C - Chemistry – Metallurgy – 09 – D
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
09
D
C09D 11/02 (2006.01) B81C 99/00 (2010.01) G01Q 80/00 (2010.01) B05D 1/26 (2006.01) B41J 2/005 (2006.01) G02F 1/13 (2006.01) G03F 1/00 (2006.01) H01L 29/786 (2006.01) H05K 3/00 (2006.01)
Patent
CA 2557472
A new, low temperature method for directly writing conductive metal traces with micron and sub-micron sized features. In this method, a flat beam is used, such as an AFM cantilever, with or without a tip, to draw traces of metal precursor ink onto a substrate. The dimensions of the metal traces can be directly controlled by the geometry of the cantilever, so that one can controllably deposit traces from 1 micron to over 100 microns wide with microfabricated cantilevers. Cantilevers with sharp tips can be used to further shrink the minimum features sizes to sub-micron scale. The height of the features can be increased by building layers of similar or different material. To obtain highly conductive and robust patterns with this deposition method, two general ink formulation strategies were designed. The key component of both ink systems is nanoparticles with diameters less than 100 nm. Because nanoparticles typically have significantly lower melting points than the bulk material, one can fuse, sinter, or coalesce collections of discrete particles into continuous (poly)crystalline films at very low temperatures (less than about 300 ~C, and as low as about 120 ~C). In the first strategy, one can disperse hydrocarbon-capped nanoparticles in a suitable solvent, deposit them on a surface in the form of a pattern, and then anneal the film by heating to form continuous metallic patterns. In the second strategy, one can deliver metal compounds to the surface in the presence of a reducing matrix and then form nanoparticles in situ by heating that subsequently coalesce to form continuous metallic patterns. In studies with platinum and gold inks, both nanoparticle-based methods yield micron sized traces on glass and oxidized silicon that have low resistivity (4 microohm.cm), and excellent adhesion properties.
La présente invention concerne un nouveau procédé effectué à basse température d'écriture directe de traces de métalliques conductrices présentant des caractéristiques d'une taille de l'ordre du micron ou inférieure au micron. Dans ce procédé, on utilise un bras plat tel qu'un élément en porte-à-faux AFM, pourvu ou non d'une pointe, pour former des traces d'encre de précurseur de métal sur un substrat. Les dimensions des traces métalliques peuvent être directement commandées par la géométrie de l'élément en porte-à-faux, de sorte qu'il soit possible de déposer de manière commandée des traces dont la largeur peut varier de 1 micron à plus de 100 microns, avec les éléments en porte-à-faux microfabriqués. On peut utiliser des éléments en porte-à-faux dotés d'extrémités pointues pour réduire plus encore la dimension minimum des caractéristiques à l'échelle submicronique. La hauteur des caractéristiques peut être augmentée par la formation de couches de matière similaire ou différente. Pour former des motifs solides et hautement conducteurs avec ce procédé de dépôt, on a mis au point deux stratégies globales de formulation d'encre. Le constituant clé des deux systèmes d'encre est formé par des nanoparticules d'un diamètre inférieur à 100 nm. Etant donné que ces nanoparticules présentent spécifiquement des points de fusion significativement inférieurs au point de fusion du matériau en vrac, il est possible de fondre, de fritter ou de coalescer des groupes de particules discrètes sous forme de films (poly)cristallins continus à des températures très basses (inférieures à environ 300 ·C et inférieures à environ 120·C). Dans la première stratégie, on peut disperser des nanoparticules à coiffe hydrocarbure dans un solvant approprié, les déposer sur une surface sous forme d'un motif puis recuire le film par chauffage pour former des motifs métalliques continus. Dans la deuxième stratégie, on peut apporter des composés métalliques sur la surface en présence d'une matrice réductrice puis former des nanoparticules in situ par chauffage, lesdites nanoparticules subissant ensuite la coalescence pour former des motifs métalliques continus. Dans des études réalisées avec des encres à base de platine et d'or, on obtient avec les deux procédés utilisant des nanoparticules, des traces de la taille du micron sur du verre et du silicium oxydé qui ont une faible résistivité (4 microohm.cm) et d'excellentes propriétés d'adhésion.
Amro Nabil
Bussan John
Cruchon-Dupeyrat Sylvain
Demers Linette
Disawal Sandeep
Bereskin & Parr Llp/s.e.n.c.r.l.,s.r.l.
Nanoink Inc.
LandOfFree
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