TWI385218B - 製作導電線路之方法 - Google Patents

Description

製作導電線路之方法

本發明涉及噴墨印刷技術領域，特別涉及一種油墨及利用該油墨製作導電線路之方法。

利用噴墨列印技術製作導電線路於近年來受到了廣泛關注，此方法只需將所需線路圖形直接由電腦給出，再藉由控制器控制噴墨印刷系統之噴嘴，將油墨顆粒由噴嘴噴出並逐點地形成線路圖形，製作線路圖形能夠精確控制線路之位置及寬度，該方法屬非接觸式數碼圖案製程，可減少不同印刷材料間相互污染。相較於傳統線路製作方法，具有製作流程更加簡化、成本低及低污染之優點。請參見文獻：Murata, K. ; Matsumoto, J. ; Tezuka, A. ; Oyama, K. ; Matsuba, Y. ; Yokoyama, H. ; Super fine wiring by inkjet printing Microprocesses and Nanotechnology Conference, 2004. Digest of Papers. 2004 InternationalOct. 27-29, 2004 Page(s):24-25。

先前技術中報導一種採用噴墨列印含有可溶性銀鹽之墨水製造導電線路之方法。該方法係將可溶性銀離子溶液製成可噴墨列印之墨水，於基材表面列印出含有銀離子線路，然後於該線路表面列印含有還原劑如甲醛之墨水，藉由氧化-還原反應將銀離子還原成為金屬銀，從而賦予線路以導電性。上述方法原理上比較簡單，但實際操 作並不容易，如需要大量實驗以配製氧化劑墨水與還原劑墨水；製作線路需要於基材表面同一位置反復列印，這樣存於印表機之準確定位問題；另外，所形成之銀線路於實際使用之過程中還存於銀離子遷移，導致線路可靠度下降。

有鑑於此，提供一種油墨利用該油墨製作導電線路之方法實為必要，以避免於基材表面之同一位置反復列印，使得製作之導電線路準確定位，並能夠提升線路之可靠度。

以下將以實施例說明一種油墨及利用該油墨製作導電線路之方法。

一種油墨，該油墨包括銀氨絡合物與還原劑。

一種利用該油墨製作導電線路之方法，將包括還原劑與銀氨絡合物之油墨藉由噴墨列印方式於基板表面形成線路圖形；採用輻射照射線路圖形，使該線路圖形中之銀氨絡合物被還原劑還原為金屬銀粒子，從而獲得預製線路；於該預製線路之軌跡鍍覆金屬，以形成導電線路。

與先前技術相比，該導電線路之製作方法避免了分別配製氧化性油墨與還原性油墨再分別進行列印之問題，簡化了線路製作之工藝。

下面將結合附圖及實施例對本技術方案實施例提供之一種油墨及利用該油墨製作導電線路方法作進一步詳細說 明。

本技術方案實施例提供之油墨，其包括還原劑與銀氨絡合物。由於該油墨為水溶性，該銀氨絡合物完全溶解於溶劑中，具有較好分散性。該油墨之配製具體如下：

首先，配製濃度為10^-4mol/L至5mol/L之銀鹽溶液，向上述銀鹽溶液加入敏化劑，形成銀氨絡合物溶液。上述溶液之溶劑可為水，也可為溶於水之有機溶劑如丙酮、乙醇等之水溶液，該可溶性銀鹽可為硝酸銀、碳酸銀、醋酸銀及檸檬酸銀等，該敏化劑為氨水及有機胺類，有機胺類可為甲胺、乙胺等一元與多元胺，也可為一級、二級與三級有機胺。該敏化劑與銀鹽之摩爾濃度比為1比1至3比1之間，配得溶液中之銀氨絡合物之濃度為10^-4mol/L至5mol/L。

