CN101547567B - 导电线路的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导电线路的制作方法，首先将纳米金属氧化物油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形。然后将形成线路图形的纳米金属氧化物经还原反应转变成金属单质，从而形成导电线路，或者将形成线路图形的纳米金属氧化物与形成导电线路所需的金属盐溶液发生置换反应，从而转变成过渡氧化物，所述过渡氧化物经还原反应转变成形成导电线路所需的金属单质，从而形成导电线路。该方法利于提高导电线路的连续性及导电性，且避免温度对导电线路制作的影响。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨印刷技术领域，特别涉及一种导电线路的制作方法。
背景技术
喷墨印刷(也称之为：喷墨打印)作为一种印刷工艺，其与平版印刷、丝网印刷一样可用于图形的转移。喷墨印刷为非接触印刷工艺，不需要像活字以及由照相方法制作的印版或软片那样印刷表面，只需将所需图形直接由计算机给出，再通过控制器控制喷墨印刷系统的喷嘴，将油墨颗粒由喷嘴喷出并逐点地形成图形。喷墨印刷可应用在电路板线路制作中，即喷墨打印线路图形。该方法制作线路图形能够精确控制线路的位置及宽度，还降低原料浪费，是一种环保的印刷工艺。
目前，喷墨打印线路图形是将以单分散的纳米颗粒为核心的纳米金属油墨直接喷射在基板表面形成导电线路。请参阅文献：李江，纳米油墨及其应用技术，材料与制备，2005，3：25-29。然而，铜较金或银活泼，且纳米铜的比表面积比一般金属铜大，在空气中纳米铜及易被氧化失去金属的导电性，所以纳米铜不适合作为油墨，也不能满足采用喷墨打印的方式制作铜线路。另外，喷射在基板表面的纳米金属油墨干燥后，还需经过300度高温烧结，使纳米金属颗粒烧结在一起，从而形成连续的导电线路。但是，烧结过程中，温度控制不佳会影响导电线路的连续性及导电性。如烧结温度过低，纳米金属颗粒不能完全被烧结在一起；相反地，烧结温度过高，则基板必须采用耐高温且不易受热变形材料制成。
发明内容
因此，有必要提供一种导电线路的制作方法，以提高导电线路的连续性及导电性。
以下将以实施例说明一种导电线路的制作方法。
所述导电线路的制作方法，首先将纳米金属氧化物油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形。然后将形成线路图形的纳米金属氧化物经还原反应转变成金属单质，从而形成导电线路，或者将形成线路图形的纳米金属氧化物与形成导电线路所需的金属盐溶液发生置换反应，从而转变成过渡氧化物，所述过渡氧化物经还原反应转变成形成导电线路所需的金属单质，从而形成导电线路。
与现有技术相比，该导电线路的制作方法采用包括纳米金属氧化物的油墨。由于纳米金属氧化物比纳米金属的分散性好，且不存在纳米金属易被氧化的问题，因此纳米金属氧化物油墨制作的线路图形分布均匀，利于提高导电线路的连续性及导电性。该方法还通过将纳米金属氧化物转变为金属单质，形成导电线路，避免采用高温烧结形成导电线路，从而使导电线路的制作不必再考虑烧结温度的影响。
附图说明
图1是本技术方案实施例提供的基板的结构示意图。
图2是图1中基板形成线路图形的结构示意图。
图3是图1中基板形成导电线路的结构示意图。
图4是图3中基板的导电线路镀覆金属的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本技术方案实施例提供的导电线路的制作方法作进一步详细说明。
请参阅图1至图4，本实施例提供的导电线路的制作方法。
第一步：提供基板100。
如图1所示，本实施例中，基板100为电路板制作过程中需要进行线路制作的半成品。根据所要制作的电路板的结构可以选择不同结构的基板100。例如，当待制作的电路板为单层板时，所述基板100为一层绝缘层；当待制作的电路板为多层电路板时，所述基板100为一由多层板和一绝缘层压合后所形成的结构，还可为半导体基片。本实施例中，基板100为需要制作单面线路的单层板。该基板100具有用于形成导电线路的表面110。当然，该基板100也可用于制作双面板，只要在基板100相对设置的两个表面上制作即可。
