[發明專利]一種直接在樹脂基板上制備導電線路的方法

有效

• 申請號: 201310131810.6
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103249255A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 常煜;楊振國
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H05K3/18
• 分類號: H05K3/18
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于柔性印制電路板制備領域，具體為一種直接在樹脂基板上制備導電線路的方法。

背景技術

傳統印刷電路板中導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，其存在材料浪費大、生產工序多、環保壓力重、成本高等諸多缺點。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，快速地印制在有機或無機基材上，形成各種電子元器件和電子線路，具有工序簡單、環境友好、浪費率低、成本降低等優點，具有廣闊的應用前景。

?運用印制電子工藝制造導電線路，現在多使用的是噴墨、絲網印刷銀為導電介質的金屬導電油墨或者漿料。使用銀作為電介質具有電導率高，化學性質穩定等優點，不過銀的成本過高，限制了其大規模的運用。用銅取代銀可以使成本大幅度下降，不過微細顆粒的金屬銅在空氣中容易被氧化，尤其是在熱處理階段，導致無論是納米銅油墨還是導電銅漿的電性能都難以達到高電導性的要求。

為了解決印制電路導電線路的傳統制備工藝與印制電子制備工藝的諸多問題，我們發明了一種直接在樹脂基板上制備導電線路的方法。將印刷技術與離子交換理論相結合，建立了一種水解—離子交換—還原的理論模型，此理論模型可以應用在銀、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，電性能優良。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鍍或者電鍍，從而使線路增厚，獲得所需要的電性能。

發明內容

?本發明的目的在于直接在樹脂基板上制備導電線路，從而部分取代傳統的光刻腐蝕制備工藝，豐富印制電子工藝的內容，提供一種直接在樹脂基板上制備導電線路的方法。本發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，還原得到導電線路，化學鍍、電鍍使線路增厚。本發明的原理是一種水解—離子交換—還原的過程。以PI為例，PI是主鏈上含有酰亞胺環（-CO-N-CO-）的一類聚合物，酰亞胺鍵在堿性條件下容易發生水解，所以將PI膜置入強堿性的氫氧化鈉、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會發生在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、鉀會與金屬離子發生反應，生成不溶于水的羧酸銀、銅、鎳等。這是一種離子交換的反應，鈉、鉀離子與銀、銅、鎳等離子發生離子交換。再使用還原性物質對不溶性金屬羧酸鹽進行還原，就得到金屬單質的鍍層在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電通路。得到的導電線路電性能如果達不到要求，可以繼續通過化學鍍或電鍍使鍍層增厚，從而得到所需的電性能。

本發明提出的一種直接在樹脂基板上制備導電線路的方法，具體步驟如下：

（1）?使用主鏈或者側鏈上帶有酯基、酰胺基、氰基、酰亞胺基或酸酐基等基團的基板，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（1）得到的基板浸入1~8mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，20℃~50℃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，使導電線路圖形暴露在外。或者：先使用印刷的方法在步驟（1）中得到的基板上印刷出掩膜圖形，使導電線路圖形暴露在外，然后浸入1~8mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，20℃~50℃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10~100mmol/L的金屬離子溶液中20℃~50℃下3~15min，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℃~50℃，還原時間為3~15min，金屬離子被還原成單質，使線路得到導電性；

（5）?將步驟（4）還原后的基板置入適當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鍍或電鍍液中進行鍍層加厚，化學鍍或電鍍后得到既定要求的導電線路。

本發明中，步驟（1）所選用的是主鏈或者側鏈上帶有酯基、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。