CN104464881B - 一种触摸屏用双功能导电银浆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸屏用双功能导电银浆及其制备方法和应用。该款银浆可同时满足丝网细线印刷和激光刻蚀两种触摸屏制备工艺需求。该浆料由质量百分含量如下的各原料组成：60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉，15～20％的有机载体，1～9％的功能助剂以及1～5％的功能填料。浆料的制作方法包括载体的合成以及银浆的制备工艺步骤。本发明制得的导电银浆可以通过中低温固化方式实现对ITO(In₂O₃:SnO₂)薄膜或玻璃基材强力附着，有效避免热应力对ITO薄膜和胶层的破坏，并降低生产能耗；固化银浆电极具有良好的电学性能，银浆电极与ITO层间界面接触电阻低。与传统触膜屏银浆相比，该款银浆有效提升生产效率，丝印线宽稳定、激光刻蚀干净、良品率高，显著降低触摸屏生产成本。

Description

一种触摸屏用双功能导电银浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光电信息材料制备技术领域，更具体地，涉及一种触摸屏用双功能导电银浆及其制备方法和应用。

背景技术

触控屏起源于20世纪70年代，早期多被装于工控计算机、POS机终端等工业或商用设备之中。智能手机的推出，成为触控行业发展的一个里程碑，赋予了使用者更加直接、便捷的操作体验，增加了人机直接互动的亲切感，引发消费者的热烈追捧，同时也开启了触控屏向主流操控界面迈进的征程。电容式触控屏作为应用最广、性能最为突出的触控技术方案，成为支撑行业成长的主要力量。

基于电子浆料技术开发的印刷电子器件，具有可弯曲、轻便宜携、应用范围广等优点；并可通过电子浆料加工的方法制备，从而可以采用成本低廉、工艺简单的制造方法大规模生产，如使用丝网印刷机通过网版印刷的方式在ITO(In₂O₃:SnO₂)表面印刷电子线路。通过丝网印刷方式制备接触电极，是目前广泛使用的技术，可丝网印刷低温固化导电银浆是实现高效低成本光电子器件产业化的关键材料。随着触屏器件向更薄、更轻、多点触控功能发展，对银线电极布线密度提出更高要求，已超出传统丝网印刷技术局限，需要结合紫外激光技术对触摸屏不可视区域进行刻蚀，获得相应区间电极线图形。目前，触摸屏生产过程中，需要根据不同制备工艺采用相宜的银浆种类，其中更换不同批次产品的工序繁琐、生产中材料和工时利用率不高，不利于生产成本的降低。

本发明公开了一种触摸屏用双功能导电银浆及其制备方法和应用。该款银浆可同时满足细线印刷和激光刻蚀两种触摸屏制备工艺需求。与传统触膜屏银浆相比，该款银浆有效提升生产效率，丝印线宽稳定、激光刻蚀干净、良品率高，显著降低触摸屏生产成本。

发明内容

本发明以触摸屏作为应用出口，着眼于丝网印刷和薄膜激光刻蚀工艺异同点，提供一种通过低温固化方式实现与ITO材料良好附着，载流能力强、产品良品率优异的双功能导电银浆及其制备方法。

适用于触摸屏的导电银浆有如下要求：(1)由于ITO材料对温度更加敏感，因此银浆需要在较低温度下实现快速固化，实现对ITO材料的强力附着，达到3M810胶带百格测试要求；(2)固化后的银浆电极需要满足电荷的有效传输，体积电阻率达到～10^-5Ω·cm，同时具有良好的稳定性；(3)为实现银浆的双功能特性，需要对银浆原料综合性能进行平衡，制备出线宽稳定、功能完好的电极线条。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种触摸屏用双功能导电银浆，其特征在于，由质量百分含量如下的各原料组成：60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉，15～20％的有机载体，1～9％的功能助剂以及1～6％的功能填料。

