CN107072600A - 具有宽线宽的导电图案及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种如下的方法：母模工具在其主表面上设置有墨图案。通过丝网印刷工艺形成墨图案。将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有为母模工具的墨图案的负像的压印图案的印模。压印图案用墨组合物着墨并与金属化表面接触以根据压印图案在基材的金属化表面上形成印刷图案。将印刷图案用作蚀刻掩模，蚀刻金属化表面，以在基材上形成导电迹线。

Description

具有宽线宽的导电图案及其生产方法
技术领域
本公开涉及具有带有宽线宽的导电图案的制品及其形成方法。
背景技术
常规丝网印刷工艺已用于在基材上制备金属图案，在该基材处导电浆料通过印刷板直接印刷到基材表面上以形成金属图案。
微接触印刷已用于在基材的表面上生成官能化分子的图案以形成图案化的自组装单层(SAM)。参见例如美国专利5,512,131(Kumar等人)。
发明内容
虽然通过常规丝网印刷工艺制成的具有导电图案的膜可包括具有宽线宽(例如，100微米或更大)的金属迹线，但是金属迹线的质量不稳定且对性能具有一定技术限制。因此，存在改善具有宽线宽(例如，30微米或更大)的导电迹线的大规模生产能力和质量的期望。
本文所述的一些实施方案提供可通过丝网印刷工艺制备的母模工具。本文所述的一些母模工具可提供具有至少10微米的浮雕高度和至少30微米的侧向尺寸的图案元件。通过常规光刻技术制备光阻材料图案(例如，在美国专利5,512,131中的硅上的光阻材料图案)以获得如在本公开中实现的如此高的浮雕高度和如此宽的侧向尺寸在技术上是困难的、耗时的和昂贵的。
简而言之，在一个方面，本公开描述了在基材上形成导电图案的方法。母模工具可在其主表面上设置有墨图案。可通过丝网印刷工艺形成墨图案。可将印模制作材料施加至母模工具的墨图案上以形成具有为墨图案的负像的压印图案的印模。压印图案的压印表面可用墨组合物着墨并与金属化表面接触以根据压印图案在该金属化表面上形成印刷图案。将印刷图案用作蚀刻掩模，蚀刻金属化表面，以形成导电迹线。
在一个实施方案中，方法包括将墨图案丝网印刷到母模工具的主表面上。墨图案包括延伸离开主表面的多个墨图案元件和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕。将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有压印图案的弹性印模。压印图案为母模工具的墨图案的负像。压印图案包括基础表面和延伸离开基础表面的一个或多个压印图案元件。压印图案元件对应于母模工具的压痕，并且压印图案元件中的每个压印图案元件具有压印表面。
在另一个实施方案中，提供了在基材上形成导电图案的方法。方法包括提供在其母模基材的主表面上具有墨图案的母模工具。墨图案包括延伸离开主表面的多个墨图案元件和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕。将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有压印图案的弹性印模。压印图案为母模工具的墨图案的负像。压印图案包括基础表面和延伸离开基础表面的一个或多个压印图案元件。压印图案元件对应于母模工具的压痕，并且压印图案元件中的每个压印图案具有压印表面。方法还包括用墨组合物着墨印模的压印表面。使印模的压印表面与基材的金属化表面接触，以将墨组合物从印模的压印表面转印到金属化表面并且在其上创建印刷图案。方法还包括将印刷图案用作蚀刻掩模，蚀刻金属化表面，以在基材上形成一条或多条导电迹线。
在本公开的示例性实施方案中获得各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点是本文所述的一些母模工具可提供具有至少10微米的浮雕高度和至少30微米的侧向尺寸的图案元件。通过常规光刻技术制备光阻材料图案以获得如在本公开中实现的如此高的浮雕高度和如此宽的侧向尺寸在技术上是困难的、耗时的和昂贵的。
示例性实施方案列表
以下列出示例性实施方案。应当理解，实施方案A至实施方案N和实施方案O至实施方案AA中的任一个可组合。
实施方案A.一种方法，该方法包括：
将墨图案丝网印刷到母模工具的主表面上，墨图案包括延伸离开主表面的多个墨图案元件和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕；以及
将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有压印图案的弹性印模，压印图案为母模工具的墨图案的负像，压印图案包括基础表面和延伸离开基础表面的一个或多个压印图案元件，压印图案元件对应于母模工具的压痕，并且压印图案元件中的每个压印图案元件具有压印表面。
实施方案B.根据实施方案A所述的方法，其中墨图案元件中的至少一个墨图案元件具有至少10微米的浮雕高度。
实施方案C.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中墨图案元件中的至少一个墨图案元件具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案D.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中墨图案元件中的至少一个墨图案元件具有0度至10度的拔模角度。
