专利名称：喷墨打印制备金属薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及金属薄膜制备技术，具体地说是一种喷墨打印制备金属薄膜的方法。
背景技术：
金属薄膜应用广泛，特别在微电子领域具有一定图形和物理化学性能的金属薄膜构成了几乎所有微电子器件的基础。金属薄膜不仅用于连接导线、触点，而且可用于完成传感、催化、电磁屏蔽等多种功能。现在常规的金属薄膜制备工艺一般需要镀膜和刻蚀等工艺，制备过程复杂，成本较高。
喷墨打印技术是现代办公印刷中普遍采用的主要技术之一，按照喷墨方式分为连续式和随机式两类。连续喷墨技术利用压电驱动装置对喷头中墨水施加固定压力，使其连续喷射，利用偏转电极改变墨滴的飞行方向而形成图案。随机式喷墨技术只在需要时喷墨，它主要有气泡式和压电式两种。气泡式在喷头的管壁上设置加热器，在电脉冲作用下，加热器上形成很小的气泡，气泡受热膨胀产生压力驱动墨滴喷出喷嘴。压电式利用微压电元件作换能器，在脉冲电压作用下产生压力波驱动墨滴喷出喷嘴。一般打印机中配置多个喷墨系统，每个喷墨系统同装有不同颜色墨水的墨盒连接，可以打印丰富多彩的图案。近年来，研究人员开始尝试把它用于平面功能材料的制备，并取得一些初步的结果，如制备聚合物导电膜(D.Pede，G.erra，andDe Rossi，Mater.Sci.Eng.C.5(1998)289)，制备彩色有机发光二极管(S.-C.Chang，et al，Adv.Mater.11(1999)734)，通过含有表面活性剂的具有自组织功能墨水制备功能纳米结构图形(H.Y.Fan，et al，Nature，405(2000)56)。喷墨打印技术作为功能材料特别是平面功能材料的制备手段，由于它具有易于制备复杂图形，并可逐点控制成份的特点，可望在一定情况下用于取代现有的复杂的镀膜、光刻工艺。但利用喷墨打印技术来制备金属薄膜还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的喷墨打印制备金属薄膜的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是按如下步骤操作1)取可加热分解生成金属的化合物为原料，将其溶解在溶剂中，所述原料与溶剂的重量比为1-20∶100；2)加入添加剂调节粘度、表面张力和干燥速度等性能，加入量为溶剂重量的0.1-5％，控制溶液粘度为20-60mPa·s、表面张力为20-50mNm-1，配成喷墨墨水；3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形喷涂沉积到基片上；4)将所述沉积到基片上的膜层经200-600℃的热处理，形成金属薄膜；另外，步骤1)中所述原料为金属纳米颗粒，将其分散在水或有机溶剂中；还有，步骤4)后，将形成金属薄膜的基片放入化学镀液中，按常规技术进行所需金属的化学镀膜；所述溶剂可为去离子水；所述溶剂可为醇类、酯类等有机溶剂；所述添加剂为阴离子型表面活性剂如硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，阳离子型表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵，非离子型表面活性剂如十二烷基二乙醇胺、十二烷基酰二乙醇胺，两性表面活性剂，高分子表面活性剂如聚乙烯醇、聚丙烯酸钠等。
本发明具有如下优点1.本发明利用喷墨打印技术的打印高精度特点，简单方便地逐点控制膜层的图形和成份，使图形精度较高，边界清晰，分布均匀，无需镀膜和刻蚀等复杂工艺。
2.采用本发明自制墨水，适应喷嘴孔径小的要求，能制备多种金属薄膜和多层金属薄膜，如Fe、Au、Cu、Ag、Pb、Pt等一元和多元金属薄膜材料；周期短，成本低，可广泛应用于电子器件的制备过程。
3.本发明不仅可以直接制备金属薄膜，而且可以应用于沉积贵金属薄膜活化基片诱导下一步的化学镀过程。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步祥细描述。
实施例1制备金导线按如下步骤操作1)取1g可加热分解生成金属金Au的化合物AuCl3为原料，将其溶解在50ml去离子水中，所述原料与去离子水的重量比为2∶100；2)加入十二烷基硫酸钠0.1g，加入量为去离子水重量的0.2％，以控制墨水的粘度为50mPa·s(室温)、表面张力为30mNm-1配成金墨水；3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到基片上；4)将所述沉积到基片上的膜层经250℃的热处理，反应形成具有预定图案的金薄膜。
