[发明专利]一种光固化喷墨纳米导电油墨及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光固化喷墨纳米导电油墨及其制备方法和使用方法。

背景技术：

印刷电路板(PCB)的传统制造方法包括蚀刻和丝网印刷两种。蚀刻制造工艺包括基片处理、涂胶、前烘、曝光、中烘、显影、后烘、去胶。在制作过程中往往需要多次甚至几十次的光刻，过程非常复杂。与此同时，即使是使用抽真空的方法而使掩膜与预涂覆了感光抗蚀材料的PCB板紧密贴附，仍然会在层与层之间存在缝隙，导致在曝光时产生衍射，使图像失真。因此运用蚀刻方法制作的PCB板的分辨率、对位以及产品的成品率都难以达到要求。丝网印刷是将导电油墨通过丝网漏印在基板上固化直接形成电路。虽然与蚀刻法相比，工艺简单了许多，但丝网印刷也存在着固化温度过高的缺点，并且由于使用的导电填料是0.5～20微米的金属粉末，因此不适用于精细电路的制作。

随着电子设备产品持续地向便携式、多功能化、高可靠性和低成本化方向发展，对PCB也提出了更高的要求。从90年代以来，数字化喷墨印刷技术就被预言将在PCB制造中得到应用。喷墨法是将导电油墨直接喷在基板上形成导电图形，而不需要曝光掩膜板和丝网漏印版，与传统工艺相比，大大简化了PCB板的制作工艺，节约成本，并且有效地提高了PCB板的分辨率。

喷墨法制作PCB板的核心技术在于导电油墨的研制，纳米级金属粉由于它的比表面积大，熔点低，可以将其均匀分散在溶剂中制成稳定的胶体，利用喷墨技术制作导电通路，可以用于极其精细的配线图，并且能缩小最小线宽度和最小线间距从而得到高密度电路图案。同时，用纳米银粉替代现在市场上使用的微米银粉可以节省30～50％银用量，并且由于比微米级银粉的烧结温度低，从而降低了对基片材料耐高温性能的要求，可以用塑料等作为基片材料。

US2006005994A1、US2006060944A1公开了由日本精工爱普生株式会社发明的喷墨制造高密度多层布线的布线基板的方法。其使用的导电性材料是由平均粒径约为10nm的Ag粒子和分散介质构成。在150℃的温度下烧结30min即可得到导电图案。

考虑到Ag的迁移性严重，US2006208230A1报道了由韩国三星电机株式会社研制的通过喷射分散有银钯合金纳米粒子的导电墨水，250℃下固化形成布线，从而使Ag离子迁移减小，电阻率可达5.85×10^-6Ω·cm。

为了扩大纳米导电墨水的应用范围，可以在柔性聚合物片基上形成导电图形，WO2004005413A1报道了由以色列耐诺泡德斯工业有限公司开发的可以在50℃下烧结0.5～2小时形成导电通路，电阻为0.005～5Ω/□。

以上专利报道的导电墨水都是由纳米金属微粒和溶剂组成，通过加热溶剂挥发，再将纳米金属微粒烧结在一起形成稳定的导电通路，虽然由于导电涂层中除金属外不含有其它有机物，电阻率可达10^-6数量级，但是也正是由于没有树脂或活性单体的存在使导电涂层难以达到较好的力学性能，限制了它的使用范围。

针对这个问题，EP1696006A1公开了由韩国三星SDI株式会社研发的金属油墨。该油墨包括耐磨—促进纳米颗粒和/或柔韧性—促进聚合物，因此改善了导线对基底的粘附性、耐磨性和柔韧性。将印刷基底在100～250℃下加热20～70分钟，即可用于等离子体显示器板的制备。

JP2002324966报道了用喷墨技术制作电路的方法，导电油墨是将纳米银颗粒分散在烷基胺中，再加入热固化树脂得到。喷涂后基板先在150℃加热30分钟使分散介质挥发，再在210℃加热60分钟使热固化树脂充分固化，形成导电通路电阻率可达2.8×10^-5Ω·cm。

在保证电阻率可以达到要求的条件下适当加入热固化树脂虽然能够提高导电涂层的力学性能，但是热固化树脂固化速度慢，不利于提高PCB板的分辨率。同时由于热固化树脂的固化温度较高，对基片材料耐高温性能的要求苛刻。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种印刷电路板(PCB)用光固化喷墨纳米导电油墨及其制备方法和使用方法。本发明将光固化树脂和光活性单体加入到纳米金属分散液中，采用先光固化后热处理的双重固化方式。光固化使涂层能够迅速固化，达到良好的力学性能，再对其热处理，使纳米金属烧结在一起以达到良好的导电性能。与单纯的热固化相比，光固化喷墨纳米导电油墨固化时间短、分辨率高、设备简单，可以利用喷墨的技术，将其喷在基材的特定区域，双重固化后得到导电通路。制得的导电膜附着性好、硬度高、柔韧性好、导电性能优异，同时由于烧结温度较低，降低了对基片材料耐高温性能的要求。