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Engineering

高度に濃縮された懸濁液のレオロジー特性評価における課題 - スクリーン印刷シルバーペーストのためのケーススタディ

Published: April 10, 2017 doi: 10.3791/55377
Automatic Translation
1, 1
1Applied Mechanics Group, Institute for Mechanical Process Engineering and Mechanics, Department of Chemical Engineering, Karlsruhe Institute of Technology

Introduction

シリコン太陽電池の前面金属化は、一般的に従来のスクリーン印刷を用いて実現されます。ステンシル印刷、インクジェット印刷及びフレキソ印刷1以外に、スクリーン印刷は、多くの印刷アプリケーション2のために1970年代から使用されてきました。これは、汎用性の高い技術であり、太陽電池の生産では、低印刷コストでシンプルかつ高速なメタライゼーションを保証します。しかし、スクリーン印刷ペーストの流動特性は慎重に邪魔されず、欠陥のない処理を保証するために調整しなければなりません。狭い均一なラインパターンが達成されなければならないので、これは、太陽電池の金属化において特に困難です。また、ペーストレシピを注意深く高密度銀粒子、相分離および粒子凝集の沈降を回避するために調整されなければなりません。

太陽電池の前面側のメタライゼーションのための高度に濃縮された導電性スクリーン印刷ペーストmainlyが三の成分3、4、5、6から成る導電性材料、良好な電気伝導度7,8を設ける一般ミクロンサイズの銀粒子。特にペーストが狭いスクリーンメッシュを通過することを可能にする連続相、いわゆる車両、また、流動性を調整するための添加剤を含む基材に粒子の濡れ、膜形成および接着を促進する有機バインダ、溶剤および添加剤の混合物、簡単;無機バインダー（ガラス粉末）を接着促進剤として作用し、低温での焼結プロセスを起動します。

高アスペクト比の微細な線を印刷すると、高い降伏応力と発音ずり減粘の挙動9を示す銀ペーストを必要とします。高い降伏応力が良いSHAPを保証しますペーストは、ペーストは10 3秒を超えであると推定された高剪断速度に曝される狭いメッシュ開口部を通って流れるときに電子精度と高剪断速度での強力なずり減粘一方、高アスペクト比と対応して低い粘度が必要である-1 10。

印刷プロセスの間に、ペーストは非常に異なった変形率及び応力にさらされています。まず、ペーストをスクリーン上に載っています。次いで、スキージ作用及びペーストを基板上にスクリーンの開口を貫通します。シリコンウエハ上のペーストを塗布した後、構造及び粘度は、基板上に広がるペーストを禁止するために迅速に回復しなければなりません。これは、より高いシェーディング損失10、11、12、13、14、15、太陽電池性能を低下させます。印刷されたフィンガーラインの中断、いわゆるmeshmarksは、ペーストのレオロジーに応じてメッシュ配線の交点に発生する可能性があります。 meshmarksを平準化のための時間が必要な限りでなく、16可能な限り低く広がり指のラインを維持するのに十分短くする必要があります。

基板上にメッシュを通って流れるようにペーストするために必要なスキージ圧力は、良好な形状精度3、6、9、17、18を提供するのに必要な高い降伏応力に注意深く調整しなければなりません。粒子が密に充填され、強く相互作用して複雑な構造を形成します。したがって、降伏応力、剪断減粘性およびチキソトロピー以外に、剪断バンディング又は雪崩のような様々な他の複雑な流れ現象は、懸濁液19で発生することがあり、20 </ SUP>、21。ウォールスリップは、濃縮懸濁液22、23、24、25にも非常に重要です。低粘度の液体の薄層、層が枯渇または粒子を含まない、すなわち 、次の壁25に形成された26、27、28、29、30、31及び狭い間隙またはチャネルを通る流れを制御することができるされています。

そうスクリーン印刷ペーストの包括的なレオロジー特徴付けは、加工性および製品の機能を向上させるために不可欠です。本研究では、2種類の市販銀ペーストを特徴としています。これらのペーストは、実質的に異なる印刷性能を発揮します。レオロジーCHARそのような材料のacterizationは非常に厳しいです。回転レオメーターを使用して、定常剪断粘度のも簡単な決意起因壁スリップ、栓流、剪断バンディング及びペースト流出の主要な課題です。したがって、以前の研究は、上記の現象が生じにくいれるインク3、6、15、いわゆる、振動剪断測定値10、17、21または低濃度の銀ペーストの特性に焦点を当てました。

濃厚銀ペーストの流動挙動の堅牢かつ有意義な特性評価のためのプロトコルは、ビデオ録画の助けを借りて定義することができます。平行平板試料固定具を有する回転剪断レオメータを明確プラグフロー、壁スリップ、及び剪断バンディングが粗いプレートに依存することを実証し、本研究で使用されています非自明な方法でネス。

以前の研究では、濃縮された懸濁液の安定した捩り流れの壁スリップの時間依存開発が異なるプレート粗さを調べました。ポリマーバインダ溶液中の固体のガラス球の高度に濃縮された懸濁液の流れを可視化し、増加したプレートまたは内筒粗さは、壁のスリップを防止しました。しかし、プレートの粗さを大きくすると、サンプル22、25の破断が生じました。壁の粗さが増加した際に骨折が小さい見かけのせん断速度で起こりました。剪断応力は降伏応力τyを25よりも小さいτにおける粗面の凹凸の先端が破壊を開始する、板面に応力集中点として作用するかもしれません。

ウォールスリップが高濃縮ペーストのスクリーン印刷のパフォーマンスのために重要であると考えられています。過去 eは高い壁スリップで簡単にメッシュを通して滑ると、基板上の堆積物が大幅に32に増加されます。ビデオ録画の助けを借りて、壁のスリップが直接異なる実験のプロトコルのために観察することができます。スリップ速度が低い粗さを有する滑らかなプレートを使用して回転板の角速度から直接決定することができます。しかし、銀ペーストのフロー挙動決意は固有の制限があります。懸濁液は不透明なので、オプティカルフロー場観測のみ試料縁に行うことが可能です。以前の研究では、同時にサンプル内壁面スリップや変形を決定することを試みました。彼らは降伏応力下の滑りを観察し、せん断応力のすべり速度の二次依存を発見しました。透明粘土懸濁液の流動挙動は、バルク材料に注入染料顔料線の変形以下ピニョン27により調べました。 Persello ら。XREF "> 26が濃厚水性シリカ懸濁液を調べた。彼らは、壁スリップを抑制するために、プレートの粗さを増加させると均一な試料変形を生じるが、バルク破壊を引き起こした。集中されているソフトミクロゲル粒子、濃縮エマルジョンのペーストスリップと試料変形しないことがわかっ論文28、29、30、31の直列に議論した。蛍光トレーサー粒子はコーンプレートジオメトリーにおけるこれらの透明試料内の流れ場を決定するために使用された。これらは、それぞれの降伏応力における特性すべり速度V *を発見材料及びτyを以下の剪断応力τとのすべり速度の増加のためのべき乗則一の指数は、非付着粒子と粒子と壁との間の弱い引力の場合に2つのために発見されました。

研究では、彼女を発表E変形の開発及び制御応力及び制御された剪断速度条件下で流れが監視されます。リファレンス25で報告された調査結果とは対照的に、増加プレートの粗さは、両方の調査ペーストのための骨折にはなりません。また、壁のスリップ及びプラグフローは、プレートの粗さを増加させることによってだけ抑制することができません。これらの現象は、粒子サイズ及びプレートの凹凸の比率によって制御されるように見えます。おそらくレオメータプレートに遠心に作用する力と摩擦力とのバランスによって決定される特性回転速度でのサンプル流出セット。しかし、粘度決意が可能な剪断速度範囲を決定することができると同時に、壁のスリップを定量化することができます。また、キャピラリーレオメーターは、印刷処理に関連するより高い剪断速度での粘度を決定するために使用されます。

定常剪断レオメトリーの困難にもかかわらず、明確に定義された振動剪断変形C容易に実現すること。三段振動試験（一定周波数、異なる振動振幅）がスクリーン印刷プロセス10をシミュレートし、ペーストの構造の回復を検討することができます。

