CN112921309A - 一种基于激光制备电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种基于激光制备电极的方法，涉及电子器件技术领域，该方法包括：通过原料制备基底材料，其中原料包括聚二甲基硅氧烷和有机盐，有机盐包括有机铜盐或有机镍盐，聚二甲基硅氧烷和有机盐的质量比在11：0.1～11：6之间；激光按预设轨迹照射基底材料，以在基底材料表面形成对应预设图案的微蚀刻结构；将具有微蚀刻结构的基底材料浸没在金属镀液中，以在微蚀刻结构上沉积金属并形成电极。本方法利用激光将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质作为催化剂，金属镀液中的金属阳离子在催化剂的化学作用下，沉积在微蚀刻结构上以形成电极。本方法制备的电极连续性和导电性良好，可用于柔性基底表面的图案化电极的无掩膜制备。

Description

一种基于激光制备电极的方法
技术领域
本申请涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于激光制备电极的方法。
背景技术
随着微纳电子器件的日益普及，金属微纳电极或微纳导线等复杂导电功能结构的可控制备技术成为关注的重点之一。
现有的制作电子器件的导电功能结构的技术中，因激光的工艺稳定便于调节，常被用来制备精细金属电极。现有激光沉积金属的方法主要有以下几种：一是激光照射基底材料使之粗化，然后在粗化的基底材料上物理吸附金属，再以激光烧结的方法形成金属电极。这种方式有可能因结合力不强造成金属电极某处断开，影响导电性。二是先采用激光照射基底材料使之粗化，然后在基底材料上涂覆催化剂，再以激光照射金属盐溶液，最后将金属沉积在催化剂上以形成金属电极。这种方式需进行两次激光照射，制备流程繁琐，效率低，催化剂与镀液反应不完全，使形成的金属电极的质量差，同样存在断开的情况。三是先采用激光照射基底材料使之粗化，然后在基底材料上涂覆催化剂，通过化学镀的方法沉积金属以形成电极。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于激光制备电极的方法，能够提高电极的制备质量。
本申请实施例提供了一种基于激光制备电极的方法，包括通过原料制备基底材料，其中所述原料包括聚二甲基硅氧烷和有机盐，所述有机盐包括有机铜盐或有机镍盐，所述聚二甲基硅氧烷和所述有机盐的质量比在11：0.1～11：6之间；激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应所述预设图案的微蚀刻结构；将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极。
可选地，所述通过原料制备基底材料包括：向模具内注入所述原料；固化得到所述基底材料，固化温度为室温～200℃，固化时间为20min～1440min。
可选地，所述激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应所述预设图案的微蚀刻结构包括：以逐点或逐行的方式形成所述预设轨迹，所述逐点的点间距或所述逐行的行间距均为10um～100um；控制所述基底材料以1mm/s～50mm/s的速度沿所述预设轨迹移动，同时所述激光照射移动的所述基底材料。
可选地，所述激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应所述预设图案的微蚀刻结构包括：采用连续激光、纳秒激光或飞秒激光中的任意一种或任意两种的组合或任意三种的组合照射所述基底材料。
可选地，所述将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极包括：将所述基底材料置于金属镀液中20min～1440min，所述金属镀液包括镀铜液或镀镍液。
可选地，所述将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极以后，所述方法还包括：采用去离子水和无水乙醇交替冲洗所述基底材料3遍～5遍。
可选地，所述采用去离子水和无水乙醇交替冲洗所述基底材料3遍～5遍以后，所述方法还包括真空干燥所述基底材料，干燥温度为室温～60℃，干燥时间为10min～30min。
可选地，所述有机铜盐包括醋酸铜、碳酸铜和乙酰丙酮铜中的一种，所述有机镍盐包括醋酸镍、碳酸镍和乙酰丙酮镍中的一种。由于催化剂的选择性，当选用有机镍盐时，可在镀铜液或镀镍液中进行镀铜或镍金属；当选用有机铜盐时，仅能在镀铜液中镀铜金属。
