PET基ITO導電薄膜的可靠性研究

項永金 戴銀燕

摘要：18年A公司高端變頻圓筒柜機在實際應用中出現(xiàn)大量按鍵不靈敏、按鍵失靈故障，在經(jīng)過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及實際主板失效分析確定是柜機中導電薄膜電極受力彎折開裂開路失效，本文結(jié)合大量失效品分析，對導電薄膜失效原因及失效機理分析，分析結(jié)果表明：導電薄膜采用ITO電極該電極材質(zhì)抗彎曲能力差，裝配不當非常容易導致電極折彎產(chǎn)生開裂，經(jīng)過對ITO電極失效機理分析確定采取調(diào)整銀漿走線設計、銀漿線路多邊走線設計及重新選型ITO電極材質(zhì)，經(jīng)過實際實驗驗證可以大幅度提高電薄膜按鍵靈敏性及應用可靠性，從器件本身提高器件的整體可靠性。

關鍵詞：導電薄膜;ITO電極;按鍵靈敏度;電極材質(zhì);多邊電極

0引言

隨著顯示器件行業(yè)飛速發(fā)展，光電行業(yè)正在向器件柔性化和輕量化方向發(fā)展，其對透明導電薄膜性能與工藝等方面的要求也更為苛刻。目前，世界范圍內(nèi)研究和應用最廣泛的透明導電薄膜是ITO薄膜。透明導電薄膜（ITO）作為一種獨特的光電功能材料，兼具了較高的可見光透過性和良好的導電性能，受到人們的青睞。由王其優(yōu)異的光電特性，ITO導電薄膜產(chǎn)品以絕對優(yōu)勢由此應運而生，觸控技術(shù)目前技術(shù)非常成熟，廣泛使用于電子產(chǎn)品、家用電器、工程機械方面。在太陽能電池、氣體傳感器、液晶顯示等領域得到了廣泛應用。

ITO導電薄膜是一種N型半導體材料，具有高的導電率、高可見光透光率、高機械強度、良好化學穩(wěn)定性，是一種兼?zhèn)涓邔щ娂翱梢姽獠ǘ蔚母咄该魈匦缘幕A光電材料。作為空調(diào)、冰箱、洗衣機等家電類設備觸控面板的使用導電薄膜的關鍵電極材料，在電器產(chǎn)品平面顯示、可視化觸摸屏、薄膜太陽能電池等領域具有巨大的市場需求。ITO導電薄膜作為綜合性能最佳的透明率90%導電薄膜占市場80%份額。

1 導電薄膜觸控原理解析

ITO導電薄膜是采用磁控濺射的方法，在透明有機薄膜材料上濺射透明氧化銦錫導電薄膜鍍層并經(jīng)過高溫退火處理得到高科技產(chǎn)品，導電薄膜的工作原理為手指接觸按鍵區(qū)（ITO電極）后按鍵區(qū)感應容值上升后，芯片根據(jù)檢測到電路回路容值變化率來來判斷是否有執(zhí)行按鍵觸控通過計算判斷進行不同的功能切換，按鍵靈敏度與芯片感應的容值變化大小有關。具體工作原理如下圖1。

2 導電薄膜按鍵失靈原因及失效機理分析

導電薄膜是一種具有導電功能的氧化銦錫薄膜，薄膜材料基材通常為PET材料。在PET膜上通過磁控濺射的方式在薄膜基材表面形成以稀有金屬In（銦）為主要材料的ITO靶材而制成。

A公司導電薄膜是使用在高端變頻空調(diào)內(nèi)機顯示按鍵區(qū)的一種器件。通過觸控操作來切換不同功能指令，導電薄膜是貼裝在空調(diào)面板上，人手通過觸碰面板，導電薄膜按鍵區(qū)受到感應后容值上升，通過線路將信號傳遞給主芯片，主芯片做出相應的指令。空調(diào)行業(yè)使用的導電薄膜多為觸摸式ITO導電薄膜，ITO電極材質(zhì)較硬且脆，使用過程中稍微受力即可能出現(xiàn)細小的裂紋，導致該按鍵失效。經(jīng)過實際故障品分析及實驗模擬驗證ITO導電薄膜產(chǎn)品貼裝不當二次稍微拉起即會產(chǎn)生折痕，此種折痕會導致ITO電極產(chǎn)生裂痕，出現(xiàn)失效;A公司過程批量失效如下圖2藍色方框內(nèi)折痕。

