导电墨水、用其制备金属线路的方法和印刷电路板技术

本发明专利技术涉及导电墨水、用其制备金属线路的方法和印刷电路板，所述导电墨水包括金属离子、功能溶剂和包覆剂。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容的一个或多个实施方式涉及导电墨水、使用该导电墨水制备金属线路 (metal wiring)的方法、以及使用该方法制备的印刷电路板。
技术介绍
近来，小尺寸化和高性能电子器件的开发已产生对于微型化线路的需要。关于开 发使用包括金属纳米颗粒的导电墨水制备精细线路的喷墨方法，已经进行了积极的研究。 当使用这样的喷墨方法时，通过将该墨水印刷在印刷板上并然后烧结该墨水而以低成本制 造精细线路。导电墨水中包括的金属纳米颗粒通常具有若干纳米的平均直径并且使用气相、物 理或化学方法制备，如韩国专利公布No. 2005-0101101中所公开的。为了形成包括金属 纳米颗粒的导电墨水，根据待使用该墨水形成的线路的性质，用包覆剂(覆盖剂，capping agent)和添加剂将金属纳米颗粒分散在极性或非极性溶剂中。常规地，为了平稳地喷射墨水，导电墨水中包括具有几纳米至几十纳米尺寸的金 属纳米颗粒。然而，在应用之前，在墨水中应防止金属颗粒的聚集和/或生长。如果过了长 的时间，在包括金属纳米颗粒的导电墨水中不可避免地发生直径的增大和聚集，由此降低 导电墨水的寿命。另外，当将墨水印刷在印刷板上时，印刷头的喷嘴可被堵塞。为了正常地 喷射墨水，使用过滤过程分离纳米颗粒。然而，在过滤过程之后难以调节墨水溶液中包括的 金属纳米颗粒的量，并且可发生材料损失。
技术实现思路
本公开内容的一个或多个实施方式包括用于形成金属线路的导电墨水，其中通过 防止金属纳米颗粒之间的聚集，所述导电墨水可长期存储。本公开内容的一个或多个实施方式包括使用所述导电墨水制备金属线路的方法， 由此防止喷嘴堵塞和减少材料的损失。本公开内容的一个或多个实施方式包括含有使用所述方法制造的金属线路的印 刷电路板。根据本公开内容的一个或多个实施方式，导电墨水包括金属离子、功能溶剂和包覆剂。根据本公开内容的一个或多个实施方式，提供导电墨水，其包括约20 约50重量 份的金属离子和约70 约110重量份的包覆剂，基于100重量份的功能溶剂。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述金属离子可为选自银(Ag)、金(Au)、钼(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)和钯(Pd)的至少一种的离子。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述功能溶剂可为选自N，N-二甲基甲 酰胺、乙二醇、二甘醇、甘油和聚乙二醇的至少一种。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述包覆剂可为选自糊精、聚乙烯吡咯 烷酮、聚丙烯酸酯和聚乙烯醇的至少一种。根据本公开内容的一个或多个实施方式，制备金属线路的方法包括将所述导电 墨水印刷在基板上；加热所述印刷基板以形成金属纳米颗粒；和对所述金属纳米颗粒进行 热处理以形成所述线路。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述印刷基板可在约50 约85°C的温 度下加热。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述金属纳米颗粒可具有约20 约 50nm的平均直径(D50)。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述热处理可在约150 约200°C的温 度下进行约10分钟 约1小时。根据本公开内容的一个或多个实施方式，印刷电路板包括使用上述方法制造的金 属线路。根据本公开内容的一个或多个实施方式，所述金属线路可包括具有约40μπι或更 小的线宽的导电图案。本公开内容的另外的方面和/或优点将在随后的描述中部分阐明，并且部分从该 描述中明晰，或者可通过本公开内容的实践获知。附图说明从结合附图考虑的示例性实施方式的以下描述，本公开内容的这些和/或其它方 面和优点将变得明晰和更易理解，在附图中图1为说明根据本公开内容的示例性实施方式的通过使用导电墨水制备金属线 路的方法的示意图；和图2显示根据本公开内容的示例性实施方式的金属纳米颗粒的粒度的分析结果。 