CN103094662B - 低温固化环保导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温固化环保导电银浆及其制备方法，导电银浆包括如下重量百分含量的组分：金属银粉45~70wt%、高分子树脂8~13wt%、添加剂2~7wt%、混合溶剂20~35wt%，上述组分含量的总和为100%；所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的混合物，二者的重量比为1:1-2。制备方法包括有机载体的制备、银浆的制备及银浆的均化。本发明的导电银浆质量稳定、电阻小、浆料毒性小、成本低。

Description

低温固化环保导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子材料领域，特别是涉及一种低温固化环保导电银浆及其制备方法。

背景技术

随着电子产业的蓬勃发展，电子类产品及与之相关的导电浆料（导电银浆）更加广泛的应用于电脑、手机键盘、薄膜开关、触摸屏、智能卡、射频识别等领域。

通常低温固化导电银浆是由金属银粉、高分子有机聚合物体系、有机溶剂以及添加剂组成，将上述组分混合均匀配制成粘稠浆体，通过丝网印刷工艺制成相应电路图形后，在150℃的温度下进行固化，得到与基材附着良好的线路导线。

目前，低温固化导电银浆主要存在印刷银浆质量不稳定、电阻偏大、浆料毒性大、成本高等问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种低温固化环保导电银浆。

具体的技术方案如下：

一种低温固化环保导电银浆，包括如下重量百分含量的组分：

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的混合物，二者的重量比为1:1-2。

在其中一些实施例中，所述低温固化环保导电银浆包括如下重量百分含量的组分：

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的混合物，二者的重量比为1:2。

在其中一些实施例中，所述低温固化环保导电银浆包括如下重量百分含量的组分：

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的混合物，二者的重量比为1:2。

在其中一些实施例中，所述金属银粉为片状银粉，其颗粒粒径为1.5-2.5μm，松装密度为0.8-2.0g/ml。

在其中一些实施例中，所述高分子树脂为聚醋酸乙烯酯、聚酰胺或两者任意比例的混合物。

在其中一些实施例中，所述添加剂为蓖麻油、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、正丁醇中的一种或几种。

本发明的另一目的是提供上述导电银浆的制备方法。

具体的技术方案如下：

上述低温固化环保导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

（1）有机载体的制备：将高分子树脂加入混合溶剂中，搅拌均匀置于恒温箱中，温度控制在80±1℃，待高分子树脂完全溶解后取出，加入添加剂，搅拌、过滤去除杂质，即得有机载体；

（2）将金属银粉加入步骤（1）得到的有机载体，球磨机中混合分散得到均匀的浆体；

（3）将步骤（2）得到的浆体进行真空脱泡后，在三辊轧机中扎磨2-4次，即得所述低温固化环保导电银浆。

在其中一些实施例中，步骤（1）中，所述有机载体的粘度为2500-8000厘泊。

在其中一些实施例中，步骤（3）中，真空脱泡的真空度为0.08-0.12MPa，脱泡时间为3-10分钟。

本发明的优点是：

1、通过对混合溶剂比例的调整，来解决印刷工艺中存在的挥发速度快、浆料粘度不一致、浆料毒性大等问题。

本发明所用溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE混合物，其中，二乙二醇乙醚醋酸酯为无色透明、微毒有机溶剂；DBE亦称为尼龙酸二甲酯，为无色、无味、无毒、能够通过生物降解的环保型高沸点溶剂。

现有技术中普遍使用的溶剂多为异佛尔酮、环已酮、甲基异丁醇等，其中，异佛尔酮为黄色带有刺激性气味的液体，该物质对人体的危害是对粘膜、皮肤具有强刺激性，有致癌可能性；环已酮为浅黄色具有强烈刺激性气味的液体，易燃、易挥发，该物质对人体的危害是具有麻醉和刺激作用，可急性中毒：主要表现有眼、鼻、喉粘膜刺激症状和头晕、胸闷、全身无力等症状，重者可出现休克、昏迷、四肢抽搐、肺水肿，最后因呼吸衰竭而死亡；甲基异丁醇是无色透明具有刺激性气味的液体，易燃、易爆，该物质对人体的危害是较高浓度蒸气对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道具有刺激作用，还可引起食欲减退和体重减轻。

