mặt Đối với loại mực in dẫn điện thích hợp cho việc chế tạo mạch vi điện tử hạt nano kim loại mang mực in phun tạo thành lớp cuối cần đặc khít lại sau dung môi bay Lớp cần phải trải qua trình nung kết khối để hợp thành màng liên tục Để đạt điều này, phân tử hữu thêm vào mực in để ổn định hạt nano kim loại dung dịch mực in khơng hình thành lớp bền vững, để loại bỏ phân tử hữu lúc sấy khô nhiệt độ thấp Sau in, lớp màng in cần xử lý nhiệt, điều cần thiết để hạt nano dẫn điện liên kết với tạo thành lớp màng đồng Vì vậy, hình thành cơng thức mực in phun chìa khóa để chế tạo thành công màng dẫn điện phương pháp in phun Vì với mục đích phát triển công nghệ in phun nhằm chế tạo vi mạch điện tử Việt Nam, chọn đề tài nghiên cứu là: ‘Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại ứng dụng công nghệ in mạch điện tử’ cho Luận án B Mục tiêu Luận án Mục tiêu Luận án nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại ứng dụng công nghệ in mạch in điện tử công nghệ in phun Để thực mục tiêu chính, mục tiêu cụ thể cần thực là: - - Nghiên cứu giải vấn đề công nghệ phát sinh làm chủ thông số cơng nghệ in phun để in điểm, đường màng mỏng dẫn điện Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại bạc (Ag) đồng (Cu) Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại bạc đồng từ hạt nano kim loại bạc đồng chế tạo Luận án So sánh mực in nano kim loại chế tạo Luận án với mực in kim loại thương mại Để chế tạo ứng dụng mực in nano kim loại cho việc chế tạo mạch điện tử công nghệ in phun, cần phải tìm hiểu làm chủ thơng số cơng nghệ in phun Vì nội dung quan trọng giải vấn đề công nghệ phát sinh làm chủ thơng số cơng nghệ in phun để in điểm, đường màng mỏng dẫn điện Khảo sát đặc trưng máy in phun sử dụng mực in nano kim loại thương mại, tương tác mực in đế, thơng số ảnh hưởng đến q trình in phun Hơn nữa, để chế tạo mực in nano kim loại, việc nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại nội dung quan trọng thực Luận án này, sau tiến hành nghiên cứu thành phần cho công thức mực in nano kim loại Nghiên cứu ứng dụng tập trung vào khâu chế tạo vi mạch điện tử công nghệ in phun C Cấu trúc Luận án Luận án gồm 158 trang trình bày sau: Mở đầu (4 trang), Chương 1: Tổng quan (25 trang), Chương 2: Phương pháp thực nghiệm (22 trang), Chương 3: Kết thảo luận (101 trang) Kết luận định hướng nghiên cứu (6 trang) Luận án có 29 bảng, 115 hình 115 tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2 Tổng quan hạt nano kim loại Đối với mực in hạt nano kim loại, mực in phải dẫn điện sau in, tính chất mực in, khả phun mực, tương tác bề mặt đế mực in, khả máy in phun phải đồng Để xây dựng công thức mực in đạt yêu cầu này, dung dịch hạt nano kim loại phải đạt có tính chất sau: - Nồng độ hạt nano kim loại dung dịch phải cao khoảng 1015% theo khối lượng (wt%), để đảm bảo tính dẫn điện mực in phun - Hạt nano kim loại có kích thước hạt nhỏ, để giảm nhiệt độ xử lý sau in in loại đế khác - Hạt nano kim loại không bị kết tụ dung dịch, để tránh làm tắt vịi phun mực in phun - Quy trình chế tạo hạt nano kim loại đơn giản, nhanh chóng khơng sử dụng dung mơi độc hại, để sản xuất với số lượng lớn 1.3 Tổng quan mực in phun Mực in phun dẫn điện sử dụng để chế tạo cấu trúc nhiều loại đế khác cho ứng dụng điện tử Các cấu trúc có kích thước từ mili mét, đến micro mét chí có kích thước siêu nhỏ Nó thay phương pháp chế tạo cấu trúc dẫn điện truyền thống sử dụng nguyên vật liệu đắt tiền thải đáng kể chất nhiễm