一种基于彩色喷墨打印技术的导电线路印刷工艺方法与流程

本发明属于电子元器件的制造技术领域，涉及一种利用原位还原技术制备电子器件或者电路图的方法。

背景技术：

根据我国电子器件制造领域的现状，形成导电线路的常规方法主要包括刻蚀法、丝网印刷法、真空沉积法、旋转涂布法等，上述方法存在着过程复杂、处理时间长、浪费原材料、产率低、成本高等问题。因此印刷电子近些年来被越来越多的人所广泛关注，特别是新兴电子设备制造行业。主要原因是由于印刷电子技术主要是将电子产品的制作与文本图形印刷技术结合起来，使得本身具有增材制造技术的特点，此技术在实现轻薄、柔性、耐磨、轻质、个性化定制生产和环境友好方面具有很大的优势，使得传统的电子设备制造方式有了新的选择。

以喷墨打印为印刷方式的印刷电子技术近年来受到了广泛的关注，这种新型的技术与其他的印制方式相比，具有一定的优势。具体说来，喷墨打印技术是是一种非接触的印制方式，可以有效的保护衬底材料的表面不会在接触式的印刷工艺中受到破坏。同时其也是一种微滴成型技术，相对于目前来说的丝网印刷、凹版印刷和凸版印刷等方式相比，不需要在印制之前进行印制模具的制作，减少了开模的成本。最后，在一些精度要求不高的应用场合，如天线和电极等，普通的商用喷墨打印机就能满足尺寸和精度的要求，降低了技术难度和成本。

但是，在目前来说使用喷墨印刷技术的印刷电子工艺一般存在以下几个问题：

1、墨水多为纳米颗粒型和有机金属前驱体油墨，此两种油墨往往会导致喷墨打印机喷头的阻塞并且需要后续的高温热处理工序，不仅会造成工艺流程的复杂并且对高分子基材是的选用有很大的限制。

2、上述所言的油墨制备过程较为复杂，并且长时间保存中容易团聚和分解。

3、现有的电子印刷技术中，往往无法实现导电图形的一步成型，均需要印制之后进行额外工序的处理。

技术实现要素：

因此，针对上述存在的不足，本发明提供一种利用喷墨打印的方式将金属离子油墨印制在衬底上，同时利用彩色喷墨打印机的配色原理，实现还原剂油墨的同时印制，进而通过金属离子原位还原的方式制备电子元器件或者电路图的方法。

本发明提供的技术方案：

一种基于彩色喷墨打印技术的导电线路印刷工艺方法，过程包括如下步骤：

(1)基材处理：利用碱性溶液对含有酰胺键的基材表面进行处理，使得基材表面达到亲水性和使酰胺键发生充分的水解；

(2)油墨制备：将金属盐溶解在溶剂1中制成金属离子油墨，将还原剂溶解在溶剂2中制成还原剂油墨，完成墨水的准备工作；

(3)导电图形的打印成型：制备的金属离子油墨和还原剂油墨分别放置在彩色喷墨打印机的不同墨盒中，经过喷墨将二者打印在步骤(1)处理过的基材上，金属离子油墨的打印先于还原剂油墨的打印，完成金属离子的图形化和将金属离子还原成金属单质的过程，形成导电金属层，即完成金属电子器件或者电路图的制备。

