用于制造高分辨率導電圖案的墨合成物的制作方法

用于制造高分辨率導電圖案的墨合成物的制作方法
【專利摘要】柔版印刷圖案的系統和方法包括在襯底的第一側面上印刷多條線或第一天線環路陣列，其中，印刷第一天線環路陣列包括通過使用墨和至少一個柔性母版。所述墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑，該催化劑可以是濃度從1wt％至20wt％的有機金屬醋酸鹽或草酸鹽。襯底可以在該襯底的一個表面上具有一個圖案或可以作為雙面襯底被印刷成為在襯底的每個側面上具有至少一個圖案。在非電解鍍覆之前，使墨固化以使催化劑在墨中離解，這可以在每個側面上通過使用一個固化過程、總共使用一個固化過程、或通過在第一圖案上執行部分固化然后固化第二圖案來實現。
【專利說明】用于制造高分辨率導電圖案的墨合成物
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年5月11日提交的美國臨時專利申請N0.61/646，032的優先權。

【技術領域】
[0003]本公開總體涉及高分辨率導電圖案的印刷，特別地涉及高分辨率導電圖案的輥到輥制造過程。

【背景技術】
[0004]制造可以在電子設備或其它工業中使用的透明薄膜天線和其它導電圖案的傳統方法包括利用具有銅/銀的導電膏的厚膜的絲網印刷，從而導致寬線(>100μπι)和高線OlO μ m)。光刻過程和蝕刻過程用于更薄且更窄特征。


【發明內容】

[0005]在一實施例中，柔版印刷RFID天線的方法包括:在襯底的第一側面上印刷第一天線環路陣列，其中，印刷第一天線環路陣列包括使用墨和第一柔性母版，其中，墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑，其中，催化劑的濃度從Iwt %至20wt %，并且其中，催化劑包括多個有機金屬顆粒；通過使催化劑在墨中離解來固化襯底。
[0006]在一替代實施例中，柔版印刷RFID天線的方法包括:通過使用墨和第一柔性母版將第一天線環路陣列印刷在襯底的第一側面上；部分地固化第一天線環路陣列；通過使用墨和第二柔性母版將第二天線環路陣列印刷在襯底的第二側面上；和完全固化第二天線環路陣列；其中，墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑，其中，催化劑的濃度在6%以下，并且其中，催化劑包括多個有機金屬顆粒。
[0007]在一實施例中，印刷高分辨率導電圖案的替代方法包括:通過使用柔版印刷過程，通過使用第一柔性母版和包括丙烯酸單體樹脂和催化劑的墨將包括第一多條線的第一圖案印刷在第一襯底上；通過使用柔版印刷過程，通過使用第二柔性母版和墨來印刷包括第二多條線的第二圖案，其中，所述第一多條線中的每條線和所述第二多條線中的每條線寬1- 25微米；和固化第一和第二圖案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]為了本發明的示例性實施例的詳細描述，現在將參照附圖，在這些附圖中:
[0009]圖1描繪根據本公開的實施例的柔版的等軸側視圖的圖示。
[0010]圖2A和圖2B是根據本公開的實施例的透明單和多環路RF天線的圖示。
[0011]圖3是將根據本公開的實施例的高分辨率圖案印刷在襯底上的方法的圖示。
[0012]圖4是將根據本公開的實施例的高分辨率圖案印刷在襯底上的方法的流程圖。
[0013]圖5是將根據本公開的實施例的高分辨率圖案印刷在襯底上的替代方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0014]本公開涉及一種高分辨率導電圖案的輥到輥印刷的方法。該方法大體利用聚合物墨，該聚合物墨被用來限定隨后被無電鍍鍍覆的圖案。可以是UV可固化的聚合物墨可以被用作柔版制造過程的一部分。本文討論的是將在印刷過程諸如柔版印刷中被利用的用于將金屬醋酸顆粒直接溶解到聚合物樹脂墨中的方法和系統。在某些情況下，墨包括如醋酸鹽或草酸鹽的鈀或類似物催化劑。聚合物墨可以是丙烯酸墨或類似物聚合物。另外，某些墨配方可以包括有機金屬化合物。在某些方法中，在有機金屬醋酸顆粒和其它材料直接溶解到聚合物墨期間，使用超聲攪拌用于印刷。在印刷之后，這些有機金屬材料可能沒有準備好用于非電解鍍覆，并且這些有機金屬材料可能需要例如以固化形式的活化。因此，這些有機金屬化合物的處理方法如下:通過紫外光、加熱或其它方式將印刷圖案中的化合物轉換為它們的金屬形式，通過曝光于紫外線輻射來離解該催化化合物，直至分解完成。非電解鍍覆過程可以在基于水的化學槽中進行，在該槽中存在銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)或其它金屬鹽基化學制劑。