hóa học Ngồi ra, phương pháp lắng đọng thông thường phải thông qua nhiều bước khác Nhu cầu thị trường đòi hỏi linh kiện điện tử có chất lượng cao, chi phí thấp địi hỏi kỹ thuật chế tạo sáng tạo, nhanh rẻ so với phương pháp sản xuất truyền thống In phun phương pháp mà cung cấp linh hoạt thuận lợi chi phí, đặc biệt cho q trình sản xuất cấu trúc có kích thước nhỏ CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.3 Quy trình thực nghiệm 2.3.2 Quy trình chế tạo dung dịch hạt nano bạc Trong Luận án chế tạo hạt nano bạc phương pháp hóa khử theo quy trình khác để tìm quy trình phù hợp cho ứng dụng chế tạo mực in nano bạc: - Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với dung môi nước, chất khử NaBH4 trisodium citrate (TSC) phương pháp hóa học sử dụng khuấy từ - Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với Ethanol vừa dung môi vừa chất khử phương pháp hóa học sử dụng rung siêu âm - Quy trình chế tạo hạt nano bạc có kích thước hạt nhỏ với Ethylen glycol (EG) vừa dung môi vừa chất khử phương pháp hóa học sử dụng rung siêu âm - Quy trình chế tạo nano bạc (Ag nanoplates) Hình 2.4 Quy trình thí nghiệm hình thành nano bạc nano bạc 2.3.4 Quy trình chế tạo mực in hạt nano kim loại Từ quy trình chế tạo hạt nano kim loại phía chúng tơi thu dung dịch keo kim loại để chế tạo mực in nano kim loại Quy trình chế tạo mực in nano kim loại bao gồm bước sau: - Ly tâm dung dịch nano bạc đồng để thu bột nano kim loại - Sau ly tâm loại bỏ dung môi dung dịch nano kim loại , chúng tơi rửa lượng PVP cịn dư bám hạt nano kim loại - Phân tán lại hạt nano kim loại dung mơi thích hợp để thu mực in nano kim loại - Đo đạc tính chất mực in - Đánh giá mực in chế tạo thiết bị in phun Dimatix Printer CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu giải vấn đề công nghệ phát sinh làm chủ thông số công nghệ in phun Đánh giá tính chất khả phun mực loại mực in dẫn điện thương mại Để đạt ứng dụng in phun cụ thể, tính chất hệ thống in phun bao gồm: công nghệ in phun, mực in, đầu in đế in phải khảo sát Đối với loại ứng dụng khác nhau, yêu cầu khác cần thiết lập Để chế tạo mực in nano kim loại phù hợp cho thiết bị in phun cụ thể cần phải nghiên cứu để hiểu thông số kỹ thuật in phun vấn đề cơng nghệ in phun Vì nội dung quan trọng mà tập trung giải vấn đề công nghệ phát sinh làm chủ thông số công nghệ in phun để in điểm, đường màng mỏng dẫn điện Ba loại mực in dẫn điện khác khảo sát Luận án mực in nano bạc có lẫn đồng IJ242-54 từ hãng Cima Nanotech, mực in nano bạc U5603 từ hãng Sunjet, mực in nano bạc MetalonTM JS015 từ hãng NovaCentrix Tuy nhiên, sau kiểm tra khả phun mực loại mực in thương mại có mực in nano bạc U5603 từ hãng Sunjet phun tốt hai mực in cịn lại khơng phun từ vòi phun máy in phun chuyên dụng Dimatix printer Vì mực in Sunjet sử dụng để tiếp tục nghiên cứu Luận án 3.1.2 Khảo sát thông số phù hợp kỹ thuật in phun sử dụng loại mực in dẫn điện thương mại 3.1.2.2 Cải thiện khả phun mực mực in Có thể thấy rõ ràng hình 3.8 có vịi khơng phun mực vịi phun mực khơng ổn định, khơng thẳng hàng Chúng nhiều thời gian nghiên cứu vấn đề này, chướng ngại phải vượt qua khống chế q trình phun Cuối chúng tơi tìm nguyên nhân vấn đề bong bóng khí mực in Khi có bong bóng khí bị tắc, áp suất tạo áp điện thượng nguồn nén bong bóng lại không truyền lượng cho mực in (do hệ số nén khác lớn khí lỏng) Khi đầu phun khơng phun mực hình 3.8 (a) (b) Hình 3.8 Lỗi phun mực mực in Sunjet: (a) vịi khơng phun mực, (b) vịi