最初の「プレプリント」ステップにおいて、小さい変形は、安静時の弾性と粘性特性を決定するために適用されます。第二の「印刷」ステップは、ブレードコーティング及びペースト構造を破壊する十分に高い変形振幅を適用することにより、スクリーンメッシュを通過するペーストをシミュレートします。最終的な「印刷後」ステップにおいて、小さな変形は、ペーストの構造回復を検出するために適用されます。初期モジュラス値は広がりますがmeshmarksを避けるには余りにも速くないペーストを避けるために迅速に到達する必要があります。ここで紹介する調査は、以前に周21によって報告された構造回復が不完全であることを確認してください。周は構造変化が生じていることを示すことができましたエチルセルロース溶液に懸濁した銀粒子を用いたデカップリングフィラーマトリックスの充填剤クラスターの破壊による。本研究ではビデオ録画を観察不可逆的構造変化が壁スリップ、剪断バンディング、プラグ流又は試料流出の発生に関連するアーチファクトではないことを明らかにする。また、構造破壊の程度が強く第二段階において適用変形の振幅に依存するが、ほとんど適用されるひずみの時間間隔に依存することが見出されています。この局面は、周の実験では認識されませんでした。構造破壊や回復のペースト組成物の影響は、その後の論文で説明します。

最後に、画面のスナップオフ時のペーストの挙動をシミュレートする方法が提示されています。キャピラリー分裂伸長レオメーターおよび商業引張試験機は、関数として延伸中にペーストが破壊れる延伸比と最大軸力を決定するために使用されます伸長速度の。

ビデオ録画は、平行平板型回転レオメトリーを用いて、銀ペーストの意味のレオロジー特性決定のために必要な適切な測定プロトコルを見つけるために不可欠であることが判明しています。ビデオデータは、物理的に明確に定義された降伏応力及び粘度値を決定することができた剪断速度と剪断応力レジームの決意を可能にしました。プレートの粗さとプレートの分離パラメータの適切な選択は、また、これらのビデオ録画に基づいていました。壁スリップ、純粋な栓流、剪断バンディング又は試料流出が発生するための実験の設定が明確に同定することができました。ここでの調査ペーストは、太陽電池の前面側メタライゼーションのために使用されています。しかしながら、注意深いビデオレオロジー特性評価も高い密度、ミクロンサイズの粒子を含む濃縮された懸濁液の様々な他の種類のために重要であるサポート。

Protocol

注意：使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。銀ペースト配合物に使用される構成要素のいくつかは急性毒性発癌性及び水危険物質です。銀ペーストを取り扱うときは、すべての適切な安全対策を使用してください（個人用保護具 - 安全メガネ、手袋、白衣、完全長ズボン、クローズドつま先の靴を）。また、レオメーターでの作業は、慎重に作業が必要です。測定位置に幾何学的な移動中にトラップされることから手を保護します。

1.回転せん断測定 - 測定レポート

  1. 見掛け粘度の決意 - 剪断速度制御測定
    1. 平行プレートジオメトリー（ - 4ミクロン、プレート直径d = 25ミリメートルプレート粗さR Q = 2）でレオメーターAを用いて、回転剪断実験を行います。必要なペーストの体積は0.49 mLです。
      1. 調節します粘度の決意の設定を測定します。段階的に制御された剪断速度モードでの測定を行います方程式 = 0.01秒-1 - 1000秒-1 40のステップです。測定時間は1200秒です。
      2. カメラ三脚取り付けられた内視鏡カメラで、LEDスポットライト、及び録音を保存するための外部コンピュータ：位置における測定ギャップを記録するための機器を配置します。露光フィールドの内視鏡カメラの設定、 例えば、コントラストや明るさを調整します。
      3. ちょうどレオメータのギャップを充填する前にペーストを均一にブレンドされるように、リザーバ内にサンプルを混ぜます。
      4. 混合銀ペーストサンプルとレオメーターのギャップを埋めます。
        注：H 端 = 1mmの測定ギャップ高さに対する、第レオメータジオメトリの縁から過剰な試料を除去するためのギャップ位置h 1 = 1.05ミリメートルに行きます。 Cの後過剰な試料をlearing、H 1からH 末端に実際のギャップ高さ位置を変更します。
      5. 測定ギャップにペーストの流れを可視化するために、垂直線におけるすす粒子とペーストをマークします。
      6. ギャップの正常な力が減衰してしまうまでの測定を開始する前に、約5分待ってください。
      7. 測定を開始します。ギャップのペーストを追跡するために、正しく測定設定、レオメトリー結果、およびビデオ録画を相関させると同時に、測定装置とビデオ録画を開始します。
      8. 1.1.1.7少なくとも3倍 - 測定は1.1.1.3ステップ繰り返します。
      9. 対見かけのせん断速度見かけ粘度η アプリをプロット方程式対数アプリ 。壁面スリップ、ペースト変形の部分、およびサンプル流出の部分を支配のセクションを確認するためにビデオ録画を評価します。以下のための均一なshのパラメータ設定耳プロファイルはビデオ録画（ 図1）に基づいて容易に検出することが可能に形成されています。
        注：プレートの縁部における剪断応力レオメーター及び定常状態でプレートの縁に見かけのせん断速度によって適用記録トルクから計算されます。見かけのせん断速度は、プレートの角速度及び最大板半径の隙間高さhと呼ばれます。
  2. 応力決意を生み出す - 異なるプレート粗さと翼形状を有する剪断応力制御測定値の比較を
    1. = 1.15μmのR qのプレート粗さ応力測定をもたらします。
      1. RがQ = 1.15ミクロン、D = 20 [mm]の板径との使用レオメータBで測定しました。必要なペーストの体積は0.31 mLです。
      2. 降伏応力測定のための測定設定を調整します。段階的に制御された剪断応力mの測定を行います頌歌。 1,050秒の総測定時間で35のステップで3,000 Paで1 Paの間の剪断応力を変化させます。
      3. ビデオ録画を保存するために取り付けた内視鏡カメラ、LEDスポットライト、およびソフトウェアを使用して外部のコンピュータとカメラの三脚を組み立てます。内視鏡カメラの設定を調整し、露光フィールドのコントラストと明るさを例えば 。
      4. 銀ペーストと測定ギャップを充填する前に、それが均一に配合されていることを確認するために、そのリザーバ内にサンプルを混ぜます。スピードミキサー（1000rpmで30秒）を使用します。混合後、ペーストを隙間を埋めます。
      5. 、ブレンドペーストの少量を取る平行板レオメーターの底板に適用し、測定位置に上板をもたらします。
        注：ギャップ高さH 端 = 1ミリメートルでの測定のために、第1のギャップ位置h 1 = 1.05ミリメートルに移動し、レオメーターの幾何学的形状の縁から過剰な試料を除去。余分なSAMをクリアした後PLE、H 1からH 末端に実際のギャップ高さ位置を変更します。
      6. マーク垂直線における煤粒子と、測定ギャップにペースト。これは、ペースト変形及びフローギャップならびに壁スリップの可視化を可能にします。
      7. 上部プレート上の垂直力が消滅するまで、測定を開始する前に、約5分間待ちます。
      8. 今、測定を開始します。ギャップにペーストを追跡するために、ビデオ録画に正しい測定属性設定をすると同時に、測定装置とビデオ録画を開始します。
      9. ペーストは、ギャップの外にこぼれたまで測定を続けます。
      10. 3回の合計で測定を繰り返します。 1.2.1.9 - 各測定のために、エタノールおよびリピートと測定ギャップが1.2.1.4ステップきれい。
      11. 測定が終了すると、γ対剪断応力τ変形を対数プロットしtangenを用いて媒体の降伏応力を決定しますT交点方法33。
    2. 4μmの- RをQ = 2のプレートの凹凸における応力の測定をもたらします。
      1. RがQ = 2の測定のために- 4ミクロン、D = 25 [mm]の板径を有するレオメーターAを使用します。必要なペーストの体積は0.49 mLです。
      2. ステップ1.2.1.2を繰り返し- 1.2.1.11をプレート粗さR Q = 2の降伏応力の測定のために- 4ミクロン。
    3. =9μmでR qのプレートの凹凸に応力測定をもたらします。
      1. RはQ = 9ミクロン、D = 20 mmであり、必要なペーストの容積0.31ミリリットルの板径との使用レオメータBで測定しました。それらの直径に一致するプレートに紙やすりの部分を添付する両面粘着テープを使用してください。
      2. ステップ1.2.1.2を繰り返し- 1.2.1.11をプレート粗さR Q = 9ミクロンと降伏応力の測定のために。
    4. 降伏stres翼形状を持つsの測定。
      1. ベーンジオメトリと降伏応力の測定のために、レオメーターを使用してC.
      2. 降伏応力測定のための測定設定を調整します。 1.2.1、1.2.2または1.2.3で平行板測定のような段階的に制御された剪断応力モードで測定を行います。 35のステップおよび1,050秒の総測定時間で3,000 Paの - パラメーターの値は、τ= 1です。
      3. 試料と円筒形計量カップを充填する前に、試料を均一に配合されていることを確認するために、そのリザーバ内にサンプルを混ぜます。 10mLの銀ペーストを円筒形計量カップを埋める混合した後。
      4. 測定位置にベーンジオメトリを移動し、5分待ってください。
      5. 今、測定を開始します。
      6. 信頼性の高い結果を得るために、測定に少なくとも3回繰り返します。
      7. 測定が終了すると、せん断応力τに対する変形γを対数プロットし、使用して降伏応力を決定します上記のように接線交点方法。
  3. ウォールスリップ観測
    1. プレート直径d = 20 mmのレオメーターBを用いてプレート粗さR Q = 1.15ミクロンと壁スリップ観測を行います。
      1. 壁のスリップ決意ための測定設定を調整します。 400 Paと1300 Paと300の合計の測定時間の間に選択されたせん断応力のために制御された剪断応力モードで測定を行います。
      2. 取り付けられた内視鏡カメラとカメラ三脚、LEDスポットライト及び録音を保存するための外部コンピュータ：測定位置におけるギャップの記録のために装置を配置します。露光フィールドの内視鏡カメラの設定、 例えば、コントラストや明るさを調整します。
      3. 銀ペーストと測定ギャップを充填する前に、それが均一に配合されていることを確認するために、そのリザーバ内にサンプルを混ぜます。
      4. 混合銀ペーストサンプルとレオメーターのギャップを埋めます。
      5. マーク流動挙動観察用縦線における煤粒子と、測定ギャップにペースト。
      6. ギャップの正常な力が減衰してしまうまでの測定を開始する前に、約5分待ってください。
      7. 測定を開始します。ギャップにペーストを追跡するために、正しく設定、レオ結果とビデオ録画を測定相関させると同時に、測定装置とビデオ録画を開始します。
      8. 選択した各せん断応力のために1.3.1.7 3回 - 、手順1.3.1.3を繰り返します。
      9. 壁の滑り挙動（ 図9）を表示するには、せん断応力τ対壁面スリップ速度v スリップをプロットします。
  4. 回転剪断測定時の試料流出調査
    1. レオメーターのA（板直径d = 25 mmであり、必要なペーストの体積0.49 mL）で試料流出調査を行います。
      1. ギャップ高さhに試料流出の開始の依存性を決定します異なるギャップ高さで1.1.1.8 - ランは1.1.1.1を繰り返します。
        注：での測定のために
        H 端 = 0.2 mmが第1ギャップ位置h 1 = 0.21ミリメートルに移動して、過剰な試料を除去します
        レオメーターの幾何学的形状の縁から
        H 端 = 0.5ミリメートル→さh 1 = 0.51ミリメートル
        H 端 = 1.0ミリメートル]→[H 1 = 1.05ミリメートル
        H 端 = 1.5ミリメートル→さh 1 = 1.55ミリメートル
        H 端 = 2.0ミリメートル→さh 1 = 2.05ミリメートル
      2. 見かけ粘度η アプリ対見かけのせん断速度のプロットとして存在結果方程式異なるギャップ高さ（ 図10）のためのアプリ 。ギャップ高さh（ 図11）対この曲線におけるキンクと対応する臨界回転速度N CRITプロットこれを決定します。
  5. レオロジー特性評価AT高せん断速度は、キャピラリーレオメーターで行っ
    1. 円形の断面を有するノズルを用い、キャピラリーレオメータ測定を行います。直径d = 0.5 mm、長さL =ここで40ミリメートルを有するノズルを使用します。供給リザーバの直径は、d フィード = 20mmです。
      1. （0.001ミリメートル秒-1から20mm s -1の間のピストン速度）を測定設定を調整します。各測定点のための5秒、段階的に制御された剪断速度で測定を行います。
      2. ペーストが均一に配合されていることを確認し、78.5 mLの銀ペーストを供給リザーバを充填するためにサンプルを混ぜます。
      3. 測定位置にピストンを持参し、測定を開始します。
      4. 試料室とキャピラリ出口間の圧力差からせん断応力を計算します。 500バールの圧力変換器を使用して、この圧力降下を決定します。選択された各ピストン速度の記録の少なくとも5圧力値。
      5. フィード解像度まで測定を継続ervoirは空です。
      6. 三回 - （1.5.1.5 1.5.1.2ステップ）測定を繰り返します。
      7. 供給リザーバのピストン速度と直径を使用して体積流量から明らかなせん断速度を計算し、ワイセンベルグ-Rabinowitsch補正を行います。測定された圧力差34からW壁せん断応力τを計算します。見かけ粘度は、次にη アプリ =τ/ Wとして与えられます。 方程式 アプリ 。最後に、高剪断速度（ 図12）でレオロジー特性評価を完了するために、見かけのせん断速度対見かけ粘度をプロットします。