优选的，所述微米级片状银粉的松装密度为1.1-2.0g/cm³，振实密度为3.2-4.6g/cm³,Dmax≤5um，比表面积1.2-2.4cm²/g。

优选的，所述纳米银粉平均粒径≤55nm，体积密度0.4-0.9g/cm³，比表面积30-48m²/g。

优选的，所述的有机载体按如下方法制得：(1)分子量低于600端羟基直链醇聚酯作为结构树脂的单体，在N₂气保护下加热、搅拌,将聚酯和TDI在40～60℃下反应1～1.5小时,加入有机溶剂溶剂,待预聚体溶解后，滴加扩链剂R(OH)_x，并将反应温度升至70～90℃，当体系粘度达到要求值时用醇停止反应，得到一种数均分子量为8000～12000的改性聚氨酯；(2)改性聚氨酯与潜伏型固化剂和稀释剂经高速分散机分散后制备得到有机载体。

优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、叔丁基甲基醚、和二氧六环中的至少一种。

优选的，所述扩链剂为R(OH)₂和R(OH)₃中至少一种，R为2～8个碳原子的饱和直链或支链脂肪族基团。

优选的，所述潜伏型固化剂为封闭型聚异氰酸酯(Desmodur BL)，解封温度为130～150℃，与活性性羟基当量比为1.0～1.8:1。

优选的，所述稀释剂为70#、100#、150#、200#、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇戊酯、二乙二醇、二甘醇单丁醚醋酸酯、丙二醇二甲醚、高沸点溶剂混合二元酸脂(DBE)、松油醇、丙二酸二乙酯、丁基卡必醇醋酸酯和丁基卡必醇中的至少一种。

按照本发明的另一方面，一种触摸屏用双功能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、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；

(2)将(1)制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混合成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆。

优选的，所述功能助剂为BYK-103、BYK-110、BYK-118、BYK-2000、BYK-2001、BYK-2152、BYK-300、BYK-333、BYK-410、BYK-420、BYK-9077、BYK-9097、BYK-9132、P104、P104S、AT203、AT204中的至少一种。

优选的，所述功能填料为导电碳黑和气相二氧化硅中至少一种，平均粒径为5-30nm，比表面积110-1000m²/g。

按照本发明的又一方面，提供了一种触摸屏导电银浆，可同时满足细线印刷和激光刻蚀两种触摸屏制备工艺需求。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.银浆使用寿命长，在连续印刷过程中不易干网，高分辨丝网印刷线细和线距稳定(J-STD-005标准)，浆料固化温度低、固化时间短，银浆固化后拥有绝佳的载流能力，对金属、导电氧化物、陶瓷、玻璃和聚合物的高能表面均具有良好的粘结性，固化后银电极材料温湿抗性好、抗刮擦；

2.感光灵敏度高，激光刻蚀后洁净度高、银浆线条徒直而光滑、图形整齐、边缘热影响区域较小、刻蚀线宽平均值小于30μm、银电极与ITO粘附强度高、银电极线功能性完整，工艺窗口宽容度大；

3.与单一功能性触膜屏银浆相比，本发明将细线印刷和激光刻蚀两种触摸屏制备特点集于一体，银浆综合性能得到平衡，有效提升生产效率，良品率高，可显著降低触摸屏生产成本；

4.本发明银浆可广泛应用到电容、电阻式触摸屏产品上，如：手机、导航仪、电脑笔记本、ATM机等；由于光电子器件普遍采用柔性基底材料，因此本发明银浆具有功能通用性，具有广阔的应用前景，如：薄膜太阳能电池、智能窗户、电容电极、无线射频标签、印刷线路板等光电信息领域。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的双功能银浆J-STD-005印刷标准测试图；

图2是本发明实施例1制得的双功能银浆激光刻蚀测试图；

图3是本发明实施例2制得的双功能银浆J-STD-005印刷标准测试图；

图4是本发明实施例2制得的双功能银浆激光刻蚀测试图；

图5是本发明实施例3制得的双功能银浆J-STD-005印刷标准测试图；

图6是本发明实施例3制得的双功能银浆激光刻蚀测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例的导电浆料由质量百分含量如下的各原料组成：60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉，15～20％的有机载体，1～9％的功能助剂以及1～5％的功能填料。

