[发明专利]铜@银金属导电膜的制备方法及其在印制电路板上的应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种在透明基材表面上制备铜@银金属导电膜的方法，尤其涉及一种透明基材上图案化铜@银金属导电膜的制备方法及其在印制电路板上的应用。

背景技术

随着电子产业的发展，制备导电图层特别是柔性基材上的导电图层越来越重要。目前印制电路板主要采用减成法工艺来制作，即在覆铜箔层压板表面上，有选择性地刻蚀部分铜箔来获得导电图层。我们知道，传统的印刷电路板(PCB)制造工艺需要经过20多道制作工序，产生大量的有机溶剂和废水废液，耗用高额能量，成为能耗大户。国家已经充分意识到PCB行业的高污染和排放问题，国家环保局已于2008年11月21日发布了行业标准——《清洁生产标准印制电路板制造业》(HJ450-2008)，并于2009年2月1日开始实施。政府已明确提出并要坚决落实不能以牺牲环境的代价来促进我国经济发展。显而易见，我国PCB工业的发展必将受到环境保护方面的政策限制。因此，PCB工业如果想要获得可持续发展，必须先要跨过环境保护的新门槛，否则无法生存。

近年来，贵金属导电油墨打印在电子产业上得到了广泛的应用，但贵金属导电油墨仍存在很多无法避免的缺点，诸如：贵金属纳米粒子在油墨中的分散问题、氧化问题、油墨长时间储存问题以及喷头堵塞问题等。并且喷墨打印制备导电图层对设备、油墨要求较高，设备价格昂贵、维护成本高。更重要的是，在喷墨打印制备导电图层的过程中，为了保证贵金属油墨的稳定性，贵金属导电油墨普遍采用非极性溶剂以及有机稳定剂。有机稳定剂在油墨成型后会残留在金属粒子表面，严重影响了材料的导电性。传统方法通常采用高温退火的处理方法，不仅增加了制备成本及流程，更会破坏热敏感柔性基材，因此大大限制了其在柔性电路板中的应用。且导电油墨打印后的非极性溶剂挥发，产生大量挥发性有机化合物(VOC)排放不符合环保及绿色化学的要求，并且在日趋严格的环境保护政策要求下，将严重限制金属导电油墨打印技术的应用。

基于上述原因，近年来出现了一种低成本、操作简单、环境友好的导电图层制备方法，即光化学还原法。它是建立在光化学基础上的一种新型环保的制备方法，此方法可以在基材表面上得到图案化的铜膜。

中国专利CN201210041508.7《基材表面的铜膜、其制备方法及应用》，公开了一种基材表面金属铜膜的制备方法，可以使非导体基材表面铜金属化，并且通过选择性曝光使铜膜图案化，省略了传统PCB制造中的曝光、显影、刻蚀等步骤。但是此方法需要在无氧条件下进行热压处理，无氧条件和热压处理使得制备条件相对苛刻，增加了制备工艺的复杂性。此外，热压过程需要100～300℃的高温，以及1-10MPa的压力，难以应用在热塑性的柔性基材以及玻璃等脆性基材上。

发明内容

针对现有图案化导电膜的制备流程中的过程繁琐、性能差、成本高与不环保等问题，优化光化学法制备导电金属膜的制备条件，本发明旨在提供一种在透明基材表面上制备可图案化铜@银金属导电膜的方法，及其在制备电路板中的应用。基于“光化学还原与化学氧化还原联动法制备铜@银金属导电膜”的概念，该方法先通过光化学还原法在透明基材表面制备铜膜，经过银盐溶液浸渍后处理，原位得到铜@银金属导电膜。并且可以通过选择性曝光，得到图案化的铜@银金属导电膜。由于铜单质与银离子溶液发生置换反应时，铜与银盐的化学计量比为1:2，即1个铜原子原位还原银盐后可以产生两个银原子，且银原子半径比铜原子半径大，因此，当浸渍处理后，产生的金属银因为其成倍的数量增加和更大的体积可以充满金属膜上铜粒子之间的空隙，得到连续的导电结构。

利用该方法制备的图案化铜@银金属导电膜性能优异，具有导电率高、化学稳定性优良等优点；制备工艺简单，条件温和，反应过程容易控制，可以通过控制辐照量、光还原体系组成及浓度，以及浸渍条件等变量，实现即开即停，调控铜@银金属导电膜的厚度与性能。此方法制备的图案化铜@银金属导电膜无需高温退火等复杂后处理，就可达到优良的导电性能，可以广泛应用于各种透明基材，尤其是对于难以承受热处理的热敏感基材具有更大的优势。此方法大大简化了电路板的制作过程，降低了电路板制作成本及环境污染，本方法有望取代传统的印制电子线路板及柔性电路板的制备技术。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种在透明基材表面制备铜@银金属导电膜的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在避光条件下，将铜盐和光引发剂加入溶剂中溶解，所得均相溶液放入反应容器中；

(2)将透明基材放于反应容器上，使透明基材与所得均相溶液接触；