实施方案E.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中母模工具的压痕中的至少一个压痕具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案F.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中对墨图案进行丝网印刷进一步包括：提供在其上具有丝网图案的丝网，该丝网图案包括被构造为允许流体经过丝网的开口区域；将丝网定位成邻近母模工具的主表面；以及施加墨以经过丝网的开口区域，从而在母模工具的主表面上形成墨图案。
实施方案G.根据实施方案F所述的方法，其中提供丝网包括在丝网上提供光敏乳胶层，以及经由光掩模曝光光敏乳胶层以在其上显影丝网图案。
实施方案H.根据实施方案G所述的方法，其中光敏乳胶层包含包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、丙烯酸酯单体或它们的组合的光敏材料。
实施方案I.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中印模制作材料包括未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
实施方案J.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中母模工具包括玻璃基材。
实施方案K.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中压印表面中的至少一个压印表面具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案L.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中压印图案元件中的至少一个压印图案元件具有至少10微米的特征高度。
实施方案M.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中压印表面中的至少一个压印表面具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案N.一种弹性印模，其通过前述实施方案中任一项所述的方法产生。
实施方案O.一种在基材上形成导电图案的方法，该方法包括：
提供在其母模基材的主表面上具有墨图案的母模工具，墨图案包括延伸离开主表面的多个墨图案元件和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕；
将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有压印图案的弹性印模，压印图案为母模工具的墨图案的负像，压印图案包括基础表面和延伸离开基础表面的一个或多个压印图案元件，压印图案元件对应于母模工具的压痕，并且压印图案元件中的每个压印图案元件具有压印表面；
用墨组合物着墨印模的压印表面；
使印模的压印表面与基材的金属化表面接触，以将墨组合物从印模的压印表面转印到金属化表面并且在其上创建印刷图案；以及
将印刷图案用作蚀刻掩模，蚀刻金属化表面，以在基材上形成一条或多条导电迹线。
实施方案P.根据实施方案O所述的方法，其中提供母模工具进一步包括：提供在其上具有带有开口区域的丝网图案的丝网；施加墨以经过丝网的开口区域，从而在母模基材的主表面上形成墨图案；以及将墨图案干燥以形成母模工具。
实施方案Q.根据实施方案O或P所述的方法，其中压印图案元件中的至少一个压印图案元件具有至少10微米的特征高度。
实施方案R.根据实施方案O至Q中任一项所述的方法，其中压印表面中的至少一个压印表面具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案S.根据实施方案O至R中任一项所述的方法，其中导电迹线中的至少一条导电迹线具有至少30微米的侧向尺寸。
实施方案T.根据实施方案O至S中任一项所述的方法，其中母模工具包括玻璃基材。
实施方案U.根据实施方案O至T中任一项所述的方法，其中印模制作材料包括未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
实施方案V.根据实施方案O至U中任一项所述的方法，其中墨组合物包含官能化分子，其中官能化分子包含能够键合到基材的金属化表面的官能团。
实施方案W.根据实施方案O至V中任一项所述的方法，其中基材包括聚合物膜和设置于聚合物膜上的金属层。
实施方案X.根据实施方案W所述的方法，其中聚合物膜包含聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)或它们的组合。
实施方案Y.根据实施方案W或X所述的方法，其中金属层包括以下中的至少一种：铜、银、铝、金以及它们的组合。
实施方案Z.一种在基材上的导电图案，其通过实施方案O至Y中任一项所述的方法形成。
实施方案AA.一种包含实施方案Z的导电图案的葡萄糖测试条。
已经对本公开的示例性实施方案的各个方面和优点进行了汇总。上文的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明使用本文所公开的原理的某些优选的实施方案。
附图说明
结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1是示出根据一个实施方案在基材上形成导电图案的方法的流程图。
