CN101529532B - 导电层形成用银浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导电图案形成用银浆料，所述银浆料包含：0.1重量％～60重量％的C0～C12脂肪族羧酸银；1重量％～80重量％的银粉；0.1重量％～15重量％的粘合剂；和余量的有机溶剂。本发明的银浆料组合物具有以下优点：与常规金属浆料相比可以生产更加致密的层的微结构；与常规浆料形成的导电图案相比，即使在相对较小的厚度或较小的线宽下也能显示低得多的电阻特性；并且即使不使用昂贵的纳米尺度的金属颗粒也可以在非常低的温度下进行热处理。
Description
技术领域
本发明涉及导电层形成用银浆料。形成的所述导电层可以作为诸如LCD(液晶显示器)和PDP(等离子体显示屏)等平板显示器中的导电图案、触摸屏的电极、平板荧光灯(FFL)背光源的PAD电极、柔性PCB的电极和RFTD天线。
背景技术
用于显示器的导电图案的形成通常包括通过接触或非接触印刷法使用合适的油墨或浆料形成连续图案的步骤，和将其固定在基板上的后处理步骤。在一些情况下，可以采用进一步包括蚀刻步骤的减/加法。
自从Vest，R.W.测试了由MOD材料制成的油墨(IEEE Transactions onComponents，Hybrids and Manufacturing Technology，12(4)，545-549，1987)以来，对于使用MOD材料形成图案的油墨已经进行了大量研究。
此处，MOD(金属有机分解)材料是指在低于金属熔点的温度下分解并金属化的有机金属化合物。
美国专利6878184号(颁发给Kovio，Inc.)披露了一种具有由MOD形成的纳米颗粒和还原剂(例如醛)的油墨的技术。然而，该技术需要严格的反应条件和大量昂贵的MOD材料。此外，形成的纳米颗粒不能提供充分的导电性。
MOD油墨和由悬浮的纳米颗粒制成的油墨的优点在于具有较低的金属化温度。不过，它们的缺点则在于，与块体金属相比需要很高的成本，并且导电性也显著降低。
国际专利WO98-37133号公报(颁布给Kydd等)提出了一种将块体金属的高导电性和MOD材料的较低金属化温度组合在一起的用于丝网印刷油墨的复合组合物，所述复合组合物由MOD材料和颗粒状金属构成。然而，这项专利没有披露其金属化温度低至足以涂布在塑料基板上的印刷油墨。此外，由于MOD材料和颗粒状金属为颗粒形式，因而为制备油墨还需要通过球磨机用介质精细粉碎它们的步骤。通过上述方法制备的油墨对于各种场合的适用性很差，应按照制造商要求使用。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供用于形成具有优异导电性的导电层的银浆料。
本发明的另一目的是提供一种可以经济地制备并且对于各种位置具有高适用性的银浆料。
本发明的又一目的是提供一种通过在较低温度下金属化而形成导电层的银浆料。
技术方案
本发明提供一种导电图案形成用银浆料，所述银浆料包含：0.1重量％～60重量％的C0～C12脂肪族羧酸银；1重量％～80重量％的银粉；0.1重量％～15重量％的粘合剂；和余量的有机溶剂。
脂肪族羧酸银可以是直链或支化的，或者取代有氨基、硝基或羟基。
脂肪族羧酸银优选为全部浆料的0.1重量％～10重量％，最优选0.1重量％～4重量％。脂肪族羧酸银过多会导致成本较高，并妨碍涂覆和金属化过程中浆料的流动，而脂肪族羧酸银过少则会造成导电性较低，并且在涂覆和金属化过程中浆料流动较快。脂肪族羧酸银优选是饱和的，或者具有一个或两个双键。例如，脂肪族羧酸银包括马来酸银、丙二酸银、琥珀酸银、乙酸银、苹果酸银、甲基丙烯酸银、丙酸银、山梨酸银、柠檬酸银、十一碳烯酸银、新癸酸银、油酸银、草酸银、甲酸银、葡糖酸银或者它们的混合物，优选柠檬酸银、草酸银、甲酸银、马来酸银或它们的混合物。
本发明的银浆料可以在280℃以下，优选在80℃～280℃下金属化或热处理。本发明的银浆料可以在低金属化温度的环境下使用。例如，可以在塑料基板上使用。
概括地说，作为粘合剂，可以采用高分子天然或合成化合物。具体而言，可以使用氨基甲酸酯类、丙烯酸类和环氧类粘合剂，而粘合剂的用量通常为浆料的0.1重量％～13重量％，优选为1重量％～13重量％。高于上述范围时导电性变差，而低于上述范围时粘合力变低。可以使用一种液体型或两种液体型氨基甲酸酯类和环氧类热固性粘合剂。
有机溶剂选自由粘度调节用载体、反应性有机溶剂和它们的混合物组成的组。
有机溶剂是具有一个至三个羟基的C1～C4脂肪醇、所述脂肪醇的C2～C8烷基醚或者所述脂肪醇的C2～C8烷基酯，例如丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、萜品醇、泰莰醇(Texanol)、孟烷醇(menthanol)、乙酸异戊酯、甲醇、乙醇和它们的混合物。