其中，微米级片状银粉的松装密度为1.1-2.0g/cm³，振实密度为3.2-4.6g/cm³，Dmax≤5um，比表面积1.2-2.4m²/g。纳米银粉平均粒径≤55nm，体积密度0.4-0.9g/cm³，比表面积30-48m²/g。有机载体为改性聚氨酯与潜伏型固化剂制备得到，具体地，改性聚氨酯由端羟基新戊醇聚酯经TDI与R(OH)₂和R(OH)₃中至少一种进行扩链，R为2～8个碳原子的饱和直链或支链脂肪族基团，有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、叔丁基甲基醚、和二氧六环中的至少一种，合成出具有三官能度的聚氨酯改性树脂，数均分子量为8000～12000；潜伏型固化剂为封闭型聚异氰酸酯(Desmodur BL)，解封温度为130～150℃，与活性性羟基当量比为1.0～1.8:1。稀释剂为70#、100#、150#、200#、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇戊酯、二乙二醇、二甘醇单丁醚醋酸酯、丙二醇二甲醚、高沸点溶剂混合二元酸脂(DBE)、松油醇、丙二酸二乙酯、丁基卡必醇醋酸酯和丁基卡必醇中的至少一种。功能助剂为BYK-103、BYK-110、BYK-118、BYK-2000、BYK-2001、BYK-2152、BYK-300、BYK-333、BYK-410、BYK-420、BYK-9077、BYK-9097、BYK-9132、P104、P104S、AT203、AT204中的至少一种。功能填料为导电碳黑和气相二氧化硅中至少一种，平均粒径为5-30nm，比表面积110-1000m²/g。

本发明实施例的导电浆料的制备方法包括如下步骤：

(1)制备有机载体，进一步包括如下步骤：

(1-1)分子量低于600端羟基直链醇聚酯作为结构树脂的单体，在N₂气保护下加热、搅拌,将聚酯和TDI在40～60℃下反应1～1.5小时,加入有机溶剂溶剂,待预聚体溶解后，滴加扩链剂R(OH)_x，并将反应温度升至70～90℃，当体系粘度达到要求值时用醇停止反应，得到一种数均分子量为8000～12000的改性聚氨酯；

(1-2)改性聚氨酯与潜伏型固化剂和稀释剂经高速分散机分散后制备得到有机载体。

(2)制备一种触摸屏用双功能导电银浆，进一步包括如下步骤：将质量百分含量为60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉与有机载体、功能助剂和功能填料混合分散制得导电浆料。具体地，按如下质量百分比称取原料：60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉，15～20％的有机载体，1～9％的功能助剂以及1～5％的功能填料，将有机载体、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；将制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混合成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆，可同时满足细线印刷和激光刻蚀两种触摸屏制备工艺需求。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例，对本发明的导电浆料的制备方法进行详细说明。

实施例1

在N₂气保护下加热、搅拌,将端羟基新戊醇聚酯和TDI在40℃下反应1.25小时,加入四氢呋喃/叔丁基甲基醚(V:V＝3:1),待预聚体溶解后,滴加扩链剂季戊二醇，并将反应温度升至80℃,当体系粘度达到要求值时用醇停止反应，得到一种数均分子量为8000的改性聚氨酯；

潜伏型固化剂封闭型聚异氰酸酯(Desmodur BL)以活性羟基当量比为1:1加入分子量8000改性聚氨酯中，并添加固化剂1wt‰的二月桂酸二丁基锡，和稀释剂DBE/150#(V:V＝7:3)，经高速分散机分散后制备得到有机载体。

按如下质量百分比称取原料：73％松装密度为2.0g/cm³、振实密度为4.6g/cm³、Dmax≤5um、比表面积1.2m²/g的微米级片状银粉，5％平均粒径＜55nm，体积密度0.4g/cm³，比表面积48m²/g的纳米银粉，20％的有机载体，1％的功能助剂BYK2152/BYK333(V:V＝5:3)以及1％平均粒径为5nm，比表面积110±20m²/g的气相二氧化硅；将有机载体、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；将制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混分散成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆。

