[发明专利]在非导电衬底上制造的导电结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造导电结构的技术领域。

更具体地，本发明涉及一种用于在非导电衬底上制造导电结构的方法，更具体地涉及一种在衬底上电化学沉积金属的方法。本发明的方法适用于制造导电结构，更具体来说涉及导电金属结构和/或电铸产品。

本发明还涉及一种通过本发明的方法获得的导电结构，更具体涉及导电的金属结构及其应用。

背景技术

在制造导电结构，例如导电涂料和制造小型化物体以及工件，更具体的电气部件和精密机械部件的过程中，本领域技术人员可用的方法主要包括材料去除技术以及材料施加方法。材料去除技术包括例如蚀刻、铣削、磨削等，而材料施加方法的实例包括印刷、浇铸、溅射等。

在材料去除方法的情况中，材料的引入量最初要大于制造产品所需要的数量。去除多余的材料然后得到所需的形状或所需的产物。去除的材料部分随后必须在昂贵和不便操作下再次用于成形或回收。这些操作会产生不必要的生产成本和物料成本，考虑到不断增加的原材料价格和能源以及从保护环境的角度来看，这是特别不利的。此外，在复杂的几何形状情况下，生产成本提高到工业生产不能以经济合理方式运行的点值。

与此相比，在材料施加方法的情况中，材料被施加到衬底上或引入到模具中，材料的使用量尽可能地只是用于生产期望物品或期望结构所必需量。因此，材料施加方法允许涂料和微结构以有效使用资源和原料的方式加以制造。这样，例如微细的导体轨迹可通过银浆的印刷涂覆来制造；然而，由于银颗粒的大小和浆料的高粘度，并不能实施大多数的印刷方法，特别是技术上精制和廉价的喷墨印刷方法。另一方面，如果使用含有银纳米颗粒的油墨，印刷导体轨迹在获得充分的导电性之前首先必须被烧结。但烧结操作大大限制了其上印刷导体轨迹的衬底材料的选择，因为在电气工程中优先使用的塑料基衬底因暴露于相对高的温度下会被破坏。也在实施的由气相通过化学沉积，特别是CVD法(化学气相沉积法)来制造导体轨迹通常是非常不便且昂贵的。

例如，通过常规的材料施加方法(如铸造技术)来制造微结构的制品和部件也是困难的。特别是铸造方法仅具有极其有限的用于制造均匀涂层和微结构的制品的适用性，因为铸造组合物的表面张力很不利于铸造模具的均匀润湿，特别是在非常精细的结构的情况中。

另一种可用的材料施加方法具体是在衬底上电解或电镀沉积金属以用于制造导电涂层。镀锌特别是用作复制的方法或用于制造电铸产品。在制造电铸产品的情况下，首先要制造待模制制品的非导电模具，模具通常随后被破坏，然后用导电层涂覆。使用制造导电层的技术例如石墨化，其中超细石墨粉分散到模具中，然后用细刷或粗刷延展，以制造连贯的导电层。此外，用和石墨化相同的方式使用金属粉末涂覆。

产生镀锌用导电涂层的其它方法有例如涂覆银溶液，随后将溶解的银还原成单质银，并且还用单质金属涂覆。然而，上述技术都存在的缺点在于，非导电模具上导电介质的粘附性往往不足；为了获得足够的导电性需要较大的膜厚度；或者只有使用相当昂贵和复杂的设备才能实施这些方法且成本较高。

因此在现有技术中，一直都试图去改善镀锌方法的效率：

EP0 698 132 B1/US5,389,27A公开了一种对电路板衬底电化学涂覆导电金属层的方法/组合物，其中导电石墨的分散体被施加到电路板的导电和不导电表面区域上，蚀刻电路板，然后电化学涂覆衬底。

此外，EP0 200 398 B1涉及一种用于将导电金属层电镀至不导电材料表面上的方法，其中碳黑分散液被施加到非导电材料，然后对衬底的表面进行电化学涂覆或电镀。

DE198 06 360 A1涉及一种使用石墨分散液将具有光滑表面的金属层电解沉积至衬底上的方法，其中衬底与包含石墨粒子的分散液接触，然后电解沉积金属层至石墨层上。

最后，EP0 616 558 B1涉及一种使用细颗粒固体涂覆表面的方法，其中使用聚合电解质在水浴槽中预处理待涂覆衬底，然后，处理过的衬底浸入到含有固体分散体的第二水浴槽中。颗粒固体通过凝固保持与衬底表面粘附，并且其中，通过这种方式据说能够特别地获得导电层。

然而，所有的这些方法的共同点是，它们没有显著提高衬底上导电层的粘附性，或其耐磨性，并且通常只允许衬底的全面积润湿。因此，使用这些方法很难或者不太可能获得非导电衬底的区域选择性或局部限定涂层。

特别地，上述起始物料和方法通常不能与廉价的印刷方法结合使用，在它们的适用性方面，限制到具体的方法参数和材料，并因此不能灵活进行设置。

发明内容