專利名稱：一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柔性印制電路板制備領(lǐng)域，具體為一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)印刷電路板中導(dǎo)電線路的制造是采用光刻腐蝕的方法法在覆銅板上刻蝕出線路圖形，其存在材料浪費(fèi)大、生產(chǎn)工序多、環(huán)保壓力重、成本高等諸多缺點(diǎn)。新興的印制電子工藝是采用印制工藝，把功能性的油墨或槳料，快速地印制在有機(jī)或無機(jī)基材上，形成各種電子元器件和電子線路，具有工序簡單、環(huán)境友好、浪費(fèi)率低、成本降低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。運(yùn)用印制電子工藝制造導(dǎo)電線路，現(xiàn)在多使用的是噴墨、絲網(wǎng)印刷銀為導(dǎo)電介質(zhì)的金屬導(dǎo)電油墨或者漿料。使用銀作為電介質(zhì)具有電導(dǎo)率高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，不過銀的成本過高，限制了其大規(guī)模的運(yùn)用。用銅取代銀可以使成本大幅度下降，不過微細(xì)顆粒的金屬銅在空氣中容易被氧化，尤其是在熱處理階段，導(dǎo)致無論是納米銅油墨還是導(dǎo)電銅漿的電性能都難以達(dá)到高電導(dǎo)性的要求。為了解決印制電路導(dǎo)電線路的傳統(tǒng)制備工藝與印制電子制備工藝的諸多問題，我們發(fā)明了一種直接在樹脂基板上制 備導(dǎo)電線路的方法。將印刷技術(shù)與離子交換理論相結(jié)合，建立了一種水解一離子交換一還原的理論模型，此理論模型可以應(yīng)用在銀、銅、鎳等可以與羧基形成離子鍵或者配位鍵的金屬的沉積上，所得到的金屬層致密粘附力強(qiáng)，電性能優(yōu)良。如果需要更低的線電阻，可以在之前沉積的金屬線路上施以化學(xué)鍍或者電鍍，從而使線路增厚，獲得所需要的電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路，從而部分取代傳統(tǒng)的光刻腐蝕制備工藝，豐富印制電子工藝的內(nèi)容，提供一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法。本發(fā)明將特定樹脂基板使用堿液處理水解掉表層分子，印刷掩膜保留線路圖形，通過離子交換將金屬離子鍵合在基板表面，還原得到導(dǎo)電線路，化學(xué)鍍、電鍍使線路增厚。本發(fā)明的原理是一種水解一離子交換一還原的過程。以PI為例，PI是主鏈上含有酰亞胺環(huán)(-C0-N-C0-)的一類聚合物，酰亞胺鍵在堿性條件下容易發(fā)生水解，所以將PI膜置入強(qiáng)堿性的氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液中，酰亞胺會水解得到羧酸鈉或羧酸鉀。這種水解過程在一定時間內(nèi)會發(fā)生在PI膜的表層分子中，得到幾十納米至幾微米的水解層。在置于銀、銅、鎳等金屬離子溶液過程中，水溶性的羧酸鈉、鉀會與金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的羧酸銀、銅、鎳等。這是一種離子交換的反應(yīng)，鈉、鉀離子與銀、銅、鎳等離子發(fā)生離子交換。再使用還原性物質(zhì)對不溶性金屬羧酸鹽進(jìn)行還原，就得到金屬單質(zhì)的鍍層在PI膜的表面。這層鍍層厚度可能從幾十納米至幾微米不等。如果在PI膜水解之前或者水解之后使用印刷方式印制掩膜，只保留所需線路圖形暴露在外，那么就可以得到特定線路圖形的導(dǎo)電通路。得到的導(dǎo)電線路電性能如果達(dá)不到要求，可以繼續(xù)通過化學(xué)鍍或電鍍使鍍層增厚，從而得到所需的電性能。本發(fā)明提出的一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法，具體步驟如下:
(O使用主鏈或者側(cè)鏈上帶有酯基、酰胺基、氰基、酰亞胺基或酸酐基等基團(tuán)的基板，清洗后表面除油，除油使用硬脂酸鈉溶液浸泡，取出后清洗烘干；
