专利名称：一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法
技术领域：
本发明属于柔性印制电路板制备领域，具体为一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。
背景技术：
传统印刷电路板中导电线路的制造是采用光刻腐蚀的方法法在覆铜板上刻蚀出线路图形，其存在材料浪费大、生产工序多、环保压力重、成本高等诸多缺点。新兴的印制电子工艺是采用印制工艺，把功能性的油墨或桨料，快速地印制在有机或无机基材上，形成各种电子元器件和电子线路，具有工序简单、环境友好、浪费率低、成本降低等优点，具有广阔的应用前景。运用印制电子工艺制造导电线路，现在多使用的是喷墨、丝网印刷银为导电介质的金属导电油墨或者浆料。使用银作为电介质具有电导率高，化学性质稳定等优点，不过银的成本过高，限制了其大规模的运用。用铜取代银可以使成本大幅度下降，不过微细颗粒的金属铜在空气中容易被氧化，尤其是在热处理阶段，导致无论是纳米铜油墨还是导电铜浆的电性能都难以达到高电导性的要求。为了解决印制电路导电线路的传统制备工艺与印制电子制备工艺的诸多问题，我们发明了一种直接在树脂基板上制 备导电线路的方法。将印刷技术与离子交换理论相结合，建立了一种水解一离子交换一还原的理论模型，此理论模型可以应用在银、铜、镍等可以与羧基形成离子键或者配位键的金属的沉积上，所得到的金属层致密粘附力强，电性能优良。如果需要更低的线电阻，可以在之前沉积的金属线路上施以化学镀或者电镀，从而使线路增厚，获得所需要的电性能。
发明内容
本发明的目的在于直接在树脂基板上制备导电线路，从而部分取代传统的光刻腐蚀制备工艺，丰富印制电子工艺的内容，提供一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。本发明将特定树脂基板使用碱液处理水解掉表层分子，印刷掩膜保留线路图形，通过离子交换将金属离子键合在基板表面，还原得到导电线路，化学镀、电镀使线路增厚。本发明的原理是一种水解一离子交换一还原的过程。以PI为例，PI是主链上含有酰亚胺环(-C0-N-C0-)的一类聚合物，酰亚胺键在碱性条件下容易发生水解，所以将PI膜置入强碱性的氢氧化钠、氢氧化钾溶液中，酰亚胺会水解得到羧酸钠或羧酸钾。这种水解过程在一定时间内会发生在PI膜的表层分子中，得到几十纳米至几微米的水解层。在置于银、铜、镍等金属离子溶液过程中，水溶性的羧酸钠、钾会与金属离子发生反应，生成不溶于水的羧酸银、铜、镍等。这是一种离子交换的反应，钠、钾离子与银、铜、镍等离子发生离子交换。再使用还原性物质对不溶性金属羧酸盐进行还原，就得到金属单质的镀层在PI膜的表面。这层镀层厚度可能从几十纳米至几微米不等。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，只保留所需线路图形暴露在外，那么就可以得到特定线路图形的导电通路。得到的导电线路电性能如果达不到要求，可以继续通过化学镀或电镀使镀层增厚，从而得到所需的电性能。本发明提出的一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法，具体步骤如下:
(O使用主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基等基团的基板，清洗后表面除油，除油使用硬脂酸钠溶液浸泡，取出后清洗烘干；
(2)将步骤(I)得到的基板浸入llmol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，20°C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；使用印刷的方法将得到的树脂基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外。或者:先使用印刷的方法在步骤(I)中得到的基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外，然后浸入rSmol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，200C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；
(3)将步骤(2)印刷掩膜后的基板浸入KTlOOmmol/L的金属离子溶液中20°C 50°C下:Tl5min，取出后清洗烘干；
(4)将步骤(3)浸入金属离子溶液后的基板浸入还原剂的溶液中，控制还原剂浓度为
0.5 2%wt，还原温度为20°C 50°C，还原时间为3 15min，金属离子被还原成单质，使线路得到导电性；
(5)将步骤(4)还原后的基板置入适当溶剂中将掩膜溶解掉，清洗烘干；
(6)将步骤(5)除去掩膜的基板置入化学镀或电镀液中进行镀层加厚，化学镀或电镀后得到既定要求的导电线路。
本发明中，步骤(I)所选用的是主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基是水解得到羧基的基团的基板，包括但不限于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚丙烯腈等中任一种。本发明中，步骤(2)所使用的印刷方法是喷墨印刷、激光打印、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷或平板印刷等中的一种，印刷上的掩膜所使用的油墨的主要成分为炭黑、粘结树脂和溶剂。本发明中，步骤(3)所使用的金属离子溶液为铜、银、钴、镍、铝、锌、金、钼、钯的可溶性盐酸、硫酸或硝酸盐等中任一种，或为氯钯酸钠或氯金酸钠中任一种。本发明中，步骤(4)所使用的还原剂为甲醛、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、抗坏血酸或乙醛等中的一种。本发明中，步骤(5)中所使用的溶剂为乙酸乙酯、乙腈、丁酮、乙酸丁酯、甲苯、乙醚、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或石油醚等中的一种或几种的混合。本发明中，步骤(6)中所使用的化学镀或电镀液为镀铜、镀银、镀金、镀钯、镀镍、镀钴或镀锌等中的一种。本发明的有益效果:
