圖案化金屬線路的製備方法
2023-05-08 12:50:46
專利名稱：圖案化金屬線路的製備方法
技術領域：
本發明涉及電子製造領域，特別涉及圖案化金屬線路的製備技術。
背景技術：
在絕緣基材上製備金屬線路是電子/微電子工業中非常重要的生產環節，近年來，隨著微電子及半導體技術的發展，人們對金屬線路的要求日益提高，同時對環保的需要以及低成本製造技術的追求極大地激發了研究者對開發新型金屬線路製備技術的積極性。傳統工藝為光刻後蝕刻掉未被光刻膠覆蓋的金屬而形成線路，這種「減法」工藝造成金屬浪費、成本上升、以及環境汙染等多種問題，且隨著電子器件逐漸向小型化方向發展，傳統的「減法」工藝很難滿足線路精細化的要求。同時，透明導電薄膜一般可分為圖案化及非圖案化兩種，前者可通過形成一定形狀的金屬線路網格實現。目前作為市場主導的透明導電薄膜氧化銦錫(ITO)薄膜存在質脆且缺乏柔韌性、工藝成本高、銦價格高昂且資源有限等問題，迫切需要開發新型的柔性導電透明薄膜以滿足未來光電器件發展的需求。常見的製備圖案化透明導電薄膜的方法有噴墨列印、平板印刷、輥對輥印刷等。其製作方式通常為將粒徑在納米量級的材料如銀納米線等製備成導電墨水，然後將導電墨水印刷在柔性透明基底表面，經燒結後形成所需的導電網絡。網絡線條寬度在人眼的解析度以下，無線條的區域為透光區域。通過改變線條的寬度、間距及幾何形狀可以在一定範圍內控制透明導電膜的表面方阻和透光率。但是使用印刷技術製作導線網格需預先製備微納米量級導電油墨，且需要通過燒結的方式來形成導通線路。而微納米材料外圍包覆的穩定劑通常需要在250° C的高溫才能分解脫附，為了獲得較好的電導率，目前油墨燒結溫度高，不適用於一些價格便宜、玻璃化轉變溫度低的聚合物基底，而降低燒結溫度因穩定劑的殘留又將犧牲薄膜的電導率。另外通過印刷的方式很難將膜層厚度控制在較低的納米量級，而導電網格又是裸露在基底表面的突起物，從而使得產品表面粗糙度增加，且燒結後導電線路與基底粘附不牢，在彎折時易出現電導率劇變。
發明內容
本發明的目的在於提供一種圖案化金屬線路的製備方法，使得在室溫下無需燒結即可實現圖案化導電薄膜或精細電路的製備，而且在滿足薄膜導電率和透光率要求的同時，能實現金屬導線與不同基底的有效粘附，並有效改善薄膜表面的粗糙度。為解決上述技術問題，本發明提供了一種圖案化金屬線路的製備方法，包含以下步驟:提供一基底；利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面；其中，在所述活化液中加入有多巴胺類物質；將所述圖案化的基底置於金屬鍍液中， 在所述基底表面裸露有多巴胺類物質的地方沉積一層金屬；所述金屬鍍液中加入有還原劑；所述圖案化金屬線路為圖案化導電薄膜或精細線路；其中，如果待製備的圖案化導電薄膜為單面圖案化導電薄膜，則在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面的步驟中，在所述基底的一面塗上無法與金屬反應的阻擋層後再在該基底的另一面製備所述圖案化多巴胺類基底表面；或者，在將所述圖案化的基底置於金屬鍍液中的步驟前，將基底的未圖案化的一面塗上所述阻擋層。本發明實施方式相對於現有技術而言，通過光刻(或印刷)技術和配製的活化液在基底上形成一層圖案化多巴胺類物質納米薄膜，再將圖案化的基底置於金屬鍍液中，利用多巴胺類物質優異的粘附性及還原性，在薄膜表面多巴胺類物質裸露處沉積一層金屬。由於多巴胺類物質特有的粘附性和還原性使得金屬只在多巴胺類物質裸露處生成從而實現基底表面金屬選擇性沉積，且在化學鍍時無需另外敏化或生成種子層，工藝簡潔耗時短，對環境友好，金屬層與基底粘附牢固。另外，由於多巴胺類物質可在非常溫和的條件下沉積於多種材質表面，所以適用於多種基底，且整個過程在常溫進行。而且，由於金屬鍍液中加入有還原劑，因此在進行化學鍍金屬時，保證了金屬膜的連續性及導電性。另外，由於金屬線厚度可在納米至微米量級調控，既能滿足改善導電薄膜表面粗糙度的需求，也能滿足精細導電線路須具備一定厚度的要求。