印刷超窄间隙线的方法技术

公开了一种印刷功能材料的超窄间隙线的方法，该功能材料诸如导电的银墨。该方法需要提供具有中间层的基底，该中间层涂覆在该基底上，并通过在基底的中间层上沉积墨水来印刷超窄间隙线，该墨水包括功能材料和和溶剂，该溶剂使中间层溶胀以引起该中间层在墨水的边缘隆起，从而形成约束墨水的路堤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】印刷超窄间隙线的方法
本公开一般涉及用于可印刷电子器件的制造技术，尤其涉及一种用于在制造可印刷电子器件中印刷窄间隙线的技术。
技术介绍
印刷工艺作为一种材料沉积的手段是一种增加材料使用和消除光刻工艺的有效方式。印刷高分辨率图案的主要挑战之一是限制墨水在基底上不受控的扩散。例如，在场效应晶体管中，为了在低驱动电压下以高频切换速度获得足够的电流，需要窄的沟道(源极和漏极之间的间隙)。例如，高频(highfrequency，HF)射频识别(Radio-FrequencyIdentification，RFID)标签以最小频率13.56MHz运行。因此，所印刷的HFRFID需要1μm至5μm的沟道长度。为了避免两个电极之间的电短路，常规的印刷方法只能可靠地产生具有10μm至50μm的最小间隙的电极。光刻法是一种用于微制造薄膜图案的公知方法，但是这是一种相对较高成本和较为复杂的方法。光刻工艺和印刷工艺的组合已被证明用于制造喷墨印刷有机薄膜晶体管(organicthinfilmtransistors，OTFTs)。西林豪斯(Sirringhaus)等人证明了使用光刻法预图案化工艺获得的具有5μm的印刷沟道长度。参见H.·西林豪斯(Sirringhaus，H.)、T.·川瀬(Kawase，T.)、R.H.·弗兰德(Friend，R.H.)、T.·下田(Shimoda，T.)、M.·依本瑟卡兰(Inbasekaran，M.)、W.·吴(Wu，W.)和E.P.·善宇(Woo，E.P.)的《科学》杂志(Science)第290卷，第2123期(2000年)。两个印刷电极之间的间隙由图案化的聚酰亚胺带限定，该间隙在电极之间起到屏障的作用并由此限定沟道长度。图1示出了现有技术的光刻技术。如图2所示，使用弹性体印章的微接触印刷是另一种在印刷导电材料之前预先图案化墨水阻挡条的方法。罗杰斯(Rogers)等人报告了通过微接触印刷的2μm的沟道长度。参见J.-A.·罗杰斯(Rogers，)、Z.·包(Bao，Z.)、A.·玛奇贾(Makhija，A.)和P.·布劳恩(Braun，P.)的《先进材料》期刊(AdvancedMaterials，Adv.Mater.)第11卷第741期(1999年)。然而，该方法基于软光刻，涉及根据由常规的光刻和蚀刻制造的母版进行印章的复制。西林豪斯(Sirringhaus)等人在2005年提出了无光刻自对准方法来制造具有窄间隙的漏电极和源电极。参见希利·W.·克里斯多夫(ChristopheW.Sele)、韦尔讷·冯·蒂莫西(TimothyvonWerne)、弗兰德·H.·理查德(RichardH.Friend)和西林豪斯·横宁(HenningSirringhaus)的《先进材料》期刊(《Adv.Mater.》)第17卷第997期(2005年)。该方法使用四氟化碳(CF4)等离子体处理以在第一印刷的PEDOT：PSS(3，4-乙烯二氧噻吩单体的聚合物：聚苯乙烯磺酸盐)电极上形成氟化层的薄层。因此，如图3所示，氟化的PEDOT：PSS与基底之间存在较高的表面能对比度，第二印刷的PEDOT：PSS液滴会流出到基底上。如图4所示，K.铃木(K.Suzuki)等人已证明了一种基于控制表面能的构图方法，该构图方法通过具有光掩模的UV照射工艺来控制表面能，且该构图方法实现了在两个电极之间的最小间隙为2μm。参见K.铃木(K.Suzuki)、K.约坦尼(K.Yutani)、M.中岛(M.Nakashima)、A.小野寺(A.Onodera)、S.水上(S.Mizukami)、M.加藤(M.Kato)、T.塔诺(T.Tano)、H.伴野(H.Tomono)、M.柳泽(M.Yanagisawa)和K.龟山(K.Kameyama)在2010年电子版的国际研讨会(InternationalSymposium)上的报告；http://www.ricoh.com/about/company/technology/tech/pdf/idw10paper.pdf)。智行横田(TomoyukiYokota)等人报告了一种使用0.5飞升喷嘴的静电喷墨印刷头，使用该静电喷墨印刷头可以获得1微米的印刷银(Ag)线宽度和1微米的沟道长度。参见智行横田(TomoyukiYokota)等人的《材料通信》期刊(MRSCommunications)的2011年第1期第3-6页，以及http://www.sijtechnology.com/en/super_fine_inkjet/index.html。