CN101983259A - 金属薄膜形成装置和使用该装置的金属薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形成金属薄膜的装置，所述金属薄膜是通过微波间接加热，迅速烧结形成于衬底或其类似物上的含金属组合物而形成；以及使用所述装置形成金属薄膜的方法。本发明用于形成金属薄膜的装置包含：屏蔽罩；至少一个微波产生单元，其安置于所述屏蔽罩中，用以输出微波；及至少一个微波吸收板，其与所述微波产生单元间隔开，用于以微波间接加热涂有含金属组合物的衬底，其中所述微波吸收板包含主体以及涂布所述主体的透明传导膜。另外，本发明用于形成金属薄膜的方法包含：用含金属组合物涂布衬底；使所述衬底接近或紧密接触上面具有透明传导膜的微波吸收板；及通过微波间接加热来烧结所述含金属组合物从而形成金属薄膜或图案的热处理步骤。

Description

金属薄膜形成装置和使用该装置的金属薄膜形成方法

技术领域

本发明涉及形成金属薄膜的装置和使用所述装置形成金属薄膜的方法，更具体地说，涉及用于通过微波间接加热，迅速烧结形成于衬底上的金属膜，来形成金属薄膜的装置，及使用所述装置形成金属薄膜的方法。

背景技术

银是一种抗氧化、导电和导热性能优良并具有催化和抗微生物活性的贵金属。因此，银和银化合物被广泛用于工业中，包含合金、电镀、医学、摄影术、电学/电子学、纤维、清洁剂和家用电器。此外，银化合物还可以在有机材料和聚合物的合成中用作催化剂。特别是由于铅在电路和电子电路中的使用受到管制，将银作为例如以下新兴应用中的金属图案和电极的材料引起了广泛关注：低电阻金属导线(low-resistance metal wiring)、印刷电路板(printed circuit board，PCB)、柔性印刷电路(flexible printed circuit，FPC)、射频识别(radio frequency identification，RFID)标签的天线、EMI屏蔽等离子显示屏(plasma display panel，PDP)、薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)、柔性显示器和有机薄膜晶体管(organic thin film transistor，OTFT)。

银大多是以包含纳米粒子或银粉、银薄片、粘合剂和溶剂的糊浆形式使用。或者，银化合物(如硝酸银)与另一化合物在水溶液或有机溶剂中反应，获得多种含有纳米粒子的银化合物或有机银化合物。这些有机银化合物用以借助于化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)、等离子气相沉积法(plasma vapor deposition)、溅镀法(sputtering)、电镀法(electroplating)、光刻术、电子束技术、激光技术等形成金属图案。

有机银络合物的最常用配位体是羧酸(Prog.Inorg.Chem.，10，第233页(1968))。然而，因为含银金属羧酸盐络合物一般对光敏感，难溶于有机溶剂而且具有较高的分解温度，所以尽管其易于制备但在应用上仍受到限制。

为了解决这个问题，韩国专利特许公开案第2006-97271号中曾提出透明银墨组合物(silver ink composition)以及使用所述组合物形成薄膜的方法，其中，透明银墨组合物具有极佳的稳定性和溶解性、易于形成薄膜，且易于在等于或低于150℃的低温下烧结，而且不管衬底类型如何，都可形成同时具有高传导性的均一而致密的薄膜或图案。

但是，在使用透明银墨组合物形成金属薄膜的情况下，一般使用热板、烘箱、加热炉等，通过电阻加热，在等于或低于400℃的低温下烧结有机银墨组合物3到30分钟。但相关技术的烧结方法存在缺点，如因热处理时间相对较长而造成的生产率较低等。

另外，使用微波的烧结装置也曾被提出并使用以致迅速烧结各种材料，但因为金属不吸收微波而是反射微波，所以这些使用微波的装置无法烧结含金属组合物，如银墨组合物。

发明内容

技术问题

本发明提供形成金属薄膜的装置以及使用所述装置形成金属薄膜的方法，其可以通过微波间接加热，缩短由含金属组合物(如银墨组合物)形成的薄膜或图案的烧结时间。

技术解决方案

根据例示性实施例，形成金属薄膜的装置包含：屏蔽罩；至少一个微波产生单元，其安置于所述屏蔽罩中，用以输出微波；及至少一个微波吸收板，其与所述微波产生单元间隔开，用于以微波间接加热涂有含金属组合物的衬底，其中微波吸收板包含主体以及涂布在所述主体上的透明传导膜。

主体可以是陶瓷衬底。陶瓷衬底可以是透明陶瓷衬底，包含玻璃或石英；或者是不透明陶瓷衬底，包含氧化铝。

透明传导膜可以包括包含金属和氧的化合物或金属和氮的化合物的传导材料。金属和氧的化合物可以是选自氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)和二氧化锡(tin dioxide，SnO₂)的任一者。金属和氮的化合物可以是氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)。

