[發(fā)明專利]一種激光低溫快速燒結(jié)印刷納米銀漿形成純銀導(dǎo)電圖文的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410472331.5
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104183335A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅世永;張新林;許文才
• 申請（專利權(quán)）人: 北京印刷學(xué)院
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;B22F3/105;H01B5/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光低溫快速燒結(jié)印刷納米銀漿形成純銀導(dǎo)電圖文層的方法，具體的是先卷到卷印刷納米銀漿，然后用激光選區(qū)燒結(jié)，形成純銀導(dǎo)電線路圖文，屬于印刷電子領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

印制電子是指基于印刷原理的一種高效低成本制造電子元器件的新技術(shù)，目前尚無確切定義，但大多包含通過光、電、電化學(xué)、傳統(tǒng)印刷等基于印刷原理的方式將功能材料卷到卷的制備在柔性基材上這個核心制程。印刷電子產(chǎn)業(yè)，涉及光伏電池、射頻識別標(biāo)簽(RFID)、有機(jī)柔性發(fā)光顯示器、有機(jī)薄膜晶體管、有機(jī)場效應(yīng)晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管、鋰離子電池、超級電容器等器件，是未來全球工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要增長領(lǐng)域。?

先進(jìn)電子元器件的高性能源于其對納米尺寸材料的使用，它們是提高器件性能的關(guān)鍵所在。納米材料的應(yīng)用，需要先將納米材料制備成固液分散體系(油墨、漿料)，這樣保證了納米尺寸顆粒不團(tuán)聚，經(jīng)過印刷過程，在基材上有機(jī)載體未完全燃燒揮發(fā)前，納米材料仍然保持其納米尺度分散狀態(tài)，從而保證了納米材料發(fā)揮其特有的納米效應(yīng)。?

卷到卷印刷大部分基材是柔性紙張、塑料。可適于卷到卷工藝的柔性無機(jī)玻璃只有美國Corning公司和日本電氣硝子公司有相關(guān)報(bào)道。紙張(透明纖維素紙和各種不透明卡紙、銅版紙)和塑料基材聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)能承受的最高溫度大多低于150℃。因此，?實(shí)現(xiàn)柔性基材卷到卷印刷，需要確保基材溫度低于150℃。?

銀導(dǎo)電線路是大多數(shù)電子元器件的核心部件，由于銀的自燒結(jié)溫度過高，現(xiàn)有技術(shù)是將銀導(dǎo)電漿料(也稱銀導(dǎo)電墨水、油墨、銀膏，本發(fā)明中稱為漿料)印刷在基材上，通過熱固化或光固化等方法，依靠漿料中的高分子膠粘劑將銀粉固定在柔性基材上形成導(dǎo)電線路。由于在固化膜中銀粉表面有高分子膠粘劑包覆，而導(dǎo)電原理是通過銀粉顆粒物理接觸實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通，要達(dá)到低電阻率，必須依靠增加印刷墨層厚度和寬度，提高粉體顆粒之間相互接觸面積，即使這樣，其所能達(dá)到的最大電導(dǎo)率常小于純銀的80％，大大的增加了銀粉消耗，降低了銀粉的導(dǎo)電效率，提高了電子元器件的成本。另外，印刷膜層固化后高分子膠粘劑的存在對印刷線路溫度系數(shù)、發(fā)熱以及電子元器件的耐溫耐老化性能產(chǎn)生諸多不利的影響。另一領(lǐng)域，銀在微電子和電氣元件中廣泛用作封裝互連材料，近年來出現(xiàn)了不含任何有機(jī)或無機(jī)粘接劑的納米銀焊膏作為互連材料。但是，文獻(xiàn)報(bào)道的納米銀膏實(shí)現(xiàn)自燒結(jié)溫度一般都高于200℃，難以直接應(yīng)用于在紙和塑料等柔性基材上卷到卷印刷制作導(dǎo)電線路。因此，需要尋求新的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)低溫制備純銀導(dǎo)電線路。?

卷到卷印刷方式速度快，比如凹印最高可以達(dá)到300m/min，印刷濕膜可厚達(dá)10-30μm，燒結(jié)后形成是的純銀層，厚度薄至5μm電導(dǎo)率也可滿足電子元器件的要求。但是由于基材耐受熱處理溫度低，納米銀在低溫下實(shí)現(xiàn)燒結(jié)的速度很慢，兩者速度相差很大，因此，需要采用合適的技術(shù)手段來提高納米銀漿的自燒結(jié)速度。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)思路類似于選區(qū)激光燒結(jié)，即先鋪粉(卷到卷印刷納米尺寸銀漿，?濕膜厚10-30μm，燒結(jié)后厚6-18μm)，激光選擇印刷有導(dǎo)電銀漿的區(qū)域進(jìn)行選區(qū)燒結(jié)，通過基材、納米銀漿料、燒結(jié)產(chǎn)物對激光的選擇性吸收，在基材溫度低于150℃的前提下，被燒結(jié)膜層溫度可以更高，達(dá)到納米銀印刷膜層低溫自燒結(jié)速度與卷到卷高速印刷相匹配的目的。?

以單分散粒徑10-80nm的銀顆粒為導(dǎo)電材料，以硝化纖維素的乙酸乙酯溶液為有機(jī)載體，配制流變特性符合凹版印刷或噴墨印刷的納米銀漿，用凹印機(jī)或噴墨打印機(jī)在典型銅版紙、聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚酰亞胺(PI)等柔性基材上印刷濕膜厚度為10-30μm(燒結(jié)后純銀膜層厚度為6-18μm左右)的印刷濕膜層，制版圖案為RFID標(biāo)簽天線線圈或其它圖形的導(dǎo)電線路。調(diào)節(jié)激光功率和燒結(jié)光斑大小，對凹版印刷和噴墨印刷后的濕膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過程中有機(jī)載體全部揮發(fā)，獲得具有較高電導(dǎo)率的多孔狀純銀燒結(jié)產(chǎn)物，該純銀燒結(jié)產(chǎn)物對基材有足夠的附著力。?

本發(fā)明提出用選區(qū)激光快燒實(shí)現(xiàn)與卷對卷的高印刷速度匹配，利用納米尺寸銀的低熔特性快燒形成由純銀組成的多孔狀燒結(jié)產(chǎn)物(低溫?zé)Y(jié)，高溫服役)。根據(jù)發(fā)明人的研究，低溫快燒獲得的純銀燒結(jié)產(chǎn)物孔隙率高，與基材附著強(qiáng)度低，但這并不影響其應(yīng)用，因?yàn)橛∷㈦娮油ǔＪ嵌鄬与娐罚藢?dǎo)電層燒結(jié)后將立即復(fù)合一層紙或塑料膜或其他功能膜層，對多孔低強(qiáng)度導(dǎo)電線路有保護(hù)作用。另外，細(xì)薄均勻多孔金屬燒結(jié)產(chǎn)物可緩解應(yīng)力集中，有利于提高所制備柔性器件的耐彎折性能。?