專利名稱：導電墨水、用其制備金屬線路的方法和印刷電路板的制作方法
技術領域：
本公開內容的一個或多個實施方式涉及導電墨水、使用該導電墨水制備金屬線路 (metal wiring)的方法、以及使用該方法制備的印刷電路板。
背景技術：
近來，小尺寸化和高性能電子器件的開發(fā)已產生對于微型化線路的需要。關于開 發(fā)使用包括金屬納米顆粒的導電墨水制備精細線路的噴墨方法，已經進行了積極的研究。 當使用這樣的噴墨方法時，通過將該墨水印刷在印刷板上并然后燒結該墨水而以低成本制 造精細線路。導電墨水中包括的金屬納米顆粒通常具有若干納米的平均直徑并且使用氣相、物 理或化學方法制備，如韓國專利公布No. 2005-0101101中所公開的。為了形成包括金屬 納米顆粒的導電墨水，根據待使用該墨水形成的線路的性質，用包覆劑(覆蓋劑，capping agent)和添加劑將金屬納米顆粒分散在極性或非極性溶劑中。常規(guī)地，為了平穩(wěn)地噴射墨水，導電墨水中包括具有幾納米至幾十納米尺寸的金 屬納米顆粒。然而，在應用之前，在墨水中應防止金屬顆粒的聚集和/或生長。如果過了長 的時間，在包括金屬納米顆粒的導電墨水中不可避免地發(fā)生直徑的增大和聚集，由此降低 導電墨水的壽命。另外，當將墨水印刷在印刷板上時，印刷頭的噴嘴可被堵塞。為了正常地 噴射墨水，使用過濾過程分離納米顆粒。然而，在過濾過程之后難以調節(jié)墨水溶液中包括的 金屬納米顆粒的量，并且可發(fā)生材料損失。

發(fā)明內容
本公開內容的一個或多個實施方式包括用于形成金屬線路的導電墨水，其中通過 防止金屬納米顆粒之間的聚集，所述導電墨水可長期存儲。本公開內容的一個或多個實施方式包括使用所述導電墨水制備金屬線路的方法， 由此防止噴嘴堵塞和減少材料的損失。本公開內容的一個或多個實施方式包括含有使用所述方法制造的金屬線路的印 刷電路板。根據本公開內容的一個或多個實施方式，導電墨水包括金屬離子、功能溶劑和包覆劑。根據本公開內容的一個或多個實施方式，提供導電墨水，其包括約20 約50重量 份的金屬離子和約70 約110重量份的包覆劑，基于100重量份的功能溶劑。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述金屬離子可為選自銀(Ag)、金(Au)、鉬(Pt)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鈀(Pd)的至少一種的離子。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述功能溶劑可為選自N，N-二甲基甲 酰胺、乙二醇、二甘醇、甘油和聚乙二醇的至少一種。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述包覆劑可為選自糊精、聚乙烯吡咯 烷酮、聚丙烯酸酯和聚乙烯醇的至少一種。根據本公開內容的一個或多個實施方式，制備金屬線路的方法包括將所述導電 墨水印刷在基板上；加熱所述印刷基板以形成金屬納米顆粒；和對所述金屬納米顆粒進行 熱處理以形成所述線路。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述印刷基板可在約50 約85°C的溫 度下加熱。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述金屬納米顆?？删哂屑s20 約 50nm的平均直徑(D50)。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述熱處理可在約150 約200°C的溫 度下進行約10分鐘 約1小時。根據本公開內容的一個或多個實施方式，印刷電路板包括使用上述方法制造的金 屬線路。根據本公開內容的一個或多個實施方式，所述金屬線路可包括具有約40μπι或更 小的線寬的導電圖案。本公開內容的另外的方面和/或優(yōu)點將在隨后的描述中部分闡明，并且部分從該 描述中明晰，或者可通過本公開內容的實踐獲知。