需要說明的是，當待製備的圖案化導電薄膜為單面圖案化導電薄膜時，在基底的一面塗上無法與金屬反應的阻擋層後再在該基底的另一面製備圖案化多巴胺類基底表面；或者，在將圖案化的基底置於金屬鍍液中的步驟前，將基底的未圖案化的一面塗上所述阻擋層，以免在後續的化學鍍中另一面也沉積一層金屬，進一步避免了金屬浪費。優選地，還原劑為以下之一或其任意組合的混合物:葡萄糖、甲醛、酒石酸、酒石酸鉀鈉、二甲基胺基硼烷、硼氫化鈉、二鹽酸肼、硫酸肼、肼、次磷酸鈉、乙醛酸、蘋果酸、次亞磷酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、抗壞血酸、N，N-二甲基甲醯胺、乙二醇、戊二醛。優選地，金屬鍍液為商品化金屬鍍液，或者，所述金屬鍍液由以下組分組成:金屬鹽、溶劑水、還原劑、添加劑；其中，所述金屬鹽為銅鹽，銀鹽及其他金屬鹽。使得本發明實施方式具備廣泛的應用場景。優選地，添加劑為以下之一或其任意組合的混合物:乙醇、甲醇、乙二胺四乙酸二納、乙二胺、三乙醇胺、硫脲、聯吡啶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸鈉、乙酸鈉、焦磷酸納、亞鐵氰化鉀、硫酸鉛、硫酸銨、乳酸、丁二酸、檸檬酸、丙酸、羥基乙酸、硼酸、酒石酸鹽、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水。使得添加劑具有穩定鍍液、調控鍍層性質、調整鍍銀工藝條件等特性。優選地，光刻技術包含以下任意一種光刻技術:紫外光刻、極紫外光刻、電子束光亥IJ、離子束光刻、X射線光刻及壓印光刻；所述壓印光刻包括熱壓印、紫外固化納米壓印和微接觸印刷。由於微接觸印刷可以類似於印章一樣把塗於其上的物質直接印在基底上，因此工藝相比傳統的更簡潔，得到的最小線寬越小，尤其適用於低於幾百納米，線路肉眼不可見的場景。優選地，印刷技術包含以下任意一種:列印、絲網印刷、噴墨列印、凸版印刷、凹版印刷、平板印刷、熱轉移印刷、靜電複印、 輥對輥印刷。優選地，基底為透明，半透明或不透明的柔性或硬性物質。使得本發明可應用於金屬網格透明金屬線路的製備，從而應用在太陽能，OLED，顯示器，光學器件，封裝，IC製造，PCB製造等行業。
圖1是根據本發明第一實施方式的圖案化金屬線路的製備方法流程圖；圖2是根據本發明第一實施方式中的利用傳統光刻工藝圖案化金屬線路的工藝示意圖；圖3是根據本發明第一實施方式中的利用模板壓印技術製備金屬線路圖形的工藝不意圖；圖4是根據本發明第一實施方式中製備的透明導電薄膜的金屬網格的光學顯微鏡照片；圖5是根據本發明第一實施方式中製備的透明導電薄膜的金屬網格局部的SEM圖；圖6是根據本發明第一實施方式中製備的精細線路的光學顯微鏡照片；圖7是根據本發明第一實施方式中製備的精細線路局部SHM圖；圖8是根據本發明第二實施方式的圖案化金屬線路的製備方法流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基於以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。本發明的第一實施方式涉及一種圖案化金屬線路的製備方法，如製備透明導電薄膜或精細線路。具體流程如圖1所示。在步驟101中，提供一基底。該基底可以為透明，半透明或不透明的柔性或硬性物質。另外，對基底需要進行前處理，清洗乾淨並乾燥。在本實施方式中，基底形態包括但不限於片狀等，同時適用於金屬、無機非金屬、聚合物、複合材料等。接著，在步驟102中，利用光刻技術和配製的活化液，在基底上製備圖案化多巴胺類基底表面；其中，在活化液中加入有多巴胺類物質。具體地說，首先，需要配置活化液，將多巴胺類物質溶解其中，根據需要可以加入氧化劑。本實施方式中，該活化液中的PH緩衝物質為磷酸二氫鈉-檸檬酸緩衝液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩衝液、巴比妥鈉鹽酸緩衝液、Tris-鹽酸緩衝液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液中的任意一種。該活化液的PH值為2-11，優選地為7-9，溶劑為水，當待處理的基底與水不相容時，可選擇性加入有機溶劑，如醇類，醚類，酮類醯胺類等。活化液中加入的多巴胺類物質為如下任一結構式的多巴胺類物質，或者為如下任一結構式的多巴胺類物質的聚合體、 配位體、酸式鹽或鹼式鹽:
權利要求
1.一種圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，包含以下步驟: 提供一基底； 利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面；其中，在所述活化液中加入有多巴胺類物質； 將所述圖案化的基底置於金屬鍍液中，在所述基底表面裸露有多巴胺類物質的地方沉積一層金屬；所述金屬鍍液中加入有還原劑； 所述圖案化金屬線路為圖案化導電薄膜或精細線路； 其中，如果待製備的圖案化導電薄膜為單面圖案化導電薄膜，則在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面的步驟中，在所述基底的一面塗上無法與金屬反應的阻擋層後再在該基底的另一面製備所述圖案化多巴胺類基底表面；或者，在將所述圖案化的基底置於金屬鍍液中的步驟前，將基底的未圖案化的一面塗上所述阻擋層。
2.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述還原劑為以下之一或其任意組合的混合物: 葡萄糖、甲醛、酒石酸、酒石酸鉀鈉、二甲基胺基硼烷、硼氫化鈉、二鹽酸肼、硫酸肼、肼、次磷酸鈉、乙醛酸、蘋果酸、次亞磷酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、抗壞血酸、N, N-二甲基甲醯胺、乙二醇、戊二醛。
3.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面的步驟中，包含以下子步驟: 將所述基底置於所述活化液中； 從所述活化液中取出所述基底後，將需圖案化的一面基底進行光刻或印刷，得到所述圖案化多巴胺類基底表面； 在將所述圖案化的基底置於金屬鍍液中的步驟之後，還執行以下步驟: 除去所述光刻或印刷過程中用於光刻或印刷的物質。
4.根據權利要求3所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述用於光刻或印刷的物質包含: 光刻膠、壓印膠、油墨、不與金屬反應的物質。
5.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面的步驟中，包含以下子步驟: 對所述基底的需圖案化的一面進行光刻或印刷，形成所需的圖案； 將所述基底置於所述活化液中； 從所述活化液中取出所述基底後，除去所述光刻或印刷過程中用於光刻或印刷的物質，得到所述圖案化多巴胺類基底表面。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 在將所述基底置於所述活化液中時，所述活化液暴露在空氣中，或者，將氧氣通入到所述活化液中，或者，在所述活化液中加入氧化性物質。
7.根據權利要求3至5中任一項所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述基底置於所述活化液內的時長為I秒至100小時；所述基底置於所述活化液內時的反應溫度小於100° C。
8.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述活化液中PH緩衝物質為磷酸二氫鈉-檸檬酸緩衝液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩衝液、巴比妥鈉鹽酸緩衝液、Tris-鹽酸緩衝液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液中的任意一種。
