油墨及利用该油墨制作导电线路的方法.pdf

本发明提供一种油墨，其包括还原剂与可溶性钯盐。本发明还提供一种采用该油墨的导电线路的制作方法。该方法利于提高导电线路的连续性及导电性。

1.  一种油墨，其特征在于：所述油墨包括还原剂与可溶性钯盐。

2.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述还原剂为柠檬酸钠或酒石酸钾钠。

3.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述钯盐为硫酸钯、氯化钯、硝酸钯或钯络合物。

4.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述还原剂的摩尔浓度为10-3mol/L至0.4mol/L。

5.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述钯盐的摩尔浓度为10-4mol/L至1mol/L。

6.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述钯盐与还原剂的摩尔比例在1∶10至1∶200之间。

7.  如权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨进一步包括质量百分比为0％至50％乙二醇。

8.  如权利要求7所述的油墨，其特征在于，所述油墨进一步包括质量百分比为0.1％至20％连接料、0.1％至50％粘度调节剂、0.1％至50％保湿剂及0.1至5％表面活性剂。

9.  一种制作导电线路的方法，其包括以下步骤：
将包括还原剂与可溶性钯盐的油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形；
采用光束照射线路图形，使所述线路图形中的可溶性钯盐被还原剂还原为金属钯粒子，从而获得预制线路；
在所述预制线路的轨迹镀覆金属，以形成导电线路。

