基于铜自催化和化学镀铜的印制电路加成制备方法技术

基于铜自催化和化学镀铜的印制电路加成制备方法，属于印刷电子技术领域。首先将配制的催化墨水打印在基材表面形成催化活性线路图形，然后将带有催化活性线路图形的基材浸入第一步化学镀铜液（含有高配合剂）中进行第一步化学镀铜，以形成铜自催化活性层（铜纳米集群结构），最后将表面具有铜自催化活性层的基材浸入第二步化学镀液（含有少量高配合剂和过量低配合剂）进行第二步化学镀铜，最终获得铜层厚度超过20微米，电阻率在10-6～10-5Ω·cm之间的目标印制电路。本发明专利技术直接利用化学镀工艺制备厚铜导线层，无需电镀加厚，简化了工艺并降低了成本，所制备的印制电路导电性良好。本发明专利技术可用于印制电路板、射频天线等导电线路的制造。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于印刷电子
。首先将配制的催化墨水打印在基材表面形成催化活性线路图形，然后将带有催化活性线路图形的基材浸入第一步化学镀铜液（含有高配合剂）中进行第一步化学镀铜，以形成铜自催化活性层（铜纳米集群结构），最后将表面具有铜自催化活性层的基材浸入第二步化学镀液（含有少量高配合剂和过量低配合剂）进行第二步化学镀铜，最终获得铜层厚度超过20微米，电阻率在10-6～10-5Ω·cm之间的目标印制电路。本专利技术直接利用化学镀工艺制备厚铜导线层，无需电镀加厚，简化了工艺并降低了成本，所制备的印制电路导电性良好。本专利技术可用于印制电路板、射频天线等导电线路的制造。【专利说明】
本专利技术属于印刷电子(Printed Electronics)
,尤其涉及一种基于镍催化和化学镀铜的成本低廉、环境友好型印制电路加成制备方法。本专利技术可用于制备印制电路板(PCB)、LED基板、手机天线、射频标签(RFID)天线等广品中的图形化导电线路。
技术介绍
导电线路作为电路系统的重要组成部分，主要为电子元器件、组件、集成模组等提供信号及功率连接。传统基于硬基(硬板PCB、陶瓷基)、软基(挠性PCB)导电线路的制备工艺是基于“减成法”，主要采用覆铜板掩模刻蚀工艺，工艺流程长，环境污染问题较严重。近年来，基于加成法技术思想的全印刷导电线路及器件制备方法以其工艺流程短、生产设备简单、节能高效、易于柔性基R2R工艺实现等一系列显著优点，可实现电子传输、信号发射、电磁屏蔽及电、磁、光、热等功能特性，受到科研及产业界高度重视。业已开发的导电线路全印刷制备工艺主要包括:工艺思路一:印刷导电功能油墨(金属纳米油墨、导电聚合物油墨等)，干燥处理(高温固化、辐照、光照等)形成导电线路；工艺思路二:印刷催化功能油墨，再生长(化学镀、电镀、电沉积等)形成导电线路。其中工艺思路一通常使用钠米金属颗粒浆料作为功能油墨，材料纳米化成本高，为提高导电性常采用贵金属银，进一步增加了成本。且该类方法的高温固化、辐照、光照等干燥或存在高温问题(对基材耐温性要求较高)，或存在油墨有机体系去除过程中易导致线路图形变形等问题。该类方法还容易出现油墨不稳定，颗粒易团聚，从而不适应喷印设备，以及线路的附着力和连续性较差等问题。工艺思路二由于一般采用溶液型催化墨水，不堵喷头，打印后无需高温固化，并且化学镀形成的镀层附着力大，电导率高，成为目前研究的执占。现有技术CN102300415A公开了一种导电性均匀的印制电子用银导线的制备方法，该方法将含银10?70%的纳米银导电油墨打印到基材上，然后在50?200°C温度范围内处理10?30min形成纳米银导线。该法采用纳米银油墨，成本较高，一旦出现颗粒团聚易堵喷头，同时打印后高温固化增加了对基材耐温性要求，形成的导线电阻率为10_4?KT1Q.αιι。现有技术CN101384438B公开了用于形成导电图案的银有机溶胶墨水，该墨水虽然是溶液型不堵喷头，但该法同样采用的是银做导电性物质，成本高，仍需高温固化，对基材有耐温性要求。