9.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述活化液的pH值範圍為2至11。
10.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述多巴胺類物質為如下任一結構式的多巴胺類物質，或者為如下任一結構式的多巴胺類物質的聚合體、配位體、酸式鹽或鹼式鹽:
11.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述金屬鍍液為商品化金屬鍍液，或者，所述金屬鍍液由以下組分組成: 金屬鹽、溶劑水、還原劑、添加劑； 其中，所述金屬鹽為銅鹽或銀鹽。
12.根據權利要求11所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述銀鹽為以下之一或其任意組合的混合物: 硝酸銀、高氯酸銀、銀氰化鈉、銀氰化鉀、四氟硼酸銀、乙酸銀、硫酸銀、溴化銀、氯化銀、氧化銀、碳酸銀、磷酸銀； 所述銅鹽為以下之一或其任意組合的混合物: 硫酸銅，氯化銅，硝酸銅，醋酸銅，碳酸銅及其水合物，氫氧化銅，氧化亞銅，氧化銅。
13.根據權利要求11所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述添加劑為以下之一或其任意組合的混合物: 乙醇、甲醇、乙二胺四乙酸二納、乙二胺、三乙醇胺、乙二胺四乙酸、硫脲、聯吡啶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸鈉、乙酸鈉、焦磷酸納、亞鐵氰化鉀、硫酸鉛、硫酸銨、硫酸鎳、乳酸、丁二酸、檸檬酸、丙酸、羥基乙酸、硼酸、酒石酸鹽、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水。
14.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，所述光刻技術包含以下任意一種光刻技術: 紫外光刻、極紫外光刻、電子束光刻、離子束光刻、X射線光刻及壓印光刻； 所述壓印光刻包括熱壓印、紫外固化納米壓印和微接觸印刷；所述印刷技術包含: 列印、絲網印刷、噴墨列印、凸版印刷、凹版印刷、平板印刷、熱轉移印刷、靜電複印、輥對輥印刷。
15.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於，還包含以下步驟: 在所述利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在所述基底上製備圖案化多巴胺類基底表面之前， 根據透光率和電導率的要求設置需在所述基底上形成的圖案。
16.根據權利要求15所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述需在基底上形成的圖案由交叉或不交叉的直線、曲線或折線組成。
17.根據權利要求1所述的圖案化金屬線路的製備方法，其特徵在於， 所述基底為透明，半透 明或不透明的柔性或硬性物質。
全文摘要
本發明涉及電子製造領域，公開了一種圖案化金屬線路的製備方法。本發明中，提供一基底；利用配製的活化液和光刻或印刷技術，在基底上製備圖案化多巴胺類基底表面；其中，在活化液中加入有多巴胺類物質；將圖案化的基底置於金屬鍍液中，在基底表面裸露有多巴胺類物質的地方沉積一層金屬；金屬鍍液中加入有還原劑。圖案化金屬線路為圖案化導電薄膜或精細線路。如果待製備的圖案化導電薄膜為單面圖案化導電薄膜，則在基底上製備圖案化多巴胺類基底表面的步驟中，在基底的一面塗上無法與金屬反應的阻擋層後再在該基底的另一面製備圖案化多巴胺類基底表面；或者，在將圖案化的基底置於金屬鍍液中的步驟前，將基底的未圖案化的一面塗上阻擋層。
文檔編號C23C18/18GK103219243SQ20121037651
公開日2013年7月24日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者金雲霞, 肖斐 申請人:復旦大學