一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，以低固含量且低粘度的納米銀導(dǎo)電墨水作為活化劑，噴墨打印在基體上，待墨跡干燥后再進(jìn)行化學(xué)鍍銅，最終得到銅導(dǎo)電線路。本發(fā)明制備方法所使用的納米銀導(dǎo)電墨水粘度低，粒徑小，分散性良好，可采用普通噴墨打印機(jī)打印，不堵塞噴墨孔；納米銀顆粒用量很小，生產(chǎn)成本低廉；且本方法制作線路板噴墨打印后無(wú)需進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，對(duì)承印物基體無(wú)耐溫要求，大大拓展了納米金屬噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及線路板制造領(lǐng)域，尤其涉及一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)納米金屬導(dǎo)電墨水的噴墨打印印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)的印刷電子(Printed Electronics)技術(shù)給現(xiàn)代電子工業(yè)帶來(lái)了革命。這種加成法生產(chǎn)工藝不僅比傳統(tǒng)的光刻蝕減成法工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保、高效，而且可實(shí)現(xiàn)密集布線，使電子產(chǎn)品更易小型化，或者更輕薄。它可實(shí)現(xiàn)電路布線圖從CAD設(shè)計(jì)圖紙到產(chǎn)品的“所見(jiàn)即所得”式的柔性連續(xù)化生產(chǎn)，使PCB的制造變得如辦公室打印文件般輕松。
[0003]常用的納米金屬導(dǎo)電墨水是金墨、銀墨和銅墨。金墨、銀墨中納米金或銀顆粒比較細(xì)小，化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定，不易被氧化，相對(duì)容易被分散，但價(jià)貴。銅價(jià)廉，且焊接性好，無(wú)離子遷移現(xiàn)象，此外，銅導(dǎo)線的電學(xué)性能好，導(dǎo)熱率高，金屬間化合物生長(zhǎng)率慢，是理想的電路板導(dǎo)電金屬。但銅化學(xué)性質(zhì)較活潑，比表面能大，納米顆粒易氧化，粒徑也較大，較難分散，導(dǎo)致墨水易沉降，堵塞噴墨孔。
[0004]無(wú)論金墨、銀墨或銅墨，為了保證噴墨打印并燒結(jié)后使納米顆粒能連成線，導(dǎo)電墨水中必須有一定的納米金屬含量，通常固含量需在30%左右。由于金、銀、銅比重較大，為防止納米金屬聚集和沉降，墨水中需加入表面活性劑并需增高粘度。高粘度增加了噴墨的難度，打印時(shí)需要專用的工業(yè)噴墨裝鉻。納米金屬要連成線，且同時(shí)具有較高的電導(dǎo)率，就必須進(jìn)行燒結(jié)，使納米金屬顆粒通過(guò)擴(kuò)散連接成塊狀金屬。這一“金屬化”過(guò)程通常在220?350°C的溫度范圍進(jìn)行，這就要求承印物或者基體材料必須耐溫。然而，對(duì)于某些應(yīng)用，如在物流行業(yè)中用以替代條形碼的FRID天線，需要將電路打印在普通不耐溫的塑料包裝盒上，此時(shí)基體耐溫就成了技術(shù)應(yīng)用的制約因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路板的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中墨水沉降堵塞噴墨孔，燒結(jié)所需溫度過(guò)高的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是提供一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路板，包括以下步驟:在基體上噴墨打印所述納米銀導(dǎo)電墨水，干燥得導(dǎo)電線路板；在所述導(dǎo)電線路板上進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
[0007]進(jìn)一步地，所述納米銀導(dǎo)電墨水包括納米銀顆粒、分散劑及溶劑；所述納米銀顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?5wt%，粘度為1.2?2.0厘泊，平均粒徑為50nm ；
[0008]進(jìn)一步地，所述化學(xué)鍍銅液包括:銅鹽、絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑。
[0009]進(jìn)一步地，所述銅鹽為硫酸銅或五水硫酸銅。
[0010]進(jìn)一步地，所述絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸二鈉。
[0011]進(jìn)一步地，所述還原劑為甲醛。
