一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及柔性電路板制造領(lǐng)域，提供一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：提供含銀鹽的活化墨水；在基體上噴墨打印所述含銀鹽的活化墨水；對(duì)所述噴墨打印后的基體進(jìn)行燒結(jié)，得燒結(jié)產(chǎn)物；提供化學(xué)鍍銅液，對(duì)所述燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)鍍銅。該基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，墨水中無(wú)固相物，不會(huì)沉降，可長(zhǎng)時(shí)間保存；墨水粘度低，不堵塞噴墨孔，可用普通噴墨打印機(jī)打?。汇y用量很小，成本低；得到的銅導(dǎo)電線路連續(xù)、致密、電導(dǎo)率高，布線精度和密度不受化學(xué)鍍銅工藝的影響。
【專利說(shuō)明】一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性電路板制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷電子(Printed Electronics)是印刷技術(shù)與電子技術(shù)的有機(jī)融合,它采用加成法制作電子器件和電路，比傳統(tǒng)的光刻蝕減成法環(huán)保、高效。其中，基于納米金屬導(dǎo)電墨水的噴墨打印技術(shù)在柔性印刷電路板(Flexible Printed Circuit, FPC)制備方面優(yōu)勢(shì)明顯，它使電路板的生產(chǎn)如辦公室打印文件般輕松，可實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”，且布線密，可使生產(chǎn)柔性化，電子產(chǎn)品小型化。噴墨打印電路的基本流程是:將設(shè)計(jì)好的CAD布線圖通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的噴墨系統(tǒng)，打印在柔性基板(通常是聚酰亞胺，PI)上，干燥后送入低溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，即可得精細(xì)的柔性印刷線路板。此流程可實(shí)現(xiàn)滾對(duì)滾(roll to roll)的高效連續(xù)化生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，最小布線間距僅I μ m。顯然，該技術(shù)的關(guān)鍵是納米金屬導(dǎo)電墨水，它要求墨水粘度低、不沉降，能長(zhǎng)久保存，打印時(shí)不洇墨，不堵塞噴墨孔，墨水里的金屬顆?？寡趸⒉粓F(tuán)聚、燒結(jié)溫度低。適合此要求的納米金屬導(dǎo)電墨水主要是金墨和銀墨。用金或銀制備納米金屬導(dǎo)電墨水，雖然價(jià)格貴，但金和銀化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化，且可以分散成粒徑很小的納米顆粒(通常小于20nm)，便于制成能穩(wěn)定懸浮且不堵塞噴嘴的金屬導(dǎo)電墨水。一般，納米金屬顆粒的粒徑越細(xì)小，燒結(jié)溫度越低，如納米銀的燒結(jié)溫度通常小于230°C，這使得承印物除耐溫的PI外，還可以選擇其它更多的普通有機(jī)聚合物。
[0003]作為導(dǎo)線，銅的電導(dǎo)率雖略低于銀，但價(jià)廉，此外銅還具有很好的焊接性能和耐離子遷移性。相比之下，金導(dǎo)線不僅電導(dǎo)率不如銅，而且焊接性能也差，過(guò)薄的焊盤(pán)(pad)在長(zhǎng)的焊接時(shí)間下，金會(huì)擴(kuò)散進(jìn)焊料，使熔點(diǎn)迅速上升，有時(shí)由于擴(kuò)散系數(shù)的差異，還會(huì)出現(xiàn)kirkendall空洞，減低焊接強(qiáng)度；銀制電路在高溫高濕環(huán)境中長(zhǎng)期使用，容易產(chǎn)生離子遷移現(xiàn)象，導(dǎo)致陰極枝晶生長(zhǎng)而引起短路，降低了產(chǎn)品的可靠性，限制了產(chǎn)品的使用范圍。納米銅導(dǎo)電墨水制備困難，主要是因?yàn)榧{米銅粒子易被氧化。氧化后的納米銅粒子不易被表面活性劑所分散，且不易燒結(jié)成金屬導(dǎo)線，此外，銅還具有較高的表面能，其納米顆粒粒徑較大，通常要大于40 μ m，這會(huì)導(dǎo)致銅納米顆粒不能穩(wěn)定懸浮，墨水易沉降分層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其包括如下步驟:
