一種導(dǎo)電墨水及基于該導(dǎo)電墨水的印制電路的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種可廣泛用于在印制電路的導(dǎo)電墨水及基于該導(dǎo)電墨水的印制電路的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，越來越多的研究正在致力于全印制電子技術(shù)，全印制電子技術(shù)有別于傳統(tǒng)的蝕刻法，是指采用快速、高效和靈活的數(shù)字噴墨打印技術(shù)在基板上形成導(dǎo)電線路和圖形，或形成整個印制電路板的過程。其廣泛用在柔性基底上印制導(dǎo)電線路(電路)，特別是在柔性電子設(shè)備，如柔性顯示設(shè)備、太陽能電池、射頻識別器等的應(yīng)用。
[0003]任何電子設(shè)備必定有相關(guān)元器件和零件組成，通常是由印制板(PCB)承擔(dān)了元器件的支撐和連接作用。全印制電子產(chǎn)品兼有PCB作用，可代替PCB。全印制電子技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):印制技術(shù)的導(dǎo)入簡化電子產(chǎn)品制造工藝;把電子電路與元器件集合在一起，連接可靠;產(chǎn)品輕薄、可撓曲，減少體積與重量，適合各種形狀要求;省料省工，減少材料成本和時間成本;綠色生產(chǎn)，既提高了經(jīng)濟(jì)效益，還減少了制造過程中的環(huán)境污染。
[0004]銅是一種導(dǎo)電性能好，價格低廉，不易發(fā)生電子迀移的導(dǎo)電金屬，是全印制電子技術(shù)中理想的金屬導(dǎo)電材料。目前，全印制電子技術(shù)所用銅導(dǎo)電材料根據(jù)分散介質(zhì)不同可分為兩類，一是銅導(dǎo)電墨水，二是銅導(dǎo)電膠。無論何種銅導(dǎo)電材料，首先都需要以金屬鹽為原料，在有保護(hù)劑的有機(jī)還原劑中反應(yīng)生成各種形貌的納米金屬顆粒。然后將此納米銅顆粒作為填料加入到不同的分散介質(zhì)中制備導(dǎo)電墨水或?qū)щ娔z。如果將導(dǎo)電顆粒分散到乙醇、水、丙酮等有機(jī)溶劑中，得到的則是銅導(dǎo)電墨水。如果分散到環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等樹脂膠粘劑中，得到的則是銅導(dǎo)電膠。將銅導(dǎo)電墨水或銅導(dǎo)電膠印制到基板上、經(jīng)加熱固化(或燒結(jié))即可在基底上制得到所設(shè)計的導(dǎo)電電路圖形。
[0005]從上可以看到，通過傳統(tǒng)方法得到導(dǎo)電圖形過程復(fù)雜，需要進(jìn)行多次離心過濾、清洗納米金屬顆粒，分散銅顆粒等流程。此外，得到的銅還容易氧化，進(jìn)而影響線路導(dǎo)電的穩(wěn)定性，甚至影響到銅與基底的結(jié)合力。對于銅導(dǎo)電墨水得到的線路，在儲存時易發(fā)生納米顆粒團(tuán)聚，若使用噴墨打印技術(shù)，還容易造成噴頭堵塞。為此，本發(fā)明針對上述問題，研制了一種新型的碳銅復(fù)合導(dǎo)電墨水。該導(dǎo)電墨水解決了傳統(tǒng)印制電路制備過程工序繁雜、銅導(dǎo)線與基板結(jié)合力低、使用銅導(dǎo)電墨水得到的線路在儲存時不穩(wěn)定，銅導(dǎo)線易氧化等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種導(dǎo)電墨水及基于該導(dǎo)電墨水的印制電路的制備方法。采用本發(fā)明提供的導(dǎo)電墨水制造印制電路可以顯著保護(hù)銅導(dǎo)線不被氧化，降低其電阻率，提高印制電路中銅的純度；同時，其制備方法工藝簡單，成本較低且具有良好的重復(fù)性，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明克服了上述【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)制作銅線路存在的不足。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]—種導(dǎo)電墨水，包括有機(jī)銅源、有機(jī)還原劑、銅絡(luò)合劑水溶液。所述有機(jī)銅源為有機(jī)酸銅，其碳原子數(shù)在2?16之間，其濃度為1.0mol/L?10mol/L;所述有機(jī)還原劑為維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇的一種或多種，其濃度為0.5mol/L?5mol/L;所述銅絡(luò)合劑為醇胺類有機(jī)物;其濃度為I.0mo I/L?I Omol/L。
