CN105722687B - 具有功能特征结构的微接触印刷压模 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，该方法包括提供弹性体压模，该弹性体压模包括具有第一图案元件的压印表面，该第一图案元件的填充因数为20％至99％并且包括连续区域和至少一个不连续区域，该至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙。压印表面的第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，并且包括具有0.1微米至50微米的宽度的迹线；用油墨组合物对压印表面着墨，该油墨组合物包括功能化分子，该功能化分子具有被选择用于结合到吸墨材料的表面的官能团。使着墨的压印表面与选自片材或幅材的吸墨材料接触足以将官能团与吸墨材料的表面结合的接触时间，以形成功能化材料的自组装单分子层(SAM)。

Description

具有功能特征结构的微接触印刷压模
背景技术
微接触印刷可用于例如在基底表面上产生功能化分子的图案。功能化分子包括官能团，该官能团通过化学键附着到基底表面或涂覆的基底表面以形成图案化自组装单分子层(SAM)。SAM为通过化学键附着到表面并且相对于该表面以及甚至相对于彼此采取了优选取向的分子的单层。
微接触印刷SAM的基本方法涉及对浮雕图案化的弹性体压模(例如聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)压模)施加含功能化分子的油墨，然后使着墨的压模接触基底表面(通常是金属或金属氧化物表面)，使得SAM在压模与基底之间的接触区域中形成。
在制造过程中，功能化分子应当以最小数目的缺陷在所需高分辨率图案化SAM中从压模可重复地转移到基底表面。随着对于移动幅材材料的卷到卷制造过程中微接触印刷速度增加，应使图案缺陷诸如线模糊和空隙降到最低程度以确保准确的SAM图案分辨率和可重复性。由于产生的SAM图案通常非常小，因此一旦形成接触，装载油墨的压模和基底之间的任何相对运动就可在所得印刷图案中产生不准确、畸变或重像。压模和基底之间的恒定且低的接触压力可减少压模表面上的小特征结构的畸变，并且可减小压模表面上的细线被压缩或塌缩的可能性。当SAM用作蚀刻掩膜时，准确的SAM图案转移可允许基底的准确蚀刻图案化。
发明内容
在一个方面，本公开涉及微接触印刷压模上的修饰图案元件，该修饰图案元件可在印刷过程中放出夹带在图案元件和基底之间的界面处的空气。修饰图案元件可包括呈以下形式的通道：细长凹陷以用于空气逸出，或者内部图案化空隙，该内部图案化空隙允许空气收集的空间，而不导致印刷在基底上的图案中的缺陷。在另一方面，本公开涉及牵引特征结构，该牵引特征结构可被包括在微接触印刷压模上以增强压模和基底之间的接触密度的一致性。在又一方面，本公开涉及电气组件，该电气组件包括根据压模的修饰图案元件的导电图案。在一些实施方案中，修饰图案元件可电连接到第二基底的导体。
实施方案列举
A.一种方法，其包括：
提供弹性体压模，该弹性体压模包括基部表面和远离基部表面延伸的压印表面，该压印表面包括至少一个第一图案元件和至少一个第二图案元件，并且其中：
压印表面的第一图案元件的填充因数为20％至99％，并且压印表面的第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，该至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；并且
压印表面的第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，并且压印表面的第二图案元件包括具有0.1微米至50微米的宽度的迹线；
用油墨组合物对压印表面着墨，该油墨组合物包括功能化分子，该功能化分子具有被选择用于结合到吸墨材料表面的官能团；以及
使着墨的压印表面与选自片材或幅材的吸墨材料的主表面接触足以将官能团与吸墨材料的表面结合的接触时间，以在该表面上形成功能化材料的自组装单分子层(SAM)。
B.根据实施方案A的方法，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
C.根据实施方案A的方法，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
D.根据实施方案A的方法，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
E.根据实施方案A-D中任一项的方法，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为细长的。
F.根据实施方案A-D中任一项的方法，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为分支的。
G.根据实施方案A-F中任一项的方法，其中压印表面中的第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
H.根据实施方案A-F中任一项的方法，其中第一压印表面中的第一图案元件中的内部空隙形成网孔。
I.根据实施方案A-H中任一项的方法，其中第一图案元件中的细长凹陷相对于压模和幅材材料表面之间的接触正面的运动方向成角度取向。
J.根据实施方案I的方法，其中角度为30°至60°。
K.根据实施方案J的方法，其中角度为45°。
L.根据实施方案A-K中任一项的方法，其中细长凹陷或内部空隙形成X形图案。
M.根据实施方案A-L中任一项的方法，其中细长凹陷或内部空隙的深度延伸至压模的基部表面。
N.根据实施方案A-L中任一项的方法，其中第一图案元件的填充因数为22.5％-95％。
O.根据权利要求A-L中任一项的方法，其中第一图案元件的填充因数为25％-80％。
P.根据实施方案A-O中任一项的方法，其中第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
Q.根据实施方案A-P中任一项的方法，其中第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
R.根据实施方案A-Q中任一项的方法，其中第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
S.根据实施方案A-R中任一项的方法，其中第二图案元件包括网孔。
T.根据实施方案S的方法，其中网孔包括多条迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.5至10微米。
U.根据实施方案A-T中任一项的方法，其中第一图案元件和第二图案元件共享边界。
V.根据实施方案A-T中任一项的方法，其中第一图案元件和第二图案元件通过至少一条迹线连接。
W.根据实施方案A-V中任一项的方法，其中接触时间小于约10秒。
X.根据实施方案A-W中任一项的方法，其中吸墨材料的表面上的SAM的厚度小于约
Y.根据实施方案A-X中任一项的方法，其中压印表面包括聚(二甲基硅氧烷)，并且其中功能化分子为选自烷基硫醇和芳基硫醇中的至少一种的有机硫化合物。
Z.根据实施方案A-Y中任一项的方法，其中吸墨材料的主表面选自金属、聚合物膜、玻璃、陶瓷和复合材料。
AA.根据权利要求A-Z中任一项的方法，其中吸墨材料为幅材材料，该幅材材料从载体退绕。
BB.根据实施方案AA的方法，其中幅材材料在第一支撑辊和第二支撑辊之间张紧，并且其中第一支撑辊和第二支撑辊之间的幅材材料中的张力介于约0.5磅/线性英寸和10磅/线性英寸之间。
CC.根据实施方案A-BB中任一项的方法，其中吸墨材料的表面包括无SAM区域，并且该方法还包括蚀刻无SAM区域。
DD.根据实施方案A-CC中任一项的方法，其中压模安装在旋转元件上，其中旋转元件的旋转由至少一个空气轴承支撑。
EE.根据实施方案A-DD中任一项的方法，还包括从吸墨材料的主表面移除压印表面。
FF.一种弹性体微接触印刷压模，其包括基部表面和远离基部表面延伸的压印表面，该压印表面包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中压印表面的第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，该至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；和
填充因数为0.25％至10％的至少一个第二图案元件，并且其中压印表面的第二图案元件包括多条迹线，其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米；
其中压印表面具有设置在其上的油墨，该油墨包括多个功能化分子，该功能化分子包括被选择用于结合到基底并在基底上形成功能化分子的自组装单分子层(SAM)的至少一个官能团。
GG.根据实施方案FF的压模，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
HH.根据实施方案FF的压模，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
II.根据实施方案FF的压模，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
JJ.根据实施方案FF-II中任一项的压模，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为细长的。
KK.根据实施方案FF-JJ中任一项的压模，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为分支的。
LL.根据实施方案FF-KK中任一项的压模，其中压印表面中的第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
MM.根据实施方案FF-LL中任一项的压模，其中第一压印表面中的第一图案元件中的内部空隙形成网孔。
NN.根据实施方案FF-MM中任一项的压模，其中第一图案元件的填充因数为22.5％-95％。
OO.根据实施方案FF-NN中任一项的压模，其中第一图案元件的填充因数为25％-80％。
PP.根据实施方案FF-OO中任一项的压模，其中第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
QQ.根据实施方案FF-PP中任一项的压模，其中第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
RR.根据实施方案FF-QQ中任一项的压模，其中第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
SS.根据实施方案FF-RR中任一项的压模，其中第二图案元件包括网孔。
TT.根据实施方案SS的压模，其中网孔包括多条迹线，其中每条迹线的宽度为0.5至10微米。
UU.根据实施方案FF-TT中任一项的压模，其中第一图案元件和第二图案元件是接续的。
VV.一种设置在可见光透明基底上的导电图案，该图案包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，该至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；和
至少一个第二图案元件，该至少一个第二图案元件电连接到第一图案元件，其中第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，并且其中第二图案元件还包括迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米。
WW.根据实施方案VV的导电图案，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
XX.根据实施方案VV的导电图案，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
YY.根据实施方案VV的导电图案，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