phun lỗi Trong Luận án chúng tơi tập trung vào phương pháp khử bong bóng khí màng lọc khí Hình 3.9 hệ thống lọc bong bóng khí màng lọc khí thiết lập Luận án Hình 3.10 hình ảnh giọt mực in phun tốt sau lọc bong bóng khí từ mực in Sunjet Hình 3.10 Hình ảnh giọt mực in phun tốt sau lọc bong bóng khí từ mực in Sunjet Hình 3.9 Hệ thống lọc bong bóng khí màng lọc khí thiết lập Luận án Kết chế tạo hạt nano bạc 3.2.2 Chế tạo hạt nano bạc với nồng độ cao sử dụng dung môi EG chất khử Phổ UV-Vis dung dịch hạt nano Ag có tỷ lệ phần trăm theo khối lượng dung dịch 10% 15% thể hình 3.40 Hình 3.40 Phổ UV-Vis dung dịch hạt nano bạc với tỷ lệ phần trăm theo khối lượng Ag dung dịch khác Dung dịch nano bạc đặc trưng đỉnh hấp thụ bước sóng khoảng 408-410 nm tùy thuộc vào kích thước hạt nano Khi nồng độ hạt nano bạc dung dịch tăng màu sắc dung dịch thay đổi từ vàng sang màu vàng đậm, đỏ đồng thời phổ hấp thụ dịch chuyển phía có bước sóng lớn 10 % 15 % Hình 3.42 Ảnh TEM dung dịch hạt nano bạc với tỷ lệ phần trăm Ag dung dịch khác Hình 3.42 ảnh TEM mẫu với tỷ lệ phần trăm hạt nano bạc dung dịch 10 wt% 15 wt% Với mẫu tỷ lệ phần trăm hạt nano Ag dung dịch 15 wt% có kích thước hạt phân bố hẹp khoảng - 10 nm Trong quy trình ly tâm thu hạt nano Ag chúng tơi nhận thấy tỷ lệ 15 wt% khó loại bỏ hết PVP dung dịch Nên chọn nồng độ bạc dung dịch 10 wt% để ly tâm thu bột nano bạc, ứng dụng chế tạo mực in nano bạc phần 3.2.2.3 Sự ổn định dung dịch nano bạc theo thời gian Sự ổn định dung dịch nano bạc theo dõi qua thay đổi đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon màu sắc dung dịch theo thời gian lưu trữ mẫu mơi trường khơng khí Quang phổ hấp thụ đo sau mẫu vừa chế tạo, sau chế tạo ngày, ngày, 10 ngày, 15 ngày, tháng tháng (Hình 3.43) Sự ổn định dung dịch hạt nano bạc dựa thay đổi đỉnh hấp thụ 410, 408, 414, 409, 410, 410 414 nm tương ứng với thời gian lưu trữ vừa chế tạo, sau chế tạo ngày, ngày, 10 ngày, 15 ngày, tháng tháng Những kết có dịch chuyển nhỏ đỉnh phổ hấp thụ cho thấy hạt nano bạc ổn định theo thời gian Quan sát màu sắc phổ UV-vis nhận thấy dung dịch khơng có thay đổi sau tháng Hình 3.43 Phổ UV-Vis dung dịch hạt nano bạc theo thời gian, nồng độ PVP 0,003M Màu sắc dung dịch hạt nano bạc sau chế tạo sau tháng 3.4 Xây dựng công thức mực in hạt nano bạc 3.4.3 Xây dựng công thức mực in nano bạc Công thức mực in cho quy trình chế tạo mực in, chúng tơi sử dụng dung mơi mực in Sunjet cung cấp từ hãng sản xuất Bốn thành phần sử dụng là: Ethanol, Ethylene glycol, glycerine 2-isopropyxyethanol Một loạt mẫu nghiên cứu thực bảng 3.19 Tất mẫu thí nghiệm với nồng độ phần trăm theo khối lượng hạt nano bạc dung dịch 20 wt% (Đây nồng độ hạt nano bạc mực in Sunjet, chúng tơi sử dụng nồng độ cho hạt nano bạc 20 wt% để dễ dàng so sánh với mực in Sunjet có thị trường) Qua công thức mực in hạt nano bạc phía ta thấy cơng thức I5 với độ nhớt 11,2 cP sức căng bề mặt 29,5 mN.m phù hợp với yêu cầu mực in phun dùng cho máy in phun Dimatix Vì chọn công thức mực in I5 để tiếp tục nghiên cứu tính chất Bảng 3.19 Các công thức mực in hạt nano bạc 10 Mẫ Etha Ethylen Glyc 2- Độ Sức căng u nol glycol erin isopropoxyet nhớt bề (%) (%) (%) hanol (%) (cP) (mN/m) I1 40 24,0 11,2 4,8 7,00 26,86 I2 24 40,0 11,2 4,8 22,02 29,59 I3 28,8 35,2 4,8 11,2 18,46 30,15 I4 35,2 28,8 4,8 11,2 12,56 29,87 I5 32 32,0 4,8 11,2 11,20 29,50 I6 24 40,0 8,0 8,0 26,27 31,36 mặt 3.4.3.1 Phổ UV-vis Hình 3.66 phổ UV-VIS công thức mực in I5 Đỉnh