装置可另包含衬底支架(substrate holder)，其用以支撑涂有含金属组合物的衬底。

微波吸收板可以安置于衬底上方的部分、衬底下方的部分和衬底的侧部中的一或多处。

装置可另包含供气单元，其用以将气体供应到屏蔽罩内部。

根据另一例示性实施例，形成金属薄膜的方法包含：用含金属组合物涂布衬底；使所述衬底接近或密切接触上面具有透明传导膜的微波吸收板；及热处理步骤，即通过微波间接加热来烧结所述含金属组合物，从而形成金属薄膜或图案。

透明传导膜可以包括包含金属和氧的化合物或金属和氮的化合物的传导材料。金属和氧的化合物可以是选自氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)和二氧化锡(SnO₂)的任一者。金属和氮的化合物可以是氮化钛或氮化钽。

含金属组合物可以是含有1重量％到99重量％银络合物的银墨组合物，所述银络合物是通过银化合物与氨基甲酸铵或碳酸铵化合物反应得到。

热处理步骤可以包含：将衬底安放于装设有微波产生单元和所述至少一个微波吸收板的装置中，所述微波产生单元用以产生微波；将微波吸收板暴露于微波，以加热微波吸收板；以及利用经加热的微波吸收板间接加热衬底上的含金属组合物。

微波产生单元可以产生10瓦(W)到500瓦的微波。

热处理步骤可以进行3秒到1分钟。

热处理步骤可以在氧气、氮气或其混合物的氛围下进行。

含金属组合物可以利用选自以下的任何方法涂布：旋涂法(spin coating)、滚涂法(roll coating)、喷涂法(spray coating)、浸涂法(dip coating)、淋涂法(flow coating)和刮刀法(doctor blade method)。

含金属组合物可以利用选自以下的任何方法涂布：滴涂法(dispensing)、喷墨印刷法(inkjet printing)、胶版印刷法(offset printing)、网版印刷法(screen printing)、移印法(pad printing)、凹板印刷法(gravure printing)、柔性版印刷法(flexography printing)和平版印刷法(lithography printing)。

含金属组合物可以通过将含金属组合物溶解于选自以下的溶剂中且将溶解于溶剂中的含金属组合物施加于衬底上来涂布：水、醇、二醇、乙酸酯、醚、酮、脂肪烃、芳香烃和卤代烃。

在含金属组合物的涂布中，衬底可以包含选自玻璃、硅晶片、陶瓷和塑料的任一者。

有益效果

根据本发明，可以提供一种吸收微波来间接加热含金属组合物的装置，用以迅速烧结可反射微波的含金属组合物。

另外，因为有可能迅速烧结所述含金属组合物如银墨组合物，所以可以迅速获得具有优良传导性的致密薄膜或图案。由于含金属组合物的烧结时间明显缩短，以致多种电子组件(如衬底)的生产率可得以增大，并且能够增加具有优良电特性的金属材料(如银墨组合物)的适用性。

附图说明

图1是说明根据例示性实施例的金属薄膜形成装置的构造的示意图。

图2是说明根据另一例示性实施例的金属薄膜形成装置的构造的示意图。

具体实施方式

下文将参照附图详述具体实施例。然而，本发明可以体现为不同形式，而不应解释为本发明局限于本文所述的实施例。确切地说，提供这些实施例旨在使本文内容更详尽和完整，并向所属领域技术人员完整地传达本发明的范围。

图1是说明根据例示性实施例的金属薄膜形成装置的构造的示意图。

如图1所示，根据例示性实施例的形成金属薄膜的装置包含屏蔽罩10；微波产生单元20，其装设于屏蔽罩10中，用以输出微波；和微波吸收板30，其与微波产生单元20间隔开安置并以微波加热。装置另包含衬底支架40，其配置成用以支撑和移动涂有含金属组合物的衬底100。

屏蔽罩10是成形为一种屏蔽结构，用于在从微波产生单元20施加微波时尽可能减少微波的外部损失，而且其具有由不锈钢或铁板等金属材料制成的内壁，用以反射微波。另外，所述装置可以配置入口(未图示)，通过此入口，可以装载涂有含金属组合物的衬底100；和出口(未图示)，通过此出口，可以卸载涂有含金属组合物的衬底100。入口和出口可以分别装设，或以单浇口(single gate)装设(未图示)。此外，在屏蔽罩10底部的中心装设平台11，其由绝热材料(如绝热块料)制成。在此情况下，平台11上可装设微波吸收板30，下文将予以描述。