可选地，所述镀铜液的成分包括原液和甲醛，所述原液和所述甲醛的体积比为100:1～10:1，所述原液的成分包括五水硫酸铜、氢氧化钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸钠和亚铁氰化钾，所述五水硫酸铜的浓度为5g/L～15g/L，所述氢氧化钠的浓度为5g/L～15g/L，所述酒石酸钾钠的浓度为5g/L～15g/L，所述乙二胺四乙酸钠的浓度为10g/L～20g/L，所述亚铁氰化钾的浓度为0.01g/L～0.05g/L；所述镀镍液的成分包括六水硫酸镍、氢氧化钠、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和氯化铵，所述六水硫酸镍的浓度为10g/L～30g/L，所述柠檬酸钠的浓度为5g/L～10g/L，所述次亚磷酸钠的浓度为10g/L～30g/L，所述氯化铵的浓度为10g/L～30g/L，所述镀镍液的PH值为9～11。
本申请实施例提供的基于激光制备电极的方法，采用聚二甲基硅氧烷和有机盐为原料制作基底材料，后续激光照射将聚二甲基硅氧烷分解成含碳物质，含碳物质将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质，在基底材料表面形成金属颗粒(金属颗粒沿预设轨迹排列即为微蚀刻结构)，金属单质作为化学镀的催化剂，然后再将基底材料浸入金属镀液中，金属镀液中的金属在催化剂作用下发生化学反应，并沉积在微蚀刻结构上形成电极。本申请实施例利用激光将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质作为催化剂，使催化剂和金属镀液中的金属发生化学作用后，金属镀液中的金属沉积在微蚀刻结构上以形成电极，相比现有技术，本申请实施例采用含有有机盐的原料制作基底材料，通过激光照射在基底材料表面形成催化剂，和金属镀液中的金属化学作用后形成电极，电极连续性和导电性好，避免物理方式形成的电极可能出现的电极断开现象，提高了电极的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实施例提供的基于激光制备电极的方法流程图之一；
图2是本实施例提供的基于激光制备电极的方法流程图之二。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以参照具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在柔性电子器件方面，微纳米尺度下的金属(纳米银、铜、镍等)可以很好的与柔性基板结合，实现柔性电子的弯曲、折叠等性能。此外，微纳米结构的金属还有可能涉及和光相互作用的新领域，例如表面增强拉曼检测(SERS)等。
激光制造金属微结构技术是利用激光束的光化学、热化学、热物理等作用，在基底表面产生预定设计好的金属微结构，从而形成金属器件的一种微加工技术。激光束具有能量密度高、光斑直径和位置容易精确控制等特点，具有可在无掩膜的条件下制备线宽很窄的线路或微结构的优点。
为解决现有技术制备电极质量差、金属电极出现断开的问题，本实施例提供一种基于激光制备电极的方法，该方法包括：
实施例一
如图1所示，S100：通过原料制备基底材料，其中原料包括聚二甲基硅氧烷和有机盐，有机盐可以选用有机铜盐或有机镍盐，聚二甲基硅氧烷和有机盐的质量比在11：0.1～11：6范围内可调。
具体地，先向模具内注入原料，再固化原料得到基底材料。
原料包括聚二甲基硅氧烷和有机盐，聚二甲基硅氧烷分为聚二甲基硅氧烷的A胶和聚二甲基硅氧烷的B胶，聚二甲基硅氧烷的A胶和聚二甲基硅氧烷的B胶混合可得到聚二甲基硅氧烷，可按聚二甲基硅氧烷的A胶、聚二甲基硅氧烷的B胶和有机盐的质量比为10：1：0.1～10：1：6制备原料。
原料内添加的有机盐可以为金属化学镀反应提供催化剂。后续激光照射基底材料时，激光先将聚二甲基硅氧烷分解成含碳物质，含碳物质将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质作为后续化学镀的催化剂，使催化剂和金属镀液中的金属发生化学作用后，金属镀液中的金属沉积在微蚀刻结构上以形成电极。
上述原料在模具内混合后，将原料固化，然后将固化的原料从模具内取出，即可得到基底材料。
固化时可常温固化，也可采用加热固化以提高固化速度。固化温度在室温～200℃，固化时间为20min～1440min。固化温度越高，固化时间越短。
S110：激光按预设轨迹照射基底材料，以在基底材料表面形成对应预设图案的微蚀刻结构。