從結合附圖考慮的示例性實施方式的以下描述，本公開內容的這些和/或其它方 面和優(yōu)點將變得明晰和更易理解，在附圖中圖1為說明根據本公開內容的示例性實施方式的通過使用導電墨水制備金屬線 路的方法的示意圖；和圖2顯示根據本公開內容的示例性實施方式的金屬納米顆粒的粒度的分析結果。
具體實施例方式現(xiàn)在詳細介紹本公開內容的示例性實施方式，其實例圖解于附圖中，附圖中相同 的附圖標記始終是指相同的元件。下面通過參考附圖描述示例性實施方式以說明本公開內 容的各方面。圖1是說明根據本公開內容的示例性實施方式的使用導電墨水制備金屬線路的 方法的示意圖。參考圖1，該方法包括將包括金屬離子、功能溶劑和包覆劑的導電墨水印 刷在基板上；加熱所述印刷基板以通過還原所述金屬離子而形成金屬顆粒(納米顆粒)；和 對所述金屬顆粒進行熱處理以形成所述金屬線路。在所述印刷基板的加熱之前，所述導電墨水包括所述金屬離子，而不是金屬顆粒。 在所述印刷基板的加熱期間，所述金屬離子被還原，以形成所述金屬顆粒。因而，由于在印 刷在所述基板上之后形成所述金屬顆粒，因此在印刷之前，可防止所述墨水中的金屬顆粒生長和/或聚集。根據本公開內容的示例性實施方式，提供包括功能溶劑和金屬離子的導電墨水。 所述功能溶劑起到對于所述金屬離子的溶劑和還原劑兩者的作用。在室溫下，所述功能溶 劑對于所述金屬離子可不具有還原能力。然而，當所述導電墨水達到預定溫度時，所述功能 溶劑可獲得還原能力。例如，所述功能溶劑可為選自N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甘醇、 甘油和聚乙二醇的至少一種。所述功能溶劑容許所述導電墨水的長期存儲，而在其中沒有 金屬顆粒的形成和/或聚集。根據本公開內容的示例性實施方式，所述導電墨水包括金屬離子，而不是金屬顆 粒。所述金屬離子可在預定溫度下被所述功能溶劑還原以形成金屬顆粒。所述金屬離子可通過將由M(NO)n表示的金屬氮氧化物或者由MXm表示的金屬鹵 化物前體添加到所述功能溶劑中而形成。在這種情況下，元素M可為任何普通的導電金屬。 例如，元素M可為選自銀(Ag)、金(Au)、鉬(Pt)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鈀(Pd)的至少一種。所述導電墨水中可包括約20 約50重量份的所述金屬離子，基于100重量份的 所述功能溶劑。當所述金屬離子的量在該范圍內時，所述墨水可呈現(xiàn)出所需的分散穩(wěn)定性、 還原反應效率和噴墨印刷適合性。因此，所述墨水非常適于金屬線路的制造。根據本公開內容的實施方式，所述導電墨水包括使金屬的晶粒生長延遲和防止顆 粒之間的聚集的包覆劑。通常，可使用含有氧(0)、氮(N)或硫(S)的化合物作為所述包覆 劑。特別地，為了防止由于在進行燒結操作之后產生副產物xanthan所導致的金屬線路的 電阻的增大，所述包覆劑可為選自糊精、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚乙烯醇的至少一 種。在所述導電墨水中，由于被所述包覆劑包覆的由所述金屬離子形成的金屬顆粒的 高的熱傳導，所述包覆劑可在比包覆劑單獨分解的溫度低得多的溫度下完全分解。因而，在 熱處理期間，所述包覆劑可容易地從所述印刷基板除去。所述包覆劑的量可根據所述金屬離子的量改變。根據本公開內容的示例性實施方 式，所述導電墨水中可包括約70 約110重量份的所述包覆劑，基于100重量份的所述功 能溶劑。當所述包覆劑的量在該范圍內時，可防止金屬顆粒的過早形成，和可減少所述副產 物的量。根據本公開內容的示例性實施方式，所述導電墨水還可包括添加劑例如有機溶 劑、粘結劑、分散劑、增稠劑和表面活性劑。這些組分是本領域中公知的，因而不進行詳細描 述。根據本公開內容的示例性實施方式，由于所述導電墨水包括金屬離子，因此基本 上防止金屬顆粒生長和聚集。因而，即使過了長的時間，也可保持所述導電墨水的原始狀 態(tài)?？墒褂萌魏喂挠∷⒎椒▽⑺鰧щ娔∷⒃诨迳?。特別地，可使用噴墨 印刷、絲網印刷等印刷所述導電墨水。噴墨印刷包括噴射墨水以印刷圖案的任何公知方法。 在噴墨印刷中，根據數(shù)字印刷方法完成線路圖。當印刷所述線路圖時，通過根據該印刷線路 圖以所需的線路形態(tài)將所述導電墨水噴射在基板如樹脂膜上而形成金屬線路圖案。其上印刷所述導電墨水的基板可為任何公知的基板如玻璃膜、電路板或樹脂膜。 所述樹脂膜可為用在印刷電路板(PCB)或柔性印刷電路板(FPCB)中的普通樹脂膜。另外，所述樹脂膜可為耐熱樹脂膜，所述耐熱樹脂膜包括聚四氟乙烯(PTFE)或聚酰亞胺。在制備金屬線路的方法中，根據本公開內容的示例性實施方式，由于使用包括金 屬離子的導電墨水，因此可防止印刷頭的噴嘴堵塞。因而，不需要金屬納米顆粒的再分散和 /或聚集顆粒的過濾。因此，可減少材料損失，和使方法簡化。在制備金屬線路的方法中，根據本公開內容的示例性實施方式，將所述導電墨水 印刷到所述基板上，然后將所述印刷基板加熱至預定溫度。所述功能溶劑在室溫下不具有 對所述金屬離子的還原能力。然而，當進行加熱時，所述功能溶劑將所述金屬離子還原以形 成金屬顆粒。加熱溫度可根據所述墨水中功能溶劑的類型改變。例如，加熱可在約50 約85°C 的溫度下進行約30秒 約3分鐘。其中進行加熱的氣氛沒有特別限制。例如，加熱可在惰性氣氛如氮(N)、氦(He)或 氬(Ar)下進行。為了操作方便，加熱還可在環(huán)境氣氛下進行。由于所述金屬離子直接沉積在所述基板上而沒有生長或聚集，因此由所述金屬離 子形成的金屬顆粒的平均直徑可非常窄地調整至50nm或更小。因而，可使用本方法獲得精 細的金屬線路。在制備金屬線路的方法中，根據本公開內容的示例性實施方式，在進行第一加熱 操作之后進行熱處理操作。在所述熱處理中，有機材料如所述包覆劑被除去，和所述金屬納 米顆?？山M合以形成所述線路。所述印刷基板應不因所述熱處理而降解。所述熱處理可在高溫下進行短時間，以 防止所述金屬顆粒分散。詳細地，所述熱處理可進行約10分鐘 約1小時。例如，所述熱 處理可在約150 約350°C的溫度下進行約20分鐘 約1小時。所述熱處理可在如上所述 的惰性或環(huán)境氣氛下進行。使用上述方法制造的印刷基板可為通常的印刷電路板或柔性印刷電路板。特別 地，由于根據本公開內容的印刷基板可具有細的線路，因此可獲得微型化和高度集成，以形 成所需的柔性印刷電路板。另外，所述印刷電路板可適用于用在各種電器件如便攜式器件、工業(yè)器件、辦公室 器件和家用器件中?？墒褂蒙鲜龇椒ㄐ纬砂ň哂?0 μ m或更小的線寬的線路的印刷電路 板。在下文中，參照以下實施例詳細描述本公開內容的一個或多個實施方式。然而，這 些實施例不意在限制本公開內容的示例性實施方式的目的和范圍。實施例1將92. 3重量份聚乙烯醇(重均分子量10，000)和61. 5重量份AgNO3添加到100 重量份聚乙二醇#100中。在室溫下攪拌所得物，直至AgNO3完全溶解，以制備包括金屬離 子的導電墨水。使用噴墨印刷機將所述導電墨水印刷在玻璃基板上。