2.振動剪断測定

  1. 振幅スイープ
    1. レオメーターで振幅掃引測定を実行D = 25 [mm]の板径および粗さR Q = 2を用い- 4μmです。 requirEDペースト量は0.49 mLです。
      1. 振幅スイープ測定のための測定設定を調整します。制御された変形の振幅での測定を行います方程式 = 0.01から100までパーセントと35のステップでF = 1 Hzでの一定周波数。
      2. 3回の掃引振幅を完了するために、1.2.1.8 - を繰り返して、1.2.1.3を繰り返します。各測定の前にエタノールで測定ギャップをきれい。
      3. 変形振幅対弾性率G」およびG 『』をプロット方程式対数（ 図13）。変形振幅範囲のG」> G 『』との両方の弾性率は、変形振幅の並列独立して実行方程式 、線形粘弾性レジーム（LVE）です。構造回復試験のためのステップI及びステップIIIは、この領域からの1つの変形振幅を選択 。その後の3段構造の回復試験のステップIIよりも10％高い変形振幅を選択方程式構造回復試験の間の構造のブレークダウンを確実にするために『G」= G』れる横切ります 。
  2. 三段階構造回復試験
    1. 4μmの-直径d = 25 mmであり、粗さRをQ = 2でプレートを用いてレオメーターを有する構造回復テスト装備を行います。振幅スイープ実験（2.1）で決定された設定を使用してください。必要なペーストの体積は0.49 mLです。
      1. 一定の周波数（f = 1 Hz）とで異なる発振振幅を有する三段の振動試験を行います。
        注意：
        ステージは、I：LVE内の小さな振動振幅は、初期状態の剪断弾性率を得るために、300秒の期間に適用されます。ペーストBの場合ファイル/ ftp_upload / 55377 / 55377eq2.jpg」/> I = 0.025％。
        ステージII：大ひずみ振幅（ 方程式 II = 80％）ステップ2.1で決定された時間依存性の調査のためのTのための振動剪断モードII = 50秒、150秒または600秒に適用されます。変形依存性の調査のためのひずみ振幅の方程式 II = 0.025％と方程式 II = 100％は、一定時間（t II = 150秒）のためにそれぞれ適用されます。
        ステージIII：ステージIは、時間の長い期間にわたって回復を追跡するために1200秒間適用されるにように同じ小さな振動振幅。
      2. 3つの段階の振動テストを3回完了するために、1.2.1.8 - を繰り返して、1.2.1.3を繰り返します。測定グラムをきれいに各測定の前にエタノールでAP。
      3. 片対数グラフにおけるモジュラスG」およびG 『』対時間をプロットする（ 図14及び図 15（a）参照）。