S111：以逐点或逐行的方式形成预设轨迹，逐点的点间距或逐行的行间距均为10um～100um。
在控制器内预先形成预设轨迹，以逐点或逐行的方式形成，逐点是多个点排列成预设图形，逐行是连接线排列成预设图形，激光按上述预设图形对应的预设轨迹照射基底。
逐点形成预设轨迹时，相邻点之间的间距为10um～100um；逐行形成预设轨迹时，相邻行之间的间距为10um～100um。间距越小，形成的预设图案越精细。
S112：控制基底材料以1mm/s～50mm/s的速度沿预设轨迹移动，同时激光照射移动的基底材料。
计算机生成预设轨迹后，计算机和移动台连接，基底材料固定在移动台上，计算机根据预设轨迹控制移动台移动，这样就可使基底材料以预设轨迹移动。同时，计算机控制激光照射基底材料，也就是说，激光出射的光束照在基底材料上的光斑是固定的，基底材料移动，这样光斑和基底材料作用，就可在基底材料上沿预设轨迹形成微结构。
其中，激光可为连续激光、纳秒激光或飞秒激光中的任意一种或任意两种的组合或任意三种的组合。组合激光照射时，可使不同的激光先后照射，或者不同的激光同时照射。例如，可采用飞秒激光和连续激光同时照射基底材料，还可以先采用纳秒激光照射，再采用飞秒激光照射。本申请实施例对激光照射的组合和方式不做具体限定，可根据实际需要设置。
采用本申请的激光，当用NA为0.42的物镜时，可制备最小线宽为3.14微米的电极。若进一步将NA提升，可制备出更细的电极。
S120：将具有微蚀刻结构的基底材料浸没在金属镀液中，以在微蚀刻结构上沉积金属并形成电极。
基底材料上按预设轨迹形成微蚀刻结构后，将基底材料置于金属镀液中，使微蚀刻结构上沉积金属，即可形成电极。
具体地，将基底材料置于金属镀液中20min～1440min，金属镀液包括镀铜液或镀镍液，前述制作基底材料的原料中含有有机盐，有机盐中的金属阳离子经激光照射还原成单质金属作为催化剂，使金属镀液中的金属沉积在微蚀刻结构上，形成电极。
有机盐包括有机铜盐或有机镍盐，而有机铜盐可以选用醋酸铜、碳酸铜和乙酰丙酮铜中的一种，有机镍盐可以选用醋酸镍、碳酸镍和乙酰丙酮镍中的一种。
镀铜液包括原液和甲醛，原液和甲醛的体积比为100:1～10:1。甲醛作为还原剂，借助催化剂的作用将原液中的金属阳离子还原成单质金属，覆盖在催化剂表面。
原液的成分包括五水硫酸铜、氢氧化钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸钠和亚铁氰化钾，五水硫酸铜的浓度为5g/L～15g/L，氢氧化钠的浓度为5g/L～15g/L，酒石酸钾钠的浓度为5g/L～15g/L，乙二胺四乙酸钠的浓度为10g/L～20g/L，亚铁氰化钾的浓度为0.01g/L～0.05g/L。
镀镍液的成分包括六水硫酸镍、氢氧化钠、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和氯化铵，在催化剂的作用下，溶液中的次磷酸根在催化剂表面催化脱氢,形成活性氢化物，并被氧化成亚磷酸根；活性氢化物与溶液中的镍离子进行还原反应而沉积镍，其本身氧化成氢气。
镀镍液的成分包括六水硫酸镍，浓度为10g/L～30g/L；柠檬酸钠，浓度为5g/L～10g/L；次亚磷酸钠，浓度为10g/L～30g/L；氯化铵，浓度为10g/L～30g/L；镀镍液的PH值为9～11。
具体地，当有机盐为有机铜盐时，金属镀液为镀铜液，也就是在微蚀刻结构上镀铜，形成铜电极。
而有机盐为有机镍盐时，金属镀液可为镀镍液，也可为镀铜液，也就是在微蚀刻结构上可镀镍，形成镍电极，也可镀铜，形成铜电极。
实施例二
在实施例一的基础上，按实施例一中S100～S120步骤执行完后，本实施例在S120步骤后，还包括以下步骤：
如图2所示，S130：采用去离子水和无水乙醇交替冲洗基底材料3遍～5遍。
冲洗基底材料的目的是去除基底材料表面残留的离子。
S140：真空干燥基底材料，干燥温度为室温～60℃，干燥时间10min～30min。
冲洗后真空干燥，其目的一是为了得到干燥的基底材料，二是当不及时使用形成电极的基底材料时，将基底材料可放入真空干燥箱内保存，避免基底材料上的电极氧化而影响性能。
本实施例提供的基于激光制备电极的方法，采用聚二甲基硅氧烷和有机盐为原料制作基底材料，后续激光照射时，将聚二甲基硅氧烷分解成含碳物质，含碳物质将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质，在基底材料表面形成金属颗粒(金属颗粒沿预设轨迹排列即为微蚀刻结构)，金属单质作为化学镀的催化剂，然后再将基底材料浸入金属镀液中，金属镀液中的金属在催化剂作用下发生化学反应，并沉积在微蚀刻结构上沉积金属以形成电极。本申请实施例利用激光将有机盐中的金属阳离子还原成金属单质作为催化剂，使催化剂和金属镀液中的金属阳离子发生化学作用后，金属镀液中的金属沉积在微蚀刻结构上形成电极，相比现有技术，本申请实施例采用含有有机盐的原料制作基底材料，通过激光照射在基底材料表面形成催化剂，和金属镀液中的金属阳离子发生化学作用后形成电极，电极连续性和导电性好，避免可能出现的电极断开现象提高了电极的制备质量。