屏蔽罩10还配置有供气单元50，其用于将气体从屏蔽罩10的外部供应到内部，以提供烧结氛围。例如，供气单元50包含供气部件51，其安放于屏蔽罩10的外部，用以供应气体；和供气管53，其安置于屏蔽罩10的侧壁中，用以将从供气部件51供应的气体供应到屏蔽罩10的内部。优选供气部件51供应惰性气体，如氧气、氮气、氩气或其混合物。所供应的气体不限于前述气体，而必要时可有选择地供应所需的气体。

微波产生单元20装设于屏蔽罩10中，用于在安放于屏蔽罩10外部的供电单元21供电时，在屏蔽罩10中产生并分散微波。尽管本发明实施例说明单个微波产生单元20装设于屏蔽罩的上部区域，但本发明不局限于此。根据屏蔽罩10内部空间的体积以及待处理衬底100的面积和数量，可以装设多个微波产生单元20。另外，微波产生单元20的安装位置不仅限于屏蔽罩10的上部区域，而是可以在以下任一处：屏蔽罩10的上部区域、侧面区域或下部区域，或其两个或两个以上区域。

此外，在本实施例中，将产生2.4吉赫(GHz)微波的磁控管(magnetron)用作微波产生单元20。然而，本发明不限于此，也可以使用产生28吉赫微波(高于磁控管)的回旋管(gyrotron)或其它微波产生单元。

此外，优选微波产生单元20以约10瓦到约500瓦的输出功率产生微波。在此情况下，微波的输出时间在3秒到1分钟内，优选在30秒内。以此方式，可以迅速烧结含金属组合物，从而在形成金属薄膜或图案的同时，保持薄膜的物理性质并增强薄膜的均一性。

微波吸收板30配置成包含主体31，和涂布于主体31上的透明传导层33。

主体31优选由不反射微波并具有耐热性的材料形成。在本实施例中，由陶瓷材料形成的板式(plate-type)陶瓷衬底用作主体31。此外，还可以使用透明陶瓷衬底，如玻璃衬底或石英衬底；或者不透明陶瓷衬底，如氧化铝衬底。主体31的材料不限于所述陶瓷材料，而是只要所述不反射微波并具有耐热性的材料能够承受微波所加热的温度，那么任何材料都是可能的。

透明传导层33是一种吸收微波并经所吸收的微波加热的元件，并且优选由传导性材料形成，这种传导性材料是金属和氧的化合物或金属和氮的化合物。例如，传导性材料可以是氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)等，即，金属和氧的化合物。传导性材料还可以是氮化钛、氮化钽等，即，金属和氮的化合物。当然，传导性材料不限于所例示的氧化物和氮化物，而是可以使用任何材料、化合物或混合物，只要此材料是能吸收微波并能经所吸收的微波加热的透明传导性材料即可。

透明传导层33借助于薄膜形成方法，如溅镀法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子沉积法、电镀法、电子束涂布法、激光涂布法或液相涂布法，涂布于主体31上。

包含主体31和透明传导层33的微波吸收板30的形状、布置和数量都不作限制，只要微波吸收板30可以安放于屏蔽罩10内部来间接加热和烧结邻近或紧靠微波吸收板30安置的衬底上所沉积的含金属组合物。例如，如图1所示，透明传导层33可形成于板式主体31上，而衬底100可安置于透明传导层33上。

另外，图2是说明根据本发明另一例示性实施例的金属薄膜形成装置的构造的示意图。如图2所示，主体31a、31b、31c分别安置于衬底100下方、邻近衬底100的两侧和衬底100上方，以包围衬底100，而透明传导层33a、33b、33c分别形成于主体31a、31b、31c上，面向衬底100，以致包含主体31a、31b、31c和透明传导层33a、33b、33c的微波吸收板30的间接加热作用可以达到最大。在微波吸收板30整体地安置于衬底100下方、与衬底100间隔开的两侧和衬底100上方(如图2所示)的情况下，需要微波吸收板30所围起的内部应具有空间来装载/卸载衬底100。在本实施例中，将有可能通过不存在微波吸收板30的侧部来装载/卸载衬底100。

微波吸收板30的形状、布置和数量不限于前述实施例中所揭示的情形，各种修改都是可能的，例如，微波吸收板30分开安置于邻近衬底100的一侧和衬底100的上方，或安置成整体地包围衬底100下方的部分、邻近衬底100的两侧或衬底100上方的部分。然而，优选将微波吸收板30的透明传导层33涂布于面向衬底100的部分上，以增强微波吸收板30间接加热的效率。