实施例2

在N₂气保护下加热、搅拌,将端羟基新戊醇聚酯和TDI在50℃下反应1小时,加入四氢呋喃/二甲基甲酰胺(V:V＝2:1),待预聚体溶解后,滴加扩链剂三羟甲基丙烷，并将反应温度升至70℃,当体系粘度达到要求值时用醇停止反应，得到一种数均分子量为10000的改性聚氨酯；

潜伏型固化剂封闭型聚异氰酸酯(Desmodur BL)以活性羟基当量比为1.4:1加入分子量10000改性聚氨酯中，并添加固化剂1wt‰的二月桂酸二丁基锡，和稀释剂DBE/70#(V:V＝7:3)，经高速分散机分散后制备得到有机载体。

按如下质量百分比称取原料：60％松装密度为1.1g/cm³、振实密度为3.2g/cm³、Dmax＜5um、比表面积2.4m²/g的微米级片状银粉，10％平均粒径≤55nm、体积密度0.9g/cm³、比表面积30m²/g的纳米银粉，16％的有机载体，9％的功能助剂BYK9077以及5％平均粒径为30nm，比表面积1000m²/g的导电炭黑；将有机载体、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；将制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混分散成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆。

实施例3

在N₂气保护下加热、搅拌,将端羟基新戊醇聚酯和TDI在60℃下反应1.5小时,加入二甲基甲酰胺,待预聚体溶解后,滴加扩链剂乙二醇和甘二醇，并将反应温度升至90℃,当体系粘度达到要求值时用醇停止反应，得到一种数均分子量为12000的改性聚氨酯；

潜伏型固化剂封闭型聚异氰酸酯(Desmodur BL)以活性羟基当量比为1.8:1加入分子量12000改性聚氨酯中，并添加固化剂1wt‰的二月桂酸二丁基锡，和稀释剂DBE/丙二醇甲醚(V:V＝6:3)，经高速分散机分散后制备得到有机载体。

按如下质量百分比称取原料：65％松装密度为1.5g/cm³、振实密度为3.9g/cm³、Dmax＜5um、比表面积1.9cm²/g的微米级片状银粉，8％平均粒径≤55nm，体积密度0.6g/cm³，比表面积39m²/g的纳米银粉，17％的有机载体，6％的功能助剂BYK-9132/BYK110(V:V＝7:1)以及1％平均粒径为7nm，比表面积380±20m²/g的气相二氧化硅、3％平均粒径为22nm，比表面积510m²/g的导电炭黑；将有机载体、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；将制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混分散成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆。

将上述实施例制备的导电浆料进行性能测试，具体测试方法如下。

(1)电学性能测试

在丙酮擦拭过的有机玻璃板上，通过420目网板，印制0.20×1.50cm导电线条，150℃×30min固化后，用吉时利(Keithley)2400四探针仪测试材料方块电阻值。利用Dektak台阶仪测试线条膜厚，通过传输线模型(TLM)测量界面接触电阻。

(2)附着力及硬度测试

将3M810胶粘带粘着在已固化好的百格测试图形上的试样线条上，按平行及垂直线条方向各粘一条，用高级绘图橡皮用力擦平，放置1分钟后，用力垂直迅速拉脱(10cm/s)胶带，观察胶带和试样线条是否有粘浆料及膜层是否拉脱。

三菱牌高级绘图铅笔HB～4H一组，用不同硬度的铅笔以45°角、2kg压力前推划过已固化的导电带，共五道划痕，再用橡皮擦擦去铅笔痕迹，检查样品表面是否划伤或断线。

(3)印刷分辨率测试

在清洗过的ITO导电玻璃上，利用J-STD-005标准中IPC-A-20塌陷模板，通过500目不锈钢网板，印制不同线宽和间距的导电线条，150℃×30min固化后，测试印刷分辨率。

