CN101553084A - 线路基板及线路基板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线路基板，其包括基材及形成于基材表面的导电线路，该导电线路包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物及镀覆于该复合物表面的金属。该镀覆金属填充于相邻两个金属纳米粒子的间隙，使该两个金属纳米粒子通过该金属完全结合，从而实现良好的电性导通。本发明还提供一种线路基板的制作方法。该线路基板具有良好的导电性，且减小导电线路与基材之间涨缩程度的差异。

Description

线路基板及线路基板的制作方法
技术领域
本发明涉及喷墨印刷技术领域，特别涉及一种线路基板及线路基板的制作方法。
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，即喷墨印刷线路图形。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，喷墨印刷线路图形是将以单分散的纳米颗粒为核心的金属纳米油墨直接喷射在线路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，喷射在线路基板表面的金属纳米油墨干燥后，还需经过300度高温烧结，使金属纳米颗粒烧结在一起，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，金属纳米颗粒不能完全被烧结在一起；相反地，烧结温度过高，则线路基板必须采用耐高温且不易受热变形材料制成。另外，由金属纳米油墨烧结后形成的导电线路为金属单质，其热膨胀系数与基材的热膨胀系数相差较大。在受热后，导电线路与基材之间发生不同程度的涨缩，其涨缩程度相差较大，使导电线路与基材易发生剥离，而引起最终电路板产品发生板翘。
发明内容
因此，有必要提供一种线路基板及线路基板的制作方法，避免烧结温度的影响，减小导电线路与基材之间涨缩程度的差异。
以下将以实施例说明一种线路基板及线路基板的制作方法。
所述线路基板包括基材及形成于基材表面的导电线路，该导电线路包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物及镀覆于该复合物表面的金属。该镀覆金属填充于相邻两个金属纳米粒子的间隙，使该两个金属纳米粒子通过该金属完全结合，从而实现良好的电性导通。
所述线路基板的制作方法，其包括以下步骤：将油墨通过喷墨印刷方式在线路基板的基材表面以形成线路图形，该油墨包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物。然后在所述线路图形的表面镀覆金属形成导电线路。
与现有技术相比，该线路基板的导电线路包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物及镀覆于该复合物表面的金属。该碳纳米管可减小金属单质组成的导电线路与基材的涨缩程度的差异，该金属纳米粒子可增加碳纳米管的导电性。镀覆于该复合物表面的金属填充于相邻两个金属纳米粒子的间隙，使该两个金属纳米粒子通过该金属完全结合，从而实现良好的电性导通。因此，该线路基板具有良好导电性的导电线路，且线路基板不易发生板翘。另外，该线路基板的制作方法通过镀覆金属的方法替代高温烧结，以形成具有良好导电性的导电线路，避免烧结温度的影响对线路基板的影响。
附图说明
图1是本技术方案实施例提供的基材的结构示意图。
图2是图1中基材形成线路图形的结构示意图。
图3是图1中基材形成导电线路的结构示意图。
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线路基板及线路基板的制作方法作进一步详细说明。
请参阅图1至图3，本实施例提供的线路基板及线路基板的制作方法。
第一步：提供基材100。
如图1所示，本实施例中，基材100为需要进行线路制作的半成品。根据需要可以选择不同结构的基材100。例如，该基材100可为一层绝缘层，该绝缘层可采用聚酰亚胺、聚酯、液晶聚合物等绝缘材料制作而成。该基材100也可由多层线路板与一层绝缘层压合后所形成的复合结构。此外，基材100还可为半导体基片。本实施例中，基材100为需要制作单面线路的一层绝缘层。该基材100具有用于形成导电线路的表面110。当然，该基材100也可用于制作双面板，只要在基材100相对设置的两个表面上制作导电线路即可。
第二步：形成线路图形200于基材100的表面110。
