纳米银之科学与真相（2）：攻克银迁移的取经记

研究员从网上找了几个银迁移的案例，

我们可以发现

只要电子元器件中存在银单质

就存在着银迁移的可能性。

从上述机理我们可以得知，造成银迁移的两个主要因素就是银离子的形成和让银离子迁徙的电回路。如果我们可以在使用过程中阻隔这两个因素的其中之一，都可以起到阻止银离子迁移的作用。

早期的银导体都是通过在银的表面上覆盖一层无机物或者有机物（仿佛天冷了我们盖被子的方法），以实现阻隔水汽的目的，可是这种办法无法对侧面裸露的银进行保护，而这些裸露的纳米银最终都会在水汽的暴露下发生银迁移。

应对这种情况，比较多采用的是对纳米银进行层状包覆，表层包覆的材料有很多种，如有机无机复合、金属氧化物等，阻断由纳米银线制成的导体在使用过程中水汽的侵入。

银离子形成以后，必须有中间介质形成完整的迁徙闭合回路才会真正形成银迁移，而采用高聚物和银离子以络合物的形式可把银离子固定在初始位置，并使用有机分子对纳米银线进行包裹，这样就阻止了银离子形成完整的迁徙回路。

诺菲特有的墨水配方专利，可对使用过程中形成的银离子进行捕抓，将其固定在初始位置。这个其实和我们所熟知的“通过添加氧化钒或碳浆等物质，以增加银离子迁移路上的障碍物，继而抑制银浆迁移的原理”有着异曲同工之妙。

在OLED量产器件中，高可靠性的封装是一项能有效提高器件使用寿命的重要工艺，而有机无机复合薄膜封装被公认为最具有发展前景的一类技术。接下来我们了解一下市面上常见的两种透明导电膜的结构，看厂商是采用何种方式防止银离子的迁移。

• 第（1）种，表层用有机无机复合薄膜覆盖，可以隔绝水汽、氧气以及空气中其它有害物质的进入。同时，利用有机分子对纳米银线进行包裹，从源头上阻止了银离子的形成，达到阻止银迁移的目的。由此类导电膜制成的器件寿命必然会更长，功能也会更加稳定。

  
  

• 第（2）种，导电膜表层是将极薄的金属氧化物通过溅射或沉积到纳米银线或者银颗粒导电层上，科赛尔理论认为金属晶体在纳米银表面生长的过程不是匀质的，往往是一层尚未长完，新层就开始生长，最终导致晶体的生长面呈现晶面阶梯状，因而金属氧化物并不能形成致密的阻隔膜。此种导电膜在后期使用过程中极易被水汽或者空气中的有害小分子等渗入造成银迁移过程中银离子大面积形成，加上此种导电膜并没有把银离子固定在初始位置的能力，此类导电膜制成的器件在使用过程中会因银迁移导致功能不良或者失效。

针对金属氧化物是否具有良好的阻隔性能，我们对两种导电膜进行了裸模高温85℃高湿85%RH（HTHH）、85℃高温保存（HT）环测以及弯折测试，结果如下：

• 经过7天的双85环测后，通道阻值呈现了明显的变化。经过21天的双85环测后，用金属氧化物薄膜包覆的导电膜使用四探针已经没有方阻，使用显微镜观察涂层已经呈现不均匀的脱落（如上右图），用有机无机复合薄膜包覆+有机分子包裹的导电膜在环测后涂层并没有明显的变化（如上左图）。

  
  

• 对于高温保存通道阻值变化率3%与15%对比，我们可以看出采用有机无机复合薄膜包覆+有机分子包裹的导电膜对有害气体的阻隔性明显，进一步验证了有机无机复合薄膜性能远优于金属氧化物形成的薄膜。

  
  

• 而针对弯折性测试，我们也可以看出在经历了十五万次的弯折后，用有机无机复合薄膜包覆+有机分子包裹的导电膜阻值并没有明显的变化，而用金属氧化物薄膜包覆的导电膜因纳米银与无机涂层的附着力并不好，产生了部分的脱落。

  
  

综合上述结果，可以看出有机无机复合薄膜的阻隔性能远远优于金属氧化物薄膜，也就是说有机无机复合薄膜在形成银离子的阶段，可有效减少银离子的形成，进而达到阻止银迁移的效果。

• 采用有机无机复合薄膜包覆+有机分子包裹银线方式的导电膜，在经过激光蚀刻之后裸露部分如图（A）所示，从截面图我们可以看到导电膜中纳米银线裸露出来的面积很小，大约为二十纳米左右的小圆圈作为银线的截面裸露在外面，而且纳米银线的周围包裹了一层有机物，从原理上看裸露在空气中的银单质少了，相对于整个中间导电层为纳米银的导电膜发生银迁移的几率更低。

  
  

• 采用金属氧化物薄膜包覆的导电膜，在经过激光蚀刻之后裸露部分如图（B）所示，我们可以看到此类导电膜经过激光蚀刻之后，裸露出的银镀层完全没有了金属氧化物的保护裸露在空气中，整个截面纳米银涂层都裸露在空气中，稍有水汽在电势差的作用下银离子就非常容易形成，进而银迁移现象就比较容易发生，而由此类导电膜制成的器件经过一段时间使用后很容易因银迁移导致失效或者功能不良。

• 如图所示是采用有机无机复合薄膜包覆+有机分子包裹方式下的导电膜制作的TP样品，在85°C,85%RH条件下工作500h后，我们可以看到激光通道内没有银颗粒，更没有树枝状的银晶体出现，表明没有发生银迁移。

  
  

根据2017年的SGS检测报告所示，在85°C,85%RH条件下工作500h后，诺菲纳米提供的 4片由有机无机复合薄膜制成的FOG模组，功能测试全部通过。目前在诺菲的实验室里，最新的产品在85%RH，85℃环境下已经通过了2000小时的功能测试。