[0009]—種印制電路的制備方法，其操作步驟如下:
[0010]步驟1:導(dǎo)電墨水的制備；以有機(jī)酸銅、還原劑、銅絡(luò)合劑制成溶液做為導(dǎo)電墨水，所述有機(jī)酸銅C原子數(shù)在2?16之間，其濃度為1.0mol/L?10mol/L;所述還原劑為維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇的一種或多種，其濃度為0.5mol/L?5mol/L;所述銅絡(luò)合劑為醇胺類有機(jī)物，其濃度為1.0mol/L?10mol/L;
[0011]步驟2:印制；按照設(shè)計使用步驟I所得導(dǎo)電墨水將導(dǎo)電圖形印制到印制電路基板上；
[0012]步驟3:燒結(jié);將步驟2得到的印有圖形的印制電路基板置于高溫惰性環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，得到印制電路導(dǎo)線，其中，燒結(jié)溫度為240?280°C，燒結(jié)時間為0.5?I小時。
[0013]本發(fā)明提供的導(dǎo)電墨水的主要成分都為有機(jī)物質(zhì)，因為無機(jī)物在高溫還原燒結(jié)中難以去除。有機(jī)物酸銅為銅原料;添加醇胺類有機(jī)物為絡(luò)合游離的銅離子的絡(luò)合劑從而通過控制游離銅離子濃度來調(diào)節(jié)銅離子被還原的速率和銅晶粒的生成速率，除此之外，絡(luò)合劑的存在防止銅離子在堿性條件下生成沉淀；同時因為溶液中存在著氧分子，銅顆粒易被氧化，導(dǎo)致得到了亞銅離子，所以添加維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇中的一種或多種為還原劑。
[0014]將本發(fā)明的導(dǎo)電墨水印制到印制電路基板上，放入高溫的惰性氣體中進(jìn)行銅還原燒結(jié)反應(yīng)形成銅導(dǎo)電線路。在該過程中，有機(jī)酸銅在還原劑的作用下二價銅發(fā)生還原形成銅原子。銅原子在高溫作用下形成晶粒，進(jìn)而形成塊狀銅(銅線路)。與此同時，在高溫作用下有機(jī)物能夠分解生成碳，生成的單質(zhì)碳把生成的單質(zhì)銅包裹起來。這使得導(dǎo)電薄膜中的銅單質(zhì)與環(huán)境中的氧氣隔絕，從而提高印制電路導(dǎo)線的抗氧化性能。
[0015]通過本發(fā)明的導(dǎo)電墨水和基于該導(dǎo)電墨水，由于是通過原子級銅堆積的方式在印制電路基板上形成銅線路，因此，銅線路與印制電路基板結(jié)合力好，導(dǎo)電線路的銅均勻、致密。相比傳統(tǒng)的銅線路制作方法，本發(fā)明制造的銅線路的方法具有導(dǎo)線表面平整、碳層致密性好、與基板(載體)的附著力強(qiáng)，同時具有良好的抗氧化性能、生產(chǎn)工藝流程短、成本低、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1制得的導(dǎo)線的掃描電鏡圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例1制得的導(dǎo)線的X射線衍射圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例1制得的導(dǎo)線的能譜成分分析圖。
具體實施方案
[0019]取2.0g乙酸銅溶于5mL二乙醇胺和5mL去離子水混合制成的溶液中，室溫下攪拌均勾，加0.02mol乙二醇于混合溶液，并在室溫下勾速攪拌至均勾，制成導(dǎo)電墨水。將本實施方式所得導(dǎo)電墨水噴印于PI(聚酰亞胺)基板上，在Ar氣環(huán)境下(含少量H2)加熱到260°C，反應(yīng)30min，得到印制電路。
[0020]經(jīng)測試，本方案得到的銅線路電阻率為15.5μΩ.m。此外，使用掃描電鏡分析薄膜的表面形貌、X射線衍射分析薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、EDS分析薄膜的表面氧化情況。
[0021]從以上測試分析后得出:(I)銅導(dǎo)線電阻率低，導(dǎo)電性能良好；(2)掃描電鏡檢測結(jié)果表明導(dǎo)線中電路的碳銅復(fù)合物致密性好；(3)X射線衍射分析結(jié)果表明制得的印制電路是含有金屬銅電路(比對XRD標(biāo)準(zhǔn)卡JCPDF-0004-0783)，電路中銅的純度很高、無反應(yīng)殘留物以及銅的氧化物等成分；(4)EDS能譜成分分析結(jié)果顯示，印制線路中只含碳、銅，無其他元素殘留，表明銅抗氧化性能好。