由此可见，DBE和二乙二醇乙醚醋酸酯与异佛尔酮、环已酮、甲基异丁醇等溶剂相比，更加安全与环保。

2、通过真空脱泡处理，可以解决因印刷电阻偏大、固化后导电层容易产生针孔等问题。

银浆在混合、搅拌过程中极易产生气泡，气泡的存在会使银浆在印刷过程中产生较大空洞，从而造成阻值偏大以及固化后导电层容易产生针孔等缺陷。

现有技术中通常是通过添加消泡剂，来去除浆料中的气泡，该方式存在如下缺点：⑴浆料配方较为复杂，配制步骤较为繁琐⑵除泡效果不稳定⑶浆料使用工艺范围较窄。

本发明采用真空脱泡去除气泡，具有如下优势：⑴操作简单⑵除泡效果好⑶浆料使用工艺范围宽。

3、添加剂的作用：增加浆料塑性以及流平性能。

4、通过对银粉形状及含量的控制，解决浆料成本高的问题。

银浆的导电性能主要取决于浆料中银的含量与银粉的形状，银的含量越高银浆导电性能越好，但如果银粉的含量过高将会影响到银浆的流变性，不利于银浆的印刷；片状银粉的导电性能比球形的要好，因为片状银粉的比表面积比球状的要大，而且片状银粉印刷后成层状分布，银粉颗粒之间的连接紧密，固化成膜后电阻较小，球状银粉银颗粒之间的空隙较大，固化成膜后电阻较大，如果要达到相同的电阻，球状银粉的添加量要大于片状银粉的量，这将会加大配制银浆的成本（银浆的主要成本取决于银粉的含量）。所以，通过调整片状银粉的含量达到降低银浆成本的目的。

附图说明

图1为溶剂挥发曲线图；

图2为粘度变化曲线图。

具体实施方式

本发明实施例所使用的原料如下：

金属银粉购自：上虞长丰贵金属有限公司；

聚醋酸乙烯酯购自：扬州捷鑫化工贸易有限公司；

聚酰胺树脂购自：无锡市海富欣化工有限公司；

DBE购自：新典化学材料（上海）有限公司；

二乙二醇乙醚醋酸酯购自：南京市九峰化工有限公司；

邻苯二甲酸二丁酯购自：江苏泰兴东宇化工有限公司；

甲基硅油购自：佛山市盈智有机硅材料有限公司；

蓖麻油购自：青岛市通凯化工有限公司；

一种低温固化环保导电银浆，包括如下重量百分含量的组分：

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的混合物，二者的重量比为1:1-2。

所述金属银粉为片状银粉，其颗粒粒径为1.5-2.5μm，松装密度为0.8-2.0g/ml。所述高分子树脂为聚醋酸乙烯酯、聚酰胺或两者任意比例的混合物。所述添加剂为蓖麻油、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、正丁醇中的一种或几种。

上述低温固化环保导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

（1）有机载体的制备：将高分子树脂加入混合溶剂中，搅拌均匀置于恒温箱中，温度控制在80±1℃，待高分子树脂完全溶解后取出，加入添加剂，搅拌、过滤去除杂质，即得有机载体；

（2）将金属银粉加入步骤（1）得到的有机载体，球磨机中混合分散得到均匀的浆体；

（3）将步骤（2）得到的浆体进行真空脱泡后，在三辊轧机中扎磨2-4次，即得所述低温固化环保导电银浆。

步骤（1）中，所述有机载体的粘度为2500-8000厘泊。步骤（3）中，真空脱泡的真空度为0.08-0.12MPa，脱泡时间为5分钟。

以下通过实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1

本实施例一种低温固化环保导电银浆，包括如下重量百分比组成：

所述的金属银粉为片状银粉，该银粉的颗粒中粒径为1.5~2.5μm，松装密度0.8~2.0g/ml；所述的高分子树脂为聚醋酸乙烯酯；所述的添加剂为磷酸三丁酯、甲基硅油、正丁醇，三者的重量比为1:0.2:0.5；所述的混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯和DBE的混合物，两者的重量比为1:1。