其次，向上述混合溶液中加入還原劑，還原劑可為檸檬酸鈉或酒石酸鉀鈉。該還原劑之濃度為10^-7mol/L至5mol/L。

再次，加入連接料、分散劑、保濕劑，表面活性劑等助劑，用以調節油墨之穩定性、表面張力、黏度等性能。該連接料可為聚氨酯、聚乙烯醇等樹脂，該分散劑可為聚乙烯基吡咯烷酮及聚乙烯醇等水溶性聚合物，該保濕劑可為乙二醇、乙二醇醚、二甘醇及甘油等高沸點醇類，該表面活性劑可為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或兩性活性劑。上述各助劑之加入量為體積比0.1%至50%。還可加入防腐劑與殺菌劑等其他助劑。

最後，充分攪拌上述混合溶液，使得全部助劑溶於溶劑中，得到配製完成之油墨。

該油墨還原劑具有較弱之還原性，沒有輻射照射之狀態下，還原劑不與銀氨絡合物發生反應，該油墨可長時間穩定存在。於輻射照射下，銀氨絡合物中之銀離子被還原成單質銀。

請參閱圖1，本實施例提供之利用該油墨製作導電線路之方法。

第一步，將該油墨通過噴墨列印之方式印刷於基板100表面以形成線路圖形。

如圖2所示，本實施例中，基板100為電路板製作過程中需要進行線路製作之半成品。根據所要製作之電路板之結構可選擇不同結構之基板100。例如，當待製作之電路板為單層板時，該基板100為一層絕緣層；當待製作之電路板為多層電路板時，該基板100為一由多層板與一絕緣層壓合後所形成之結構，還可為矽基板或玻璃基板。本實施例中，基板100為需要製作單面線路之單層板。該基板100具有用於形成導電線路之表面110。當然，該基板100也可用於製作雙面板，只要於基板100相對設置之兩個表面上製作即可。

為增加形成之線路圖形200與基板100之表面110之結合強度，於基板100形成線路圖形200之前，可藉由清洗、微蝕等方法對基板110進行表面處理，以除去附著於表面110之污物、氧化物、油脂等。

如圖3所示，分別於基板100之表面110藉由噴墨印刷方式形成線路圖形200。具體地，噴墨列印系統於控制器之控制下根據所需製作之導電線路之圖形，將該油墨自噴嘴逐點噴灑到表面110，使沈積於表面110之油墨形成線路圖形200。該油墨形成之線路圖形200與所需製作之導電線路之圖形相同。

第二步：採用輻射照射線路圖形200，使該線路圖形200中之銀氨絡合物被還原劑還原為金屬銀粒子，從而獲得預製線路300。

如圖3及圖4所示，將形成於基板100表面110之線路圖形200轉變成預製線路300。即，表面110上形成線路圖形200之銀氨絡合物與該還原劑經化學反應，使銀氨絡合物中之銀以單質形式析出，從而於表面110上由銀單質形成預製線路300。

常溫狀態下，銀氨絡合物與該還原劑不發生化學反應，需要對線路圖形200進行輻射照射，使得銀氨絡合物與還原劑發生氧化還原反應，析出銀單質，從而形成預製線路300，該輻射可為紫外光、鐳射或γ射線等。

本實施例中，將形成線路圖形200之基板100置於紫外燈箱中，使得紫外光源距離表面110之距離約為8厘米，光照10分鐘後，取出基材100，對基材100進行水洗，然後烘乾。藉由上述過程，即可使得線路圖形200轉化為單質銀之預製線路300。實際操作中，可跟實際情況之需要，對照射光之強度與照射時間進行調節。

第三步：於預製線路300之軌跡鍍覆金屬，以形成導電線路400。

前一步驟中，包括還原劑與銀氨絡合物之油墨經噴墨印刷系統噴射至基板100之表面110形成線路圖形200時，該線路圖形200為分佈於表面110之還原劑與銀氨絡合物形成。該銀氨絡合物中金屬離子間可能沒有完全結合，其連續性較差，使銀經反應生成之金屬銀粒子也為分佈於表面110之連續性較差之金屬銀粒子，從而降低由該金屬銀粒子形成之預製線路300之導電性，使整個預製線路300可能無法達到良好之電性導通。