[0015]如在本文中發現的，本公開的方法提供用于以高均勻度、高完整性和約25微米以下優選地5微米以下的印刷線寬度對可以印刷在適當的襯底的一個側面或兩個側面上的微電路的制造。此外，本發明的印刷微電路可以在不利用提供潛在的污染物來源的化學蝕刻或其它燒蝕技術的情況下來制造。
[0016]輥到輥制造過程
[0017]柔版是旋轉卷材凸版印刷機的形式，其中，凸板例如通過使用雙面粘合劑而被安裝到印刷滾筒。這些凸板也可以稱為母版板或柔版，其可以結合快速干燥、低粘度溶劑和從網紋或其它兩個輥上墨系統供給的墨來使用。網紋輥可以是用來為印刷板提供測得的量的墨的滾筒。墨可以是例如基于水的或紫外光(UV)可固化的墨。在一個實例中，第一輥將墨從墨盤或計量系統轉印至計量輥或網紋輥。當墨從網紋輥被轉印至印版滾筒時，墨被計量到均勻厚度。當襯底從印版滾筒穿過輥到輥處理系統到壓印滾筒時，壓印滾筒對印版滾筒施加壓力，該印版滾筒將圖像轉印到襯底到凸板上。在一些實施例中，代替印版滾筒，可存在墨斗輥，并且可以使用刮墨刀片來改善墨的橫跨輥的分布。
[0018]柔版可以由例如塑料、橡膠或光敏聚合物制成，該光敏聚合物也可被稱為UV-敏感聚合物。這些板可以通過激光雕刻、照相制版或光化學方法制成。這些板可以購買或根據任何已知的方法制造。優選的柔版過程可以被設置為堆疊式，其中，一個或多個印刷工位堆棧豎直地布置在印刷機框架的每一側上并且每個堆棧具有其自身的印版滾筒，該印版滾筒通過使用一種類型的墨來印刷，并且該設置可以允許用于在襯底的一個側面或兩個側面上印刷。在另一個實施例中，可以使用中心壓印滾筒，該中心壓印滾筒使用安裝在印刷機框架中的單個壓印滾筒。隨著襯底進入印刷機，它與壓印滾筒相接觸，并且適當的圖案被印刷。替代地，可以利用內聯柔版印刷過程，其中，印刷工位沿著水平線布置且由公共總軸驅動。在該實例中，印刷工位可以被聯接到固化工位、切割機、折疊機或其它后印刷處理設備。也可以利用柔版過程的其它構造。
[0019]在一實施例中，例如在無縫(ITR)鏡像過程中可以使用柔版套筒。在ITR過程中，光聚合物板材料在將被加載到印刷機上的套筒上被處理，這與平坦板可以安裝到印刷筒體的上文所討論的方法相反，該印刷筒體也可以被稱為傳統印版滾筒。柔版套筒可以是連續的光聚合物套筒，其中激光燒蝕掩模涂層布置在表面上。在另一個實例中，單獨的光聚合物部件可以利用粘合劑帶安裝在基部套筒上，并且然后通過上文所討論的激光燒蝕掩模以與套筒相同的方式對單獨的光聚合物部件進行成像和處理。柔版套筒可以以幾種方式被使用，例如，被用作導網輥以便將帶圖像的平坦板安裝在導網輥的表面上，或被用作已經直接雕刻(無縫)有圖像的套筒表面。在套筒單獨充當載體角色的實例中，可以將具有雕刻有圖像的印刷板安裝到套筒，并且然后，將套筒安裝到滾筒上的印刷工位中。由于套筒能夠存儲有已經安裝到套筒的板，所以這些預安裝的板可以縮短切換時間。套筒由包括熱塑性復合物、熱固性復合物和鎳的各種材料制成，并且可以用或不能用纖維加強以抵抗裂開和分裂。包含泡沫或襯墊基部的長期的可重復使用的套筒用于非常高質量的印刷。在一些實施例中，可以使用無泡沫或襯墊的一次性“薄”套筒。柔版印刷過程可以使用用于墨轉印的網紋輥作為計量墨的裝置，使得墨印刷出無凝集或模糊的具有清晰均勻特征的期望的圖案。
[0020]高分辨率導電圖案電路可以借助于輥到輥制造過程來制造。該過程可以包括使聚合物墨中包含的非電解鍍覆催化劑活化。這可以借助于對窄到I微米的線寬度的印刷圖案進行紫外電離輻射固化或熱處理來實現。該過程利用超聲攪拌作用以使金屬醋酸顆粒直接溶解到被用于印刷多種電子應用所需的高清晰度導電電極的丙烯酸基聚合物墨中。墨制造過程可以利用超聲攪拌以使金屬醋酸顆粒直接溶解到丙烯酸基聚合物墨或其它粘合樹脂中。這些墨被用于印刷對于包括RF天線結構和陣列的多種電子應用所需的高清晰度導電電極、以及在觸摸屏諸如電容性觸摸屏傳感器和電阻性觸摸屏傳感器中使用的微觀高分辨率圖案。
[0021]為了開始輥到輥制造過程，可以通過任何已知的輥到輥處理方法，將透明柔性襯底從放卷輥轉印到第一清潔工位。應理解，可以結合多個過程參數諸如線速度和壓力來選擇透明柔性襯底的厚度，以便避免在印刷過程期間的過大張力造成由伸長導致的尺寸變化。也可以考慮溫度引起的尺寸變化，這是因為任何這樣的溫度變化可能導致印刷尺寸的變化。