[0006]提供含銀鹽的活化墨水；
[0007]在基體上噴墨打印所述含銀鹽的活化墨水；
[0008]對(duì)所述噴墨打印后的基體進(jìn)行燒結(jié)，得燒結(jié)產(chǎn)物；[0009]提供化學(xué)鍍銅液，對(duì)所述燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
[0010]本發(fā)明提供的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，針對(duì)現(xiàn)有納米銅導(dǎo)電墨水的不足，以銀鹽和有機(jī)還原劑的混合水溶液為墨水，噴墨打印在柔性承印物I吳上，形成“隱形電路”，然后對(duì)“隱形電路”進(jìn)行燒結(jié)，使墨水中的銀離子還原成金屬銀納米顆粒，再進(jìn)行化學(xué)鍍銅，此時(shí)被還原的銀納米顆粒作為化學(xué)鍍銅的活化劑，誘導(dǎo)銅的沉積，形成光亮、均勻、附著力強(qiáng)的銅涂層，得到“顯性”的銅電路。該基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，墨水中無(wú)固相物，不會(huì)沉降，可長(zhǎng)時(shí)間保存；墨水粘度低，不堵塞噴墨孔，可用普通噴墨打印機(jī)打?。汇y用量很小，成本低；得到的銅導(dǎo)電線路連續(xù)、致密、電導(dǎo)率高，布線精度和密度不受化學(xué)鍍銅工藝的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中燒結(jié)后的樣品的掃描電鏡圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中鍍銅后的樣品的掃描電鏡圖；
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中噴墨打印后的樣品的掃描電鏡圖；
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中鍍銅后的樣品的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其包括如下步驟:
[0017]SOl:提供含銀鹽的活化墨水；
[0018]S02:在基體上嗔墨打印所述含銀鹽的活化墨水；
[0019]S03:對(duì)所述步驟S02打印后的樣品進(jìn)行燒結(jié)；
[0020]S04:提供化學(xué)鍍銅液，將經(jīng)步驟S03燒結(jié)后的樣品進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
[0021]在所述步驟SOl中，所述含銀鹽的活化墨水，至少包括下列組份:水、水溶性銀鹽、潤(rùn)濕劑和有機(jī)還原劑。所述水溶性銀鹽為硝酸銀、高氯酸銀、氟化銀中的至少一種，優(yōu)選地，所述水溶性銀鹽為硝酸銀。所述潤(rùn)濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、多元醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、脂肪醇胺、烷基糖苷中的至少一種，優(yōu)選為0P-10。所述有機(jī)還原劑為甲醛、乙醛、檸檬酸、酪氨酸、葡萄糖、苯胺中的至少一種，優(yōu)選為甲醛和/或檸檬酸。在所述步驟SOl中，所述含銀鹽的活化墨水中水溶性銀鹽、潤(rùn)濕劑、有機(jī)還原劑的質(zhì)量比為1: (0.17?0.53): (0.22?1.6);所述含銀鹽的活化墨水在25°C時(shí)的粘度控制在1.22?1.55厘泊。
[0022]所述步驟S02中，所述基體優(yōu)選為聚酰亞胺基體，聚酰亞胺基體需要進(jìn)行表面清潔處理，具體地，先用濃度為0.5?5M的NaOH水溶液浸泡3?20分鐘，用去離子水洗滌，然后用0.1?2M的硝酸水溶液浸泡I?10分鐘,用去離子水洗凈；最后再用無(wú)水乙醇沖洗，干燥。
[0023]具體地，步驟S03中，燒結(jié)溫度為250?350°C，優(yōu)選地，燒結(jié)溫度為300°C;燒結(jié)時(shí)間20?40分鐘。
