google地图|《Nature》：在柔性基材上使用低成本3D打印机进行铜的直接激光刻版的研究( 二 ) google地图

图3：激光输出功率随输入信号变化的特性:(a)激光输出随PWM输入比变化;(b)在“开”状态下，激光输出在不同PWM输入比下的波动。在一定的扫描速度和固定焦距(LFL或SFL)下增加激光功率，研究了Cu模型的形状和缺陷。对于图4a中LFL情况(比AFL长3mm) ，随着激光功率的增加， Cu的线宽和晶粒尺寸增大，当输入功率大于50%时， Cu图形中再次出现线缺陷。对于图4b中的SFL情况(比AFL短2.4 mm) ，观察到与LFL情况相似的结果，除了Cu模型上出现了激光标记。有趣的是，由于入射激光束的角度和直径不同，图4c中SFL的线宽随激光功率的增加速率似乎比LFL小。基于这些结果，包括其他初步测试，选择了38%的PWM功率输入用于铜直接激光制模。

图4：随着输入PWM信号比从12.5到100%变化的图版铜显微镜图像:(a)在LFL和4 mm/s扫描速度下形成的铜线， (b)在SFL和4 mm/s扫描速度下形成的铜线。在各种SFL和LFL上形成的Cu模型的显微镜图像和线宽，以寻找适当的焦距以最小化缺陷:(c)焦距(LFL)从2.4到4 mm ，(d)基于RFL的焦距(SFL)从?1.8到?3.4 mm 。请注意， Cu模型是在38% PWM输入和4 mm/s扫描速度下获得。激光照射时间与3D打印机所附激光模块的扫描速度(或速度)直接相关。研究人员在38%的功率输入和预定的焦距下增加扫描速度，同时检查了Cu模型。在图5a中， LFL的情况清楚地表明，在低扫描速度下， Cu的粒径增大，线宽随着扫描速度的增加而减小。图5b中SFL的线宽也有类似的减小，但线宽变化率比LFL低(图5c) 。图5d-e中SFL和LFL的SEM图像与显微镜图像相吻合，可见随着扫描速度的降低， Cu的粒径逐渐增大。分析表明，随着扫描速率的增加， Cu图谱中的C含量增加。基于这些结果，确定扫描速度为4mm /s 。

图5：在38% PWM输入条件下， 1 ~ 8mm /s激光扫描速度对模型铜的显微镜和扫描电子显微镜(SEM)图像:(a) LFL形成的铜线， (b) SFL形成的铜线， (c) Cu模型线宽与扫描速度的关系， (d) LFL的SEM图像， (e) SFL的SEM图像与扫描速度的关系。 (a)和(b)中的插图是每个铜模型的放大图像。在确定激光功率、扫描速度和焦距的适当条件下，测量了8×8 mm2方形Cu图在不同激光扫描间隙(50、70和90μm)下的电阻率。图6a显示了烧结过程中形成残碳条状线的Cu方形模型的相机图像。在LFL上进行一次激光扫描，在50μm处可见约830μΩ·cm ，在70μm处可见约5.4Ω·cm ，在100μm处可见约4.9Ω·cm 。为了固定这种高电阻率，并进一步检验激光处理效果，对铜模型进行了再次激光处理。进一步的激光扫描逐渐降低了Cu图的电阻率，降至70μΩ·cm(图6b) 。对于70和90μm线扫描间隙，电阻率急剧下降到约70μΩ·cm(图6c-d) 。图6e中70μm模型的扫描电镜图像表明，随着激光扫描时间的延长， Cu的粒径逐渐增大。根据该模型的EDX分析， C/Cu比值也随着激光扫描次数的增加而降低。

图6：在不同扫描间隙(50、70和90 μm)和LFL下形成的Cu方形模型的电阻率:(a) PI上Cu方形(8 × 8 mm2)模型的相机图像及其显微镜图像， (b) 50 μm扫描间隙的电阻率曲线， (c) 70 μm扫描间隙， (d) 90 μm扫描间隙与多次激光扫描的电阻率曲线， (e) 70 μm模型与多次激光扫描的C /Cu比的SEM图像。图7a显示了在SFL形成的Cu方形模型的相机和显微镜图像，其中有类似于在LFL形成的Cu模型的碳残留条形线。 Cu图的电阻率与LFL图完全不同。尽管存在扫描间隙，但在一次激光扫描后，所有模型的电阻率都比LFL低得多(图7b-d中低于60μΩ·cm) 。这种电阻率与在100%输入功率下在玻璃基板上形成的Cu方形模型的电阻率相当(图7c) 。