スナップオフシミュレーション - 3.行動の決意を伸ばします

  1. キャピラリー崩壊伸長レオメーターにより行動測定をストレッチ
    1. キャピラリー崩壊伸長レオメーターを用いた実験を伸ばし実行します。直径d = 6 mmの2つの円筒形のピストンを使用します。フィラメントが破断するまでの初期ギャップ高さh = 1ミリメートルから速度を変化させることでペーストを伸ばします。
      注：これは、表面張力によって制御される典型的なフィラメントの間引き実験ではないことに注意してください。この試験は、上部ピストンと底部上のウエハ基板上に乳剤側が取り付けられたスクリーンメッシュを用いて行うことができます。このWAモノ - および多のメタライゼーション中のYの印刷プロセスは、工業的前処理されたSiウエハが模倣されます。
      1. 実験を伸ばすための測定設定を調整します。変化延伸速度（ 例 ：7.5ミリメートル秒-1、11ミリメートルS -1と110ミリメートル秒-1）フィラメント変形及び崩壊挙動の変化を表示すること。
      2. フィラメント形状の変化を記録するために高速度カメラの電源をオンにします。最小250 fpsにフレームレートを設定し、フィラメントの変形を追跡するためにバックライトをオンにします。また、高速度カメラの設定、特に画像鮮鋭度、コントラスト、露光フィールドの明るさを調整します。
      3. 銀ペーストと測定ギャップを充填する前に、ペーストが均一に配合されていることを確認するために、そのリザーバ内にサンプルを混ぜます。混合後、ペーストを測定ギャップを埋めます。
      4. 下のピストンにそれを適用するためにブレンドされたペーストを少量（28.3μL）を取ります。 UPPを持参ER（= 1ミリメートルのギャップ高さhを測定）測定位置にピストンおよび形状の縁から過剰なサンプルをクリーンアップします。
      5. 測定デバイスと同時にフィラメント変形の記録を開始します。
      6. 測定を3回繰り返します。 3.1.1.5 - 各測定のために、エタノールおよびリピートと測定ギャップが3.1.1.3ステップきれい。
      7. フィラメント断線時のピストン位置x ブレークを評価するために、糸切れを示す第1の画像を選択してください。 / X 0 =ΔxをBR / X 0 -臨界延伸比（X 0 X BR）を計算します。異なる延伸速度（ 図16）のためにこの量を決定します。
  2. 引張試験機を用いて力測定を延伸
    1. 引張試験機実験のために、直径d = 5 mmのピストンを使用します。 10結果を記録延伸時シレ力。
      1. 実験を伸ばすための測定設定を調整します。延伸速度を変化させる、 例えば V = 10ミリメートル秒-1、20ミリメートル秒-1、30ミリメートル秒-1、および40ミリメートル秒-1および50 Nロードセルを力延伸の変化を測定します。 H = 1mmであり、H 端 = 12 mmの終了位置への初期ギャップ高さhを設定します。
      2. 銀ペーストと測定ギャップを充填する前に、ペーストが均一に配合されていることを確認するために、そのリザーバ内にサンプルを混ぜます。
      3. 引張試験機の底板にペーストを適用します。測定位置に上板をもたらすとジオメトリの縁から過剰なサンプルをクリーンアップします。
      4. 同時に測定器とフィラメントの伸長の録音を開始します。
      5. 測定を3回繰り返します。各測定のために測定ギャップをきれいにし、ステップ3.2.1.2リピート - 3.2.1.4します。
      6. F対から[6; Xデータは、最大力F maxは、拡張時に検出され、 図17（A）に示すように、ブレーク量ΔxのBR / X 0における延伸倍率が得られます。プロット量ΔxBR / X 0対異なる延伸速度（ 図17（a）参照 ）。速度を伸ばし対プロットFの最大値 （ 図17（b）参照 ）。

Representative Results

粘度は、流体処理における重要なパラメータであり、多相流体に剪断速度への依存は、しばしば、平行平板型回転レオメトリーを用いて決定されます。高度に濃縮された懸濁液は、これはストレートフォワードでも簡単な作業でもないし、適切な測定プロトコルの定義は、困難であることができます。ここでは、高度に濃縮された銀ペーストのレオロジー回転レオメトリーとビデオ録画を組み合わせることを特徴とする方法を実証しています。定常剪断粘度を決意するための堅牢な実験プロトコルが確立され、アクセス可能な剪断速度範囲が決定されます。 4μmの- 図1は、測定がR Q = 2のプレートの凹凸で行われ、ペーストBの印加される見かけ剪断速度対見かけの粘度と見かけのせん断応力の概要を表します。ビデオ録画からカットアウトは、三に得られた流動曲線の分割を可能にしますセクション。セクションでは一つの壁のスリップが支配します。上板は、ペースト変形することなく滑ります。このセクションでは、せん断応力は一定です。ペースト変形時に設定します方程式 分、アプリ = 0.07秒-1セクション2の開始をマークします。同時に、せん断応力が増加し始めます。セクション3に達するまで、ペーストの変形やストレスが単調に増加します。臨界剪断速度または角速度でペーストゾッとギャップのうち、同時に見かけ粘度とせん断応力はサンプルの流出を強力にドロップします。したがって、粘度とせん断応力曲線は、付近で発生する特性キンク性を示します
方程式 最大、アプリ = 2.5秒-1。この方程式 MAX、アプリはの開始をマークサンプル流出。高いせん断速度が速くペーストが射出されます。ペーストの粘度は剪断速度範囲ででアクセスできます方程式 分、アプリ < 方程式 アプリ < 方程式 最大、アプリ 。ギャップ内の変形が知られていないと粘度データもその公称せん断速度範囲内リムに観察されるような先験的が同じであってはならないので、見かけ上の値として扱われなければなりません。プレートR maxのリムにおけるせん断応力τ アプリは 、以下のように適用されるトルクTから計算されます
τ アプリ = T（2πrの最大 3）-1 [3 + D（LN T）/ D（LN 方程式 アプリ ）]。見かけのせん断速度方程式アプリはによるプレートの角速度Ωとギャップ高さhから計算されます方程式 アプリ =Ω（R 最大 / H）34。ギャップ内の真の変形や応力が知られていないので、これらの計算応力と剪断速度の値は見かけ上または公称値として処理されなければなりません。