本申请实施例提供的基于激光制备电极的方法，还可以采用连续激光、纳秒激光或飞秒激光中的任意一种或任意两种的组合或任意三种的组合。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于激光制备电极的方法，其特征在于，包括：
通过原料制备基底材料，其中所述原料包括聚二甲基硅氧烷和有机盐，所述有机盐包括有机铜盐或有机镍盐，所述聚二甲基硅氧烷和所述有机盐的质量比在11：0.1～11：6之间；
激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应预设图案的微蚀刻结构；
将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极。
2.根据权利要求1所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述通过原料制备基底材料包括：
向模具内注入所述原料；
固化得到所述基底材料，固化温度为室温～200℃，固化时间为20min～1440min。
3.根据权利要求1所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应预设图案的微蚀刻结构包括：
以逐点或逐行的方式形成所述预设轨迹，所述逐点的点间距或所述逐行的行间距均为10um～100um；
控制所述基底材料以1mm/s～50mm/s的速度沿所述预设轨迹移动，同时，所述激光照射移动的所述基底材料。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述激光按预设轨迹照射所述基底材料，以在所述基底材料表面形成对应预设图案的微蚀刻结构包括：
采用连续激光、纳秒激光或飞秒激光中的任意一种或任意两种的组合或任意三种的组合照射所述基底材料。
5.根据权利要求1所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极包括：
将所述基底材料置于金属镀液中20min～1440min，所述金属镀液包括镀铜液或镀镍液。
6.根据权利要求1或5所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述将具有所述微蚀刻结构的所述基底材料浸没在金属镀液中，以在所述微蚀刻结构上沉积金属并形成电极以后，所述方法还包括：
采用去离子水和无水乙醇交替冲洗所述基底材料3遍～5遍。
7.根据权利要求6所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述采用去离子水和无水乙醇交替冲洗所述基底材料3遍～5遍以后，所述方法还包括：
真空干燥所述基底材料，干燥温度为室温～60℃，干燥时间为10min～30min。
8.根据权利要求1所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述有机铜盐包括醋酸铜、碳酸铜和乙酰丙酮铜中的一种，所述有机镍盐包括醋酸镍、碳酸镍和乙酰丙酮镍中的一种。
9.根据权利要求5所述的基于激光制备电极的方法，其特征在于，所述镀铜液的成分包括原液和甲醛，所述原液和所述甲醛的体积比为100:1～10:1，所述原液的成分包括五水硫酸铜、氢氧化钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸钠和亚铁氰化钾，所述五水硫酸铜的浓度为5g/L～15g/L，所述氢氧化钠的浓度为5g/L～15g/L，所述酒石酸钾钠的浓度为5g/L～15g/L，所述乙二胺四乙酸钠的浓度为10g/L～20g/L，所述亚铁氰化钾的浓度为0.01g/L～0.05g/L；
所述镀镍液的成分包括六水硫酸镍、氢氧化钠、柠檬酸钠、次亚磷酸钠和氯化铵，所述六水硫酸镍的浓度为10g/L～30g/L，所述柠檬酸钠的浓度为5g/L～10g/L，所述次亚磷酸钠的浓度为10g/L～30g/L，所述氯化铵的浓度为10g/L～30g/L，所述镀镍液的PH值为9～11。
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