TWI385219B - 油墨、利用該油墨製作導電線路之方法及線路板 - Google Patents

Description

油墨、利用該油墨製作導電線路之方法及線路板

本發明涉及噴墨印刷技術領域，特別涉及一種油墨、利用該油墨製作導電線路之方法及線路板。

噴墨印刷作為一種印刷工藝，其與平版印刷、絲網印刷一樣可用於圖形之轉移。噴墨印刷為非接觸印刷工藝，不需要像活字以及由照相方法製作之印版或軟片那樣印刷表面，只需將所需圖形直接由電腦給出，再藉由控制器控制噴墨印刷系統之噴嘴，將油墨顆粒由噴嘴噴出並逐點地形成圖形。噴墨印刷可應用於電路板線路製作中，即噴墨印刷線路圖形。該方法製作線路圖形能夠精確控制線路之位置及寬度，還降低原料浪費，係一種環保之印刷工藝。

目前，噴墨印刷線路圖形係將以單分散之奈米顆粒為核心之奈米金屬油墨直接噴射於基板表面形成導電線路。請參閱文獻：Murata,K.；Matsumoto,J.；Tezuka,A.；Oyama,K.；Matsuba,Y.；Yokoyama,H.；Super fine wiring by inkjet printing Microprocesses and Nanotechnology Conference,2004.Digest of Papers.2004 InternationalOct.27-29,2004 Page(s)：24-25。惟，銅較金或銀活潑，且奈米銅之比表面積比一般金屬銅大，於空氣中奈米銅極易被氧化失去金屬之導電性，所以奈米銅不適合作為油墨，亦不能滿足採用噴墨 印刷之方式製作銅線路。另外，噴射於基板表面之奈米金屬油墨乾燥後，還需經過300度高溫燒結，使奈米金屬顆粒燒結於一起，從而形成連續之導電線路。惟，燒結過程中，溫度控制不佳會影響導電線路之連續性及導電性。如燒結溫度過低，奈米金屬顆粒不能完全被燒結於一起；相反地，燒結溫度過高，則基板必須採用耐高溫且不易受熱變形材料製成。

有鑑於此，提供一種油墨、導電線路之製作方法及線路板，以提高導電線路之連續性及導電性實屬必要。

以下將以實施例說明一種油墨及導電線路之製作方法。

一種油墨，其包括貴金屬離子與感光單體，該感光單體分子式為：MC≡C-C≡CN，M為親水性基團，N為親油性基團，複數該感光單體之分子形成囊體，該貴金屬離子一部分包裹於該囊體內，另一部分吸附於囊體之外壁。

一種製作導電線路之方法，首先將油墨印刷於基板表面形成線路圖形，該油墨包括貴金屬離子與感光單體，該感光單體分子式為：MC≡C-C≡CN，M為親水性基團，N為親油性基團，複數該感光單體之分子形成囊體，該貴金屬離子一部分包裹於該囊體內，另一部分吸附於囊體之外壁。採用高能光束照射線路圖形，該線路圖形中之感光單體分子發生聚合物反應，使該線路圖形中之貴金屬離子被還原為相對應之貴金屬粒子，從而獲得預製線路。再次，於該預製線路之軌跡鍍覆金屬，以形成導電線路。

一種線路板，其包括基板及形成與該基板上之導電線路，該導電線路包括貴金屬粒子、由感光單體聚合而成之聚合物以及包裹於貴金屬粒子與聚合物外之用於電氣連通之導電金屬。該聚合物分子式為：，M為親水性基團，N為親油性基團。

與先前技術相比，該油墨包括貴金屬離子與感光單體，該感光單體中之複數分子形成囊體使一部分貴金屬離子包裹於該囊體內，而另一部分吸附於該囊體之外壁，從而形成膠囊體，該感光單體分子作為載體使貴金屬離子均勻之分散於油墨中，提高油墨之分散性，用其製作之線路圖形分佈均勻。該方法還藉由光束照射線路圖形，引發形成線路圖形之感光單體分子與貴金屬離子反應，使油墨中貴金屬離子被還原成貴金屬粒子，並由該貴金屬粒子作為催化中心鍍覆金屬，從而形成連續性好之導電線路，避免採用高溫燒結形成導電線路，從而使導電線路之製作不必再考慮燒結溫度之影響。

