ES2237148T3 - Circuitos impresos de polialquilendioxitiofeno. - Google Patents
Circuitos impresos de polialquilendioxitiofeno.Info
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Abstract
Procedimiento para la obtención de estructuras conductoras de la electricidad, abiertas, sobre substratos, caracterizado porque las estructuras conductoras se estampan sobre substratos con una impresora de chorro de tinta o con un trazador X, Y, en cuyos cartuchos se encuentra una dispersión acuosa de polialquilendioxitiofenos con un polianión, adecuado a modo de contraión.
Description
Circuitos impresos de
polialquilendioxitiofeno.
La invención se refiere a un procedimiento para
el recubrimiento de substratos tales como, por ejemplo, papel o
láminas de material sintético con estructuras abiertas, conductoras
de la electricidad, mediante estampación con chorro de tinta o con
ayuda de trazadores X, Y. Par la estampación se utiliza una solución
polímera constituida por polialquilendioxitiofenos, dispersables en
agua.
Los substratos, generalmente conocidos, con una
estructura conductora de la electricidad son platinas para circuitos
eléctricos. Las platinas están constituidas por un substrato de
material sintético rígido o flexible, sobre el cual se han aplicado
circuitos impresos de cobre. La aplicación de los circuitos de cobre
se lleva a cabo mediante fotoestampación o mediante serigrafía.
En el caso de la fotoestampación, según el
procedimiento positivo, se aplica, en primer lugar, cobre sobre toda
la superficie del substrato. Se distribuye sobre toda la superficie
del cobre un recubrimiento fotográfico. El recubrimiento fotográfico
se irradia con luz por medio de una máscara en aquellos puntos,
sobre los cuales deben transcurrir los circuitos impresos. Mediante
la irradiación luminosa se endurece el recubrimiento fotográfico.
Durante el revelado, subsiguiente, se eliminan las zonas del
recubrimiento fotográfico que no se han endurecido. El cobre,
liberado ahora, se elimina en la etapa siguiente por mordentado.
Tras eliminación (arrastre) del recubrimiento fotográfico endurecido
están presentes ahora únicamente los circuitos impresos de cobre
deseados.
En el caso del procedimiento por serigrafía se
estampa una imagen de la estructura conductora deseada en forma
protegida contra el mordentado, sobre toda la superficie de un
substrato recubierto con cobre. Durante el mordentado subsiguiente
se elimina, por mordentado, el cobre comprendido entre los circuitos
impresos deseados y, a continuación, se elimina la protección contra
el mordentado.
En el caso del recubrimiento directo de soportes
no conductores con una capa metálica pueden presentarse problemas
debidos a la adherencia del metal sobre el soporte. En este caso,
una pasta para serigrafía, a base de un polímero conductor de la
electricidad, puede establecer una buena conexión entre el soporte y
el recubrimiento. Las estructuras de los circuitos impresos
constituidos por el polímero se estampan, por ejemplo, mediante
serigrafía sobre un substrato no conductor y, a continuación, se
cobrean químicamente (DE 36 25 587, DE 36 27 256).
Se conoce el empleo de polímeros conductores de
la electricidad como estructura conductora de la electricidad sobre
substratos en relación con los indicadores electroluminiscentes
(Science, 17 octubre 1997, p. 383). Para la aplicación de los
polímeros conductores de la electricidad se cargó una solución
constituida por los polímeros en los cartuchos de una impresora de
chorro de tinta y se estampó sobre el substrato con la impresora. En
este procedimiento constituye un gran problema el que el disolvente
orgánico para los polímeros, por la general un hidrocarburo
halogenado o tetrahidrofurano, ataca al material sintético de los
cartuchos de la impresora por disolución o hinchamiento.
Para obviar este inconveniente se utilizó por Y.
Yang y J. Bharathan (Science, Vol. 279, 20 febrero 1998) un polímero
soluble en agua constituido por la clase de compuestos de los
politiofenos. Los patrones de la impresora no son atacados por estos
polímeros solubles en agua. Puesto que las estructuras de los
polímeros solubles en agua se modifican también mediante la humedad
del aire, éstos son solamente adecuados cuando ya no tengan contacto
con el agua, tras la eliminación de las partes de agua en una etapa
de recocido. Esta condición no presenta problemas en el caso de los
señalizadores luminiscentes a base de polímeros, puesto que las
estructuras conductoras pueden encapsularse de manera completamente
hermética al aire una vez que se ha eliminado el agua y después de
otra elaboración eventual bajo condiciones inertes. Sin embargo, los
politiofenos solubles en agua no son adecuados para estructuras de
circuitos impresos abiertos, es decir expuestos al aire
ambiente.
