[发明专利]一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性印制电路板制备领域，具体为一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。

背景技术

传统印刷电路板中导电线路的制造是采用光刻腐蚀的方法法在覆铜板上刻蚀出线路图形，其存在材料浪费大、生产工序多、环保压力重、成本高等诸多缺点。新兴的印制电子工艺是采用印制工艺，把功能性的油墨或桨料，快速地印制在有机或无机基材上，形成各种电子元器件和电子线路，具有工序简单、环境友好、浪费率低、成本降低等优点，具有广阔的应用前景。

 运用印制电子工艺制造导电线路，现在多使用的是喷墨、丝网印刷银为导电介质的金属导电油墨或者浆料。使用银作为电介质具有电导率高，化学性质稳定等优点，不过银的成本过高，限制了其大规模的运用。用铜取代银可以使成本大幅度下降，不过微细颗粒的金属铜在空气中容易被氧化，尤其是在热处理阶段，导致无论是纳米铜油墨还是导电铜浆的电性能都难以达到高电导性的要求。

为了解决印制电路导电线路的传统制备工艺与印制电子制备工艺的诸多问题，我们发明了一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。将印刷技术与离子交换理论相结合，建立了一种水解—离子交换—还原的理论模型，此理论模型可以应用在银、铜、镍等可以与羧基形成离子键或者配位键的金属的沉积上，所得到的金属层致密粘附力强，电性能优良。如果需要更低的线电阻，可以在之前沉积的金属线路上施以化学镀或者电镀，从而使线路增厚，获得所需要的电性能。

发明内容

 本发明的目的在于直接在树脂基板上制备导电线路，从而部分取代传统的光刻腐蚀制备工艺，丰富印制电子工艺的内容，提供一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法。本发明将特定树脂基板使用碱液处理水解掉表层分子，印刷掩膜保留线路图形，通过离子交换将金属离子键合在基板表面，还原得到导电线路，化学镀、电镀使线路增厚。本发明的原理是一种水解—离子交换—还原的过程。以PI为例，PI是主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物，酰亚胺键在碱性条件下容易发生水解，所以将PI膜置入强碱性的氢氧化钠、氢氧化钾溶液中，酰亚胺会水解得到羧酸钠或羧酸钾。这种水解过程在一定时间内会发生在PI膜的表层分子中，得到几十纳米至几微米的水解层。在置于银、铜、镍等金属离子溶液过程中，水溶性的羧酸钠、钾会与金属离子发生反应，生成不溶于水的羧酸银、铜、镍等。这是一种离子交换的反应，钠、钾离子与银、铜、镍等离子发生离子交换。再使用还原性物质对不溶性金属羧酸盐进行还原，就得到金属单质的镀层在PI膜的表面。这层镀层厚度可能从几十纳米至几微米不等。如果在PI膜水解之前或者水解之后使用印刷方式印制掩膜，只保留所需线路图形暴露在外，那么就可以得到特定线路图形的导电通路。得到的导电线路电性能如果达不到要求，可以继续通过化学镀或电镀使镀层增厚，从而得到所需的电性能。

本发明提出的一种直接在树脂基板上制备导电线路的方法，具体步骤如下：

（1） 使用主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基等基团的基板，清洗后表面除油，除油使用硬脂酸钠溶液浸泡，取出后清洗烘干；

（2） 将步骤（1）得到的基板浸入1~8mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，20℃~50℃下浸泡3~15min，取出后清洗烘干；使用印刷的方法将得到的树脂基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外。或者：先使用印刷的方法在步骤（1）中得到的基板上印刷出掩膜图形，使导电线路图形暴露在外，然后浸入1~8mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，20℃~50℃下浸泡3~15min，取出后清洗烘干；

（3） 将步骤（2）印刷掩膜后的基板浸入10~100mmol/L的金属离子溶液中20℃~50℃下3~15min，取出后清洗烘干；

（4） 将步骤（3）浸入金属离子溶液后的基板浸入还原剂的溶液中，控制还原剂浓度为0.5~2%wt，还原温度为20℃~50℃，还原时间为3~15min，金属离子被还原成单质，使线路得到导电性；

（5） 将步骤（4）还原后的基板置入适当溶剂中将掩膜溶解掉，清洗烘干；

（6） 将步骤（5）除去掩膜的基板置入化学镀或电镀液中进行镀层加厚，化学镀或电镀后得到既定要求的导电线路。

本发明中，步骤（1）所选用的是主链或者侧链上带有酯基、酰胺基、氰基、酰亚胺基或酸酐基是水解得到羧基的基团的基板，包括但不限于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚丙烯腈等中任一种。