(2)將步驟(I)得到的基板浸入llmol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，20°C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；使用印刷的方法將得到的樹脂基板上印刷出掩膜圖形，使導(dǎo)電線路圖形暴露在外?；蛘?先使用印刷的方法在步驟(I)中得到的基板上印刷出掩膜圖形，使導(dǎo)電線路圖形暴露在外，然后浸入rSmol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，200C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；
(3)將步驟(2)印刷掩膜后的基板浸入KTlOOmmol/L的金屬離子溶液中20°C 50°C下:Tl5min，取出后清洗烘干；
(4)將步驟(3)浸入金屬離子溶液后的基板浸入還原劑的溶液中，控制還原劑濃度為
0.5 2%wt，還原溫度為20°C 50°C，還原時間為3 15min，金屬離子被還原成單質(zhì)，使線路得到導(dǎo)電性；
(5)將步驟(4)還原后的基板置入適當(dāng)溶劑中將掩膜溶解掉，清洗烘干；
(6)將步驟(5)除去掩膜的基板置入化學(xué)鍍或電鍍液中進(jìn)行鍍層加厚，化學(xué)鍍或電鍍后得到既定要求的導(dǎo)電線路。

本發(fā)明中，步驟(I)所選用的是主鏈或者側(cè)鏈上帶有酯基、酰胺基、氰基、酰亞胺基或酸酐基是水解得到羧基的基團(tuán)的基板，包括但不限于聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚丙烯腈等中任一種。本發(fā)明中，步驟(2)所使用的印刷方法是噴墨印刷、激光打印、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、柔版印刷或平板印刷等中的一種，印刷上的掩膜所使用的油墨的主要成分為炭黑、粘結(jié)樹脂和溶劑。本發(fā)明中，步驟(3)所使用的金屬離子溶液為銅、銀、鈷、鎳、鋁、鋅、金、鉬、鈀的可溶性鹽酸、硫酸或硝酸鹽等中任一種，或?yàn)槁肉Z酸鈉或氯金酸鈉中任一種。本發(fā)明中，步驟(4)所使用的還原劑為甲醛、硼氫化鈉、二甲氨基硼烷、抗壞血酸或乙醛等中的一種。本發(fā)明中，步驟(5)中所使用的溶劑為乙酸乙酯、乙腈、丁酮、乙酸丁酯、甲苯、乙醚、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或石油醚等中的一種或幾種的混合。本發(fā)明中，步驟(6)中所使用的化學(xué)鍍或電鍍液為鍍銅、鍍銀、鍍金、鍍鈀、鍍鎳、鍍鈷或鍍鋅等中的一種。本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明相較于傳統(tǒng)印制電路板導(dǎo)電線路的光刻腐蝕工藝具有工序簡單、材料節(jié)約、污染減少、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。2.本發(fā)明得到的導(dǎo)電線路對P1、PET、PAN等柔性基板具有優(yōu)良的粘附力。3.本發(fā)明所需要的設(shè)備簡單，不需要大規(guī)模的光刻設(shè)備，降低了設(shè)備成本。4.本發(fā)明生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，利于實(shí)現(xiàn)柔性印制電路的“卷對卷”生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1:
(I)使用市售的聚酰亞胺薄膜(Dupont, Kapton )，厚度0.05mm，使用硬脂酸鈉對薄膜表面進(jìn)行除油處理5min，然后用清水沖洗，烘干。(2)將除油后的PI在lmol/L氫氧化鉀溶液中50°C下浸泡5min，對PI膜表面進(jìn)行水解。水解后用清水清洗，烘干。(3)使用激光打印的方式，在水解后的PI上印刷出線路掩膜。(4)將印刷后的PI膜浸入50mmol/L硫酸銅溶液中，在25°C下浸泡5min，使離子得到充分交換。然后取出用清水清洗，烘干。(5)將離子交換后的PI膜置于0.5mol/L的DMAB溶液中進(jìn)行金屬離子的還原，浸泡5min后取出，用清水清洗烘干。(6)配置化學(xué)鍍銅液，配方如下:
權(quán)利要求
