CN101518164B - 用于制造导体和半导体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过烧结制造结构的一种烧结方法。此外，本发明涉及烧结的产品、电子模块及新的用途。在该方法中，通过在颗粒材料上施加电压，包含导电的或半导电的包封的纳米颗粒的颗粒材料被烧结，用于提高它的导电性。在该方法中，基底被典型地使用，它的一个表面至少部分地设有包含纳米颗粒的层。此方法基于电压源和纳米颗粒之间的热反馈。本发明允许通过在室温和常压下烧结而制造导电的和半导电的结构和片。

Description

用于制造导体和半导体的方法
技术领域
本发明涉及烧结以及通过烧结而制造的产品。具体而言，本发明涉及通过烧结金属性的纳米颗粒或由半导体形成的纳米颗粒而在基底上产生导电结构。
背景技术
如已知的，对金属纳米颗粒进行烧结，以产生例如可印刷电子应用中的导体结构。已知的是，由于所谓的“表面声子软化”现象，金属性的纳米颗粒比微水平颗粒在更低的温度熔化。这是因为当颗粒总尺寸减小时，颗粒表面的“自由”原子的数量大幅度地增加。这一现象在理论上和实验上都相当地为人所熟知，尽管此现象的某些方面还没有被解释。例如当纳米颗粒被有机化合物的薄层所覆盖并且借助于溶剂被置于基底的表面上时，可以观察到它的烧结温度可以比利用单个颗粒的熔化温度所预测的低很多，在文献中，对这一事实还没有详尽的解释。
尽管纳米颗粒的烧结温度确实比微颗粒的烧结温度低很多，但在已知的解决方案中也需要外部加热来烧结它们。
烧结可以通过借助炉内升高的温度或将颗粒置于紫外光或热板或辊的环境内来实现。所需要的温度通常至少是100℃。只有非常小的半导体颗粒可以在低温下烧结，但即使这样，烧结的结构的性能值将仍然低劣。加热限制了与方法关联使用的基底的选择。若干在价格方面有优势的塑料的或纸的基底，在烧结所需要的温度下会改变形状或分解。的确，在本领域中有提出适合于在低温下使用的烧结方法和制造适合于在低温下使用的可烧结的材料成份的强烈趋势。一些这样的已知的方法公开于，例如，WO出版物2005/061598和2004/075211。
发明内容
本发明旨在提出用于烧结纳米颗粒的全新类型的方法，此方法适合于在很低的温度，甚至室温下，以及常压下使用。
本发明还旨在产生新的电子产品、电子模块及用途。
本发明基于这一观察，即，设置于包封(encapsulated)的纳米颗粒上的电压(电场)会启动已经在低温下的烧结。因此，在根据本发明的方法中，通过将电压连接到在颗粒材料上，来对包含有导电的或半导电的包封的纳米颗粒的颗粒材料进行烧结，用于提高它的导电性。
该方法典型地以这样的方式来实施：使用基底，其表面至少部分地设有包含纳米颗粒的层，此层包含导电的或半导电的纳米颗粒。包含在该层上的纳米颗粒通过在该层上连接电压而被烧结。此电压在此层上引起隧道效应电流，其将以一种新方式产生颗粒的烧结，这将在后面详细地描述。因此，个体的、例如金属性的纳米颗粒可以被用来在电压电极之间形成均匀地导电的金属性的导体图案或导体层。
根据本发明所得到的产品包括基底和通过烧结设置在基底表面的纳米颗粒而形成的导体或半导体图案。此图案是借助于引至包含包封的导体或半导体纳米颗粒的层上的电压而烧结的。该烧结的图案的特征在于其高质量和高度的均匀性，因为该烧结是由电压电极的中心点向电极的极而系统地进行的，而不是随机地从一处到另一处。
根据本发明的电子模块包括至少一个电路，其在初始状态具有特定的电性质和特定的功能性。此模块还包括至少一个包含纳米颗粒的区域，电压可以引导至此区域上，用于至少部分地烧结此区域。在被烧结的过程中，此区域被设置用于电连接至少两个包含在电路中的导体区域，用于改变电路的电性质或功能性。
为了理解纳米颗粒的烧结和测量可能的预测的电非线性，在制定了测试布置后，实施了本发明，在此测试布置中，未烧结的干燥的银纳米颗粒被置于室温下由金属所制成的两个电极之间形成的间隙中。如所预期的，观察到未烧结的结构是轻微地导电的。当使用大约为100μm的电极间隙和大约为5伏的电压(电流＜1mA)时，其导电性快速上升，并且最后的结果是带有对应于在大于100℃温度下烧结制成的导体的导电性的结构。在移去电压之后，此结构在所有进行的测试中都保持是导电的。大约两倍的电极间隙导致需要也是两倍的引起烧结的电压。更详细的测试表明，在此工艺中银已经几乎完全地烧结。
因此，本发明特别地适合于观察到其中这一现象足够强烈的这样的颗粒。这种颗粒特别地是金属性的导体和半导体颗粒，其平均尺寸中的最小的那一维尺寸小于100nm，并且其包封是薄的。因此，很多也通常用于传统的烧结应用场合的这样的颗粒适合于与本发明相联系的应用。它们的尺寸是1-100nm，典型地是1-50nm。