罗杰斯(Rogers)还提出了电流体动力学喷墨印刷，其中，导电墨水的一滴被静电场锐化。该方法可以产生宽度为1μm的线条。还可以参见J.-U.·帕克(Park，J.-U.)、M.·哈迪(Hardy，M.)、S.J.·康(Kang，S.J.)等人在《自然-材料学》期刊(Naturematerials，NatMater)第6卷第10期，第782-789页(2007年)中的《高分辨率电流体动力学喷墨印刷》。人们认为商业印刷技术使用表面能工程技术只能实现约10μm的印刷间隙。参见唐W.(W.Tang)，陈Y.(Y.Chen)，赵J.(J.Zhao)，陈S.(S.Chen)，冯L.(L.Feng)，郭X.(X.Guo)的电气电子工程师学会(IEEE)国际纳米/微米工程及分子系统会议记录(InternationalConferenceonNano/MicroEngineeredandMolecularSystems，NEMS)第1171页(2013年)。使用光刻工艺进行微制造图案化具有许多优点，这些优点包括高分辨率、高速度和高的并行图案化能力、高再现性等。然而，对于在柔性基板上进行低成本的可印刷电子器件制造而言，材料与光致抗蚀剂、溶剂和显影剂之间的工艺复杂性和不兼容性是最重要的挑战。降低成本的直接方法是开发一种可直接印刷的微制造图案化工艺以排除光刻法。西林豪斯(Sirringhaus)提出的自对准方法在无需光刻的情况下实现了亚微米沟道长度。然而，如图3所示，第一电极的氟化改变了它的物理性质和所得器件的物理性质；间隙尺寸的变化太大而不能产生任何有用的电路。铃木的控制表面能的方法虽然是有效的，但仍需要光掩模，这限制了基底尺寸和图案设计的灵活性，并且增加了成本。具有飞升液滴的静电印刷头具有非常有限的印刷速度，并且迄今只能使用单个喷嘴。电流体动力学喷墨印刷产生最细的线条，但是印刷非常缓慢，并且带电的墨滴可能在装置中出现问题。如图5所示，静电和电流体动力学技术试图通过减小被喷射液滴的尺寸来获得精细图案，但没有任何措施控制液滴在基底上的扩散。因此，为了有助于可印刷电子器件的制造，非常需要新的或改进的印刷技术。
技术实现思路
本公开内容提供了一种新的直接印刷工艺，该工艺用于印刷具有窄间隙的线(在本文中被称为“超窄”间隙)，而不需要任何的高表面能材料的预图案化或预涂覆。表面能是创造表面时对分子间键破坏的量化。基底的高表面能提高了墨水的润湿性。就本说明书而言，“超窄”应被认为是10μm或更小。墨水中的溶剂引起基底的溶胀，从而形成限制墨水的壕沟或路堤，从而防止一条线的墨水与相邻线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种印刷功能材料的超窄间隙线的方法，所述方法包括：提供具有中间层的基底，所述中间层覆盖在所述基底上；和通过在所述基底的中间层上沉积墨水来印刷超窄间隙线，所述墨水包括功能材料和溶剂，所述溶剂使所述中间层溶胀以引起所述中间层在所述墨水的边缘隆起，从而形成约束墨水的路堤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.03 US 62/188,5631.一种印刷功能材料的超窄间隙线的方法，所述方法包括：提供具有中间层的基底，所述中间层覆盖在所述基底上；和通过在所述基底的中间层上沉积墨水来印刷超窄间隙线，所述墨水包括功能材料和溶剂，所述溶剂使所述中间层溶胀以引起所述中间层在所述墨水的边缘隆起，从而形成约束墨水的路堤。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂是乙醇。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂是甲醇。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂是丁醇。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂包含乙二醇、乙醇、甘油和2-异丙氧基乙醇。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述中间层是由完全环氧化的双酚A/甲醛酚醛共聚物组成的SU-8。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述中间层是聚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱达雅，克里斯多弗·派，陶业，张志一，艾夫辛·泰德法德，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA