CN105244076B - 一种环保型、低填充量导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型、低填充量导电银浆，包括下述质量百分比的各原料组分：银粉10~25%，树脂7.6~12%，增稠剂0.1~2%，添加剂1.2~2.5%，稀释剂64~74%。本发明大幅度降低了银粉的含量，从而降低了生产成本，且减少了VOC的排放，具有一定的环境友好性。本发明还公开了一种环保型、低填充量导电银浆的制备方法，本发明制备方法简单，操作安全方便，制备的导电银浆可广泛应用于薄膜开关，智能包装，电子、电路等生产领域。

Description

一种环保型、低填充量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，尤其涉及一种环保型、低填充量导电银浆及其制备方法。

背景技术

电子浆料是依托材料、化工、电子、冶金等多学科专业技术而形成的功能材料，是混合集成电路、石英晶体谐振器、发光二极管、电容器、薄膜开关、显示器、以及其它电子元器件等的基础材料。

银粉因其优良的导电性和稳定的化学性质而被作为导电填料广泛地应用于电子浆料行业。当前，微电子行业正处于高速发展阶段，对银等贵金属的需求日益旺盛，导电银浆中大量的银粉填充，导致导电银浆的成本逐步上升，所以开发出一种较低成本的导电银浆，以满足市场的迫切需求已经成为科学界和工业界都非常关心的问题。

为了降低成本，有科研人员利用镀银铜粉或其它贱金属粉末来代替纯银粉作为导电填料以节省成本，如申请号为201310294279.4的发明专利公开了一种低银含量复合导电银浆及其制备方法，包括5-15份镀银铜粉，30-50份镀银玻璃粉，5-15份高分子树脂，20-40份有机溶剂，1-5份其他添加剂，通过采用镀银铜粉和镀银玻璃粉取代纯银粉，降低了银浆的生产成本，但是这种替代措施存在工艺复杂、易氧化、可靠性差、不易加工等问题。

目前，环保已经成为全世界人民共同关注的话题，各个国家的各行各业都越来越重视环保问题。欧盟国家分别于2006年和2008年颁布实施了《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》（RoHS）和《报废电子电器设备指令》（WEEE），明确限制进入欧盟国家的电子电气产品中各种有害物质的含量。我国在2013年也出台了《大气污染防治行动计划》，提出今后将严格控制溶剂型涂料的使用，以减少挥发性有机化合物（VOC）的排放量。因此，如何在保持高导电性能的同时降低银粉在导电浆料中的含量，且保证导电浆料的环保性已经成为目前的研究热点问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环保型、低填充量导电银浆及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种环保型、低填充量导电银浆，包括下述质量百分比的各原料组分：

银粉10~25%，

树脂7.6~12%，

增稠剂0.1~2%，

添加剂1.2~2.5%，

稀释剂64~74%。

所述银粉为表面光滑的片状银粉。

所述片状银粉的平均粒径为5~15μm，厚度为50~100nm。

所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。

所述增稠剂为醋酸丁酸纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、甲基纤维素、疏水改性纤维素、有机膨润土、聚氨酯中的一种或两种。

所述添加剂为二元酸、多元醇、三乙胺、硅烷偶联剂中的一种或两种。

所述稀释剂为乙醇、异丙醇、二价酸酯中的一种或两种。

不同的添加剂、增稠剂和稀释剂的搭配适用于不同的基底材料，对银浆的导电性能、印刷性能和对基底的附着力存在一定的影响，在实际工作中针对不同的需求，适当调整这些添加剂的搭配即可。

本发明中，以纳米级厚度片状银粉为导电填料，水性树脂为粘结剂，添加辅料制成导电银浆，片状银粉可在浆料中进行定向排列，提高浆料导电性的同时，可以大幅度降低银粉含量，从而降低生产成本，有利于减少不可再生资源的消耗；水性树脂及增稠剂、添加剂和稀释剂等环保型溶剂的加入有利于减少VOC排放，具有一定的环境友好性。

一种环保型、低填充量导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

S1：将树脂和部分稀释剂以质量比为6：9~14混合，35~45℃恒温放置24~72h且每隔0.5~1h搅拌一次，得初步有机载体；本发明不对此搅拌速率进行限定，间隔搅拌是为了使树脂在稀释剂中均匀分布，否则因为树脂黏度较高，会在稀释剂中形成结块的现象。