图2是示出根据一个实施方案形成具有墨图案的母模工具的方法的流程图。
图3是根据一个实施方案提供具有丝网图案的丝网的示意图。
图4是根据一个实施方案形成母模工具的示意图。
图5是根据一个实施方案形成印模的示意图。
图6是根据一个实施方案在基材上形成导电图案的示意图。
图7是根据实施例1在透明基材上具有宽线宽的导电图案的图像。
图8是实施例1的玻璃母模的图像。
图9是根据实施例1用于定位玻璃母模和产生PDMS印模的浅盘的图像。
在这些附图中，类似的附图标号表示类似的元件。虽然可不按比例绘制的以上附图阐述了本公开的各种实施方案，但还设想如在具体实施方式中所指出的其它实施方案。在所有情况下，本公开都通过示例性实施方案的表示而非通过表述限制来描述当前公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可设计出许多其它修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
本公开描述了在基材上具有宽线宽(例如，30微米或更大)的导电图案及其形成方法。母模工具在其主表面上设置有墨图案。通过丝网印刷工艺形成墨图案。将印模制作材料施加至母模工具的主表面上以形成具有为母模工具的墨图案的负像的压印图案的印模。压印图案的压印表面用墨组合物着墨并与金属化表面接触以根据压印图案在金属化表面上形成印刷图案。使用印刷图案作为蚀刻掩模，蚀刻金属化表面，以形成导电迹线。
图1是示出根据一个实施方案在基材上形成导电图案的方法100的流程图。在110处，将墨图案丝网印刷到母模工具的主表面上。在一些实施方案中，母模工具可包括例如玻璃基材。墨图案由丝网印刷工艺诸如，例如图2中所示的方法200来形成，这将在下面进一步描述。然后方法100前进至120。
在120处，通过将印模制作材料施加至母模工具的主表面上的墨图案来形成印模。印模具有为墨图案的负像的印模图案。在一些实施方案中，印模制作材料可包括一种或多种聚合物材料。在一些实施方案中，可通过将未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)施加至母模工具并且然后进行固化来对着母模工具对印模进行模制。然后方法100前进至130。
在130处，用墨组合物着墨印模图案的压印表面。在一些实施方案中，墨组合物可包括官能化分子，其包括被选择用于键合到金属化表面的官能团。然后方法100前进至140。
在140处，压印表面与金属化表面接触以在金属化表面上创建印刷图案。在一些实施方案中，印模被定位并与金属化表面接触，并且墨的图案可从印模的压印表面转印到金属化表面，以在金属化表面上形成图案化的自组装单层(SAM)。然后方法100前进至150。
在150处，通过将印刷图案用作蚀刻掩模蚀刻金属化表面来在基材上形成导电迹线。在一些实施方案中，金属化表面可是设置于基材上的导电层。可将图案化的SAM用作蚀刻掩模来蚀刻导电层。可通过蚀刻来除去导电层的曝光部分，并且导电层的保留部分可显露为在基材上形成导电图案的导电迹线。
图2是示出形成母模工具诸如，例如，图1的方法100中所使用的母模工具的方法200的流程图。在210处，丝网在其上设置有丝网图案。丝网图案包括允许流体经过丝网的开口区域。在一些实施方案中，可将光敏乳胶层涂覆到丝网的网孔结构上，并且可通过光掩模使光敏乳胶层曝光以形成预定图案。可洗掉光敏乳胶层的未曝光区域以形成开口区域。然后方法200前进至220。
在220处，将丝网定位成邻近母模基材的主表面。在一些实施方案中，母模基材可为例如玻璃基材。然后方法200前进至230。
在230处，施加墨以经过丝网的开口区域，从而在母模基材的主表面上形成墨图案。在一些实施方案中，墨可为例如陶瓷高温墨，其可在固化或干燥后牢固地附着到玻璃基材。然后方法200前进至240。
在240处，将墨图案干燥以形成母模工具。在一些实施方案中，墨图案可包括延伸离开母模基材的主表面的墨图案元件和在相应邻近墨图案元件之间形成的一个或多个压痕的布置。在一些实施方案中，在母模工具上形成的压痕中的至少一个具有至少30微米的侧向尺寸和至少10微米的深度。
图3是根据一个实施方案提供具有丝网图案的丝网的示意图。丝网10包括框架12和安装在框架12上的网孔结构14。在一些实施方案中，网孔结构14可由例如由不锈钢制成的线材织造。网孔结构14可具有例如100至1000的网孔数。将乳胶层16施加至网孔结构14。在一些实施方案中，乳胶层16可包含包括例如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、丙烯酸酯单体或它们的组合的光敏材料。例如，乳胶层16的厚度可为例如5微米至100微米、10微米至50微米或15微米至30微米。通过光掩模5将乳胶层16曝光于例如UV光，以形成预定图案。曝光区域17a可被固化并且未曝光区域可由已知清洁剂洗掉以形成开口区域17b。经固化的区域17a和开口区域17b形成丝网图案17。应当理解，具有丝网图案17的丝网10可使用适当材料通过任何适当工艺来形成。
图4是根据一个实施方案形成母模工具20的示意图。将图3的丝网10定位成邻近母模基材22的主表面21。主表面21可具有例如小于50微米、小于10微米、小于2微米、小于0.5微米或小于0.1微米的表面粗糙度。将墨6施加至丝网10，并且刮板7以预定角度、预定速度和预定压力被引导穿过丝网10，以挤压墨6经过丝网10的开口区域17b，从而在母模基材22上形成墨图案24。在一些实施方案中，可在母模基材22上固化或干燥墨6以形成墨图案24。在一些实施方案中，母模基材22的主表面21可用化学品改性以改善墨图案24和母模基材22之间的粘结。在一些实施方案中，母模基材22可为例如具有大体平的表面的玻璃基材，并且墨6可为例如陶瓷高温墨，其可在例如约700℃的温度下固化或干燥之后牢固地附着到玻璃基材。应当理解，可使用用于母模基材22和墨6的材料的任何适当组合，只要墨图案24可形成在其主表面21上。