反应性有机溶剂不是简单的不活泼的载体，而是具有杂原子P、S、O或N(例如酮基、巯基、羧基、苯胺基、醚基、亚硫酸酯基等)而可与银或羧酸银形成螯合物或络合物的有机溶剂。反应性有机溶剂优选为取代有C1～C6脂肪基(该脂肪基可以取代有一个以上羟基)的胺，或者C1～C16直链或支化的脂肪族硫醇。反应性有机溶剂更优选是甲胺、乙胺、异丙胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，或者含有5～14个碳原子的直链饱和脂肪族硫醇，最优选乙胺。
本发明的银浆料是指悬浮在溶液中的银，其粘度可以根据使用目的来控制。在调节好粘度并加入适当的粘合剂后，这种银浆料可以用于诸如凹版、柔版、丝网、旋转、分配器和胶版印刷等各种印刷方法。用于涂覆的粘度在1cP～70,000cP范围内。在丝网印刷的情况中，粘度为10,000cP～35,000cP，优选为10,000cP～20,000cP。
银粉优选为全部浆料的1重量％～60重量％。银粉具有微米尺度的平均粒径，例如在0.1微米～10微米范围内，最优选在1微米～5微米范围内。银粉优选为片状。
有利效果
本发明的银浆料组合物具有以下优点：与常规金属浆料相比可以生产更加致密的层的微结构；与常规浆料形成的导电图案相比，即使在相对较小的厚度或较小的线宽下也能显示低得多的电阻特性；并且即使不使用昂贵的纳米尺度的金属颗粒也可以在非常低的温度下进行热处理。此外，本发明的银浆料不仅可以应用在玻璃基板上，还可以应用在诸如PET等塑料基板上，特别是应用在用作柔性PCB基板的聚酰亚胺基板上。鉴于成本有效性，所述银浆料还可以用于下一代柔性显示器、触摸屏、柔性PCB或RFID等。
附图说明
图1显示的是由银粉和载体制成的常规银浆料的位于玻璃基板上的导电层的SEM图像；
图2显示的是本发明的银浆料组合物的位于玻璃基板上的导电层的SEM图像。
具体实施方式
下面将参考实施例描述本发明。这些实施例只为说明本发明的目的而提供，不应认为本发明的范围仅限于此。作为银粉，使用的是直径为厚度的50倍大并且平均粒径为3微米的片状银粉。作为粘合剂，使用的是比例为95∶5的Kumho P&B Chemicals Inc.(韩国)制造的KER3001(商品名)环氧类树脂与Aldrich Chemical Co.制造的作为固化剂的2-乙基咪唑的混合物。在实施例中，脂肪族羧酸银的加入量分别为0.4g、0.9g、1.7g和3.4g。基于草酸银或甲酸银，脂肪族羧酸银的纯银分别大约为全部银的0.5重量％、1重量％、2重量％和4重量％。此处所用的银油墨与银溶液同义。
比较例1
通过完全混合60g片状银粉(平均粒径为3微米，约为其厚度的50倍大)、14.38g正萜品醇、2.5g丁基卡必醇乙酸酯和余量的乙醇制备100g浆料组合物。在玻璃基板上涂覆浆料组合物，分别在130℃、200℃和250℃下进行热处理，并使用双探针装置测量其线电阻。其结果如表1中所示。切割涂覆于玻璃基板上并在200℃下热处理的银膜，用于与本发明的浆料得到的银膜比较，使用SEM观察它们的横截面和表面。其结果如图1中所示。
实施例1
将50mmol甲酸溶解在50mL甲醇中。在搅拌的同时，向制备的甲酸溶液中缓缓加入溶解在50mL水中的50mmol NaOH，以形成甲酸钠。向甲酸钠中加入溶解在50mL水中的50mmol硝酸银，然后会迅速形成白色沉淀。用水充分洗涤沉淀，以除去未反应的硝酸银和NaOH，然后过滤，用甲醇再次洗涤残余物，并在室温下干燥，从而制备甲酸银。
将0.4g制备的甲酸银粉、59.7g平均粒径为3μm的片状银粉、14.4g正萜品醇、2.5g丁基卡必醇乙酸酯、4g环氧粘合剂和余量的乙醇放在一起并混合，以制备100g浆料组合物。
将浆料组合物丝网印刷在玻璃基板、PET基板或聚酰亚胺基板上，分别在130℃、200℃和250℃下热处理，并通过使用双探针装置测量线电阻进行表征。独立地，切割涂覆于玻璃基板上的银膜，用于与常规浆料的银膜比较，使用SEM观察它们的横截面和表面。涂覆膜的粘度和经热处理的涂覆膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例2
使用由实施例1制备的甲酸银粉，以与实施例1相同的方式进行实施例2，不同之处在于，使用0.8g甲酸银粉和59.4g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例3