1.一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)使用主鏈或者側(cè)鏈上帶有酯基、酰胺基、氰基、酰亞胺基或酸酐基基團(tuán)的樹脂基板，使用硬脂酸鈉溶液浸泡表面除油，取出后清洗烘干； (2)將步驟(I)得到的基板浸入llmol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，20°C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；使用印刷的方法在得到的樹脂基板上印刷出掩膜圖形，使導(dǎo)電線路圖形暴露在外；或者:先使用印刷的方法在步驟(I)中得到的基板上印刷出掩膜圖形，使導(dǎo)電線路圖形暴露在外，然后浸入rSmol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，200C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干； (3)將步驟(2)印刷掩膜后的基板浸入KTlOOmmol/L的金屬離子溶液中20°C 50°C下:Tl5min，取出后清洗烘干； (4)將步驟(3)浸入金屬離子溶液后的基板浸入還原劑的溶液中，控制還原劑濃度為0.5 2%wt，還原溫度為20°C 50°C，還原時間為3 15min，金屬離子被還原成單質(zhì)，使線路得到導(dǎo)電性； (5)將步驟(4)還原后的基板置入適當(dāng)溶劑中將掩膜溶解掉，清洗烘干； (6)將步驟(5)除去掩膜的基板置入化學(xué)鍍或電鍍液中進(jìn)行鍍層加厚，化學(xué)鍍或電鍍后得到既定要求的導(dǎo)電線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)所選用的是主鏈或者側(cè)鏈上帶有酯基、酰胺基、氰基、酰亞胺基或酸酐基是水解得到羧基的基團(tuán)的基板，包括但不限于聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚丙烯腈中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)所使用的印刷方法是噴墨印刷、激光打印、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、柔版印刷或平板印刷中的一種，印刷上的掩膜所使用的油墨的主要成分為炭黑、粘結(jié)樹脂或溶劑中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)所使用的金屬離子溶液為銅、銀、鈷、鎳、鋁、鋅、金、鉬、鈀的可溶性鹽酸、硫酸或硝酸鹽中任一種，或?yàn)槁肉Z酸鈉或氯金酸鈉中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(4)所使用的還原劑為甲醛、硼氫化鈉、二甲氨基硼烷、抗壞血酸或乙醛中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(5)中所使用的溶劑為乙酸乙酯、乙腈、丁酮、乙酸丁酯、甲苯、乙醚、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或石油醚中的一種或幾種的混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(6)中所使用的化學(xué)鍍或電鍍液為鍍銅、鍍銀、鍍金、鍍鈕、鍍鎳、鍍鈷或鍍鋅中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于柔性印制電路板制備領(lǐng)域，具體為一種直接在樹脂基板上制備導(dǎo)電線路的方法。其具體步驟為將樹脂基板浸入強(qiáng)堿性溶液中浸泡，浸泡后的基板清洗后烘干；使用噴墨、絲網(wǎng)、激光印刷、凹版等印刷方式在基板上印刷出掩膜，露出導(dǎo)電線路圖形；浸入銅、銀、鈷、鎳等金屬的水溶性溶液中特定時間后取出清洗；使用甲醛、二甲氨基硼烷(DMAB)、硼氫化鈉、抗壞血酸等還原劑使金屬離子還原成單質(zhì)，從而得到可以導(dǎo)電的金屬鍍層；溶解掉印刷上的掩膜后，使用化學(xué)鍍、電鍍的方式使金屬鍍層增厚，從而提高導(dǎo)電能力。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)印制電路線路制備方法具有節(jié)省材料、環(huán)境友好、成本降低等優(yōu)點(diǎn)，在柔性印制電路板的制備中具有較大的應(yīng)用潛力。
文檔編號H05K3/18GK103249255SQ201310131810
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者常煜, 楊振國 申請人:復(fù)旦大學(xué)