CN102108505A - 基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法 - Google Patents

基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法。是通过丝网印刷惰性油墨图案的方式，定点选择性地在聚酰亚胺薄膜基材上进行表面分子改性的处理后进行离子注入；引入作为还原前驱体的金属离子；再通过金属还原、沉积得到所需要的金属图形。本发明方法的有益效果为：1.本发明方法是一种新型的能直接在聚酰亚胺膜上形成所需要的金属线路的方法，该法简便，现有的生产设备可直接应用该法用于生产金属线路，无需另外购置设备，易于推广和使用。2.固定投入少，生产周期短，易于大规模生产。3.本发明方法无有毒有害气体的产生，绿色环保，消耗能量低，符合低碳生产的要求。

Description

基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法
技术领域
本发明属于现代微电子技术领域，特别涉及一种基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法。
背景技术
在绝缘基材上制备金属线路图案是电子、光学、机械器件如显示器、生物传感器等的非常重要的一个生产步骤。现在成熟的制备图案化金属线路的方法，通常是通过光刻、电子束曝光、聚焦离子束曝光等技术在真空蒸发、溅射、电镀或无电镀沉积披覆而成的金属膜上获得相应的图案，然后再蚀刻而成。
但是随着微电子及半导体技术的发展，微电子器件特别是未来一代的大规模的集成电子器件进一步往小型化的方向发展，这就要求其内部元件的金属连接线路不但要越来越小，而且要求通过金属线路传递电信号时的传播延迟尽量的减少。因此，通常用来作为绝缘层的SiO2日益为有机材料特别是拥有极佳绝缘性能的聚合物所取代。
其中，聚酰亚胺由于其极佳的热、化学稳定性，易于光刻制版等特性，作为先进的芯片内互连的低介电常数绝缘材料而备受瞩目。在聚酰亚胺膜上镀覆金属线路也因此成为一个备受关注的课题。
为了在绝缘的聚酰亚胺膜上引入金属配线层，研究人员进行了各种各样的尝试。例如，在聚酰亚胺基材上用物理或化学的方法选择性地沉积金属膜(加成法)或蚀刻掉预制成的金属膜(减成法)；或者用激光诱导结合无电镀沉积的方法来获得金属膜。然而，这些方法仍然存在各种各样的缺陷，激光的照射会导致聚酰亚胺基材的分解；而现在常用的制备程序则受制于较高的生产成本：如涂覆抗蚀涂层再进行蚀刻的过程一方面要经历多次繁琐的光刻印刷步骤，另一方面也要消耗大量的能量。因此，一种能直接在聚酰亚胺膜上形成所需要的金属线路的方法亟待开发。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出一种简便的、易于大规模生产的、能直接在聚酰亚胺膜上形成所需要的金属线路的方法即基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法，是通过丝网印刷惰性油墨图案的方式，定点选择性地在聚酰亚胺薄膜基材上进行表面分子改性的处理后进行离子注入；引入作为还原前驱体的金属离子；再通过金属还原、沉积得到所需要的金属图形。
具体步骤如下：
1.在聚酰亚胺薄膜表面用耐碱油墨丝网印刷上所需金属线路的负相图形，烘干；
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把强碱试剂水溶液滴涂于薄膜表面，静置，用去离子水冲洗干净，所用强碱试剂是氢氧化钠或氢氧化钾，强碱试剂水溶液的重量百分浓度为为1～10mol/L；
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、浓度0.5～1.0mol/L的金属盐水溶液中浸泡20分钟，进行离子交换，所述金属盐为金、银、铜、镍或钯的盐；
4.金属还原：还原方式包括使用还原剂还原和光照还原两种，使用还原剂还原是将上述薄膜浸入还原剂水溶液，取出后即可得到金属线路图案，所述还原剂是采用二甲胺基甲硼烷、硼酸、硼氢化钠、甲醛或水合肼；还原剂水溶液的浓度为0.1mol/L～10mol/L，还原温度为20～80℃，还原时间为5min～2h；所述光照还原是采用紫外光光照还原，紫外光波长为300nm～400nm，光照强度为200mW cm-2～400mW cm-2，还原时间为10min～2h；
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
本发明方法的有益效果为
1.本发明方法是一种新型的能直接在聚酰亚胺膜上形成所需要的金属线路的方法，该法简便，固定投入少，生产周期短，易于大规模生产。
2.本发明方法所利用的印刷工艺在我国是非常成熟的生产工艺，现有的生产设备可直接应用该法用于生产金属线路，无需另外购置设备，易于推广和使用。
3.本发明方法工艺简单，无有毒有害气体的产生，绿色环保，消耗能量低，符合低碳生产的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。但需要说明的是：下述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
1.在聚酰亚胺薄膜表面用耐碱油墨丝网印刷上所需金属线路的负相图形，60℃，30分钟烘干。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把5mol/L的KOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.5mol/L的CuSO4溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜浸入50℃、0.1mol/L的二甲胺基甲硼烷溶液，10分钟后取出，即可得到金属铜线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例2
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把1mol/L的NaOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.8mol/L的Ag2SO4溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜浸入20℃、0.1mol/L的硼酸溶液，10分钟后取出，即可得到金属银线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例3
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把8mol/L的NaOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.5mol/L的NiSO4溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜浸入80℃、0.5mol/L的硼氢化钠溶液，5分钟后取出，即可得到金属镍线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例4
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把5mol/L的NaOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.5mol/L的AuCl3溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜浸入60℃、5mol/L的水合肼溶液，1h后取出，即可得到金属金线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例5
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把8mol/L的KOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.5mol/L的PdCl2溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜下浸入30℃、1mol/L的甲醛溶液，2h后取出，即可得到金属钯线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例6
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把10mol/L的NaOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.5mol/L的Ag2SO4溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜采用紫外光光照还原，紫外光波长为300nm，光照强度为200mW cm-2，还原时间为2h，即可得到金属银线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例7
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把5mol/L的NaOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、0.6mol/L的PdCl2溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜采用紫外光光照还原，紫外光波长为350nm，光照强度为300mW cm-2，还原时间为50min，即可得到金属钯线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由1.5wt％硫酸铜、8wt％酒石酸钠钾、1.5wt％氢氧化钠、52wt％甲醛和37wt％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。
实施例8
1.同实施例1的步骤1。
2.对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把3mol/L的KOH溶液滴涂于薄膜表面，静置10分钟，用去离子水冲洗干净。
3.对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、1.0mol/L的CuSO4溶液中浸泡20分钟。
4.金属还原：将上述薄膜采用紫外光光照还原，紫外光波长为400nm，光照强度为400mW cm-2，还原时间为10min，即可得到金属铜线路图案。
5.把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由1.5wt％硫酸铜、8wt％酒石酸钠钾、1.5wt％氢氧化钠、52wt％甲醛和37wt％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6.手工除去油墨。