ソフトマターにしばしば臨界応力、いわゆる見かけの降伏応力τyを、アプリは 、不可逆的な流れに弾性可逆変形からの遷移が観察されるで見出されます。この降伏応力は、古典的なスクリーン印刷並びに新興添加剤製造技術に関するペースト製剤における重要な因子です。高い降伏応力は、印刷後の形状精度を確保することが望ましいです。一般的に、降伏応力があります例示的に、図2に示すように、接線交差法を用いて、せん断応力曲線対変形におけるキンクから決定。多くの場合、これはスリップ35、36の影響を受けずに、信頼性と重大な結果を保証する、いわゆるベーンジオメトリーを使用して行われます。平行板形状を有する降伏応力を測定することは、慎重に検証されなければならない別の選択肢です。多くの場合、高度に充填された懸濁液で観察壁面スリップやせん断バンディング現象は、降伏応力評価を妨げる可能性があります。したがって、τyを上プレート粗さの影響は、アプリ決意を調べました。 異なるプレート粗における応力掃引実験でペーストA及びBについて得られた降伏応力値の結果は、 図3に示されています。ギャップ高さhの変化はDETに影響を及ぼさないのに対し、プレート粗さを増加させることは、計算降伏応力の増加を引き起こしますこの量のermination。 R qのプレート粗さ=1.15μmであり、h = 1mmのギャップ高さでペーストAに要するビデオの図4を表示する切り欠き。煤粒子をマーカーとしてサンプルリム上に配置された内視鏡ビデオ画像は、サンプルの縁に変形を特徴づけるために使用されました。それは上部プレートに付着しながら、ペーストをτ アプリ = 600 Paの最大応力で底板上に滑ります。試料は剪断応力曲線対対応明らか変形におけるキンクはへ弾性変形からの移行を意味すると思われるにもかかわらず、変形及び降伏応力又は粘度の決意は無意味ではない、 すなわちプラグフローは、測定ギャップ中に形成されています。粘性流。同様の挙動がだからR qのプレート粗さ=1.15μmでは、降伏応力又はVの決意には適していないペーストAと同様にペーストBの他のギャップ高さに対して得られますそのような高度に充填された銀ペーストのiscosity。対照的に、プレート粗さR qに対して= 2から4ミクロン（製造者によって宣言される）ビデオ画像は、信頼性が高く、明確に定義されたレオロジー測定のために、必要に応じてリムに剪断変形形状（ 図5）の形成を確認します。プラグフローが回避され、ペーストに均一な流れは、τ アプリ = 1360 Paの中に設定します。同様の流動挙動がペーストBの観察されたので、プレートの粗さのこの選択は、信頼性の高い降伏応力を測定することができます。 4μmの-プレート粗さR Q =1.15μmであり、R Q = 2について得られるよりも高い降伏応力値に=9μmの結果より高いプレート粗さR qを選択します。この効果は、ビデオ録画無し剪断プロファイルがこの測定（ 図6）の間にペーストAを用いて形成されていないことを示してペーストBのよりペーストAのためにはるかに顕著です。ストレスで τ アプリ = 1,880 Paの上側PLATEは、ペースト変形することなく移動を開始します。 τ アプリの応力= 2605 Paがペースト変形することなく依然として底板にペースト滑走させます。それは見かけの降伏応力ではない、 すなわち応力曲線対変形にキンクに対応する臨界応力は、弾性から粘性変形への遷移をマークしません。その代わりに、スリップやプラグフローの開始をマークし、重要な滑り応力τ スリップとして考慮しなければなりません。対照的に、プラグフローは、R Q = 9ミクロンプレート（ 図7）を用いてペーストBについて観察されませんでした。ペーストの変形はτ アプリ = 1430 Paで始まり、完全τ アプリ = 1,597 Paに開発されている。高い剪断応力（τ アプリ = 1,880 Pa）で剪断バンディング、 すなわちのみ試料の中間狭い層が剪断され、発生しました。 Rと応力データ対変形から得られた降伏応力R、Q = 2で得られたものに近いです-ペーストAのペーストBの場合には4ミクロン、τyをこの粗いプレートを使用することは無意味であり、アプリ決意をダブルチェックすること平行平板R qは 2 = - 4μmの結果、降伏応力はまた、ベーンジオメトリーで測定しました。この幾何学的形状は、本質的に壁スリップ効果の影響を受けず、一定の印加応力で急速ベーンの回転の開始は明確ベーン35、36の直径によって規定される円筒面にペースト内の構造破壊に関係しています。 4μmの- 図8は、ベーンジオメトリーを用いて得られた結果は、RがQ = 2を有する平行平板レオメトリーから得られたものと非常によく一致することを示しています。上記の知見に基づいて、すべてのさらなる実験は、粗さR Q = 2を有するプレートを用いて行った- ＆＃160;壁スリップ速度測定を除いては4μm。粗さR qを有するプレートは= =9μmで1.15ミクロンおよびR qは 、ここで検討したものと同様の銀ペースト又は他の高度に充填された懸濁液の降伏応力及び粘度決意に推奨することはできません。最後に、ペーストAの降伏応力は、ペーストBのそれよりも高いことが記載されています

ウォールスリップが成功した印刷のためのもう一つの重要なパラメータです。より高い壁スリップは、より良好なペーストをスクリーンメッシュ開口32を通って流れます。壁スリップ速度は、可動板と隣接ペースト層の相対速度、すなわち 、ギャップに広がるかかわらず、栓流または剪断変形のビデオ記録から直接評価することができます。滑らかな上部プレート及び粗い底板は、これらの実験25を実行する際に使用しなければなりません>、27、28、30。ギャップ内のサンプルが静止している場合、滑り速度を直接上板の速度によって与えられます。 図9ディスプレイのR Q = 1.15ミクロンでプレートを使用して、この後者の条件の下で決定されるような剪断応力対壁スリップ速度。スリップ明らか遠いソフトミクロゲル粒子28、29、30の濃縮乳液及びペーストについて観察されたのと同様の降伏応力以下の応力で起こります。ペーストAのために、より高い壁スリップ速度が加わる応力のペーストBのかかわらずためのより得られます。どちらの場合も、加えられた応力に対して直線的に速度増加をスリップ。しかし、= 0.33ミクロン（パスカル秒）得られた勾配mのA -1ペーストAのためには、傾きmとB = 0.12μよりも約3倍高いですM（PA秒）-1と同様のペーストBについて得られた以前に観察された28、29、30は 、降伏応力に対応する約ストレスレベルの特性すべり速度V *を求め、τ上にYスリップがほとんど測定可能です。ペーストAおよびB、V A * = 0.37ミリメートルS -1およびV B * = 0.11ミリメートルs -1の、それぞれのために。

サンプルスピルオーバーは、高密度のミクロンサイズの粒子に作用する強い遠心力に起因し、したがって、遠心力が粘性摩擦を支配れる角度又は回転数N CRITによって制御されるべきです。これをテストするために、測定ギャップの高さhは2mmと0.2mm以上増加しました。サンプルスピルオーバーの強度は、ギャップ高さh及び剪断速度に伴って増加します。広いギャップ高以前の試料流出セットすなわち 、中方程式 CRITは低い（ 図10）です。 図11を 0.5mmから2mmの間にかかわらず、試料の高さhの臨界角速度NのCRITでのその試料流出セットを示します。ペーストAのために、臨界回転速度は、n CRIT、≈0.6分-1とペーストBのためには、n個のCRIT、B≈1.7分-1です。発見N CRIT、Aは <N critを、Bは 、異なる車両粘度またはによる変化銀粒径にあるかもしれません。しかし、両方のペーストを0.2mm =測定ギャップ高さhのための非常に高いn個のクリティカル値を示します。したがって、ギャップ高さを減少させると、粘度決意が可能な広い剪断速度範囲を可能にします。高いn個のクリティカル値理由は0.2mmではまだ明らかではない=時間を発見しました。これは、表面10の強力な貢献によるものかもしれません狭い隙間を詰まら凝集体の形成に起因する試料リムでシオンまたは。さらなる調査はそれを明確にする必要があります。 図10は、さらに確認のためにその方程式 アプリ = 0.07秒-1 - 2.5 s -1で異なるギャップ高さで得られた見かけ粘度データを系統的に変化しない、 すなわち壁スリップは、これらの実験条件下で無視できます。 すなわち 、様々なハイからローまたはハイ値へのローからのせん断速度が限りn個のクリティカル率を超えないものと同じ粘度データが得られ、何のこぼれが行われない、すなわち、試料中の不可逆的な構造変化の証拠はありません。

キャピラリーレオメーターは、プロセス指向の高剪断速度で特にペースト粘度を決定するために使用されます。非放物線状速度プロファイルI用ワイセンベルグ-Rabinowitsch補正ここで行わsが非ニュートン流体34の場合の真のせん断速度を取得します。入口圧力損失は、高いL / D比>> 1の無視できる程度であるが、壁スリップの発生は、この場合には検討されていないため、データは、見掛け粘度値として処理されなければなりません。 図12のディスプレイは、ペーストAおよびBの両方のための見掛け粘度は、平行板レオメトリー回転とキャピラリレオメータを用いて測定しました。驚くべきことに、実験技術の両方から得られたデータは、その壁スリップがここで行うキャピラリーレオメーターの測定ではマイナーな関連性が示唆され、両方のペーストのために非常によく一致しているようです。最後に、ペーストAおよびBは、低剪断速度で同様の見かけの粘度を示すが、ペーストAの粘度は、高剪断領域におけるペーストBのそれよりも高くなっています。

