[发明专利]还原低温基底上的薄膜的方法

说明书

本申请是2007年5月24日提交的名为“金属纳米材料复合物的电用途、镀覆用途和催化用途(Electrical，Plating and Catalytic Uses of Metal Nanomaterial Composition)”的美国系列号No.11/720,171的部分继续申请案，其经此引用并入本文。

相关申请

本申请与2008年10月17日提交的名为“使低温基底上的薄膜高速反应的方法和装置(Method and Apparatus for Reacting Thin Films on Low Temperature Substrates at High Speeds)”的美国系列号No.61/196,531相关，其经此引用并入本文。

发明背景

1.技术领域

概括而言，本发明涉及固化法，特别涉及还原低温基底上的薄膜的方法。

2.相关技术描述

制造电子电路的一种方法是用金属油墨将电导体印刷到基底上，然后加热该基底以将金属油墨粒子烧结，从而形成导电轨迹。通常，适于导电的大多数印刷金属需要加热至非常高的温度，这通常在它们熔点的数百摄氏度内，以便烧结和变得导电。

用于制造印刷电子部件中导电轨迹的两种最常用的元素是银和铜。银具有胜过铜的两个优点，因为银可以在空气中加热但氧化程度很低，且其氧化物(电导率比较低)在相对较低的温度分解。在制造导电轨迹时，与其高成本相比，这两个品质以及银是导电性最强的金属这一事实通常更受重视。因此，即使铜的电导率为银的大约90％，且按质量计其通常便宜50至100倍，但银油墨仍然占据印刷电子部件市场的主流，因为制造和加工铜油墨以避免氧化的额外成本通常高于材料成本的差异。

现有技术中公知的是，一些金属氧化物如果具有正还原电位，则可以在升高的温度被氢或烃还原。例如，可以首先通过将含氧化铜的矿石与木炭混合并同时施热来提取铜。在还原剂存在下加热氧化铜粒子或甚至纯氧化铜时，氧化铜粒子可烧结而形成导体。

在通过印刷铜粒子来制造薄膜导体时，如果在惰性或还原气氛中将粒子加热至它们的烧结温度，可以形成导电性非常强的轨迹。由于铜的熔点接近1,085℃，因此烧结所需的温度决定了只能使用高温基底，例如玻璃或陶瓷。这种高温要求阻碍了廉价基底(例如纸或塑料)的使用。

或者，如果在低温基底上沉积铜粒子薄膜，可以将其加热至接近基底分解温度，然后置于还原气氛中，但根据薄膜厚度和温度，该低温将固化所需的时间量从数秒显著增加至数分钟或甚至数小时。在低温下，烧结非常有限，因此薄膜电阻率变高。此外，对惰性或还原气氛的需要也显著提高了加工成本。因此，需要提供一种改进的方法，以在环境气氛中迅速还原低温基底上的金属氧化物。

发明概要

根据本发明的一个优选实施方案，先将可还原的金属化合物和还原剂分散在液体(例如水)中。然后将该分散体以薄膜形式沉积在基底上。然后使所述薄膜与所述基底一起暴露于脉冲电磁发射，以使所述可还原的金属化合物与所述还原剂进行化学反应，从而使所述薄膜变导电。

在下列详细书面描述中可看出本发明的所有特征和优点。

附图简述

在结合附图阅读时，参照示例性实施方案的下列详述很好地理解本发明本身及其优选使用模式、进一步目的和优点，其中：

图1是根据本发明一个优选实施方案的固化低温基底上的薄膜的方法的流程图；且

图2是根据本发明的一个优选实施方案的固化装置的图。

优选实施方案详述

对本发明而言，固化是指热加工，其包括还原低温基底上的薄膜内所含的金属化合物。薄膜是指小于100微米厚的涂层。低温基底的实例包括纸、塑料或聚合物。

本发明是提供活化能以利用强脉冲光进行薄膜中的还原-氧化反应的方法。氧化还原反应可以是通过有机化合物还原金属氧化物，并可以在低温基底上进行。