第二步：形成线路图形200于基板100的表面110。
为增加形成的线路图形200与基板100的表面110的结合强度，在基板100形成线路图形200之前，可通过清洗、微蚀等方法对基板110进行表面处理，以除去附着于表面110的污物、氧化物、油脂等。
如图2所示，分别在基板100的表面110通过喷墨印刷方式形成线路图形200。具体地，喷墨打印系统在控制器的控制下根据所需制作的导电线路的图形，将纳米金属氧化物油墨自喷嘴逐点喷洒到表面110，使沉积在表面110的纳米金属氧化物油墨形成线路图形200。该纳米金属氧化物油墨形成的线路图形200与所需制作的导电线路的图形相同。纳米金属氧化物油墨中包括纳米金属氧化物，其可以为氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化镁、氧化铜或其他纳米金属氧化物。本实施例中，纳米金属氧化物为氧化铜。由于纳米金属氧化物比纳米金属的分散性好，可有效防止纳米颗粒发生团聚现象，使纳米颗粒在物体表面分布均匀，因此纳米金属氧化物油墨制作的线路图形分布均匀，使线路图形中各处线路的厚度与宽度相同。
纳米金属氧化物可通过溶胶凝胶法、水解法、水热法、微乳法、沉淀法、固相反应法、电合成法、等离子法或其他方法制备。该纳米金属氧化物油墨是将纳米金属氧化物颗粒均匀的分散到有机溶剂或水溶性介质中而制成。为进一步提高喷出的纳米金属氧化物油墨与基板100表面110的结合能力，还可在制备过程中，向该纳米金属氧化物油墨中加入表面活性剂、分散剂、连接料或高分子聚合物及其它试剂，用以调节油墨的稳定性、表面张力、粘度等性能，从而形成与表面110具有较佳结合力的线路图形200。有机溶剂可以为C8-C22的烃及芳香烃，水溶性介质可以为去离子水、水溶性有机物或两者的混合物。而分散剂可为树脂类聚合物，表面活性剂可为脂肪酸酯、脂肪胺等，连接料可为聚氨酯、聚乙烯醇等树脂。
第三步：形成导电线路300于基板100的表面110。
如图2及图3所示，将形成于基板100表面110的线路图形200转变成导电线路300。即，表面110上形成线路图形200的纳米金属氧化物经化学反应转变为相应地金属单质，从而在表面110上由该金属单质形成导电线路300。
由于形成线路图形200的纳米金属氧化物的组分中包括形成导电线路300所需的金属原子，因此可直接通过还原反应将该纳米金属氧化物中的金属原子还原为相应的金属单质，从而得到由该金属单质形成的导电线路300。本实施例中，线路图形200由氧化铜形成，相应地，采用气体还原剂(如氢气，H2)将形成线路图形200的氧化铜还原为铜单质。具体地，首先将形成线路图形200的基板100置于充满H2的腔体中，使线路图形200被H2包围。然后，加热腔体，使形成线路图形200的氧化铜与H2发生氧化还原反应，氧化铜中的铜原子被还原为铜单质。从而形成导电线路300。该导电线路300的图形与线路图形200相同。在该还原反应中，还原反应温度约在100与200度之间，该还原反应温度小于300度的烧结温度，避免烧结时温度过高对基板100的影响。
可以理解，线路图形200也可在硼氢化钾、硼氢化钠、二甲基氨基硼烷等具有还原性的溶液中进行还原反应，得到由该线路图形200的纳米金属氧化物还原生成的金属单质，从而形成导电线路300。线路图形200也可由其他纳米金属氧化物形成，只要该线路图形200的组分中包括形成导电线路300所需的金属原子即可。此时，线路图形200组分的改变，相应地，所采用还原剂的还原性的强弱以及还原反应的条件，如温度、压力等也应随之改变，使线路图形200中的金属能被还原生成金属单质为宜。
线路图形200的组分中也可不包括形成导电线路300所需的金属原子，但经过上述还原反应无法得到所需金属单质形成的导电线路300。此时，可先通过置换反应使线路图形200的纳米金属氧化物转变为包括所需金属原子的过渡氧化物，然后还原该过渡氧化物，从而在基板100的表面110形成由该过渡氧化物还原生成的金属单质所形成的导电线路300。
例如，当形成线路图形200的纳米金属氧化物的分子式为MxOy，而需要制作铜单质的导电线路300时，可选择采用可溶性的铜盐溶液与线路图形200中的氧化铜发生置换反应。该铜盐溶液包括二价铜离子，如氯化铜(CuCl2)，硫酸铜(CuSO4)，其反应式为：