为增加形成的线路图形200与基材100表面110的结合强度，在基材100形成线路图形200之前，可通过氧化处理、紫外线处理、等离子处理、微蚀处理等方法对基材100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，分别在基材100的表面110通过喷墨印刷方式形成线路图形200。具体地，喷墨印刷系统在控制器的控制下根据所需制作的导电线路的图形，将油墨自喷嘴逐点喷洒到表面110，使其沉积在表面110形成线路图形200。该油墨包括碳纳米管与金属纳米粒子复合物。该包括碳纳米管与金属纳米粒子复合物的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。
喷墨印刷设备的频率为1至20Hz，喷嘴的直径为1至100μm，墨滴的体积为1至100pL(pL为墨滴的体积单位，相当于10-15立方米)。由此喷墨印刷设备打印的线路图形200的线路宽度为5至500μm。其中，该喷墨印刷制作线路宽度为5至20μm的线路图形200为最佳。
该碳纳米管与金属纳米粒子的复合物是由金属纳米粒子覆着于碳纳米管的管壁外侧而形成。碳纳米管与金属纳米粒子复合后，碳纳米管可缓解金属单质组成的导电线路与基材100的涨缩程度的差异，同时金属纳米粒子可增加碳纳米管的导电性，因此采用包括碳纳米管与金属纳米粒子复合物的油墨制作的线路图形200具有较好的导电性，且缓解导电线路与基材100涨缩程度的不同。而单纯的金属纳米粒子直接形成的导电线路。该导电线路与基材的热膨胀系数相差较大，使最终电路板产品在受热后，其导电线路与基材的涨缩程度相差较大，易引起电路板板翘。而单纯的碳纳米管导电性较差，不能满足制作导电线路电导通的要求。
该碳纳米管与金属纳米粒子复合物可通过电沉积、化学镀、直接吸附金属纳米粒子等方法使金属纳米粒子覆着于碳纳米管的管壁外侧制备而成，也可以通过在碳纳米管的管壁外侧吸附金属离子，再将金属离子经过还原反应还原为金属纳米粒子，从而使金属纳米粒子覆着于碳纳米管的管壁外侧。具体制备方法及制备参数可参阅文献Jingbiao Cui，Charles P.Daghlian，and Ursula J.Gibson，Journal of the American Chemical Socity，2005，109，11456-11460；Bernadette M.Quinn，Cees Dekker，and Serge G.Lemay，Journalof the American Chemical Socity，2005，127，6146-6147；Dan Wang，Zi-Chen Li，andLiwei Chen，Journal of the American Chemical Socity，2006，128，15078-15079；Syed Mubeen，Syed Mubeen，Ting Zhang，Bongyoung Yoo，Marc A.Deshusses，andNosang V.Myung，Journal of the American Chemical Socity，2007，111，6321-6327。
碳纳米管可以为分散的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，也可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中至少两种碳纳米管的聚集体。该碳纳米管的长度小于500纳米，该碳纳米管聚集体的粒径小于1微米。金属纳米粒子可以为金、银、铜、铂、钯等的金属纳米粒子，其粒径在1纳米至500纳米之间。本实施例中，油墨包括铜覆着单壁碳纳米管形成的复合物。
含有碳纳米管与金属纳米粒子复合物的油墨是将碳纳米管与金属纳米粒子复合物均匀的分散到水、有机溶剂或水溶性介质中而制成。为进一步提高喷出的油墨颗粒与基材100表面110的结合能力，还可在制备过程中，向该油墨中加入表面活性剂、分散剂、保湿剂、防霉剂、杀菌剂及其它试剂，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。有机溶剂可以为丙酮、乙醇等，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。而表面活性剂可为阳离子活性剂、阴离子活性剂、两性活性剂等，分散剂可为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等水溶性聚合物，保湿剂可为乙二醇、甘油等。由此得到的油墨，其室温时(即25度)的物理参数具体为：粘度为1至40mPa.s，表面张力20至60mN/m，分散于油墨中的固体颗粒(如：碳纳米管、金属纳米粒子等)的粒径小于2微米，PH值在7至8之间，且具有至少三个月的保存期。
第三步：形成导电线路300于基材100的表面110。