纳米颗粒典型地以包封的形式(如团聚物)被置于基底的表面。它们可以作为悬浮物或悬漂物同液体的或膏状的载体一起被置于基底上，但是它们也可以作为粉末散布。溶剂、墨和聚合物悬浮物典型地作为载体被使用。最通常的施加技术是印刷形式。但是，本发明不限于一些特定的施加方法或颗粒粉末或膏体合成物，尽管与一些方法相联系可以获得特别的优势。我们使用术语“颗粒材料”来大体上指具有纳米颗粒内容物的材料，其颗粒密度足够启动它们相互的烧结(聚结)。
我们已经观察到一实施例特别地有效，在该实施例中，来自阻抗的电压被设置于由纳米颗粒所制成的干燥的膜上，此阻抗低于由隧道效应所产生的导电膜的电阻。在这种情况下，膜由中心向电极烧结。如果，电阻被附加地放置成与电压源串联，或电压控制在烧结启动后立即终止(例如，基于计时器或阻抗测量)，则膜上的金属颗粒可被部分地烧结。这将允许制造极薄的线。随着烧结进行，串联的电阻使电压源变为电流源，使得此工艺可有效地自我调节。它的实质性特征是，在烧结需要的阶段，颗粒材料接收到的功率降到低于使烧结进行所需要的功率。
更具体地说，在根据本发明的烧结方法中，包含导电的或半导电的包封的纳米颗粒并且置于绝缘基底上的颗粒材料层被烧结，用于提高它的导电性，其特征在于，所述烧结通过在所述颗粒材料上施加电压来执行。
根据本发明的方法在印刷电子电路、半导体部件或通路的制造，或用于电气部件的触点的制造中的用途。
根据本发明的方法在改变包括至少一个包含纳米颗粒的区域的电子模块的电性质中的用途，所述区域在被烧结时被设置成来减小所述电子模块的两个导体区之间的电阻。
根据本发明的电子产品，其包括基底、通过烧结设置在所述基底的表面上的纳米颗粒而形成的导体或半导体图案，其特征在于，所述导体或半导体图案是借助于电压被烧结的，所述电压被引至包含包封的导体或半导体纳米颗粒的层上。
根据本发明的电子模块，其包括至少一个电路，所述电路在其初始状态中具有特定的电性质和特定的功能性，其特征在于，所述电路包括至少一个包含纳米颗粒的区域，电压能够被引导至所述区域，用于至少部分地烧结所述区域，并且所述区域当被烧结后被设置用于电连接包含在所述电路中的至少两个导体区域，以便改变所述电路的电性质和功能性。
借助于本发明可以获得很多的优点。借助于本发明，在室温下已经实现金属颗粒的完全烧结，而不需要外部的加热源。在电压被连接之后，电极中心的温度在几秒钟后大致升至烧结温度，实际烧结在几毫秒内开始。换句话说，此烧结跟传统的方法相比是非常快的，并且在基底中不产生热量。因此，可以在基底上产生导电的图案，而不考虑基底的热耐受力。半导体纳米颗粒的烧结温度通常高于金属性的颗粒，但是即使在它们的情况下，烧结温度也可以显著地降低。
因此，在适合于由电场(在下文中也称为电烧结或电力烧结)所产生的烧结的金属性颗粒和半导体颗粒的情况中，此方法的使用可以降低烧结温度至少几十度，典型地可降低烧结温度几百度。例如，烧结7nm的银粒子会在室温下发生。
因为在烧结中不需要与正被烧结的物质机械式地接触，所以基底的粗糙或缺乏均匀性也不是问题，如通常在压力下执行的方法的情况。这意味着，此方法也比已知的方法更适合于烧结三维的导电的图案。
因为此方法基于电场，因此它不但允许烧结，而且还允许图案的构造。此方法特别适合于制造薄的线宽度，例如，与电路板电子技术、印刷电子技术和部件制造相关联的应用中。此方法还能够用于制造部件中的触点和金属性的通路(vias)。
我们已经观察到，随着颗粒熔化，纳米颗粒层的温度上升。由于纳米颗粒层的温度上升完全是由电场引起的，绝缘的基底不经历相应的加热。此外，由于层的质量很小，只有很少量的热量传递到基底上。因此，此方法适合于在升高的温度和/或压力下较大地改变其物理或化学性质(收缩、分解、弯曲、变色等)的基底。这样的基底是很多典型的塑料和纸。根据本发明的烧结是真正地优选地在低于100℃的温度下执行，特别是优选地在0-50℃的温度下执行。根据所认为的最佳的实施例，电烧结执行于室温下，从而使得带有只需足够光滑的表面以接收统一的纳米颗粒层的几乎所有的基底成为合适的底。
本方法可用于全新的应用场合中，或它可以应用于已知的应用，其中电压和/或纳米颗粒层是自然地可得到的。
应用的实例包括，制造可编程存储器、制造过电压保护器、钝化盗窃探测器(passivizing theft detectors)，例如，在商店柜台上，将RFID天线由远距离读取变为近距离读取，在印刷电子技术应用中高分辨率地图案化金属，例如，制造看不见的或肉眼几乎看不见的导体，如在印刷显示器上。