平行平板型回転レオメーターを用いて定常剪断測定はperforでなければなりません注意深くMEDととして広く上述壁滑り、剪断バンディング又は試料流出によって妨害されてもよいです。そのため、振動剪断実験を使用して、スクリーン印刷プロセスの間に構造的な破壊や銀ペーストの回復を特徴づけることが示唆されています。 Hoornstra、周とThibert 10、15、21によって示唆されるように、これは三段階振動試験で行われます。まず、振幅掃引は、予め選択された周波数（ 図13）で線形及び非線形応答体制を決定するために実行されなければなりません。線形粘弾性領域は、定数によって一線を画し方程式非依存性モジュラス値とG」> G 『』。大における貯蔵弾性率G」の減衰方程式非-LIの開始を識別するための基準として選択されています応答政権に近いです。特徴変形振幅方程式 G '（：応答は、G 0線形領域で「の平均初期値Gの80％に低下した」れる振幅として定義される線形から非線形への遷移をマークC 方程式 C）= 0.8 G」0。ステージI及び試験III、線形粘弾性応答レジーム内の小さな発振振幅、 すなわちで方程式 < 方程式 cが原因ステージIIに印加される高変形振幅にペースト（ステージI）の残りの部分構造、ならびに初期構造の破壊後の試験の段階IIIの回復の時間依存性および程度を特徴付けるために選択されます。 図14ステージIではペーストBの対応する結果を示し、ペーストで変形され方程式 = 0.025％とG」がGよりも高い'、ペーストの弾性挙動が優勢である、すなわち 。変形がステージIIで増加する場合、G「は大きな変形のこの期間中にペースト内の構造破壊を確実にG」よりも高い」が。ステージIIIは、印刷後の基板上の指のラインの休息をシミュレートします。この段階で、G 『は再びG「よりも高い』が、G」ともG 『』は、両方のそれぞれの最初のG」およびG 『』ペースト構造が破壊された前の値よりも低いです。ビデオ録画は、これは壁面スリップ、プラグフローやサンプル流出などの影響に関連していないことを確認してください。ペーストは、振動せん断中に均一に変形し、プレートに付着し、どちらの壁面スリップやサンプルの流出を示しています。したがって、それは不完全と結論付けることができますせん断弾性率の回復が原因ステージIIにおける適用大振幅の剪断にサンプル内の不可逆的な構造変化を示しています。 図15（A）に示したデータは、不可逆的な構造変化の度合いがステージIIで適用大変形振幅振動せん断の持続時間に依存しないことを明らかにしました。ステージIIIの結果は、時間t IIせん断の異なる期間にわたって変化しません。しかし、ステージIIにおける選択変形振幅の値は、構造回復の程度に強い影響を有します。これは、（b）はステージIIIで決定された貯蔵弾性率の値とIΔGI「の初期モジュラス値Gによって正規化」との間の差を示す図 15から明らかです。ために方程式 > 20 Gの交差に対応した変形で、すなわち ％、」およびG 『』ペーストBは、その初期値の30％のみを回収する（ 図 13参照 ）と10％のみを貼り付けます。これは、様々なコーティング操作用ペースト特性が非常に重要とみなされ、ペースト組成物への依存度は今後の作業で対処されます。メモ、ステージIIにおける大振幅の振動剪断の即時停止後の構造の回復は、特にスクリーン印刷プロセスのために最大限の関連性であろうが、ここで使用される市販のレオメータは、変更後の最初の秒以内に信頼性のあるデータの決意を可能にしません方程式 。

フィラメントストレッチ実験は、スクリーン印刷時のスナップオフをシミュレートするために行われてきました。スナップオフは、スクリーン印刷の最終段階に属します。 図16は、両方のpの増加延伸速度で破断増加でそのフィラメントの長さを示しますastes。破損は、常に低い延伸比（X BR - X 0）で発生ペーストAよりも/ X 0 =ΔxをBR / X 0ペースト用Bが、この差は、延伸速度の増加とともにわずかに減少するように思われます。ペーストBのフィラメント切れが低い延伸比で起こるので、このペーストは、より良好なスナップオフ特性を有することができます。

キャピラリー崩壊伸長レオメーターイメージングセットアップで得られた結果は、引張試験機の実験により確認されています。対応する結果は図17に示されています。再びフィラメントが（ 図17（a）参照 ）とペーストB改ペーストAよりも低い量ΔxのBR / X 0の値での延伸速度の増加に伴って増加を破るれる延伸比、ΔxをBR / X 0を用いて得られた絶対値キャピラリー割れelongationalレオメータ常に引張試験機を用いて得られた値を、対応するより高いです。これは、= 6 mmでキャピラリー分裂伸長レオメーター、引張試験機用D = 5ミリメートル、 すなわち 、異なる初期サンプル容量dは異なるプレート直径に起因します。最終的には引張試験機はまた、最大力F maxは延伸時のフィラメントに作用する第二の特性パラメータを提供します。この量も増加し、分離速度と共に直線的に増加するが、この場合、ペーストBについて得られた値を、スクリーン印刷法または他のコーティング作業のためのF maxの関連性を開示するペーストA.さらなる調査のためのものよりも大きい必要とされるであろうれます。

図1
制御された剪断速度平行平板レオメトリー回転における図1見掛け粘度。 resultinの概要平行板レオメータ（ショート：PP）で制御された剪断速度モードで測定G見かけ粘度とせん断応力、プレート粗さR Q = 2から4ミクロンとギャップ高さH = 1mmです。測定中にビデオ録画に基づいて三つのセクションで見かけせん断速度の分類。ウォールスリップ、ペースト変形やサンプル流出は、ビデオ録画のカットアウトで強調表示されます。ペーストBは、例示的にここで選択されるが、同様の結果がエラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されるペーストAについて得られました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2
図2. 降伏応力決意用接線交点法を適用。変形γは、ギャップ高さで割った上部プレートの変位、即ち 、印加公称せん断応力τ アプリに対してプロットされています。 4μmのギャップ高さh = 1ミリメートル-剪断応力制御測定は、プレート粗さR Q = 2で行われます。ペーストBは、例示的に、ここで選択されているが、同様の結果がペーストAについて得られた。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3
見かけの降伏応力のプレートの粗さの 3 効果図 。異なるプレート粗さR qに対して得られた見かけの降伏応力=1.15μmで、RはQ = 2から4ミクロンとギャップ高さh対RをQ = 9ミクロン。結果は、板Rに依存しますR Qと測定ギャップ高さを変化させることとは無関係であるoughness（左：右、ペースト：ペーストB）。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4
図せん断応力を変えるのビデオ記録から4カットアウト。ここ= 1.15ミクロンプレート粗さR qを用いて測定されたペーストAの例を用いて。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5
Q = 2で測定したペーストAの例を用いて。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図6
図せん断応力を変えるのビデオ記録から6カットアウト。ここでプレート粗さR Q = 9ミクロンで測定ペーストAの例を用いて。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図7
ビデオrecorから7.カットアウト図せん断応力を変えるのへこみ。ここでプレート粗さR Q = 9ミクロンで測定ペーストBの例を用いて。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図8
図8.降伏応力を結果として生じます。 4μmの平行プレート幾何-ペーストAおよびBの降伏応力の比較は、ベーンジオメトリおよびR Q = 2と決定しました。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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せん断応力の壁スリップの 9 依存性を 図 。壁滑り速度VペーストAのせん断応力τ対スリップ及びBは= R Qにより決定ギャップ高さh = 1mmに1.15μmの平行平板幾何。材料の降伏応力で得られた特性壁スリップ速度をV *として示されています。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図10
試料流出上のギャップ高さの図10の効果。 4 - = 2ペーストBとプレート粗さR Qの制御された剪断速度モードに変化する測定ギャップの高さhにおける見掛け粘度μmで。ギャップ高さは、h = 0.2 mmであり、H = 2.0ミリメートルの間で変化します。下部ギャップ高さが選択されたときの粘度曲線の下方キンクは、より高いせん断速度でに設定します。ギャップ高さは、h = 0.2 mmであり、H = 2.0ミリメートルの間で変化します。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図11
。：4ミクロン（左-対ギャップ高さhにおける粘度曲線セットの下方にキンクがR Q = 2と平行板形状を用いた時の回転速度NのCRIT における 図11 における試料流出セット臨界回転速度ペーストB）：A、右を貼り付けます。サンプル波及はこのcharactでで設定しますビデオ記録によって確認されるよう論争術回転速度。用のN CRIT、A = 0.6分-1であり、nのCRIT、B = 1.7分-1のギャップ高さhのため≥0.5mmとペーストBのために試料流出セットを貼り付けます。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図12
広い剪断速度範囲における 図12 の粘度。見かけペーストAの粘度及びB平行平板型回転レオメトリー用いて広い剪断速度範囲で決定された（ギャップ高さh = 0.2 mmであり、H = 1ミリメートル; R Q = 2から4ミクロン）及びキャピラリーレオメータ（D = 0.5mmからL = 40 mm）です。エラーバーはstandarのように計算されています D偏差は、少なくとも3回の独立した測定から得られました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図13
図 振動せん断における線形および非線形応答レジームの 13 決意。ペーストBの振幅掃引試験：変形振幅対G」、G 『』 方程式固定周波数f = 1 Hzで。試験は、平行プレートジオメトリー（ - 4ミクロン、ギャップ高さh = 1ミリメートルのR Q = 2）を備えた回転レオメーターを用いて行きました。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。large.jpg」ターゲット= 『_空白』>この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図14
図14.三段階構造回復試験。ペーストBのための3つのステージ構造の回復試験は、平行平板型回転レオメーター（ - 4μmのプレート粗さR Q = 2）で一定の周波数f = 1 Hzで行います。適用される変形振幅方程式段階で私は、ステージIIで、0.025％です方程式 = 80％、ステージIIIで方程式 = 0.025％。ビデオ録画には壁滑り、剪断バンディング、プラグ流又は試料流出が発生しない、ギャップ全体に均質な試料変形を確認します。エラーバーは、少なくとも3から得られた標準偏差として算出されます独立した測定値。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図15
15.構造回復のテストを図。構造的な回復にせん断時間の（a）の効果。用ペーストBの構造回復方程式 IIは 80％、ステージIIの異なる持続時間、T II = 50秒、150秒及び600秒=。構造的回復に変形振幅の（b）の効果。相対的な不可逆的な構造変化
（G '（T→∞） - G'（T = 0））/ G '（T = 0）=ΔG' / G」I変形振幅の関数として方程式 3台のSTAの段階IIにおいて適用定数tでペーストA及びBについて決定GE構造回復試験II = 150秒。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図16
伸長変形におけるフィラメント切れの16光学決意図。キャピラリー分裂伸長レオメーター（初期ギャップ高さh = 1 mm）を用いて得られたフィラメント切れが異なる延伸速度でペーストAおよびBのために発生する臨界引張延伸比。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図17
図17引張試験-伸長変形時の軸力。 （A）のΔxのBR / X 0を得、引張試験機を用いてペーストA及びBについて得られた速度を延伸対（B）力F maxに生じました。初期ギャップ高さは、h = 1mmであり、ピストンの直径d = 5mmです。インサートは、V = 30ミリメートルsで得られたペーストBの延伸比データ対生力Fが表示-1 F maxと量ΔxBRの決意を実証します。エラーバーは、少なくとも3回の独立した測定から得られた標準偏差として算出されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。