[0022]透明高分辨率導電圖案的排列和印刷可能影響最終產品性能。在該實施例中，可以利用定位線纜來維持透明柔性襯底的排列以及將透明柔性襯底引導至在第一清潔工位處的第一清潔，該第一清潔工位包括被用來從透明柔性襯底除去雜質的高電場臭氧發生器，例如油或脂。然后，透明柔性襯底可在第二清潔工位處經歷第二清潔，該第二清潔工位可以是卷材清潔器。
[0023]在第二清潔工位處的第二清潔之后，透明柔性襯底可通過第一印刷工位，在該第一印刷工位中，高分辨率導電圖案(HRCP)被印刷。高分辨率導電圖案可以包括例如觸摸屏電路的多條線、或在透明柔性襯底的第一表面上的平面偶極透明單環路天線電路的電路。從第一母版板轉印到透明柔性襯底的墨量可以通過高精度計量系統來調節，且該墨量可取決于過程的速度、墨合成物以及高分辨率圖案(HRP)的形狀和尺寸。
[0024]在第一印刷工位處印刷的圖案可以是例如單天線環路。傳統上，可能需要多個固化步驟，以便在第一印刷工位處印刷圖案之后在下述鍍覆過程之前，來使墨活化。如果催化劑曝光不足，則有機金屬催化劑的離解將是不完全的，并且鍍覆過程將受損。然而，如果襯底過度曝光，則它可能使成品脆化并危害成品的完整性，或導致不適合于進一步處理的襯底。在一些實施例中，以126nm、172nm或193nm的激光輻射可以產生類似的效果，但是可能不會產生最終鍍覆薄膜的期望表面質量。
[0025]在另一個實施例中，如果在第一印刷工位處印刷的圖案是平面偶極能見度低的單個天線電路，然后，第二平面偶極能見度低的多環路天線電路圖案可以印刷在第二印刷工位上在透明柔性襯底的底側上。透明柔性襯底的底側可能通過由第二母版板制成的第二印刷工位，該第二母版可以使用醋酸鈀墨在透明柔性襯底的底側上印刷多環路天線電路。從第二母版轉印到透明柔性襯底的墨量還可以通過第二高精度計量系統來調節。在一些實施例中，可以在第一或第二印刷工位中的至少一個中使用多個柔版。在那些實施例中，取決于在第一和第二印刷工位處印刷的圖案的形狀和幾何結構，可能存在用于所述多個柔版的各個柔版的多種墨。
[0026]第二固化工位可以緊跟在第二印刷工位處印刷的底側后面。第二固化工位可以包括如上文所描述的具有約相同目標強度和約相同的波長的第二紫外線輻射固化。可以使用第二固化工位，使得墨中的催化劑不會曝光不足，這是因為曝光不足不能阻礙鍍覆過程。此外，第二固化工位可以包括第二烤箱加熱模塊，該第二烤箱加熱模塊施加在約20°C至約85 °C的溫度范圍內的熱。
[0027]非電解鍍覆
[0028]印刷在襯底的頂和底(或第一和第二)側上的第一和第二圖案可以是透明柔性襯底的頂(第一)表面上的單環路天線電路、和印刷在襯底的底(第二)表面的上的天線電路的多個環路。在一個實例中，兩個圖案都可以用醋酸鈀(Pd)或其它基于催化劑的墨來印刷。例如，可以使用是鈀、銠、鉬、銅、或鎳的醋酸鹽或草酸鹽的其它有機金屬化合物。該墨可以包含鍍覆催化劑，該鍍覆催化劑被用來限定在第一和第二印刷工位處印刷的導電圖案電路圖案。包含兩個圖案整個襯底然后可能在鍍覆工位處經歷非電解鍍覆。在鍍覆期間，晶種催化劑充當接收器且使得鍍覆金屬(例如，銅、鎳、鈀、鋁、銀和金)能夠生長到鍍覆涂層的期望厚度或厚度范圍。在一些實施例中，有機金屬材料諸如醋酸鈀或草酸鈀可能沒有準備好鍍覆，且該有機金屬材料可以具有進一步的處理以將印刷的圖案中的化合物轉換成它們的金屬形式。可以執行進一步的處理，這是因為墨的活化意味著將醋酸鈀從非金屬形式離解成金屬形式。進一步的處理可以包括通過將化合物曝露于具有寬光譜的紫外線輻射來離解化合物，所使用的波長可以維持在約365nm至約435nm之間。如上所討論的，如果催化劑曝光不足，即，不充分地離解，則非電解鍍覆過程可能受損并且圖案可能不適當地、不均勻地或不完全地被鍍覆。
[0029]取決于墨的組分，活化過程可以不維持圖案的完整性，并且因此，印刷圖案和鍍覆圖案可能不具有相同的尺寸，印刷圖案具有小尺寸的問題可能更顯著。然而，如果有機金屬的濃度在lwt.% -20wt.%之間,優選地在lwt.% -5wt.%之間，并且如果第一固化步驟所使用的參數足以固化當使用有機金屬墨時的印刷圖案，則可能不需要后續固化過程。應理解，固化參數可以符合襯底性質，例如，如果一個或多個圖案或圖案被固化持續太長，或如果一個圖案被印刷并固化并且第二圖案被印刷并被固化，則在兩個完全固化循環或過程下，可以將同一襯底固化兩次。因此，襯底可能脆化和/或經歷變色并且因此可能無法維持襯底的期望性質，諸如柔性、透明度和強度。固化時間可以取決于墨的有機金屬含量(wt% )而變化。較高百分比的有機金屬化合物可能導致更強烈的固化以離解有機金屬。在該情景下，除了紫外固化以外，還可以通過熱固化使有機金屬化合物離解。該離解可以在被稱為有機金屬化合物的活化的事情之后發生。活化是當有機金屬化合物諸如醋酸鈀從化合物形式離解為金屬形式的時候，并且金屬形式變成導電的以便鍍覆(且因此響應于鍍覆)。應理解，即使墨離解，離解也在墨內部發生，如此印刷的墨也不會經歷尺寸畸變，這為鍍覆過程維持如此印刷的圖案尺寸和均勻度。