小图案的处理借助于本方法是简单的，因为当烧结被电场所控制时，图案的分辨率水平不需要机械式地实现。
附图说明
在下面，通过参考附图更为详细地检验本发明的各种实施例。
图1显示了本方法的一种实施方式的流程图，
图2显示了利用电烧结制造晶体管的一种可能的工艺的侧截面图，
图3显示了借助于电烧结生产电触点的顶视图，
图4a-4c显示了借助于电烧结制造电触点的侧截面图，和
图5显示了根据一个实施例的一种装置的透视图，此装置用于在似片材(web-like)的基底的表面上烧结图案。
具体实施方式
为了理解本发明，下面是对当电压设置在纳米颗粒层上，在基底的表面上可以探测到的物理现象的简短描述。
已经知道的是，当纳米颗粒三维地在表面上时，此表面能够导电，如果它的热能kBT大于和/或与所谓的充电能e2/C同一数量级，其中e为电子电荷，C为两个颗粒之间的电容。根据这一点，层的导电性在低温时应该是极差的。此外，所谓的卡西米尔力(Casimir’s force)作用在颗粒之间，并有效地降低充电能以及产生一种情形，在此情形下，包含小的充电的颗粒的这样的组能够在相对低的温度下通过隧道效应导通电流。
下面的推理链给出了模拟借助于电压实现烧结过程的一种方式，当使用包含有以聚合物壳来包封的纳米颗粒的烧结层时：
由于层具有差的导电性，因此其导热性也差。(但是，必须注意到，为了启动这一现象，其导电性和导热性都必须充分地不等于零。)
当电压上升，层的温度将上升(差的导热性)。
因为导电性是基于热激励的，因此当温度上升，层的导电性会改善。此外，强电场会提高表面的导电性，因为电压部分地抵消了所谓的库仑阻尼。
层从外部电压源获得功率的能力上升(P＝U2/R)。
这加快了层中心的温度的上升(在电极之间的方向上)。
当其中心部分达到临界温度，颗粒的聚合物壳熔化且颗粒之间相互离的更近。
相邻颗粒之间的隧道电流上升而导热性同时改善。
当一些纳米颗粒相互熔化到一起，它们的有效总表面面积提高并且它们通过电子气释放它们的热量给其它的颗粒。
靠近已熔化的纳米颗粒的颗粒也熔化了，并且金属化从中心向电压电极进行。如果此过程可以继续，电极之间的整个层将烧结。
从上述的过程链实例观察到，借助于本发明，密集的纳米颗粒系统的内在导电性和温度上升之间的正反馈可以被应用于实现烧结。因此，利用恒定电压代替恒定电流，烧结能够被有优势地控制。需要极小的功率来实施此方法，因为此系统是绝热的并且因为正反馈允许加热极快地发生。此外，因为纳米颗粒具有低的比热以及小的质量，因此少量的热量将会轻易地升高它们的温度。
电烧结本质上是复杂的现象。此现象在上面被描述，上述描述的程度仅为使读者能够理解和重复根据本发明及其实施例的方法。因此，在此方法中，热量没有被直接带入系统中，如已知的烧结方法中的那样，但是作为代替，烧结由使用产生正热反馈和因此而加速烧结的电压来执行。本方法的一个令人感兴趣的特征是其在烧结启动后增加的烧结速度。此外，所产生的烧结的结构质量好，即，它是持久的并且具有均匀的导电性。
如果，作为电压偏置的一种替代，系统使用电流偏置来控制，或者在大电阻之上，正反馈可能被阻止并且烧结将不会发生(至少不会轻易地发生)。如果电阻值是适合的，或者电压在特定的时刻被切断，则过程将被调整为只有电极的中心部分烧结并且其它部分保持非金属化。这允许处理明显地比电极之间间隙小的导体。我们已经观察到，其可能得到至多为电极之间距离的1/5甚至1/10的线宽度。自然地，这也受到纳米颗粒的尺寸的影响。例如，当使用10nm的颗粒和50μm的电极间隙时，可以制得小于5μm的导体。使用更小的颗粒，可以制得比这甚至小得多的导体。更窄的电极间隙也将允许制造更薄的导体。
与本发明相关的是，金属性的纳米颗粒和半导体纳米颗粒都可被使用。这两种情况的应用领域的实例在后面更详细地描述。适合的金属特别地是银、金、铜、铂、镍、钯、铁、钛、锡以及它们的合金。在半导体的情况中，可以特别地参考硅、锗、钛、锌、砷化镓和基于铟的半导体。也可以使用氧化物半导体，特别是二氧化钛和氧化锌。
纳米颗粒的包封层优选地是薄的，以使得在操作温度下能够得到足够(使得能够启动烧结)的隧道效应电流。我们使用术语“薄包封”来主要指包封层的厚度小于30％、典型地是小于1-20％的团聚物的直径。包封的厚度典型地大约是1-5nm。典型地，有机化合物，如聚合物，被作为包封材料。包封材料的软化温度优选地是低的，通常低于或等于纳米颗粒的熔化温度，典型地大约是50-150℃。其要素是使得电烧结所产生的微水平加热允许相邻的纳米颗粒烧结在一起(聚结)。