下面將結合附圖及實施例對本技術方案實施例提供之油墨、利用該油墨製作導電線路之方法及線路板作進一步詳細說明。

本技術方案實施例提供之油墨，其包括感光單體與貴金屬離子。該感光單體分子式為：MC≡C-C≡CN，M為羧基、磺酸基、氨基等親水性基團，N為烷烴基等親油性基團 。該感光單體同時包括親水性與親油性基團，使感光單體具有既親水又親油之雙親性質，從而使該感光單體於高能光束照射下可發生聚合反應。該貴金屬離子為銀離子、金離子、鉑離子、鈀離子或其他貴金屬離子。本實施例中，貴金屬離子為銀離子。

該感光單體與貴金屬離子於油墨之分佈情況為：複數感光單體之分子形成囊體，該貴金屬離子一部分包裹於該囊體內，另一部分吸附於囊體之外壁。油墨中感光單體分子作為載體使貴金屬離子均勻之分散於油墨中，提高油墨之分散性，同時使感光單體分子周圍均有貴金屬離子存在，利於後續感光單體分子與貴金屬離子之充分反應。

感光單體分子與貴金屬離子形成膠囊體之原理為：包括貴金屬離子與感光單體分子之混合溶液中，由於吸附作用，貴金屬離子吸附於感光單體分子之周圍。當感光單體之濃度大於該感光單體臨界膠束濃度(Critical Micelle Concentration，CMC)時，感光單體分子於油墨溶液中聚集形成複數囊體，使分佈於感光單體分子周圍之貴金屬離子一部分被包裹於該感光單體分子形成之囊體內，而另一部分吸附於該感光單體分子形成之囊體之外壁，從而形成感光單體分子之囊體內包裹貴金屬離子而感光單體分子之囊體外吸附貴金屬離子之膠囊體。其中，該臨界膠束濃度係代表溶液表面活性之物理參數，亦係具有表面活性之溶液之一種特性濃度。本實施例中，油墨中之感光單體之濃度為10^-7至10^-1mol/L時， 即可使油墨中之感光單體與貴金屬離子形成膠囊體。

例如，將1.5×10^-1mol/L之10,12-二十五碳二炔酸(分子式為CH₃(CH₂)₁₁C≡C-C≡C(CH₂)₈CO₂H)溶液與硝酸銀(分子式為AgNO₃)溶液之混合物經超聲波震蕩1小時，即獲得感光單體分子與貴金屬離子形成之膠囊體。然後，將上述包括膠囊體之溶液與水、有機溶劑或其他印刷需要之水溶性介質均勻混合，從而製成油墨。

該感光單體MC≡C-C≡CN，其分子中具有兩碳碳三鍵(即C≡C)之共價鍵，於高能光束之照射下，該感光單體分子中之C≡C鍵打開，使每個感光單體分子中打開之C≡C與其他感光單體分子中打開之C≡C鍵發生鍵合，從而形成聚合物。同時，該C≡C鍵於打開時會釋放出自由基，該自由基相當於氧化還原反應中之電子，當貴金屬離子俘獲到該自由基，即可使該貴金屬離子得到電子被還原為相對應之貴金屬粒子。

另外，於製備過程中還可向該油墨中加入黏度調節劑、連接料、其他表面活性劑或其他試劑，用以調節油墨之表面張力、黏度等性能，從而提高油墨與待印刷物體表面之結合力。有機溶劑可為乙醇、丙酮、甘油等可與水相溶之極性溶劑，水溶性介質可為去離子水、水溶性有機物或兩者之混合物。而表面活性劑可為陰離子型、陽離子型、非離子型等，連接料可為聚氨酯、聚乙烯醇等高分子材料。

請參閱圖1至圖4，本實施例提供之採用該油墨製作導電 線路之方法。

第一步：提供基板100。

如圖1所示，本實施例中，基板100為電路板製作過程中需要進行線路製作之半成品。根據所要製作之電路板之結構可選擇不同結構之基板100。例如，當待製作之電路板為單層板時，該基板100為一層絕緣層；當待製作之電路板為多層電路板時，該基板100為一由多層板與一絕緣層壓合後所形成之結構，還可為半導體基片。本實施例中，基板100為需要製作單面線路之單層板。該基板100具有用於形成預製線路之表面110。當然，該基板100亦可用於製作雙面板，只要於基板100相對之兩表面上製作即可。

第二步：形成線路圖形200於基板100之表面110。

為增加形成之線路圖形200與基板100之表面110之結合強度，於基板100形成線路圖形200之前，可藉由採用酸、鹼溶液或電漿微蝕基板110、清洗等方法對基板110進行表面處理，以除去附著於表面110之污物、氧化物、油脂等。

如圖2所示，分別於基板100之表面110藉由噴墨或其他印刷方式形成線路圖形200。具體地，噴墨印刷系統於控制器之控制下根據所需製作之導電線路之圖形，將油墨自噴嘴逐點噴灑到表面110，使其沈積於表面110形成線路圖形200。該油墨為本技術方案提供之油墨，其包括感光單體與銀離子，該銀離子被包裹於複數感光單體分子形 成之囊體內，並於油墨中形成膠囊體。

