專利名稱：一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷電路的制作方法，特別涉及一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法。該賤金屬催化油墨取代了傳統(tǒng)含銀、金、鉬、鈀等貴金屬油墨，可以在絕緣基材上制作各種低成本的印刷電路。
背景技術(shù)：
目前，印刷電路在薄膜開關(guān)、電子標(biāo)簽、觸摸屏、印刷線路板、柔性電路板等產(chǎn)品或零部件中大量應(yīng)用。通常印刷電路的制作方法是把導(dǎo)電油墨(或稱導(dǎo)電漿料)通過絲網(wǎng)印刷、凹板印刷等傳統(tǒng)印刷方式印刷到緣絕基材上，然后再通過中、低溫進(jìn)行固化，從而在緣絕基材上形成了印刷電路。但是上述使用的導(dǎo)電油墨中都含有銀、金、鉬、鈀等貴金屬粉末，從而造成這種導(dǎo)電油墨價格昂貴，大大提高了制成品的成本。而用賤金屬銅、鎳取代銀、 金等貴金屬，由于容易氧化的原因，在加工過程中會在其表面形成氧化物層，從而造成不導(dǎo)電。而碳由于導(dǎo)電率低，不能滿足低電阻率電路的要求。所以這是目前所有中、低溫固化導(dǎo)電油墨都含有銀粉等貴金屬粉末的真正原因。比如美國Advanced Products，Inc公司生產(chǎn)的導(dǎo)電油墨在有機載體中加入50 70%重量的銀粉，制成的導(dǎo)電油墨用來制作薄膜開關(guān) (見美國專利US520(^64)；美國杜邦公司的J. R. Dorfman把銀粉充分分散于含有氯醋樹酯的載體中，生產(chǎn)低電阻率的電路用電子標(biāo)簽的天線(見美國專利US7857998B》。但這些發(fā)明均不可避免的使用了昂貴的銀粉，由此造成其產(chǎn)品成本大大增加。因此如何開發(fā)一種可以利用賤金屬油墨來制作印刷電路的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，旨在解決目前采用貴金屬油墨來制作印刷電路帶來的高成本問題，開發(fā)一種可以利用賤金屬油墨來制作印刷電路的方法，以降低成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其創(chuàng)新在于所述賤金屬催化油墨包含下列組份及其重量百分含量(1)功能材料 10 90%所述功能材料由金屬，或者金屬氧化物，或者金屬和金屬氧化物按任意重量比例混合構(gòu)成，功能材料的顆粒直徑在30納米 25微米范圍；所述金屬選擇鐵、鎳、鋁、鋅四種金屬之一，或者鐵、鎳、鋁、鋅、銅五種金屬中至少兩種金屬按任意重量比例的混合物；所述金屬氧化物選擇氧化亞鐵或氧化亞銅，或者氧化亞鐵和氧化亞銅按任意重量比例的混合物；(2)有機載體2 18%所述有機載體由下列高分子聚合物中的一種或者兩種以上按任意重量比例混合構(gòu)成
聚氨酯；聚碳酸酯；聚氯乙烯；聚甲基丙烯酸甲酯；苯氧樹脂；聚酯；乙烯共聚物；以上有機載體中，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚對羥基苯甲酸酯、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂或丙烯酸樹脂；以上有機載體中，所述乙烯共聚物由兩種或兩種以上含有乙烯基的單體共聚而成的聚合物，所述含有乙烯基的單體有醋酸乙烯酯、乙烯醇、氯乙烯、偏二氯乙烯、苯乙烯、 丙烯腈、羥烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯以及 2-乙基丙烯酸己酯；(3)有機溶劑8 72%所述有機溶劑選擇下列醚類溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑和醇類溶劑中的一種溶劑， 或者兩種以上溶劑按任意重量比例的混合物醚類溶劑有
二乙二醇乙醚；
丙二醇甲醚
二丙二醇甲醚；
二丙二醇丙醚；
丙二醇丙醚
丙二醇丁醚
二丙二醇丁醚；
三丙二醇丁醚；
丙二醇苯醚
二丙二醇二 E
酯類溶劑有
乙酸乙酯；
丁基卡必醇醋酸酉