Claims (1)

1.基于丝网印刷方法直接沉积金属线路图案的方法，其特征在于，通过丝网印刷惰性油墨图案的方式，定点选择性地在聚酰亚胺薄膜基材上进行表面分子改性的处理后进行离子注入；引入作为还原前驱体的金属离子；再通过金属还原、沉积得到所需要的金属图形；
具体步骤如下：
1)在聚酰亚胺薄膜表面用耐碱油墨丝网印刷上所需金属线路的负相图形，烘干；
2)对印刷好的聚酰亚胺薄膜表面进行改性：把强碱试剂水溶液滴涂于薄膜表面，静置，用去离子水冲洗干净，所用强碱试剂是氢氧化钠或氢氧化钾，强碱试剂水溶液的重量百分浓度为为1～10mol/L；
3)对已改性的薄膜表面进行离子交换：把上述薄膜置于50℃、浓度0.5～1.0mol/L的金属盐水溶液中浸泡20分钟，进行离子交换，所述金属盐为金、银、铜、镍或钯的盐；
4)金属还原：还原方式包括使用还原剂还原和光照还原两种，使用还原剂还原是将上述薄膜浸入还原剂水溶液，取出后即可得到金属线路图案，所述还原剂是采用二甲胺基甲硼烷、硼酸、硼氢化钠、甲醛或水合肼；还原剂水溶液的浓度为0.1mol/L～10mol/L，还原温度为20～80℃，还原时间为5min～2h；所述光照还原是采用紫外光光照还原，紫外光波长为300nm～400nm，光照强度为200mW cm-2～400mW cm-2，还原时间为10min～2h；
5)把金属线路加厚处理：把上述制得的金属线路常温下浸入由质量浓度1.5％硫酸铜、8％酒石酸钠钾、1.5％氢氧化钠、52％甲醛和37％蒸馏水组成的混合溶液，得到经过加厚的金属铜线路；
6)手工除去油墨。
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Assignee: GUANGZHOU PANYU YUNSHENG PCB CO., LTD.

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Record date: 20140519

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