因此，如圖5所示，於預製線路300之金屬銀粒子表面經過電鍍或化學鍍之方法鍍覆金屬，使所鍍覆金屬完全包裹於預製線路300之金屬銀粒子外並填充相鄰兩個金屬銀粒子之間隙，從而形成連續之導電線路400。於鍍覆金屬時，形成預製線路300之每個金屬銀粒子作為鍍覆反應之催化中心，並以該每個金屬銀粒子為中心於其表面生長出複數金屬粒子。該複數金屬粒子緻密排列於每個金屬銀粒子之表面，使該每個金屬銀粒子完全被複數金屬粒子包裹，同時沒有完全結合之相鄰兩個金屬銀粒子之表面分別生長出之複數金屬粒子將該相鄰兩個金屬銀粒子電性連接，從而於基板100之表面110形成具有良好之電性導通之導電線路400。該鍍覆之金屬可為銅或鎳等，鍍覆金屬可採用電鍍或化學鍍之方式。

本實施例中，對包括金屬銀粒子之預製線路300進行化學鍍銅，於基板100之表面110形成導電線路400。具體地 ，將形成預製線路300之基板100置於化學鍍銅溶液中，於50攝氏度之溫度下進行化學鍍銅2分鐘，即可使預製線路300形成完全電連通之導電線路400。導電線路400中之銅粒子之粒徑為50至150奈米。該鍍液還可包括銅化合物、還原劑與絡合劑。銅化合物可為硫酸銅、氯化銅等；還原劑可為甲醛、乙醛酸等；絡合劑可為乙烯二胺四乙酸二鈉鹽、酒石酸鉀鈉等絡合物。當然，還可於渡液中加入穩定劑、光亮劑等，以滿足化學鍍之需要。具體地，該鍍銅溶液之組分為：硫酸銅10g/L、酒石酸鉀鈉22g/L、乙烯二胺四乙酸二鈉鹽50g/L、甲醛15mL/L及甲醇10mL/L。其中，固體採用品質體積比，即，單位體積溶液中含該固體之品質，單位g/L；液體採用體積體積比，即，單位體積溶液中含該液體之體積，單位mL/L。

由此完成基板100之表面110具有較高導電性及均勻性之導電線路300之製作，以供後續加工使用。該製作方法採用同時含有氧化劑銀氨絡合物與弱還原劑之油墨，該銀氨絡合物與弱還原劑於常溫狀態下穩定存於，於高能量光之照射下，迅速發生化學反應。這樣避免了分別配製氧化性油墨與還原性油墨再分別進行列印之問題，於保證了線路品質之情況下，簡化了線路製作之工藝。本製作方法中之油墨之主要成分易溶於水，不必考慮分散穩定之問題。本方法中銀氨絡合物與弱還原劑之反應於輻射照射條件下進行，所需設備簡單，而且方便進行控制。此外，鍍覆金屬提高了線路之導電性，並對銀線路進行了保護，避免了銀離子遷移之問題。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧基板

110‧‧‧表面

200‧‧‧線路圖形

300‧‧‧預制線路

400‧‧‧導電線路

圖1係本技術方案提供之製作導電線路方法之流程圖。

圖2係本技術方案實施例提供之基板之結構示意圖。

圖3係圖2中基板形成線路圖形之結構示意圖。

圖4係圖2中基板形成預製線路之結構示意圖。

圖5係圖2中基板形成導電線路之結構示意圖。

Claims (4)

1. 一種製作導電線路之方法，其包括以下步驟：將包括還原劑與銀氨絡合物之油墨藉由噴墨列印方式於基板表面形成線路圖形，該銀氨絡合物之濃度為10-4mol/L至5mol/L；採用輻射照射線路圖形，使該線路圖形中之銀氨絡合物被還原劑還原為金屬銀粒子，從而獲得預製線路；於該預製線路之軌跡鍍覆金屬，以形成導電線路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製作導電線路之方法，其中，該輻射為紫外光、鐳射或γ射線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製作導電線路之方法，其中，該鍍覆金屬為銅或鎳。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製作導電線路之方法，其中，鍍覆金屬採用電鍍或化學鍍之方式。