cộng hưởng plasmon loại mực 407 nm phù hợp với đỉnh Plasmon hạt nano Ag Hình 3.66 Phổ UV-VIS công thức mực in I5 Kết từ phổ UV-Vis cho thấy việc tồn đỉnh cộng hưởng plasmon loại mực in chứng cho thấy khơng tồn oxi hóa tương tác mạnh bề mặt hạt nano Các kết cho thấy hạt nano bạc có dạng hình cầu kích thước nhỏ Điều minh chứng rõ ràng qua ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 11 3.4.3.2 Kết ảnh TEM Hình 3.67 Ảnh TEM phân bố kích thước hạt cơng thức mực in I5 Hình 3.67 ảnh TEM cơng thức mực in I5 Kết cho thấy rõ mực in I5 có kích thước hạt nhỏ phân bố kích thước hạt hẹp, kích thước trung bình khoảng nm Đặc tính có ích việc hạ thấp nhiệt độ xử lý: hạt nhỏ nóng chảy trước kết dính hạt lớn với nhau, giúp hình thành chi tiết màng dẫn điện nhiệt độ thấp 3.4.6 In thử nghiệm mực in nano bạc chế tạo Hình 3.70 cho thấy mực in khơng bám dính bề mặt PET, nên mực in sau rơi xuống đế, mực không tạo thành đường mà co cụm lại thành điểm Mực in bề mặt thủy tinh bám dính tốt đế PET, nhiên mực in co cụm lại số vị trí nên không tạo nên đường in Mực in tạo thành đường thẳng đế Si, chứng tỏ mực in bám dính tốt đế Si Đế Đế thủy 12 Đế Si Hình 3.70 Hình ảnh đường in loại đế khác sau sấy khô 100oC Đế PET thủy tinh loại đế đáng quan tâm, chúng đế rẻ tiền thơng dụng, sử dụng mạch in điện tử Vì nghiên cứu cải thiện khả bám dính mực in loại đế 3.4.7 Cải thiện công thức mực in hạt nano bạc Công thức mực in sử dụng ethanol dung mơi chính, đốn ethanol có tốc độ bay nhanh nên mực in chưa kịp bám dính đế dung môi bay Hơn nữa, ethanol bay nhanh nên vịi phun bị khơ nhanh in, làm cho mực in phun qua vòi phun sau ngày sử dụng Nước dung mơi quan tâm nhiều dung mơi dễ dàng có rẻ Tất loại mực in tiêu chuẩn sử dụng dung mơi nước Hơn có tốc độ bay nước chậm Một số công thức mực in hạt nano bạc thực bảng 3.20, với nước dung mơi chính, ethanol đồng dung mơi Để tránh vịi phun bị khô sau ngày sử dụng nồng độ chất giữ ẩm glycerine tăng lên Bảng 3.20 Một số công thức mực in hạt nano bạc Mẫu H2O (wt%) Ethanol (wt%) Ethylen glycol (wt%) Glycer in (wt %) 2isopropoxyet hanol (wt%) I7 19 38 19 I8 38 19 19 I9 50 17 I10 31 15 1,5 15 1,5 13 Ethyl acetate (wt%) 16 So sánh kết sức căng bề mặt công thức I8 I9, ta thấy công thức I9 với nồng độ nước 50 wt% nên sức căng bề cao 59 mN/m, công thức không phù hợp cho máy in phun, mực in khơng thể phun từ vịi phun sức căng bề mặt cao Vì tiến hành in thử nghiệm công thức mực in I7 I8 loại đế : PET, thủy tinh Si để khảo sát độ bám dính cửa mực in loại đế Hình 3.71 hình ảnh đường in cơng thức mực in I7 I8 loại đế khác I7 I8 Đế PET Đế thủy tinh Đế Si Hình 3.71 Hình ảnh đường in loại đế khác sau sấy khô 100oC Từ kết ta thấy cơng thức mực in I8 bám dính tốt loại đế, nhiên sau nung mẫu 200oC đường in bị co lại hình 3.72 phía Để cải thiện vấn đề mực in bị co lại thêm ethyl acetate vào dung dịch mực cơng thức mực in I10 (Hình 3.72) Ethyl acetate 14 đóng vai trị chất làm cứng, cải thiện khả ổn định nhiệt lớp in dung dịch mực in I8 Sấy 100oC I8 nung 200oC I10 Sấy 100oC I10 nung 200oC Hình 3.72 Ảnh chụp mẫu I8 I10 in đế kính sau sấy 100oC nung 200oC Tuy nhiên sức căng bề mặt công thức mực in I10 cao, mực in phun từ đầu phun khó để kiểm sốt q trình phun mực, chúng tơi thêm lượng nhỏ Sodium dodecyl Sulfate (SDS) để điểu chỉnh sức căng bề mặt công thức mực in I10 Để nghiên cứu ảnh hưởng SDS đến sức căng bề mặt công thức mực in I10, chúng tơi thực mẫu thí nghiệm cách thêm 0,05, 0,1, 0,3 0,5 %wt