La tarea de la invención consistía en encontrar
un procedimiento para la obtención de estructuras conductoras de la
electricidad, abiertas, sobre substratos, que pudiese llevarse a
cabo de una manera más sencilla y más rápida que los procedimientos
conocidos para la estructuración con circuitos impresos de cobre y
que condujese a estructuras de circuitos impresos estables bajo
condiciones normales.
La tarea de la invención se resuelve porque las
estructuras conductoras se estampan sobre un substrato con una
impresora de chorro de tinta o con un trazador X, Y, en cuyos
cartuchos se encuentra una dispersión acuosa de
polialquilendioxitiofenos con un polianión, adecuado a modo de
contraión.
Como substrato puede utilizarse papel o láminas
de material sintético.
Los polialquilendioxitiofenos están cargados
catiónicamente y están constituidos por unidades estructurales de la
fórmula (I)
en la
que
A^{1} y A^{2} significan,
independientemente entre sí, alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono)
en caso ha substituido ó,
{}\hskip0,9cm conjuntamente, forman un alquileno-(con 1 a 4 átomos de carbono) en caso ha substituido,
{}\hskip0,9cm conjuntamente, forman un alquileno-(con 1 a 4 átomos de carbono) en caso ha substituido,
- \quad
- y
- n
- significa un número entero desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000, en presencia de polianiones.
Los polialquilendioxitiofenos catiónicos
preferentes están constituidos a partir de unidades estructurales de
la fórmula (Ia) ó (Ib)
\vskip1.000000\baselineskip
en las
que
R_{1} y R_{2} significan,
independientemente entre sí, hidrógeno, alquilo-(con 1 a 18 átomos
de carbono) en caso ha substituido, preferentemente alquilo-(con 1 a
10 átomos de carbono), especialmente alquilo-(con 1 a 6 átomos de
carbono), alquenilo-(con 1 a 12 átomos de carbono), preferentemente
alquenilo-(con 2 a 8 átomos de carbono), cicloalquilo-(con 3 a 7
átomos de carbono), preferentemente ciclopentilo, ciclohexilo,
aralquilo-(con 7 a 15 átomos de carbono), preferentemente
fenil-alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono),
arilo-(con 6 a 10 átomos de carbono), preferentemente fenilo,
naftilo, alquiloxi-(con 1 a 18 átomos de carbono), preferentemente
alquiloxi-(con 1 a 10 átomos de carbono), por ejemplo metoxi, etoxi,
n- ó iso-propoxi, ó alquiloxiéster-(con 2 a 18
átomos de carbono)
y
R_{3}, R_{4} significan,
independientemente entre sí, hidrógeno, pero no significan ambos a
la vez alquilo-(con 1 a 18 átomos de carbono) substituido por al
menos un grupo sulfonato, preferentemente alquilo-(con 1 a 10 átomos
de carbono), especialmente alquilo-(con 1 a 6 átomos de carbono),
alquenilo-(con 2 a 12 átomos de carbono), preferentemente
alquenilo-(con 2 a 8 átomos de carbono), cicloalquilo-(con 3 a 7
átomos de carbono), preferentemente ciclopentilo, ciclohexilo,
aralquilo-(con 7 a 15 átomos de carbono), preferentemente
fenil-alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono),
arilo-(con 6 a 10 átomos de carbono), preferentemente fenilo,
naftilo, alquiloxi-(con 1 a 18 átomos de carbono), preferentemente
alquiloxi-(con 1 a 10 átomos de carbono), por ejemplo metoxi, etoxi,
n- ó iso-propoxi, ó alquiloxiéster-(con 2 a 18
átomos de
carbono),
- n
- significa un número desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000.
Son especialmente preferentes los
polialiquilendioxitiofenos catiónicos o neutros de las fórmulas
(Ia-1) y/o (Ib-1)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en las
que
- R_{3}
- tiene el significado anteriormente indicado y
- n
- significa un número entero desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000.
Como polianiones sirven los aniones de los ácidos
carboxílicos polímeros, tales como los ácidos poliacrílicos, ácidos
polimetacrílicos o ácidos polimaleicos y ácidos sulfónicos
polímeros, tales como ácidos poliestirenosulfónicos y ácidos
polivinilsulfónicos. Estos ácidos policarboxílicos y polisulfónicos
pueden ser también copolímeros de ácidos vinilcarboxílicos y de
ácidos vinilsulfónicos con otros monómeros polimerizables, tales
como ésteres del ácido acrílico y estireno.
Como contraión es especialmente preferentemente
el anión del ácido poliestirenosulfónico (PSS).
El peso molecular de los poliácidos, que
proporcionan los polianiones, esta comprendido preferentemente desde
1.000 hasta 2.000.000, de forma especialmente preferente desde 2.000
hasta 500.000. Los poliácidos o sus sales alcalinas pueden ser
adquiridos en el comercio, por ejemplo los ácidos poliestirenos
sulfónicos y los ácidos poliacrílicos, o pueden preparase de acuerdo
con procedimientos conocidos (véase por ejemplo la publicación
Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, tomo E 20
Makromolekulare Stoffe, parte 2, (1987), página 1141 y
siguientes).