墨图案24包括延伸离开主表面21的墨图案元件24a的布置，和在相应邻近的图案元件24a之间形成的压痕24b的布置。墨图案元件24a各自可具有例如至少10微米、至少30微米、至少50微米、介于30微米和1mm之间或介于50微米和800微米之间的侧向尺寸。墨图案元件24a各自可具有相对于主表面21的例如至少5微米、至少10微米、至少20微米、介于10微米至100微米之间或介于10微米至50微米之间的浮雕高度。在一些实施方案中，墨图案元件24a可具有相对于主表面21的例如0度至10度或0.5度至5度的拔模角度或侧壁角度。压痕24b各自具有底部表面26，其是母模基材22的主表面21的曝光部分。压痕24b各自可具有例如至少10微米、至少30微米、至少50微米、介于30微米和1mm之间或介于50微米和800微米之间的侧向尺寸。压痕24b各自可具有对应于墨图案元件24a的相应浮雕高度的深度。压痕24b的深度可为例如至少5微米、至少10微米、至少20微米、介于10微米和100微米之间或介于10微米和50微米之间。
本文所述的母模工具可在其上提供墨图案，其包括墨图案元件和压痕的布置，该压痕具有相对较宽的侧向尺寸(例如，30微米或更大)和相对较大的浮雕高度或深度(例如，10微米或更大)。在通过常规光刻技术制备的母模工具上的光阻材料图案通常具有窄得多的侧向尺寸(例如，10微米或更小)和低得多的浮雕高度(例如，1微米或更小)。
图5是根据一个实施方案形成印模30的示意图。图4的母模工具20可放置在，例如，如图9所示的浅盘的内部。印模制作材料32的层被分配到墨图案24上以形成墨图案24的负像。印模制作材料32的层可通过固化而硬化以形成印模30。印模30包括基础表面35和延伸离开基础表面35的图案元件36的布置。基础表面35可为大体平的。在一些实施方案中，印模30可是单块的弹性体材料，并且在其它实施方案中，可包括由任选的加固背衬层支撑的图案元件36。在印模30的基础表面35上的图案元件36的阵列形成压印图案34，其可根据预期的微接触印刷应用而广泛变化，并且可包括例如元件的规则或不规则的图案，诸如线、点、多边形等。
印模制作材料32可包括一种或多种聚合物材料，其包括例如均聚物、共聚物等。适合用于印模30的制造的聚合物材料可包括例如硅氧烷、聚氨酯、乙烯丙烯二烯M-类(EPDM)橡胶，以及可商购获得的柔性版印刷板材料(例如，可以商品名Cyrel从特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE)商购获得的那些)。印模可由复合材料制成，该复合材料包括例如，在压印表面136上与织造纤维增强件或非织造纤维增强件组合的弹性体材料。
聚二甲基硅氧烷(PDMS)特别可用作印模材料，因为其为弹性体的，并具有低表面能(这使得易于从大多数基材除去印模)。可用的可商购获得的制剂以商品名Sylgard 184PDMS购自密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow Corning,Midland,MI)。例如，通过把未交联的PDMS聚合物分配到图案化模具(诸如，例如墨图案24)中或者对着图案化模具进行分配，之后进行固化，由此可形成PDMS印模。用于模制弹性印模的母模工具可通过如以上图4所示的工艺形成。弹性印模可通过将未固化的PDMS施加至母模工具20并且然后进行固化来对着母模工具20进行模制。
在基础表面35上的阵列中的图案元件36可以其形状、取向和大小来描述。图案元件36各自包括压印表面136，其根据如图4所示的母模工具20上的压痕24b的底部表面26形成。压印表面136驻留在基础表面35上方的高度h，且具有侧向尺寸w。在一些实施方案中，侧向尺寸w可为例如至少10微米、至少30微米、至少50微米、介于30微米和1mm之间或介于50微米和800微米之间。高度h可为例如至少5微米、至少10微米、至少20微米、介于10微米和100微米之间或介于20微米和50微米之间。邻近图案元件36之间的间距l可为例如至少10微米、至少30微米、至少50微米、介于30微米和1mm之间或介于50微米和800微米之间。
图案元件36可占据基础表面35的全部或仅一部分。在一些实施方案中，用于微接触印刷的图案元件36的阵列可覆盖例如在印模30的基础表面35上的大于100cm2、大于400cm2或大于1000cm2的面积。在一些实施方案中，图案元件36可形成“微图案”，例如压印图案34，其在该应用中可是指例如点、线、填充形状或它们的组合的布置。在一些实施方案中，图案元件36可包括可形成二维网络(例如，网孔或回路)的可是直的或弯曲的迹线。
图6是根据一个实施方案在基材上形成导电图案的示意图。包括官能化分子的墨40驻留在印模30的压印表面136上。墨40中的官能化分子可包括被选择用于键合到基材60上的材料表面62的官能团。印模30被定位并开始与材料表面62接触，并且压印表面136保持对着材料表面62的第一部分65。墨40中的官能化分子保持对着材料表面62以允许官能团键合到其上。然后，除去压印表面136，并且保留在材料表面62上的墨可化学键合到表面并根据压印表面136的形状和尺寸在材料表面62的第一部分65上形成自组装单层(SAM)50。与第一部分65接续的材料表面62的部分67保持不含SAM 50。这样，墨40的图案可从印模30上的压印表面136转印到基材60的材料表面62。转印的图案被示出为印刷图案64，其包括SAM 50的布置且对应于印模30的压印图案34。