SDS (dung dịch SDS nước) Khi sử dụng lượng nhỏ dung dịch SDS 0,05 0,1 wt% sức căng bề mặt dung dịch mực in không phụ thuộc vào hàm lượng SDS, điều hợp lý nước có sức căng bề mặt lớn 72,8 mN/m nhiệt độ phịng, lượng nhỏ SDS khơng thể cải thiện sức căng bề mặt dung dịch mực in Khi thể tích dung dịch SDS tăng lên 0,3 wt% sức căng bề mặt dung dịch mực in giảm từ 39 mN/m xuống 36 mN/m đạt giá trị bão hịa Bên cạnh đó, để tăng độ bóng màng sau in cải thiện khả phun mực mực in, lượng nhỏ chất phụ gia như: Ethyl glycolate Ethyl formate thêm vào công thức mực in Hai phụ gia thành phần mực in Sunjet mà chúng tơi phân tích trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP.HCM Đến thời điểm chúng tơi thu cơng thức mực in in 15 máy in phun có độ bám dính tốt, công thức mực in LNT-1 với thành phần sau: - Nano Ag: 20 wt% - H2O: 31 wt% - Ethanol: 12 wt% - Ethylen glycol: 1,5 wt% - Glycerin: 15 wt% - 2-isopropoxyethanol: 1,5 wt% - Ethyl acetate: 15,6 wt% - SDS: 0,3 wt% - Ethyl glycolate: 0,05 wt% - Ethyl formate: 0,05 wt% 3.6 Ứng dụng mực in nano kim loại thu để in mạch điện tử Chúng ứng dụng mực in hạt nano bạc chế tạo để in mạch điện tử cơng nghệ in phun Hình 3.84 bước chế tạo mạch in điện tử công nghệ in phun Lặp lại nhiều lần Kiểm soát in phun Chọn vật liệu Thiết kế In màng dẫn điện Hình 3.84 Các bước chế tạo mạch in điện tử công nghệ in phun 16 Tối ưu nhi 3.6.2 In mạch điện tử Sau tìm độ phân giải phù hợp cho loại đế tiến hành in mạch điện tử có cấu trúc thiết kế đế PET, thủy tinh Si Hình ảnh mạch điện tử đế PET, thủy tinh Si hình 3.86 Đế Si Đế Thủy tinh Đ Hình 3.86 Ảnh mạch in điện tử đế Si, thủy tinh PET 3.7 So sánh đặc tính mực in nano bạc chế tạo Luận án mực in nano bạc thương mại Để đánh giá chất lượng mực in nano bạc chế tạo Luận án này, so sánh đặc tính mực in nano bạc chế tạo Luận án (mực in LNT-1) so với loại mực in thương mại Ba loại mực in thương mại khác khảo sát báo cáo mực in nano bạc có lẫn đồng IJ242-54 từ hãng Cima Nanotech, mực in nano bạc U5603 từ hãng Sunjet, mực in nano bạc MetalonTM JS-015 từ hãng NovaCentrix 3.7.1 So sánh đặc tính loại mực in Các đặc tính mực nano bạc chế tạo LNT-1 loại mực in thương mại phân tích trình bày phần 3.1 3.4 trên, chúng tơi nêu tóm tắt đặc tính loại mực in để dễ dàng so sánh bảng 3.24 Bảng 3.24 So sánh đặc tính loại mực in Mực in nano bạc có 17 Mực in nano bạc Mực in nan lẫn đồng IJ242-54 MetalonTM JS-015 từ U5603 từ từ hãng NovaCentrix Sunjet hãng Cima Nanotech λ (nm) 409 401 402 Kích thước hạt 60 (bị kết đám) 10-33 5-28 Khơng phun Phun khơng tốt (có Phun tốt (nm) Khả phun mực nhiều giọt vệ tinh) Khả in 3.7.2 Không in Không in In tốt So sánh điện trở cấu trúc sau in Bảng 3.25 kết điện trở mẫu in lớp, lớp lớp nung 200oC Bảng 3.25 Kết đo điện trở loại mực in thương mại mực in LNT-1 Số lớp in Bề dày (nm) Điện trở mực in LNT-1 (Ω) 250 265 500 135 700 79 Từ kết ta thấy điện trở mực in LNT-1 cao mực in thương mại không nhiều Hiển nhiên rằng, việc in nhiều lớp làm tăng độ dày nồng độ hạt mang điện đường dẫn điện in, từ làm tăng độ dẫn điện Tuy nhiên, mức độ giảm điện trở chúng diễn chậm Trong bảng 3.25, thấy điện trở giảm đáng kể ta in thêm lớp thứ hai Các mẫu in hiển nhiên làm giảm điện trở không nhiều ta in thêm lớp thứ ba Như trình bày trên, việc nung kết khối 18 Đi mẫu có tác dụng làm bay hồn tồn dung mơi lại liên kết hạt nano lại với Đối với mẫu in từ lớp trở lên, lớp ngồi nhanh chóng kết dính bay dung môi ngăn cản bay dung môi lớp