CN112566365A - 一种金属网格膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属网格膜及其制备方法，一种金属网格膜包括基底材料以及固定在位于基底材料上侧的网格状的沟槽之中的导电线路，所述导电线路包括刮涂固化在沟槽底部的银线路以及电镀在银线路之上的铜线路，一种金属网格膜的制备方法包括a)纳米压印；b)刮涂银浆；c)银浆固化以及d)水电镀，本发明在微纳米压印‑填充法制备金属网格的技术基础上进行改良，先在基底材料上压印一层UV压印胶，并在胶面印制所需沟槽网格图案，再刮涂银浆填充沟槽，然后固化形成银线路，接着通过水电镀的方式在银线路表面镀上铜线路，制备的金属网格膜具有线路厚度薄，摩尔纹干涉轻，视觉效果好，制作成本低廉，无环境污染以及无黄光制程侧蚀等优点。

Description

一种金属网格膜及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及导电膜的技术领域，特别是一种金属网格膜及其制备方法的技术领域。
【背景技术】
金属网格膜是一种透明导电膜，可用作电子白板、教育大电视和数字标牌等大尺寸触控产品的功能导电材料。
金属网格技术是一种利用银、铜等金属材料或氧化物在PET膜上压制或蚀刻出导电金属网格图案，从而通过感应触摸实现信号传输功能的技术。由于银、铜等金属材料具有较低的电阻率，因此，金属网格膜面电阻理论上最低可达到0.1Ω/□，导电性能非常优异。同时，由于银、铜等金属材料还具有出色的延展性，使得金属网格膜的耐弯折性也非常好，可应用于柔性折叠屏或弯曲屏领域之中。
目前金属网格膜制备方法有油墨印刷法、微纳米压印-填充法和黄光蚀刻法等。国内采用油墨印刷法制备金属网格膜的厂家有合力蓝沛。采用微纳米压印-填充法制备金属网格膜的厂家有欧菲光和苏大维格。其中，欧菲光和苏大维格选用银做原材料，而合力蓝沛选用压印铜做原材料。国内采用黄光蚀刻法制备金属网格膜的厂家有无锡变格和青岛正海等，这两家厂家均采用铜膜蚀刻出网格线路图案的工艺。
油墨印刷法受限于印刷工艺水平，金属网格图案线宽较粗，通常大于10um，这样会导致在高像素(通常大于200ppi)下摩尔干涉纹非常明显。油墨印刷法制得的金属网格膜相对于其他透明导电膜，如ITO和纳米银等透明导电膜，只能以低价方式应用于中低端产品。
为了降低金属网格膜中摩尔纹干涉问题，人们需要降低金属网格图样的线宽。变革和正海等厂家使用的黄光蚀刻制程，可以将线宽缩减到3～5um。但是黄光制程也有明显的缺点：(1)黄光微影制程较为复杂、精细，成本比压印方式要高得多，且产生的化学废水对环境污染大；(2)黄光蚀刻需要特定的铜蚀刻液，并且当线宽较细时，会发生侧蚀现象，导致线路边部有锯齿状，而当线宽达到5um以下时，侧蚀会越发严重，对蚀刻工艺的要求也就随之越高。因此，目前3um已经是蚀刻工艺的瓶颈；(3)越细的线宽，网格的阻值越高，对下游的控制IC芯片便提出更高的灵敏度要求。
而欧菲光和苏大维格所使用的微纳米压印-填充法是基于纳米压印沟槽填充银线的工艺。此种方法可以制得较为精细的金属网格图案，但摩尔纹干涉问题仍未能得到很好地解决，且由于银自身活泼的物质属性，还会使触控产品有寿命隐忧。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种金属网格膜及其制备方法，所制备的金属网格膜具有线路厚度薄，摩尔纹干涉轻，图案规则清晰，视觉效果好，制作成本低廉，无环境污染以及无黄光制程侧蚀等优点。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种金属网格膜，包括基底材料以及固定在位于基底材料上侧的网格状的沟槽之中的导电线路，所述导电线路包括刮涂固化在沟槽底部的银线路以及电镀在银线路之上的铜线路。
作为优选，所述基底材料的上侧设有压印胶层，所述压印胶层的顶面设有网格状的沟槽。
一种金属网格膜的制备方法，包括如下步骤：
a)纳米压印：首先，在基底材料的上表面涂覆UV压印胶，再在UV压印胶的上表面处压印带有网格图案的模板并UV固化，从而在基底材料之上形成上表面带有网格状的沟槽的压印胶层，得到压印坯材；
b)刮涂银浆：将银浆刮涂进步骤a)中所制备的压印坯材的沟槽之中，得到刮涂坯材；
c)银浆固化：烘干步骤b)中所制备的刮涂坯材，直至银浆固化并形成银线路，得到固化坯材；
d)水电镀：将步骤c)中所制备的固化坯材进行铜电镀，从而在银线路之上电镀形成铜线路，得到成品。