在图6的实施方案中，材料表面62可为基材60的金属化表面。材料表面62可通过例如提供导电层到基材的表面62上而形成。用于支撑SAM 50的导电层62可包括例如金、银、钯、铂、铑、铜、镍、铁、铟、锡、钽、铝以及这些元素的混合物、合金和化合物。应当理解，导电层可包括任何合适的导电材料。在一个实施方案中，导电层可包括复合材料例如金属填充的聚合物。在基材60上的导电层可为任何厚度，诸如，例如，从约10纳米(nm)至约100微米。导电层可使用任何便利的方法沉积，例如溅射、蒸镀、化学气相沉积或化学溶液沉积(包括无电镀)。
在一些实施方案中，材料表面62可为设置于基材60上的涂层。涂层的材料可包括例如元素金属、金属合金、金属间化合物、金属氧化物、金属硫化物、金属碳化物、金属氮化物，以及它们的组合。
选择材料表面62和墨40，由此使得在其中的官能化分子包括键合到基材60上的材料表面62的官能团。官能团可驻留在官能化分子的物理末端以及以分子物质可形成SAM 50的方式可用于与材料表面26形成化学键的分子的任何部分，或当分子参与SAM形成时保持曝光的分子的任何部分。在一些实施方案中，墨40中的官能化分子可被看作具有由隔离物部分隔开的第一终端和第二终端，第一终端包括被选择用于键合到材料表面62的官能团，并且第二末端基团任选地包括被选择用于在具有期望的曝光官能团的材料表面62上提供SAM 50的官能团。分子的隔离物部分可被选择用于提供特定厚度的所得SAM 50，以及有利于SAM 50的形成。虽然本文所述的实施方案中的SAM 50的厚度可变化，但SAM 50通常优选具有小于约5纳米的厚度的SAM 50，更优选具有小于约3纳米的厚度的SAM 50，并且更优选具有小于约1.5纳米的厚度。这些尺寸通常由分子物质的选择并且特别是其隔离物部分决定。
在一些实施方案中，在基材60上的材料表面62上形成的SAM 50可在此类形成后针对各种目的进行改性。例如，墨40中的官能化分子可沉积于SAM 50中的材料表面62上，官能化分子具有包括可被除去以实现SAM 50中的进一步改性的保护基的曝光官能团。作为另外一种选择，可在墨40中的官能化分子的曝光部分上提供反应性基团，其可通过电子束平版印刷、x射线平版印刷或任何其它辐射来激活或去激活。此类保护和去保护可有助于现有表面结合SAM 50的化学改性或物理改性。
在一些实施方案中，涂层62的材料和用于墨40中的官能化分子的官能团的组合可包括，例如：(1)金属诸如金、银、铜、镉、锌、钯、铂、汞、铅、铁、铬、锰、钨以及上述任何合金与含硫官能团诸如硫醇、硫化物、二硫化物等；(2)掺杂或未掺杂的硅与硅烷和氯硅烷；(3)金属氧化物诸如二氧化硅、氧化铝、石英、玻璃等与羧酸；(4)铂和钯与腈和异腈；以及(4)铜与异羟肟酸。墨40中的官能化分子上的另外合适的官能团包括酰氯、酸酐、磺酰基基团、磷酰基基团、羟基基团和氨基酸基团。另外的表面材料包括锗、镓、砷和砷化镓。另外，环氧化合物、聚砜化合物、塑料和其它聚合物可发现用作用于材料表面62的材料。
在一些实施方案中，在本文所述的实施方案中用于形成SAM 50的官能化分子作为包括一种或多种有机硫化合物的墨40被递送到印模30，如美国专利申请公布2010/0258968中所述。每种有机硫化合物优选地为能够在材料表面62的选定部分上形成SAM 50的硫醇化合物。硫醇(thiol)包括--SH官能团，并且也可被称作硫醇(mercaptan)。硫醇基团可用于在墨40中的官能化化合物的分子和材料表面62(例如金属表面)之间形成化学键。可用的硫醇可包括例如烷基硫醇和芳基硫醇。其它可用的有机硫化合物可包括例如二烷基二硫化物、二烷基硫化物、烷基黄原酸酯、二硫代磷酸酯和二烷基硫代氨基甲酸酯。
在一些实施方案中，墨40可包括烷基硫醇，诸如例如直链烷基硫醇：HS(CH2)nX，其中n是亚甲基单元数，并且X是烷基链的端基(例如，X＝--CH3、--OH、--COOH、--NH2等)。优选地，X＝--CH3。其它可用的官能团包括例如以下各项中所述的那些：(1)乌尔曼(Ulman)，“Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers(自组装单层的形成和结构)”，化学综述(Chemical Reviews)第96卷，第1533-1554页(1996)；和(2)洛夫(Love)等人，“Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form ofNanotechnology(作为纳米技术的一种形式的金属上硫醇盐的自组装单层)”，化学综述(Chemical Reviews)第105卷，第1103-1169页(2005)。
可用的烷基硫醇可是直链烷基硫醇(即直链的烷基硫醇)或支链的烷基硫醇，并且可是取代或未取代的。任选的取代基优选不干扰SAM的形成。可用的支链烷基硫醇的示例包括具有甲基基团的烷基硫醇，该甲基基团附接至直链烷基主链的每三个或每四个碳原子(例如植烷基硫醇)。可用的烷基硫醇内的中链取代基的示例包括醚基和芳环。可用的硫醇也可包括三维的环状化合物(例如1-金刚烷硫醇)。优选的直链烷基硫醇具有10至20个碳原子(更优选地12至20个碳原子；最优选地16个碳原子、18个碳原子或20个碳原子)。