[0024]在所述步驟S04中，化學(xué)鍍銅鍍液至少含有下列組份:銅鹽、絡(luò)合劑、有機(jī)還原劑和pH調(diào)節(jié)劑。所述銅鹽優(yōu)選硫酸銅(CuSO4)或五水硫酸銅(CuSO4.5H20);所述絡(luò)合劑優(yōu)選乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，所述有機(jī)還原劑優(yōu)選甲醛水溶液；所述pH調(diào)節(jié)劑優(yōu)選十水四硼酸鈉(Na2B4O7.IOH2O)和氫氧化鈉(NaOH)?；瘜W(xué)鍍銅鍍液優(yōu)選的配方是:每升鍍液含五水硫酸銅(CuSO4.5H20) 5g，十水四硼酸鈉(Na2B4O7.IOH2O) IOg,乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na) IOg,甲醛(HCHO) 20mL，余為水?；瘜W(xué)鍍銅工藝是:用5M NaOH水溶液將鍍液的pH值調(diào)至10?14，升溫至55?70°C進(jìn)行化學(xué)鍍銅，化學(xué)鍍銅時(shí)滴加37wt%甲醛水溶液作有機(jī)還原劑，同時(shí)滴加5M NaOH水溶液，以保持鍍液pH值穩(wěn)定，化學(xué)鍍銅時(shí)間10?50分鐘。
[0025]以下通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)舉例說(shuō)明上述基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法。
[0026]實(shí)施例一:
[0027]Sll:提供含銀鹽的活化墨水:選硝酸銀作為水溶性銀鹽，檸檬酸作為有機(jī)還原齊[J，0P-10作為潤(rùn)濕劑，先配制0.5M AgNO3水溶液、0.1M檸檬酸水溶液和15wt%0P_10水溶液，然后按1:1:1的體積比混合，即得活化墨水，測(cè)得粘度為1.33厘泊。
[0028]S12:在基體上噴墨打印所述含銀鹽的活化墨水:先取面積為210X297mm(A4紙大小)，厚為70mm的聚酰亞胺膜作為承印物，用濃度為3M的NaOH水溶液浸泡10分鐘，用去離子水洗滌，再在IM的硝酸水溶液浸泡3分鐘,用去離子水洗滌后,再用無(wú)水乙醇沖洗,干燥待用；將活化墨水注入HP DeskjetlOOO型噴墨打印機(jī)的墨盒中，并將聚酰亞胺膜裝入噴墨打印機(jī)的進(jìn)紙機(jī)構(gòu)中。通過(guò)電腦將設(shè)計(jì)好的CAD布線圖文件輸出給噴墨打印機(jī)打印。
[0029]S13:對(duì)所述步驟S12打印后的樣品進(jìn)行燒結(jié):待噴墨打印后的聚酰亞胺膜干后，放在干凈的搪瓷托盤(pán)中，置于350°C的燒結(jié)爐中保溫30分鐘，使銀鹽分解，被還原為金屬銀顆粒。電子顯微鏡檢查，銀顆粒牢固地附著在承印物聚酰亞胺膜基體上，如圖1所示。
[0030]S14:提供化學(xué)鍍銅鍍液:稱量 50g CuSO4.5H20, IOOg Na2B4O7.IOH2O, IOOgEDTA-2Na, 2L37wt%HCH0水溶液放入玻璃容器中，加少量去離子水溶解，配制成溶液，再加去離子水定容至10L，滴加5M NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH值至12 ;將經(jīng)步驟S13燒結(jié)后的聚酰亞胺膜浸沒(méi)在所述化學(xué)鍍銅鍍液中，升溫至60°C，化學(xué)鍍銅40分鐘。取出后即得所說(shuō)設(shè)計(jì)的PCB。電子顯微鏡檢查，化學(xué)鍍銅后，銅鍍層均勻平整，如圖2所示。
[0031]四探針?lè)y(cè)得所得PCB中銅導(dǎo)電線路的電阻率為2.14X 10_7Ω.m。銅線路與聚酰亞胺基體的附著力按國(guó)標(biāo)GB/T9286-1998的規(guī)定評(píng)定為I級(jí)。
[0032]實(shí)施例二:
[0033]S21:提供含銀鹽的活化墨水:選硝酸銀作為水溶性銀鹽，檸檬酸作為有機(jī)還原齊[J，0P-10作為潤(rùn)濕劑，先配制0.5M AgNO3水溶液、0.5M甲醛水溶液和15wt%0P_10水溶液，然后按1:1:2的體積比混合，即得活化墨水，測(cè)得粘度為1.45厘泊。
[0034]S22:在基體上噴墨打印所述含銀鹽的活化墨水:取面積為210 X 297mm (A4紙大小)，厚為70mm的聚酰亞胺膜作為承印物，用濃度為3M的NaOH水溶液浸泡10分鐘，用去離子水洗滌，再在IM的硝酸水溶液浸泡3分鐘,用去離子水洗滌后,再用無(wú)水乙醇沖洗,干燥待用。將活化墨水注入HP DeskjetlOOO型噴墨打印機(jī)的墨盒中，并將聚酰亞胺膜裝入噴墨打印機(jī)的進(jìn)紙機(jī)構(gòu)中。通過(guò)電腦將設(shè)計(jì)好的CAD布線圖文件輸出給噴墨打印機(jī)打印。電子顯微鏡檢查，銀顆粒細(xì)小、均勻，牢固地附著在承印物聚酰亞胺膜基體上，如圖3所示。
