在基材上形成电导体的方法技术

一种在基材（１８）上形成电导体图案的方法，包括在导电材料上形成金属纳米颗粒。将光吸收染料与金属纳米颗粒相混合。然后将该混合物涂覆到基材上。该图案借助激光（１４）在经涂覆基材上形成。从基材上去除未经退火的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括地涉及在基材上形成导体图案，具体涉及在基材上通过选择性退火处理激光吸收染料和金属纳米颗粒的混合物来形成导体。
技术介绍
常需要印刷具有至少一个侧向尺寸为1-1000微米的导体的大面积电路。完成这类电路印刷的一种方法是使用真空沉积。然而，这种方法操作费用高，并仅适合间歇处理。构造电路的另一方法是使用金属纳米颗粒来喷墨印刷图案而形成导体。这种方法在S.Molesa等人的“High-quality injet-printedmultilevel interconnects and inductive components on plastic for ultra-low-cost RFID applications.”University of California，Berkeley中讨论。伴随着该项技术的一些问题是该方法依赖于基材，难于实现低于100微米的侧向尺度和颗粒必须通过大面积加热(bulk heating)来退火，而这可能导致基材变形。喷墨沉积的另一问题是这经常要求多次运行来沉积适量材料，而这降低了生产量。在下面两份参考文献中指出的解决大面积加热问题的尝试包括使用高功率激光来使纳米颗粒退火N.R.Bieri等人；“Microstructuring byprinting and laser curing of nanoparticle solutions”Applied PhysicsLetters，第82卷，第20期，2003年5月19日，第3529-3531页；和J.Chung等人；“Conductor microstructures by laser curing of printedgold nanoparticle ink”Applied Physics Letters，第84卷，第5期，2004年2月2日，第801-803页。金纳米颗粒(作为例子)在可见光谱中具有低的吸收，导致加热效率低。这种低的加热效率在商业应用中由于低的写入速度引起麻烦。专利技术概述简单来说，根据本专利技术的一个实施方案，一种在基材上形成电导体图案的方法由在导电材料上形成金属纳米颗粒构成。将光吸收染料与金属纳米颗粒相混合。然后将该混合物涂覆到基材上。用激光在经涂覆基材上形成图案。从基材上去除未经退火的材料。可用溶液处理的金属纳米簇经光吸收染料在溶剂中配制。这种材料作为薄膜涂覆在塑料基材上。使用激光在表面进行写入并将金属纳米簇转化为具有理想图案的经烧结和导电的金属薄膜本专利技术及其目的和优点将在下面给出的对优选实施方案的细节描述中变得明显。附图说明图1示出了一种对在基材上使纳米颗粒层退火有用的装置的示意图。图2示出了纳米颗粒薄层的截面图。图3示出了具有一部分经退火的纳米颗粒层的基材的截面图。图4示出了未经退火的纳米颗粒层部分被去除的基材的截面图。图5示出了在本专利技术中使用的一种备选打印头的示意图。图6示出了在本专利技术中使用的一种备选打印头的示意图。图7示出了在本专利技术中使用的一种备选打印头的示意图。专利技术详述金属纳米颗粒的最大特征之一是取决于尺寸的表面熔点下降。(Ph.Buffat等人；“Size effect on the melting temperature of gold particles”Physical Review A，第13卷，第6期，1976年6月，第2287-2297页；A.N.Goldstein等人；“Melting in Semiconductor Nanocrystals”Science，第256卷，1992年6月5日，第1425-1427页；和K.K.Nanda等人；“Liquid-drop model for the size-dependent melting of low-dimensional systems”Physical Review，A 66(2002)，第013208-1至013208-8。)这一性质使得能够使金属纳米颗粒熔融或烧结形成具有良好导电性的多晶膜。(D.H uang等人；“Plastic-Compatible LowResistance Printable Gold Nanoparticle Conductors for FlexibleElectronic”Journal of the Electrochemical Society，第150卷，第7期，2003年7月，摘要)本专利技术将针对通过使用激光在记录元件上写入图案而在基材上形成电导体图案的方法，其中所述记录元件由涂覆在承载基材上的金属纳米颗粒薄膜构成。通常，将光吸收染料与金属纳米颗粒相混合。然后将该混合物涂覆到基材上。用激光在经涂覆基材上形成图案。从基材上去除未经退火的材料。在一个优选实施方案中，可用溶液处理的金属纳米簇用光吸收染料在溶剂中配制而成。材料作为薄膜涂覆在塑料基材上。使用激光在表面上进行写入并将该金属纳米簇转化为具有所需图案的烧结和导电的金属薄膜。本专利技术将特别涉及形成根据本专利技术的装置的一部分或者更加直接地与本专利技术的装置相关的元件。应当理解的是，未被明确示出或者描述的元件可以采用本领域技术人员熟知的各种形式。为了使用本专利技术方法获得激光退火的导电材料图像，优选使用二极管激光器，这是因为其就小尺寸、低费用、稳定性、可靠性、耐久性和易于调制而言提供了显著优势。实际上在用任何激光加热经涂覆元件之前，该元件必须含有红外吸收材料，例如颜料如炭黑，或者如US专利No.4973572中记载的花青红外吸收染料或者在下列专利中记载的其它材料US专利4948777、4950640、4690639、4948776、4942141、4952552、5036040和4912083，这些文件的公开内容在此引入作为参考。然后激光辐照被吸收到染料中并通过被称为内部变换的分子过程转化为热。因此，有用染料的组成不仅取决于染料的色调、可转移性和强度(intensity)，还取决于染料吸收辐照并将其转化为热的能力。红外吸收材料或者染料自身可以包含在金属纳米颗粒涂料中或者可以包含在与之相关的独立层(即在染料层之上或者之下)。在本专利技术中采用的元件的活性层可以通过任何与溶剂相容的印刷方法(例如喷墨、凹版印刷、料斗涂覆(hopper coating)或者本领域已知的其它方法)涂覆或者印刷在载体上。任何材料都可以用作用于本专利技术的元件的基材18，只要其能够承受激光的热量。这些材料包括聚酯，例如聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸乙二酯)；聚酰胺；聚碳酸酯、纤维素酯例如乙酸纤维素；含氟聚合物例如聚(1，1-偏二氟乙烯)或者四氟乙烯-六氟丙烯共聚物；聚醚如聚甲醛；聚缩醛类；聚烯烃例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或甲基戊烯聚合物；聚酰亚胺例如聚酰亚胺酰胺和聚醚-酰亚胺。金属基材和无机材料例如玻璃、硅锗和金属氧化物例如氧化铝和氧化硅也适用于本专利技术。所述基材还可以包括两层或者多层这些材料。该基材通常具有约5-5000μm的厚度。所述金属纳米簇可以是银、金或者金属合金、其它贵金属混合物以使它们能够形成稳定的纳米簇。这些纳米簇的尺寸通常为1-10纳米。现在来看图1，其中示出了根据本专利技术的用于将基材18以图像方式暴露于激光辐照的激光印刷装置10。印刷装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上形成电导体图案的方法，包括：形成导电材料的金属纳米颗粒；将光吸收染料与所述金属纳米颗粒混合；将所述混合物涂覆到所述基材上；和用激光在所述经涂覆基材上形成所述图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z唐，DB凯，LW塔特，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]