丙二醇甲醚醋酸酉
二丙二醇甲醚醋畫
丙二醇二醋酉I酯；
醋酸戊酯混合物；
醋酸正丁酯
醋酸異丁酯
醋酸正丙酯
醋酸異丙酯
丙酸正丁酯
3-乙氧基丙酸乙酯；鄰苯二甲酸二丁酯；丙酸正戊酯；丙酸正丙酯；二元酸酯；酮類溶劑有丙酮；丁酮；醇類溶劑有α-或β-松油醇；丁基卡必醇；己二醇；戊醇混合物；正丁醇；異丁醇；異丙醇；二異丁基甲醇；甲基異丁基甲醇；2-甲基丁醇；正戊醇；正丙醇；三甲基壬醇；所述制作印刷電路的方法包含下列步驟第一步，印刷線路使用所述賤金屬催化油墨通過絲網(wǎng)印刷法、照相凹版印刷法、柔性版印刷法、膠版印刷法、噴墨法、凸版印刷法或者凹板印刷法的方式在緣絕基材上制作與印刷電路圖案相同的賤金屬催化油墨線路，然后將形成有賤金屬催化油墨線路的緣絕基材放入加熱或/和通風(fēng)的環(huán)境中，讓賤金屬催化油墨中的有機溶劑蒸發(fā)，使緣絕基材上的賤金屬催化油墨線路干燥；第二步，化學(xué)鍍將帶有賤金屬催化油墨線路的緣絕基材放入置換反應(yīng)溶液中進(jìn)行化學(xué)鍍，所述置換反應(yīng)溶液采用含有二價銅離子的酸性水溶液，當(dāng)賤金屬催化油墨線路中含有鋁、鋅或者氧化亞鐵時，所述置換反應(yīng)溶液除了采用含有二價銅離子的酸性水溶液而外，還能夠采用含有三價鐵離子的酸性水溶液、含有二價鎳離子的酸性水溶液，或者含有三價鉻離子的酸性水溶液；所述酸性水溶液的濃度為0. 1 1摩爾/升，PH值為1 6 ；所述含有二價銅離子的酸性水溶液為硫酸銅水溶液、氯化銅水溶液、硝酸銅水溶液、硫代硫酸銅水溶液或者醋酸銅水溶液，所述含有三價鐵離子的酸性水溶液為硫酸鐵水溶液、氯化鐵水溶液或者硝酸鐵水溶液，所述含有二價鎳離子的酸性水溶液為硫酸鎳水溶液、氯化鎳水溶液、硝酸鎳水溶液或者醋酸鎳水溶液，所述含有三價鉻離子的酸性水溶液為硫酸鉻水溶液、氯化鉻水溶液或者醋酸鉻水溶液；在化學(xué)鍍過程中，賤金屬催化油墨線路中的金屬或金屬氧化物與置換反應(yīng)溶液中的金屬離子進(jìn)行置換反應(yīng)，析出金屬原子緊密地附著于賤金屬催化油墨線路表面，從而形成導(dǎo)體印刷電路。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1.上述方案中，所述“印刷電路”是指采用油墨并通過絲網(wǎng)印刷、凹板印刷等傳統(tǒng)印刷方式以及使用噴涂、粉刷的方式在緣絕基材上制作的各種導(dǎo)電電路。所述“緣絕基材” 是指薄膜開關(guān)、電子標(biāo)簽、觸摸屏、印刷線路板、柔性電路板等產(chǎn)品或零部件中，印制有印刷電路的絕緣性基體，比如塑料、陶瓷、紙、富通板(FR-4)、PCB板等等。2.上述方案中，為了提高印刷電路的導(dǎo)電率，在經(jīng)過第二步化學(xué)鍍之后，采用電鍍方法對緣絕基材上的導(dǎo)體印刷電路表面鍍銅、鍍鎳、鍍鉻或鍍錫。3.上述方案中，所述賤金屬催化油墨中的各組份較佳的含量范圍是所述功能材料的含量為40 80% ；所述有機載體的含量為3 15% ；所述有機溶劑的含量為16 48%。各組份最佳的含量范圍是所述功能材料的含量為50 75%;所述有機載體的含量為5 10% ；所述有機溶劑的含量為20 40%。4.上述方案中，所述賤金屬催化油墨中的功能材料、有機載體和有機溶劑是必不可少的關(guān)鍵組份，除此而外，為了進(jìn)一步改善和提高效果還可以添加一些助劑。所述助劑包含有分散劑0. 2 1. 5% ；還原劑1 5% ；觸變劑0. 2 2% ；流平劑0. 2 2%等等。其中，分散劑的作用是幫助功能材料分散均勻，分散劑采用陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型中的一種，其中，陽離子型有聚乙烯亞胺、雙十八烷基雙甲基氯化銨或者咪唑啉季銨鹽；陰離子型為大豆卵磷脂；非離子型為脂肪醇聚氧乙烯醚；兩性型為椰油基磺丙基甜菜堿。還原劑采用葡萄糖、甲醛、次亞磷酸鈉、硼烷類物質(zhì)和水合胼中的至少一種。觸變劑采用納米碳粉、納米二氧化硅或者有機膨潤土。本發(fā)明原理是本發(fā)明中的賤金屬催化油墨與現(xiàn)有導(dǎo)電油墨形成印刷電路的原理完全不同?，F(xiàn)有導(dǎo)電油墨本身具有導(dǎo)電性，使用時只要通過絲網(wǎng)印刷、凹板印刷等傳統(tǒng)印刷方式印刷到緣絕基材上，然后再通過加熱固化直接在緣絕基材上形成印刷電路。而本發(fā)明催化油墨本身不具有導(dǎo)電性，電阻率P >2Χ108Ω ·_，使用時先要通過絲網(wǎng)印刷、凹板印刷等傳統(tǒng)印刷方式或者使用噴涂、粉刷的方式在緣絕基材上制作賤金屬催化油墨線路，然后通過加溫使油墨線路干燥，最后將帶油墨線路的緣絕基材放入置換反應(yīng)溶液中進(jìn)行化學(xué)鍍，從而形成導(dǎo)體印刷電路。所謂化學(xué)鍍實際上是油墨中的金屬或金屬氧化物與置換反應(yīng)溶液中的金屬離子進(jìn)行置換反應(yīng)，金屬原子緊密地附著于線路表面，經(jīng)干燥后形成導(dǎo)體印刷電路。其作用機理是用氧化還原電位低的金屬或金屬氧化物來還原氧化還原電位高的金屬或金屬氧化物。比如，催化油墨中含有鐵，置換反應(yīng)溶液可以采用硫酸銅，其置換反應(yīng)式為Fe (催化油墨)+Cu2+(硫酸銅)一Fe2+/3+(反應(yīng)后溶液)+Cu(析出銅)在本發(fā)明中，賤金屬催化油墨中含有的金屬或金屬氧化物與可使用的置換反應(yīng)溶液種類的關(guān)系如下表1 表1
權(quán)利要求
1. 一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于所述賤金屬催化油墨包含下列組份及其重量百分含量(1)功能材料10 90%所述功能材料由金屬，或者金屬氧化物，或者金屬和金屬氧化物按任意重量比例混合構(gòu)成，功能材料的顆粒直徑在30納米 25微米范圍；所述金屬選擇鐵、鎳、鋁、鋅四種金屬之一，或者鐵、鎳、鋁、鋅、銅五種金屬中至少兩種金屬按任意重量比例的混合物；所述金屬氧化物選擇氧化亞鐵或氧化亞銅，或者氧化亞鐵和氧化亞銅按任意重量比例的混合物；(2)有機載體2 18%所述有機載體由下列高分子聚合物中的一種或者兩種以上按任意重量比例混合構(gòu)成聚氨酯； 聚碳酸酯； 聚氯乙烯； 聚甲基丙烯酸甲酯； 苯氧樹脂； 聚酯；乙烯共聚物；以上有機載體中，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚對輕基苯甲酸酯、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂或丙烯酸樹脂；以上有機載體中，所述乙烯共聚物由兩種或兩種以上含有乙烯基的單體共聚而成的聚合物，所述含有乙烯基的單體有醋酸乙烯酯、乙烯醇、氯乙烯、偏二氯乙烯、苯乙烯、丙烯腈、羥烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯以及2 -乙基丙烯酸己酯；(3)有機溶劑d所述有機溶劑選擇下列醚類溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑和醇類溶劑中的一種溶劑，或者兩種以上溶劑按任意重量比例的混合物 醚類溶劑有二乙二醇乙醚； 丙二醇甲醚； 二丙二醇甲醚； 二丙二醇丙醚； 丙二醇丙醚； 丙二醇丁醚； 二丙二醇丁醚； 三丙二醇丁醚； 丙二醇苯醚； 二丙二醇二甲醚；酯類溶劑有 乙酸乙酯；丁基卡必醇醋酸酯； 丙二醇甲醚醋酸酯； 二丙二醇甲醚醋酸酯； 丙二醇二醋酸酯； 醋酸戊酯混合物； 醋酸正丁酯； 醋酸異丁酯； 醋酸正丙酯； 醋酸異丙酯； 丙酸正丁酯； 3-乙氧基丙酸乙酯； 鄰苯二甲酸二丁酯； 丙酸正戊酯； 丙酸正丙酯； 二元酸酯； 酮類溶劑有 丙酮； 丁酮；醇類溶劑有 α-或β-松油醇； 丁基卡必醇； 已二醇； 戊醇混合物； 正丁醇； 異丁醇； 異丙醇； 二異丁基甲醇； 甲基異丁基甲醇； 2-甲基丁醇； 正戊醇； 正丙醇； 三甲基壬醇；所述制作印刷電路的方法包含下列步驟 