优选，步骤(1)中基材选自聚酰亚胺、聚醚酰亚胺。步骤(1)中所述的碱性溶液为naoh水溶液，浓度为3mol/l，处理时间为30～120min，处理温度为50℃。

优选，步骤(2)中还原剂选自为甲醛溶液、硼氢化钠溶液、抗坏血酸溶液和次磷酸钠中的一种或几种；金属离子为银离子。

优选，溶剂1选自水与乙醇中的一种或两种混合物，进一步优选水与乙醇的体积比为1:10～10:1的混合物；溶剂2为水，采用甲醛溶液时优选采用甲醛的氢氧化钠水溶液；

优选，还原剂溶质浓度为1～10wt％；金属离子油墨的浓度为0.5～2mol/l。

步骤(3)中金属离子油墨和还原剂油墨需放置于属于不同颜色的墨盒中，并且满足先印制金属离子油墨后印制还原剂油墨。

作为优选，印制图形的设计中，颜色配色模式应调整为cmyk模式，并且将黑色禁用。

作为优选，本发明所述的制备电子器件或者电路图的方法最后还可以通过退火处理程序，来进一步增加电子器件的柔韧度和使用寿命。

该方法的工作原理为：本工艺主要将聚酰亚胺的自金属化反应原理和彩色喷墨打印机的调色机理结合起来，首先对pi薄膜放入热碱溶液中进行深度的水解处理，形成更多的酰胺基团，在通过利用彩色打印机中不同颜色墨水的按一定的先后印制顺序印制到基底材料上这一特性，通过计算机的颜色调配，实现银离子油墨和不同浓度还原剂的多材料打印。即先将高浓度的银离子印制在表面水解的pi薄膜上，发生了离子交换作用使银离子结合在pi薄膜表面。随后又将还原剂墨水印制到了同样的位置上，实现银离子的还原，形成了光泽的银单质导电图形。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、该发明提供的电子器件或者电路图制备方法，整个过程对印制的金属离子材料进行了充分的利用，有效的降低了成本。

2、本发明提供的方法，基底表面的金属颗粒与衬底之间通过化学键的键合作用附着于衬底上，使得导电金属层与基底有很好的附着力。

3、本发明提供的方法，无需对所制成的样品进行后处理，印制一步成型，节约时间，提高了工作效率。

4、本发明中可以通过对设计图形的配色调控，通过彩色打印机的印制方式，来达到多材料的定量印制，可以通过控制颜色的比例来达到金属离子和还原剂油墨的不同印制比例，省时高效。

5、印制的金属为纳米颗粒，纳米颗粒均匀，所得的金属层为致密的薄层，导电性好。

附图说明

图1为本发明所提供的一种基于喷墨打印的导电线路印刷工艺流程示意图；

图2为本发明实施例1在聚酰亚胺(pi)基材上所制备的电路图；

图3为本发明实施例1在聚酰亚胺(pi)基材上所制备的电路图的表面sem形貌图；

图4为本发明实施例1所打印的银图案附着力测试前后对比图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：

一种基于彩色喷墨打印技术的导电线路印刷工艺，包括以下步骤：

(1)基材处理：聚酰亚胺薄膜分别使用无水乙醇与去离子水依次冲洗三次，将薄膜表面的杂质去除掉。然后将清洗过的pi薄膜放入到50℃的浓度为3mol/l的naoh溶液中浸泡。然后，将处理过的pi薄膜用去离子水反复清洗多次，洗干净后晾干备用；

(2)油墨制备：用体积比为1:1的去离子水和乙醇作为溶剂，配制浓度为1mol/l的agno3作为金属离子墨水，还原剂油墨主要是甲醛的碱性溶液，使用的还原剂油墨具体配方为：每l还原剂油墨含有质量百分含量30-40wt％的甲醛溶液8.5ml，还原剂油墨中氢氧化钠的浓度为7.5g/l；

(3)导电图形的打印成型：将步骤(2)制备的agno3墨水和甲醛墨水注入me-10型普通喷墨打印机的墨盒中，分别将其中的原装墨水换成配置成ag+油墨和还原剂油墨，具体是青色(cyan)墨盒放入agno3墨水，甲醛墨水放入到黄色(yellow)或洋红色(magenta)的墨盒中，通过彩色喷墨印制便可制成导电银图形。

用四探针法对镀层进行电阻率测试，测试结果为5.56×10^-6ω·cm。附着力测试采用胶带法，在打印的导电方块上用百格刀以均匀压力平行拉动，切穿镀层至底膜，再以同样的方法在垂直方向拉动，形成1mm×1mm的网格，用3m胶带贴上镀层并用手按压使其与镀层完全接触，然后迅速拉开，其镀层一点也没有脱落。

其制作方法可以通过彩色喷墨打印机实现在聚酰亚胺薄膜上实现导电图形的快速成型，无后处理过程，所使用的油墨为金属离子型油墨，不含固体颗粒，不易堵塞打印机喷头，能在室温下快速干燥固化，有效提升制造效率，其制备的印刷电路层致密度高，缺陷少，表面光亮，电导率高，与有机基材的结合力强。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。