现有技术CN101640979A公开了导电线路的制作方法，该法将包括银盐溶液的油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形，采用辐射照射线路图形使银盐中的银离子还原为金属银粒子，从而获得预制线路，再在所述预制线路的表面镀覆金属铜或镍，以形成导电线路，该法采用银做催化剂，油墨不包含还原剂，通过辐射照射还原银离子效率低。现有技术CN101580657A公开了一种油墨及利用该油墨制作导电线路的方法，该法将包含还原剂和可溶性钯盐的油墨通过喷墨打印方式在基板表面形成线路图形，采用光束照射线路图形使钯盐被还原剂还原为钯粒子以获得预制线路，再进行化学镀形成导电线路，该法将钯盐与还原剂共溶于同一油墨中，油墨需避光保存，形成导电线路方阻较大。可以看出，上述技术所存在的共通性问题是难以实现厚铜导线制备，所制备的导电图形电导特性不良(电阻率较高)。工艺思路一由于印刷工艺限制，油墨厚度有限，并且当油墨厚度较厚时，干燥处理过程中导线易收缩变形、易形成空洞。工艺思路二采用了钯、银等做催化剂，在化学镀导线生长过程中，随着催化墨水被覆盖或消耗，生长速度迅速下降并直到终止生长，难以继续增厚。
技术实现思路
本专利技术提供一种，该方法所制备的印制电路中铜层导线厚度可达20微米以上，铜层电阻率在10 -6~10 -5Ω.cm之间，线路的导电性良好；且本专利技术直接利用化学镀工艺制备厚铜导线层，无需电镀加厚，简化了工艺并降低了成本。本专利技术技术方案如下:，如图1所示，包括以下步骤:步骤1:将催化墨水打印在基材表面形成催化活性线路图形。所述催化墨水包括两种:一种是金属银或钯离子型溶液墨水，由金属银或钯的水溶性盐溶液加对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成；另一种是金属铜离子型溶液墨水，由金属铜的水溶性盐溶液加对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成。采用金属银或钯离子型溶液墨水时，直接将金属银或钯离子型溶液墨水打印在基材表面，并经辐照或加热固化处理将其还原为具有催化活性的金属银或钯单质，从而形成催化活性线路图形；若采用金属铜离子型溶液墨水时，需另外配制还原剂墨水与之配合使用，将金属铜离子型溶液墨水和还原剂墨水共同打印在基材表面，使两种墨水在基材表面置加反应，反应所得单质铜形成催化活性线路图形。所述还原剂墨水由硼氢化物溶于强碱水溶液中并加入对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成。配制金属银或钯离子型溶液墨水时，金属银或钯离子浓度宜控制在0.05~Imol/L之间，有机助剂可采用乙二醇、丙三醇、异丙醇或它们的任意混合物，粘度宜控制在I~5mPa.s之间，表面张力宜控制在20~40mN/m之间；同样，配制金属铜离子型溶液墨水时，金属铜离子浓度宜控制在0.05~lmol/L之间，有机助剂可采用乙二醇、丙三醇、异丙醇或它们的任意混合物，粘度宜控制在I~5mPa *s之间,表面张力宜控制在20~40mN/m之间；配制还原剂墨水时，硼氢化物浓度宜控制在0.01~2mol/L之间，强碱浓度的浓度宜控制在0.01~2mol/L之间，有机助剂可采用乙二醇、丙三醇、异丙醇或它们的任意混合物，粘度宜控制在I~5mPa.s之间，表面张力宜控制在20~40mN/m之间。步骤2:在催化活性线路图形表面进行第一步化学镀形成铜自催化活性层。