衬底支架40是一种在屏蔽罩10内部支撑或移动涂有含金属组合物的衬底的元件，而且可以具有任何结构，只要衬底支架40能允许衬底100紧靠或邻近微波吸收板30安放并支撑衬底100即可。例如，在图1和图2中，衬底支架40以销式(pin type)装设于屏蔽罩10的下部。然而，本发明不限于此，而是衬底支架40可以安放于屏蔽罩10的下部、上部或侧部中任一处。除前述销式外，衬底支架40的装设还可以是上面安装衬底的环式、其中固持衬底的平台式等。或者，衬底100可以不用衬底支架40而直接支撑在微波吸收板30上。

在此情况下，可以对衬底支架40另外装设独立驱动单元(driving unit)(未图示)，如升降单元(elevating/lowering unit)或水平移动单元(horizontal moving unit)，以将衬底支架40所支撑的衬底100移到接近微波吸收板30的位置。

现将描述使用具有前述结构的金属薄膜形成装置形成金属薄膜的方法。

根据本发明例示性实施例，形成金属薄膜的方法包含用含金属组合物涂布衬底100的步骤；以及通过微波间接加热来烧结所述含金属组合物，从而形成金属薄膜或图案的热处理步骤。

首先，将描述本发明中所用的含金属组合物。使用银墨组合物作为含金属组合物，所述银墨组合物因稳定性和溶解性优良而易于成形为薄膜，而且易于在等于或小于约150℃的低温下烧结。

银墨组合物是通过混合银络合物与稳定剂而制得，所述银络合物是通过至少一种具有以下化学式1的银化合物与基于氨基甲酸铵或基于碳酸铵的化合物反应得到，而所述基于氨基甲酸铵或基于碳酸铵的化合物是通过选自以下化学式2到4的一种或多种化合物或混合物反应得到，并且所述稳定剂是胺化合物，或者选自以下化学式2到4的一种或多种化合物或混合物。在此情况下，银化合物和银络合物优选以1到99的重量百分比混合。

化学式1

Ag_nX

化学式2

化学式3

化学式4

在上述化学式1中，n为1到4的整数，X是氧、硫、卤素、氰基、氰酸根、碳酸根、硝酸根、氮离子、硫酸根、磷酸根、硫氰酸根、氯酸根、过氯酸根、四氟硼酸根、乙酰丙酮酸根、羧酸根等。式1的代表性实例可包含(但不特别限于)氧化银、硫氰酸银、硫化银、氯化银、氰化银、氰酸银、碳化银、硝酸银、亚硝酸银、硫酸银、磷酸银、过氯酸银、四氟硼酸银、乙酰丙酮酸银、乙酸银、乳酸银、草酸银和其衍生物。在本实施例中，就反应性或后处理来说，更优选使用氧化银或碳化银。

在化学式2、3或4中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆可彼此相同或不同，而且可以包含(但不特别限于)具有1到30个氢原子或碳原子的脂肪族或脂环族烷基；芳基或作为芳基混合物的芳烷基；经官能团取代的烷基或芳基；和由杂环化合物、聚合物和其衍生物获得的基团。