trong, đồng thời liên kết hạt nano diễn chậm Số lớp in nhiều thời gian nung bắt buộc phải dài muốn thu độ dẫn điện ý muốn Dù vậy, theo dự đoán chúng tôi, điện trở mẫu in giảm đến giới hạn Lúc ấy, dù có tiếp tục in thêm nhiều lớp điện trở khơng đổi, giảm KẾT LUẬN A Kết đạt Toàn kết Luận án tập trung vào ba mảng nghiên cứu lớn sau: 1) Đã nghiên cứu giải vấn đề công nghệ phát sinh làm chủ thông số công nghệ in phun để in điểm, đường màng mỏng dẫn điện - Đã khảo sát đặc trưng loại mực in phun thương mại khác nhau, tương tác mực in đế, thơng số ảnh hưởng đến q trình in phun - Đặc biệt, chúng tơi tìm giải pháp để khử bong bóng khí mực in Một hệ thống khử bong bóng khí mực in màng lọc thiết lập Luận án này, nhờ mực in phun tốt ổn định từ vòi phun 2) Đã chế tạo thành công hạt nano kim loại (bạc đồng) phương pháp khử hóa học - Đã chế tạo thành cơng dung dịch nano bạc có nồng độ cao (15%) ổn định phương pháp hóa học sử dụng máy rung siêu âm, sử dụng etylen glycol vừa chất khử vừa dung môi, polyvinylpyrolidone (PVP) chất bảo vệ bề mặt Kết cho thấy chế tạo dung dịch keo nano bạc với nồng độ cao 19 (hơn 15% khối lượng); kích thước hạt nhỏ – 15 nm, độ đồng cao, phân bố kích thước hạt tốt Độ phân tán độ ổn định hạt nano bạc lâu (hơn tháng) phù hợp mục đích chế tạo mực in nano bạc - Đã chế tạo thành công dung dịch bạc nanoplates cách sử dụng đồng thời TSC H2O2 thành phần quan trọng để kiểm sốt hình dạng phân bố hình dạng khác hạt nano bạc Chúng thấy nồng độ trisodium citrate, H 2O2 PVP ảnh hưởng đến màu sắc hình dạng hạt nanoplates Chúng xác định tỉ lệ nồng độ mol tối ưu Trisodium citrate, NaBH4 H2O2 so với [Ag+] - Đã chế tạo thành công dung dịch hạt nano đồng cách sử dụng chất khử sodium tetrahydidoborate (NaBH 4) sử dụng ascorbic acid chất khử nhẹ Kích thước hạt nano đồng từ 6nm đến 40nm Hạt nano đồng trạng thái ổn định dung dịch khoảng tháng hạt nano ổn định (màu đỏ) dạng bột tháng 3) Đã chế tạo thành công mực in hạt nano kim loại với đầy đủ tính chất phù hợp với máy in phun chuyên dụng Dimatix Trong Luận án này, chúng tơi tìm công thức mực in hạt nano kim loại (nano bạc) thích hợp cho máy in phun, in mạch điện tử có độ bám dính cao, màng in đồng không bị co rút sau nung Công thức mực in nano bạc chế tạo Luận án (LNT-1) với độ nhớt 9,5 cP sức căng bề mặt 36 mN/m bao gồm 10 thành phần sau: - Nano Ag: 20 wt% - H2O: 31 wt% - Ethanol: 12 wt% - Ethylen glycol: 1,5 wt% - Glycerin: 15 wt% 20 - 2-isopropoxyethanol: 1,5 wt% - Ethyl acetate: 15,6 wt% - SDS: 0,3 wt% - Ethyl glycolate: 0,05 wt% - Ethyl formate: 0,05 wt%  So sánh nước: Việc nghiên cứu công nghệ in phun nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại chưa thực Việt nam, kết nghiên cứu Luận án hoàn toàn nước  So sánh với Quốc tế: so sánh với loại mực in thương mại từ hãng Sun Chemical, NovaCentrix Cima Nanotech: - Mực in từ hãng Sun Chemical phun tốt ứng dụng để chế tạo mạch vi điện tử công nghệ in phun - Mực in từ hãng NovaCentrix có độ nhớt thấp cP, nên mực in bị chảy từ vịi phun nên khơng thể in phun máy in phun chuyên dụng Dimatix (Hoa Kỳ) - Mực in từ hãng Cima Nanotech có hạt nano bạc bị kết tụ, nên làm tắt vòi phun nên phù hợp cho việc in phun sử dụng máy in phun chuyên dụng Dimatix (Hoa Kỳ)  Vì mực in nano kim loại chế tạo Luận án Tiến sĩ so sánh ngang tầm với mực in thương mại Quốc tế B Những điểm đóng góp Luận án  Những kết đạt được: - Đã xây dựng quy trình chế tạo sản phẩm nano Ag với nồng độ cao ứng dụng chế tạo