合适的烷基硫醇可包括可商购获得的烷基硫醇(威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI))。优选地，墨溶液20主要由溶剂和有机硫化合物组成，其中杂质占墨溶液重量的小于约5％；更优选地小于约1％；甚至更优选地小于约0.1％。可用的墨20可包含溶于常用溶剂中的不同有机硫化合物的混合物，诸如例如烷基硫醇与二烷基二硫化物的混合物。
包括附接至芳环的硫醇基团的芳基硫醇也可用于墨40中。可用的芳基硫醇的示例包括二联苯硫醇和三联苯硫醇。二联苯硫醇和三联苯硫醇可在多个位置中的任何位置处被一个或多个官能团取代。可用的芳基硫醇的其它示例包括可被官能团取代或可未被官能团取代的并苯硫醇。在一些实施方案中，可用的硫醇可包括直链的共轭碳-碳键，例如双键或三键，并且可是部分或完全氟化的。
墨40可包括两种或更多种化学上相异的有机硫化合物。例如，墨可包括各自具有不同链长的两种直链烷基硫醇化合物。作为另一示例，墨40可包括具有不同尾基的两种直链烷基硫醇化合物。
虽然已经通过使用纯有机硫化合物给印模着墨的方式进行微接触印刷，但就直链烷基硫醇和PDMS印模来说，如果由溶剂基墨进行递送，则可更均匀地实现向印模递送有机硫化合物，并且印模溶胀较少。在一些实施方案中，墨40可包括多于一种溶剂，但最可用的配方仅需要包括单种溶剂。只用一种溶剂配制的墨可包含很少量的杂质或添加剂，例如稳定剂或干燥剂。
可用的溶剂优选与微接触印刷最常用的印模材料PDMS相容(即，它们不使PDMS过度溶胀)。在微接触印刷中，PDMS印模的溶胀可导致图案化特征结构变形和差的图案保真度。根据着墨的方法，过度的溶胀也可在给印模提供机械支撑方面呈现更显著的挑战。
酮可为用于墨溶液的合适溶剂。在一些实施方案中，合适的溶剂包括例如丙酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯等，以及它们的组合。丙酮是特别优选的溶剂。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)以至少约3毫摩尔(mM)的总浓度存在于溶剂中。如本文所用，“总浓度”是指所有溶解的有机硫化合物合计的摩尔浓度。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)可以任何总浓度存在，其中墨溶液基本上由单相组成。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)可以至少约5mM、至少约10mM、至少约20mM、至少50mM和甚至至少约100mM的总浓度存在。
印模30可使用在本领域中已知的方法用本文所述的实施方案的墨40“着墨”(例如，如在Libioulle等人“Contact-Inking Stamps for Microcontact Printing ofAlkanethiols on Gold(用于烷基硫醇在金上的微接触印刷的接触着墨印模)”，兰格缪尔(Langmuir)第15卷，第300-304页(1999)中所述)。在一种方法中，可用浸渍有墨40的涂敷器(例如，棉拭子或泡沫涂敷器)擦过印模30的压印表面136，之后进行干燥压印表面136上的溶剂。在另一方法中，压印表面136可压贴浸渍有墨溶液的“墨垫”，墨垫任选地为PDMS平板。在另一方法中，相对于印刷表面来说，可从印模背面用墨溶液装载印模。在后面的方法中，有机硫化合物扩散穿过印模30以到达用于印刷的浮雕图案化表面。在另一个实施方案中，印模30的浮雕图案化印刷面可浸入墨溶液中，之后取出并进行干燥(“浸着墨”)。
再次参考图6，材料表面62(例如，导电层)使用SAM 50作为蚀刻掩模进行蚀刻以除去曝光部分67。应当理解，导电层的曝光部分67的除去可通过任何适当工艺包括例如干蚀刻或润湿化学蚀刻来实现。在蚀刻后，导电迹线72形成在基材60上。导电迹线72对应于被SAM 50覆盖的导电层的第一部分65。
在一些实施方案中，导电迹线72中的至少一条导电迹线具有例如至少10微米、至少30微米、至少50微米、介于30微米和1mm之间或介于50微米和800微米之间的侧向尺寸。在基材60上的导电迹线72可为任何厚度诸如，例如，从约10纳米(nm)至约100微米。导电迹线72在基材60上形成导电图案70。保留的SAM 50可从基材60上洗掉以显露导电图案70。
基材60可包括例如聚合物膜、玻璃、硅晶片等。在一些实施方案中，基材60可是呈平纸片形式的聚合物膜并且具有待以卷对卷方式处理的足够柔性和强度。用作本文所述制品中的基材的聚合物膜有时被称为基底膜。所谓卷对卷，是指将材料卷绕到支撑件上或从其上退绕下，以及以某些方式进一步处理的工艺。进一步处理的示例包括涂覆、裁切(slitting)、冲切(blanking)以及曝光于辐射等。可将聚合物膜制成多种厚度，通常为在例如约5微米至1000微米的范围内。在一些实施方案中，聚合物膜厚度在25微米至500微米，或50微米至250微米，或75微米至200微米的范围内。卷对卷聚合物膜可以具有至少12英寸、24英寸、36英寸或48英寸的宽度。聚合物膜可包括例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)、聚碳酸酯、三乙酸纤维素等。在一些实施方案中，基材60可包括PET、PBT、PEN或它们的组合。
在一些实施方案中，基材60可是柔性基材，其中柔性基材材料可是聚合物膜，呈平纸片或幅材形式的聚合物材料，其具有待以卷对卷方式处理的足够柔性和强度。在一些实施方案中，聚合物膜幅材在施加来自印模的墨的表面上包括相对较薄的金属涂层。金属涂层可根据预期的应用而广泛变化，但应足够薄，由此使得幅材保持其如上所定义的柔韧性。