[0035]S23:對(duì)所述步驟S22打印后的樣品進(jìn)行燒結(jié):待噴墨打印后的聚酰亞胺膜干后，放在干凈的搪瓷托盤(pán)中，置于300°C的燒結(jié)爐中保溫30分鐘，使銀鹽分解，被還原為納米金屬銀。
[0036]S24:提供化學(xué)鍍銅鍍液:稱量 50g CuSO4.5H20, IOOg Na2B4O7.IOH2O, IOOgEDTA-2Na, 2L37wt%HCH0水溶液放入玻璃容器中，加少量去離子水溶解，配制成溶液，再加去離子水定容至10L，滴加5M NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH值至10。將經(jīng)步驟S23燒結(jié)后的聚酰亞胺膜浸沒(méi)在化學(xué)鍍銅的鍍液中，升溫至55°C，化學(xué)鍍銅50分鐘。取出后即得所說(shuō)設(shè)計(jì)的PCB。電子顯微鏡檢查，化學(xué)鍍銅后，銅鍍層均勻平整，如圖4所示。
[0037]四探針?lè)y(cè)得所得PCB中銅導(dǎo)電線路的電阻率為8.53X 10_7Ω.m。銅線路與聚酰亞胺基體的附著力按國(guó)標(biāo)GB/T9286-1998的規(guī)定評(píng)定為I級(jí)。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供含銀鹽的活化墨水； 在基體上嗔墨打印所述含銀鹽的活化墨水； 對(duì)所述噴墨打印后的基體進(jìn)行燒結(jié)，得燒結(jié)產(chǎn)物； 提供化學(xué)鍍銅液，對(duì)所述燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
2.如權(quán)利要求1所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述含銀鹽的活化墨水至少包括水、水溶性銀鹽、潤(rùn)濕劑和有機(jī)還原劑。
3.如權(quán)利要求2所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述水溶性銀鹽為硝酸銀、高氯酸銀、氟化銀中的至少一種。
4.如權(quán)利要求2所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述潤(rùn)濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、多元醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、脂肪醇胺和烷基糖苷中的至少一種。
5.如權(quán)利要求2所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)還原劑為甲醛、乙醛、檸檬酸、酪氨酸、葡萄糖和苯胺中的至少一種。
6.如權(quán)利要求2所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述含銀鹽的活化墨水中水溶性銀鹽、潤(rùn)濕劑、有機(jī)還原劑的質(zhì)量比為1:(0.17?0.53):(0.22?1.6);所述含銀鹽的活化墨水在25°C時(shí)的粘度控制在1.22?1.55厘泊。
7.如權(quán)利要求1所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述基體為聚酰亞胺基體，使用前進(jìn)行清潔處理。
8.如權(quán)利要求1所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的溫度為250?350°C，燒結(jié)的時(shí)間20?40分鐘。
9.如權(quán)利要求1所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍銅鍍液含有銅鹽、絡(luò)合劑、有機(jī)還原劑和PH調(diào)節(jié)劑。
10.如權(quán)利要求1所述的基于噴墨打印技術(shù)的柔性電路板的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍銅的工藝為:用5M NaOH水溶液將鍍液的pH值調(diào)至10?14，升溫至55?70°C進(jìn)行化學(xué)鍍銅，化學(xué)鍍銅時(shí)滴加甲醛水溶液作有機(jī)還原劑，化學(xué)鍍銅時(shí)間10?50分鐘。
【文檔編號(hào)】H05K3/12GK103619128SQ201310606414
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】龔曉鐘, 劉正楷, 湯皎寧, 朱光明 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)