[发明专利]用于沉积的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及用于使用附加的激光辅助非接触材料转移来在柔性或刚性衬底上制造印刷物体的沉积方法。本发明适合用于有用功能的高精度图案例如高电子导电性的金属图案的印刷式沉积。

背景技术

印刷和塑料电子设备的新兴领域需要新的工艺和材料的发展，这些工艺和材料使在柔性衬底例如聚合物、纸、纺织品和金属箔上制造功能印记变得可能。一般，期望的功能是高电子导电性，虽然也可能需要其它功能。例子包括被控制水平的电子导电性、介电和光电特性、离子导电性、光吸收特性。这些功能在不同部件的制造中是有用的，这些不同部件是例如电子设备中的金属触头、连接器和电流收集器；在超电容器和电化学电池中的电极；在太阳能电池和光电二极管中的光敏层；在太阳能电池和显示器中的导电层，等等。

在现代工业中，不同的方法和技术被发展来产生印刷和塑料电子产品。最著名的例子包括喷墨印刷、丝网印刷以及最近的苯胺印刷，其中包含功能材料的特殊油墨用于沉积功能轨迹。所有这些技术都有限制其应用的某些缺点。重要地，所有这些方法都使用包含相当大数量的有机溶剂的不同的流体组合物，这些有机溶剂在图案沉积之后必须通过干燥来移除。在干燥期间，来自油墨的功能材料扩散并迁移到印刷衬底。这可能对所得到的印刷设备的操作是不利的。例如，已知来自二极管和晶体管中的印刷金属层的金属原子容易扩散并迁移到相邻的层中，导致设备的短路和故障。此外，使用那些流体组合物中的特定溶剂的要求限制了可通过传统印刷方法例如喷墨印刷、苯胺印刷、丝网印刷等沉积的功能材料的数量和范围。

激光辅助印刷式沉积代表用于制造印刷电子设备的现有的上面提到的方法的有希望的备选方案。通常，激光印刷式沉积方法是数字化的高精度方法，具有使用不同波长和功率的激光系统来产生不同的印刷产品的额外的灵活性。

激光直写（LDW）技术在现有技术中是已知的。这些技术被广泛地使用，因为它们实现计算机控制的2D和3D图案形成，并适合于在工业应用中按比例增长。LDW方法是非常通用的，因为它们允许添加、移除和修改很多不同类型的材料，而不需要材料和印刷工具（例如喷嘴）之间的接触。此外，LDW方法允许以高分辨率和精度精确地控制材料处理，这常常不可能通过其它方法例如丝网印刷、平板印刷或冲压来实现。这个和类似的其它激光沉积方法是用于材料添加的接触转移的主要方法，并在现有技术中被描述。由Arnold等人（2007）提供了现有技术的优秀综述。最普遍的技术之一是所谓的激光诱导向前转移（LIFT）。在LIFT中，当材料吸收激光辐射时，材料的一部分蒸发，而材料的其余部分被转移到衬底。LIFT利用产生足够的能量来使材料的一部分蒸发的强大的UV激光器。

与LIFT（其中蒸发是在材料转移期间的核心过程）相反，本发明描述了使用在近红外（NIR）范围内的特定激光能量和波长的新颖的工艺和设备，其有利地用于将NIR吸收材料从介质推到衬底，而不分解或实质上改变其化学成分。以这种方式获得的所沉积的轨迹显示惊人地提高的功能特性，包括高电子导电性和对衬底的提高的粘附。

与激光转移有关的其它相关现有技术包括下面的例子。

US6,805,918B2描述了激光转移工艺，其中所转移的材料的一部分在激光辐射的影响下蒸发，而所转移的材料的未蒸发部分由蒸发流体推到接收衬底。更具体地，蒸发部分产生越过间隙将在限定的位置处的未蒸发材料推到接收衬底的高压爆炸。所转移的材料的未蒸发部分可包括以粉末、薄片或其它颗粒的形式的几乎任何功能材料，其具有对有源电子设备、磁性、光学、化学、生物、激励或计量应用的任何变形或组合的正确运行不可缺的一种或多种本征特性。由于在这个应用中所需的相当大数量的流体和需要随后干燥，所得到的沉积物倾向于能导致所制造的设备的故障的层间扩散和迁移。

被授予Schneider等人的US6638669描述了使用波长700到1600nm的激光来转移活性聚合物组合物。该组合物还包含将激光辐射转换成热能来以这种方式帮助软化并转移所述组合物到施主衬底的物质。该现有技术的目的是提供用于使平版印刷板圆柱体成像以用于胶版印刷的方法，其中印刷板圆柱体以恒定的印刷质量提供适用于最长的可能印刷行程的使用寿命。所转移的材料并不预期作为电子材料、光学材料或除了机械上牢固的材料以外的其它功能材料来使用，机械上牢固的材料包括印刷板圆柱体的一部分。

在印刷工业中有预期用途的前述现有技术中没有一个描述了能够制造具有特定的电子、电气、光学、磁性或其它类似的物理特性的印刷物体的方法或工艺，这些特性使这样的物体适合于在电气或电子设备中应用，特别是在多层电气和电子设备中的应用。