颗粒的包封明显地关系到电烧结的成功。根据一优选的实施例，正被烧结的纳米颗粒被用聚合物壳(如PEO、PPO)涂覆，即包封，这阻止了颗粒被置于基底上之前的聚团。这是重要的，例如，在喷墨打印中，在打印机中相互附着的颗粒将会堵塞喷嘴。除了应用之外，相应的包封在实际烧结过程中也是有益的。没有被包封的颗粒在被“强制”烧结之前已经部分地相互附着在一起，在这种情况下，在材料中储存的能量将比明确地分开的颗粒的情况下小很多。这样的材料是易碎的，并且导电性很差，并且也不能以相应的方式被烧结，因为储存在材料中的部分能量(势能)已经释放了。
总而言之，可以说本方法是基于颗粒材料的初始加热，此材料的初始加热借助于从电压源得到的功率的效应以及由加热所产生的上升的功率消耗，并因此，至少在烧结过程的初始阶段，其加快了烧结。高度地适合的基础材料是包含包封的纳米量级的颗粒的足够密集的颗粒材料，其中纳米量级的颗粒具有弱的但不等于零的导电性和导热性。因此，在电压被连接之后，在层上可以观察到温度的局部升高，这将导致在颗粒材料中，烧结过程主要是在电场方向上扩展。
纳米颗粒可以悬浮在溶剂里而被引入到基底上，例如作为墨(所谓的纳米墨)，此时非常均匀的颗粒分布可以被实现。这样的施加方法具有可借助于喷墨类型的印刷而实施的优点。其它的纳米颗粒施加方法是，例如，压印、辊涂布、喷涂、涂抹以及静电转移。施加没有在本方法中形成重要的步骤阶段，因为纳米墨及其相似物在施加之后保持其可烧结性很长一段时间。因此，施加和烧结不是暂时地或局部地相互连接的。
一种已知的用于将纳米颗粒引至基底的表面的方法公开于WO出版物2005/025787。颗粒在液体悬浮物中，其能够被印刷，例如，使用传统的喷墨的方法。在喷射过程中，溶剂从悬浮物中蒸发，使得其粘度上升。
图1显示了根据本发明的方法的一个可能的实施例。在阶段10，取基底，在此基底的表面上希望制成导电的图案。此基底可以是，例如，纸、板、聚合物膜、三维的塑料片、电路板、陶瓷衬底、玻璃，或某些其它的相应的绝缘材料。当永久的图案被制造后，选择基底，其能够将施加的和烧结的纳米颗粒表层结合到它的表面上。此基底也可以是临时性的，在这种情况下，烧结物将不会附着在它上面而是能够从此基底传送至某个其它的基底上。
在阶段11，纳米颗粒被施加至基底上，例如，借助于悬浮物，如上所述。当使用溶剂或膏体时，涂层优选被允许在基底的表面上干燥，使得纳米颗粒的浓度可以上升到适合于烧结的水平。这意味着，当纳米颗粒熔化的时候，它们能够彼此连接并因此形成均匀地导电的链或区域。
在阶段12，通过在表层上设置电压而在表层上产生电场。电压可以产生于基底的表面，通过使用在纳米颗粒的施加区域上的已经准备好的电极，或备选地使用在之后引至表面邻近区域的电极。当然，也可能这样操作，即在表面上一个电极已准备好，其实质上与表面接触，另一个电极在之后(例如，在制造触点时)引至表面上。电压的大小取决于电极之间的距离、希望的烧结速度和分辨率。典型的带有100μm电极间隙的烧结电压是1-10V，优选地大约是5-8V。电极间隙典型地在10μm和5nm之间变化，并优选地是10μm-1nm。
在阶段13，终止烧结。这可以由不同的方式发生。首先，如果整个表面层都已经被烧结，则烧结自动地结束。如果使用了导体颗粒，则烧结的层将使电极电路短路。其次，在电压被接通之后，其可以在某一特定的时间被中止接通。此接通还可以是基于反馈(feedbackfield)的。在电压被切断之后，烧结停止且层的温度回归正常。再次，电压馈电(voltage-feed)电路也可以这样设计，即，当表面的足够大的区域已被烧结之后，烧结停止。这可以简单地实现，例如，借助于与恒定电压源相串联的电阻。之后，当表面的电阻减小，被烧结的部分的功率消耗上升到一个特定的水平，输入功率将不再足够用于产生更多的烧结。
在阶段14，没有被烧结的材料可以从基底以机械的、化学的或其它的方式移除。
本方法可以借助于阶段15和16而进一步地继续。在这两个阶段，薄的绝缘层被施加于导体图案的顶部上(阶段15)，此后，通过施加第二导体或半导体层来继续产品的制造(阶段16)。用这个方式，可以制造多层半导体部件结构、电路板，或甚至整个功能电子模块。因此，所述的本方法特别地适合于印刷电子技术应用。
我们已经观察到一个实施例是特别地有效的，在此实施例中，借助于设置成与层接触并置于层的相对侧与表面横向平行的电极，电压被连接到包含纳米颗粒层上并与基底的表面基本平行。电极可以是保留在结构中的导体或者引至基底上的导体的一部分，以便允许它们在以后可以被移除。