具体实施例方式现在详细介绍本公开内容的示例性实施方式，其实例图解于附图中，附图中相同 的附图标记始终是指相同的元件。下面通过参考附图描述示例性实施方式以说明本公开内 容的各方面。图1是说明根据本公开内容的示例性实施方式的使用导电墨水制备金属线路的 方法的示意图。参考图1，该方法包括将包括金属离子、功能溶剂和包覆剂的导电墨水印 刷在基板上；加热所述印刷基板以通过还原所述金属离子而形成金属颗粒(纳米颗粒)；和 对所述金属颗粒进行热处理以形成所述金属线路。在所述印刷基板的加热之前，所述导电墨水包括所述金属离子，而不是金属颗粒。 在所述印刷基板的加热期间，所述金属离子被还原，以形成所述金属颗粒。因而，由于在印 刷在所述基板上之后形成所述金属颗粒，因此在印刷之前，可防止所述墨水中的金属颗粒生长和/或聚集。根据本公开内容的示例性实施方式，提供包括功能溶剂和金属离子的导电墨水。 所述功能溶剂起到对于所述金属离子的溶剂和还原剂两者的作用。在室温下，所述功能溶 剂对于所述金属离子可不具有还原能力。然而，当所述导电墨水达到预定温度时，所述功能 溶剂可获得还原能力。例如，所述功能溶剂可为选自N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甘醇、 甘油和聚乙二醇的至少一种。所述功能溶剂容许所述导电墨水的长期存储，而在其中没有 金属颗粒的形成和/或聚集。根据本公开内容的示例性实施方式，所述导电墨水包括金属离子，而不是金属颗 粒。所述金属离子可在预定温度下被所述功能溶剂还原以形成金属颗粒。所述金属离子可通过将由M(NO)n表示的金属氮氧化物或者由MXm表示的金属卤 化物前体添加到所述功能溶剂中而形成。在这种情况下，元素M可为任何普通的导电金属。 例如，元素M可为选自银(Ag)、金(Au)、钼(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)和钯(Pd)的至少一种。所述导电墨水中可包括约20 约50重量份的所述金属离子，基于100重量份的 所述功能溶剂。当所述金属离子的量在该范围内时，所述墨水可呈现出所需的分散稳定性、 还原反应效率和喷墨印刷适合性。因此，所述墨水非常适于金属线路的制造。根据本公开内容的实施方式，所述导电墨水包括使金属的晶粒生长延迟和防止颗 粒之间的聚集的包覆剂。通常，可使用含有氧(0)、氮(N)或硫(S)的化合物作为所述包覆 剂。特别地，为了防止由于在进行烧结操作之后产生副产物xanthan所导致的金属线路的 电阻的增大，所述包覆剂可为选自糊精、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯和聚乙烯醇的至少一 种。在所述导电墨水中，由于被所述包覆剂包覆的由所述金属离子形成的金属颗粒的 高的热传导，所述包覆剂可在比包覆剂单独分解的温度低得多的温度下完全分解。因而，在 热处理期间，所述包覆剂可容易地从所述印刷基板除去。所述包覆剂的量可根据所述金属离子的量改变。根据本公开内容的示例性实施方 式，所述导电墨水中可包括约70 约110重量份的所述包覆剂，基于100重量份的所述功 能溶剂。当所述包覆剂的量在该范围内时，可防止金属颗粒的过早形成，和可减少所述副产 物的量。根据本公开内容的示例性实施方式，所述导电墨水还可包括添加剂例如有机溶 剂、粘结剂、分散剂、增稠剂和表面活性剂。这些组分是本领域中公知的，因而不进行详细描 述。根据本公开内容的示例性实施方式，由于所述导电墨水包括金属离子，因此基本 上防止金属颗粒生长和聚集。因而，即使过了长的时间，也可保持所述导电墨水的原始状 态。可使用任何公知的印刷方法将所述导电墨水本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于形成金属线路的导电墨水，包括：金属离子；功能溶剂；和包覆剂，所述功能溶剂起到对于所述金属离子的溶剂和还原剂两者的作用。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李琮熙，金载明，朱圭楠，李邵罗，郑载先，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]