En lugar de los poliácidos libres, necesario para
la formación de las dispersiones, constituidas por los
polialquilendioxitiofenos y por los polianiones, puede emplearse,
también, mezclas constituidas por sales alcalinas de los poliácidos
y cantidades correspondientes de monoácidos.
En el caso de la fórmula (Ib-1),
los polialquilendioxitiofenos portan cargas positivas y negativas en
la unidad estructural.
La obtención de los polialquilendioxitiofenos ha
sido descrita, por ejemplo, en la publicación EP-A 0
440 957 (= US-A 5 300 575). Los
polialquilendioxitiofenos se preparan mediante polimerización por
oxidación. De este modo contienen cargas positivas, que no han sido
representadas en las fórmulas, puesto que su número y su posición no
pueden determinarse con exactitud.
La ventaja del procedimiento según la invención
consiste en que pueden fabricarse estructuras conductoras de la
electricidad, abiertas, con una calidad comparable a la de los
circuitos impresos de cobre conocidos, sobre platinas, pero con un
menor número de etapas del procedimiento que pueden llevarse a cabo
de manera sencilla. Para la fabricación es suficiente una impresora
de chorro de tinta con cartuchos de impresora preparados de manera
correspondiente y un ordenador para el control de la impresora. La
estructura del circuito impreso deseado puede proyectarse sobre la
pantalla del ordenador y puede estamparse inmediatamente sobre un
substrato adecuado.
El polialquilendioxitiofeno, dispersable en agua,
no es soluble en agua y forma una estructura estable durante un
tiempo prolongado, conductora incluso bajo condiciones normales.
Los dibujos muestran:
en la figura 1 cruces de Bayer estampadas sobre
papel con
poli-(3,4-etilendioxi-tiofeno)(PEDT)
y con sulfonato de poliestireno (PSS).
En la figura 2 esquemas de circuitos impresos
estampados sobre papel con PEDT/PSS.
En la figura 3 esquemas de circuitos impresos
estampados sobre láminas de tereftalato de polietileno (PET) con
PEDT/PSS.
Se dispusieron 20 g de ácido
poliestirenosulfónico libre (Mn aproximadamente 40.000), 21,4 g de
peroxodisulfato de potasio y 50 mg de sulfato férrico (III), bajo
agitación, en 2.000 ml de agua. Bajo agitación se añadieron 8,0 g de
3,4-etilendioxitiofeno. La disposición se agitó
durante 24 horas a temperatura ambiente. A continuación se añadieron
100 g de intercambiador de aniones (productor comercial Bayer AG
Lewatit MP 62) y 100 g de intercambiador de cationes (producto
comercial Bayer AG Lewatit S 100), ambos anhidros, y se agitó
durante 8 horas.
Los intercambiadores de iones se eliminaron
mediante filtración a través de un tejido de poliacrilonitrilo con
un tamaño de poros de 50 \mum. Se formó una dispersión, lista para
su utilización, de 3,4-polietilendioxitiofeno (PEDT)
con sulfonato de poliestireno (PSS) como contraión (véase II) con un
contenido en materia sólida de aproximadamente de 1,2% en peso.
La dispersión pudo filtrarse fácilmente a través
de un filtro de 0,45 \mum y, tras la filtración, se utilizó para
la fabricación de tintas para las impresoras de chorro de tinta.
\vskip1.000000\baselineskip
La dispersión acuosa del PEDT/PSS según (II) del
ejemplo 1 se cargó en un cartucho vacío para impresora de chorro de
tinta para la impresora de chorro de tinta
HP-Desk-Jet PLUS (firma
Hewlett-Packard). Los cartuchos, perfectamente
limpiados tras el corte, se cerraron herméticamente de nuevo, con un
pegamento por fusión de polietileno de la firma Henkel tras la carga
con la dispersión PEDT/PSS según (II). Un cartucho para impresora de
chorro de tinta, elaborado de este modo, se insertó en la impresora
de chorro de tinta HP-Desk-Jet PLUS
y sirvió como depósito de liquido de impresión para la aplicación de
la dispersión PEDT/PSS tras la puesta en marcha de la impresora por
medio de un ordenador. Con ayuda de un programa para ordenador
tradicional se proyecto en el ordenador un modelo ha ser impreso. Se
eligió una imagen constituida por tres cruces de Bayer superpuestas
(figura 1). Esta figura se estampó sobre papel bajo el control del
ordenador. Se obtuvieron las tres cruces de Bayer superpuestas
constituidas por PEDT/PSS conductor, que presenta una coloración
propia azul.