【主權(quán)項】
1.一種導(dǎo)電墨水，包括有機(jī)銅源、有機(jī)還原劑、銅絡(luò)合劑水溶液;所述有機(jī)銅源為有機(jī)酸銅，其碳原子數(shù)在2?16之間，所述有機(jī)還原劑為維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇的一種或多種，所述銅絡(luò)合劑為醇胺類有機(jī)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)電墨水，其特征在于，所述有機(jī)酸銅的濃度為1.0mol/L?10mol/Lo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)電墨水，其特征在于，所述還原劑的濃度為0.5mol/L?5mol/L04.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)電墨水，其特征在于，所述銅絡(luò)合劑的濃度為1.0mol/L?10mol/Lo5.—種印制電路的制備方法，其操作步驟如下: 步驟1:導(dǎo)電墨水的制備；以有機(jī)酸銅、還原劑、銅絡(luò)合劑制成溶液做為導(dǎo)電墨水，所述有機(jī)酸銅碳原子數(shù)在2?16之間，濃度為1.0mol/L?lOmol/L;所述還原劑為維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇的一種或多種，其濃度為0.5mol/L?5mol/L;所述銅絡(luò)合劑為醇胺類有機(jī)物，其濃度為1.0mol/L?10mol/L; 步驟2:印制;按照設(shè)計使用步驟I所得導(dǎo)電墨水將導(dǎo)電圖形印制到印制電路基板上； 步驟3:燒結(jié);將步驟2得到的印有圖形的印制電路基板置于高溫惰性環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，得到印制電路導(dǎo)線。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述印制電路的制備方法，其特征在于，所述印制方法采用絲棒涂布、刮刀涂布、旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、輥涂、浸涂、流涂等涂布方式或噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版印刷等印刷方式中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述印制電路的制備方法，其特征在于，步驟3中燒結(jié)溫度為240?280°C，燒結(jié)時間為0.5?I小時。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述印制電路的制備方法，其特征在于，得到的印制電路導(dǎo)線為碳覆蓋銅結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電墨水及基于該導(dǎo)電墨水的印制電路的制備方法，所述的導(dǎo)電墨水包括有機(jī)銅源、有機(jī)還原劑、銅絡(luò)合劑水溶液。所述有機(jī)銅源為有機(jī)酸銅，其碳原子數(shù)在2～16之間，所述有機(jī)還原劑為維生素C、二甲基亞砜、聯(lián)胺、多元醇或聚合醇的一種或多種，所述銅絡(luò)合劑為醇胺類有機(jī)物。將本發(fā)明所述的導(dǎo)電墨水噴印到印制電路基板上，在惰性氣體環(huán)境下加熱還原可得到由碳覆蓋銅導(dǎo)電線路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過本發(fā)明導(dǎo)電墨水得到印制電路銅導(dǎo)電線路具有表面平整、碳層致密性好、與基板的附著力強(qiáng)、具有良好的抗氧化性能、生產(chǎn)工藝流程短、成本低、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C09D11/52
【公開號】CN105440801
【申請?zhí)枴緾N201510923703
【發(fā)明人】何為, 李玫娟, 王守緒, 毛英捷, 周國云, 陳苑明, 楊文君, 王翀
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月11日