实施例2制备银导线按如下步骤操作1)取2g可加热分解生成金属Ag的化合物AgNO3为原料，将其溶解在50ml有机溶剂无水乙醇中，所述原料与有机溶剂的重量比为4∶100；2)加入十六烷基三甲基溴化铵0.1g，加入量为有机溶剂重量的0.2％，以控制墨水的粘度为40mPa·s(室温)、表面张力为40mNm-1配成银墨水；3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到基片上；4)将所述沉积到基片上的膜层经500℃的热处理，反应形成具有预定图案的银薄膜。
实施例3喷墨打印辅助化学镀工艺制备铜导线按如下步骤操作1)取1g可加热分解生成金属的化合物AuCl3为原料，将其溶解在50ml去离子水中，所述原料与水或有机溶剂的重量比为2∶100；2)加入非离子型表面活性剂十二烷基二乙醇胺0.2g，加入量为水或有机溶剂重量的0.4％，以控制墨水的粘度为30mPa·s(室温)、表面张力为30mNm-1配成金墨水；3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到基片上；4)将所述沉积到基片上的膜层经250℃的热处理，反应形成金薄膜。
将所述基片放入常规化学镀铜溶液中，在60℃温度下，经10分钟，在金膜的表面沉积出铜，在基片上形成预定图形的铜薄膜。
另外，作为另一个实施例，与实施例1不同之处在于本发明步骤1)中所述原料亦为金粉，将其分散在水或无水乙醇中。
本发明还可采用阴离子型表面活性剂中的硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、非离子型表面活性剂中的十二烷基酰二乙醇胺、高分子表面活性剂中的聚乙烯醇、聚丙烯酸钠或两性表面活性剂等。
采用本发明可制备出如Fe、Au、Cu、Ag、Pb、Pt等多种金属薄膜和多层金属薄膜。
权利要求
1.一种喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于按如下步骤操作1)取可加热分解生成金属的化合物为原料，将其溶解在溶剂中，所述原料与溶剂的重量比为1-20∶100；2)加入添加剂，加入量为溶剂重量的0.1-5％，控制溶液粘度为20-60mPa·s、表面张力为20-50mNm-1，配成喷墨墨水；3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到基片上；4)将所述沉积到基片上的膜层经200-600℃的热处理，形成金属薄膜。
2.按照权利要求1所述喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于步骤1)中所述原料为金属纳米颗粒，将其分散在水或有机溶剂中。
3.按照权利要求1或2所述喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于步骤4)后，将形成金属薄膜的基片按常规技术进行所需金属的化学镀膜。
4.按照权利要求1或2所述喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于所述溶剂可为去离子水。
5.按照权利要求1或2所述喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于所述溶剂可为醇类、酯类有机溶剂。
6.按照权利要求1或2所述喷墨打印制备金属薄膜的方法，其特征在于所述添加剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、高分子表面活性剂或两性表面活性剂。
全文摘要
一种喷墨打印制备金属薄膜的方法，操作步骤1)取可加热分解生成金属的化合物为原料，将其溶解在溶剂中，所述原料与溶剂的重量比为1－20∶100；2)加入添加剂调节粘度、表面张力和干燥速度等性能，加入量为溶剂重量的0.1－5％，控制溶液粘度为20－60mPa·s、表面张力为20－50mNm
文档编号B41M5/00GK1400106SQ0112800
公开日2003年3月5日 申请日期2001年8月3日 优先权日2001年8月3日
发明者赵岩, 郝传勇 申请人:中国科学院金属研究所