[0030]在印刷頂部之后，并且在一些情況下，透明柔性襯底上的底圖案，例如天線圖案，可以通過將可印刷在第一印刷工位處在襯底的頂側上的單環路天線電路和在印刷工位處在襯底的底側上印刷的天線電路的多個環路浸沒到非電解鍍覆槽中在包含銅或其它導電材料的鍍覆工位處被鍍覆。鍍覆圖案的厚度可以取決于鍍覆溶液溫度和卷材的速度，所述鍍覆溶液溫度和卷材的速度可能根據應用而變化。在鍍覆工位處的非電解鍍覆不需要施加電流，且該非電解鍍覆僅鍍覆包含先前通過電離紫外線輻射固化曝光而活化的鍍覆催化劑的圖案化區域。因此，可以比可通過熱裝置熱固化達到得快。由于不存在電場，所以與電鍍相比，鍍覆厚度可以更均勻。非電解鍍覆可能很好地適合于具有復雜幾何形狀和/或許多部件的部分，像由印刷的透明天線圖案電路所顯示的部分。
[0031]在非電解鍍覆之后，具有兩個圖案的柔性襯底可經歷清洗過程，該清洗過程包括將RF天線電路浸沒到清潔槽中，該清潔槽包含在室溫或較高溫度(<70°C )下的去離子水。隨后，RF天線電路可以通過施加在室溫或較高溫度(<70°C )下的空氣而在干燥工位處被干燥。為了保護RF天線電路的導電材料免受腐蝕，鈍化工位可以被用來使襯底鈍化。鈍化工位可以包括噴涂或浸沒，在鈍化中，化學品可以在干燥之后添加以防止導電材料與環境中的污染物諸如水分、有機蒸汽之間的任何非期望的反應。
[0032]圖1是根據本公開的實施例的柔性母版的等軸測圖的圖示。圖1示出柔性母版圖案102和106。在一實施例中，頂柔性母版102被安裝在輥124上并且結合例如計量印刷系統的印刷系統使用，以將透明單環路天線電路114印刷在柔性襯底的頂表面上，諸如在圖2A中所畫的。底柔性母版106被利用以印刷透明的多環路天線電路122，該多環路天線電路122也可以被稱為包括透明柔性襯底的底表面上的多個環路的第二或底圖案。應理解，在本文中使用詞語“頂”和“底”來反映襯底的兩個不同側，并且可以將“頂”和“底”與“第一”和“第二”可交換地使用并且不必參照襯底或最終產品的取向使用。在一實施例中，該電路122可以類似于下面在圖2B中所討論的電路圖案。在一實施例中，柔性母版102和柔性母版106是都布置在不同的輥上的分離的圖案化的柔版坯。
[0033]在該實施例中，輥諸如輥124可以被串聯地布置，其中，由114形成的第一圖案被印刷在電路的頂表面上，并且多環路天線電路圖案122印刷在與第一圖案114相對的底表面上。在替代實施例中，輥可以被布置成使得第一圖案和第二圖案通過在兩個不同的輥上的兩個不同的柔性母版來印刷，并且兩個圖案印刷在一個襯底上，其中，第一圖案114印刷在頂(第一)表面上，并且第二圖案122印刷在底(第二)表面上。雖然在本文中提供了RF天線的實例，但是該方法還可以被應用于制造觸摸屏傳感器和印刷且裝配有單個襯底或多個襯底的其它高分辨率導電圖案。在該實例中，印刷可以同時發生或作為內聯式過程的部分相繼地發生。在另一個實例中，頂圖案或底圖案中的至少一個由布置在輥上的多個柔版形成。這可能發生，例如，因為期望的端圖案被設計成具有不同的過渡部、尺寸和幾何形狀，所以這可以使得它適合于使用多于一種墨，因此，這將意味著可以使用多于一個輥。在另一個實例中，多個輥可以被用來形成一個圖案，這是因為圖案幾何形狀、過渡部或尺寸在多個階段中更均勻地被印刷。
[0034]在透明的單環路天線電路114和透明的多環路天線電路122兩者中的印刷導線的高度可以從10nm-微米變化至7微米,而每對導線之間的距離可從10微米至5mm變化。如此處所使用的高度是指在襯底與印刷圖案的頂部之間的距離。被用來形成頂柔性母版102和底柔性母版106的母版的材料層的厚度的范圍可以在0.5mm與3.0Omm之間。在一些實施例中，柔性母版106可以是偏移柔性母版，該偏移柔性母版的一側由可以薄至0.1mm的金屬側板支持。
[0035]圖2A和圖2B是根據本公開的實施例的平面偶極透明RF天線結構的頂視圖的圖示。在圖2A中，根據電信應用中的需要，平面偶極透明RF天線結構200可以被設計用于輻射或接收無線電磁信號。RF天線結構200可以包括布置在透明柔性襯底204上的平面偶極透明單環路矩形天線202。該類型的天線設計顯示可以從約I微米至約30微米變化的導線寬度，該導線寬度表示這樣的尺寸范圍，即，取決于離用戶的距離，該尺寸范圍可以產生對肉眼透明的效果。透明單環路矩形天線202的印刷的微小電極(單條線或多條線)可以顯示約60 %，且替代地90 %或更大的光傳輸效率。導電電極可由鍍金銅、鍍銀銅、或鍍鎳銅構造以為不需要化學蝕刻的銅提供耐腐蝕性的鈍化。