首先配制第一步化学镀液，所述第一步化学镀液包含0.01~0.lmol/L的铜离子、0.001~0.2mol/L的高K〗配合剂(包括酒石酸钾钠、氨基三乙酸、N, N, N’，N’ -四羟乙基乙二胺、N，N, N’，N’ -四羟丙基乙二胺、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种)、0.1~0.3mol/L的甲醛，还可以含有5~30mg/L的表面活性剂(包括亚铁氰化钾、2，2-联吡啶或2-巯基苯骈噻唑的一种或多种)，并采用pH调节剂调节pH值至11~14 ;然后将表面具有催化活性线路图形的基材浸入第一步化学镀液，控制第一步化学镀液温度在25~45°C条件下施镀3~8分钟，获得具有铜纳米集群结构的铜自催化活性层。步骤3:在所述铜自催化活性层表面进行第二步化学镀形成目标印制电路。首先配制第二步化学镀液，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于铜自催化和化学镀铜的印制电路加成制备方法，包括以下步骤：步骤1：将催化墨水打印在基材表面形成催化活性线路图形；所述催化墨水包括两种：一种是金属银或钯离子型溶液墨水，由金属银或钯的水溶性盐溶液加对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成；另一种是金属铜离子型溶液墨水，由金属铜的水溶性盐溶液加对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成；采用金属银或钯离子型溶液墨水时，直接将金属银或钯离子型溶液墨水打印在基材表面，并经辐照或加热固化处理将其还原为具有催化活性的金属银或钯单质，从而形成催化活性线路图形；若采用金属铜离子型溶液墨水时，需另外配制还原剂墨水与之配合使用，将金属铜离子型溶液墨水和还原剂墨水共同打印在基材表面，使两种墨水在基材表面叠加反应，反应所得单质铜形成催化活性线路图形；所述还原剂墨水由硼氢化物溶于强碱水溶液中并加入对溶液粘度和表面张力起调节作用的有机助剂所形成；步骤2：在催化活性线路图形表面进行第一步化学镀形成铜自催化活性层；首先配制第一步化学镀液，所述第一步化学镀液包含0.01～0.1mol/L的铜离子、0.001～0.2mol/L的高配合剂、0.1～0.3mol/L的甲醛，并采用pH调节剂调节pH值至11～14；然后将表面具有催化活性线路图形的基材浸入第一步化学镀液，控制第一步化学镀液温度在25～45℃条件下施镀3～8分钟，获得具有铜纳米集群结构的铜自催化活性层；其中所述高配合剂包括酒石酸钾钠、氨基三乙酸、N,N,N“,N“?四羟乙基乙二胺、N,N,N“,N“?四羟丙基乙二胺、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种；步骤3：在所述铜自催化活性层表面进行第二步化学镀形成目标印制电路；首先配制第二步化学镀液，所述第二步化学镀液包含0.01～0.1mol/L的铜离子、0.1～0.5mol/L的低配合剂、0.001～0.02mol/L的高配合剂、0.1～0.3mol/L的甲醛，并采用pH调节剂调节pH值至12～14；然后将表面具有步骤2所得铜自催化活性层的基材浸入第二步化学镀液，控制第二步化学镀液温度在50～70℃条件下施镀10～30分钟，最终获得铜层厚度超过20微米，电阻率在10?6～10?5Ω·cm之间的目标印制电路；其中所述低配合剂包括三乙醇胺、三异丙醇胺或二乙烯三胺五乙酸中的一种或多种。FDA0000388423130000011.jpg,FDA0000388423130000012.jpg,FDA0000388423130000013.jpg,FDA0000388423130000014.jpg,FDA0000388423130000015.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯哲圣，程伟，陈金菊，李金彪，杨超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：