物料整體結(jié)構(gòu)如下圖：（白色區(qū)域為按鍵區(qū)，黃色線條為銀漿線）

3 模擬故障再現(xiàn)

正常貼裝

貼裝10 PCS導電薄膜，測試按鍵靈敏度無異常，導電薄膜無折痕。

驗證非正常貼裝

從中間部分向兩端貼裝，如果導電薄膜中間部分已經(jīng)貼在面板上，兩端部分未貼裝時，再拉起導電薄膜，在貼裝與未貼區(qū)域之間會存在縱向的折痕，如果折痕在按鍵區(qū)，實際裝配測試就會出現(xiàn)按鍵不靈敏問題，如下表1所示。

模擬實驗結(jié)論：

該導電薄膜使用是目前廣泛應用ITO電極材質(zhì)，ITO電極抗彎折能力較差，受彎折易出現(xiàn)折痕導致開路失效，表現(xiàn)按鍵不靈敏、嚴重按鍵失靈，導電薄膜貼裝必須一次貼裝完成，貼裝不良直接報廢處理。

4 導電薄膜可靠性提升方案

4.1 可靠性方案一設計更改銀漿線走線方向設計（按鍵靈敏度、可靠性提升）

改變銀漿線路的走線方式，將走線方向與貼裝的方向一致，貼裝的方式如圖4，圖中導電薄膜銀漿線路為橫向走線，貼裝的方式先貼中間后貼兩邊，為橫向貼裝，貼裝的過程中受橫向力，如果銀漿線路也為橫向走線，即使受到外力，按鍵區(qū)各部分還是和銀漿線路相連通，對整體性能影響不大。（銀漿線路走線設計更改前后對比如圖5、圖6。

可靠性方案一設計優(yōu)點在于優(yōu)化銀漿線路的走線方式，提出一種導電薄膜的設計思路，根據(jù)實際使用情況，將導電薄膜按鍵區(qū)銀漿線路的走線方向（這里指橫向和縱向）與使用時的貼裝的方向一致。即如果導電薄膜使用時操作方式為橫向貼裝，則導電薄膜按鍵區(qū)的銀漿線應該設計成橫向走線。反之，縱向貼裝，則走線設計成縱向結(jié)構(gòu)。此種線路設計的優(yōu)點在于即使貼裝的過程中受到外力，按鍵區(qū)各部分還是和銀漿線路相連通，對整體性能影響不大。是一種有效解決導電薄膜按鍵失靈失效可靠解決方案。

整改前后思路具體說明：整改前制品為縱向銀漿線結(jié)構(gòu)，如果在按鍵區(qū)出現(xiàn)縱向的折痕，ITO被折斷成兩部分，按鍵區(qū)只有一部分與銀漿線導通，另一部分已經(jīng)與銀漿線斷開。整改后制品為橫向銀漿線結(jié)構(gòu)，如果在按鍵區(qū)出現(xiàn)縱向的折痕，雖然ITO被折斷成兩部分，但是兩部分都和銀漿線連接，只要銀漿線不斷，按鍵靈敏度不會受到大的影響。從驗證的情況看整改后制品橫向銀漿線可靠性較高

此種空調(diào)用導電薄膜的線路結(jié)構(gòu)同樣也使用于帶有觸屏結(jié)構(gòu)的中央空調(diào)、小家電產(chǎn)品及冰箱洗衣機等家電產(chǎn)品。

