CN105304161B - 低温环保导电银浆及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温环保导电银浆及其制备方法和应用。本发明低温环保导电银浆由片状银粉45‑55％、超细银粉10‑25％、有机载体20‑35％、添加剂2‑10％质量百分比的组分组成。本发明低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性以及与粘结基板间的强附着力性能，扩展了其应用范围。本发明低温环保导电银浆制备方法混料处理工艺条件易控制，对设备要求低，有效保证了本发明低温环保导电银浆性能的稳定性，提高了其生产效率，降低了其生产成本。

Description

低温环保导电银浆及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于微电子连接材料领域，具体涉及一种低温环保导电银浆及其制备方法和该低温环保导电银浆的应用。

背景技术

近年来，随着电子工业的飞速发展，薄膜开关、柔性印刷电路板、电磁屏蔽、电位器、无线射频识别系统、太阳能电池等的需求量在迅速增加，而导电银浆作为制备此类电子元器件的关键功能材料，其发展和应用也受到人们的广泛关注。据分析，仅导电银浆市场而言，每年具有数十亿美元的市场规模。在信息产业的高速发展进程中，浆料作为一种关键材料有着重要的地位。高性能、低成本不但能大大地提高产品的竞争力，同时也是电子浆料发展的必然趋势。

随着微电子元器件技术的发展，对于制备电极用的厚膜电子银电子浆料的要求是：导电性好；浆料印刷细线化；烧结或干燥温度越低越好；浆料成本低；附着力要高；耐磨性好；不含铅等有害元素，符合环保要求等。

据统计，近年来全国各大电子浆料公司竞相推出自己的银电极导电浆料，其每年的产值都在上亿美元以上，而且这个规模随着电子工业的发展正在呈逐年增长的趋势。

其中，低温固化导电银浆是银浆中的一种，是指固化温度较低的一类银浆，可印刷在玻璃化温度较低且成本低廉的塑料或柔性板上，这类导电银浆应具有优异的导电性、耐弯折性、附着力和一定的硬度，广泛应用于碳膜电位器、圆形(或片状)钽电容器、薄膜开关/柔性电路、导电胶等方面。低温固化导电银浆一般是由金属银粉、高分子树脂粘结相、溶剂及其他助剂在一定机械力作用下混合而成，其导电功能主要靠加入的银粒子提供的自由电子载流子来实现。除了银粉，树脂粘结相也是决定低温导电银浆性能的关键材料，同时决定了导电银浆的柔韧性、硬度、附着力、耐折弯等综合性能。

但是，我国的导电银浆包括低温固化导电银浆大部分仍然依赖于进口，国内生产高质量导电银浆的制备技术仍没有取得重大突破，银浆的性能与国外厂商的产品仍有一定的差距，主要是由于不能解决在烧结或干燥温度较低的条件下，导电银浆与玻璃或其他聚酯材质的基板的附着力不好，成品导电性能较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种低温环保导电银浆及其制备方法和该低温环保导电银浆的应用，以解决现有低温导电银浆导电性能差，且其导电银浆与基板的附着力不好的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种低温环保导电银浆，所述一种低温环保导电银浆由以下质量百分比的组分组成：

根据本发明的另一方面，提供一种低温环保导电银浆的制备方法，包括以下基本步骤：

按照本发明低温环保导电银浆所含的组分称取各组分；

将称取的所述有机载体与所述片状银粉进行第一次混料处理，配制第一混合物；

将称取的所述超细银与所述第一混合物进行第二次混料处理，配制第二混合物；

将称取的所述添加剂与所述第二混合物进行第三次混料处理，配制第三混合物；

将所述第三混合物辊压处理。

根据本发明的又一方面，提供一种低温环保导电银浆的应用。本发明低温环保导电银浆在薄膜开关、柔性印刷电路板、电磁屏蔽、电位器、无线射频识别系统、太阳能电池中的应用。

与现有技术相比，本发明低温环保导电银浆通过复合银粉、有机载体和添加剂组分的协效作用，使得本发明低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性，能够在135℃经40分钟完全固化且固化后的电阻率小于5x10^-7Ω·m。另外，本发明低温环保导电银浆环保，与粘结基板间附着力强。

本发明低温环保导电银浆的制备方法将组分顺序混料处理，使得各组分能够充分分散，并发挥各组分之间的协效作用，保证了本发明低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性以及与粘结基板间的强附着力性能。另外，其混料处理工艺条件易控制，对设备要求低，有效保证了本发明低温环保导电银浆性能的稳定性，提高了其生产效率，降低了其生产成本。

