[发明专利]铜油墨

说明书

铜基油墨含有氢氧化铜和二乙醇胺。可以将该油墨涂覆在基体上并在基体上分解以在基体上形成导电铜涂层。该油墨成本低，并且可以将微米厚的油墨迹线丝网印刷，并在最高至约500ppm氧气的存在下进行热烧结，或者在空气中进行光烧结以产生高电导率的铜特征。与由其他铜油墨产生的迹线相比，由该油墨产生的烧结铜迹线具有改善的空气稳定性。对于具有优异分辨率的5‑20mil宽的丝网印刷线，可获得具有薄层电阻率为约20mΩ/□/mil或更小的烧结铜迹线。

技术领域

本发明涉及印刷油墨，尤其涉及用于印刷型电子元件的印刷油墨。

背景技术

对于印刷电子元件中的油墨，廉价、高电导率和抗氧化性是重要目标。金和银昂贵但稳定，即有抗氧化特性。与金和银相比，铜较便宜且有相似的电导率；然而，该相似的电导率通常无法通过印刷获得，并且铜易于氧化，从而随着时间的流逝会降低电导率。所使用的铜油墨的主要类型是金属纳米颗粒基油墨、金属-有机分解(MOD)油墨、铜片状油墨和镀银铜片状油墨。

纳米颗粒基铜油墨通常很昂贵，但是容易被氧化，并且需要在非常高的温度下进行烧结，以及或者需要进行激光/闪光烧结。廉价的版本(例如Novacentrix^TM)仅在纸板上丝网印刷良好，并且必须进行光烧结。为了防止氧化，已经提出了双金属Ag-Cu纳米颗粒油墨；但是，这样的油墨仍然相对昂贵。

MOD油墨能够在较低的温度下进行热烧结，但通常使用昂贵的铜前体，诸如甲酸铜。另外，MOD油墨通常不是粘性的，因此无法进行丝网印刷。Cu MOD油墨经常遇到的其他限制是由强酸蒸汽(即甲酸)引起的腐蚀以及由于金属含量低而导致的电导率差。与传统的片状/纳米颗粒油墨相比，MOD油墨的主要优势在于，MOD化合物可在低温烧结时形成平滑的膜并产生高分辨率的特征。然而，MOD油墨是昂贵的金属盐(例如甲酸铜)和有机成分的混合物，其中油墨配方中的铜负载较低，并且可能导致印刷迹线的电导率较低。此外，铜迹线与大气中氧气的缓慢反应(即氧化)会导致迹线的电导率随时间降低。

因此，需要低成本、高电导率和耐氧化的可丝网印刷的油墨，该油墨可以进行热和/或光烧结来产生导电迹线。可在塑料上进行丝网印刷并可进行光烧结或热烧结的低成本铜油墨将具有直接的商业价值。

发明内容

在一方面，提供了包含氢氧化铜和二乙醇胺的铜基油墨。

在另一方面，提供了在基体上产生导电铜涂层的方法，该方法包括：用包含氢氧化铜和二乙醇胺的铜基油墨涂覆基体；以及，分解基体上的油墨以在基体上形成可导电铜涂层。

有利地，该油墨成本低并且能够被配制用于丝网印刷应用。微米厚的油墨迹线可进行丝网印刷，并在最高达约500ppm氧气的存在下进行热烧结，或者在空气中进行光烧结以产生高电导率的铜特征。与由其他铜油墨产生的迹线相比，由该油墨产生的烧结的铜迹线具有改善的空气稳定性。该烧结的铜迹线具有良好的粘合强度。可以包括铜纳米颗粒和/或银盐以进一步提高烧结的铜迹线的电导性和/或抗氧化性，和/或进一步增强油墨的可丝网印刷性。对于具有优异分辨率的5-20mil宽的丝网印刷线，可以获得具有的薄层电阻率为约20mΩ/□/mil或更小的烧结的铜迹线。

其他特征将在以下详细描述的过程中被描述或变得显而易见。应当理解，本文描述的每个特征可以与任何一个或多个其他描述的特征以任何组合使用，并且每个特征不必依赖于另一特征的存在，除非是对本领域技术人员显而易见的情况。

附图说明

为了更清楚地理解，现将参考所附附图通过举例的方式详细描述优选的实施方式，其中：

图1描绘了包含一水合氢氧化铜(Cu(OH)₂·H₂O)和二乙醇胺的各种油墨的热谱图。

图2描绘了包含一水合氢氧化铜(Cu(OH)₂·H₂O)和二乙醇胺的油墨的热谱图随储存时间的变化。