在75°C的溫度下對印 刷玻璃基板進行加熱，以產生Ag納米顆粒。圖2顯示所述Ag納米顆粒的粒度的分析。將 所述Ag納米顆粒在燒結爐中在150°C的溫度下熱處理三分鐘以制備微線路。實施例2以與實施例1中相同的方式制備導電墨水，除了用聚乙二醇#400代替聚乙二醇 #100之外。使用噴墨印刷機將所述導電墨水印刷在玻璃基板上。在65°C的溫度下對印刷玻璃基板進行加熱，以產生Ag納米顆粒。然后，將所述玻璃基板在燒結爐中在150°C的溫度 下熱處理30分鐘以制備微線路。如上所述，根據本公開內容的一個或多個實施方式，由于導電墨水包括金屬離子， 因此可基本上防止不想要的直徑增大和/或顆粒聚集。因而，所述導電墨水可具有長的存 儲壽命。通過使用所述導電墨水，可防止印刷頭的噴嘴堵塞。因而，不需要金屬納米顆粒的 再分散和/或用于分離聚集顆粒的過濾過程。因此，可防止材料損失，和可通過簡化的方法 制造金屬線路。根據該方法，可精細地調整所述金屬顆粒的粒徑的分布。盡管已經展示和描述了本公開內容的一些示例性實施方式，但是本領域技術人員 理解，可對這些示例性實施方式進行變化，而不背離本公開內容的原理和精神，本公開內容 的范圍限定在權利要求及其等同物中。
權利要求
用于形成金屬線路的導電墨水，包括金屬離子；功能溶劑；和包覆劑，所述功能溶劑起到對于所述金屬離子的溶劑和還原劑兩者的作用。
2.權利要求1的導電墨水，其中所述導電墨水包括20 50重量份的所述金屬離子和 70 110重量份的所述包覆劑，基于100重量份的所述功能溶劑。
3.權利要求1的導電墨水，其中所述金屬離子為選自銀(Ag)、金(Au)、鉬(Pt)、銅 (Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)及其組合的金屬的離子。
4.權利要求1的導電墨水，其中所述功能溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甘 醇、甘油、聚乙二醇、以及其組合。
5.權利要求1的導電墨水，其中所述包覆劑選自糊精、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、 聚乙烯醇及其組合。
6.權利要求1-5任一項的導電墨水，其中所述功能溶劑在第一溫度下防止所述離子的 還原和在比所述第一溫度高的第二溫度下將所述離子還原以形成金屬納米顆粒。
7.權利要求6的導電墨水，其中所述第二溫度為50°C 85°C。
8.制備金屬線路的方法，所述方法包括將權利要求1-7任一項的導電墨水印刷在基板上；加熱所述印刷基板以使用所述金屬離子形成金屬納米顆粒；和對所述金屬納米顆粒進行熱處理，以形成所述金屬線路。
9.權利要求8的方法，其中所述加熱包括在50°C 85°C的溫度下加熱所述印刷基板。
10.權利要求8的方法，其中所述金屬納米顆粒具有20nm 50nm的平均直徑(D50)。
11.權利要求8的方法，其中所述熱處理在150°C 200°C的溫度下進行約10分鐘 約 1小時。
12.印刷電路板，包括使用權利要求8-11任一項的方法制造的金屬線路。
13.權利要求12的印刷電路板，其中所述金屬線路包括具有40μπι或更小的線寬的導 電圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及導電墨水、用其制備金屬線路的方法和印刷電路板，所述導電墨水包括金屬離子、功能溶劑和包覆劑。
文檔編號C09D11/10GK101993634SQ201010260590
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者朱圭楠, 李琮熙, 李邵羅, 鄭載先, 金載明 申請人:三星Sdi株式會社