正是由于本发明低温环保导电银浆具有低温固化，高导电性和高粘结性，有效扩展了其应用范围，相应提高了采用本发明低温环保导电银浆的相关产品的性能。

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。

本发明实施例提供一种具有低温固化、高导电性和高粘结性的低温环保导电银浆。在一实施例中，该低温环保导电银浆由以下质量百分比的组分组成：

其中，上述实施例中的两种形态不同的片状银粉和超细银粉进行复配，其中片状银粉能形成稳定的骨架，而超细银粉能够有效穿插于片状银粉之间，从而使得两者发生导电增效作用。因此，在一实施例中，该片状银粉的平均尺寸为1-10μm，优选为2μm。在另一实施例中，该超细银粉的平均粒径为1-50nm，优选为20nm。通过对片状银粉和超细银粉粒径的控制和优化，实现进一步提高导电性能。

上述有机载体作为本发明实施例低温环保导电银浆的载体，使得银粉和添加剂能够有效分散至其中，同时也赋予了本发明实施例低温环保导电银浆固化后的优异物理性能，如赋予优异的柔韧性、硬度、附着力、耐折弯等综合性能。因此，在一实施例中，该有机载体选用聚酯树脂的溶液，其中，所述聚酯树脂的质量百分含量为20～35％。

在进一步实施例中，该有机载体选用聚酯树脂的溶液的溶剂选用丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯中的一种或两种混合物。选用的该溶剂具有多官能团的非公害溶剂，其不仅环保，而且能有效溶解聚酯树脂，并为银粉均匀分散提供了保证。另外还能提供聚酯树脂固化后的柔韧性、硬度、附着力、耐折弯等性能。

上述添加剂能赋予本发明实施例低温环保导电银浆分散稳定和增强银浆与粘结强度等相关性能，因此，在一实施例中，该添加剂所述添加剂包括硅烷偶联剂和腻子粉。以本发明实施例低温环保导电银浆总质量为100％计，所述硅烷偶联剂含量为0.1-0.5％，所述腻子粉含量为0.5-10％。通过添加硅烷偶联剂，其一方面能够对银粉、腻子粉表面处理，使其均匀分散，另外，还能与有机载体具体的如聚酯树脂和腻子粉进行改性，以降低本发明实施例低温环保导电银浆固化的温度，增强其固化后的韧性和强度，同时增强其与粘结基板之间的粘结强度。基于此目的，在一具体实施例中，该硅烷偶联剂选用KH-560、KH550、KH560、KH792中的至少一种。腻子粉选用建筑装饰用腻子粉。

另外，在一实施例中，将本发明实施例低温环保导电银浆中固体物质的粒度为≤10μm。在另一实施例中，将本发明实施例低温环保导电银浆粘度为15～80Pa·s，其中，该粘度是以国标测定为准，如GB/T 17473.5-2008。通过对本发明实施例低温环保导电银浆的黏度和固体物粒径的控制，使得本发明实施例低温环保导电银浆分散体系稳定，导电性能、低温固化性能和粘结强度等性能稳定。

因此，上述各实施例中的低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性，经测定，本发明实施例提供的低温环保导电银浆能够在135℃经40分钟完全固化且固化后的电阻率小于5x10^-7Ω·m。另外，本发明低温环保导电银浆环保，与粘结基板间附着力强。

相应地，在上文所述低温环保导电银浆的基础上，本发明实施例还提供了本发明实施例低温环保导电银浆的一种制备方法。在一实施例中，该低温环保导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

S01：按照本发明低温环保导电银浆所含的组分称取各组分；

S02：将称取的所述有机载体与所述片状银粉进行第一次混料处理，配制第一混合物；

S03：将称取的所述超细银与所述第一混合物进行第二次混料处理，配制第二混合物；

S04：将称取的所述添加剂与所述第二混合物进行第三次混料处理，配制第三混合物；

S05：将所述第三混合物辊压处理。

具体地，上述步骤S01中的低温环保导电银浆组分种类和含量均如上文中的本发明实施例低温环保导电银浆所述，为了节约篇幅，在此不赘述。其中，有机载体为硅烷偶联剂溶液时，其按如下方法配置：