S2：将增稠剂加入到步骤S1中得到的初步有机载体中，搅拌15~25min，得均匀有机载体；

S3：将添加剂和剩下的稀释剂加入到银粉中，超声分散0.5~1h，得银粉混合体系；

S4：将步骤S3中得到的银粉混合体系分成5~10份，分次加入到步骤S2中的均匀有机载体中，搅拌0.5~1h，得导电银浆。

银粉能否在浆料中实现定向排列，是决定导电浆料导电性能的一个重要因素。本发明的分步操作，是为了达到使银粉在浆料体系中进行均匀、定向排列的目的。树脂要先与部分稀释剂混合是因为树脂大部分为粉末状，而最终产品是浆料，故先将树脂制备成液体状态有利于后续浆料的配制。S3中将稀释剂加入银粉中的目的也是为了使银粉先形成一个均匀分散的体系；而此步骤中加入添加剂的目的是因为制备出的银粉表面通常会存在少量树脂等杂质，加入添加剂的目的是为了去除银粉表面的杂质，提高产品导电性能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明制备的导电银浆，可通过调节导电填料的加入量来满足不同生产领域对浆料导电性能的要求，可以很好的满足业界对高导电性能产品的要求，极大的降低生产成本，减少不可再生资源的消耗，同时，本发明中使用的溶剂及树脂均为环保型，极大的减少了VOC的排放，有利于环境保护；

2. 本发明制备方法简单，操作安全方便，制备的导电银浆可广泛应用于薄膜开关，智能包装，电子、电路等生产领域。

附图说明

图1为导电浆料用银粉的激光粒度分布图；

图2为导电浆料用银粉的侧边SEM图；

图3为导电浆料在PET基底上印刷形成的导电膜层。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步阐述。

如图1所示，为导电浆料用银粉的激光粒度分布图，由图1可见实施例1用银粉（样品1）的d ₁₀、d ₅₀和d ₉₀分别为2.8μm、5.0μm和9.0μm；实施例2用银粉（样品2）的d ₁₀、d ₅₀和d ₉₀分别为7.8μm、15.0μm和30.0μm。如图2所示，为导电浆料用银粉的侧边SEM图；如图3所示，为导电浆料在PET基底上印刷形成的导电膜层。

实施例1

一种环保型、低填充量导电银浆，包括下述质量百分比的各原料组分：

银粉10%；

树脂12%；

增稠剂2%；

添加剂2%；

稀释剂74%；

所述银粉为表面光滑的片状银粉，其平均粒径为5μm，厚度为50nm，所述树脂为酚醛树脂，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述添加剂为丙二酸，所述稀释剂为二价酸酯。

导电银浆的制备方法包括如下步骤：

S1：将全部树脂和部分稀释剂以质量比为6：9的质量比混合，即12wt%的树脂和18wt%的稀释剂混合，35℃恒温放置24h且每隔0.5h搅拌一次，得初步有机载体；

S2：将全部增稠剂加入到步骤S1中的初步有机载体中，搅拌15min，得均匀有机载体；

S3：将添加剂和剩余的稀释剂加入到银粉中，超声分散0.5h，得银粉混合体系；

S4：将银粉混合体系分成5份，分次加入到均匀有机载体中，搅拌0.5h，得导电银浆。

将上述制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为 3.4×10^-4 Ω∙cm。

实施例2

一种环保型、低填充量导电银浆，包括下述质量百分比的各原料组分：

银粉25%；

树脂8.6%；

增稠剂0.1%；

添加剂1.2%；

稀释剂65.1%；

所述银粉为表面光滑的片状银粉，其平均粒径为15μm，厚度为100nm，所述树脂为聚氨酯树脂，所述增稠剂为甲基羟丙基纤维素，所述添加剂为丙二醇，所述稀释剂为异丙醇。