[0036]透明單環路矩形天線202上的印刷電極的電阻率的范圍可以從約0.005微歐姆每平方至約500歐姆每平方，而印刷電極的長度可以從約0.0lm至約Im變化，這取決于還可以從約125KHz至約25GHz變化的頻率范圍。根據期望的應用，透明RF天線結構200可以顯示全方向輻射圖案。RF天線的阻抗由天線的形狀、所使用的材料類型和環境的變化給定。
[0037]一般而言，可以被用于透明柔性襯底102的材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚碳酸酯和聚合物。具體地，透明柔性襯底102的適當的材料可以包括DuPont/Teijin Melinex 454和DuPont/Teijin Melinex ST505,后者是專門為涉及熱處理的過程設計的熱穩定膜，并且其中對于該過程而言不容許尺寸變化。透明柔性襯底102可以顯示在5微米與500微米之間的厚度，其中優選厚度在100微米與200微米之間。在圖3中描繪并且本文中描述了通過使用輥到輥過程制造透明的天線電路的詳細方法。
[0038]透明RF天線結構200可以任何圖案幾何結構或天線圖案陣列被設計，所述天線圖案陣列能夠被單獨地調節以適合不同的頻率或信道以接收或傳輸電信應用所需的地面廣播以及衛星廣播和無線電信號。在其它實施例中，透明RF天線結構200可以與反射元件一起使用以增加輻射圖案的方向性。
[0039]圖2B是根據本公開的實施例的多環路天線結構的圖示。多環路天線結構206包括圖案208，該圖案208包括多個環路210。在一實施例中，所述多個環路也可以被稱為環路陣列，并且即使這些部件由單條連續的線形成，這些部件可以被描述為同中心的。在一實施例中，這些部件的形狀可以是矩形。在替代實施例中，這些部件可以是圓形、正方形、三角形或其組合，并且這些部件可以被稱為環路，無論所使用的單獨的線的幾何形狀或數目。圖案208可以印刷在襯底204的底(第二)側上。在替代實施例中，圖案208可以包括連續的線。
[0040]圖3是用來制造根據本公開的實施例的高分辨率導電圖案的系統的實施例。圖4是制造根據本公開的實施例的高分辨率導電圖案的方法的流程圖。系統300中的透明柔性襯底302在整個過程在此處以側視圖畫出，該透明柔性襯底302在輥到輥處理過程中被布置在放卷輥304上。應理解，如果光傳輸量大于約60%，則如本文中所使用的術語透明度可以指具有印刷電極的結構，并且襯底可以是任何可以被用作用以印刷集成電路的基部的材料，例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。用于透明柔性襯底的材料可以包括 Du Pont/Teijin Melinex 454 和 Du Pont/Teijin MelinexST505，Du Pont/Teijin Melinex ST505是專門為涉及熱處理的過程設計的熱穩定膜，該柔性襯底可以顯示在5微米與500微米之間的厚度，其中優選厚度在50微米與200微米之間。在該過程中所使用的機器的速度可以從約20ft/m至約750ft/m變化。在一些實施例中，約50ft/m至約200ft/m的速度可以是適當的。在一些實施例中，排列機構308被用來確保，襯底302相對于內聯式過程被適當地排列。襯底302可以在第一清潔工位306處的塊402處被清潔，該第一清潔工位306可包括被用來移除例如來自透明柔性襯底的油或脂的雜質的高電場臭氧發生器或電暈等離子模塊。在一些實施例中，透明柔性襯底然后可在第二清潔工位312處經歷第二清潔，該第二清潔工位312可以是卷材清潔器，例如，粘合劑帶。包括第一(頂)和第二(底)側的襯底302然后可使第一側在印刷工位316處的塊404處被印刷。在第一印刷工位116處，高分辨率印刷圖案(HRP)在塊404處通過接近紫外線可固化聚合物墨的第一母版被印刷，該紫外光可固化聚合物墨可能具有在約200厘泊(cps)與約2000厘泊(cps)之間的粘度。在一些實施例中，該高分辨率導電圖案可能符合導電電極、單個環路或多個環路，對于該圖案中的多條線中的每一條線，具有在約I微米與約30微米之間的線寬度。如果該結構具有大于約60%至約90%光透射率，則該結構可以被視為透明的。
[0041]在第一印刷工位處使用的墨可以包括摻雜有醋酸鈀的丙烯酸單體樹脂材料。醋酸IE可以是例如濃度在約lwt.%至約20wt.%之間優選地在lwt.% -5wt.%之間的丙烯酸單體樹脂，并且醋酸鈀可以充當鍍覆催化劑，該鍍覆催化劑通過在第一固化工位318處的塊406處的電離輻射固化而被活化。在固化工位318處的塊406處的固化可以包括具有從約0.5mff/cm2-200mff/cm2或更高的目標強度的寬光譜紫外線輻射固化。應理解，圖4描繪在塊406處使襯底固化，以及在塊406處的該固化可以包括通過使用一件設備的一個類型的固化、或以多個步驟執行的多個類型的固化，所述多個步驟可以在每個圖案被印刷之后發生或在兩個圖案都被印刷之后發生，如下文更詳細地討論的。UV輻射波長可以從約250 - 600nm,并且優選地，可以在365nm至約435nm之間。該UV曝光導致丙烯酸樹脂的固化(聚合作用)和醋酸鈀離解成鈀金屬納米顆粒這兩個步驟同時發生，所述鈀金屬納米顆粒形成Cu、Ni或其它金屬的非電解鍍覆的晶種層。在一些實施例中，取決于墨合成物和印刷圖案的尺寸，除了 UV之外，該過程可還由加熱模塊組成，該加熱模塊在約20°C至約130°C的溫度范圍內施加熱。
[0042]在一些實施例中，第二圖案在第二印刷工位324處的塊404處被印刷。第二圖案可以在第二固化工位326處以與在第一固化工位318處的第一固化類似的形式被固化。第二圖案可以在第二側襯底302上印刷，或與在第一側上的第一圖案相鄰地印刷，或在不同于襯底302的襯底上印刷。應理解，兩個印刷工位316和324可以具有不同的構造。兩個圖案可以在塊404處通過使用兩個印刷工位316和324同時印刷。替代地，未在圖4中示出而是如圖3所示，繼第一圖案在第一印刷工位316處被印刷并且在第一固化318處被固化之后，第二印刷工位324印刷第二圖案。
[0043]在一實施例中，如果在316或324處印刷的圖案包括不同的尺寸、過渡部和其幾何結構的復雜程度、第一或第二圖案或兩者，則可以調節印刷過程來補償該一個或兩個圖案的這些方面。在另一個實施例中，印刷工位316和324可以被布置成使得，內聯式過程中同時地或相繼地，第一圖案印刷在襯底302的第一表面上并且第二圖案形成在襯底302的底側上。在該實例中，一個襯底被圖案化有兩個圖案，這兩個圖案在幾何結構上可以是不同的并且可以已經以不同的墨被印刷。在另一個實施例中，可以布置印刷工位316和324，其中，第一圖案印刷在襯底302的第一側上，并且第二圖案印刷在襯底302的第一側上與第一圖案相鄰。在另一個實施例中，第一和第二印刷工位316和324中的至少一個包括布置在多于一個輥上的多于一個柔版，如在圖1中所討論的。這可能發生，例如，因為期望的端圖案被設計成具有不同的過渡部、尺寸和幾何形狀，所以這可以使得適合于使用多于一種墨，然后，這將意味著可以使用多于一個輥。在另一個實例中，多個輥可以被用來形成一個圖案，這是因為圖案幾何形狀、過渡部或尺寸在多個階段中更均勻地被印刷，或因為每圖案多個輥過程可以允許內聯式過程的較高的行進速度。
[0044]繼印刷之后，在316和324處印刷的圖案例如通過非電解鍍覆408來鍍覆。在鍍覆工位330處的非電解鍍覆408能夠很好地適合于具有復雜的幾何形狀和/或許多部件的部分，像由印刷透明天線圖案電路所顯示的部分。在在鍍覆工位330處的非電解鍍覆期間，導電材料諸如銅(Cu)被布置在圖案上。在一些實施例中，可以使用其它導電材料，諸如銀(Ag)、鎳(Ni)或鋁(Al)。鍍覆在包括約20°C與約90°C之間的溫度范圍下的導電材料的流體介質中發生。在一實施例中，可以在316和324處印刷的圖案上使用相同的導電材料,而在另一實施例中，可以在圖案上使用不同的導電材料。活化的圖案吸引導電材料以形成高分辨率導電圖案(HRCP)。在某些情況下，液態介質處于約80°C，例如，取決于液態介質中的金屬。在一個實例中，銅可以處于從35°C至45°C的溫度，而在另一個實例中，鎳可以處于650C -80°C之間。沉積速率可以在約1nm至約200nm每分鐘之間，其中所實現的最終厚度是約10nm- 5000nm(0.001微米-5微米)。在替代實例中，通過鍍覆實現的最終厚度可以從約1000nm至約10000nm(10微米-100微米)。在圖案上鍍覆的厚度也可以被稱鍍覆圖案的厚度，且該厚度可取決于鍍覆溶液溫度和卷材的速度，所述鍍覆溶液溫度和卷材的速度可根據應用而變化。在鍍覆工位處的非電解鍍覆不需要施加電流，且該非電解鍍覆僅鍍覆包含先前通過電離紫外線輻射被固化曝光而活化的鍍覆催化劑的圖案化區域。由于不存在電場，所以與電鍍相比，鍍覆厚度可以更容易地控制并且因此更均勻。
[0045]在非電解鍍覆之后，兩個圖案可能在清洗工位332處經歷清洗過程，該清洗過程也可以被稱為另一個清潔410，清洗工位332可以被浸潰或噴涂(未圖示)工位。浸潰清洗工位332包括將在鍍覆工位330處鍍覆的圖案浸沒到包含在室溫下的水的清潔槽中。圖案可以隨后通過施加在室溫下的空氣而在干燥工位(未圖示)處被干燥412。在一些實施例中，為了保護RF天線電路的導電材料免受腐蝕，鈍化工位(在圖3中未示出)可以被用來鈍化襯底414，且該鈍化工位可以是在干燥之后附加的圖案噴涂，以防止在導電材料與水之間任何非期望的反應。