ZZ.根据实施方案VV-YY中任一项的导电图案，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为细长的。
AAA.根据实施方案VV-ZZ中任一项的导电图案，其中压印表面在第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中内部空隙为分支的。
BBB.根据实施方案VV-AAA中任一项的导电图案，其中压印表面中的第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
CCC.根据实施方案VV-BBB中任一项的导电图案，其中第一压印表面中的第一图案元件中的内部空隙形成网孔。
DDD.根据实施方案VV-CCC中任一项的导电图案，其中第一图案元件的填充因数为22.5％-95％。
EEE.根据实施方案VV-CCC中任一项的导电图案，其中第一图案元件的填充因数为25％-80％。
FFF.根据实施方案VV-EEE中任一项的导电图案，其中第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
GGG.根据实施方案VV-FFF中任一项的导电图案，其中第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
HHH.根据实施方案VV-GGG中任一项的导电图案，其中第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
III.根据实施方案VV-HHH中任一项的导电图案，其中第二图案元件包括网孔。
JJJ.根据实施方案III的导电图案，其中网孔包括多条迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.5微米至10微米。
KKK.根据实施方案VV-JJJ中任一项的导电图案，其中该导电图案在第一图案元件处电连接到第二基底。
LLL.一种触摸屏传感器，包括可见光透明基底，该可见光透明基底具有设置在其上的根据实施方案VV-KKK中任一项的导电图案。
MMM.一种方法，其包括：
将幅材材料在两个支撑辊之间以至多约10磅/线性英寸的张力张紧；
将聚(二甲基硅氧烷)压模安装在由空气轴承支撑的辊的表面上，其中该压模包括基部表面和远离基部表面延伸的压印表面，该压印表面包括图案元件的布置，该图案元件包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，该至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷；和(2)一个或多个内部空隙；和
与第一图案元件接续并且填充因数为0.25％至10％的至少一个第二图案元件，其中第二图案元件包括多条细长迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米；
用油墨组合物对压印表面着墨，该油墨组合物包括有机硫化合物；
使着墨的压印表面与幅材材料的主表面接触足以将有机硫化合物上的硫醇官能团结合到幅材材料的吸墨表面的接触时间，以根据压印表面上的图案元件的布置在吸墨表面上提供有机硫化合物的自组装单分子层(SAM)；以及
从幅材材料的主表面移除压印表面。
NNN.根据实施方案MMM的方法，其中幅材材料以10英尺/分钟至100英尺/分钟的速度移动。
OOO.根据实施方案MMM-NNN中任一项的方法，其中幅材材料在支撑辊之间连续移动。
PPP.根据实施方案MMM-OOO中任一项的方法，其中幅材材料选自金属、聚合物膜、玻璃、陶瓷和复合材料。
QQQ.一种幅材材料卷，该幅材材料具有顺维方向和横维方向，该幅材材料包括：设置在其上的导电图案，该图案包括间隔开的功能性图案元件的布置，其中形成图案的功能性图案元件的填充因数为20％至100％，并且沿顺维方向布置；以及***在间隔开的功能性图案元件中的每个功能性图案元件之间的填充因数为20％至100％的至少一个非功能性图案元件。
RRR.根据实施方案QQQ的材料，其中对于在顺维方向上沿功能性元件和非功能性元件的布置截取的0.5mm的段来说，图案密度从图案的平均图案密度变化不超过50％。
SSS.根据实施方案QQQ的材料，其中对于在顺维方向上沿功能性元件和非功能性元件的布置截取的0.25mm的段来说，图案密度从图案的平均图案密度变化不超过25％。
TTT.根据实施方案QQQ的材料，其中功能性图案元件包括根据实施方案VV-LLL中任一项的导电图案。
术语“约”或“大约”参照数值、特性或特征而言时意指数值、特性或特征的+/-5％，但是也明确地包括在数值或特性或特征的+/-5％内的任何窄范围以及精确值。例如“约”100℃的温度是指从95℃至105℃的温度，包括端值在内，但是也明确地包括温度的任何更窄范围或甚至该范围内的单个温度，包括例如精确地100℃的温度。
术语“基本上”参照特性或特征而言时意指特性或特征表现为在该特性或特征的98％内，但是也明确地包括该特性或特征的2％内的任何更窄范围以及该特性或特征的精确值。例如，“基本上”透明的基底是指透射入射光的98％-100％(包括端值在内)的基底。
术语“连续的”意指没有断裂或中断。
术语“不连续的”意指具有中断或间隙。
术语“接续”意指自始至终以不间断的顺序接触或连接。
本发明的一个或多个实施方案的细节在以下附图和说明中列出。从说明书和附图以及从权利要求中可显而易见本发明的其他特征、目的和优点。
附图说明
图1为用于进行微接触印刷工艺的***的实施方案的示意性剖视图。
图2为由滞留在微接触印刷压模和基底之间的空气导致的固体印刷特征结构中的空隙的示意性俯视图。
图3A-图3D为适于在微接触印刷工艺中使用的压模的实施方案的示意性俯视图，每个压模包括高密度修饰图案元件和低图案密度区域。
图3E-图3F为适用于微接触印刷工艺中的压模上的修饰图案元件的实施方案的示意性俯视图。
图4A-图4B为适用于微接触印刷工艺中的压模上的修饰图案元件的实施方案的示意性俯视图。
图5为包括各向异性导电膜粘合剂的电气组件的示意性横截面。
图6为图案-宽度对比度缺陷的示意性俯视图。
图7A为适用于微接触印刷工艺中的压模的示意性俯视图，该压模包括添加到功能性图案元件的牵引特征结构。
图7B为图案密度与沿着图7A的微接触印刷压模上的线BB’的位置的曲线图。
图7C为图案密度与沿着图7A的微接触印刷压模上的CC’的位置的曲线图。
图8A-图8B为微接触印刷压模的一部分上的牵引特征结构的阵列的示意性俯视图。
图9为可层合在一起以形成触摸屏传感器的一个实施方案(X-Y格栅型投射电容式触摸屏传感器)的各层的布置方式的示意图。
图10示出了根据图9的触摸屏传感器的实施方案的X层或Y层的导体微图案。
图11为示于图10中的导体微图案的一部分的一个实施方案，该部分包括高光学质量导电网孔的第一区域，该第一区域接触包括具有线性特征结构的接触垫的第二区域。
图12为示于图10中的导体微图案的一部分的另一个实施方案，该部分包括高光学质量导电网孔的第一区域，该第一区域接触包括具有网孔特征结构的接触垫的第二区域。
图13-图18为在柔性印刷电路和金属图案化基底之间形成的各向异性导电膜(ACF)粘合剂结合的光学显微照片，该粘合剂结合包括FPC到固体结合垫的ACF结合以及FPC到修饰图案元件(结合垫)的ACF结合。
图中的类似的符号表示类似的元件。
具体实施方式
图1为微接触印刷***20的实施方案的示意图，其中不定长度的幅材材料22在方向D上沿着幅材路径24传递。在一些实施方案中，幅材22可为聚合物材料，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯、和聚酰亚胺。在一些实施方案中，此类基底可方便地涂有薄金属层，诸如银、金、铜、钯等。
在图1的实施方案中，幅材路径24包括被定位成使得幅材22接触或包裹压模辊组件30的至少一部分的进入辊26和离开辊28。在一些实施方案中，进入辊26和离开辊28中的一者或两者为惰辊。幅材路径24传递进入辊26和离开辊28之间的幅材22的自由跨度部分以使其与压模辊组件30触碰式接触。压模辊组件30包括具有非常低的曳力的辊32。压模40和辊32的幅材输送方向D和同步逆时针旋转导致幅材22和压模40之间的接触正面41的传播。接触正面41相对于压模参考系的传播方向在图1中是顺时针的。
在图1所示的实施方案中，在一个实施方案中，通过在空气轴承34上安装套管32’来提供辊32的非常低的曳力。套管可由金属、多层金属的组合制成，由包括PAN碳纤维、沥青碳纤维、对位芳纶纤维、凯夫拉纤维和玻璃纤维的复合材料制成，或由多层金属和聚合物材料(例如类似橡胶的弹性体)的组合制成。这些基于纤维的材料用可包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯的聚合物材料浸渍。适于制造套管的金属的示例包括镍、铜、镍/钴、钛和铝。碳复合材料的薄壳也可适于用作套管。
在一个实施方案中，空气轴承34可包括不旋转的钢芯36，该钢芯具有用于气流流出的孔38，该钢芯旋转地支撑辊32。加热器或冷却器可被置于芯36或空气源中或与其相邻，以根据需要为辊32增加热或去除热，从而控制微接触印刷压模的温度。在微接触印刷应用中，希望微接触印刷压模和印刷表面之间的接触具有贴合性。需要贴合性以补偿基底厚度、微接触印刷压模厚度的不均匀性以及辊跑偏。在微接触印刷中实现贴合性的典型方法包括用弹性材料制造压模，在微接触印刷压模和安装表面之间***多层可变形泡沫或低弹性模量聚合物。在空气轴承中，可通过相对的轴承表面之间的空气间隙距离以及通过气流控制贴合性。在一些实施方案中，当将微接触印刷压模安装至由一个或多个空气轴承支撑的辊或套管时，不再需要泡沫层。
微接触印刷压模40安装在辊32上，并可覆盖其圆周的全部或仅一部分。用于形成压模40的可用材料包括弹性体聚合物，例如诸如有机硅、聚氨酯、乙烯丙烯二烯M级(EPDM)橡胶，以及可商购获得的柔性版印刷板材料(例如，可以商品名Cyrel从特拉华州威明顿杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE)商购获得)。压模可由复合材料制成，该复合材料包括例如压印表面上的与织造或非织造纤维增强层组合的弹性体材料。聚二甲基硅氧烷(PDMS)特别可用作压模材料，因为其为弹性体，并且具有低表面能(这使得易于从大多数基底移除压模)。可用的可商购获得的制剂可以商品名Sylgard 184PDMS得自密歇根州米德兰道康宁公司(Dow Corning,Midland,MI)。
微接触印刷压模可由多种方法制成，该方法包括：抵靠母模浇注；通过光化辐射或加热选择性地固化；表面加工或激光烧蚀。例如，可通过将未交联的PDMS聚合物分配到图案化模具中或者抵靠图案化模具进行分配，然后固化，来形成PDMS压模。模制弹性体压模的母模可使用本领域已知的照相平版印刷技术形成。弹性体压模可通过将未固化PDMS施加至母模工具然后固化来抵靠母模工具进行模制。
微接触印刷压模40已在其上或其中施加了材料，该材料在本文中称为油墨，该油墨包括功能化分子，该功能化分子具有被选择用于结合到幅材材料22的表面23的官能团。材料22和油墨中的功能化分子的官能团的优选组合包括但不限于：(1)金属诸如金、银、铜、镉、锌、钯、铂、汞、铅、铁、铬、锰、钨、以及上述物质的任何合金与含硫官能团诸如硫醇，硫化物，二硫化物等；(2)掺杂或未掺杂的硅与烯烃；(3)金属氧化物诸如二氧化硅、氧化铝、石英、玻璃等与硅烷、氯硅烷和羧酸；(4)铂和钯与腈和异腈；以及(4)铜与异羟肟酸。油墨中的功能化分子上的附加合适的官能团包括酰氯、酸酐、磺酰基基团、磷酰基基团、羟基基团和氨基酸基团。附加的表面材料22包括锗、镓、砷和砷化镓。另外，环氧化合物、聚砜化合物、塑料和其他聚合物可用作材料22。附加的材料和官能团可见于美国专利5,079,600和5,512,131中。
在一些实施方案中，用于在当前描述的方法中形成SAM的功能化分子被递送到压模40作为油墨溶液，该油墨溶液包括一种或多种有机硫化合物，如已公布的美国专利申请2010/0258968所述。每种有机硫化合物优选地为能够在幅材材料22的选择的表面23上形成SAM的硫醇化合物。硫醇(thiol)包括--SH官能团，并且也可被称作硫醇(mercaptan)。硫醇基团可用于在油墨中的官能化化合物的分子与金属的表面23之间建立化学键。可用的硫醇包括但不限于烷基硫醇和芳基硫醇。其他可用的有机硫化合物包括二烷基二硫化物、二烷基硫化物、烷基黄原酸酯、二硫代磷酸酯和二烷基硫代氨基甲酸酯。