上述实施例制备的导电浆料的部分测试结果如表1所示。

表1实施例1～3制备的导电浆料的性能指标

由表1可以看出，本发明可以在低温快速固化后，实现对ITO材料的强力附着，达到3M810胶带百格测试要求；银浆拥有较低的电阻，保证了电荷的有效传输，体积电阻率达到～10^-5Ω·cm，同时具有良好的稳定性。丝网印刷测试结果表明，丝印线宽稳定、印刷分辨率高、图形平整；激光刻蚀后洁净度高、银浆线条徒直而光滑、图形整齐、边缘热影响区域较小、刻蚀线宽平均值小于30μm、基板未受到损伤。

本发明导电银浆适用于触摸屏细线印刷和激光刻蚀制造工艺要求，具备双功能特性，电极线条线宽稳定、功能完好，与传统触控屏银浆相比较，简化了工艺步骤，产品良品率得到提升。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种触摸屏用细线印刷和激光刻蚀双功能导电银浆，其特征在于，由质量百分含量如下的各原料组成：60～73％的微米级片状银粉，5～10％的纳米银粉，15～20％的有机载体，1～9％的功能助剂以及1～5％的功能填料，所述微米级片状银粉的松装密度为1.1-2.0g/cm³，振实密度为3.2-4.6g/cm³，粉体中最大颗粒尺寸Dmax≤5μm，比表面积1.2-2.4m²/g，所述纳米银粉平均粒径≤55nm，体积密度0.4-0.9g/cm³，比表面积30-48m²/g，

所述功能助剂为毕克化学BYK-103、BYK-110、BYK-118、BYK-2000、BYK-2001、BYK-2152、BYK-300、BYK-333、BYK-410、BYK-420、BYK-9077、BYK-9097、BYK-9132、BYK-P104、BYK-P104S、ANTI-TERRA-203、ANTI-TERRA-204中的至少一种，

所述功能填料为导电碳黑和气相二氧化硅中至少一种，平均粒径为5-30nm，比表面积110-1000m²/g。

2.根据权利要求1所述的触摸屏用细线印刷和激光刻蚀双功能导电银浆，其特征在于，所述的有机载体按如下方法制得：

(1)分子量低于600端羟基醇聚酯作为结构树脂的单体，在N₂气保护下加热、搅拌，将聚酯和甲苯二异氰酸酯TDI，在40～60℃下反应1～1.5小时，加入有机溶剂，待预聚体溶解后，滴加扩链剂R(OH)_x，并将反应温度升至70～90℃，当体系粘度达到要求值时，用醇停止反应，得到一种数均分子量为8000～12000的改性聚氨酯，合成出具有三官能度的聚氨酯改性树脂；

(2)改性聚氨酯与潜伏型固化剂和稀释剂经高速分散机分散后制备得到有机载体。

3.根据权利要求2所述的触摸屏用细线印刷和激光刻蚀双功能导电银浆，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、叔丁基甲基醚、和二氧六环中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的触摸屏用细线印刷和激光刻蚀双功能导电银浆，其特征在于：所述扩链剂R(OH)_x为R(OH)₂和R(OH)₃中至少一种，R为2～8个碳原子的饱和直链或支链脂肪族基团；

所述潜伏型固化剂为封闭型聚异氰酸酯Desmodur BL，解封温度为130～150℃，与活性羟基当量比为1.0～1.8:1；

所述稀释剂为溶剂油70#、100#、150#、200#、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇戊酯、二乙二醇、二甘醇单丁醚醋酸酯、丙二醇二甲醚、高沸点溶剂混合二元酸脂DBE、松油醇、丙二酸二乙酯、丁基卡必醇醋酸酯和丁基卡必醇中的至少一种。

5.一种如权利要求1所述的触摸屏用细线印刷和激光刻蚀双功能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、功能助剂和功能填料按质量比经砂磨机分散，静置过夜；

(2)将(1)制备的基料与纳米银粉按组成比例经高速分散机预混合成浆，再将微米级片状银粉和预混初浆使用三辊研磨机分散，直到浆料细度小于6μm即可，最后经行星离心搅拌机脱泡后，即得到一种触摸屏用双功能导电银浆。