[0046]圖5是制造根據本公開的實施例的高分辨率導電圖案的方法的流程圖。在該實施例中，在塊502處，以與在圖4中在塊402處所描述的形式類似的形式清潔襯底。應理解，可以通過使用與圖3中所公開和上文所討論的設備類似的設備來執行圖5中的方法。
[0047]然后，在塊504處，第一圖案，例如第一單天線環路陣列或第一多天線環路陣列，被印刷在襯底的第一側面上。然后，通過例如UV固化使第一圖案在塊506處固化。優選地，在塊506處的固化是部分固化，該固化被執行以便使足夠的催化劑凝固、固化并離解以將第一圖案保持在襯底的第一側面的適當位置處，而在塊508處，第二圖案印刷在襯底的第二側面上。在一實施例中，襯底的整個固化范圍可以被稱為UV能量，該整個固化范圍等于相對于固化源的暴光時間乘以功率密度。完全固化的UV能量的范圍可以從lmj/cm2至1000mJ/cm2。部分固化可以是在該范圍的I % -99.99%來執行的固化，這取決于相同應用的完全固化將測量的范圍。在塊508處印刷第二圖案之后，第二圖案在塊510處固化。在塊510處的固化階段可以足以使第一和第二圖案兩者固化，但是，應理解，墨中的基料樹脂在UV固化下可以僅固化(離解)90%，而無論在單階段或多階段中是否進行UV固化。在那些實施例中，固化的剩余10%可以通過熱固化或通過允許UV固化的一個或多個圖案處于室溫下持續18-24時來實現。這種步進式固化可以使用，使得襯底不被過度固化，這是因為過度固化會導致襯底脆化或以其它方式惡化，這可能導致在過程中部件故障、報廢或其組合。在該實施例中，在固化工位318處執行“光”或“輕型(baby)”固化以將第一圖案保持在適當的位置，使得第二圖案能夠被印刷然后兩個圖案被固化以完成墨中的催化化合物例如有機金屬的離解。繼固化之后，襯底可以在塊512處以與上文所討論在圖4中在塊408處的非電解鍍覆類似的形式被鍍覆。然后，鍍覆襯底可能經歷在塊514處的另一次清潔、在塊516處的干燥和在塊518處的鈍化，這些塊可類似于圖4中的塊410、塊412和塊414。
[0048]雖然已經示出并且描述了本發明的示例性實施例，但是在不脫離的本發明的精神和教導的情況下，本領域的技術人員可以做出對示例性實施例的變型。本文所描述的實施例和所提供的實例僅是示例性的并且不旨在為限制性的。本文所公開實例的許多變體和變型是可能的且在本發明的范圍內。對應地，保護的范圍并不受到上文闡述的說明書的限制，而是僅受到所附的權利要求的限制，并且該范圍包括權利要求的主題內容的所有等價物。
【權利要求】
1.一種柔版印刷RFID天線的方法，包括: 在襯底的第一側面上印刷第一天線環路陣列，其中印刷所述第一天線環路陣列包括使用墨和第一柔性母版，其中所述墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑，其中所述催化劑的濃度從1￥1:%至20wt%,并且其中所述催化劑包括多個有機金屬顆粒； 通過使所述催化劑在所述墨中離解來固化所述襯底。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括將第二天線環路陣列印刷在所述襯底的第二側面上，其中，印刷所述第二天線環路陣列包括使用所述墨和第二柔性母版。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一天線環路陣列包括單個天線環路，并且其中，所述第二天線環路陣列包括多個天線環路。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒的直徑在10nm-500nm之間。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述催化劑的濃度在lwt%-5wt%之間。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒是有機金屬醋酸鹽類，所述有機金屬醋酸鹽類包括醋酸鹽鈀、醋酸鹽銠、醋酸鹽鉬、醋酸鹽銅、醋酸鹽鎳或其組合中的一種。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒是有機金屬草酸鹽，所述有機金屬草酸鹽包括草酸鈀、草酸銠、草酸鉬、草酸銅、草酸鎳或其組合中的一種。