优选地，油墨溶液包括烷基硫醇，例如直链烷基硫醇：HS(CH2)nX，其中n是亚甲基单元数，并且X是烷基链的端基(例如，X＝--CH3、--OH、--COOH、--NH2等)。优选地，X＝--CH3。其他可用的官能团包括例如以下中所述的那些：(1)Ulman,“Formation and Structure ofSelf-Assembled Monolayers,”Chemical Reviews Vol.96,pp.1533-1554(1996)(Ulman，“自组装单分子层的形成和结构”，《化学综述》，第96卷，第1533-1554页，1996年)；以及(2)Love et al.,“Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form ofNanotechnology,”Chemical Reviews Vol.105,pp.1103-1169(2005)(Love等人，“作为纳米技术的一种形式的金属上硫醇盐的自组装单分子层”，《化学综述》，第105卷，第1103-1169页，2005年)。
可用的烷基硫醇可以是直链的烷基硫醇(即直链烷基硫醇)或支链的烷基硫醇，并且可以是取代或未取代的。可选的取代基优选不干扰SAM的形成。可用的支链烷基硫醇的示例包括具有甲基基团的烷基硫醇，该甲基基团附接至直链烷基主链的每第三或每第四个碳原子(例如植烷基硫醇)。可用的烷基硫醇内的中链取代基的示例包括醚基和芳环。可用的硫醇也可以包括三维的环状化合物(例如1-金刚烷硫醇)。
优选的直链烷基硫醇具有10至20个碳原子(更优选地12至20个碳原子；最优选地16个碳原子、18个碳原子或20个碳原子)。
合适的烷基硫醇包括可商购获得的烷基硫醇(威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI))。优选地，油墨溶液20主要由溶剂和有机硫化合物组成，其中杂质占油墨溶液重量的小于约5％，更优选地小于约1％，甚至更优选地小于约0.1％。可用的油墨20可以包含溶于常用溶剂的不同有机硫化合物的混合物，诸如烷基硫醇与二烷基二硫化物的混合物。
包括附接至芳环的硫醇基团的芳基硫醇也可用于油墨20中。可用的芳基硫醇的示例包括联苯硫醇和三联苯硫醇。联苯硫醇和三联苯硫醇可以在多个位置中的任何位置处被一个或多个官能团取代。可用的芳基硫醇的其他示例包括可被官能团取代或可不被官能团取代的并苯硫醇。
可用的硫醇可以包括直链的共轭碳-碳键，例如双键或三键，并且可以是部分或完全氟化的。
油墨溶液可以包括两种或更多种化学上相异的有机硫化合物。例如，油墨可以包括各自具有不同链长的两种直链烷基硫醇化合物。又如，油墨20可包括尾部基团不同的两种直链烷基硫醇化合物。
虽然已经通过使用纯有机硫化合物给压模着墨的方式进行微接触印刷，但就直链烷基硫醇和PDMS压模来说，如果由溶剂基油墨进行递送，则可以更均匀地实现向压模递送有机硫化合物，并且压模溶胀较少。在一些实施方案中，油墨包括多于一种溶剂，但是最可用的制剂仅需要包括单种溶剂。只用一种溶剂配制的油墨可以包含很少量的杂质或添加剂，例如稳定剂或干燥剂。
可用的溶剂优选与微接触印刷最常用的压模材料PDMS相容(即，它们不会使PDMS过度溶胀)。在微接触印刷中，PDMS压模的溶胀可能导致图案化特征结构变形和图案精确度变差。根据着墨的方法，过度的溶胀也可能在给压模提供机械支撑方面提出很大的挑战。
酮可为用于油墨溶液的合适溶剂。在一些实施方案中，合适的溶剂包括例如丙酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯等、以及它们的组合。丙酮是特别优选的溶剂。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)以至少约3毫摩尔(mM)的总浓度存在于溶剂中。如本文所用，“总浓度”是指所有溶解的有机硫化合物合计的摩尔浓度。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)可以以任意的总浓度存在，其中油墨溶液基本上由单相组成。一种或多种有机硫化合物(例如硫醇化合物)可以至少约5mM、至少约10mM、至少约20mM、至少50mM和甚至至少约100mM的总浓度存在。
压模40可使用本领域中已知的方法用油墨溶液“着墨”(例如，如Libioulle etal.“Contact-Inking Stamps for Microcontact Printing of Alkanethiols on Gold,”Langmuir Vol.15,pp.300-304(1999)(Libioulle等人，“用于在金上微接触印刷烷基硫醇的接触着墨压模”，《朗缪尔》，第15卷，第300-304页，1999年)中所述)。在一种方法中，可以用浸渍有油墨溶液的涂敷器(例如棉拭子或泡沫涂敷器)擦过压模40的压印表面，然后干燥来自压印表面的溶剂。在另一种方法中，可使压印表面压贴浸渍有油墨溶液的“油墨垫”，油墨垫任选为PDMS平板。在另一种方法中，相对于印刷表面来说，可从压模40的背面用油墨溶液对其进行装载。在后面的方法中，有机硫化合物穿过压模扩散，到达用于印刷的浮雕图案化表面。在另一个实施方案中，可以在油墨溶液中浸泡压模的浮雕图案化印刷表面，然后取出并干燥(“浸着墨”)。
通常期望的是，幅材22与微接触印刷压模40进行非常轻的接触。认为小于2psi(13.7kPa)，或甚至小于1psi(6.9kPa)，或进一步甚至小于0.5psi(3.4kPa)的接触压力是合适的。另外，可能理想的是，幅材22与微接触印刷压模短时间接触。例如，幅材22可接触小于50％，小于25％，或甚至小于15％，或进一步甚至小于5％的辊圆周。在一些实施方案中，幅材22与套管或辊的外周的2-4英寸(5.1-10.2cm)的表面弧(诸如3英寸(7.6cm))接触。包角取决于幅材速度和张力，由于增大包裹量有助于驱动套管32’，但如果失配，则可导致印刷质量降低。较小的包角可提高印刷质量，但可能不具有足够的接触以驱动套管。通常，期望微接触印刷压模和幅材彼此接触至少3-5毫秒，诸如4毫秒。较长接触时间可不期望地增大基底上的图案的印刷宽度。需要最小接触持续时间以在基底上利用硫醇溶液形成组装单分子层，但过多地增加该时间导致印刷的线宽变宽，并增加在印刷期间由于在所述表面之间的相对运动而导致拖尾或双重印刷图像的可能性。因此，在确定包角时还应该考虑基底的速度以确保期望的接触持续时间。
幅材22的张力可变化。较大的张力可用于产生用于套管或辊的较大驱动力并减少空气输送，但也可导致微接触印刷压模上的印刷特征结构的塌陷。根据辊或套管上的基底的包角，合适的张力可在1-2磅/线英寸(1.75至3.5牛顿/线厘米)的范围内。在一些方便的实施方案中，进入辊26、退出辊28或压模辊组件30中的一个或多个可位于可调节安装件上，以容易地改变接触压力和/或能够调节在其上发生幅材22和压模40之间接触的那部分辊32的圆周的百分比。
针对准确印刷，需要对辊32的位置进行精确横向控制。可在共同待审和共同转让的美国专利申请序列号12/993,138中找到控制薄壳辊的横向位置的对策，其名称为“Method for Continuous Sintering on Indefinite Length Webs(在不定长度幅材上连续烧结的方法)”，提交于2009年5月20日，该专利据此全文以引用方式并入。
在其中幅材22的表面23和微接触压模40之间的接触正面41正在移动的卷到卷处理中，随着印刷速度增加，更多空气滞留在压模40和表面23之间。当表面23接触微接触印刷压模40时，滞留在表面23和压模40之间的任何空气均可在两种介质之间产生气泡，这不允许压模到幅材材料22的100％预期(即，压模40的凸起表面)接触。在较高印刷速度下，滞留在压模40和表面23之间的界面处的该夹带空气可形成区域(在本文中称为不受控空隙)，其中压模表面上的设计的特定图案元件未100％转移到基底的表面。图2示出金属化、印刷和蚀刻图案化幅材材料22的表面23上的不受控空隙的示例，其作为印刷图案50中的未印刷区域52出现。
在一个实施方案中，本公开涉及压模40的印刷表面上的修饰图案元件，其包括：(1)呈细长凹陷形式的放气特征结构，其允许夹带空气逸出的路径；以及/或者(2)图案元件中的内部空隙，其在图案元件与幅材材料22的表面23接触的时间期间暂时储存夹带空气。在一些实施方案中，特别是在较高的印刷速度下，修饰图案元件可改善油墨从压模40到表面23的转印的准确性，而不导致最终印刷部件中的不可接受的缺陷(例如，不受控空隙)。在一些实施方案中，即使在较高印刷速度下，修饰印刷元件可提供从压模40到表面23的100％设计转印(基本上无缺陷的转印)。
“细长凹陷”是指在连续二维形状的周边处的侵入或凹面特征结构，其中该特征结构具有长轴，并且其中该长轴大致延伸到二维形状中。在一些实施方案中，形状可为多边形。当形状为多边形时，其为凹多边形。在其他实施方案中，形状可为非多边形。具有细长凹陷的不是多边形的形状的非限制性示例为具有细长凹陷的圆形或椭圆形。此类形状的其他示例是具有细长凹陷的自由形式。细长凹陷也可通过其纵横比描述，该纵横比通过将其长度除以其平均宽度而给出。作为细长凹陷，纵横比大于1，更优选地大于2，更优选地大于5，更优选地大于10。在一些实施方案中，细长凹陷可为分支的。
“内部空隙”是指连续二维形状内的丢失或移除的区域。内部图案空隙因此完全由二维形状围绕(即，该形状围绕内部空隙是连续的)。内部空隙可为等轴的(例如，圆形、正方形)或细长的(例如，纵横比大于2，大于5，大于10)。在一些实施方案中，细长内部图案空隙可为分支的。在一些实施方案中，第一压印表面中的第一图案元件中的内部空隙形成网孔。内部空隙形成网孔指的是，多个离散空隙存在于图案元件内，由压模凸起区域(当提及压模时)或呈迹线形式的图案化SAM(当提及印刷SAM图案时)分离，所述迹线由此形成连续网络。
“填充因数”是指包括一个或多个凸起特征结构的压模的给定区域的面积分数。当压模的区域用于转印SAM的图案时，所得SAM通常旨在具有与压模区域的填充因数匹配的填充因数。如本文所用，图案的“开口面积”是填充区域的补充。因此，开口面积分数等于一减去填充因数。
本文所述的修饰图案元件特别可用于压模图案，该压模图案还包括一个或多个低密度图案区域。如本文所用，密度是指局部填充因数(压模上的凸起元件的局部面积分数)，其对应于在印刷后转印的SAM的预期局部面积分数，以及当任选地在基底金属的选择性蚀刻之后，图案化金属的预期面积分数。
低密度图案和相对较高密度图案元件的同时微接触印刷可能是具有挑战性的，特别是当较高密度图案元件大于约0.1平方毫米并且低密度区域的面积大于约1平方厘米时。低密度区域(例如，填充因数为0.25％至10％的网孔几何形状)非常易于压模塌缩(也称为压模顶部塌缩)，其中基底无意地由压模表面的凹陷部分接触，从而导致印刷SAM图案不准确性(在非预期的位置处的SAM转印)。低密度区域中的顶部塌缩问题和对于固体(100％填充因数)图案元件的空气夹带问题对微接触印刷工艺提出相互冲突的要求。这些相冲突的要求先前已在低印刷速度(即，幅材传输速度)下产生。本公开记录了图案设计概念，在一些实施方案中，该图案设计概念可允许较高印刷速度，同时避免低密度区域中的塌缩缺陷和其他图案元件中的空气夹带缺陷(即，不受控空隙)。
图3A为凸起特征结构的微接触印刷压模图案的示意图。图案701包括具有连续区域和不连续区域的修饰图案元件704，以及低密度第二图案元件705，其中图案元件704和图案元件705是接续的。修饰图案元件704包括连续区域709，以及具有细长凹陷703a,703b和703c的不连续区域。作为用于限定修饰图案元件704的程度的几何形状修饰和填充因数的基准，该程度为多边形ABCD。细长凹陷703a,703b和703c从ABCD的周边延伸，如指导线702a,702b和702c所表明。修饰图案元件704的填充因数被计算为连续阴影面积709除以多边形ABCD的总面积。换句话说，修饰图案元件704的填充因数被计算为：(多边形ABCD的面积减去细长凹陷703a,703b和703c的面积之和)除以(多边形ABCD的面积)。修饰图案元件704的填充因数可为20％至99％，优选地为50％至95％。