上述低温固化环保导电银浆的制造方法，包括以下工艺步骤：

⑴有机载体的配制：

分别称取混合溶剂二乙二醇乙醚醋酸酯、DBE（两者的重量比为1:1）35wt%、聚醋酸乙烯酯13wt%，然后，将聚醋酸乙烯酯边搅拌边加入混合溶剂中，搅拌1小时后，放置于恒温箱中，温度控制在80℃±1℃，待聚醋酸乙烯酯完全溶解后，取出，加入添加剂磷酸三丁酯、甲基硅油、正丁醇（三者的重量比为1:0.2:0.5）7wt%，搅拌、过滤去除杂质，测试该有机载体的粘度2500厘泊~8000厘泊；

⑵银浆的配制

称取金属银粉45wt%，加入步骤（1）得到的有机载体，在球磨机（转速为2000rpm)中进行混料与分散，得到混匀的浆体；

⑶银浆的均化

将步骤（2）得到的浆体，置于真空脱泡机中进行真空脱泡，真空度为0.1MPa，脱泡时间为5分钟；将真空脱泡处理后的银浆，在三辊轧机上进行扎磨3次，即得本实施例所述低温固化环保导电银浆，最后将制得的银浆进行包封。

实施例2

本实施例一种低温固化环保导电银浆，包括如下重量百分比组成：

所述的金属银粉为片状银粉，该银粉的颗粒中粒径为1.5~2.5um，松装密度0.8~2.0g/ml；所述的高分子树脂为聚醋酸乙烯酯、聚酰胺树脂，两者的重量比为1:1；所述的添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、蓖麻油，三者的重量比为1:0.4:0.2；所述的混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯和DBE的混合物，两者的重量比为1:2。

上述低温固化环保导电银浆的制造方法，包括以下工艺步骤：

⑴有机载体的配制：

分别称取混合溶剂二乙二醇乙醚醋酸酯、DBE（两者的重量比为1:2）25wt%、高分子树脂聚醋酸乙烯酯、聚酰胺树脂（两者的重量比为1:1）11wt%，然后，将聚醋酸乙烯酯边搅拌边加入混合溶剂中，搅拌1小时后，放置于恒温箱中，温度控制在80℃±1℃，待高分子树脂完全溶解后，取出，加入添加剂添加剂邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、蓖麻油（三者的重量比为1:0.4:0.2）6wt%，搅拌、过滤去除杂质，测试该有机载体的粘度2500厘泊~8000厘泊；

⑵银浆的配制

称取金属银粉58wt%，加入步骤（1）得到的有机载体，在球磨机（转速为2000rpm)中进行混料与分散，得到混匀的浆体；

⑶银浆的均化

将步骤（2）得到的浆体，置于真空脱泡机中进行真空脱泡，真空度为0.08MPa，脱泡时间为5分钟；将真空脱泡处理后的银浆，在三辊轧机上进行扎磨3次，即得本实施例所述低温固化环保导电银浆，最后将制得的银浆进行包封。

实施例3

本实施例一种低温固化环保导电银浆，包括如下重量百分比组成：

所述的金属银粉为片状银粉，该银粉的颗粒中粒径为1.5~2.5um，松装密度0.8~2.0g/ml；所述的高分子树脂为聚醋酸乙烯酯、聚酰胺树脂，两者的重量比为1:1；所述的添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油，两者的重量比为1:0.8；所述的混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯和DBE的混合物，两者的重量比为1:1.5。

上述低温固化环保导电银浆的制造方法，包括以下工艺步骤：

⑴有机载体的配制：

分别称取混合溶剂二乙二醇乙醚醋酸酯、DBE（两者的重量比为1∶1.5）20wt%、高分子树脂聚醋酸乙烯酯、聚酰胺树脂（两者的重量比为1:1）8wt%，然后，将聚醋酸乙烯酯边搅拌边加入混合溶剂中，搅拌1小时后，放置于恒温箱中，温度控制在80℃±1℃，待高分子树脂完全溶解后，取出，加入添加剂添加剂邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油（两者的重量比为1:0.8）2wt%，搅拌、过滤去除杂质，测试该有机载体的粘度2500厘泊~8000厘泊；