为了实现本方法中的烧结，不需要外部的加热源或压缩(compression)，作为代替，由于此前描述的此结构的内部正反馈，由供给到层上的电压所产生的温度上升已经被观察到是足够的。为了保证基底的温度不会显著地上升，优选地使用在烧结区域的热容量显著地大于将要烧结区域的热容量的基底。这样的基底应该只承受外部温度，它可以是，比如-50-100℃，优选地是大约为10-40℃，典型地是正常的室温。
本方法也可以按步骤来实施，这样，在该方法的下一阶段，在前一阶段所烧结的导体结构在接下来的阶段中被用作电极。例如，延展表面的烧结可以通过使用已完成的导体来烧结它们之间的表面而实施。例如，当制造密集导体图案或导体栅的时候，通过持续的施加新的纳米颗粒层和将电压联接到先前烧结的层上，图案能够被制造得更密集。在第一阶段，有(两个)区域电极，在下一个阶段，第一(一个)烧结的导体被引入至它们之间，在下一个阶段，在各个区域导体和第一烧结的导体之间制成(两个)新烧结的导体，在下一个阶段制成另外四个新烧结的线，等等。
下面是本发明的一些实际应用的描述。
实例应用1.在低温下烧结金属性的表面和图案化的金属结构
如上所描述的，开发所公开的本方法的最自然方式就是通过电流或电容的方式(galvanically or capacitively)将强电场引至表面而在低温下烧结金属。如果烧结中断，则可以制成极薄的金属图案，例如，在电子晶体管结构和二极管中。更小的线宽度将会提高晶体管和二极管的速度。例如，在显示器中的薄的结构会使其更不可见。
图2显示了制造由薄栅所形成的晶体管的一种方式。在阶段(a)，包含纳米颗粒的墨20被印刷在基底(未示出)上的电极22a和22b之间(部分地被印刷在其顶部)。电压被连接在电极22a和22b之间，使得由墨形成的层24的中心部分被烧结。在阶段(b)，层上未烧结的部分被移除，使得中间区域26保留在电极和已烧结的导体24之间。在阶段(c)，栅绝缘体28被印刷在电极22a和22b之间的烧结层上。在阶段(d)，半导体有机或无机层29进一步地被印刷在栅绝缘体的顶部上并与电极22a和22b相接触，但是由于有栅绝缘体28，半导体有机或无机层29与烧结的导体24保持一个距离。
在部件制造中本方法的使用典型的是，至少一个设置在基底上的电极作为制造工艺中的烧结电极和已完成的部件中的触点终端而被使用。本方法具有特别的优点的是，对部件的速度有最大影响并由此通常为最小线宽度的部件可以不采用机械功而被制造。特别地，以上所描述的三阶段(印刷、部分烧结和移除未烧结的部分)的方法适合于作为用于印刷电子设备制造的一个子工艺。
实例应用2.在低温下进行半导体的烧结
根据实验，半导体不在像金属烧结那样的低温下烧结。对此还没有一般的解释，但我们假设这是由导体表面的较差导电性以及由此导致的较弱卡西米尔效应所致。因此，当使用在低温下烧结半导体的传统的方法时，必须使用很小的颗粒尺寸。这导致大量的晶体缺陷以及由此产生的电荷载体的较差的可动性。借助于本方法，颗粒的尺寸可以增加。因此，电烧结可以用来实现更好的可动性。此外，如果颗粒被导向，例如，在烧结前或烧结过程中使用磁场来进行导向，我们可以进一步地降低晶体缺陷并因此改善所产生的半导体的可动性。因为本方法要求使用电压电极，因此电烧结特别地适合于准备好的预处理过的半导体的制造，或者使用半导体来实施烧结的工业的情况中。
实例应用3.在连接电子部件中使用金属性的纳米颗粒
电子工业正在转向无铅焊接。已经知道，纳米颗粒可以通过将纳米墨烧结到底部的金属及部件的触点终端、使用紫外光或加热等方法来用于连接。
图3显示了开发本发明用于甚至在室温下制造金属性的触点的一种方式。在此方法中，电场被连到干燥的纳米颗粒层，在本应用中是位于导体32b和部件35之间的纳米墨30，以便制造触点34。导体32b也可以作为第一电压电极使用。电场可以通过使用第二电极32a产生，带有纳米墨的触点也与其设置在一起。作为备选，如果希望的电势能够在触点产生过程中被连到部件35的触点终端，则部件35的触点终端可以作为第二电极而使用。
图4a-4c显示了制造触点的一种方式的侧视图。在图4a中，导体44和46被设置于基底48的顶部上。纳米颗粒被印刷到导体的顶部上，形成层42。部件40被置于层42的顶部上，使得其触点终端区域与导体44和46对准。在图4b中，电压被连接到部件40的触点终端和导体44及46之间(或备选地连接到导体44及46同第二电极之间)，在这种情况下，它们的中间区域43烧结并形成触点。在图4c中，未烧结的层被移除。
实例应用4.电可写存储器