具体实例可包含(但不特别限于)氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基、乙基己基、庚基、辛基、异辛基、壬基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基、二十二烷基(docodecyl)、环丙基、环戊基、环己基、烯丙基、羟基、甲氧基、羟乙基、甲氧基乙基、2-羟丙基、甲氧基丙基、氰基乙基、乙氧基、丁氧基、己氧基、甲氧基乙氧基乙基、甲氧基乙氧基乙氧基乙基、六亚甲基亚胺、吗啉(morpholine)、哌啶(piperidine)、哌嗪(piperazine)、乙二胺、丙二胺、己二胺、三亚乙基二胺、吡咯(pyrrole)、咪唑(imidazole)、吡啶(pyridine)、羧甲基、三甲氧基硅烷基丙基、三乙氧基硅烷基丙基、苯基、甲氧基苯基、氰基苯基、苯氧基、甲苯基、苯甲基和其衍生物，以及聚合物，如聚烯丙基胺或聚亚乙基亚胺和其衍生物。化合物的具体实例可包含氨基甲酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、乙基氨基甲酸乙基铵(ethylammonium ethylcarbamate)、异丙基氨基甲酸异丙基铵(isopropylammonium isopropylcarbamate)、正丁基氨基甲酸正丁基铵(n-butylammonium n-butyl carbamate)、异丁基氨基甲酸异丁基铵(isobutylammonium isobutylcarbamate)、叔丁基氨基甲酸叔丁基铵(t-butylammonium t-butylcarbamate)、2-乙基己基氨基甲酸2-乙基己基铵(2-ethylhexylammonium 2-ethylhexylcarbamate)、十八烷基氨基甲酸十八烷基铵(octadecylammonium octadecylcarbamate)、2-甲氧基乙基氨基甲酸2-甲氧基乙基铵(2-methoxyethylammonium 2-methoxyethylcarbamate)、2-氰基乙基氨基甲酸2-氰基乙基铵(2-cyanoethylammonium 2-cyanoethylcarbamate)、二丁基氨基甲酸二丁基铵(dibutylammonium dibutylcarbamate)、二-十八烷基氨基甲酸二-十八烷基铵(dioctadecylammonium dioctadecylcarbamate)、甲基癸基氨基甲酸甲基癸基铵(methyldecylammonium methyldecylcarbamate)、六亚甲基亚胺氨基甲酸六亚甲基亚胺铵(hexamethyleneimineammonium hexamethyleneiminecarbamate)、吗啉氨基甲酸吗啉鎓盐(morpholinium morpholinecarbamate)、乙基己基氨基甲酸吡锭(pyridinium ethylhexylcarbamate)、异丙基二氨基甲酸三亚乙基二铵(triethylenediaminium isopropylbicarbamate)、苯甲基氨基甲酸苯甲基铵(benzylammonium benzylcarbamate)、氨基甲酸三乙氧基硅烷基丙酯(triethoxysilylpropylcarbamate)、乙基碳酸乙基铵(ethylammonium ethylcarbonate)、异丙基碳酸异丙基铵(isopropylammonium isopropylcarbonate)、异丙基碳酸氢铵(isopropylammonium bicarbonate)、正丁基碳酸正丁基铵(n-butylammonium n-butylcarbonate)、异丁基碳酸异丁基铵(isobutylammonium isobutylcarbonate)、叔丁基碳酸叔丁基铵(t-butylammonium t-butylcarbonate)、叔丁基碳酸氢铵(t-butylammonium bicarbonate)、2-乙基己基碳酸2-乙基己基铵(2-ethylhexylammonium 2-ethylhexylcarbonate)、2-乙基己基碳酸氢铵(2-ethylhexylammonium bicarbonate)、2-甲氧基乙基碳酸2-甲氧基乙基铵(2-methoxyethylammonium 2-methoxyethylcarbonate)、2-甲氧基乙基碳酸氢铵(2-methoxyethylammonium bicarbonate)、2-氰基乙基碳酸2-氰基乙基铵(2-cyanoethylammonium 2-cyanoethylcarbonate)、2-氰基乙基碳酸氢铵(2-cyanoethylammonium bicarbonate)、十八烷基碳酸十八烷基铵(octadecylammonium octadecylcarbonate)、二丁基碳酸二丁基铵(dibutylammonium dibutylcarbonate)、二-十八烷基碳酸二-十八烷基铵(dioctadecylammonium dioctadecylcarbonate)、二-十八烷基碳酸氢铵(dioctadecylammoniumbicarbonate)、甲基癸基碳酸甲基癸基铵(methyldecylammonium methyldecylcarbonate)、六亚甲基亚胺碳酸六亚甲基亚胺铵(hexamethyleneimineammonium hexamethyleneimine carbonate)、吗啉碳酸吗啉铵(morpholineammonium morpholinecarbonate)、苯甲基碳酸苯甲基铵(benzylammonium benzylcarbonate)、三乙氧基硅烷基丙基铵(triethoxysilylpropylammonium)、碳酸三乙氧基硅烷基丙酯(triethoxysilylpropylcarbonate)、碳酸氢吡锭(pyridinium bicarbonate)、异丙基碳酸三亚乙基二铵(treiehtylenediaminium isopropylcarbonate)、碳酸氢三亚乙基二铵(triethylenediaminium bicarbonate)和其衍生物。

此时，氨基甲酸铵或碳酸铵化合物的类型和制造方法不作特别限制。

银络合物可以通过氨基甲酸铵或碳酸铵化合物与银化合物反应来制造。例如，可以通过在氮气氛围中，在大气压或低于大气压的压力下，使至少一种以化学式1表示的银化合物与至少一种氨基甲酸铵或碳酸铵衍生物和其混合物在无任何溶剂情况下直接反应，制造出银络合物。在使用溶剂的情况下，溶剂可以包含水；醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇；二醇，例如乙二醇、甘油；乙酸酯，例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸卡比醇酯(cabitolacetate)；醚，例如乙醚、四氢呋喃、二噁烷；酮，例如甲基乙基酮、丙酮；烃，例如己烷、庚烷；芳香族溶剂，例如苯、甲苯；和卤素取代的溶剂，例如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳，以及其混合溶剂。除利用前述方法制备的银络合物外，本发明中还可以使用由以化学式1表示的银化合物与至少一种胺化合物的混合溶液与二氧化碳反应而获得的银络合物。在此情况下，获得银络合物的反应可以在无或有溶剂的情况下，在大气压或低于大气压的压力下进行。然而，本发明的制备有机银络合物的方法不作特别限制。也就是说，所属领域技术人员已知的任何方法都有可能，只要最终物质具有相同的结构。例如，溶剂、反应温度、浓度或催化剂的使用都不作特别限制，而且制备产率也不作特别限制。