MxOy+yCu2+＝xM2y/x+yCuO。
经过该置换反应后，基板100的表面110生成过渡氧化物，即氧化铜。然后通过前述还原反应将氧化铜还原为铜单质，从而形成由铜单质形成的导电线路300。当然，如果导电线路300由其他金属形成，只要选择相应地可溶性金属盐溶液与线路图形200发生置换反应即可。
第四步：镀覆金属400于导电线路300。
第二步及第三步中，纳米金属氧化物经喷墨打印系统喷射至基板100的表面110形成线路图形200时，该线路图形200为分布于表面110的纳米金属氧化物形成。该纳米金属氧化物颗粒间可能没有完全结合，其连续性较差，使纳米金属氧化物经反应生成的金属单质也为分布在表面110的连续性较差的金属颗粒，从而降低由该金属单质形成的导电线路300的导电性，使整个导电线路300可能无法达到良好的电性导通。
因此，如图4所示，在导电线路300的金属颗粒表面经过电镀或化学镀的方法镀覆金属400，使导电线路300的金属颗粒通过金属400形成连续的导电线路。镀覆金属400时，形成导电线路300的金属颗粒可作为镀覆反应的催化中心，并以该金属颗粒为中心在其表面形成金属400。而没有完全结合的相邻两个金属颗粒间可由新镀覆的金属400填充，使该两个金属颗粒通过该金属400完全结合，从而实现良好的电性导通。该金属400的金属可与导电线路300的金属种类相同或不同。本实施例中，镀覆的金属400与导电线路300均由铜组成。即在导电线路300的表面直接镀铜单质即可。由于所镀金属与作为被镀件的导电线路300的组成相同，故可保证在导电线路300形成分布均匀的金属400。当然，金属400与导电线路300的金属种类不同时，只要选择合适的镀覆方式即可。
由此完成基板100的表面110具有较高导电性及均匀性的导电线路300的制作，以供后续加工使用。该制作方法采用化学反应与镀覆配合的方式替代高温烧结的方法使纳米金属颗粒结合在一起，以提高线路连续性。解决烧结过程中烧结温度难以控制的问题，提高导电线路的连续性及导电性。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种导电线路的制作方法，其包括以下步骤：
将油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形，所述油墨包括纳米金属氧化物；
将形成线路图形的纳米金属氧化物经还原反应转变成金属单质，从而形成导电线路，或者将形成线路图形的纳米金属氧化物与形成导电线路所需的金属盐溶液发生置换反应，从而转变成过渡氧化物，所述过渡氧化物经还原反应转变成形成导电线路所需的金属单质，从而形成导电线路。
2.如权利要求1所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述纳米金属氧化物为氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化铁或氧化镁。
3.如权利要求1所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述纳米金属氧化物采用溶胶凝胶法、水解法、水热法、微乳法、沉淀法、固相反应法、电合成法或等离子法制备。
4.如权利要求1所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述油墨进一步包括有机溶剂、水溶性载体、分散剂、表面活性剂及连接料。
5.如权利要求1所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述还原反应的还原剂为还原性气体或还原性溶液。
6.如权利要求1所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述导电线路的制作方法进一步包括在所述导电线路的表面镀覆金属的步骤。
7.如权利要求6所述的导电线路的制作方法，其特征在于，在所述导电线路的表面镀覆金属采用电镀或化学镀的方法。
8.如权利要求7所述的导电线路的制作方法，其特征在于，在所述导电线路镀覆的金属与形成导电线路的金属种类相同。
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