TWI481327B

TWI481327B - 導電線路的形成方法

Info

Publication number: TWI481327B
Application number: TW102139480A
Authority: TW
Inventors: Chien Jung Huang; Kun Tso Chen; chun han Li; Sung Ho Liu
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-04-11
Also published as: TW201517722A

Description

導電線路的形成方法

本發明係關於一種導電線路的形成方法。

導電線路的應用很廣，可應用在印刷電路板、觸控面板等產品。常見的導電線路製作方式有黃光微影製程與噴印製程。黃光微影製程包括將金屬薄膜壓於基板表面，再用旋轉塗佈的方法在金屬薄膜表面形成一光阻層，而後再加以光罩曝光、顯影、刻蝕，進而再加以鑽孔、壓合與電鍍等多項步驟，最後還需多項測試及修補後才能完成整個流程。近來發展的噴印製程將墨水直接噴在基板上，再經過燒結得到導電線路，加熱的溫度依照材料而不同，大約在150℃以上甚至超過在1000℃。

綜上所述，目前亟需製程簡化與可低溫操作的導電線路製造方法。

本發明一實施例提供一種導電線路的形成方法，包括：將一金屬氧化物油墨組合物覆蓋於一基材上，形成一薄膜，其中該金屬氧化物油墨組合物包含一金屬氧化物粉體、一感光還原劑、以及一溶劑；以及，以一雷射光束對該薄膜之至少一部份進行照射，以使該薄膜照光的部份內之金屬氧化物粉體還原成金屬，該薄膜照光的部份形成該導電線路。

10‧‧‧基材

12‧‧‧薄膜

12a‧‧‧預定照光區

12b‧‧‧非照光區

14‧‧‧導電線路

第1至3圖係為一系列剖面結構圖，用以說明本發明一實施例所述之導電線路的形成方法。

本發明一實施例提供一種導電線路的形成方法，可利用照光方式將一由金屬氧化物油墨組合物所形成的薄膜中之照光部份轉換成導電圖形，得到該導電線路。

根據本發明一些實施例，該導電線路的形成方法，包括：將金屬氧化物油墨組合物覆蓋於基材上，形成薄膜；以及，以雷射光束對該薄膜之至少一部份進行照射，以使薄膜照光的部份內的金屬氧化物粉體(例如為氧化銅粉體)還原成金屬(例如為銅)，將該薄膜照光的部份轉換成該導電線路。其中，金屬氧化物油墨組合物包含金屬氧化物粉體、感光還原劑以及溶劑。薄膜的厚度可視加工方式或應用需求調整，例如可約介於50nm~10000nm之間，但不以此為限。此外，金屬氧化物油墨組合物可更包含醇胺類化合物，使油墨中金屬粉體分散均勻。根據本發明實施例，該金屬氧化物粉體係為氧化銀粉體、氧化銅粉體、或其混合。

金屬氧化物油墨組合物所使用的金屬氧化物粉體的粒徑可約介於1-100nm之間，若金屬氧化物粉體的粒徑過大，則成形之薄膜易有孔隙，造成特性不佳，若粒徑過小，則易聚集，不易分散與成膜。金屬氧化物粉體在金屬氧化物油墨組合物中的含量可約介於10g/L-200g/L之間，若濃度過高，則不易均勻分散於溶劑中，造成成膜品質不佳，若濃度過低，則易導致成膜結構鬆散，特性降低。感光還原劑可為乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、或聚丙二醇。感光還原劑在金屬氧化物油墨組合物中的濃度可約介於10^-1 mol/L至20mol/L之間，若濃度過高，則不易成膜；若濃度過低，則金屬氧化物還原不完全。金屬氧化物油墨組合物所添加的溶劑可為水、甲醇、乙醇或異丙醇等。醇胺類化合物例如為乙醇胺(ethanolamine、MEA)、二乙醇胺(diethanolamine、DEA)、或三乙醇胺(triethanolamine、TEA)，醇胺類化合物在金屬氧化物油墨組合物中的濃度可約介於10^-1 mol/L至5mol/L。根據一些實施例，本發明所述之金屬氧化物油墨組合物不需額外添加助劑，例如不需另添加酸或鹼幫助金屬氧化物粉體還原。

首先，請參照第1圖，將金屬氧化物油墨組合物覆蓋於基材10上以形成薄膜12，其中將金屬氧化物油墨組合物覆蓋於基材10上的方式包含浸入塗佈法、旋轉塗佈法、凹版印刷法、網版印刷法、噴灑塗佈法、刮刀塗佈法、或噴墨印刷法。其中基材10可為任何基材，例如玻璃、矽晶圓、PET塑膠、PI塑膠或PEN塑膠。此外，該基材10可為一可撓曲基材，例如薄型玻璃、PET(Polyethylene terephthalate)塑膠、PI(Polyimide)塑膠或PEN(Polyethylene naphthalate)塑膠。其中，該薄膜12具有一預定照光區12a以及一非照光區12b。

接著，請參照第2圖，以一雷射光束對薄膜12之至少一部份(預定照光區12a)進行照射，以使薄膜12照光的部份內之金屬氧化物粉體還原成金屬，將薄膜12照光的部份(預定照光區12a)轉換成導電線路14。雷射光束的波長可約介於0.125μm至11μm之間，若波長過短，則容易將直接氣化，無產生還原反應，若波長過長，則熱影響過大，易損毀基材。雷射光束的能量密度可約介於0.03J/cm² 至10J/cm² 之間，若能量密度過高，則將直接損毀基材，若能量密度過低，則不足以激發還原反應。在一實施例中，薄膜中之感光還原劑經雷射光束照射後可能轉變為醛類，進而使金屬氧化物粉體還原成金屬(例如將氧化銅粉體還原成銅、或將氧化銀粉體還原成銀)，提升導電性。在另一實施例中，可選擇性利用光罩或聚焦光源等方式以雷射光束對薄膜之部份區域進行照射，製作圖案化導電線路，並可製作欲形成之線寬，在實施例中線寬甚至可達小於30μm，在此圖案化步驟中亦可視需求調整照光與未照光之面積比例。

根據一些實施例，請參照第3圖，在對該薄膜12照光之後可更進一步地將薄膜12未照光的部份(非照光區12b)移除。移除的方式可使用有機溶劑(例如乙醇、丙酮或異丙醇)或水清洗，可在移除後可視需求形成其他介電層或絕緣層。在本發明其他實施例，亦可不移除薄膜未照光的部份，將其作為絕緣層。

根據本發明一些實施例，導電線路形成方法可適合在具有低裂解溫度的可撓曲基材上(例如裂解溫度小於400℃的塑膠基板)形成導電線路，由於導電線路形成方法可不使用加熱製程、真空製程或鍛燒製程，除製程簡化之外，可避免可撓曲基材因過高的製程溫度而受損或裂解，亦可適用於3D 或曲面之結構上直接形成導線。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖示，作詳細說明如下：【實施例】

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

實施例1

將粒徑約50nm之氧化銅粉末1.5g於100ml之乙醇中混合(濃度約0.2M)，待分散均勻後，加入12.5ml之乙二醇、與5ml之乙醇胺混合，得到一混合溶液，將上述混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銅導線，片電阻約0.5ohm/square，電阻係數約5x10^-6 Ω．cm，請參照表1。

實施例2

如實施例1所述之方式進行，除了所製備的混合溶液中不包含5ml之乙醇胺。將所得之混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銅導線，電阻係數約8.6x10^-6 Ω．cm，請參照表1。

實施例3

將粒徑約50nm之氧化銅粉末1.5g於100ml之乙醇中混合(濃度約0.2M)，待分散均勻後，加入12.5ml之乙二醇、與5ml之乙醇胺混合，得到一混合溶液。接著，將上述混合溶液以旋轉塗佈方式於PET基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銅導線，電阻係數約9x10^-6 Ω．cm。請參照表2，係顯示為實施例1及實施例3的比較。

實施例4

如實施例1所述之方式進行，除了將乙二醇的量由12.5ml降低至8ml。將所得之混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銅導線，電阻係數約1x10^-5 Ω．cm。請參照表2，係顯示實施例1及實施例4的比較。

實施例5

如實施例1所述之方式進行，除了將乙二醇的量由12.5ml增加至25ml。將所得之混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銅導線，電阻係數約9x10^-6 Ω．cm。請參照表2，係顯示實施例1及實施例5的比較。

比較實施例1

將粒徑約50nm之氧化銅粉末1.5g於100ml之乙醇中混合(濃度約0.2M)，待分散均勻後，加入12.5ml之乙二醇、與5ml之乙醇胺混合，得到一混合溶液。將上述混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，量測其電阻(約大於1000Ω‧cm)。接著對該薄膜進行一加熱製程，加熱溫度為400℃而加熱時間約60分鐘。觀察加熱後之薄膜，薄膜之外型顏色仍維持黑色，並量測其電阻值(約大於1000Ω‧cm，與加熱前相同)，表示無還原反應發生。

比較實施例2

將粒徑約50nm之氧化銅粉末25g於100ml之乙醇中混合，待分散均勻後，加入12.5ml之乙二醇、與5ml之乙醇胺混合，得到一混合溶液(金屬氧化物油墨組合物)。將上述混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜。接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘。觀察照光後所得之薄膜，發現其顏色偏黑，表示金屬氧化物油墨組合物的還原反應並不完全。

實施例6

將粒徑約50nm之氧化銀粉末1.5g於100ml之乙醇中混合(濃度約0.2M)，待分散均勻後，加入12.5ml之乙二醇、與5ml之乙醇胺混合，得到一混合溶液，將上述混合溶液以旋轉塗佈方式於玻璃基板上形成一薄膜，接著以波長約1.064μm能量密度約0.15J/cm² 之電射照射薄膜約0.1分鐘，可得到厚度約100nm線寬約50μm之銀導線，電阻係數約3.7x10^-6 Ω．cm。

10‧‧‧基材

14‧‧‧導電線路

Claims

一種導電線路的形成方法，包括：將一金屬氧化物油墨組合物覆蓋於一基材上，形成一薄膜，其中該金屬氧化物油墨組合物包含一金屬氧化物粉體、一感光還原劑、以及一溶劑，其中該金屬氧化物粉體在該金屬氧化物油墨組合物中的含量係介於10g/L-200g/L之間；以及以一雷射光束對該薄膜之至少一部份進行照射，以使該薄膜照光的部份內之金屬氧化物粉體還原成金屬並形成該導電線路。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，在對該薄膜照光之後，更包含：將該薄膜未照光的部份移除。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該雷射光束具有一波長介於0.125μm至11μm之間。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該雷射光束具有一能量密度介於0.03J/cm² 至10J/cm² 之間。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該金屬氧化物粉體包含氧化銀粉體、或氧化銅粉體。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中將該金屬氧化物油墨組合物覆蓋於該基材上的方法包含浸入塗佈法、旋轉塗佈法、凹版印刷法、網版印刷法、噴灑塗佈法、刮刀塗佈法、或噴墨印刷法。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該基材係為可撓曲基材。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該金屬氧化物粉體的粒徑係介於1-100nm之間。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該感光還原劑係為乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、或聚丙二醇。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該感光還原劑在該金屬氧化物油墨組合物中的濃度係介於10^-1 mol/L至20mol/L之間。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該溶劑係為水、甲醇、乙醇、異丙醇、或其混合。
如申請專利範圍第1項所述之導電線路的形成方法，其中該金屬氧化物油墨組合物更包含：一醇胺類化合物。
如申請專利範圍第12項所述之導電線路的形成方法，其中該醇胺類化合物係為乙醇胺、二乙醇胺、或三乙醇胺。