[发明专利]一种基于喷墨打印的导电线路印刷工艺

说明书

技术领域

本发明涉及印刷电子技术领域，尤其是涉及一种在经过预处理的有机载体上喷墨打印含有催化剂前驱体的催化墨水，并化学镀铜，制备清晰电子图形的印刷工艺。

背景技术

形成导电线路的常规方法主要包括刻蚀法、丝网印刷法、真空沉积法、旋转涂布法等，上述方法尽管已被广泛采用，但依然存在着过程复杂、处理时间长、浪费原材料、产率低、成本高等问题。并且，随着电子设备变得越来越小型化和多功能化，印刷电路基板的导电线路也需要极其微小和精确。

以喷墨打印为印刷方式的印刷电子技术近年来受到了广泛的关注，喷墨打印使用导电油墨作为印刷导电图形的前驱材料，通过在基底上喷射沉积墨水直接获得所需图案。这种方式与传统的PCB制造方式相比，具有无可比拟的优势。首先，喷墨打印是一种增材制造方式，不仅能节约成本，还能简化制造工艺，减少污染，提高制造效率。其次，导电油墨的固化温度一般不超过200℃，且随着导电油墨中颗粒尺寸的降低还能进一步降低到100℃以下，实际上，目前已经有很多固化温度低于150℃的商品化导电油墨，这对于基材的使用提供了越来越多的选择，尤其是有机基材的使用，为柔性电子的发展提供了一个绝佳的机会。最后，在一些精度要求不高的应用场合，如天线和电极等，普通的商用喷墨打印机就能满足尺寸和精度的要求，降低了技术难度和成本。

然而直接用导电油墨打印导电线路并固化的工艺仍然存在着难点和缺点，在中国专利申请CN101990687B中披露了一种导电油墨的组合物，该导电油墨使用金属纳米颗粒作为导电材料，由于金属比重较大，为防止纳米金属聚集和沉降，同时使导电油墨的纳米颗粒稳定分散，必须使用重量比多达10-20％的分散剂，而这些分散剂的加入会影响印刷电路固化后的导电性，通常需要较高的固化温度才能达到较好的导电性，这就要求承印物或者基体材料必须耐高温。然而对于某些应用需要将电路打印在普通不耐高温的塑料包装盒上，此时基体不耐高温就成了技术应用的制约因素。在中国专利申请CN103013229中，以石墨烯作为导电材料制备得到的导电油墨虽具有良好的导电性及印刷性，但该导电油墨在印刷到柔性基材时，导电油墨与基材之间连接性较差，其导电层与基材的结合主要是靠高分子树脂粘结剂，该结合力在光滑的表面，其接触面积越小，结合力就越低，为达到满意的粘接效果，上述导电油墨中需要加入25wt％左右的粘接剂，而这些粘结剂最终会造成导电线路电气性能的降低，同时该导电油墨中也有其他添加剂，在固化过程中容易形成气孔，导致整个导电层变脆且导电性降低，严重的甚至直接脱落。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种基于喷墨打印的导电线路印刷工艺。本发明克服了现有直接用导电油墨打印导电线路并固化的工艺中所存在的印刷电路导电性差、导电层与基材之间连接性差和印刷基材选择面窄的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种基于喷墨打印的导电线路印刷工艺，所述工艺包括如下具体步骤：

(1)基材预处理：利用空气等离子体、硅烷偶联剂溶液先后对基材表面进行处理；

(2)墨水制备：将催化剂盐溶解在溶剂中，制成催化墨水；

(3)打印：将步骤(2)制得的催化墨水，用喷墨打印机打印在经过步骤(1)处理后的基材上；

(4)导电图形成型：对打印有催化墨水的基材，进行化学镀铜，制得清晰的导电图形。

步骤(1)中所述基材为聚乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或多种。

步骤(1)中所述空气等离子体处理基材的条件为：空气氛围，电压50～200V，处理时间为0.1～30min。

步骤(1)中所述硅烷偶联剂溶液处理基材的方法为：将基材放入质量浓度为0.1～10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液中浸渍处理，浸渍时间为1～72h。

步骤(2)中所述催化剂盐为钯、银、铜、镍金属盐中的一种或多种；所述溶剂为水和乙醇的混合溶剂，水与乙醇的体积比为1:10～10:1。

步骤(2)中所述催化墨水的浓度为5～500mmol/L。

步骤(4)中所述化学镀铜的条件为：5～35℃下，镀铜5～120min。