第一步，印刷線路使用所述賤金屬催化油墨通過絲網(wǎng)印刷法、照相凹版印刷法、柔性版印刷法、膠版印刷法、噴墨法、凸版印刷法或者凹板印刷法的方式在緣絕基材上制作與印刷電路圖案相同的賤金屬催化油墨線路，然后將形成有賤金屬催化油墨線路的緣絕基材放入加熱或/和通風(fēng)的環(huán)境中，讓賤金屬催化油墨中的有機溶劑蒸發(fā)，使緣絕基材上的賤金屬催化油墨線路干燥；第二步，化學(xué)鍍將帶有賤金屬催化油墨線路的緣絕基材放入置換反應(yīng)溶液中進(jìn)行化學(xué)鍍，所述置換反應(yīng)溶液采用含有二價銅離子的酸性水溶液，當(dāng)賤金屬催化油墨線路中含有鋁、鋅或者氧化亞鐵時，所述置換反應(yīng)溶液除了采用含有二價銅離子的酸性水溶液而外，還能夠采用含有三價鐵離子的酸性水溶液、含有二價鎳離子的酸性水溶液，或者含有三價鉻離子的酸性水溶液；所述酸性水溶液的濃度為0. Γ1摩爾/升，ρΗ值為廣6 ；所述含有二價銅離子的酸性水溶液為硫酸銅水溶液、氯化銅水溶液、硝酸銅水溶液、硫代硫酸銅水溶液或者醋酸銅水溶液，所述含有三價鐵離子的酸性水溶液為硫酸鐵水溶液、氯化鐵水溶液或者硝酸鐵水溶液， 所述含有二價鎳離子的酸性水溶液為硫酸鎳水溶液、氯化鎳水溶液、硝酸鎳水溶液或者醋酸鎳水溶液，所述含有三價鉻離子的酸性水溶液為硫酸鉻水溶液、氯化鉻水溶液或者醋酸鉻水溶液；在化學(xué)鍍過程中，賤金屬催化油墨線路中的金屬或金屬氧化物與置換反應(yīng)溶液中的金屬離子進(jìn)行置換反應(yīng)，析出金屬原子緊密地附著于賤金屬催化油墨線路表面，從而形成導(dǎo)體印刷電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于第三步，電鍍在經(jīng)過第二步化學(xué)鍍之后，采用電鍍方法對緣絕基材上的導(dǎo)體印刷電路表面鍍銅、鍍鎳、鍍鉻或鍍錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于所述功能材料的含量為40 80% ；所述有機載體的含量為3 15% ；所述有機溶劑的含量為16、8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于所述功能材料的含量為5(Γ75% ；所述有機載體的含量為5 10% ；所述有機溶劑的含量為20、0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于所述賤金屬催化油墨中包含有助劑，所述助劑有分散劑0. 2 1.5%，分散劑采用陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型中的一種，其中，陽離子型有聚乙烯亞胺、雙十八烷基雙甲基氯化銨或者咪唑啉季銨鹽；陰離子型為大豆卵磷脂；非離子型為脂肪醇聚氧乙烯醚；兩性型為椰油基磺丙基甜菜堿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于所述助劑有還原劑廣5%，還原劑采用葡萄糖、甲醛、次亞磷酸鈉、硼烷類物質(zhì)和水合胼中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于 所述助劑有觸變劑0. 2 2%，觸變劑采用納米碳粉、納米二氧化硅或者有機膨潤土。
全文摘要
一種利用賤金屬催化油墨制作印刷電路的方法，其特征在于油墨主要由功能材料10~90%、有機載體2~18%和有機溶劑8~72%組成，其中，功能材料由金屬或/和金屬氧化物粉末構(gòu)成，金屬選擇鐵、鎳、鋁、鋅四種金屬之一，或者鐵、鎳、鋁、鋅、銅五種金屬中至少兩種金屬按任意重量比例的混合物；金屬氧化物選擇氧化亞鐵或/和氧化亞銅。本發(fā)明可以采用絲網(wǎng)印刷、凹板印刷等傳統(tǒng)印刷方式制作在緣絕基材上，然后放入置換反應(yīng)溶液中進(jìn)行置換反應(yīng)從而形成導(dǎo)體印刷電路。其特點是1、油墨不含銀、金等貴金屬，大大降低了相關(guān)產(chǎn)品的制造成本；2、方法簡單；3、制作的印刷電路可靠，導(dǎo)電性能好，應(yīng)用廣泛。
文檔編號H05K3/10GK102573313SQ20121003165
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者馮波 申請人:蘇州晶訊科技股份有限公司