低密度区域705包括连接迹线708的网络，从而限定封闭的网孔单元707。低密度区域705的填充因数可为0.25％至10％，优选地为0.5％至5％。低密度区域的非限制性示例为正方形网孔，该正方形网孔包括200微米节距上的1微米宽的迹线(约1％填充因数)。
图3B为凸起特征结构的微接触印刷压模图案的示意图。图案801包括修饰图案元件804和接续低密度区域805。修饰图案元件804包括连续区域809以及具有内部空隙803a,803b和803c的不连续区域。作为用于限定修饰图案元件804的程度的几何形状修饰和填充因数的基准，该程度为多边形EFGH。修饰图案元件804的填充因数被计算为阴影面积809除以多边形EFGH的总面积。换句话说，修饰图案元件804的填充因数被计算为：(多边形EFGH的面积减去内部图案空隙803a,803b和803的面积之和)除以(多边形EFGH的面积)。修饰图案元件的填充因数可为20％至99％，优选地为50％至95％。低密度区域805包括连接迹线808的网络，从而限定封闭的网孔单元807。低密度区域805的填充因数可为0.25％至10％，优选地为0.5％至5％。低密度区域的非限制性示例为正方形网孔，该正方形网孔包括在200微米节距上的1微米宽的迹线(约1％填充因数)。
图3C为凸起特征结构的微接触印刷压模图案的示意图。图案901包括与低密度区域905接续的修饰图案元件904。修饰图案元件904包括连续区域909与多个不连续区域，从而形成内部空隙906的阵列。修饰图案元件904在本文中被描述为网孔或网孔几何形状。作为用于限定修饰图案元件904的程度的几何形状修饰和填充因数的基准，该程度为多边形IJKL。修饰图案元件904的填充因数被计算为阴影面积909除以多边形IJKL的总面积。换句话说，修饰图案元件904的填充因数被计算为：(多边形IJKL的面积减去内部图案空隙906的面积之和)除以(多边形IJKL的面积)。修饰图案元件904的填充因数可为20％至99％，优选地为50％至95％。低密度区域905包括连接迹线908的网络，从而限定封闭的网孔单元907。低密度区域905的填充因数可为0.25％至10％，优选地为0.5％至5％。低密度区域的非限制性示例为正方形网孔，该正方形网孔包括200微米节距上的1微米宽的迹线(约1％填充因数)。
图3D为凸起特征结构的微接触印刷压模图案的示意图。图案1001包括与低密度区域1005接续的修饰图案元件1004。修饰图案元件1004包括连续区域1009和多个不连续区域，该多个不连续区域包括细长凹陷1003a,1003b和1003c以及内部空隙1006的阵列。修饰图案元件1004在本文中被描述为网孔几何形状。作为用于限定修饰图案元件1004的程度的几何形状修饰和填充因数的基准，该程度为多边形MNOP。细长凹陷1003a,1003b和1003c从MNOP的周边延伸，如指导线1002a,1002b和1002c所表明。修饰图案元件1004的填充因数被计算为阴影面积1009除以多边形MNOP的总面积。换句话说，修饰图案元件1004的填充因数被计算为：(多边形MNOP的面积减去细长凹陷1003a,1003b和1003c以及内部图案空隙1006的面积之和)除以(多边形MNOP的面积)。修饰图案元件的填充因数可为20％至99％，优选地为50％至95％。低密度区域1005包括连接迹线1008的网络，从而限定封闭的网孔单元1007。低密度区域1005的填充因数可为0.25％至10％，优选地为0.5％至5％。低密度区域的非限制性示例为正方形网孔，该正方形网孔包括在200微米节距上的1微米宽的迹线(约1％填充因数)。
图3E包括凸起特征结构的微接触印刷压模图案的示例的示意图，其包括细长凹陷的各种几何形状，该几何形状并不意在进行限制。修饰图案元件1101,1103,1105和1107包括细长凹陷1102,1104,1106和1108的不连续区域。细长凹陷1102具有直的和平行的侧面，以及直角拐角。细长凹陷1104具有弯曲侧面并且没有拐角。细长凹陷1106包括会聚的直的、非平行的侧面。细长凹陷1108是分支的，而细长凹陷1102、1104和1106是非分支的。细长凹陷可具有既不是直的也不是椭圆的侧面，如图3E所示。例如，细长凹陷可具有弯曲或波浪形侧面。虽然细长凹陷在图3E中示为仅具有两个长轴取向(由180度分离)，但本公开的范围内的细长凹陷并不以其取向进行限制。如图3A-图3D所示，修饰图案元件704,804,904,1004以及本文所述的其他修饰元件可连接至低密度区域(例如，低密度网孔)的元件(例如，迹线)。
图3F为凸起特征结构的微接触印刷压模图案的另一个实施方案的示意图。图案1301包括修饰图案元件1302a,1302b,1302c,1302d的布置，该布置各自包括具有线性细长凹陷的不连续区域。修饰图案元件分别通过互连迹线1304a,1304b,1303c,1303ds连接至相应低密度网孔区域1303a,1303b,1303c,1303d。
在各种实施方案中，低密度区域705,805,905,1005以及本文所述的其他低密度区域可包括宽度为0.1至50微米、或0.25至25微米、或0.5至10微米、或0.75至3微米的迹线。在各种实施方案中，低密度区域705,805,905,1005以及本文所述的其他低密度区域可包括组织成网孔几何形状的迹线(限定封闭单元的连接迹线的网络)，其填充因数为0.25％至10％、或0.5％至5％、或0.75％至2.5％、或1％至2％。在各种实施方案中，低密度区域705,805,905,1005以及本文所述的其他低密度区域的面积为至少1平方厘米，在一些实施方案中介于1平方厘米和2平方米之间，在一些实施方案中介于5平方厘米和1平方米之间，在一些实施方案中介于10平方厘米和5000平方厘米之间。
在各种实施方案中，修饰图案元件704,804,904,1004,1101,1103,1105,1107以及本文所述的其他修饰图案元件的填充因数可为20％至99％、或22.5％至95％、或25％至80％、或60％至90％。修饰图案元件704,804,904,1004,1101,1003,1105,1107以及本文所述的其他修饰图案元件的面积可介于0.1平方毫米和100平方厘米之间，在一些实施方案中介于0.25平方毫米和10平方厘米之间，在一些实施方案中介于0.5平方毫米和1平方厘米之间，在一些实施方案中介于1平方毫米和25平方毫米之间。修饰图案元件704,804,904,1004,1101,1003,1105,1107以及本文所述的其他修饰图案元件可包括(压模凸起特征结构)的网孔(然后依次是印刷SAM的网孔，然后依次是导电迹线的网孔)，该网孔具有宽度介于0.1和100微米之间，在一些实施方案中介于0.5和50微米之间，在一些实施方案中介于1和25微米之间，在一些实施方案中介于5和20微米之间的迹线。
图3A-图3E的微接触印刷压模图案(凸起特征结构的图案)可用于用相同图案几何形状印刷SAM的几何形状。当施加到例如基底(例如透明基底，例如其自身可见光透射率为至少60％，优选地为至少85％的聚合物膜基底)上的薄膜金属上时，图3A-3E的几何形状的SAM图案可继而用于通过蚀刻将薄膜金属图案化为相同图案几何形状。
图4A为修饰图案元件的更多实施方案的示意图，该修饰图案元件可在微接触印刷压模140上使用，该微接触印刷压模包括基本上平坦的基部印刷表面142。修饰图案元件144远离基部印刷表面142延伸，并且各自包括压印表面146，该压印表面可被“着墨”(具有施加到其上的油墨)以转印基本上相似的图案并且使用以上在图1中所述的***在基底材料的表面上形成SAM。
示于图4A中的修饰图案元件144仅仅作为示例提供，而并非意在进行限制。
在示于图4A中的实施方案中，修饰图案元件的印刷表面146为基本上平坦的并且基本上平行于基部表面142，但此类平行布置不是要求的。本文中记录的方法和装置对于具有修饰图案元件144的微接触印刷也是特别有利的，该修饰图案元件在基部表面142上方的高度h为约50μm或更低、或约10μm或更低、或约5μm或更低、或约1μm或更低、或约0.25μm或更低。
修饰图案元件144可占据基部表面142的全部或仅一部分(基部表面142的一些区域可不含图案元件)。例如，在各种实施方案中，相邻修饰图案元件144之间的间距l可大于约50μm、或大于约100μm、或大于约200μm、或大于约300μm、或大于约400μm、或甚至大于约500μm。用于微接触印刷的修饰图案元件144的商业上可用的阵列覆盖压模140的基部表面142上的例如大于100平方厘米、大于200cm2、或甚至大于1000cm2的面积。
在一些实施方案中，修饰图案元件144可包括“微图案”的一部分，在该申请中，该微图案是指包括点、线、填充形状或它们的组合的布置的图案，其尺寸(例如，线宽度)不大于1mm。在一些实施方案中，点、线、填充形状或它们的组合的布置的尺寸(例如，线宽度)为至少0.5μm并且通常不大于20μm。微图案修饰图案元件144的尺寸可根据微图案选择而变化，并且在一些实施方案中，微图案图案元件的尺寸(例如，线宽度)小于10μm、9μm、8μm、7μm、6μm或5μm(例如，0.5-5μm或0.75-4μm)。
在一些实施方案中，图4A中的修饰图案元件144包括具有细长凹陷的不连续区域，该细长凹陷可为直的或弯曲的。在一些实施方案中，修饰图案元件包括内部空隙。内部图案空隙的阵列(规则或不规则)可导致二维网络的互补压模凸起特征结构图案(即，网孔)。网孔可为例如正方形栅格、六边形网孔或伪随机网孔。伪随机是指这样的迹线布置：其缺乏平移对称性，但是可从确定性制造过程(例如，照相平版印刷或印刷)得到，例如包括计算设计过程，该计算设计过程包括产生具有随机算法的图案几何形状。
图4A示意性地示出修饰图案元件144A-144F的布置，该修饰图案元件各自包括被选择用于允许夹带空气逸出的“切口”的不连续区域(细长凹陷)；并且/或者在修饰图案元件144接触基底材料(例如，幅材基底材料)的吸墨表面的时间期间，特别是在修饰图案元件和基底之间的接触正面沿着箭头A的方向移动时暂时储存夹带空气(内部空隙)。在图4所示的非限制性实施方案中，不连续区域包括切口，该切口为修饰图案元件144的印刷表面146的连续区域中的基本上线性细长凹陷或内部图案空隙160，并且这些凹陷和内部空隙可包括多种横截面形状，包括正方形、矩形、半球形、梯形、V形等。图4的实施方案还示出线性细长凹陷或内部空隙160完全延伸到基部印刷表面142，并且因此具有大约等于修饰图案元件144的高度的深度，但是细长凹陷或内部空隙160的深度可根据预期应用而变化。
在图4A的示意性布置中，修饰图案元件144A包括不连续区域，该不连续区域具有印刷表面146A的连续区域中的线性细长凹陷160的布置，该细长凹陷相对于方向A以角度α取向。该角度α可根据预期应用广泛地变化，并且可为例如约5°至约90°、或约30°至约60°、或约45°。
在修饰图案元件144B中，印刷表面146B的连续区域包括不连续区域，该不连续区域具有交叉、细长、线性内部空隙160B的布置，该内部空隙各自相对于方向A以约45°的角度β取向以形成“X”形形状。
在修饰图案元件144C中，印刷表面146C的连续区域包括不连续区域，该不连续区域具有基本上平行的线性细长凹陷160C1和160C2的布置，该细长凹陷各自相对于方向A以0°的角度取向。凹陷160C1在图案元件144C的后缘上，而凹陷160C2在前缘上。细长凹陷160C1,160C2也相对于彼此偏移距离x，当然，距离x可根据预期应用广泛地变化。
在修饰图案元件144D中，印刷表面146D的连续区域包括不连续区域，该不连续区域具有四个交叉、细长、线性内部空隙160D的布置，该内部空隙各自相对于方向A以约45°的角度δ取向以形成“X”形形状。
在修饰图案元件144E中，印刷表面146E的连续区域包括不连续区域，该不连续区域具有基本上平行的线性细长凹陷160E的布置，该细长凹陷相对于方向A以0°的角度取向。凹陷160E在修饰图案元件144E的后缘上。每个单独的凹陷160E也宽于图案元件144C中的凹陷160C1,160C2，在一些实施方案中，这可增强夹带空气的排空。
在修饰图案元件144F中，印刷表面146F的连续区域包括不连续区域，该不连续区域具有三个交叉、细长、线性内部空隙160F的布置，该内部空隙各自相对于方向A以约45°的角度ε取向以形成“X”形形状。
图4B为不同类型的修饰图案元件244的阵列的另一个示意图，该修饰图案元件可在包括基部表面242的微接触印刷压模240上使用。图案元件244从基部表面242向上延伸到高度h并且可具有任何长度l和宽度w，但是在一些实施方案中通常为线性结构，其中长度l大大超过宽度w和高度h。在图4B的实施方案中，修饰图案元件244在前缘处渐缩至沿着压模240和基底之间的接触正面行进的方向A导向的点245，在一些实施方案中，这可有助于将图案元件246的表面与幅材材料的表面平滑并逐渐地接合，并且排空图案元件和幅材材料的表面之间的夹带空气。
图4B所示的线中的一些线是构造线并且不代表微接触印刷压模240的修饰图案元件的实际物理特征结构。构造线包括260A,260B,261E和262G。
例如，修饰图案元件244A包括不连续区域，该不连续区域具有内部空隙261A的二维阵列，根据特定应用的需要，该内部空隙可具有不同大小和形状。
另一个修饰图案元件244B包括不连续区域，该不连续区域具有内部空隙261B的二维阵列，该内部空隙可具有不同大小和形状。
修饰图案元件244C包括不连续区域，该不连续区域具有表面264C中的线性细长凹陷260C的布置，该细长凹陷相对于方向A以角度α取向。该角度α可根据预期应用广泛地变化，并且可为例如约5°至约90°、或约30°至约60°、或约45°。
另一个修饰图案元件244D包括不连续区域，该不连续区域具有基本上平行的细长内部空隙260D的线性阵列。细长内部空隙260D为基本上相同的大小。修饰图案元件244D的再现包括平行于细长内部空隙260D的精细构造线。
另一个修饰图案元件244E包括不连续区域，该不连续区域具有延伸到表面246E中的基本上平行的细长内部空隙260E的线性阵列。细长内部空隙260E为基本上相同的深度和宽度。修饰图案元件244D的再现包括平行于细长内部空隙260E的精细构造线。
修饰图案元件244F包括不连续区域，该不连续区域具有基本上平行的细长内部空隙260F的线性阵列。修饰图案元件244F的再现包括平行于细长内部空隙260E的精细构造线。
修饰图案元件244G包括不连续区域，该不连续区域具有构成交叉内部空隙260G的“X”形图案的布置，该内部空隙的每个分支相对于方向A以约45°的角度β取向。
如本领域的普通技术人员将显而易见的，当着墨并且与合适的基底接触时，图3A-图3E和图4A-图4B的图案元件可在基底上提供油墨的对应图案。如本领域的普通技术人员将显而易见的，当基底为金属化基底时，在选择性地蚀刻之后，基底上的油墨的图案可提供基底上的金属的对应图案。
对应于图3A-图3E和图4A-图4B的压模修饰图案元件的薄膜金属图案元件可用于多种目的或功能中的任一种。对于根据图3A-图3E和图4A-图4B中的图案设计的金属图案化基底而言，修饰图案元件可用于结合垫。结合垫是导体图案元件，另一种导体例如通过各向异性导电膜(ACF)粘合剂、焊料或超声导线结合而物理地和电结合到该导体图案元件。ACF材料和结合的示例在美国专利申请公布US2008/0171182中有所描述。ACF材料包括分散在电绝缘粘合剂基质中的导电颗粒。在一些实施方案中，根据以上对于修饰图案元件所述的参数设计的结合垫具有平衡物理结合强度(期望为高)和电阻(期望为低)的优点。以上对于修饰图案元件列出的几何参数和形状特别可用于在金属图案化基底的导电图案在其上包括SAM时平衡结合强度性能对电阻性能，因此SAM被***在金属图案化基底的导电金属和ACF粘合剂之间。
本公开的一些实施方案是电气组件，该电气组件包括根据图3A-图3E和图4A-图4B中列举的压模的修饰图案元件的导电图案。在一些实施方案中，修饰图案元件可通过例如装载有导电颗粒的各向异性导电膜粘合剂而结合到第二基底的导体。
图5为电气组件1201的示意性剖视图。包括金属图案1205的金属图案化基底1202具有根据前述修饰图案元件中的任一个以及任选低密度区域中的任一个的设计。金属图案1205任选地在其上包括SAM1206。金属图案化基底1202在其修饰图案元件处与其本身的导体图案1204ACF结合，如本文对于电气部件1203所述。结合利用ACF粘合剂层1208实现。电连接利用ACF导电填料颗粒1207实现。
在一些实施方案中，上述ACF结合的90度剥离强度(表示为峰值载荷除以结合的宽度，在本文中也称为每单位结合长度的结合强度)为至少100克力/厘米，优选地为至少250克力/厘米，更优选地大于500克力/厘米，更优选地大于750克力/厘米，更优选地大于1000克力/厘米。在一些实施方案中，上述ACF结合的电接触电阻(表示为欧姆/平方毫米)小于1000欧姆/平方毫米，优选地小于100欧姆/平方毫米，更优选地小于50欧姆/平方毫米，最优选地小于10欧姆/平方毫米。在包括***在金属图案化基底的导体和ACF粘合剂之间的SAM的一些实施方案中，每单位结合长度的结合强度和每单位面积的结合电接触电阻分别同时大于500克力/厘米并小于50欧姆/平方毫米(优选地小于10欧姆/平方毫米)。
合适的电气部件1203可为例如柔性印刷电路(FPC)、印刷线路板(PWB)、印刷电路板、厚膜陶瓷电路、或者支承薄膜或厚膜导体图案的玻璃基底。
在一些实施方案中，金属图案化基底1202为玻璃，并且支承导体图案的玻璃基底的示例(部件1202的示例)包括触摸屏传感器的子部件，例如在其下面具有透明导体(例如，铟锡氧化物、金属纳米线涂层、碳纳米管涂层、石墨烯涂层、金属网孔、导电聚合物诸如PEDOT-PSS)的图案和互连迹线的图案(上述薄膜或厚膜导体图案)的触摸屏显示器盖透镜。
在一些实施方案中，本文所述的金属图案化基底(具有修饰图案元件和低密度区域)到具有透明导体和金属互连图案的触摸屏盖透镜部件的ACF结合可产生玻璃-一个-膜(glass-one-film)(G1F)触摸屏传感器组件。本文所述的金属图案化基底(具有修饰图案元件和低密度区域)到FPC或印刷电路板的ACF结合可产生触摸屏传感器组件。可包括本文所述的金属图案化基底(具有修饰图案元件，以及任选低密度区域)连同与其的导电结合(例如，ACF结合)的其他组件包括光伏电池、信息显示器(例如，液晶显示器、电泳显示器、电致变色显示器、电致发光显示器、聚合物分散液晶(PDLC)显示器)、可变光学密度窗口(例如，电致变色的悬浮颗粒)、可切换私密性面板(例如，PDLC)、集成电路封装、和通信***部件。关于由微接触印刷创建的FPC到结合垫的附接的附加讨论可见于美国专利申请61/840,876，“Method of Making Transparent Conductors on a Substrate(制造基底上的透明导体的方法)”。
在另外的实施方案中，压模40的表面可包括精细图案元件的第一区域(例如，精细迹线的低密度图案)，在一些实施方案中，该第一区域与包括相对致密图案元件的第二区域相邻或接续。在压模表面的包括稀疏(低密度)图案元件的第一区域和压模表面的包括致密图案元件的第二区域之间的界面处，压模40和幅材材料22的表面23之间的接触面积可显著改变，这可导致表面23的印刷区域中的图案对比度缺陷。在微接触印刷不均匀图案设计密度时出现的缺陷是可顺着表面23变化的图案宽度对比度，这取决于设计的均匀性。
例如，在许多触摸传感器应用中，压模40必须包括图案元件的第一区域，该图案元件具有能够印刷基本上透明的图案的一部分的印刷表面。例如，在一些实施方案中，基本上透明区域中的图案的面积覆盖率为网孔，其小于10面积％(例如，包括0.25％至10％的图案填充因数)，优选地小于2％(例如，包括0.5％至2％的图案填充因数)。尽管意在例如使用包括均匀覆盖率的此类网孔设计的压模以均匀覆盖率(即，密度或填充因数)将网孔图案化，但如果所得印刷制品中的网孔覆盖率随位置的变化而改变，例如，在面积覆盖率在一些区域中可为1.8％而在其他区域中仅为1.4％的情况下，则网孔中的“图案迹线宽度对比度”缺陷可变得明显。另外，当压模必须包括图案元件以印刷非常稀疏的特征结构(诸如适用于形成触摸电极的精细网孔图案)，以及压印元件以印刷致密特征结构(诸如结合接触垫)时，图案对比度缺陷可出现在区域中的幅材材料的表面上，在该区域中压印表面和幅材材料的表面之间的接触面积显著改变(例如，在低密度区域和较高密度图案元件(例如，如本文所述的修饰图案元件)的布置或阵列之间的边界处)。
图6为具有表面223的幅材材料222的一部分的图示，该表面包括使用图1的微接触印刷压模40和装置施加的印刷特征结构。印刷特征结构包括与具有稀疏印刷特征结构的基本上透明的第二区域251接续的具有较大、致密印刷特征结构的第一区域250。“旋风状”非均匀图案密度缺陷252出现在第一区域250和第二区域251之间的界面处，其中微接触印刷压模的表面和幅材材料223的表面之间的接触面积在相对较短的距离内显著改变。
在一个实施方案中，压模的表面可任选地包括附加牵引特征结构以提供压模和幅材材料的表面之间的接触面积的整体增加，这可减小具有精细图案元件的压模的区域中的小密度变化的影响。在另一个实施方案中，牵引特征结构可被任选地定位在压印表面上的较大、致密图案元件之间以形成用于微接触印刷的甚至更均匀的接触面积，特别是沿着印刷接触正面传播方向均匀或一致的接触面积。沿着压印表面的边缘以及/或者在较大图案元件之间加入适当量的牵引特征结构在一些情况下可基本上减少或消除顺维对比度缺陷，该缺陷随着显著图案元件密度改变而出现。
图7A示出具有凸起特征结构图案1201的压模，该凸起特征结构图案包括功能性图案元件1202，该功能性图案元件为接触垫(功能性图案元件的示例)，该接触垫与低密度网孔图案区域1204，以及加入的牵引特征结构1203连接。加入的非功能性牵引特征结构1203减小沿印刷接触正面传播方向A的图案密度的不均匀性(不一致性)，该不均匀性将在非功能性牵引特征结构不存在时出现(由图案元件1202的间隔开的阵列产生)。在图案设计的一些实施方案中，使沿着印刷接触正面传播方向的图案密度改变最小化。线CC’沿着功能性图案元件1202的顺维布置定位。线BB’沿着图案的横维方向定位，从而使相对高密度(例如，填充因数为20％至100％，优选地为50％至95％)功能性图案元件(其可具有例如本文对于修饰图案元件所述的细长凹陷、内部空隙、和填充因数)和低密度区域(例如，填充因数为0.25％至10％，优选地为0.5％至5％的低密度网孔)相交，如图7B的图线图形地示出。以下对于相对高密度图案元件的密度的均匀性或一致性的优选水平在高密度图案元件沿着印刷接触正面传播方向布置并且与低密度区域相邻时是特别有用的。
已发现沿着印刷接触正面传播方向(即，就旋转卷到卷印刷而言，顺维方向)设计的(即，如压印表面和所得印刷基底上存在的)图案密度或填充因数的这种变化的定量对于避免印刷缺陷，使用本文所公开的设计概念的期望结果是重要的。本文所用的定量基于沿着压模-基底接触正面传播的方向计算局部图案密度。术语“通道”在本文中用于描述固定宽度的图案部分，该图案部分沿着(即，平行于)接触正面传播方向取向。对于在旋转卷到卷处理中的印刷，印刷接触正面传播方向是处理产品卷的顺维方向。本文所使用的定量包括沿着通道内的印刷接触正面传播方向(沿着(即，平行于)通道方向)对图案进行分区，以及对于通道内的那些分区计算局部图案密度(即，图案填充因数)。优选地，对于沿着印刷接触正面传播方向(在通道内并且沿着通道方向，特别是对于包括高密度图案元件(例如，修饰图案元件)的布置的通道)的相邻分区的图案填充因数值不会产生较大变化。分区的示例是沿着接触正面传播方向A将通道分区成相邻的5毫米宽的带(例如，用于计算图案密度的带与线CC’正交取向)。在前述示例中，5毫米是指沿着通道方向的带的尺寸。跨通道方向的带的尺寸(即，通道的宽度)可根据特定设计来选择。图7A给出根据特定设计的通道宽度选择的示例，该通道及其宽度由图7A中的l1指示，对应于结合垫的阵列或布置的宽度，该阵列沿预期印刷接触正面传播方向A取向。优选地，此类通道(例如，包括高密度图案元件的布置，如上所述)的图案密度从图案的至少一部分内的通道中的所有此类带的平均图案密度变化不超过50％，更优选地不超过25％，最优选地不超过10％。此类变化可被认为是图7C中的“范围”除以图7C中的“平均值”。在优选的实施方案中，对于用2.5mm带的相似分析，任何此类带的图案密度从图案的至少一部分内的所有此类带的平均图案密度变化不超过50％，更优选地不超过25％，最优选地不超过10％。在优选的实施方案中，对于用1mm带的相似分析，任何此类带的图案密度从图案的至少一部分内的所有此类带的平均图案密度变化不超过50％，更优选地不超过25％，最优选地不超过10％。在更优选的实施方案中，对于用0.5mm带的相似分析，任何此类带的图案密度从图案的至少一部分内的所有此类带的平均图案密度变化不超过50％，更优选地不超过25％，最优选地不超过10％。在更优选的实施方案中，对于用0.25mm带的相似分析，任何此类带的图案密度从图案的至少一部分内的所有此类带的平均图案密度变化不超过50％，更优选地不超过25％，最优选地不超过10％。
在图5A所示的一个示例性实施方案中，微接触压模300的一部分上的牵引特征结构包括基部表面302上的固体交叉牵引杆305的阵列。牵引杆可具有多种形状、大小等。在图5B所示的另一个示例性实施方案中，微接触压模320的一部分上的牵引特征结构包括线性特征结构325的阵列，从而在基部表面322上形成网孔状图案。在基部表面322的给定区域中，网孔状图案可包括例如约30％至约70％的线性特征结构325。如上所述，图5A-图5B的牵引特征结构可位于设计的外边缘上以及/或者在更致密印刷元件之间的设计中心中，以在卷到卷处理中产生更一致的顺维微印刷接触密度。
由本文所述的压模构型形成的图案化SAM可用作例如在后续图案化步骤期间保护基底表面下面的区域的抗蚀层。例如，图案化SAM可以提供蚀刻掩模。作为蚀刻掩模，基底表面(例如聚合物膜基底上的金属涂层表面)被SAM覆盖的区域受到阻止蚀刻剂的化学作用的保护，而基底表面不被SAM覆盖的区域不受保护，允许在不受保护的区域中的材料的选择性地去除(例如聚合物膜基底上的金属)。另选地，图案化SAM可以提供镀敷掩模。作为镀敷掩模，使基底表面(例如，聚合物膜基底上的催化金属涂层的表面)被SAM覆盖的区域对由化学镀浴沉积金属来说是非催化性的，而基底表面不被SAM覆盖的区域仍然暴露，因此保持其催化活性，从而允许在不受保护的区域中选择性地放置化学沉积的金属。在其他材料的图案化中应用图案化SAM作为掩模的方法是本领域中已知的(例如，见于美国专利5,512,131)。
微接触印刷可用于在大面积上制备用线宽小于10微米的线构造的图案，该线具有高的光学传输能力和相对高的电导率。这种小线宽尺寸，以及线的低密度通过微接触印刷压模的非常细微的图案化实现，以制备适用作例如触摸屏的材料。制备触摸屏的示例性微接触印刷工艺如下：(1)将透明幅材材料涂覆有金属(例如，将银或铜溅射涂覆或镀覆到玻璃或PET膜上)；(2)使用微接触印刷压模将自组装单分子层掩模压印到镀覆基底上；以及，(3)通过蚀刻移除除了在掩模下的图案之外的涂覆在基底上的金属。
所得触摸屏传感器元件包括透明基底和微图案化导体(通常为金属)，其中微图案化导体具有指定图案的几何形状，以实现较高的光学质量。通常，光学质量可以用可见光透射率、雾度和导体可见度来表示，这些指标在将导体组装在触摸屏传感器中之后通过用肉眼观察来确定。微图案化导体的几何形状可由参数限定，诸如但不限于用于微图案的导线(有时称为“线”)的宽度、线密度和线密度的均匀度。
在第一实施方案中，就具有良好光学质量的触摸屏传感器而言，触摸屏传感器包括可见光透明基底，以及设置在可见光透明基底之上或之中的导电微图案。微图案具有如上所述的低密度网孔区域。在另一个实施方案中，触摸屏传感器的雾度值小于10％，优选地小于5％，并且可见光透射率大于75％，优选地大于85％。在另一个实施方案中，触摸屏传感器的导线宽度为小于约6微米，并且节距为小于约300微米。在另一个实施方案中，触摸屏传感器的导线的厚度为小于约500纳米。在另一个实施方案中，导线节距为约1mm至4mm，宽度为小于3微米和10微米之间。
触摸屏传感器的透明传感器元件400在图9中示出。传感器元件400包括两个图案化的导体层410,414(例如，X轴层和Y轴层)、两个光学透明的粘合剂层412,416，以及底板418，这些元件层合在一起，并且为了清楚起见在图6中将其描述为分开的。导体层410和414包括透明的导电网孔条，其中一层沿x轴方向取向，另一层沿y轴方向取向。底板418为玻璃片材，并且合适的光学透明粘合剂为得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)的光学透明层合粘合剂8141。
对于X层和Y层中的每一者，使用具有金属微图案的透明聚合物膜。将薄膜金属的微图案沉积到聚合物幅材材料诸如PET的薄片上。使用微接触印刷压模诸如上述那些将自组装单分子层掩模压印到镀覆的基底上；以及(3)通过蚀刻移除除了在掩模下的图案之外的涂覆在基底上的金属。
所得金属微图案440在图10-图11中示出。幅材材料上的金的厚度为约100纳米。微图案的第一区域具有包括一系列平行网孔条442的导电区域，并且该第一区域具有良好光学质量和/或可变片材电阻，如上所定义。平行网孔条442终止于微图案的第二区域中，该第二区域包括适于形成与电气部件或电子部件的电连接的正方形接触垫460。在一个实施方案中，接触垫460的面积为大约2毫米乘以2毫米，并且包括厚度为大约100纳米的薄膜金属形式的导体，以用于连接到电子器件以便进行对底板的手指触摸的电容检测。
正方形接触垫460包括由非导电区域470中断的导电材料的连续层，该非导电区域基本上不含金属并且对应于用于形成微图案440的微接触印刷垫的印刷元件中的细长凹陷(参见例如图4A中的印刷元件144A)。在示于图12中的另选实施方案中，接触垫460A可包括网孔状导电图案470A，该导电图案具有对应于微接触印刷垫中的通道的无金属区域(参见例如图4B的接触垫)。再次参见图11，微图案440还可任选地沿着边缘包括图案480，该图案对应于包括在用于形成微图案的微接触印刷压模中的牵引特征结构(参见例如图8B中的牵引特征结构325)。
网孔条441的布置与正方形电子垫460电隔离。隔离的网孔条441保持跨传感器的光学均匀度。每个条由网孔构成，该网孔由狭窄的金属迹线443制成，测得迹线443的宽度为大约5微米。该网孔设计在每个网孔条中的长轴迹线之间提供连接，以在长轴迹线中存在任何断路缺陷的情况下保持沿网孔条的电气连续性。
在各种实施方案中，可使用导电粘合剂或导电转移带将接触垫460电连接到电子部件，诸如柔性电路。合适的导电粘合剂包括但不限于以商品名3M各向异性导电膜5363、7303、7371、7376和7379从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M,St.Paul,MN)商购获得的各向异性导电膜。这些膜包括其中具有导电颗粒的粘合剂基质。在一些实施方案中，粘合剂基体选自丙烯酸酯粘合剂、环氧树脂粘合剂、有机硅粘合剂，或者它们的混合物或组合。在各种实施方案中，导电颗粒包括但不限于银、金、铜、铝等和它们的混合物，以及具有由例如银、金、铜、铝以及它们的混合物和组合制成的导电涂层的其他金属或非导电颗粒(例如，聚合物)。合适的导电转移带的示例包括但不限于以商品名3M导电粘合剂转移带8703、9703、9704和9705从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M,St.Paul,MN)商购获得的那些导电转移带。这些粘合剂转移带包括加载有银颗粒的丙烯酸类压敏粘合剂基体，并且可沿z方向穿过粘合剂基体导电。
柔性电路上的电迹线可用于将触摸屏组件400连接到显示设备(诸如计算机、移动电话、平板电脑等)的部件。
本发明要求保护的方法现在将在以下非限制性实施例中进行讨论。
实施例：
实施例1-7(薄的细长垫)
实验装置类似于WO2013/003253的图1中所述并且进一步如上所述地制备。将不定长度聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)幅材卷起，该幅材为8英寸(20.3cm)宽和0.005英寸(0.127mm)厚，可以ST504膜商购自美国德克萨斯州威尔明顿的杜邦公司(DuPont ofWilmington,DE)，其通过常规溅射工艺涂布有一层100nm的银。包括直径为8.658英寸(21.906cm)并且厚度为0.010英寸(0.254mm)的主要为镍的薄壳形式的卷的实验装置可以Nickel Sleeve商购自美国北卡罗来纳州夏洛特的施托克印制集团(美国)(Stork PrintsAmerica of Charlotte,NC)。
镍壳安装在用作空气轴承的带有多个孔的不旋转的钢支撑芯周围。为了支撑壳，向芯提供40英寸水柱(0.10kg/cm2)的气压。
在共同待审和共同转让的公布WO2013/003412，“Method for Making,Inking,andMounting Stamps for Micro-Contact Printing(制备、着墨和安装用于微接触印刷的压模的方法)”中，微接触印刷压模根据与图1-图11相关联的说明由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备。然后用200mmol的C16硫醇的乙醇溶液使微接触印刷压模饱和。然后通过根据与WO2013/003412中的图16和图17相关联的描述的构造中的双面粘合带将微接触印刷压模粘附到镍壳上。利用具有上台板(其上支撑有压模)的滑架实现微接触印刷压模到卷的施加。上台板可通过定位在上台板和滑架之间的低摩擦气缸来上升和下降进行竖直Z方向平移。滑架通过致动器在X方向上沿着直线轴承运动。随着滑架平移，卷旋转并且压模被转移到卷并通过粘合剂粘附至卷的表面。该过程进一步在WO2013/040319，“Method and Apparatus forApplying a Stamp for Micro-contact Printing to a Stamping Roll(用于将微接触印刷的压模施加到压印卷的方法和装置)”中描述。制备压模以便印刷图4B所示的图像，使得示于图中的七个细长图案中的每个将被同时印刷。这些细长图案与如图4B所取向从左到右分配的实施例1至7相对应。这些图案被设计为取代固体互连件或固体结合垫，这之前对于以该实验中使用的线速度进行的空气夹带是困难的。
这些实施例1-7被设计为探索该夹带的解决方案。可调节实验装置，使得幅材与微接触印刷压模以薄壳卷的圆周的大约1-2％接触。幅材随后以10英尺/分钟(3.05m/min)的线速度推进，幅材张力为1磅/线英寸(1.75牛/线厘米)。在运行之后，使用硫脲和硝酸铁溶液蚀刻银的没有沉积的PDMS保护的部分。
对于实施例1-7选择的设计包括内部空隙和细长凹陷两者，并且通常如图4B所示，如上所述。内部空隙或细长凹陷是指对于空气留出的空间，以及其是否容纳到设计特征结构的内部或者允许空气离开特征结构周边的路径。包括平行细长内部空隙或细长凹陷的放气特征结构以及包括非平行细长内部空隙或细长凹陷的放气特征结构在实施例1-7中示出。实施例1-7的结合垫(在图4B中从左到右示出)的开口面积分数分别为3％、7.5％、17.8％、20％、20％、8％、8％。换句话说，实施例1-7的结合垫(在图4B中从左到右示出)的填充因数分别为97％、92.5％、82.2％、80％、92％和92％。虽然所有设计与相同尺寸的固体特征结构相比示出空隙或空气夹带的一些减小，但实施例1和2仍具有空气夹带的一些情况，而实施例3-7没有。
在更多严格条件下以对于幅材方向介于30和60度之间的角度取向的实验是特别合适的。放气特征结构可便利地为7至150微米宽，优选地为80微米宽。放气特征结构之间的间距可为64微米至2000mm，优选地介于100和600微米之间。
实施例C8，9-13
结合到柔性印刷电路的电气组件金属图案化基底
金属化聚合物膜基底的制备
提供聚合物膜基底，将以ST504可从特拉华州威明顿杜邦公司(E.I.DuPont deNemours and Company,Wilmington,DE)商购获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用钛以大约5埃的平均厚度溅涂，从而形成非导电层。然后将该涂覆的基底用银以大约100纳米的平均厚度进一步溅涂。
压模制造
根据以下过程制造两种不同的压模。压模仅根据其相应浮雕图案而不同。使用标准光刻技术制造第一平面母模工具和第二平面母模工具，其各自在其主表面中的一个主表面上具有独特的浮雕图案。通过抵靠每个母模工具将未固化聚二甲基硅氧烷(PDMS，Sylgard 184，密歇根州米德兰道康宁公司(Dow Corning,Midland,MI))分配至大约3.0毫米的厚度来将第一弹性体压模和第二弹性体压模抵靠相应母模工具中的每个母模工具的前述主表面进行模制。将与母模接触的未固化有机硅在室温下固化2天。从母模工具中的每个母模工具剥离后，第一PDMS压模和第二PDMS压模具有浮雕图案，该浮雕图案包括高度为大约1.8微米的凸起特征结构。