导电银浆的制备方法包括如下步骤：

S1：将树脂和部分稀释剂以质量比为6:14混合，45℃恒温放置72h且每隔1h搅拌一次，得初步有机载体；

S2：将增稠剂加入到步骤S1中的初步有机载体中，搅拌25min，得均匀有机载体；

S3：将添加剂和剩下的稀释剂加入到银粉中，超声分散1h，得到银粉混合体系；

S4：将银粉混合体系分成10份，分次加入到均匀有机载体中，搅拌1h，得导电银浆。

将上述制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为8.6×10^-5 Ω∙cm。

实施例3

一种环保型、低填充量导电银浆，包括下述质量百分比的各原料组分：

银粉17.5%；

树脂10%；

增稠剂1.1%；

添加剂1.9%；

稀释剂69.5%；

所述银粉为表面光滑的片状银粉，其平均粒径为10μm，厚度为75nm，所述树脂为酚醛树脂和聚氨酯树脂，两者质量比为8:2，所述增稠剂为醋酸丁酸纤维素和甲基纤维素，两者质量比为3:7，所述添加剂为硅烷偶联剂和丙二酸，二者的质量比为1:1，所述稀释剂为乙醇和二价酸酯，二者的质量比为3:7。

导电银浆的制备方法包括如下步骤：

S1：将树脂和部分稀释剂以质量比为6:12混合，40℃恒温放置48h且每隔1h搅拌一次，得初步有机载体；

S2：将增稠剂加入到步骤S1中的初步有机载体中，搅拌20min，得均匀有机载体；

S3：将添加剂和剩下的稀释剂加入到银粉中，超声分散1h，得到银粉混合体系；

S4：将银粉混合体系分成8份，分次加入到均匀有机载体中，搅拌1h，得导电银浆。

将上述制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为1.0×10^-4 Ω∙cm。

对比例1

除了银粉的厚度为150nm外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为 1.9×10^-3 Ω∙cm。

对比例2

除了银粉的平均粒径为25μm外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为 5.1×10^-4 Ω∙cm。

对比例3

除了银粉12%、树脂12%、增稠剂2%、稀释剂74%外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为 6.1×10^-4 Ω∙cm。添加剂的加入可以去除银粉表面残留的有机物及其它杂质，使浆料中的银粉能够更加紧密的接触，有助于提高银浆的导电性能。本例中取消了添加剂的加入将会降低银浆的导电性能。

对比例4

除了银粉12%、树脂12%、添加剂2%、稀释剂74%外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为8.9×10^-4 Ω∙cm。取消增稠剂将降低银浆的粘度，从而影响银浆的流变性能，使得银浆的流动度增大，并最终影响银浆在基底材料上的印刷，导致印刷图案分辨率低、导电膜层的导电性能下降。

对比例5

除了步骤S1中，树脂与全部稀释剂混合外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为4.5×10^-4 Ω∙cm。

对比例6

除了步骤S4中，银粉混合体系一次性加入均匀有机载体中外，其它条件同实施例1；

将制备的导电银浆涂于PET基底上形成1cm×5cm的导电膜层，在120 ℃烘箱中固化1 h后，测得体电阻率为4.0×10^-4 Ω∙cm。

Claims (3)

1.一种环保型、低填充量导电银浆，其特征在于，包括下述质量百分比的各原料组分：

银粉10~17.5%，

树脂7.6~12%，

增稠剂0.1~2%，

添加剂1.2~2.5%，

稀释剂69.5~74%；

所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或两种；

所述增稠剂为醋酸丁酸纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、甲基纤维素、疏水改性纤维素、有机膨润土、聚氨酯中的一种或两种；

所述添加剂为二元酸、多元醇、三乙胺、硅烷偶联剂中的一种或两种；

所述稀释剂为乙醇、异丙醇、二价酸酯中的一种或两种；

所述银浆通过如下方法制备：

S1：将树脂和部分稀释剂以质量比为6：9~14混合，35~45℃恒温放置24~72h且每隔0.5~1h搅拌一次，得初步有机载体；

S2：将增稠剂加入到步骤S1中得到的初步有机载体中，搅拌15~25min，得均匀有机载体；

S3：将添加剂和剩下的稀释剂加入到银粉中，超声分散0.5~1h，得银粉混合体系；

S4：将步骤S3中得到的银粉混合体系分成5~10份，分次加入到步骤S2中的均匀有机载体中，搅拌0.5~1h，得导电银浆。

2.根据权利要求1所述的环保型、低填充量导电银浆，其特征在于，所述银粉为表面光滑的片状银粉。

3.根据权利要求2所述的环保型、低填充量导电银浆，其特征在于，所述片状银粉的平均粒径为5~15μm，厚度为50~100nm。