⑵银浆的配制

称取金属银粉70wt%，加入步骤（1）得到的有机载体，在球磨机（转速为2000rpm)中进行混料与分散，得到混匀的浆体；

⑶银浆的均化

将步骤（2）得到的浆体，置于真空脱泡机中进行真空脱泡，真空度为0.12MPa，脱泡时间为5分钟；将真空脱泡处理后的银浆，在三辊轧机上进行扎磨3次，即得本实施例所述低温固化环保导电银浆，最后将制得的银浆进行包封。

实施例4：对比应用实验

1、溶剂实验

分别使用异佛尔酮、二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE混合物（二者重量比1:1）、异佛尔酮与DBE混合物（二者的重量比为1:1）作为溶剂，按照实施例1的重量百分比组成配制导电银浆。检测导电银浆的挥发速度和粘度变化，结果请见图1和图2。

从图1结果可知：溶剂的挥发速度依次为：异佛尔酮>异佛尔酮与DBE混合物>二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE混合物；

从图2结果可知：粘度变化依次为：异佛尔酮>异佛尔酮与DBE混合物>二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE混合物。

从图1和图2的结果可知二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE混合物（二者重量比为1:1）的挥发速度最慢、粘度变化最小。

降低溶剂的挥发速度以及粘度变化有如下优点：

1.溶剂的挥发速度慢可以确保所配银浆各组分的相对稳定。

2.在印刷过程中溶剂挥发速度慢，可以确保浆料粘度的相对稳定，使印刷后形成的导电层厚度一致，均匀性好。

各种溶剂的价格比较见表1：

表1溶剂的价格比较

从表1结果可知DBE与二乙二醇乙醚醋酸酯的价格最低，从成本上考虑也是最经济的。

2、银粉试验

实验结果请见表2-4：

表2

表3

表4

从表1-4数据可以看出：

1.随着银粉含量的增加，浆料的体积电阻率会减小，导热系数会变大，剪切强度增强。

2.银浆其它组分（银粉、高分子树脂、添加剂）相同的情况下，混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与DBE的浆料，体积电阻率、导热系数、剪切强度均优于其它溶剂组成。

3.从成本角度考虑，最佳银浆配比应为样品编号6#。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种低温固化环保导电银浆，其特征在于，包括如下重量百分含量的组分：

上述组分含量的总和为100％；

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与尼龙酸二甲酯的混合物，二者的重量比为1:2；

所述金属银粉为片状银粉，其颗粒粒径为1.5-2.5μm，松装密度为0.8-2.0g/ml；

所述高分子树脂为聚醋酸乙烯酯、聚酰胺两者任意比例的混合物；

所述添加剂为蓖麻油、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、正丁醇中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的低温固化环保导电银浆，其特征在于，所述低温固化环保导电银浆包括如下重量百分含量的组分：

所述混合溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯与尼龙酸二甲酯的混合物，二者的重量比为1:2。

3.权利要求1-2任一项所述低温固化环保导电银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)有机载体的制备：将高分子树脂加入混合溶剂中，搅拌均匀置于恒温箱中，温度控制在80±1℃，待高分子树脂完全溶解后取出，加入添加剂，搅拌、过滤去除杂质，即得有机载体；

(2)将金属银粉加入步骤(1)得到的有机载体，球磨机中混合分散得到均匀的浆体；

(3)将步骤(2)得到的浆体进行真空脱泡后，在三辊轧机中扎磨2-4次，即得所述低温固化环保导电银浆。

4.根据权利要求3所述的低温固化环保导电银浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机载体的粘度为2500-8000厘泊。

5.根据权利要求3所述的低温固化环保导电银浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，真空脱泡的真空度为0.08-0.12MPa，脱泡时间为3-10分钟。