第一母模工具的第一母模浮雕图案包括根据第一设计的凹陷特征结构，其中第一母模浮雕图案的凹陷特征结构对应于抵靠第一母模浮雕图案模制的第一压模的预期凸起特征结构。第二母模工具的第二母模浮雕图案包括根据第二设计的凹陷特征结构，其中第二母模浮雕图案的凹陷特征结构对应于抵靠第一母模浮雕图案模制的第二压模的预期凸起特征结构。由于在这些实施例中，油墨用于在蚀刻期间保护银层，因此在基底上形成导电银图案，以下讨论中的每个压模的凸起特征结构可就其最终形成的银特征结构来描述。换句话讲，图案化基底上的结合垫对应于压模上的用于使基底图案化的结合垫凸起特征结构，并且对应于母模工具上的用于模制压模的结合垫凹陷特征结构。类似地，图案化基底上的互连迹线对应于压模上的用于使基底图案化的互连凸起特征结构，并且对应于母模工具上的用于模制压模的互连凹陷特征结构。最终，图案化基底上的透明导电网孔元件对应于压模上的用于使基底图案化的凸起网孔元件特征结构，并且对应于母模工具上的用于模制压模的网孔凹陷特征结构。
第一设计包括一维阵列(阵列1)固体结合垫，每个结合垫的宽度为500微米并且阵列的节距为1000微米(0％开口面积结合垫)，每个结合垫连接到互连迹线，该互连迹线继而连接到透明导电网孔区域，该透明导电网孔区域包括2微米宽的迹线和宽度为大约200微米的六边形网孔单元(98.0％开口面积网孔)。
第二设计包括网孔结合垫的四个不同的一维阵列(下文中称为阵列2-5)，每个结合垫的宽度为500微米，并且阵列的节距为1000微米。阵列2包括网孔结合垫，该网孔结合垫具有正方形网孔几何形状、10微米宽的迹线、以及30微米节距迹线节距(44.4％开口面积结合垫)。阵列3包括网孔结合垫，该网孔结合垫具有正方形网孔几何形状、10微米宽的迹线、以及40微米节距迹线节距(56.3％开口面积结合垫)。阵列4包括网孔结合垫，该网孔结合垫具有正方形网孔几何形状、5微米宽的迹线、以及25微米节距迹线节距(64.0％开口面积结合垫)。阵列5包括网孔结合垫，该网孔结合垫具有正方形网孔几何形状、5微米宽的迹线、以及35微米节距迹线节距(73.5％开口面积结合垫)。第二设计还包括透明导电网孔区域，该透明导电网孔区域包括2微米宽的迹线和宽度为大约200微米的六边形网孔单元(98.0％开口面积网孔)。
着墨
每个压模通过将其浮雕图案化主要物与10mM的十八烷硫醇(可以“ODT”O0005从马萨诸塞州韦尔斯利山TCI美国公司(TCIAMERICA,Wellesley Hills,MA)商购获得)的乙醇溶液接触16小时来着墨。每个压模在空气中在室温下在压印之前干燥至少一小时。
压印
用如上所述着墨的压模来压印金属化聚合物膜基底。对于压印，通过以下方式使金属化膜与压模面朝上的压模浮雕图案化表面接触：首先将膜样品的边缘与压模表面接触，然后轧制膜，使其与整个压模接触。轧制步骤需要进行的时间少于5秒。轧制步骤之后，使基底与压模接触大约10秒。然后将基底从压模剥离，该步骤需要的时间少于1秒。
蚀刻
压印之后，将具有十八烷硫醇的印刷图案的金属化膜基底与蚀刻剂溶液接触，以用于选择性地进行银蚀刻和金属图案化，从而产生金属图案化基底。蚀刻剂是浓度为30mM的硫脲的水溶液(可以T8656从密苏里州圣路易斯西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)商购获得)，以及浓度为20mM的硝酸铁(可以216828从西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)商购获得)。为了使银薄膜图案化，通常根据美国专利申请13/319,704中所述的过程，将印刷金属化膜基底面向下接触到鼓泡蚀刻剂上。在蚀刻之后，银在用十八烷硫醇印刷的区域中保留在基底上。蚀刻步骤从未印刷有十八烷硫醇的区域移除银。
柔性印刷电路到图案化基底的结合
将柔性印刷电路(在本文中也称为FPC的柔性尾部或挠性尾部)结合到上述金属图案化基底。FPC包括呈支撑在1密耳(0.025mm)厚的聚酰亚胺(得自明尼苏达州普利茅斯的柔性电路技术公司(Flexible Circuit Technologies,Plymouth,MN))上的0.5毫米宽的结合垫和迹线的一维阵列的形式的图案化铜。结合垫的宽度为大约500微米，并且阵列的节距为大约1000微米。FPC的总宽度为大约1厘米。各向异性导电粘合剂(在本文中也称为ACF，可以商品名7303从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,MN)商购获得)用于与FPC结合(在本文中也称为ACF结合)，该FPC粘附到上述金属图案化基底中的每个金属图案化基底，从而产生ACF结合。对于实施例C8和9-13，使用可以SIGNMARK目录号86141从堪萨斯州奥拉西的DCI公司(DCI,Inc.Olathe,KS)商购获得的热粘结剂对FPC、ACF和金属图案化基底的刚刚描述的组件进行附加热结合。每个结合头的宽度为大约2毫米，并且长度为75毫米。用120牛顿的力以及146℃的结合温度进行热结合25秒。在每个结合循环中结合前述1厘米宽的FPC中的四个(即，120牛顿的力分布在2毫米乘以4厘米(四个FPC的宽度)的面积上)。
ACF结合FPC和金属图案化基底的表征
对于ACF结合到金属图案化基底的FPC的组件中的每个，进行以下表征。对每个结合使用万用表(可以模型179从华盛顿州埃弗雷特的福禄克公司(Fluke Corp.,Everett,WA)商购获得)通过以下方式测量结合电阻：将万用表的探针与FPC的一端以及结合垫的另一端接触。因为每个电结合垫上的结合面积为大约0.5毫米乘以2毫米(面积为1平方毫米)，所以下文中以欧姆记录的电阻读数也对应于以欧姆/平方毫米表示的每单位面积的结合电接触电阻。使用光学显微镜(可以DM4000从德国韦茨拉尔徕卡显微***公司(LeicaMicrosystems,Wetzlar,DE)商购获得)使每个结合成像。最终，ACF结合强度通过可以MTSInsight 30 EL从明尼苏达州伊登普雷里的MTS***公司(MTS Systems Corp.,EdenPrairie,MN)商购获得的材料测试***来测量。通过以90度取向和50毫米/分钟的应变速率从金属图案化基底剥离FPC来进行测试。对于每个组件以克力的单位记录峰值载荷(1克力＝0.0098牛顿)。对于实施例C8，测量两个组件的ACF结合强度。对于实施例9-12，测量三个组件的ACF结合强度。对于实施例13，测量五个组件的ACF结合强度。下文中记录结合强度值是上述组组件的平均值。因为每个FPC的总结合面积为大约1厘米宽(正交于剥离方向)，下文中以克力记录的峰值载荷值也对应于以克力/厘米表示的每单位结合长度的结合强度。
实施例C8
上述FPC ACF结合到第一设计的金属图案化基底，其中FPC结合垫的阵列对准到固体结合垫的阵列1(0％开口面积结合垫)。图13为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。考虑到该实施例是比较性的，将其命名为“C8”；其不具有细长凹陷或内部图案空隙。
实施例9
上述FPC ACF结合到第一设计的金属图案化基底，其中FPC结合垫的阵列对准到固体结合垫的阵列2(44.4％开口面积网孔结合垫；具有30微米节距的10微米迹线的正方形网孔)。图14为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。
实施例10
上述FPC ACF结合到第一设计的金属图案化基底，其中FPC结合垫的阵列对准到固体结合垫的阵列3(56.3％开口面积网孔结合垫；具有40微米节距的10微米迹线的正方形网孔)。图15为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。
实施例11
上述FPC ACF结合到第一设计的金属图案化基底，其中FPC结合垫的阵列对准到固体结合垫的阵列4(64.0％开口面积网孔结合垫；具有25微米节距的5微米迹线的正方形网孔)。图16为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。
实施例12
上述FPC ACF结合到第一设计的金属图案化基底，其中FPC结合垫的阵列对准到固体结合垫的阵列5(73.5％开口面积网孔结合垫；具有35微米节距的5微米迹线的正方形网孔)。图17为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。
实施例13
上述FPC ACF结合到第二设计的六边形网孔的金属图案化基底(2微米迹线和300微米单元尺寸)，其中FPC结合垫的阵列对准到透明导电网孔区域(98.7％开口面积网孔)。图18为结合的光学显微照片，其示出ACF的导电颗粒。表1中给出结合电阻和ACF结合强度。
表1
上文描述了本发明的各种实施方案。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。

Claims (72)

1.一种印刷方法，其包括：
提供弹性体压模，所述弹性体压模包括基部表面和远离所述基部表面延伸的压印表面，所述压印表面包括至少一个第一图案元件和至少一个第二图案元件，并且其中：
所述压印表面的所述第一图案元件的填充因数为20％至99％，并且所述压印表面的所述第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，所述至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；并且
所述压印表面的所述第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，并且所述压印表面的所述第二图案元件包括具有0.1微米至50微米的宽度的迹线；
用油墨组合物对所述压印表面着墨，所述油墨组合物包含功能化分子，所述功能化分子具有被选择用于结合到吸墨材料的表面的官能团；以及
使着墨的压印表面与选自片材或幅材的所述吸墨材料的主表面接触足以将所述官能团与所述吸墨材料的所述表面结合的接触时间，以在所述表面上形成功能化材料的自组装单分子层(SAM)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为细长的。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为分支的。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压印表面中的所述第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压印表面中的所述第一图案元件中的所述内部空隙形成网孔。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件中的所述细长凹陷相对于所述压模和所述幅材材料的表面之间的接触正面的运动方向成角度取向。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述角度为30°至60°。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述角度为45°。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述细长凹陷或所述内部空隙形成X形图案。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述细长凹陷或所述内部空隙的深度延伸至所述压模的所述基部表面。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件的所述填充因数为22.5％-95％。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件的所述填充因数为25％-80％。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
19.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第二图案元件包括网孔。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述网孔包括多条迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.5至10微米。