[0012]進(jìn)一步地，所述穩(wěn)定劑為α-α '聯(lián)吡啶。[0013]進(jìn)一步地，所述pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉或十水四硼酸鈉。
[0014]進(jìn)一步地，所述化學(xué)鍍銅液每升中包括:五水硫酸銅2?20g，乙二胺四乙酸二鈉5?35g，甲醛5?30ml，α -α /聯(lián)吡啶0.01?0.05g，亞鐵氰化鉀0.01?0.1Og及去離子水。
[0015]進(jìn)一步地，所述化學(xué)鍍銅的工藝為:用0.5?6M NaOH水溶液將鍍液的pH值調(diào)至11?14，升溫至35?70°C，加入還原劑，化學(xué)鍍銅的時(shí)間為2?30分鐘。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:所使用的納米銀導(dǎo)電墨水粘度低，粒徑小，分散性良好，可采用普通噴墨打印機(jī)打印，不堵塞噴墨孔；制作線路板噴墨打印后無(wú)需進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，對(duì)承印物基體無(wú)耐溫要求，大大拓展了納米金屬噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用范圍；且納米銀顆粒用量很小,生產(chǎn)成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1噴墨打印后的樣品的掃描電鏡圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1鍍銅后的樣品的實(shí)物圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1鍍銅后的樣品的掃描電鏡圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1所制得銅導(dǎo)電線路板的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明提供一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路板，包括以下步驟:在基體上噴墨打印所述納米銀導(dǎo)電墨水，干燥得導(dǎo)電線路板；在所述導(dǎo)電線路板上進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
[0023]具體地，納米銀導(dǎo)電墨水包括納米銀顆粒、分散劑及溶劑，粘度為1.2?2.0厘泊，pH值為7?9。其中，納米銀顆粒的平均粒徑為50nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?5wt% ;分散劑可促使銀顆粒均勻分散于介質(zhì)中形成穩(wěn)定懸浮體，分散劑優(yōu)選聚乙烯吡咯烷酮(PVP);溶劑為水與乙醇混合物，水與乙醇的體積比優(yōu)選1:0?2。所得納米銀導(dǎo)電墨水為含有細(xì)小顆粒，分散性良好且粘度低的混合液，固體物質(zhì)粒徑遠(yuǎn)小于普通打印機(jī)噴墨孔徑，不堵塞噴墨孔。
[0024]具體地，化學(xué)鍍銅液包括:銅鹽、絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑、PH調(diào)節(jié)劑。其中，銅鹽為硫酸銅、氯化銅、堿式碳酸銅、酒石酸銅、醋酸銅或它們的水合物，優(yōu)選硫酸銅或五水硫酸銅；絡(luò)合劑可以為酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、三乙醇胺、四羥丙基乙二胺、甘油、甘醇酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀中的至少一種，優(yōu)選EDTA-2Na;還原劑可以為甲醛、次磷酸鈉、硼氫化鈉、二甲氨基硼烷、肼中的至少一種，優(yōu)選甲醛；穩(wěn)定劑選自甲醇、氰化鈉、硫代尿素、烷基硫醇、二羥基氮苯、α-α '聯(lián)吡啶中的至少一種，優(yōu)選α-α，聯(lián)吡唆。pH調(diào)節(jié)劑可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、十水四硼酸鈉中的至少一種，優(yōu)選氫氧化鈉或十水四硼酸鈉。
[0025]優(yōu)選地，選擇硫酸銅或五水硫酸銅為銅鹽，EDTA-2Na為絡(luò)合劑，甲醛為還原劑，α-α '聯(lián)吡啶為穩(wěn)定劑，氫氧化鈉或十水四硼酸鈉為PH調(diào)節(jié)劑，獲得的化學(xué)鍍銅線路光亮、致密，電導(dǎo)率高。[0026]進(jìn)一步地，化學(xué)鍍銅液的優(yōu)選配方為:每升鍍銅液中包括:五水硫酸銅2?20g，乙二胺四乙酸二鈉5?35g，甲醛5?30ml，α-α /聯(lián)吡啶0.01?0.05g，亞鐵氰化鉀0.01?
