CN112218436B - 一种金属图案化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属图案化方法，涉及减材制造技术领域。其中，该金属图案化方法，包括：在金属表面上形成蚀刻掩模；将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，使液态金属对该区域内的金属进行腐蚀，在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域形成两者的合金反应物；通过施加蚀刻液消除在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域上形成的合金反应物，得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案。本发明通过利用化学性质活跃的液态金属首先对金属待蚀刻的区域进行腐蚀，降低该区域金属在整个金属上的一致性，使该区域内的金属更易与蚀刻液进行反应，从而提高化学蚀刻效率。

Description

一种金属图案化方法
技术领域
本发明属于减材制造技术领域，尤其涉及一种金属图案及金属图案化方法。
背景技术
蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术，其最早最为广泛的应用是在印刷电路板的制作，主要是在铜板/铝板上贴附掩模，然后将贴附掩模的基材置于蚀刻液中，从而通过蚀刻液与基材之间的化学反应，消除基材未被掩模所覆盖的区域，从而形成所需的线路。
上述传统的化学蚀刻工艺虽然在不断的发展进步，其制作成本已经得到了大范围的降低，但现有的蚀刻液对于基材的化学蚀刻大概需要20分钟的时间，即现有蚀刻工艺的制备效率仍然较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种金属图案化方法,以解决现有技术中传统蚀刻工艺的制备效率较低的问题。
在一些说明性实施例中，所述金属图案化方法，包括：在金属表面上形成蚀刻掩模；将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，使液态金属对该区域内的金属进行腐蚀，在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域形成两者的合金反应物；通过施加蚀刻液消除在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域上形成的合金反应物，得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案。
在一些可选地实施例中，所述液态金属包括镓单质和/或镓基合金。
在一些可选地实施例中，所述金属为铜箔或铝箔。
在一些可选地实施例中，所述蚀刻掩模不粘附液态金属；所述将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，具体包括：将液态金属涂覆至所述金属表面，使液态金属通过金属间浸润作用附着在所述金属表面，而不附着在蚀刻掩模表面。
在一些可选地实施例中，在所述得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案之后，还包括：去除所述蚀刻掩模，暴露出所述金属图案。
在一些可选地实施例中，所述蚀刻掩模通过贴附、喷涂、转印、打印、印刷或沉积的方式形成。
在一些可选地实施例中，所述蚀刻掩模为由碳粉形成的膜。
在一些可选地实施例中，所述蚀刻液中至少包含水。
在一些可选地实施例中，在所述金属表面上形成蚀刻掩模之前，还包括：将所述金属贴附在基底上。
在一些可选地实施例中，在所述将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域之前，还包括：去除所述金属表面的氧化物。
本发明的另一个目的在于提出一种金属图案，以解决现有技术中存在的问题。
在一些说明性实施例中，所述金属图案是利用上述任一项所述的金属图案化方法制得。
在一些可选地实施例中，所述金属图案可用于平面装饰或印刷电路板中的导电线路。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明通过利用化学性质活跃的液态金属首先对金属待蚀刻的区域进行腐蚀，降低该区域金属在整个金属上的一致性，使该区域内的金属更易与蚀刻液进行反应，从而提高化学蚀刻效率。
附图说明
图1是本发明实施例中的金属图案化方法的流程图；
图2是本发明实施例中的金属图案化方法的工艺示意图；