特性情報とペーストAとBの具体的な流動特性の違いを、対応する応用方法の表1.概要、 この表の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

Discussion

高度に濃縮された懸濁液またはペーストの包括的なレオロジー特徴付けは、このような複雑な流体の処理及び塗布時ターゲット製品開発会議マニホールド要件のために必須です。この調査は、大きな変形や破断点伸びならびにフィラメント間に引張力延伸後の降伏応力、粘度、壁スリップ速度、構造回復の決意を含みます。すべての要約は、本方法を適用した情報を取得し、及びペースト特性を表1にまとめます。

平行平板レオメトリー回転の壁滑り、剪断バンディングとサンプルスピルオーバーを示す高度に充填された懸濁液のレオロジー量の信頼性が決意するためのビデオ記録の重要性が実証されます。ビデオ録画は、適切なマーカーを使用してサンプルリムにおける真の変形形状の決意と流れ場を可能にします。それはnecessですレオロジー実験の結果を分析する前に、この変形挙動を研究するためにARY。従って、測定パラメータの設定及び粗さの値をプレート粘度測定が可能であるために識別することができます。ペーストの降伏応力は、適切な粗さのベーンジオメトリまたはプレート - プレートジオメトリーを使用してのいずれかで決定することができます。

粘度決意は、サンプル組成に応じて慎重に選択されたプレートの粗さを有するプレート - プレートジオメトリを使用して可能です。高い粗さは、必ずしも下壁スリップにはなりません。粘度決意を行うことが可能な剪断速度または剪断応力の範囲は、降伏応力及び試料流出の開始によって制限されます。

また、滑り速度を直接測定することができ、栓流、剪断バンディングまたはサンプルスピルオーバーが発生する測定条件を明確に識別することができます。壁スリップ測定のために滑らかな表面は、上部剪断PLAとして使用しましたTEのみ上部プレートの滑りを可能にするためにラフ底板。このスリップ速度は、上部プレートの角速度から直接計算することができます。両方のペーストのために滑りが良く見かけの降伏応力下のストレスレベルで発生します。同様の観察は、ガラスビーズ25、27粘土懸濁液、ソフトミクロゲルペースト並びに乳剤28、29、30のための懸濁液のために報告されています。ここでτ アプリでV スリップの直線的な増加が発見されました。これは、アラルらの観察と一致しています。また、調査ガラスビーズ懸濁液の縁に流れ場の可視化を使用して、V スリップを決定25。

セスら。負荷応力とすべり速度のスケーリングが柔らかいpartic間の相互作用によって制御されていることを示していますレ彼らは彼らの研究や壁に使用されます。壁への粒子の具体的な付着がない場合のために、彼らはまた、V スリップ及びストレスが、二次スケーリングが弱く壁28、29、30に付着した粒子のために発見されたとの間の線形関係を見つけます。 V *〜γのY 2（G：柔らかい粒子ペーストの研究はまた、降伏応力と弾性流体モデルにおける特性すべり速度V *は独立して決定することができる物理的流体と粒子パラメータからV *を計算することを可能にする29を提示される明らかにする0 R /η 秒 ）（G P / G 0）1/3。この特性すべり速度は、Yと弾性率G 0、溶媒粘度ηS、ならびにparticlγ歪みを生じるペーストに依存しますE半径R及び弾性率G P。この単純な推定値（VのA * = 375ミクロン秒-1およびV B * = 118ミクロン秒-1）から得られた値は、大きさのオーダーに対して（ 図9）だけでなく、実験結果と非常によく一致してもペーストAとBとの間の差について

サンプルのこぼれは、各ペーストのための臨界回転速度特性で、ここで観察されます。こぼれは、純粋な車では発生しません。この現象は、ペーストのレオロジー特性評価を制限し、また、特定の処理又はコーティング動作のために関連し得るが、その物理的起源は依然として未解決のままです。

ビデオ録画は、さらにその壁スリップ、プラグフローを示し、サンプル流出は振動剪断試験中に除外することができます。したがって、剪断弾性率の低下や上昇はSmaIで3段振動せん断試験の間に観察さステージIおよびIIIにおけるL振動振幅ならびに大変形振幅方程式 > 方程式 Cは、直接、構造ブレークダウンし、回復に起因することができます。飽和するまでステージIIにおける増加変形振幅の振動剪断増加中不可逆的な構造変化の度合いは、振幅掃引試験におけるGのクロスオーバー」およびG 『』に対応する変形に達したことを示したが、不可逆的な損傷することができステージIIにおける高振幅せん断の持続時間とは無関係です。段階IIの大きなせん断変形に対して弾性率の変化、ひいてはサンプル構造が10以上4秒の時間を待った後ので、ここで不可逆的と呼ばれ、貯蔵弾性率は、その初期値（データは示していない）よりもはるかに低いです。 図15に示すデータは、待ち時間に制限されています明瞭のために1500秒の時間。しかし、印刷工程の時間スケールでも、以下の秒のオーダーであることに留意すべきです。これは、本研究で用いた従来の回転式レオメーターのセットアップとアクセスできません。

本研究で用いたギャップの高さはまた、現代の印刷エレクトロニクスのスクリーン印刷における典型的なメッシュ開口よりはるかに大きいです。プレートプレートジオメトリを使用して、レオロジー測定は、典型的には、レオロジー測定に使用される大型のプレートのための機械的調整の限界に起因するような小さなギャップ開口部で行うことができません。さらに、大きなギャップ分離は、リムに試料変形の可視化を容易にするためにここで選択されています。

キャピラリー分裂伸長レオメーター、引張試験機を用いて試験を延伸フィラメントは伸長フローの高度に充填されたペーストの変形および分裂挙動を特徴付けるために使用することができます。破断伸び、そしてm伸長時aximum力は、これらの試験から得られるパラメータであり、スクリーン印刷時にスキージスナップオフに関連し得ます。