惟，該膠囊體只能存在於液態溶液中，乾燥狀態時該膠囊體會破裂，其中，複數感光單體分子形成之囊體破裂，銀離子依然分佈於組成該破裂囊體之感光單體分子周圍。而包括膠囊體之液態油墨被沈積於表面110後經加熱烘乾或長時間放置於空氣中之自然烘乾之方式，最終於表面110於表面形成乾燥之線路圖形200，此時線路圖形200中之已經沒有感光單體分子與銀離子形成之膠囊體，只有感光單體分子與分佈於該感光單體分子周圍之銀離子。即，最終表面110上係由感光單體分子與分佈於該感光單體分子周圍之銀離子形成與所需製作之導電線路之圖形相同之線路圖形200。當然，該油墨亦可藉由其他印刷方式於基板100之表面110形成線路圖形200

第三步：形成預製線路300於基板100之表面110。

如圖2及圖3所示，採用高能光束照射形成於基板100表面110之線路圖形200，使形成該線路圖形200之貴金屬離子被還原為相應之貴金屬粒子，從而於表面110上由該貴金屬粒子形成預製線路300。

該光束可為紫外光、鐳射、γ射線等高能光束。本實施例中，油墨包括銀離子與感光單體分子形成之膠囊體，從而由感光單體分子與分佈於該感光單體分子周圍之銀離子形成線路圖形200。紫外光照射線路圖形200，線路圖形200之感光單體分子中之C≡C鍵打開，使每個感光單體分子中打開之C≡C鍵與其他感光單體分子中C≡C鍵打 開，使感光單體發生聚合反應形成聚合物，同時釋放出自由基(即電子)。貴金屬離子俘獲該自由基，使該貴金屬離子得到電子被還原為金屬銀粒子，再於光照後經乾燥形成預製線路300。

優選地，光束照射時間於1分鐘至12分鐘之間。光束照射時間越長或光束之強度越大使感光單體分子中之C≡C鍵越容易打開，相應地釋放出自由基之幾率亦越大且速率越快，因此貴金屬離子俘獲該自由基之幾率增大，使貴金屬離子充分反應生成相應之貴金屬粒子。

第四步：於預製線路300上鍍覆金屬形成導電線路400。

前一步驟中，由感光單體分子與分佈於該感光單體分子周圍之銀離子形成線路圖形200時，該線路圖形200為分佈於表面110之感光單體分子與銀離子形成。該分佈於感光單體分子周圍之銀離子間可能沒有完全結合，其連續性較差，使銀離子經反應生成之金屬銀粒子亦為分佈於表面110之連續性較差之金屬銀粒子，而光照後感光單體分子聚合生成之聚合物亦會存在於該預製線路300中，使金屬銀粒子不能完全結合，從而降低由該金屬銀粒子形成之預製線路300之導電性，使整個預製線路300可能無法達到良好之電性導通。

因此，如圖4所示，於預製線路300之貴金屬粒子表面經過電鍍或化學鍍之方法鍍覆金屬，使所鍍覆金屬完全包裹於預製線路300之貴金屬粒子外並填充相鄰兩貴金屬粒子之間隙，從而形成連續之導電線路400。於鍍覆金屬時 ，形成預製線路300之每個貴金屬粒子作為鍍覆反應之催化中心，並以該每個貴金屬粒子為中心於其表面生長出複數金屬粒子。該複數金屬粒子緻密排列於每個貴金屬粒子之表面，使該每個貴金屬粒子完全被複數金屬粒子包裹，同時沒有完全結合之相鄰兩貴金屬粒子之表面分別生長出之複數金屬粒子將該相鄰兩貴金屬粒子電性連接，從而於基板100之表面110形成具有良好之電性導通之導電線路400。

本實施例中，對包括金屬銀粒子之預製線路300進行化學鍍，於基板100之表面110形成導電線路400。具體地，將形成預製線路300之基板100置於化學鍍液中，於50度之溫度下進行化學鍍2分鐘，即可使預製線路300形成完全電連通之導電線路400。該鍍液可為包括銅離子、鎳離子或其他所需鍍覆金屬對應之金屬離子之鹽溶液。優選地，鍍液為硫酸鹽或氯化鹽。該鍍液還可包括還原劑、配合劑、酸鹼度調節劑及其他添加劑。該還原劑可為二甲胺甲硼烷、N-羥乙基亞乙基二胺三乙酸、硼氫化物、乙醛酸、二羥乙酸、次亞磷酸鹽、甲醛等，優選甲醛或次亞磷酸鹽。該配合劑可為乙二胺四乙酸等提高溶液之穩定性以及金屬之沈積速度之配合劑。酸鹼度調節劑為氫氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鉀等。當然，還可於渡液中加入穩定劑、光亮劑、介面活性劑等其他添加劑，以滿足化學鍍之需要。