图3是本发明实施例中的金属图案化方法的流程图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
需要说明的是，在不冲突的情况下本发明 实施例中的各技术特征均可以相互结合。
本发明实施例中公开了一种金属图案化方法，如图1-2所示，图1为本发明实施例中的金属图案化方法的流程图；图2为本发明实施例中金属图案化方法的工艺示意图；该金属图案化方法，包括：
步骤S11、在金属基板1表面上形成蚀刻掩模2；
其中，该金属可以选用金属片材，如金属板、金属箔等，蚀刻掩模在该实施例中的作用主要为阻止液态金属接触蚀刻掩模所覆盖的区域，和/或，阻止蚀刻液接触蚀刻掩模所覆盖的区域。其中，金属可以选用铜、铝、锌等。具体地，金属箔可以通过涂覆、印刷、电镀、蒸镀、沉积等现有技术中的金属薄膜制备工艺形成。
步骤S12、将液态金属3涂覆至所述金属1表面未被所述蚀刻掩模2所覆盖的区域，使液态金属3对该区域内的金属进行腐蚀，在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域形成两者的合金反应物；
其中，液态金属是指呈液体状态的低熔点金属，例如镓单质、镓基合金、铋基合金等，该类金属在液体状态下可呈现较强的化学性质，尤其是在环境温度高于其自身熔点的情况下，温度越高其活性越强，越容易与其它金属发生合金化反应。优选地，液态金属可选用镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金，该类金属在常温环境中即可表现较强的活性，适用于本发明实施例中的腐蚀材料使用。其中，合金反应物例如铜镓合金、铝镓合金、锌镓合金、铜镓铟合金等。
步骤S13、通过施加蚀刻液消除在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域上形成合金反应物，得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案。
其中，蚀刻液可以仅选用水，或者选用酸性蚀刻液、碱性蚀刻液等，酸性蚀刻液例如传统的三氯化铁溶液，碱性蚀刻液例如传统的氢氧化钠溶液。除此之外，蚀刻液也可以选用包含弱酸、弱酸盐、弱碱、弱碱盐的缓冲溶液，该类缓冲溶液并不足以与金属基板之间发生反应，但可以与金属基板与液态金属的合金反应物发生反应，可降低对蚀刻掩模防水性的要求，同时也保障了所要留下的金属基板不会在蚀刻过程中消除；另一方面，缓冲溶液可充分消除液态金属表面上的氧化物，进一步保障液态金属与金属基板之间的合金化反应的充分，从而使所要去除的金属基板可以完全得到消除；缓冲溶液例如弱酸和它的盐(如HAc---NaAc)和弱碱和它的盐 (NH3·H2O---NH4Cl)的混合溶液。
本发明通过利用化学性质活跃的液态金属首先对金属待蚀刻的区域进行腐蚀，降低该区域金属在整个金属上的一致性，使该区域内的金属更易与蚀刻液进行反应，从而提高化学蚀刻效率。
进一步的，本发明实施例中的步骤S11在金属表面上形成蚀刻掩模的方式可以采用贴附、喷涂、打印、转印、印刷或沉积等方式实现，例如直接选用具有特定图案的PI、PET、PSG材料的片状掩模，除此之外也可以选用现有技术中其它可阻隔液态金属与金属接触的其它材料。再例如，利用涂层材料通过打印、印刷、转印、喷涂、沉积等方式在金属表面形成特定图案的涂层掩模，该涂层材料可以选用碳粉、漆料、胶膜等材料形成。
进一步的，本发明实施例中的步骤S12中将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，可以具体包括：将液态金属整体涂覆在金属基材的表面，液态金属与未被蚀刻掩模遮挡的区域之间通过金属间的浸润作用实现附着，并与该区域内的金属基材进行合金化反应，而被蚀刻掩模遮挡的区域则由于蚀刻掩模的阻隔使液态金属无法接触该区域的金属基材，从而不会对该区域内的金属基材形成腐蚀。
优选地，所述蚀刻掩模选用不粘附液态金属的材料形成，因此在该实施例中通过整体涂覆至金属基材表面的液态金属只会附着在未被蚀刻掩模所遮挡的区域，而不会附着在蚀刻掩模上。
可选地，在步骤S13中得到与蚀刻掩模的形状一致的金属图案后，可将蚀刻掩模从金属图案上去除，从而使位于蚀刻掩模下的金属图案暴露出来。
可选地，在步骤S12中将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域之前，可首先去除金属基材表面的氧化物或者仅去除未被蚀刻掩模所覆盖的区域上的氧化物，以降低氧化物对于液态金属与金属基材之间合金化反应的影响，实现两者的充分合金化。
可选地，本发明实施例中的金属基材可选用复合基材，该复合基材的一面为金属基材。在另一些实施例中，亦可以通过在基底上通过贴附、印刷、沉积等方式构造出该复合基材。该实施例中的复合基材可选用2层及2 层以上结构的复合基材，例如选用2层结构的复合基材，即包括基底层和金属层；例如选用2层以上结构的复合基材，即包括基底层和金属层、以及位于基底层和金属层之间至少一层的功能层，该功能层可以为易脱离层、防水层、粘接层等等。优选地，复合基材可选用电化铝。进一步的，本发明还提出了一种优选实施例，该实施例中金属基材选用覆铝基板，液态金属选用镓铟锡合金，蚀刻液选用水，蚀刻掩模选用碳粉，该方法流程包括：
步骤S21、提供一热转印纸；
步骤S22、在热转印纸的转印面上激光打印碳粉层，该碳粉层用以形成蚀刻掩模，与蚀刻掩模呈镜像对称结构；
步骤S23、利用热转印的方式将热转印纸上的碳粉层转移至覆铝基板的金属面上，在金属表面形成蚀刻掩模；
步骤S24、将液态金属印刷至覆铝基板的整个金属面，使液态金属附着在未被蚀刻掩模所覆盖的区域，并在该区域形成铝镓合金，而不在蚀刻掩模上附着；
步骤S25、将步骤S24处理后的覆铝基板置于水中，由于铝镓合金与水的反应消耗，消除未被蚀刻掩模所覆盖的区域的金属，获得金属图案。
该实施例中液态金属参与与金属铝的合金化反应，而在铝镓合金与水的反应后又会生成该液态金属，也就是说液态金属在整个制备过程中是作为催化剂使用，在合理使用的情况下几乎不会消耗，可回收重复使用。再有，在铝镓合金与水的反应中的产物为液态金属和氧化铝，两者性质差异较大，液态金属易于提取回收。再有，铝镓合金与水的反应较快，可将蚀刻速率从传统的20-30分钟提升至2-5分钟内完成，极大的提升了金属图案的制备效率。
另一方面，蚀刻液可仅选用水，相比传统的蚀刻液而言，水成本更低，也更易获取，并且整个反应中无有害物质、有害气体产生，比传统的蚀刻方式更加绿色环保。
本发明实施例中的金属图案化方法不仅适用于平面或曲面的金属装饰品的制造，尤其适合电子电路、电气器件的快速且环保制造。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种金属图案化方法，其特征在于，包括：
在金属表面上形成蚀刻掩模；
将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，使液态金属对该区域内的金属进行腐蚀，在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域形成两者的合金反应物；
通过施加蚀刻液消除在未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域上形成的合金反应物，得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案。
2.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，所述液态金属包括镓单质和/或镓基合金。
3.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，所述金属为铜箔或铝箔。
4.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，所述蚀刻掩模不粘附液态金属；
所述将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域，具体包括：
将液态金属涂覆至所述金属表面，使液态金属通过金属间浸润作用附着在所述金属表面，而不附着在蚀刻掩模表面。
5.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，在所述得到与所述蚀刻掩模的形状一致的金属图案之后，还包括：去除所述蚀刻掩模，暴露出所述金属图案。
6.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，所述蚀刻掩模为由碳粉形成的膜。
7.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，所述蚀刻液中至少包含水。
8.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，在所述金属表面上形成蚀刻掩模之前，还包括：
将所述金属贴附在基底上。
9.根据权利要求1所述的金属图案化方法，其特征在于，在所述将液态金属涂覆至所述金属表面未被所述蚀刻掩模所覆盖的区域之前，还包括：
去除所述金属表面的氧化物。
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