当前实施例的银墨组合物包括前述银络合物和稳定剂，所述稳定剂例如为伯胺化合物、仲胺化合物、叔胺化合物，或前述铵的氨基甲酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐化合物，或其至少一种混合物。用作稳定剂的胺化合物的具体实例可包含(但不特别限于)甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、异戊胺、正己胺、2-乙基己胺、正庚胺、正辛胺、异辛胺、壬胺、癸胺、十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、二十二烷胺、环丙胺、环戊胺、环己胺、烯丙基胺、羟胺、氢氧化铵、甲氧基胺、2-乙醇胺、甲氧基胺、2-乙醇胺、甲氧基乙胺、2-羟丙基胺、甲氧基丙基胺、氰基乙胺、乙氧基胺、正丁氧基胺、2-己氧基胺、甲氧基乙氧基乙胺、甲氧基乙氧基乙氧基乙胺、二乙胺、二丙胺、二乙醇胺、己二胺、吗啉、哌啶、哌嗪、乙二胺、丙二胺、六亚甲基二胺、三亚乙基二胺、2，2-(亚乙基二氧基)双乙基胺、三乙胺、三乙醇胺、吡咯、咪唑、吡啶、氨基乙醛缩二甲醇(aminoacetaldehyde dimethyl acetal)、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、苯胺、甲氧基苯胺(anisidine)、氨基苯甲腈、苯甲胺和其衍生物，以及聚合物，如聚烯丙基胺或聚亚乙基亚胺，及其衍生物。

用作稳定剂的铵的氨基甲酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐化合物的具体实例可包含(但不特别限于)氨基甲酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、乙基氨基甲酸乙基铵、异丙基氨基甲酸异丙基铵、正丁基氨基甲酸正丁基铵、异丁基氨基甲酸异丁基铵、叔丁基氨基甲酸叔丁基铵、2-乙基己基氨基甲酸2-乙基己基铵、十八烷基氨基甲酸十八烷基铵、2-甲氧基乙基氨基甲酸2-甲氧基乙基铵、2-氰基乙基氨基甲酸2-氰基乙基铵、二丁基氨基甲酸二丁基铵、二-十八烷基氨基甲酸二-十八烷基铵、甲基癸基氨基甲酸甲基癸基铵、六亚甲基亚胺氨基甲酸六亚甲基亚胺铵、吗啉氨基甲酸吗啉鎓盐、乙基己基氨基甲酸吡锭、异丙基二氨基甲酸三亚乙基二铵、苯甲基氨基甲酸苯甲基铵、三乙氧基硅烷基丙基氨基甲酸三乙氧基硅烷基丙基铵、乙基碳酸乙基铵、异丙基碳酸异丙基铵、异丙基碳酸氢铵、正丁基碳酸正丁基铵、异丁基碳酸异丁基铵、叔丁基碳酸叔丁基铵、叔丁基碳酸氢铵、2-乙基己基碳酸2-乙基己基铵、2-乙基己基碳酸氢铵、2-甲氧基乙基碳酸2-甲氧基乙基铵、2-甲氧基乙基碳酸氢铵、2-氰基乙基碳酸2-氰基乙基铵、2-氰基乙基碳酸氢铵、十八烷基碳酸十八烷基铵、二丁基碳酸二丁基铵、二-十八烷基碳酸二-十八烷基铵、二-十八烷基碳酸氢铵、甲基癸基碳酸甲基癸基铵、六亚甲基亚胺碳酸六亚甲基亚胺铵、吗啉碳酸吗啉铵、苯甲基碳酸苯甲基铵、三乙氧基硅烷基丙基碳酸三乙氧基硅烷基丙基铵、碳酸氢吡锭、异丙基碳酸氢三亚乙基二铵、碳酸氢三亚乙基二铵和其衍生物。稳定剂的含量不作特别限制，只要其符合本发明的银墨特性。然而，稳定剂的含量相对于银化合物，优选为0.1摩尔％到90摩尔％，更优选为1摩尔％到50摩尔％，再更优选为5摩尔％到30摩尔％。如果稳定剂的含量超出前述范围，那么金属薄膜的传导性可能会降低，而如果稳定剂的含量低于前述范围，那么银墨的储存稳定性可能会降级。银墨储存稳定性降级导致无法形成金属薄膜。除储存稳定性降级外，如果稳定剂的含量在所述范围外，那么当银墨组合物进行涂布并烧结形成膜时，所形成的薄膜可能不均一和致密，或者可能会具有裂纹。

