[发明专利]金属油墨

说明书

相关申请交叉参考

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2007年5月18日提交的美国临时申请 60/938975的权益，所述临时申请的全部内容通过参考并入本文。

背景技术

本发明涉及金属油墨，如铜。印刷电路板(PCB)上的金属导体和软带连接 器(flex tape connector)一般是铜(Cu)线，所述铜线或者层压到PCB上，或者通 过电镀技术沉积。为在各部件之间形成导电的线、丝和连接引线而对铜材料进 行的成图处理要求对毯覆式铜膜进行光刻和酸蚀刻。或者，这些方法可在镀敷 过程中用来限定铜线图案。在任一情况中，用来蚀刻铜的化学试剂和该过程产 生的化学废物都会显著增加所制产品的成本。蚀刻和光刻工艺步骤所须耗费的 时间和劳力进一步增加了成本。

在PCB上形成金属导体的另一种层压和电镀技术包括印刷金属线。目前 已经有用于喷墨印刷、丝网印刷和其他印刷技术的金属银基油墨和糊料。虽然 银的导电性非常好，而且它能在低温下加工，但银是贵金属，这使它在许多应 用中遇到了难以逾越的成本障碍。

发明内容

与银形成对照，金属铜是电子工业中的标准材料，其成本约为银的十分之 一。因此，在诸如电子互连、射频ID标签和显示器的制造方法等应用中，铜 是银的合适替代材料。

以下文字描述和附图中给出了本发明的一个或多个实施方式的细节。其他 特征可从文字描述、附图和权利要求中清楚看出。

附图说明

图1显示了一种在基板表面上制造导体的系统；

图2A是一张X射线衍射图；

图2B是纯铜氧化物膜在光烧结之前和之后的XRD图样；

图3A-3B是X射线衍射图；

图4所示为不同油墨制剂的膜电阻率与闪光灯或光烧结电压的关系图；

图5所示为不同线厚的膜电阻率与闪光灯或光烧结电压的关系图；

图6所示为氙灯的光谱辐射强度；

图7所示为不同油墨制剂的膜电阻率与闪光灯电压的关系图；

图8A显示了一种用来对纳米粒子膜进行喷墨和光烧结的系统；

图8B所示为光烧结方法的流程图；

图9A显示了印刷和光烧结纳米粒子膜的实例；

图9B所示为光烧结方法的流程图；

图10A-10D显示了用硬掩模对纳米粒子膜进行光烧结的方法；

图11显示了涂布纤维的辊-辊方法；

图12是用不同尺寸的铜纳米粒子制备的油墨经预处理后的电阻率数据 图；

图13是用不同尺寸的铜纳米粒子制备的油墨经预处理后的电阻率与粒径 的关系图；

图14-17是不同尺寸的铜纳米粒子的X射线衍射图；

图18显示了丙烷、己烷和癸烷的线性结构；

图19是粘合力和厚度与电阻率之间的关系；

图20是铜纳米粒子上双层分散剂的示意图；

图21是铜纳米粒子上双层聚合物分散剂的示意图；

图22显示了将铜纳米油墨注入通孔(via)并用高速定位扫描聚焦激光烧结 铜纳米粒子的过程；

图23显示了示例性RFID天线导电图；

图24(a)和(b)显示了如何在基板上用光掩模对铜纳米粒子成图；

图25(a)和(b)显示了如何在基板上用荫罩掩模对铜纳米粒子成图；

图26显示了以铜氧化物为钝化层的铜纳米粒子；

图27显示了在光烧结过程中熔合点的形成，由此导致膜中产生颗粒形状。

具体实施方式

参见图1，图中显示了在基板102表面上制造导体的系统100。系统100 包括能将金属油墨印刷到基板表面的印刷机设备104，如喷墨印刷机。不过， 任何能印刷油墨的印刷设备均可使用，如气溶胶喷射机(aerosol jet)。其他沉积 设备同样可以使用。例如，可利用喷雾、下拉技术和旋转浇铸等沉积金属油墨。 油墨可以特定图案印刷，或者覆盖整个基板表面。印刷机设备104包括贮存室 106，用于贮存待印油墨溶液。或者，油墨溶液可从外部油墨源供给印刷机设 备104。