作为优选，在步骤a)中，所述基底材料为PET膜。
作为优选，在步骤a)中，所述沟槽的深度为1～8μm，所述沟槽包括位于边缘的引线沟槽部以及位于引线沟槽部中间的可视区沟槽部，所述引线沟槽部的线宽为3～10mm，所述可视区沟槽部的线宽为3～10μm。
作为优选，在步骤a)中，所述UV压印胶为丙烯酸酯类、乙烯基醚类、环氧树脂类或硫醇/烯类UV压印胶。
作为优选，在步骤b)中，所述银浆为银环氧树脂。
作为优选，在步骤b)中，所述银浆填充进沟槽之中的填充深度为0.3～3μm。
作为优选，在步骤c)中，采用循环热风烘干，烘干温度为80～150℃，烘干时间为20～40min。
作为优选，在步骤d)中，铜电镀厚度为0.5～4μm。
本发明的有益效果：本发明在微纳米压印-填充法制备金属网格的技术基础上进行改良，先在基底材料上压印一层UV压印胶，并在胶面印制所需沟槽网格图案，再刮涂银浆填充沟槽，然后固化形成银线路，接着通过水电镀的方式在银线路表面镀上铜线路，所制备的金属网格膜具有线路厚度薄，摩尔纹干涉轻，图案规则清晰，视觉效果好，制作成本低廉，无环境污染以及无黄光制程侧蚀等优点。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是金属网格膜的结构示意图；
图2是沟槽的主视图；
图3是刮涂银浆的操作示意图；
图4是铜电镀的操作示意图。
图中：1-基底材料、2-压印胶层、21-沟槽、211-引线沟槽部、212-可视区沟槽部、3-银线路、4-铜线路、5-银浆、6-刮板、7-电镀槽、8-直流整流器。
【具体实施方式】
纳米压印：
首先，采用单晶硅材料作为模板，并使用电子束曝光方式在模板上制作出所需要金属网格图案。由于电子的衍射极限远小于光子，因此分辨率非常高(最高可达2nm)。接着，在基底材料1的上表面整幅涂覆UV压印胶。然后，将模板压在UV压印胶的上表面处，利用加压的方式使图案转移到压印胶面上，形成一个个图案的沟槽21。再UV照射固化，得到压印坯材。
其中，模板由多个单元模具集合而成，高度为1～10um。由于纳米压印的精度与模板的精度直接相关，因此模板制作非常重要。
基底材料为PET膜。
UV压印胶要求与PET材料结合良好，有较好的热温度性和优良的抗蚀刻性。UV压印胶采用丙烯酸酯类、乙烯基醚类、环氧树脂类或硫醇/烯类UV压印胶。
参阅图2，沟槽21的深度为1～8μm，沟槽21包括位于边缘的引线沟槽部211以及位于引线沟槽部211中间的可视区沟槽部212，引线沟槽部211的线宽为3～10mm，而可视区沟槽部212的线宽为3～10μm。引线沟槽部211并不影响视觉效果。
图2只是用简单的示意图表示沟槽21的大致结构、形状，具体引线沟槽部211和可视区沟槽部212的结构、形状是根据产品需要进行定制化设计的。
刮涂银浆：
参阅图3，将银浆5放置在沟槽21的边侧，再利用刮板6，将银浆5刮涂进压印坯材的沟槽21之中，得到刮涂坯材。
银浆5为银环氧树脂。银环氧树脂主要由银或其化合物、助熔剂、粘合剂和稀释剂配制而成。
银浆5填充进沟槽21之中的填充深度为0.3～3μm。
如何清理干净沟槽21之外的残余银浆5一直是一个难点。在本发明中，为了最大程度地使银浆5填充进沟槽21中，且保持沟槽21之外无残留，需要在基底材料1和印刷工作平台之间加上软衬垫。软衬垫选择橡胶垫和硅胶带等软质材料。此外，在利用刮板6刮涂银浆5时，需要调整合适的刮板角度、刮板压力和刮涂速度。
银浆固化：
将所制备的刮涂坯材放入烤箱，采用循环热风烘干的方式进行烘干，使银浆固化并形成银线路3，得到固化坯材。
由于银浆的固化要求较高，综合考虑基底材料1、银浆5和UV压印胶等因素，最佳烘干温度为80～150℃，最佳烘干时间为20～40min。
水电镀：
首先，将固化坯材做一些前处理，具体包括酸性去油、微蚀增加镀层附着力以及浸酸去除铜面氧化膜等。参阅图4，随后，将所制备的固化坯材置入电镀槽7中进行水电镀作业，使设有银线路3的位置处逐渐电镀上一侧薄薄的铜层，并形成铜线路4。在电镀完后，再水洗烘干，得到成品。成品的结构参阅图1。
水电镀是一种电化学反应，也是一种氧化还原反应。在本发明中，采用铜棒作为阳极，采用固化坯材上的银线路3作为阴极。将阳极和阴极放置于电镀液中，再接通直流电源，即可发生电化学反应。
阳极应采用磷铜，而不是电解铜或无氧铜。这是由于采用电解铜或无氧铜做阳极时，会导致铜粉、阳极泥较多，使电镀液中的铜离子浓度逐步升高，进而导致电镀反应难以控制。此外，由于在电镀反应时，阳极会产生阳极膜，因此阳极还需装阳极袋(PP材质)作为保护套，使阳极膜碎屑和碎铜粒等杂质不掉入电镀槽7之中。