存储器是一种中心电子部件。在印刷电子技术中，可充电的结构被用于制造存储器。然而，它们的弱点是，低的写速度和差的记忆的持久性。电烧结允许0/1-型存储器，其包括电阻元件，在没有烧结时其几乎是打开的(电阻，例如，10kOhm-100kOhm)和电压元件，希望其能带来短路状态，用于烧结这些电阻元件。我们已观察到，例如，干燥的纳米墨保持其电可烧结性很长一段时间，因此存储器只能在制造之后被写。此外，此方法通过烧结所有的电阻元件而允许电路的存储器在使用后被重置。
更一般地，借助于烧结而可写的存储器元件包括包含若干个单元的矩阵(matrix)，在各个这些单元中有两个电压电极和包含有纳米颗粒的区域，当其被烧结时其被设置用于降低电压电极之间的电阻，并优选地是使其短路。电压可以分离地导向这样的存储器元件的各个单元的电压电极，用于产生所希望的烧结。
实例应用5.用于钝化盗窃传感器或远程识别的电路
LC共振型盗窃传感器通过在薄绝缘体上产生强电场而被钝化。这导致，例如，当短路形成后，铝颗粒在塑料绝缘体中传播。然而，这有形成的短路有恢复的趋势的问题。这导致防盗系统不能够被引入到所谓的源标签应用中，因为产品造成太多的虚假报警。本方法的使用消除了盗窃传感器的再激活，因为其烧结的金属结构是高度地稳定的。
在这样的盗窃传感器中，至少一个未烧结的或仅部分烧结的纳米颗粒层将被施加于基底，此层在烧结之后被设置用于电连接包含在盗窃传感器中的两个导体。必要的烧结电压或电场可以被以电流或电容或感应的方式从盗窃传感器的外部引导至层上。为了产生受控制的烧结，分开的烧结电极可以被置于纳米颗粒层的附近。作为备选，烧结电压可以被设置于自然在设备中的导体之间。
欧盟正在要求可能被客户使用的所有的RFID电路都能够被钝化。超高频范围的RFID电路也可以被用于防盗。通过使用电烧结，我们能够在购买之后用电场来使RFID电路的天线短路，从而使电路不可读。如果天线适当地被短路，可能设置一种情况，在此情况下，超高频RFID的读取距离从若干米(如4-6米)降至几厘米(如0-10cm)。因此，在钝化之后，客户不会被怀疑为盗贼，第三方也不能从他们所购买的产品中获得信息，但是他们可以通过近距离读取产品中远程识别装置来获得与产品的相关联的服务。还可以这样一种方式进行设置，即UHF天线被损坏，但天线形成，例如，13.56MHz的天线，客户可以使用适当的读取器，例如移动电话，连接到此天线，用于从电路中获得数据。如今，一些RFID电路包括了可以通过编程使其变无效的性质，但遗憾的是，这使客户不能够在产品中应用RFID电路。
更一般地说，本发明可被开发用于改变天线、电路板及其它电子设备(更一般地说：电子模块)的工作频率、灵敏性或其它性质。这样的设备包含至少一个带有纳米颗粒的区域，当其被烧结，其被设置用于减小设备的两导体区域之间的阻抗(一般是使其短路)。烧结电压可以被引导至此区域，例如，如上所述。
电子模块的性质的改变不仅包括它们的钝化及功能性的改变，还包括它们的激活。因此，包含在模块中的电路可能在初始状态是完全没用的，但是可以借助于电烧结变为具有功能的电路。
实例应用6.辊烧结
此方法很适合于大规模生产。这样的应用的实例是一种实施方式，在此实施方式中，烧结电压通过将基底以片材或平片的形式带至电场的方式被连到颗粒材料层上。此电场可由，例如，图案化的电极器件组成，此图案化的电极器件优选地包括旋转的辊，以及包括用于将电压局部地连接到颗粒材料层的器件。因此，电极器件的表面典型地是图案化的同电极区域及其反电极区域。之后，烧结由基本平行于基底表面并位于所述电极之间的电场来制成。
因此本方法允许利用一组单一的压类型的，如“辊-辊”或“辊-平面”类型的器件来制造烧结的图案。
图5更详细地显示了辊烧结的一种实施方式。片材54借助于一组辊51和56被传输。在第一阶段，颗粒材料52被施加于片材的表面。这之后，片材被引导至电极辊56，烧结电压连接到其电极上。由电极几何形状所限定的导体图案被复制在片材54上，产生了导体图案片材58。基底的移动速度选择为使得电场中颗粒材料的延迟足够长以产生完全烧结。
辊烧结也可以借助于与基底表面成直角的场来实施，特别是如果基底的电阻不过分地限制在颗粒材料中形成的隧道效应电流。在这种情况下，通常采用安装在一个表面的电极器件和安装在另一个表面侧的反电极器件。至少一个所述的电极器件包括导体图案，用于烧结基底上相应的导体图案。如果基底本身是导电的，则此基底可被用作反电极。