本文所述的一些实施方案提供可通过丝网印刷工艺制备的母模工具。本文所述的一些母模工具，例如图4中的母模工具20，可提供具有至少10微米的浮雕高度和至少30微米的侧向尺寸的图案元件。母模工具可用于形成印模，诸如例如图5中的印模30，其具有带有至少10微米的特征高度和至少30微米的侧向尺寸的一个或多个压印图案元件。本文所提供的一些印模可用于通过微接触印刷在基材上创建高质量印刷图案。例如，由于压印图案元件相对较高(例如，10微米或更大)，因此可有效地避免由于压印图案元件的变形而导致的可能的边缘模糊。相比之下，通过常规光刻技术制备光阻材料图案(例如，在美国专利5,512,131中的硅上的光阻材料图案)以获得如在本公开中实现的如此高的浮雕高度和如此宽的侧向尺寸在技术上是困难的、耗时的和昂贵的。使用具有相对较低的浮雕高度(例如，一微米或更小)的光阻材料图案，通过微接触印刷在具有宽线宽(例如，30微米或更大)的基材上产生迹线而不使迹线的边缘模糊在技术上将具有挑战性。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书的各处出现的表述诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，特定特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
实施例
一个或多个实施例仅是为了进行示意性的说明，并非旨在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管阐述本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值，但具体实施例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地包含某些误差，在它们各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。在最低程度上，并且不试图将等同原则的应用限制于权利要求书的范围的情况下，至少应根据所报告的有效数位并通过应用惯常的舍入技术来解释每一个数值参数。
实施例1
如图7所示，在其表面上具有银金属图案的示例性PET膜通过以下处理步骤制成：
(1)丝网设置有通过由不锈钢制成的线材织造的网孔结构。网孔结构具有65cm×75cm的大小，并且网孔数为400。将具有约20微米厚度的光敏乳胶涂覆到网孔结构上。光敏乳胶可从台湾的马蒂纳有限公司(Matina Co.,Taiwan)商购获得。将光敏乳胶曝光于UV光，以产生由待印刷的区域组成的图案开口。图案开口具有约0.4mm的最小线宽。
(2)将陶瓷高温墨经由步骤1的丝网丝网印刷到玻璃基材上，以形成具有如图8所示的墨图案的玻璃母模。玻璃基材具有205mm×195mm的大小和4.75mm至4.77mm的厚度。墨在约700℃的温度下干燥。干燥的墨图案具有约10微米至约12微米的厚度。
(3)将玻璃母模放置在浅盘内部，如图9所示。未固化的PDMS的层被分配到玻璃母模的墨图案上以形成墨图案的负像。未固化的PDMS的层通过固化而硬化以形成PDMS印模。
(4)将包含硫醇的着墨材料涂覆到PDMS印模的压印表面上。着墨材料包含97％(干重)的1-十六碳硫醇并且可从阿法埃莎公司(Alfa Aesar)商购获得。银涂覆的PET膜(Dupont Melinex ST-504)通过PDMS印模进行印模，以在银涂覆的PET膜上形成SAM的图案。通过化学蚀刻剂蚀刻未涂覆的银以在PET膜上形成银迹线。银迹线各自具有约0.4mm的最小线宽。在PET膜上形成的导电图案的一部分在图7中示出。导电图案用于葡萄糖测试条。
虽然说明书详细描述了某些示例性实施方案，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同形式。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上给出的示例性实施方案。特别是，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。
此外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，如同各个单独的出版物或专利都特别地和单独地指出以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其它实施方案均在如下权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种方法，所述方法包括：
将墨图案丝网印刷到母模工具的主表面上，所述墨图案包括延伸离开所述主表面的多个墨图案元件，和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕；以及
