專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液膜打印成型工藝，尤其涉及一種增加電子材料噴墨印刷平整度、以消除電子材料液膜凹凸不平現(xiàn)象的印后處理方法。
背景技術(shù)：
噴墨打印是指在計(jì)算機(jī)控制下將油墨噴射到襯底上并構(gòu)成圖案的印刷工藝。由于噴墨打印無(wú)需預(yù)先制版，且在打印過(guò)程中噴頭本身不與承印材料直接接觸，因此該法在印刷電子領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注。與其它接觸式的印刷工藝相比，噴墨打印在印刷電子生產(chǎn)中具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)。1、噴墨打印無(wú)需與承印材料發(fā)生接觸就能完成油墨的印刷。這樣一方面顯著減少了傳統(tǒng)的接觸式印刷工藝對(duì)承印基底的可彎曲度、粗糙度和強(qiáng)度等方面的限制，另一方面也避免了噴頭與承印材料之間可能存在的接觸傷害或者交叉污染，更適合用于在易損壞或者易污染的承印材料上的器件制備。2、噴墨打印無(wú)需提前制版，允許用戶(hù)利用電子計(jì)算機(jī)將所設(shè)計(jì)的圖案立即付諸打印，并可以做到即時(shí)修改設(shè)計(jì)。因此該法節(jié)約了制版等印前工藝所需的資金和時(shí)間成本，在小批量、個(gè)性化的印刷方案上優(yōu)勢(shì)尤其明顯。3、噴墨打印可以打印黏度很低的水狀油墨。目前印刷電子器件所用的高性能功能油墨一般為高純度的液相分散體系，黏度一般小于40cP，某些溶液的黏度甚至僅有IcP左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大部分接觸式印刷工藝對(duì)油墨黏度的最低要求。而噴墨打印正好適用于這類(lèi)低黏度油墨，從而填補(bǔ)了傳統(tǒng)印刷方法在超低黏度油墨領(lǐng)域的空白。4、相對(duì)于有版印刷工藝的供墨方式，噴墨打印在生產(chǎn)過(guò)程中的油墨消耗量更少， 有利于節(jié)約原材料和降低成本。同時(shí)超低量油墨消耗也意味著溶劑揮發(fā)的減少，對(duì)于工廠操作人員來(lái)說(shuō)毒性更小，環(huán)境更為友好。5、對(duì)于傳統(tǒng)的有版印刷而言，一塊印版通常只能印刷一種材料，多種材料的套印只能通過(guò)多印版套印來(lái)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)線被迫拉長(zhǎng)而且印版之間需要精密套準(zhǔn)。而噴墨打印則可以在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下，將本需要多道工序套印的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化為多噴頭同時(shí)打印， 大幅降低了工藝難度。特別是在印刷零星分布的小面積圖案時(shí)，噴墨打印工藝的優(yōu)勢(shì)更為明顯。有鑒于上述優(yōu)勢(shì)，過(guò)去十幾年中噴墨打印工藝在電子制造領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。特別值得強(qiáng)調(diào)的是，噴墨式印刷方法所具有的使用簡(jiǎn)單、耗費(fèi)材料少、無(wú)需制版、承印材料范圍廣等特點(diǎn)決定了該法尤其適合在實(shí)驗(yàn)室中使用。因此該方法成為學(xué)術(shù)界研究印刷電子器件最熱門(mén)的印刷方法，在產(chǎn)業(yè)界也已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。然而，為防止細(xì)小的噴嘴被油墨堵塞，噴墨打印對(duì)所用電子油墨的性質(zhì)有著苛刻的要求，必須采用低黏度、低表面張力、而且揮發(fā)性相對(duì)較差的液相油墨。這類(lèi)電子油墨即使已經(jīng)打印形成均勻的液膜，在干燥過(guò)程中也會(huì)因?yàn)閺?fù)雜的物理過(guò)程而變得凹凸不平，對(duì)所打印材料的最終成膜質(zhì)量提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中學(xué)術(shù)界研究最廣泛的是“咖啡環(huán)效應(yīng)”，即均勻的液膜在干燥后形成四周高中間低的特殊形貌。為抑制這一效應(yīng)，世界各國(guó)科學(xué)家從油墨的黏度、表面張力、揮發(fā)性、襯底表面能、襯底溫度、溶質(zhì)微觀形態(tài)等角度展開(kāi)了廣泛的學(xué)術(shù)研究，但目前所取得的成果應(yīng)用范圍均比較窄，很難從根本上解決問(wèn)題。另外， 其它因素如溶劑揮發(fā)不均勻等也會(huì)造成最終產(chǎn)物的凹凸不平，嚴(yán)重影響了薄膜在電子器件方面的應(yīng)用。為獲得比較平整的噴墨打印薄膜，目前最常見(jiàn)的做法是在油墨中添加一系列輔助成分，如表面活性劑、填充料、紫外固化材料等。但這些添加材料本身通常不具備良好的電學(xué)性質(zhì)，有可能會(huì)進(jìn)一步降低噴墨打印所制備器件的電性能。