由此完成基板100之表面110具有較高導電性及均勻性之導電線路400之製作，從而完成線路板之製作，以供後續 加工使用。該線路板包括基板100及形成與該基板100表面110之導電線路400。該導電線路400包括貴金屬粒子、由感光單體聚合而成之聚合物以及包裹於貴金屬粒子與聚合物外用於實現電氣連通之導電金屬。該聚合物分子式為：，M為親水性基團，N為親油性基團。優選地，貴金屬粒子為銀粒子、金粒子、鉑粒子或鈀粒子。導電金屬為銅或鎳。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧基板

110‧‧‧表面

200‧‧‧線路圖形

300‧‧‧預製線路

400‧‧‧導電線路

圖1係本技術方案實施例提供之基板之結構示意圖。

圖2係圖1中基板形成線路圖形之結構示意圖。

圖3係圖1中基板形成預製線路之結構示意圖。

圖4係圖1中基板形成導電線路之結構示意圖。

100‧‧‧基板

110‧‧‧表面

400‧‧‧導電線路

Claims (15)

1. 一種油墨，其改進在於：該油墨包括貴金屬離子與感光單體，該感光單體分子式為：MC≡C-C≡CN，M為親水性基團，N為親油性基團，油墨中感光單體之濃度大於該感光單體臨界膠束濃度，複數該感光單體之分子形成囊體，該貴金屬離子一部分包裹於該囊體內，另一部分吸附於囊體之外壁，於高能光束之照射下，該感光單體分子中之C≡C鍵打開，每個感光單體分子中打開之C≡C與其他感光單體分子中打開之C≡C鍵發生鍵合，從而形成聚合物，同時，該C≡C鍵於打開時會釋放出自由基，貴金屬離子俘獲到該自由基，使該貴金屬離子得到自由基被還原為相對應之貴金屬粒子。
2. 如申請專利範圍第1項所述之油墨，其中，該貴金屬離子為銀離子、金離子、鉑離子或鈀離子。
3. 如申請專利範圍第1項所述之油墨，其中，該感光單體之濃度為10^-7至10^-1mol/L。
4. 如申請專利範圍第1項所述之油墨，其中，該親水性基團為羧基、磺酸基或氨基，親油性基團為烷烴基。
5. 如申請專利範圍第1項所述之油墨，其中，該油墨進一步包括連接料、黏度調節劑及表面活性劑。
6. 一種製作導電線路之方法，其包括以下步驟：將如申請專利範圍第1項至第5項所述之任意一種油墨印刷於基板表面形成線路圖形；採用高能光束照射線路圖形，所述之線路圖形中之感光單體分子發生聚合反應，使該線路圖形中之貴金屬離子被還 原為相對應之貴金屬粒子，從而獲得預製線路；於所述之預製線路之軌跡鍍覆金屬，以形成導電線路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，該光束為紫外線、鐳射、γ射線。
8. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，於該預製線路鍍覆金屬採用化學鍍之方法進行。
9. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，該化學鍍採用之鍍液包括銅離子或鎳離子。
10. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，該化學鍍採用之鍍液包括二甲胺甲硼烷、N-羥乙基亞乙基二胺三乙酸、硼氫化物、乙醛酸、二羥乙酸、次亞磷酸鹽或甲醛。
11. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，該高能光束照射時間於1分鐘至12分鐘之間。
12. 如申請專利範圍第6項所述之製作導電線路之方法，其中，該製作導電線路之方法進一步包括於將油墨印刷於基板表面形成線路圖形之後，對線路圖形進行乾燥之步驟。
13. 一種線路板，其包括基板及形成於所述之基板上之導電線路，其中，該導電線路由如申請專利範圍第1項至第5項所述之任意一種油墨製成，該導電線路包括貴金屬粒子、由感光單體聚合而成之聚合物以及包裹於貴金屬粒子與聚合物外之用於電氣連通之導電金屬，該聚合物分子式為：，M為親水性基團，N為親油性基團。
14. 如申請專利範圍第13項所述之線路板，其中，該貴金屬粒 子為銀粒子、金粒子、鉑粒子或鈀粒子。
15. 如申請專利範圍第13項所述之線路板，其中，該導電金屬為銅或鎳。