1.本发明相较于传统印制电路板导电线路的光刻腐蚀工艺具有工序简单、材料节约、污染减少、成本降低等优点。2.本发明得到的导电线路对P1、PET、PAN等柔性基板具有优良的粘附力。3.本发明所需要的设备简单，不需要大规模的光刻设备，降低了设备成本。4.本发明生产效率高，生产周期短，利于实现柔性印制电路的“卷对卷”生产。
具体实施例方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。实施例1:
(I)使用市售的聚酰亚胺薄膜(Dupont, Kapton )，厚度0.05mm，使用硬脂酸钠对薄膜表面进行除油处理5min，然后用清水冲洗，烘干。(2)将除油后的PI在lmol/L氢氧化钾溶液中50°C下浸泡5min，对PI膜表面进行水解。水解后用清水清洗，烘干。(3)使用激光打印的方式，在水解后的PI上印刷出线路掩膜。(4)将印刷后的PI膜浸入50mmol/L硫酸铜溶液中，在25°C下浸泡5min，使离子得到充分交换。然后取出用清水清洗，烘干。(5)将离子交换后的PI膜置于0.5mol/L的DMAB溶液中进行金属离子的还原，浸泡5min后取出，用清水清洗烘干。(6)配置化学镀铜液，配方如下:
权利要求
1.一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)使用主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基基团的树脂基板，使用硬脂酸钠溶液浸泡表面除油，取出后清洗烘干； (2)将步骤(I)得到的基板浸入llmol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，20°C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干；使用印刷的方法在得到的树脂基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外；或者:先使用印刷的方法在步骤(I)中得到的基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外，然后浸入rSmol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，200C 50°C下浸泡3 15min，取出后清洗烘干； (3)将步骤(2)印刷掩膜后的基板浸入KTlOOmmol/L的金属离子溶液中20°C 50°C下:Tl5min，取出后清洗烘干； (4)将步骤(3)浸入金属离子溶液后的基板浸入还原剂的溶液中，控制还原剂浓度为0.5 2%wt，还原温度为20°C 50°C，还原时间为3 15min，金属离子被还原成单质，使线路得到导电性； (5)将步骤(4)还原后的基板置入适当溶剂中将掩膜溶解掉，清洗烘干； (6)将步骤(5)除去掩膜的基板置入化学镀或电镀液中进行镀层加厚，化学镀或电镀后得到既定要求的导电线路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)所选用的是主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基是水解得到羧基的基团的基板，包括但不限于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚丙烯腈中任一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(2)所使用的印刷方法是喷墨印刷、激光打印、丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷或平板印刷中的一种，印刷上的掩膜所使用的油墨的主要成分为炭黑、粘结树脂或溶剂中任一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)所使用的金属离子溶液为铜、银、钴、镍、铝、锌、金、钼、钯的可溶性盐酸、硫酸或硝酸盐中任一种，或为氯钯酸钠或氯金酸钠中任一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(4)所使用的还原剂为甲醛、硼氢化钠、二甲氨基硼烷、抗坏血酸或乙醛中的一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(5)中所使用的溶剂为乙酸乙酯、乙腈、丁酮、乙酸丁酯、甲苯、乙醚、丁醚、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚或石油醚中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(6)中所使用的化学镀或电镀液为镀铜、镀银、镀金、镀钮、镀镍、镀钴或镀锌中的一种。
全文摘要
本发明属于柔性印制电路板制备领域，具体为一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。其具体步骤为将树脂基板浸入强碱性溶液中浸泡，浸泡后的基板清洗后烘干；使用喷墨、丝网、激光印刷、凹版等印刷方式在基板上印刷出掩膜，露出导电线路图形；浸入铜、银、钴、镍等金属的水溶性溶液中特定时间后取出清洗；使用甲醛、二甲氨基硼烷(DMAB)、硼氢化钠、抗坏血酸等还原剂使金属离子还原成单质，从而得到可以导电的金属镀层；溶解掉印刷上的掩膜后，使用化学镀、电镀的方式使金属镀层增厚，从而提高导电能力。本发明相较于传统印制电路线路制备方法具有节省材料、环境友好、成本降低等优点，在柔性印制电路板的制备中具有较大的应用潜力。
文档编号H05K3/18GK103249255SQ201310131810
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者常煜, 杨振国 申请人:复旦大学