Se procedió de manera análoga a la del ejemplo 2
y, en lugar del papel, se estampó, con la cruz de Bayer, una lámina
de tereftalato de polietileno (PET) con un espesor de 0,1 mm.
Se procedió de manera análoga a la del ejemplo 2,
con excepción de que se proyectó como modelo con el programa de
dibujo asistido por ordenador EAGLE una sección de una platina
(figura 2).
Este modelo de circuito impreso se estampó sobre
papel con PEDT/PSS como en el caso del ejemplo 3.
De manera análoga a la del ejemplo 4 se estampo
el esquema del circuito impreso de la figura 3 sobre lámina de PET
con un espesor de 0,1 mm. Con ayuda de un verificador de paso se
demostró la conductibilidad eléctrica de los circuitos impresos
estampados.
Claims (4)
1. Procedimiento para la obtención de estructuras
conductoras de la electricidad, abiertas, sobre substratos,
caracterizado porque las estructuras conductoras se estampan
sobre substratos con una impresora de chorro de tinta o con un
trazador X, Y, en cuyos cartuchos se encuentra una dispersión acuosa
de polialquilendioxitiofenos con un polianión, adecuado a modo de
contraión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los polialquilendioxitiofenos están
cargados catiónicamente y están constituidos por unidades
estructurales de la fórmula (I)
en la
que
A^{1} y A^{2} significan,
independientemente entre sí, alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono)
en caso ha substituido ó,
{}\hskip0,9cm conjuntamente, forman un alquileno-(con 1 a 4 átomos de carbono) en caso dado substituido,
{}\hskip0,9cm conjuntamente, forman un alquileno-(con 1 a 4 átomos de carbono) en caso dado substituido,
- \quad
- y
- n
- significa un número entero desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000, en presencia de polianiones.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque los polialquilendioxitiofenos catiónicos
están constituidos por unidades estructurales de la fórmula (Ia) ó
(Ib),
en las
que
R_{1} y R_{2} significan,
independientemente entre sí, hidrógeno, alquilo-(con 1 a 18 átomos
de carbono) en caso ha substituido, preferentemente alquilo-(con 1 a
10 átomos de carbono), especialmente alquilo-(con 1 a 6 átomos de
carbono), alquenilo-(con 1 a 12 átomos de carbono), preferentemente
alquenilo-(con 2 a 8 átomos de carbono), cicloalquilo-(con 3 a 7
átomos de carbono), preferentemente ciclopentilo, ciclohexilo,
aralquilo-(con 7 a 15 átomos de carbono), preferentemente
fenil-alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono),
arilo-(con 6 a 10 átomos de carbono), preferentemente fenilo,
naftilo, alquiloxi-(con 1 a 18 átomos de carbono), preferentemente
alquiloxi-(con 1 a 10 átomos de carbono), por ejemplo metoxi, etoxi,
n- ó iso-propoxi, ó alquiloxiéster-(con 2 a 18
átomos de carbono)
y
R_{3}, R_{4} significan,
independientemente entre sí, hidrógeno, pero no significan ambos a
la vez alquilo-(con 1 a 18 átomos de carbono) substituido por al
menos un grupo sulfonato, preferentemente alquilo-(con 1 a 10 átomos
de carbono), especialmente alquilo-(con 1 a 6 átomos de carbono),
alquenilo-(con 2 a 12 átomos de carbono), preferentemente
alquenilo-(con 2 a 8 átomos de carbono), cicloalquilo-(con 3 a 7
átomos de carbono), preferentemente ciclopentilo, ciclohexilo,
aralquilo-(con 7 a 15 átomos de carbono), preferentemente
fenil-alquilo-(con 1 a 4 átomos de carbono),
arilo-(con 6 a 10 átomos de carbono), preferentemente fenilo,
naftilo, alquiloxi-(con 1 a 18 átomos de carbono), preferentemente
alquiloxi-(con 1 a 10 átomos de carbono), por ejemplo metoxi, etoxi,
n- ó iso-propoxi, ó alquiloxiéster-(con 2 a 18
átomos de
carbono),
- n
- significa un número desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque los polialquilendioxitiofenos catiónicos
están constituidos por unidades estructurales de la formula
(Ia-1) y/o (Ib-1)
en las
que
- R3
- tiene el significado anteriormente indicado y
- n
- significa un número entero desde 2 hasta 10.000, preferentemente desde 5 hasta 5.000.
y como polianiones sirven los
aniones de ácidos carboxílicos polímeros y/o de ácidos sulfónicos
polímeros.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19841804 | 1998-09-12 | ||
DE19841804A DE19841804A1 (de) | 1998-09-12 | 1998-09-12 | Leiterbahnen aus Polyalkylendioxythiophen |
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JP (2) | JP5088989B2 (es) |
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