1）具體實施方式

首先確定更改后的銀漿線路走線方式，然后確定銀漿線路寬度、長度等，按照更改后的銀漿線路圖設計網(wǎng)版，網(wǎng)版開孔寬度保持和銀漿線路寬度一致。按照設定好的具體的線路圖設計網(wǎng)版的結(jié)構(gòu)。

將導電銀漿用塑料攪油刀輕輕攪拌，如用金屬刀，膠罐可能被割破，形成銀油內(nèi)粘上微粒，絲印時會割破網(wǎng)版。導電銀漿是即用產(chǎn)品，如果要稀釋，需要使用貝特利XSJ-211稀釋劑，但加入不超過3%（質(zhì)量計）用標準的絲網(wǎng)印刷方法絲印，膜干固的厚度直接影響導電性能，而膜厚度和網(wǎng)目的疏密、網(wǎng)刮的質(zhì)地，曬網(wǎng)漿的厚度有關。

2）建議膜厚

6-10 μm（即0.006 mm -0. 10 mm），絲網(wǎng)形式：300-420目聚酯絲網(wǎng)或不銹鋼絲網(wǎng)印刷。刮膠：PU膠刮或者其他耐溶性的膠刮，用聚酯絲網(wǎng)時，膠刮硬度60 - 70度，如用不銹鋼絲網(wǎng)，可用硬一些的，如70 - 80度。

3）固化條件

導電銀漿印刷后最低限度PET片要130度，烘烤40分鐘，玻璃片150度烘烤50分鐘。溫度再高些，時間長些，固化出來的銀漿線路的性能會更好。也可以使用紅外焗爐固化，若固化不足會令導電性能及附著力減弱。

清潔時使用MEK、MIBK同類的溶劑。銀漿貯存最佳使用期是原罐出廠后3個月內(nèi)，將印刷導電銀漿貯存于5-25度的溫度下要留意不要將油墨凍結(jié)，在不用時應經(jīng)常保持緊蓋，在陰涼及通風的地方貯存，空罐也應妥善處理，不應隨便丟棄。

4.2 可靠性方案二設計更改銀漿線多邊走線設計（按鍵靈敏度、可靠性提升）

整改前的結(jié)構(gòu)是導電油墨區(qū)域一面連接銀漿線路，將導電油區(qū)域周圍三面全部用銀漿線路連接方案整改前后差異如圖7、圖8，可大幅度提高按鍵區(qū)域的靈敏度。實際實驗驗證該方案可靠性相對整改前提升60%

4.3 可靠性方案三更改電極材質(zhì)——電極極提升彎折能力

ITO電極材質(zhì)為氧化銦錫，其柔韌性較導電油墨差很多，ITO電極導電薄膜缺點：銦金屬稀少且價格高昂，ITO透明導電薄膜自身的機械脆性致使其彎折易失效等缺點，ITO（氧化銦錫）為濺射蒸鍍工藝，材料特性導致其柔韌性差，可撓曲性差。使ITO在柔性薄膜的運用上具有很大的局限性。

PEDOT電極材質(zhì)是高分子聚合物，是柔性的高分子材料的導電油墨，型號是賀利氏廠家Clevios PEDOT。此材料是一種含有聚陰離子的替代型聚噻吩離子鍵聚合復合物，是目前發(fā)現(xiàn)的導電性能最高的材料，特性是低電阻、可實現(xiàn)柔性折疊，低霧度、透光好、可印刷，柔韌性好，易加工，是非常具有應用潛力的理想柔性透明電極，目前廣泛應用于可穿戴設備;

導電薄膜有ITO、PEDOT兩種工藝電極材質(zhì)，各有各的好處，ITO阻抗小，透明度好，PEDOT工藝柔性好，但是阻抗大，透明度不好，同時各個廠家的工藝水平也不同。

5 ITO電極材質(zhì)與PEDOT電極材質(zhì)耐彎折性試驗對比

抽取庫存兩個不同電極材質(zhì)物料依據(jù)企標實驗條件進行抗彎折實驗對比，實驗對比情況如下。