10.  如权利要求9所述的制作导电线路的方法，其特征在于，所述光束为高能光束。

11.  如权利要求9所述的制作导电线路的方法，其特征在于，采用光束照射线路图形的时间为1分钟至12分钟。

12.  如权利要求9所述的制作导电线路的方法，其特征在于，在所述预制线路镀覆金属采用化学镀的方法进行。

13.  如权利要求12所述的制作导电线路的方法，其特征在于，所述化学镀采用的镀液包括硫酸铜、酒石酸钾钠、乙烯二胺四乙酸二钠盐、甲醛及甲醇。

油墨及利用该油墨制作导电线路的方法
技术领域
本发明涉及喷墨印刷技术领域，特别涉及一种油墨及利用该油墨制作导电线路的方法。
背景技术
喷墨印刷(也称之为：喷墨打印)作为一种印刷工艺，其与平版印刷、丝网印刷一样可用于图形的转移。喷墨印刷为非接触印刷工艺，不需要像活字以及由照相方法制作的印版或软片那样印刷表面，只需将所需图形直接由计算机给出，再通过控制器控制喷墨印刷系统的喷嘴，将油墨颗粒由喷嘴喷出并逐点地形成图形。喷墨印刷可应用在电路板线路制作中，即喷墨打印线路图形。该方法制作线路图形能够精确控制线路的位置及宽度，还降低原料浪费，是一种环保的印刷工艺。
目前，喷墨打印线路图形是将以单分散的纳米颗粒为核心的纳米金属油墨直接喷射在基板表面形成导电线路。请参阅文献：李江，纳米油墨及其应用技术，材料与制备，2005，3：25-29。然而，铜较金或银活泼，且纳米铜的比表面积比一般金属铜大，在空气中纳米铜及易被氧化失去金属的导电性，所以纳米铜不适合作为油墨，也不能满足采用喷墨打印的方式制作铜线路。另外，喷射在基板表面的纳米金属油墨干燥后，还需经过300度高温烧结，使纳米金属颗粒烧结在一起，从而形成连续的导电线路。但是，烧结过程中，温度控制不佳会影响导电线路的连续性及导电性。如烧结温度过低，纳米金属颗粒不能完全被烧结在一起；相反地，烧结温度过高，则基板必须采用耐高温且不易受热变形材料制成。
发明内容
因此，有必要提供一种油墨及导电线路的制作方法，以提高导电线路的连续性及导电性。
以下将以实施例说明一种油墨及导电线路的制作方法。
一种油墨，其包括还原剂与可溶性钯盐。
一种制作导电线路的方法，首先将包括还原剂与可溶性钯盐的油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形。其次，采用光束照射线路图形，使该线路图形中的可溶性钯盐被还原剂还原为金属钯粒子，从而获得预制线路。再次，在该预制线路的轨迹镀覆金属，以形成导电线路。
与现有技术相比，该油墨包括还原剂与可溶性钯盐，利用该油墨制作导电线路时，由于还原剂与可溶性钯盐可完全溶解于油墨中，且不存在纳米金属易被氧化的问题，因此该油墨性能稳定，用其制作的线路图形分布均匀。该方法还通过光束照射线路图形，引发形成线路图形的油墨自身发生氧化还原反应，使油墨中的还原剂将可溶性钯盐中的钯离子还原成金属钯粒子，并由该金属钯粒子作为催化中心镀覆金属，从而形成连续性好的导电线路，避免采用高温烧结形成导电线路，从而使导电线路的制作不必再考虑烧结温度的影响。
附图说明
图1是本技术方案实施例提供的基板的结构示意图。
图2是图1中基板形成线路图形的结构示意图。
图3是图1中基板形成预制线路的结构示意图。
图4是图1中基板形成导电线路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本技术方案实施例提供的一种油墨及利用该油墨制作导电线路的方法作进一步详细说明。
本技术方案实施例提供的油墨，其包括还原剂与可溶性钯盐。该油墨是将还原剂及钯盐与有机溶剂或水溶性介质混合而制成。由于该油墨为水溶性钯盐油墨，该钯盐完全溶解在溶剂中，具有较好分散性，可有效防止直接采用纳米金属粒子油墨时引起的纳米金属粒子发生团聚的现象。
由于可溶性钯盐的氧化性较弱，如果将该钯盐与弱还原性溶液混合，只要没有高能量光束(如紫外光)的照射，氯化钯与弱还原性溶液几乎不发生反应，故包括氯化钯与弱还原性溶液的油墨可以保存较长时间而不变质，其避光保质期至少为三个月。如果将该钯盐与强还原性溶液混合，只要有光束的照射，即可使氯化钯与强还原性溶液发生反应，故包括氯化钯与强还原性溶液的油墨保存时间较短，应在制备后及时使用，缩短油墨的放置时间即可保证喷墨打印的质量。由于钯离子在溶液中表现为橙色，金属钯粒子(钯单质)为黑色，如果油墨中有金属钯粒子析出，会使油墨的溶液加深，所以判断该油墨是否变质，可通过观察油墨的颜色是否加深即可。
该钯盐可以为硫酸钯、氯化钯、硝酸钯、钯络合物或其他可溶性钯盐，其摩尔浓度为10-4mol/L至1mol/L。还原剂可以为柠檬酸钠、酒石酸钾钠等其他还原剂，其摩尔浓度为10-3mol/L至0.4mol/L。该钯盐与还原剂的摩尔比例为1∶10至1∶200。光照时，还原剂与钯盐发生氧化还原反应，并将钯盐中的钯离子还原为金属钯粒子。本实施例中，油墨包括柠檬酸钠与氯化钯。
另外，在制备过程中还可向该油墨中加入表面活性剂、粘度调节剂、连接料或其它试剂，用以调节油墨的表面张力、粘度等性能，从而提高油墨与待打印物体表面的结合力。有机溶剂可以为乙醇、丙酮、甘油等可与水相溶的极性溶剂，水溶性介质可以为去离子水、水溶性有机物或两者的混合物。而表面活性剂可为阴离子型、阳离子型、非离子型等，连接料可为聚氨酯、聚乙烯醇等高分子材料。
以下将以包括氯化钯与柠檬酸钠的油墨为例介绍本实施例的油墨中各种组分的配比范围。摩尔浓度为10-4mol/L至1mol/L的氯化钯与摩尔浓度为10-3mol/L至0.4mol/L的柠檬酸钠溶液以摩尔比例为1∶10至1∶200混合制备油墨基础溶液。在上述油墨基础溶液中还可根据所需油墨的性能选择性地加入质量百分比为0％至50％乙二醇、0.1％至20％连接料、0.1％至50％粘度调节剂、0.1％至50％保湿剂及0.1％至5％表面活性剂，从而完成油墨的制备。
请参阅图1至图4，本实施例提供的采用该油墨制作导电线路的方法。