前一步骤中，碳纳米管与金属纳米粒子复合物经喷墨印刷系统喷射至基材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的碳纳米管与金属纳米粒子复合物油墨形成。该覆着于碳纳米管管壁外侧的金属纳米粒子虽然可增加碳纳米管的导电性，但是金属纳米粒子间不能完全结合，使形成的线路图形200的连续性变差，从而降低碳纳米管与金属纳米粒子复合物形成的线路图形200的导电性，使整个线路图形200可能无法达到良好的电性导通。
因此，如图3所示，在线路图形200的金属纳米粒子表面经过化学镀或其他镀覆方法镀覆金属，使线路图形200的金属纳米粒子通过金属形成连续的导电线路300。镀覆金属时，形成线路图形200的金属纳米粒子可作为镀覆反应的催化中心，并以该金属纳米粒子为中心在其表面镀覆金属。而没有完全结合的相邻两个金属纳米粒子间可由新镀覆的金属填充，使该两个金属纳米粒子通过该金属完全结合，从而实现良好的电性导通。该金属可与线路图形200的金属纳米粒子的种类相同或不同。本实施例中，采用化学镀的方法镀覆金属，该镀覆的金属与线路图形200的金属纳米粒子均由铜组成。即将线路图形200的表面直接浸入镀液中，通过化学反应镀覆铜单质。该镀液包括铜化合物、还原剂与络合剂。其中，铜化合物可为硫酸铜、氯化铜等；还原剂可为甲醛、乙醛酸等；络合剂可为乙二胺四乙酸、石酸钾钠等络合物。当然，还可在渡液中加入稳定剂、光亮剂等，以满足化学镀的需要。经化学镀铜后，基材100的表面110形成的铜线路(即导电线路300)的宽度为5至500μm，厚度为1至100μm，体积电阻率小于2μΩ.cm。优选地，在表面110形成线路宽度为5至20μm的导电线路300。
由于所镀金属与作为被镀件的线路图形200所包括的金属纳米粒子的组成相同，故可保证在线路图形200形成分布均匀的金属，从而得到线宽与厚度均匀的导电线路300。当然，所镀金属与线路图形200所包括的金属纳米粒子的种类不同时，只要选择合适的镀液即可。
由此完成线路基板400(如图3所示)的制作，以供后续加工使用。该线路基板400包括基材100及形成于基材100的表面110的导电线路300。该导电线路300包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物。
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 (13)

1.一种线路基板，其包括基材及形成于基材表面的导电线路，其特征在于，所述导电线路包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物及镀覆于该复合物表面的金属，所述镀覆金属填充于相邻两个金属纳米粒子的间隙，使该两个金属纳米粒子通过该金属完全结合，从而实现良好的电性导通。
2.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述碳纳米管与金属纳米粒子的复合物由金属纳米粒子覆着于碳纳米管的管壁外侧而形成。
3.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中至少两种碳纳米管的聚集体。
4.如权利要求3所述的线路基板，其特征在于，所述碳纳米管聚集体的粒径小于1微米。
5.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述碳纳米管的长度小于500纳米。
6.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述金属纳米粒子为金、银、铜、铂或钯的纳米粒子，
7.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述金属纳米粒子的粒径在1纳米至500纳米之间。
8.如权利要求1所述的线路基板，其特征在于，所述导电线路的线路宽度为5微米至20微米。
9.一种线路基板的制作方法，其包括以下步骤：将油墨通过喷墨印刷方式在线路基板的基材表面以形成线路图形，所述油墨包括碳纳米管与金属纳米粒子的复合物；在所述线路图形的表面镀覆金属形成导电线路。
10.如权利要求9所述的线路基板的制作方法，其特征在于，所述碳纳米管与金属纳米粒子的复合物通过在碳纳米管的管壁外侧吸附金属离子，再将金属离子还原为金属纳米粒子，从而使金属纳米粒子覆着于碳纳米管的管壁外侧。
11.如权利要求9所述的线路基板的制作方法，其特征在于，所述油墨进一步包括溶剂、表面活性剂、分散剂、保湿剂、防霉剂及杀菌剂。
12.如权利要求9所述的导电线路的制作方法，其特征在于，所述镀覆金属种类与所述金属纳米粒子的种类相同。
13.如权利要求9所述的线路基板的制作方法，其特征在于，所述线路图形的表面通过化学镀镀覆金属形成导电线路。
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