mực in nano kim loại cho công nghệ in phun; - Đã chế tạo thành công mực nano kim loại (nano metal ink) có tính chất phù hợp với công nghệ in phun điện tử, chất lượng so sánh với sản phẩm thương mại nước ngồi; 21 - Nghiên cứu thành cơng quy trình in phun để chế tạo mạch vi điện tử - Đã giải vấn đề bong bóng khí mực in q trình in phun hệ lọc khí tự chế tạo  Đóng góp Tác giả từ kết nghiên cứu Luận án lĩnh vực Khoa học Cơng nghệ: • Tác giả Luận án Chủ nhiệm đề tài NCKH có liên quan đến đề tài Luận án: - “Chế tạo hạt nano đồng chế tạo mực in phun đồng” Đề tài tài trở Đại Học Quốc Gia TP HCM, với kinh phí 150 triệu Đề tài nghiệm thu đạt loại tốt - “Chế tạo mực in nano bạc ứng dụng công nghệ in mạch điện tử” Đề tài thuộc dạng “Nghiên cứu tiềm năng” tài trợ “Bộ Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam - Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước KC.02/11-15 - Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ Vật liệu mới”, với kinh phí 950 triệu Đề tài NCKH nghiệm đạt loại xuất sắc - “Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại bạc đồng dùng công nghệ in phun chế tạo linh kiện micronano”, tài trợ “Bộ Khoa Học Công Nghệ Việt Nam - Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước KC.02/11-15 - Nghiên cứu ứng dụng phát triển cơng nghệ Vật liệu mới”, với kinh phí 3.070 triệu Đề tài thực từ năm 2014-2015, bảo đảm tiến độ thực • Tác giả Luận án tham gia thực đề tài NCKH có liên quan đến đề tài Luận án: - “Nghiên cứu thông số kỹ thuật in phun dùng cho công nghệ in cấu trúc màng mỏng dẫn điện” Đề tài tài trợ Quỹ phát triển Khoa học Công 22 nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED), với kinh phí 350 triệu, Đề tài nghiệm thu kết đạt - “Nghiên cứu chế tạo thẻ nhận dạng siêu cao tần công nghệ in phun dùng cho ứng dụng cảm biến”, Thuộc Nhiệm vụ hợp tác quốc tế khoa học công nghệ theo Nghị định thư với Pháp– Bộ khoa học cơng nghệ, với kinh phí 2.250 triệu Đề tài nghiệm thu đạt loại xuất sắc DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Trong thời gian thực Luận án tác giả đăng ký 01 sáng chế có 15 cơng bố khoa học thuộc nội dung Luận án tạp chí khác nhau, cụ thể sau:  01 sáng chế đăng ký: “Quy trình sản xuất mực in phun nano dẫn điện sở hạt nano bạc (Ag) mực in phun nano chế tạo theo quy trình này, Đặng Thị Mỹ Dung Đặng Mậu Chiến, 2014”  05 Công bố khoa học đăng Tạp chí thuộc hệ thống ISI (SCI, SCIE) Investigation of influence of different surfactants on controlling the size of Ag nanoparticles, Dung My Thi Dang*, Eric Fribourg-Blanc and Chien Mau Dang, Int J Nanotechnology, 2014 Accepted, (Impact Factor = 1,335) Study of formation of silver nanoparticles and silver nanoplates by chemical reduction method, Dung My Thi Dang*, Eric Fribourg-Blanc and Chien Mau Dang, Int J Nanotechnology, 2014 Accepted, (Impact Factor = 1,335) Investigation of shape controlled silver nanoplates by a simple chemical reduction method, Eric Fribourg-Blanc, Dung Thi My Dang*, Tuyet Thi Thu Le, Chinh Dung Trinh, Thanh Thi 23 Nu Thanh and Chien Mau Dang, NANO (2013) 1350030 (10 pages), (Impact Factor = 1,193) Characterization of silver nanoparticle based inkjet printed lines, Eric Fribourg-Blanc, Dung My Thi Dang, Chien Mau Dang, Microsyst Technol (2013) DOI 10.1007/s00542-0131743-x, (Impact Factor = 1,5) Characteristics of colloidal copper particles prepared by using Polyvinyl pyrrolidone (PVP) and Polyethylene glycol (PEG) in chemical reduction