电极器件还可以是辊隙(nips)，通过它基底必须能够被传输。然而，电极器件不需要施加给基底任何大的压力或温度，如在已知的烧结应用中那样，但是，作为代替的，烧结优选地是只借助于电极之间的电压和颗粒材料中出现的隧道效应电流来发生。本方法也适用于软的、有孔的、易碎的基底。
本领域的技术人员通过以上的描述能够懂得，借助于平的或其它种类的电极器件也能够获得相应的结果。
实例应用7.制造通路
根据本发明的方法也适合于制造电路板和部件工业中的通路。应特别提到包括有表面安装的电路板和嵌入的部件的单个层和多个层中的通路。典型地，是流体形式的颗粒材料中的通路孔(或凹部)，在此后，烧结电压通常在通路的方向上被连接到材料上。
以上所述的应用的实例说明了本发明的广泛的工业适用性。本领域的技术人员能够懂得，所描述的方法也能够应用于这些实例之外的很多其它应用中。所附的权利要求必须考虑到本发明的完整范围和等同解释来进行解释。

Claims (37)

1.烧结方法，在所述烧结方法中，包含导电的或半导电的包封的纳米颗粒并且置于绝缘基底上的颗粒材料层被烧结，用于提高它的导电性，其特征在于，所述烧结通过在包含所述包封的纳米颗粒的所述颗粒材料层上施加产生电场的电压来执行，该电场通过隧道效应电流和正热反馈启动所述导电的或半导电的纳米颗粒之间的包封材料的熔化，从而将所述纳米颗粒烧结在一起并且形成具有提高的导电性的材料，其中，纳米颗粒具有由聚合物形成的包封层，所述包封层的软化温度低于或等于纳米颗粒的熔化温度，并且所述包封层的厚度小于纳米颗粒的直径的30％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结是借助于设置在所述颗粒材料的相对两侧的电压电极来执行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压是借助于电压源所产生的，所述电压源的阻抗低于所述颗粒材料的电阻，所述颗粒材料通过在所述电压被连接时产生的隧道效应而成为导电的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压是借助于恒定电压源被连接的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒材料中仅中心部分被烧结。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，一旦所述烧结在所述材料中进行到预定的水平，则所述电压被切断。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述电压被提供至电阻上，在此情况下，所述电阻的大小设置为，一旦提供给所述纳米颗粒材料层的功率由于烧结到特定的水平而上升，则停止烧结。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结在-50-100℃的外部温度下执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述烧结在0-50℃的外部温度下执行。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述烧结在处于室温的外部温度下执行。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结在常压下执行。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用金属性的纳米颗粒或半导体纳米颗粒。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用以有机材料包封的纳米颗粒。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用纳米颗粒，所述纳米颗粒的直径平均为1-100nm。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了启动所述烧结，仅仅使用了由所述电压所导致的包含纳米颗粒的所述层中的温度的上升。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基底上制造导电的或半导电的结构，在这种情况下，使用了基底，所述基底的表面至少部分地设有所述颗粒材料的层。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电压被连到与所述基底的所述表面基本地平行的所述颗粒材料层，这是借助于设在所述基底的所述表面上的所述层的侧向上、沿侧向位于所述层的相对一侧的电极来执行的。