最後に、有意差は、本研究で調べた2種類の市販銀ペーストに関して上述したすべての実験で観察されました。それらの性能のためのレオロジーペースト特性の関連性の拡張議論は異なるペーストおよび車両の幅広いさまざまなデータに基づいて後続の用紙に対処します。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
endoscopy Visitool TVS80.280.BF6.AD10.2 full name: TV-Endoskop, C-Mount, Variookular 2X, Ø 8 mm x ca. 280 mm, 0°, BF: 6 mm, AD 10 mm
commercial silver paste  Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG
Global Business Unit Heraeus Photovoltaics
rheometer A Anton Paar Physica MCR 501 Rq = 2 - 4 µm
rheometer B Thermo Scientific Haake Mars II Rq = 1.15 µm
Rq = 9 µm
rheometer C Thermo Scientific (formerly Haake GmbH) Rheostress 150 vane geometry
sandpaper Jean Wirtz Düsseldorf Metallographie P320 C Rq = 9 µm
grain size = 46.2 ± 1.5
recording software Debut Video Capture
LED Spotlight Kaleep  48W Led Work Lights
Offroads Lights
Lamp Spotlight Floodlight 
capillary breakup elongational rheometer Thermo Scientific (Haake) HAAKE CaBER1
tensile tester Stable Micro Systems, Godalming, UK TA.XT plus
Texture Analyzer 
50 N load cell Stable Micro Systems, Godalming, UK Serialnumber: 10256249
a modified capillary rheometer Göttfert Rheograph 2000 (Göttfert Werkstoff-Prüfmaschinen GmbH, Buchen Germany)
500 bar pressure transducer Gefran, Selingenstadt, Germany

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References

  1. Mathews, N., Lam, Y. M., Mhaisalkar, S. G., Grimsdale, A. C. Printing materials for electronic devices. Int. J. Mater. Res. 101 (2), 236-250 (2010).
  2. Ralph, E. L. Recent advancements in low cost solar cell processing. Proceedings of the 11th Photovoltaic Specialists Conference. 1, 315 (1975).
  3. Faddoul, R., Reverdy-Bruas, N., Blayo, A. Formulation and screen printing of water based conductive flake silver pastes onto green ceramic tapes for electronic applications. Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater. Adv. Technol. 177 (13), 1053-1066 (2012).
  4. Rane, S. B., Seth, T., Phatak, G. J., Amalnerkar, D. P., Das, B. K. Influence of surfactants treatment on silver powder and its thick films. Mater. Lett. 57 (20), 3096-3100 (2003).
  5. Rane, S. B., et al. Firing and processing effects on microstructure of fritted silver thick film electrode materials for solar cells. Mater. Chem. Phys. 82 (1), 237-245 (2003).
  6. Faddoul, R., Reverdy-Bruas, N., Bourel, J. Silver content effect on rheological and electrical properties of silver pastes. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 23 (7), 1415-1426 (2012).
  7. Szlufcik, J., Poortmans, J., Sivoththaman, S., Mertens, R. P. Advanced manufacturing concepts for crystalline silicon solar cells. IEEE Trans. Electron Devices. 46 (10), 1948-1969 (1999).
  8. Gomatam, R., Mittal, K. L. Electrically Conductive Adhesive. , CRC Press. (2008).
  9. Pospischil, M., et al. Investigations of thick-film-paste rheology for dispensing applications. Energy Procedia. 8, 449-454 (2011).
  10. Hoornstra, J., Weeber, A. W., De Moor, H. H., Sinke, W. C. The importance of paste rheology in improving fine line, thick film screen printing of front side metallization. Netherlands Energy Found. , (1997).
  11. Gilleo, K. Rheology and surface chemistry for screen printing. Screen Print. Mag. , 128-132 (1989).
  12. Lin, H. W., Chang, C. P., Hwu, W. H., Ger, M. D. The rheological behaviors of screen-printing pastes. J. Mater. Process. Technol. 197, 284-291 (2008).
  13. Shiyong, L., Ning, W., Wencai, X., Yong, L. Preparation and rheological behavior of lead free silver conducting paste. Mater. Chem. Phys. 111 (1), 20-23 (2008).
  14. Reichl, H., Feil, M. Hybridintegration: Technologie und Entwurf von Dickschichtschaltungen. Hüthig Verlag GmbH. , (1986).
  15. Thibert, S., et al. Study of the high throughput flexographic process for silicon solar cell metallisation. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 24 (2), 240-252 (2016).
  16. Glunz, S. W., Mette, A., Richter, P. L., Filipovic, A., Willeke, G. New concepts for the front side metallization of silicon solar cells. 21st Eur. Photovolt. Sol. Energy Conf. , 4-7 (2006).
  17. Thibert, S., Jourdan, J., Bechevent, B., Chaussy, D., Reverdy-Bruas, N., Beneventi, D. Influence of silver paste rheology and screen parameters on the front side metallization of silicon solar cell. Mater. Sci. Semicond. Process. 27, 790-799 (2014).
  18. Pospischil, M., et al. Dispensing technology on the route to an industrial metallization process. Energy Procedia. 67, 138-146 (2015).
  19. Coussot, P. Rheometry of pastes, suspensions, and granular materials: Application in Industry and Environment. , Wiley-interscience. (2005).
  20. Coussot, P. Rheophysics of pastes: a review of microscopic modelling approaches. Soft Matter. 3 (5), 528 (2007).
  21. Zhou, H., Hong, J., Piao, L., Kim, S. -H. Dual rheological responses in Ag pastes. J. Appl. Polym. Sci. 129 (3), 1328-1333 (2013).
  22. Buscall, R., McGowan, J. I., Morton-Jones, A. J. The rheology of concentrated dispersions of weakly attracting colloidal particles with and without wall slip. J. Rheol. 37 (4), 621 (1993).
  23. Kalyon, D. M., Yaras, P., Aral, B., Yilmazer, U. Rheological behavior of a concentrated suspension: A solid rocket fuel simulant. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 37 (1), 35-53 (1993).
  24. Yilmazer, U., Kalyon, D. M. Slip effects in capillary and parallel disk torsional flows of highly filled suspensions. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 33 (8), 1197-1212 (1989).
  25. Aral, B. K., Kalyon, D. M. Effects of temperature and surface roughness on time-dependent development of wall slip in steady torsional flow of concentrated suspensions. J. Rheol. 38 (4), 957-972 (1994).
  26. Persello, J., Magnin, A., Chang, J., Piau, J. M., Cabane, B. Flow of colloidal aqueous silica dispersions. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 38 (6), 1845-1870 (1994).
  27. Pignon, F., Magnin, A., Piau, J. M. Thixotropic colloidal suspensions and flow curves with minimum: Identification of flow regimes and rheometric consequences. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 40 (4), 573-587 (1996).
  28. Meeker, S. P., Bonnecaze, R. T., Cloitre, M. Slip and flow in pastes of soft particles: Direct observation and rheology. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 48 (6), 1295-1320 (2004).
  29. Seth, J. R., Cloitre, M., Bonnecaze, R. T. Influence of short-range forces on wall-slip in microgel pastes. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 52 (5), 1241-1268 (2008).
  30. Seth, J. R., Locatelli-Champagne, C., Monti, F., Bonnecaze, R. T., Cloitre, M. How do soft particle glasses yield and flow near solid surfaces? Soft Matter. 8 (1), 140-148 (2012).
  31. Meeker, S. P., Bonnecaze, R. T., Cloitre, M. Slip and flow in soft particle pastes. Phys. Rev. Lett. 92 (19), 1-4 (2004).
  32. Xu, C., Fieß, M., Willenbacher, N. Impact of wall slip on screen printing of front-side silver pastes for silicon solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics. 7, 129-135 (2017).
  33. Brummer, R. Rheology Essentials of Cosmetic and Food Emulsions. , Springer Berlin-Heidelberg. (2006).
  34. Macosko, C. W. Rheology Principles, Measurements, and Applications. , Wiley - VCH. New York. (1994).
  35. Dzuy, N. Q., Boger, D. V. Yield stress measurement for concentrated suspensions. J. Rheol. (N. Y. N. Y). 27 (4), 321-349 (1983).
  36. Da Cruz, F., Chevoir, F., Bonn, D., Coussot, P. Viscosity bifurcation in granular materials, foams, and emulsions. Phys. Rev. E. 66, 1-7 (2002).

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Yüce, C., Willenbacher, N.… More

Yüce, C., Willenbacher, N. Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions — A Case Study for Screen-printing Silver Pastes. J. Vis. Exp. (122), e55377, doi:10.3791/55377 (2017).

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