8.根據權利要求1所述的方法，進一步包括通過使用非電解鍍覆來鍍覆所述襯底，其中，導電材料沉積在所述第一天線環路陣列和所述第二天線環路陣列上。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述導電材料包括銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、或其合金及組合。
10.根據權利要求2所述的方法，進一步包括同時固化所述第一天線環路陣列和所述第二天線環路陣列。
11.根據權利要求2所述的方法，其中，同時印刷所述第一天線環路陣列和所述第二天線環路陣列。
12.—種柔版印刷RFID天線的方法，包括: 通過使用墨和第一柔性母版將第一天線環路陣列印刷在襯底的第一側面上； 部分地固化所述第一天線環路陣列； 通過使用墨和第二柔性母版將第二天線環路陣列印刷在所述襯底的第二側面上；和 完全固化所述第二天線環路陣列； 其中，所述墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑，其中，所述催化劑的濃度在6%以下，并且其中，所述催化劑包括多個有機金屬顆粒。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒中的每個顆粒的直徑為 10nm-500nm。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒是醋酸鹽類，并且是醋酸鹽鈀、醋酸鹽銠、醋酸鹽鉬、醋酸鹽銅、醋酸鹽鎳或其組合中的一種。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個有機金屬顆粒是草酸鹽，并且是草酸鈀、草酸銠、草酸鉬、草酸銅、草酸鎳或其組合中的一種。
16.根據權利要求12所述的方法，進一步包括通過使用非電解鍍覆來鍍覆所述襯底，其中，將導電材料沉積在第一印刷圖案和第二印刷圖案上，并且其中，所述導電材料包括銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、或其合金及組合。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，所述第一天線環路陣列和所述第二天線環路陣列在鍍覆之后具有0.005微歐姆每平方至約500歐姆每平方的電阻率。
18.—種印刷高分辨率導電圖案的方法，包括: 通過使用第一柔性母版和墨將包括第一多條線的第一圖案柔版印刷在第一襯底上，所述墨包括丙烯酸單體樹脂和催化劑； 通過使用第二柔性母版和所述墨來柔版印刷包括第二多條線的第二圖案，其中，所述第一多條線中的每條線和所述第二多條線中的每條線的寬度是I微米-25微米；和 固化所述第一圖案和所述第二圖案。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述第一圖案和所述第二圖案在固化之后具有0.005微歐姆每平方至約500歐姆每平方的電阻率。
20.根據權利要求18所述的方法，其中，所述催化劑是鈀、銅、有機金屬醋酸鹽類、有機金屬草酸鹽或其組合中的一種。
21.根據權利要求18所述的方法，其中，所述催化劑在所述墨中的濃度在Iwt% -20wt%之間。
22.根據權利要求18所述的方法，其中，所述催化劑在所述墨中的濃度在Iwt%-5wt%之間。
23.根據權利要求18所述的方法，其中，所述催化劑是有機金屬草酸鹽，并且所述有機金屬草酸鹽是草酸鈀、草酸銠、草酸鉬、草酸銅、草酸鎳或其組合中的一種。
24.根據權利要求18所述的方法，其中，所述催化劑是有機金屬醋酸鹽類，并且所述有機金屬醋酸鹽類是醋酸鹽鈀、醋酸鹽銠、醋酸鹽鉬、醋酸鹽銅、醋酸鹽鎳或其組合中的一種。
25.根據權利要求18所述的方法，進一步包括通過將導電材料沉積在第一印刷圖案和第二印刷圖案上來進行非電解鍍覆，其中，所述導電材料包括銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、或其合金及組合。
26.根據權利要求18所述的方法，其中，柔版印刷所述第二圖案包括: 將所述第二圖案柔版印刷在第二襯底上；或者 將所述第二圖案柔版印刷在所述第一襯底的與所述第一圖案相反的一個側面上；或者 與所述第一圖案相鄰地將所述第二圖案柔版印刷在所述第一襯底上。
【文檔編號】G06K17/00GK104412451SQ201380024719
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年5月11日
【發明者】艾德·S·拉馬克里斯南, 金丹良 申請人:尤尼皮克塞爾顯示器有限公司