还可能需要溶剂，以便控制银墨的粘度或平滑地形成薄膜。为此所用溶剂的实例可以包含水；醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙基己醇、松油醇(terpineol)；二醇，例如乙二醇、甘油；乙酸酯，例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲氧基丙酯、乙酸卡比醇酯、乙酸乙基卡比醇酯；醚，例如甲基溶纤剂(methylcellosolve)、丁基溶纤剂、乙醚、四氢呋喃、二恶烷；酮，例如甲基乙基酮、丙酮、二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮；烃，例如己烷、庚烷、石蜡油(paraffin oil)、矿油精(mineral spirit)；芳香族溶剂，例如苯、甲苯；卤素取代的溶剂，例如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、二甲亚砜；以及其混合溶剂。

由于根据当前实施例制备的银墨组合物具有优良的稳定性和溶解性，故银墨组合物易于适用于多种涂布和印刷方法。例如，通过用银墨组合物涂布衬底，如玻璃衬底、硅晶片、陶瓷衬底或塑料衬底，并烧结所涂布的银墨组合物，可以制备出薄膜，或可以通过直接印刷形成薄膜。所述衬底可以在经过水清洁、脱脂(degressing)或特殊预处理后使用。

涂布含金属组合物的方法可以是旋涂法、滚涂法、喷涂法、浸涂法、淋涂法、刮刀法，以及滴涂法、喷墨印刷法、胶版印刷法、网版印刷法、移印法、凹板印刷法、柔性版印刷法、平版印刷法等。

当制备出上面形成有含金属组合物的衬底时，使用前述形成金属薄膜的装置对所制得的衬底进行热处理。

在使用形成金属薄膜的装置进行热处理时，将所制得的衬底100装载入屏蔽罩10中，随后安装到衬底支架40上。然后，移动衬底支架40，以使衬底100接近或紧密接触微波吸收板30。

接下来，向微波产生单元20供电产生微波，并将所产生的微波分散到屏蔽罩10的内部。随后，微波吸收板30，具体地说，透明传导层33吸收微波，致使微波吸收板30被迅速加热，并由此迅速地间接加热微波吸收板30上的衬底100，从而烧结衬底100上所涂布的含金属组合物，例如当前实施例的银墨组合物。也就是说，蒸发去除银墨组合物中所包含的有机物质，并形成结构致密而精细的银薄膜。

在此情况下，微波产生单元20优选在3秒到1分钟内、更优选在30秒内输出10瓦到500瓦的微波，以致迅速烧结涂布于衬底上的含金属组合物，从而保持金属薄膜或图案的物理性质并增强金属薄膜的均一性。

在此情况下，热处理可以在氩气氛围等惰性氛围中进行，但必要时，也可以在除惰性气体氛围外的氛围中进行，例如氧气、氮气或其混合物的氛围。

下文将比较实施例和比较实例。

[实施例]

使用旋涂仪，以500转/分钟(rpm)将前述银墨组合物均匀涂布于玻璃衬底上，耗时5秒，随后在大气压下，将所得玻璃衬底装载入本发明用于形成金属薄膜的装置中，并靠近或密切接触微波吸收板30。此时，通过用传导性氧化物膜涂布玻璃主体来制造微波吸收板。微波产生单元产生100瓦的微波。测量微波施加时间、银墨组合物的烧结结果和经过烧结的薄膜的薄层电阻(sheet resistance)，并显示于下表1中。使用4点探针(4-point probe)测量薄层电阻。

[比较实例1]

与前述实施例类似，将银墨组合物涂布于玻璃衬底上，随后在大气压下，将所得玻璃衬底装载入用于形成金属薄膜的装置中。在比较实例1中，应注意，微波是在从用于形成金属薄膜的装置中排除微波吸收板的状态下，即，在衬底100是装载于平台11上的状态下施加。微波施加时间和银墨组合物的烧结结果显示于下表1中。

[比较实例2]

与前述实施例类似，将银墨组合物涂布于玻璃衬底上，随后在大气压下，用设置为150℃的热板烧结银墨组合物1分钟到5分钟。测量银墨组合物的烧结时间、烧结结果以及根据烧结时间的经过烧结的薄膜的薄层电阻，并显示于下表1中。