将印模制作材料施加至所述母模工具的所述主表面上以形成具有压印图案的弹性印模，所述压印图案为所述母模工具的所述墨图案的负像，所述压印图案包括基础表面和延伸离开所述基础表面的一个或多个压印图案元件，所述压印图案元件对应于所述母模工具的所述压痕，并且所述压印图案元件中的每个压印图案元件具有压印表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述墨图案元件中的至少一个图案元件具有至少10微米的浮雕高度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述墨图案元件中的至少一个墨图案元件具有至少30微米的侧向尺寸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述墨图案元件中的至少一个墨图案元件具有0度至10度的拔模角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述母模工具的所述压痕中的至少一个压痕具有至少30微米的侧向尺寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所述墨图案进行丝网印刷进一步包括：提供在其上具有丝网图案的丝网，所述丝网图案包括被构造为允许流体经过所述丝网的开口区域；将所述丝网定位成邻近所述母模工具的所述主表面；以及施加墨以经过所述丝网的所述开口区域，从而在所述母模工具的所述主表面上形成墨图案。
7.根据权利要求6所述的方法，其中提供所述丝网进一步包括：在所述丝网上提供光敏乳胶层，以及经由光掩模曝光所述光敏乳胶层以在其上显影所述丝网图案。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光敏乳胶层包含包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、丙烯酸酯单体或它们的组合的光敏材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述印模制作材料包括未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述母模工具包括玻璃基材。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压印表面中的至少一个压印表面具有至少30微米的侧向尺寸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压印图案元件中的至少一个压印图案元件具有至少10微米的特征高度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压印表面中的至少一个压印表面具有至少50微米的侧向尺寸。
14.一种弹性印模，所述弹性印模通过前述权利要求中任一项所述的方法产生。
15.一种在基材上形成导电图案的方法，所述方法包括：
提供在其母模基材的主表面上具有墨图案的母模工具，所述墨图案包括延伸离开所述主表面的多个墨图案元件和在彼此邻近的相应墨图案元件之间形成的一个或多个压痕；
将印模制作材料施加至所述母模工具的所述主表面上以形成具有压印图案的弹性印模，所述压印图案为所述母模工具的所述墨图案的负像，所述压印图案包括基础表面和延伸离开所述基础表面的一个或多个压印图案元件，所述压印图案元件对应于所述母模工具的所述压痕，并且所述压印图案元件中的每个压印图案元件具有压印表面；
用墨组合物着墨所述印模的所述压印表面；
使所述印模的所述压印表面与所述基材的金属化表面接触，以将所述墨组合物从所述印模的所述压印表面转印到所述金属化表面并在其上创建印刷图案；以及
将所述印刷图案用作蚀刻掩模来蚀刻所述金属化表面，以在所述基材上形成一条或多条导电迹线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中提供所述母模工具进一步包括：提供在其上具有带有开口区域的丝网图案的丝网；施加墨以经过所述丝网的所述开口区域，从而在母模基材的所述主表面上形成所述墨图案；以及将所述墨图案干燥以形成所述母模工具。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述压印图案元件中的至少一个压印图案元件具有至少10微米的特征高度。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中所述压印表面中的至少一个压印表面具有至少30微米的侧向尺寸。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中所述导电迹线中的至少一条导电迹线具有至少30微米的侧向尺寸。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其中所述母模工具包括玻璃基材。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的方法，其中所述印模制作材料包括未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
22.根据权利要求15-21中任一项所述的方法，其中所述墨组合物包含官能化分子，其中所述官能化分子包含能够键合到所述基材的所述金属化表面的官能团。
23.根据权利要求15-22中任一项所述的方法，其中所述基材包括聚合物膜和设置于所述聚合物膜上的金属层。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述聚合物膜包含聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)或它们的组合。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述金属层包括以下中的至少一种：铜、银、铝、金以及它们的组合。
26.一种在基材上的导电图案，所述导电图案通过根据权利要求15-25中任一项所述的方法形成。
27.一种包含根据权利要求26所述的导电图案的葡萄糖测试条。
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