使用由实施例1制备的甲酸银粉，以与实施例1相同的方式进行实施例3，不同之处在于，使用1.7g甲酸银粉和58.8g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例4
使用由实施例1制备的甲酸银粉，以与实施例1相同的方式进行实施例4，不同之处在于，使用3.4g甲酸银粉和57.6g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例5
以与实施例1相同的方式制备草酸银，不同之处在于使用草酸代替甲酸。以与实施例1相同的方式进行实施例5，不同之处在于，使用0.4g由此制备的草酸银粉和59.4g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例6
以与实施例1相同的方式进行实施例6，不同之处在于，使用0.8g草酸银粉和59.4g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表1中。
实施例7
以与实施例5相同的方式进行实施例7，不同之处在于，使用1.7g草酸银粉和58.8g片状银粉。在200℃下热处理的膜的横截面和表面的SEM图像如图2中所示。图2的微结构比图1致密。
实施例8
以与实施例5相同的方式进行实施例8，不同之处在于，使用3.4g草酸银粉和57.6g片状银粉。
实施例9
以与实施例1相同的方式制备柠檬酸银，不同之处在于使用柠檬酸代替甲酸。以与实施例1相同的方式进行实施例9，不同之处在于，使用0.4g由此制备的柠檬酸银粉和59.7g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表2中。
实施例10
以与实施例1相同的方式进行实施例10，不同之处在于，使用0.8g由此制备的柠檬酸银粉和59.4g片状银粉。
实施例11
以与实施例1相同的方式进行实施例11，不同之处在于，使用1.7g由此制备的柠檬酸银粉和58.8g片状银粉。
实施例12
以与实施例1相同的方式进行实施例12，不同之处在于，使用3.4g由此制备的柠檬酸银粉和57.6g片状银粉。
实施例13
以与实施例1相同的方式制备苹果酸银，不同之处在于使用苹果酸代替甲酸。以与实施例1相同的方式进行实施例13，不同之处在于，使用0.4g由此制备的苹果酸银粉和59.7g片状银粉。涂覆膜的粘度和经热处理的膜的粘合力和电阻总结在表2中。
实施例14
以与实施例1相同的方式进行实施例14，不同之处在于，使用0.8g由此制备的苹果酸银粉和59.4g片状银粉。
实施例15
以与实施例1相同的方式进行实施例15，不同之处在于，使用1.7g由此制备的苹果酸银粉和58.8g片状银粉。
实施例16
以与实施例1相同的方式进行实施例16，不同之处在于，使用3.4g由此制备的苹果酸银粉和57.6g片状银粉。
[表1]
[表2]
Claims (8)
1.一种导电层形成用银浆料，所述银浆料包含：0.1重量％～60重量％的C0～C12脂肪族羧酸银；1重量％～80重量％的银粉；0.1重量％～15重量％的粘合剂；和余量的有机溶剂。
2.如权利要求1所述的导电层形成用银浆料，其中，所述银粉的平均粒径为0.1微米～10微米，并且所述脂肪族羧酸银选自由柠檬酸银、草酸银、甲酸银和苹果酸银组成的组。
3.如权利要求1或2所述的导电层形成用银浆料，其中，所述有机溶剂选自由粘度调节用载体、反应性有机溶剂和它们的混合物组成的组。
4.如权利要求3所述的导电层形成用银浆料，其中，所述粘度调节用载体为具有一个至三个羟基的C1～C4脂肪醇，所述具有一个至三个羟基的C1～C4脂肪醇的C2～C8烷基醚，或者所述具有一个至三个羟基的C1～C4脂肪醇的C2～C8烷基酯。
5.如权利要求3所述的导电层形成用银浆料，其中，所述反应性有机溶剂选自由取代有一个以上C1～C6脂肪基的胺和直链或支化的C1～C16脂肪族硫醇组成的组。
6.如权利要求3所述的导电层形成用银浆料，其中，所述反应性有机溶剂选自由甲胺、乙胺、异丙胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和它们的混合物组成的组，并且所述粘度调节用载体选自由丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、萜品醇、泰莰醇、孟烷醇、乙酸异戊酯、甲醇、乙醇和它们的混合物组成的组。
7.如权利要求6所述的导电层形成用银浆料，其中，所述粘合剂是热固性的，占全部的所述浆料的1重量％～13重量％。
8.如权利要求7所述的导电层形成用银浆料，其中，所述银浆料的金属化温度为80℃～280℃。
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