21.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件和所述第二图案元件是接续的。
22.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第一图案元件和所述第二图案元件通过至少一条迹线连接。
23.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述接触时间小于10秒。
24.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述吸墨材料的所述表面上的自组装单分子层(SAM)的厚度小于
25.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压印表面包括聚二甲基硅氧烷，并且其中所述功能化分子为选自烷基硫醇和芳基硫醇中的至少一种的有机硫化合物。
26.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述吸墨材料的所述主表面选自金属、聚合物膜、玻璃、陶瓷和复合材料。
27.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述吸墨材料为幅材材料，所述幅材材料从载体退绕。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述幅材材料在第一支撑辊和第二支撑辊之间张紧，并且其中所述第一支撑辊和所述第二支撑辊之间的所述幅材材料中的张力介于0.5磅/线性英寸和10磅/线性英寸之间。
29.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述吸墨材料的所述表面包括无自组装单分子层(SAM)区域，并且所述方法还包括蚀刻所述无自组装单分子层(SAM)区域。
30.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述压模安装在旋转元件上，其中所述旋转元件的旋转由至少一个空气轴承支撑。
31.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括从所述吸墨材料的所述主表面移除所述压印表面。
32.一种弹性体微接触印刷压模，其包括基部表面和远离所述基部表面延伸的压印表面，所述压印表面包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中所述压印表面的所述第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，所述至少一个不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；和
填充因数为0.25％至10％的至少一个第二图案元件，并且其中所述压印表面的所述第二图案元件包括多条迹线，其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米；
其中所述压印表面具有设置在其上的油墨，所述油墨包括多个功能化分子，所述功能化分子包括被选择用于结合到基底并在所述基底上形成所述功能化分子的自组装单分子层(SAM)的至少一个官能团。
33.根据权利要求32所述的压模，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
34.根据权利要求32所述的压模，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
35.根据权利要求32所述的压模，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
36.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为细长的。
37.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述压印表面在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为分支的。
38.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述压印表面中的所述第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
39.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述压印表面中的所述第一图案元件中的所述内部空隙形成网孔。
40.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第一图案元件的所述填充因数为22.5％-95％。
41.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第一图案元件的所述填充因数为25％-80％。
42.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
43.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
44.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
45.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第二图案元件包括网孔。
46.根据权利要求45所述的压模，其中所述网孔包括多条迹线，其中每条迹线的宽度为0.5至10微米。
47.根据权利要求32-35中任一项所述的压模，其中所述第一图案元件和所述第二图案元件是接续的。
48.一种设置在可见光透明基底上的导电图案，所述图案包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中所述第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，其中所述不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷，和(2)一个或多个内部空隙；和
至少一个第二图案元件，所述至少一个第二图案元件电连接到所述第一图案元件，其中所述第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，并且其中所述第二图案元件还包括迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米。
49.根据权利要求48所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为2至100。
50.根据权利要求48所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为5至50。
51.根据权利要求48所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件中包括一个或多个细长凹陷，并且其中每个细长凹陷的纵横比为10至20。
52.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为细长的。
53.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件中包括一个或多个内部空隙，并且其中所述内部空隙为分支的。
54.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述导电图案中的所述第一图案元件包括细长凹陷和内部空隙两者。
55.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述导电图案中的所述第一图案元件中的所述内部空隙形成网孔。
56.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第一图案元件的所述填充因数为22.5％-95％。
57.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第一图案元件的所述填充因数为25％-80％。
58.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第一图案元件的面积为1mm2至10mm2。
59.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第二图案元件的填充因数为0.5％至5％。
60.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第二图案元件的面积为10cm2至5000cm2。
61.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述第二图案元件包括网孔。
62.根据权利要求61所述的导电图案，其中所述网孔包括多条迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.5微米至10微米。
63.根据权利要求48-51中任一项所述的导电图案，其中所述导电图案在所述第一图案元件处电连接到第二基底。
64.一种触摸屏传感器，包括可见光透明基底，所述可见光透明基底具有设置在其上的根据权利要求48-63中任一项所述的导电图案。
65.一种印刷方法，其包括：
将幅材材料在两个支撑辊之间以至多10磅/线性英寸的张力张紧；
将聚二甲基硅氧烷压模安装在由空气轴承支撑的辊的表面上，其中所述压模包括基部表面和远离所述基部表面延伸的压印表面，所述压印表面包括图案元件的布置，所述图案元件包括：
填充因数为20％至99％的至少一个第一图案元件，其中所述第一图案元件包括连续区域和至少一个不连续区域，所述不连续区域包括以下中的至少一者：(1)一个或多个细长凹陷；和(2)一个或多个内部空隙；和
至少一个第二图案元件，所述至少一个第二图案元件与所述第一图案元件接续，其中所述第二图案元件的填充因数为0.25％至10％，其中所述第二图案元件包括多条细长迹线，并且其中每条迹线的宽度为0.1微米至50微米；
用油墨组合物对所述压印表面着墨，所述油墨组合物包括有机硫化合物；
使着墨的压印表面与所述幅材材料的主表面接触足以将所述有机硫化合物上的硫醇官能团结合到所述幅材材料的吸墨表面的接触时间，以根据所述压印表面上的图案元件的所述布置在所述吸墨表面上提供所述有机硫化合物的自组装单分子层(SAM)；以及
从所述幅材材料的所述主表面移除所述压印表面。
66.根据权利要求65所述的方法，其中所述幅材材料以10英尺/分钟至100英尺/分钟的速度移动。
67.根据权利要求65-66中任一项所述的方法，其中所述幅材材料在所述支撑辊之间连续移动。
68.根据权利要求65-66中任一项所述的方法，其中所述幅材材料选自金属、聚合物膜、玻璃、陶瓷和复合材料。
69.一种幅材材料卷，所述幅材材料具有顺维方向和横维方向，所述幅材材料包括：设置在其上的导电图案，所述图案包括间隔开的功能性图案元件的布置，其中形成所述图案的所述功能性图案元件的填充因数为20％至100％，并且沿所述顺维方向布置；和***在所述间隔开的功能性图案元件中的每个功能性图案元件之间的填充因数为20％至100％的至少一个非功能性图案元件。
70.根据权利要求69所述的幅材材料卷，其中对于在所述顺维方向上沿功能性元件和非功能性元件的布置截取的0.5mm的段来说，图案密度从所述图案的平均图案密度变化不超过50％。
71.根据权利要求69所述的幅材材料卷，其中对于在所述顺维方向上沿功能性元件和非功能性元件的布置截取的0.25mm的段来说，图案密度从所述图案的平均图案密度变化不超过25％。
72.根据权利要求69所述的幅材材料卷，其中所述功能性图案元件包括根据权利要求48-64中任一项所述的导电图案。
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