第一步：提供基板100。
如图1所示，本实施例中，基板100为电路板制作过程中需要进行线路制作的半成品。根据所要制作的电路板的结构可以选择不同结构的基板100。例如，当待制作的电路板为单层板时，所述基板100为一层绝缘层；当待制作的电路板为多层电路板时，所述基板100为一由多层板和一绝缘层压合后所形成的结构，还可为半导体基片。本实施例中，基板100为需要制作单面线路的单层板。该基板100具有用于形成预制线路的表面110。当然，该基板100也可用于制作双面板，只要在基板100相对设置的两个表面上制作即可。
第二步：形成线路图形200于基板100的表面110。
为增加形成的线路图形200与基板100的表面110的结合强度，在基板100形成线路图形200之前，可通过采用酸、碱溶液或等离子体微蚀基板110、清洗等方法对基板110进行表面处理，以除去附着于表面110的污物、氧化物、油脂等。
如图2所示，分别在基板100的表面110通过喷墨印刷方式形成线路图形200。具体地，喷墨打印系统在控制器的控制下根据所需制作的导电线路的图形，将油墨自喷嘴逐点喷洒到表面110，使其沉积在表面110形成线路图形200。该油墨为本技术方案提供的油墨。其包括还原剂及可溶性钯盐。该包括还原剂及可溶性钯盐的油墨形成的线路图形200与所需制作的导电线路的图形相同。
该油墨包括还原剂与可溶性钯盐，利用该油墨制作导电线路时，由于还原剂与可溶性钯盐可完全溶解于油墨中，可避免直接采用纳米金属粒子形成导电线路时引起的纳米金属粒子发生团聚的现象，且不存在纳米金属易被氧化的问题，因此该油墨性能稳定，形成包括还原剂及可溶性钯盐的分布均匀的线路图形，使线路图形中各处线路的厚度与宽度相同。
第三步：形成预制线路300于基板100的表面110。
如图2及图3所示，采用光束照射形成于基板100表面110的线路图形200，使形成该线路图形200的钯盐中的钯离子与还原剂在光束照射下发生氧化还原反应，从而钯盐中的钯离子被还原为金属钯粒子，从而在表面110上由该金属钯粒子形成预制线路300。优选地，光束照射时间在1分钟至12分钟。
该光束可以为紫外光、激光、γ射线等高能光束或其他光束，只要能使上述氧化还原反应发生即可。本实施例中，油墨包括氯化钯与柠檬酸钠。由于柠檬酸钠的还原性较弱，因此需采用高能紫外光作为光源照射包括氯化钯与柠檬酸钠的油墨才能使氯化钯与柠檬酸钠发生反应。具体地，紫外光照射线路图形200，形成线路图形200的氯化钯与柠檬酸钠在紫外光的作用下发生氧化还原反应，使氯化钯中的钯离子被柠檬酸钠还原为金属钯粒子，再于光照后在65度的温度下干燥形成预制线路300。经扫描电镜测量形成预制线路300的金属钯粒子的粒径在60纳米至300纳米之间。当然，形成预制线路300的金属钯粒子也可不为纳米级金属粒子，只要形成的预制线路300包括金属钯粒子即可。
第四步：在预制线路300上镀覆金属形成导电线路400。
前一步骤中，包括还原剂与可溶性钯盐的油墨经喷墨印刷系统喷射至基板100的表面110形成线路图形200时，该线路图形200为分布于表面110的还原剂与可溶性钯盐形成。该钯盐中金属离子间可能没有完全结合，其连续性较差，使钯离子经反应生成的金属钯粒子也为分布在表面110的连续性较差的金属钯粒子，从而降低由该金属钯粒子形成的预制线路300的导电性，使整个预制线路300可能无法达到良好的电性导通。
因此，如图4所示，在预制线路300的金属钯粒子表面经过电镀或化学镀的方法镀覆金属，使所镀覆金属完全包裹于预制线路300的金属钯粒子外并填充相邻两个金属钯粒子的间隙，从而形成连续的导电线路400。在镀覆金属时，形成预制线路300的每个金属钯粒子作为镀覆反应的催化中心，并以该每个金属钯粒子为中心在其表面生长出多个金属粒子。该多个金属粒子致密排列于每个金属钯粒子的表面，使该每个金属钯粒子完全被多个金属粒子包裹，同时没有完全结合的相邻两个金属钯粒子的表面分别生长出的多个金属粒子将该相邻两个金属钯粒子电性连接，从而在基板100的表面110形成具有良好的电性导通的导电线路400。
本实施例中，对包括金属钯粒子的预制线路300进行化学镀铜，在基板100的表面110形成导电线路400。具体地，将形成预制线路300的基板100置于化学镀铜溶液中，在50度的温度下进行化学镀铜2分钟，即可使预制线路300形成完全电连通的导电线路400。导电线路400中的铜粒子的粒径为50至150纳米。该镀液还可包括铜化合物、还原剂与络合剂。铜化合物可为硫酸铜、氯化铜等；还原剂可为甲醛、乙醛酸等；络合剂可为乙烯二胺四乙酸二钠盐、酒石酸钾钠等络合物。当然，还可在渡液中加入稳定剂、光亮剂等，以满足化学镀的需要。具体地，该镀铜溶液的组分为：硫酸铜10g/L、酒石酸钾钠22g/L、乙烯二胺四乙酸二钠盐50g/L、甲醛15mL/L及甲醇10mL/L。其中，固体采用质量体积比，即，单位体积溶液中含该固体的质量，单位g/L；液体采用体积体积比，即，单位体积溶液中含该液体的体积，单位mL/L。
为进一步研究油墨及光束照射对预制线路300物理性能及导电线路400物理性能的影响。本实施例还进一步研究采用包括不同配比的氯化钯与柠檬酸钠的油墨与不同的紫外光照射时间，在基板100的表面110上形成预制线路300的物理性能，以及由该预制线路300形成导电线路400的物理性能，并对该研究及分析结果分别列于表1.1及1.2中。其中，导电线路400的方块电阻采用四探针法测定。方块电阻也称之为方阻，用于表征一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻，其单位为Ω/□(欧姆每平方，ohms per square)。该柠檬酸钠溶液的浓度可根据所需油墨中柠檬酸钠溶液所占比例及氯化钯的浓度计算得到。
表1.1含不同氯化钯(10^-4mol/L)与柠檬酸钠配比的油墨形成的预制线路300及金属400的物理性能(紫外光照射6分钟)