取20～35％的聚酯树脂溶入65～80％的丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯中的一种或两种混合物中恒温加热并搅拌处理至完全溶解得到有机载体。在一实施例中，该恒温加热的温度为50-80℃，在一具体实施例中，该恒温加热的温度为60℃。

上述步骤S02中的第一次混料处理、步骤S03中的第二次混料处理、步骤S04中的第三次混料处理均可以采用常规的浆料混合方式处理，只要是能使得各组分分散均匀即可。如可以是搅拌、超声等方式处理。

上述步骤S05中对第三混合物的辊压处理是为了控制低温环保导电银浆固体物的粒度，在一实施例中，该辊压处理是将第三混合物采用三辊轧机进行2～10遍辊压，直到细度小于10μm为止。

进一步地，在上述步骤S05的辊压处理之后，还包括对辊压处理之后的第三混合物进行粘度的调节的步骤。在一实施例中，通过有机载体含量的微调使辊压处理之后的第三混合物的粘度在15～80Pa·s范围内，最后得到本发明实施例低温环保导电银浆。

因此，上述低温环保导电银浆的制备方法将组分顺序混料处理，使得各组分能够充分分散，并发挥各组分之间的协效作用，保证了本发明实施例低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性以及强附着力性能。而且其混料处理工艺条件易控制，对设备要求低，有效保证了本发明低温环保导电银浆性能的稳定性，提高了其生产效率，降低了其生产成本。

在上文所述的低温环保导电银浆及其制备方法的基础上，正如上文所述的低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性以及强附着力性能，而且环保，因此，有效扩展了其应用范围。在一实施例中，本发明实施例低温环保导电银浆被广泛用于在薄膜开关、柔性印刷电路板、电磁屏蔽、电位器、无线射频识别系统、太阳能电池中，相应提高了采用本发明实施例低温环保导电银浆的相关产品的性能。

以下结合具体优选实施例对本发明低温环保导电银浆及其制备方法进行详细阐述。

实施例1

本实施例提供一种低温环保导电银浆，由有机载体、片状银粉、超细银粉、硅烷偶联剂和腻子粉组成。

其制备方法如下：

S11：称取10g聚酯树脂溶入45g的丙二醇甲醚醋酸酯中，在60℃的温度条件下恒温加热并搅拌至完全溶解，经过滤、冷却得到有机载体；

S12：称取55g平均尺寸为2μm的片状银粉溶入前述28g有机载体中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(1)；称取25g平均粒径为20nm的超细银粉加入到银粉混合体(1)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(2)。

S13：称取0.2g硅烷偶联剂和1.8g腻子粉加入到银粉混合体(2)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到初步银浆。

S14：把上述得到的初步银浆用三辊轧机进行5遍辊轧，直到细度小于10μm为止，然后通过溶剂的微调使银浆的粘度在15～80Pa·s范围内，最后得到银浆成品。

经测试得知，本实施例1提供的低温环保导电银浆的固化温度为130℃，固化时间为40min，电阻率为2.76x10^-7Ω·m，与基板的粘结强度为5B。

实施例2

本实施例提供一种低温环保导电银浆，由有机载体、片状银粉、超细银粉、硅烷偶联剂和腻子粉组成。

其制备方法如下：

S21：称取10g聚酯树脂溶入35g的乙二醇乙醚乙酸酯溶剂中，在60℃的温度条件下恒温加热并搅拌至完全溶解，经过滤、冷却得到有机载体。

S22：称取48g平均尺寸为2μm的片状银粉溶入前述32g有机载体中，用搅拌机充分搅拌至混合均得到银粉混合体(1)；称取18g平均粒径为20nm的超细银粉加入到银粉混合体(1)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(2)。

S23：称取0.1g硅烷偶联剂和1.9g腻子粉加入到银粉混合体(2)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到初步银浆。

S24：把上述得到的初步银浆用三辊轧机进行8遍辊轧，直到细度小于10μm为止，然后通过溶剂的微调使银浆的粘度在15～80Pa·s范围内，最后得到银浆成品。

经测试得知，本实施例3提供的低温环保导电银浆的固化温度为135℃，固化时间为40min，电阻率为4.96x10^-7Ω·m，与基板的粘结强度为5B。

实施例3

本实施例提供一种低温环保导电银浆，由有机载体、片状银粉、超细银粉、硅烷偶联剂和腻子粉组成。

其制备方法如下：

S31：称取10g聚酯树脂溶入25g的丙二醇甲醚醋酸酯和20g乙二醇乙醚乙酸酯的混合溶剂中，在60℃的温度条件下恒温加热并搅拌至完全溶解，经过滤、冷却得到有机载体。