表1

从上表1可以看出，在实施例的情况下，通过微波间接加热，在3秒内完成银墨组合物的烧结，并形成具有0.53欧姆/□的较低薄层电阻以及高密度和优良导电性的银薄膜。

然而，在比较实例1的情况下，由于银墨组合物几乎不吸收微波，未进行微波直接加热，以致尽管施加微波达10分钟或10分钟以上，也未进行烧结，并由此未能获得银薄膜。

在比较实例2的情况下，尽管通过热板间接加热在某种程度上进行了烧结，但烧结时间较长。烧结1分钟后，银薄膜显示薄层电阻为26.26欧姆/□，而且随着烧结时间增加，薄层电阻降低。烧结时间达到5分钟后，银薄膜显示薄层电阻为0.88欧姆/□。从上述结果可以确定，比较实例2的烧结时间比实施例中长得多。

因此，通过比较实施例与比较实例之间的测量结果，可以确定，根据实施例的银墨组合物通过微波间接加热被迅速烧结。

尽管在前述实施例中已经描述银墨组合物作为形成金属薄膜的组合物，但本发明不限于此。因此，所属领域技术人员易于了解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对通过微波间接加热来烧结的任何含金属组合物进行各种修改和变化。

Claims (23)

1.一种形成金属薄膜的装置，包括：

屏蔽罩；

至少一个微波产生单元，安置于所述屏蔽罩中，用以输出微波；以及

至少一个微波吸收板，与所述微波产生单元间隔开，用于以所述微波间接加热涂有含金属组合物的衬底，

其中，所述微波吸收板包括主体和涂布在所述主体上的透明传导膜。

2.根据权利要求1所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述主体是陶瓷衬底。

3.根据权利要求2所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述主体是透明陶瓷衬底，所述透明陶瓷衬底包括玻璃或石英。

4.根据权利要求2所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述主体是不透明陶瓷衬底，所述不透明陶瓷衬底包括氧化铝。

5.根据权利要求1所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述透明传导膜包括包含金属和氧的化合物或金属和氮的化合物的传导材料。

6.根据权利要求5所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述金属和氧的化合物是选自氧化铟锡、氧化锌和二氧化锡的任一者。

7.根据权利要求5所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述金属和氮的化合物是氮化钛或氮化钽。

8.根据权利要求1所述的形成金属薄膜的装置，还包括衬底支架，所述衬底支架用以支撑涂有所述含金属组合物的所述衬底。

9.根据权利要求1所述的形成金属薄膜的装置，其特征在于，所述微波吸收板是安置于所述衬底上方的部分、所述衬底下方的部分和所述衬底的侧部中的一或多处。

10.根据权利要求1所述的形成金属薄膜的装置，还包括供气单元，所述供气单元用以将气体供应到所述屏蔽罩内部。

11.一种形成金属薄膜的方法，包括：

用含金属组合物涂布衬底；

使所述衬底接近或密切接触微波吸收板，所述微波吸收板上具有透明传导膜；以及

通过微波间接加热来烧结所述含金属组合物从而形成金属薄膜或图案的热处理步骤。

12.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述透明传导膜包括包含金属和氧的化合物或金属和氮的化合物的传导材料。

13.根据权利要求12所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述金属和氧的化合物是选自氧化铟锡、氧化锌和二氧化锡的任一者。

14.根据权利要求12所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述金属和氮的化合物是氮化钛或氮化钽。

15.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述含金属组合物是含有1重量％到99重量％银络合物的银墨组合物，所述银络合物是通过银化合物与氨基甲酸铵或碳酸铵化合物反应得到。

16.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述热处理步骤包括：

将所述衬底安放于装设有微波产生单元和所述至少一个微波吸收板的装置中，所述微波产生单元用以产生微波；

将所述微波吸收板暴露于所述微波，以加热所述微波吸收板；以及

利用经加热的所述微波吸收板间接加热所述衬底上的所述含金属组合物。

17.根据权利要求16所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述微波产生单元产生10瓦到500瓦的所述微波。

18.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述热处理步骤进行3秒到1分钟。

19.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，所述热处理步骤是在氧气、氮气或其混合物的氛围下进行。

20.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，用所述含金属组合物涂布所述衬底是利用选自以下的任何方法进行：旋涂法、滚涂法、喷涂法、浸涂法、淋涂法和刮刀法。

21.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，用所述含金属组合物涂布所述衬底是利用选自以下的任何方法进行：滴涂法、喷墨印刷法、胶版印刷法、网版印刷法、移印法、凹板印刷法、柔性版印刷法和平版印刷法。

22.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，用所述含金属组合物涂布所述衬底是通过将所述含金属组合物溶解于选自以下的溶剂中且将溶解于所述溶剂中的所述含金属组合物施加于所述衬底上来进行：水、醇、二醇、乙酸酯、醚、酮、脂肪烃、芳香烃和卤代烃。

23.根据权利要求11所述的形成金属薄膜的方法，其特征在于，在用所述含金属组合物涂布所述衬底期间，所述衬底包括选自玻璃、硅晶片、陶瓷和塑料的任一者。

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