method, Chien Mau Dang, Chinh Dung Trinh, Dung My Thi Dang*, and Eric Fribourg-Blanc, Int J Nanotechnology 10 (2013) ¾, (Impact Factor = 1,335)  07 Công bố khoa học đăng Tạp chí quốc tế Silver nanoparticles ink synthesis for conductive patterns fabrication using inkjet printing technology, Mau Chien Dang, Thi My Dung Dang and Eric Fribourg-Blanc, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2015) 015003 (8pp), 2015 Design and testing of RFID sensor tag fabricated using inkjetprinting and electrodeposition, Mau Chien Dang, Dat Son Nguyen, Thi My Dung Dang*, Smail Tedjini and Eric Fribourg-Blanc, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2014) 025012 (7pp) Inkjet printing technology and conductive inks synthesis for microfabrication techniques, Mau Chien Dang, Thi My Dung Dang* and Eric Fribourg-Blanc Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2013) 015009 (7pp) Realization of stable and homogenous carbon nanotubes dispersion as ink for radio frequency identification applications, M Nicolas Bougot, Thi My Dung Dang*, Nguyen Ngan Le and Mau Chien Dang, Advances in Natural Science: Nanoscience and Nanotechnology (2013) 025008 (5pp) 24 Influence of surfactant on the preparation of silver nanoparticles by polyol method, Thi My Dung Dang*, Thi Thu Tuyet Le, Eric Fribourg-Blanc and Mau Chien Dang, Advances in Natural Science: Nanoscience and Nanotechnology (2012) 035004 (4pp) The influence of solvents and surfactants on the preparation of copper nanoparticles by a chemical reduction method, Thi My Dung Dang*, Thi Tuyet Thu Le, Eric Fribourg-Blanc, Mau Chien Dang, Advances in Natural Science: Nanoscience and Nanotechnology (2011) 025004 Synthesis and optical properties of copper nanoparticles prepared by a chemical reduction method, Thi My Dung Dang* Thi Tuyet Thu Le, Eric Fribourg-Blanc, and Mau Chien Dang, Advances in Natural Science: Nanoscience and Nanotechnology (2011) 015009  03 Công bố khoa học đăng Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế tạp chí KHCN nước Synthesis and stability control of silver nanoparticles prepared by using glucose as capping agent in chemical reduction method, Chinh Dung Trinh, Dung My Thi Dang, Thanh Nu Thi Le, Thuy Thi Le, Eric Fribourg-Blancand Chien Mau Dang, Proceedings of IWNA 2013, Vung Tau, Vietnam, 14-16 November (2013) pp 608-612 Inkjet printing of silver conductive films, Luong Vu Nam, Dang Thi My Dung, Nguyen Huu Trung, Dang Mau Chien, Proceeding of Conference of Scientific research in Students PFIEV – HCMUT, Year 2011 Ho Chi Minh City, Vietnam, February 11th, 2012, pp 51-56 Study of fabrication of conductive traces by the inkjet printing technology, Luong Vu Nam, Dang Thi My Dung, Nguyen Huu Trung, Dang Mau Chien, Journal of Science 25 and Technology – Vietnam Academy of Science and Technology 49 (2011) 5C, 165-172 26 ... 3.6 Ứng dụng mực in nano kim loại thu để in mạch điện tử Chúng ứng dụng mực in hạt nano bạc chế tạo để in mạch điện tử công nghệ in phun Hình 3.84 bước chế tạo mạch in điện tử công nghệ in phun... nano kim loại bạc đồng chế tạo Luận án So sánh mực in nano kim loại chế tạo Luận án với mực in kim loại thương mại Để chế tạo ứng dụng mực in nano kim loại cho việc chế tạo mạch điện tử công nghệ. .. đích phát triển cơng nghệ in phun nhằm chế tạo vi mạch điện tử Việt Nam, chọn đề tài nghiên cứu là: ? ?Nghiên cứu chế tạo mực in nano kim loại ứng dụng công nghệ in mạch điện tử? ?? cho Luận án B Mục