而快速加熱的方法雖然理論上可以提高薄膜的平整度，卻有可能在電子材料中引入大量的缺陷，影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)噴墨打印法在薄膜平整度上的不足，本發(fā)明的目的旨在提出一種后處理方法，以實(shí)現(xiàn)液膜黏度的顯著增加，進(jìn)而在干燥過(guò)程中保持薄膜的平整。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于對(duì)噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進(jìn)行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。進(jìn)一步地，所述低溫干燥處理泛指通過(guò)降溫措施抑制油墨流動(dòng)性的去除溶劑部分工藝，通過(guò)降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。進(jìn)一步地，所述低溫干燥處理去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標(biāo)準(zhǔn)成膜質(zhì)量。此外，所述后處理方法還包括對(duì)低溫干燥處理后的電子材料液膜進(jìn)行常溫或加熱干燥處理。進(jìn)一步地，所述電子材料至少為金屬導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體、聚合物絕緣材料和無(wú)機(jī)絕緣材料中的一種或多種；所述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動(dòng)力學(xué)噴墨或氣溶膠噴墨中的一種；所述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金
jM ο實(shí)施本發(fā)明的有益效果為通過(guò)低溫干燥處理，可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎(chǔ)上有效消除或減少?lài)娔蛴∷苽潆娮颖∧ぶ械陌纪共黄浆F(xiàn)象，有利于印刷電子產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式

對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，以使本發(fā)明創(chuàng)新實(shí)質(zhì)便于理解，但這些相關(guān)的實(shí)施例說(shuō)明并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明使用范圍的限制。本發(fā)明突破傳統(tǒng)噴墨打印技術(shù)在薄膜平整度上的不足，創(chuàng)新提出了一種后處理方法，以實(shí)現(xiàn)液膜黏度的顯著增加，進(jìn)而在干燥過(guò)程中保持薄膜的平整。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案為對(duì)噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進(jìn)行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。該低溫干燥處理泛指通過(guò)降溫措施抑制油墨流動(dòng)性的去除溶劑部分工藝，通過(guò)降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。該低溫干燥處理僅去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足增加材料黏度而不影響最終成膜質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)。此外，該后處理方法還可以包括對(duì)低溫干燥處理后的電子材料液膜進(jìn)行常溫或加熱干燥處理。上述電子材料至少為金屬導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體、 聚合物絕緣材料和無(wú)機(jī)絕緣材料中的一種或多種；上述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動(dòng)力學(xué)噴墨或氣溶膠噴墨中的一種；上述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金屬。通過(guò)本發(fā)明后處理方法，尤其是低溫干燥處理可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎(chǔ)上有效消除或減少?lài)娔蛴∷苽潆娮颖∧ぶ械陌纪共黄浆F(xiàn)象，有利于印刷電子產(chǎn)品質(zhì)量的提高，具體處理實(shí)施例如下。實(shí)施例1