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电压至少部分地在垂直于所述基底的所述表面的方向上连接到所述颗粒材料层。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述烧结在整个颗粒材料层被烧结之前被终止，并且所述颗粒材料层的未烧结部分从所述基底的所述表面被移除。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用颗粒材料层，在对应于所述颗粒材料层的区域，所述颗粒材料层的热容量显著地小于所述基底的热容量。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用颗粒材料层，所述的颗粒材料层包括层，所述层由液体或类似膏体的悬浮物进行干燥而得到。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用基底，所述基底由这样的材料组成，所述材料的化学性质或物理性质在温度大于100℃时永久地改变。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述材料是纸、板或塑料。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括一个阶段，在所述阶段中，包含纳米颗粒的涂层被施加在所述基底的所述表面上，用于产生所述颗粒材料层。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述烧结电压通过使所述基底与电极器件实质上接触而被连接到所述颗粒材料层上，所述电极器件包括用于将所述电压局部地连到所述颗粒材料层上的器件。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述电极器件包括旋转的辊。
27.根据权利要求1-26的任何一项所述的方法在印刷电子电路、半导体部件或通路的制造，或用于电气部件的触点的制造中的用途。
28.根据权利要求1-26的任何一项所述的方法在改变包括至少一个包含纳米颗粒的区域的电子模块的电性质中的用途，所述区域在被烧结时被设置成来减小所述电子模块的两个导体区之间的电阻。
29.根据权利要求28所述的方法的用途，其特征在于，所述电性质是频率响应或灵敏性。
30.电子产品，其包括基底、通过设置在所述绝缘基底的表面上的导电的或半导电的包封的纳米颗粒而形成的导体或半导体图案，其特征在于，所述导体或半导体图案是借助于电压被烧结的，所述电压被引至包含包封的导体或半导体纳米颗粒的层上，并且通过隧道效应电流和正热反馈启动纳米颗粒的包封材料的熔化，所述包封材料由聚合物形成，其软化温度低于或等于纳米颗粒的熔化温度，并且其厚度小于纳米颗粒的直径的30％。
31.根据权利要求30所述的电子产品，其特征在于，其另外还包括电压电极，所述电压电极位于所述图案的相对侧，用于烧结所述图案。
32.根据权利要求30或31所述的电子产品，其特征在于，所述电子产品包括能够从所述基底上移除的未烧结的颗粒材料层，其位于由烧结而形成的导体或半导体图案的直接环境中。
33.根据权利要求30或31所述的电子产品，其特征在于，所述电子产品是电路板、半导体部件、显示矩阵、远程识别器、盗窃传感器或存储器电路。
34.根据权利要求30或31所述的电子产品，其特征在于，所述电子产品是印刷电子产品。
35.电子模块，其包括至少一个电路，所述电路在其初始状态中具有特定的电性质和特定的功能性，其特征在于，所述电路在绝缘基底上包括至少一个包含导电的或半导电的包封的纳米颗粒的区域，其中所述纳米颗粒具有由聚合物形成的包封层，所述包封层的软化温度低于或等于纳米颗粒的熔化温度，并且所述包封层的厚度小于纳米颗粒的直径的30％，电压能够被引导至所述区域，用于通过隧道效应电流和正热反馈启动所述包封材料的熔化而至少部分地烧结所述区域，并且所述区域当被烧结后被设置用于电连接包含在所述电路中的至少两个导体区域，以便改变所述电路的电性质和功能性。
36.根据权利要求35所述的电子模块，其特征在于，能产生所述烧结的电压能够从所述电子模块的外部被引至所述导体区域之间。
37.根据权利要求35或36所述的电子模块，其特征在于，所述电子模块是盗窃传感器、远程识别器或存储器电路。
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