S32：称取50g平均尺寸为2μm的片状银粉溶入前述25.5g有机载体中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(1)；称取18g平均粒径为20nm的超细银粉加入到银粉混合体(1)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(2)；

S33：称取0.3g硅烷偶联剂和6.2g腻子粉加入到银粉混合体(2)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到初步银浆。

S34：把上述得到的初步银浆用三辊轧机进行10遍辊轧，直到细度小于10μm为止，然后通过溶剂的微调使银浆的粘度在15～80Pa·s范围内，最后得到银浆成品。

经测试得知，本实施例2提供的低温环保导电银浆的固化温度为135℃，固化时间为30min，电阻率为4.88x10^-7Ω·m，与基板的粘结强度为5B。

实施例4

本实施例提供一种低温环保导电银浆，由有机载体、片状银粉、超细银粉、硅烷偶联剂和腻子粉组成。

其制备方法如下：

S41：称取10g聚酯树脂溶入35g的丙二醇甲醚醋酸酯和15g乙二醇乙醚乙酸酯的混合溶剂中，在60℃的温度条件下恒温加热并搅拌至完全溶解，经过滤、冷却得到有机载体。

S42：称取48g平均尺寸为2μm的片状银粉溶入前述23g有机载体中，用搅拌机充分搅拌至混合均得到银粉混合体(1)；称取20g平均粒径为20nm的超细银粉加入到银粉混合体(1)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到银粉混合体(2)。

S43：称取0.5g硅烷偶联剂和8.5g腻子粉加入到银粉混合体(2)中，用搅拌机充分搅拌至混合均匀得到初步银浆。

S44：把上述得到的初步银浆用三辊轧机进行8遍辊轧，直到细度小于10μm为止，然后通过溶剂的微调使银浆的粘度在15～80Pa·s范围内，最后得到银浆成品。

经测试得知，本实施例3提供的低温环保导电银浆的固化温度为135℃,固化时间为40min，电阻率为3.36x10^-7Ω·m，与基板的粘结强度为5B。

由上述实施例1-4提供的低温环保导电银浆的相关试验数据可知，本发明实施例提供的低温环保导电银浆具有低温固化和高导电特性，能够在135℃经40分钟完全固化且固化后的电阻率小于5x10^-7Ω·m。另外，本发明低温环保导电银浆与粘结基板间附着力强。

以上是对本发明所提供的低温环保导电银浆及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，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 (6)

1.一种低温环保导电银浆，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：

所述有机载体为聚酯树脂的溶液，其中，所述聚酯树脂的质量百分含量为20～35％，所述聚酯树脂的溶液的溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯中的一种或两种混合物；且所述低温环保导电银浆粘度为15～80Pa·s；所述超细银粉的平均粒径为1-50nm；

所述添加剂包括硅烷偶联剂和腻子粉，以所述低温环保导电银浆总质量为100％计，所述硅烷偶联剂含量为0.1-0.5％，所述腻子粉含量为0.5-10％；

所述硅烷偶联剂选用KH-560、KH550、KH560、KH792中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的低温环保导电银浆，其特征在于：所述片状银粉的平均尺寸为1-10μm。

3.根据权利要求1-2任一所述的低温环保导电银浆，其特征在于：所述低温环保导电银浆中固体物质的粒度为≤10μm。

4.一种低温环保导电银浆的制备方法，包括以下基本步骤：

按照权利要求1-2任一所述的低温环保导电银浆所含的组分称取各组分；

将称取的所述有机载体与所述片状银粉进行第一次混料处理，配制第一混合物；

将称取的所述超细银与所述第一混合物进行第二次混料处理，配制第二混合物；

将称取的所述添加剂与所述第二混合物进行第三次混料处理，配制第三混合物；

将所述第三混合物辊压处理后将经所述辊压处理后的所述第三混合物的黏度调整至15～80Pa·s。

5.权利要求4所述的低温环保导电银浆的制备方法，其特征在于：在所述辊压处理的过程中，使得所述第三混合物中固体物质的粒度≤10μm。

6.根据权利要求1-2任一所述的低温环保导电银浆在薄膜开关、柔性印刷电路板、电磁屏蔽、电位器、无线射频识别系统、太阳能电池中的应用。