0.1Og及去離子水。
[0027]化學(xué)鍍銅的工藝為:用0.5?6M NaOH水溶液將鍍液的pH值調(diào)至11?14，升溫至35-70°C，加入還原劑，化學(xué)鍍銅的時(shí)間為2?30分鐘。
[0028]本發(fā)明制備過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)是一納米銅的“金屬化”過(guò)程，通常在220?350°C的溫度范圍進(jìn)行，這就要求承印物或者基體材料必須耐溫。然而，對(duì)于某些應(yīng)用，如在物流行業(yè)中用以替代條形碼的FRID天線，需要將電路打印在普通不耐溫的塑料包裝盒上，此時(shí)基體耐溫就成了技術(shù)應(yīng)用的制約因素。本發(fā)明無(wú)需燒結(jié)，大大拓展了應(yīng)用范圍。
[0029]以下通過(guò)具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明噴墨打印銅導(dǎo)電線路板的方法。
[0030]實(shí)施例1
[0031]步驟1:納米銀導(dǎo)電墨水的噴墨打印。將粘度為1.8厘泊，金屬銀固含量為6g/100ml，納米金屬銀平均粒徑約為50nm，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP) K88-96，溶劑為水與乙醇體積比為1:0.5的混合物，pH值為8的納米金屬銀導(dǎo)電墨水注入HP-D2600型(噴墨孔直徑5 μ m)普通噴墨打印機(jī)的墨盒中，在聚酰亞胺膜基體上打印回字型測(cè)試導(dǎo)電線路，待墨跡干燥后，電子顯微鏡檢查打印墨跡，如附圖1所示。
[0032]步驟2:對(duì)打印墨跡進(jìn)行化學(xué)鍍銅。配制化學(xué)鍍銅鍍液:稱量15gCuS04.5H20, 30gEDTA-2Na,0.03g α - α ’聯(lián)吡啶，0.08g亞鐵氰化鉀，20ml37wt%HCH0水溶液，放入玻璃容器中，加少量去離子水溶解，配制成溶液，再加去離子水定容至1L，滴加5M NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH值至12.5。將噴墨打印的測(cè)試導(dǎo)電線路浸沒(méi)在所配鍍液中，升溫至50°C，再滴加37wt%甲醛溶液作還原劑，進(jìn)行化學(xué)鍍銅7分鐘。
[0033]化學(xué)鍍銅后的測(cè)試銅導(dǎo)電線路如附圖2?4所示，獲得的化學(xué)鍍銅線路光亮、致密，電導(dǎo)率高，四探針?lè)y(cè)得其銅導(dǎo)電線路的電阻率為5.94 X IO-4 Ω.cm。
[0034]實(shí)施例2
[0035]步驟1:納米銀導(dǎo)電墨水的噴墨打印。將粘度為1.8厘泊，金屬銀固含量為lg/100ml，納米金屬銀平均粒徑約為20nm，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K88-96與0P-10質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3:5的混合物，溶劑為水與乙醇體積比為1:1的混合物，pH值為8的納米金屬銀導(dǎo)電墨水注入富士 Dimatix型(噴墨孔直徑I μ m)噴墨打印機(jī)的墨盒中，在聚酰亞胺膜基體上打印回字型測(cè)試導(dǎo)電線路，待墨跡干燥后，電子顯微鏡檢查打印墨跡。
[0036]步驟2:對(duì)打印墨跡進(jìn)行化學(xué)鍍銅。配制化學(xué)鍍銅鍍液:稱量15gCuS04.5H20, 35g檸檬酸鈉，0.04g 二羥基氮苯，0.0Sg亞鐵氰化鉀，5ml水合肼，放入玻璃容器中，加少量去離子水溶解，配制成溶液，再加去離子水定容至1L,滴加IM十水四硼酸鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至12.0。將噴墨打印的測(cè)試導(dǎo)電線路浸沒(méi)在所配鍍液中，升溫至50°C，再滴加10被％水合肼水溶液作還原劑，進(jìn)行化學(xué)鍍銅7分鐘。
[0037]四探針?lè)y(cè)得化學(xué)鍍銅后銅導(dǎo)電線路的電阻率為7.16 X IO-4 Ω.cm。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，包括以下步驟:在基體上噴墨打印納米銀導(dǎo)電墨水，干燥得導(dǎo)電線路板；利用化學(xué)鍍銅液在所述導(dǎo)電線路板上進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米銀導(dǎo)電墨水包括納米銀顆粒、分散劑及溶劑；所述納米銀顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?5wt%，粘度為1.2?2.0厘泊，平均粒徑為 50nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍銅液包括:銅鹽、絡(luò)合劑、還原齊U、穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述銅鹽為硫酸銅或五水硫酸銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸二鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述還原劑為甲醛。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為α - α '聯(lián)批P定。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉或十水四硼酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍銅液每升中包括:五水硫酸銅2?20g,乙二胺四乙酸二鈉5?35g,甲醒5?30ml, α - α '聯(lián)吡啶0.01?0.05g,亞鐵氰化鉀0.01?0.1Og及去離子水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印銅導(dǎo)電線路的方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍銅的工藝為:用0.5?6M NaOH水溶液將鍍液的pH值調(diào)至11?14，升溫至35?70°C，加入還原劑，化學(xué)鍍銅的時(shí)間為2?30分鐘。
【文檔編號(hào)】H05K3/18GK103619129SQ201310606821
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】湯皎寧, 耿煥然, 朱光明, 龔曉鐘 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)