聚酰亞胺薄膜先后浸泡在乙醇、異丙醇和水中各超聲10-30分鐘，取出后用高純氮?dú)獯蹈伞Ｒ源吮∧槿嵝砸r底，通過(guò)壓電式噴墨法打印固含量為1. 3%左右的PED0T-PSS水溶液，以獲得長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為1200μπι、500μπι和10 μ m的電極圖案。打印過(guò)程中工作臺(tái)溫度保持常溫，運(yùn)動(dòng)速度盡量減慢，以保證液體薄膜的質(zhì)量。將完成上述步驟的產(chǎn)品放入冷凍干燥器中，在50-100 真空條件下對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥，設(shè)備內(nèi)擱板的溫度控制在_15°C到-20°C之間，反應(yīng)時(shí)間控制在0. 5-5分鐘范圍內(nèi)。樣品解凍后PED0T-PSS的濃度顯著增加，固含量達(dá)到35%到50%左右，流動(dòng)性則相應(yīng)降低。將樣品置于120°C的烘箱中加熱干燥，薄膜可以保持平整光滑直至徹底烘干。實(shí)施例2
切割成3cm長(zhǎng)、5cm寬的玻璃片先后浸泡在乙醇、異丙醇和水中各超聲10-30分鐘，取出后用高純氮?dú)獯蹈?。以此玻璃片為襯底，采用固含量為5%左右、水-乙二醇混合溶劑的納米銀墨水，通過(guò)氣溶膠式噴墨法打印獲得長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為2000微米、400微米和12 微米的電極圖案。打印過(guò)程中工作臺(tái)溫度保持常溫，運(yùn)動(dòng)速度維持在0. 5-2毫米每秒，以保證液體薄膜的質(zhì)量。將完成上述步驟的產(chǎn)品放入冷凍干燥器中，在20-50 真空條件下對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥，設(shè)備內(nèi)擱板的溫度控制在-20°C到-30°C之間，反應(yīng)時(shí)間控制在2-10分鐘范圍內(nèi)。 樣品解凍后銀墨水的濃度顯著增加，固含量達(dá)到60%到80%左右，墨水的流動(dòng)性也相應(yīng)降低。將樣品置于150°C的烘箱中加熱干燥，薄膜可以保持平整直至徹底烘干。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于對(duì)噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進(jìn)行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5°C以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述低溫干燥處理泛指通過(guò)降溫措施抑制油墨流動(dòng)性的去除溶劑部分工藝，通過(guò)降低環(huán)境氣壓加快處理速度，處理期間所述溶劑部分為固態(tài)或液態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述低溫干燥處理去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標(biāo)準(zhǔn)成膜質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述后處理方法還包括對(duì)低溫干燥處理后的電子材料液膜進(jìn)行常溫或加熱干燥處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述電子材料至少為金屬導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體、聚合物絕緣材料和無(wú)機(jī)絕緣材料中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述噴墨打印泛指直接將電子材料的油墨噴射至襯底上的工藝，噴墨打印原理至少為熱噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨、電流體動(dòng)力學(xué)噴墨或氣溶膠噴墨中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電子材料印刷平整度的后處理方法，其特征在于 所述襯底至少為陶瓷、玻璃、硅片、塑料薄膜或金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)噴墨打印在襯底上的電子材料液膜進(jìn)行低溫干燥處理，減少或去除液膜中的溶劑部分，其中低溫干燥處理的溫度范圍為零下5℃以下，泛指通過(guò)降溫措施抑制油墨流動(dòng)性的去除溶劑部分工藝，處理期間所述溶劑部分的為固態(tài)或液態(tài)。并且該低溫干燥處理僅去除液膜中的部分溶劑，且去除的部分溶劑比例滿足標(biāo)準(zhǔn)成膜質(zhì)量。實(shí)施本發(fā)明后處理工藝的效果顯著，簡(jiǎn)言之即為通過(guò)低溫干燥處理，可在現(xiàn)有的電子油墨和打印工藝的基礎(chǔ)上有效消除或減少?lài)娔蛴∷苽潆娮颖∧ぶ械陌纪共黄浆F(xiàn)象，有利于印刷電子產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
文檔編號(hào)B41J2/01GK102529479SQ201110436280
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者崔錚, 林劍, 陳征 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所