电镀液由水、硫酸铜(CuSO45·H2O)、硫酸(H2SO4)、氯离子(Cl-)及添加剂组成。其中，硫酸铜的作用是提供电镀所需Cu2+及提高导电能力；硫酸的作用是提高电镀液的导电能力，从而提高电镀均匀性；氯离子的作用是帮助阳极溶解，利于铜的析出和结晶；添加剂的作用是改善镀铜层的结晶细密性。
电化学反应的机理如下：
①阳极处主反应Cu-2e-→Cu2+
②阴极处主反应Cu2++2e-→Cu
Figure BDA0002825114600000061
④阴极处副反应：Cu2++e-→Cu+、Cu++e-→Cu
铜电镀厚度为0.5～4μm，可通过控制电流密度、阴极移动速度及温度等工艺条件来实现。铜线路5需膜厚均匀、细致、平整、无麻点和针孔缺陷，外观有良好光泽，与底层银线路3的结合力好。
铜线导电率为1.75*10-8Ω·m，银浆线导电率为1.0*10-7～1.8*10-8Ω·m。由于银浆线导电率低，因此，在同样等效电阻下，银浆线是铜线厚度的5～10倍，必然会导致视觉感差，摩尔纹更重。本发明与传统的印刷银线网格制备技术相比，线路厚度明显减薄，从而可明显减轻摩尔纹干涉，极大地改善视觉效果，提升触控产品的分辨率。
与传统的印刷铜线网格制备技术相比，本发明制得的金属网格图案附着力更好，图案更为规则精细，同样极大地改善视觉效果。
与传统的黄光蚀刻铜网格制备技术相比，本发明具有良率更高、成本低廉和无环境污染等优点，且不存在黄光制程侧蚀的问题。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属网格膜，包括基底材料(1)以及固定在位于基底材料(1)上侧的网格状的沟槽(21)之中的导电线路，其特征在于：所述导电线路包括刮涂固化在沟槽(21)底部的银线路(3)以及电镀在银线路(3)之上的铜线路(4)。
2.如权利要求1所述的一种金属网格膜，其特征在于：所述基底材料(1)的上侧设有压印胶层(2)，所述压印胶层(2)的顶面设有网格状的沟槽(21)。
3.一种金属网格膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a)纳米压印：首先，在基底材料(1)的上表面涂覆UV压印胶，再在UV压印胶的上表面处压印带有网格图案的模板并UV固化，从而在基底材料(1)之上形成上表面带有网格状的沟槽(21)的压印胶层(2)，得到压印坯材；
b)刮涂银浆：将银浆(5)刮涂进步骤a)中所制备的压印坯材的沟槽(21)之中，得到刮涂坯材；
c)银浆固化：烘干步骤b)中所制备的刮涂坯材，直至银浆固化并形成银线路(3)，得到固化坯材；
d)水电镀：将步骤c)中所制备的固化坯材进行铜电镀，从而在银线路(3)之上电镀形成铜线路(4)，得到成品。
4.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，所述基底材料(1)为PET膜。
5.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，所述沟槽(21)的深度为1～8μm，所述沟槽(21)包括位于边缘的引线沟槽部(211)以及位于引线沟槽部(211)中间的可视区沟槽部(212)，所述引线沟槽部(211)的线宽为3～10mm，所述可视区沟槽部(212)的线宽为3～10μm。
6.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，所述UV压印胶为丙烯酸酯类、乙烯基醚类、环氧树脂类或硫醇/烯类UV压印胶。
7.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤b)中，所述银浆(5)为银环氧树脂。
8.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤b)中，所述银浆(5)填充进沟槽(21)之中的填充深度为0.3～3μm。
9.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤c)中，采用循环热风烘干，烘干温度为80～150℃，烘干时间为20～40min。
10.如权利要求3所述的一种金属网格膜的制备方法，其特征在于：在步骤d)中，铜电镀厚度为0.5～4μm。
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