CN107663438A - 高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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Abstract
本发明提供一种高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法，该高附着性导电铜胶体包含重量百分比50%至80%的奈米铜粒子或奈米铜合金粒子，重量百分比0.5%至5%的一纤维素衍生物，重量百分比5%至20%的一黏稠剂，该黏稠剂包含一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅，以及重量百分比5%至45%的一溶剂。将该高附着性导电铜胶体制备完成并网版印刷及烧结于基板之上后，可提供一具有高附着力，且具有高抗氧化性及良好导电率的导电铜胶体及铜胶导电基板。
Description
技术领域
本发明是关于一种导电胶体及其网版印刷应用方法，尤其是指一种高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法。
背景技术
因应现代人对电子产品的需求走向薄型化及轻量化，现代科技对电子产品相关零组件精密程度的要求也越来越高，零件的组装也愈发高度的密集化，因此，在技术的发展上为了满足上述的需求，电子零件之间的导电连接或是电路基板的微型化即成为相当重要的技术发展方向，其中，导电胶体即是因应相关需求而发展出来的重要技术。
所述的导电胶体为一种固化或干燥后具有导电性能的胶黏物质，藉由提供具导电性的填料与胶体内部的导电粒子相互混合成一胶体，施加于需导电性连接的加工区域时可做为电性传导的用，当利用导电胶体进行电子零件的导电连接操作时，其不仅可以降低操作温度以降低热能对零组件所造成的伤害，亦能有效克服目前如焊接等操作技术所面临的薄型化门坎；此外，导电胶体尚能以浆料的形式，利用高精密度的印刷方式或是雷射加工的方式于基板之上形成电路，形成轻薄化的电路基板；加上其固化所需时间短、操作应力低、操作方便且不易吸潮等特性，使其成为导电连接技术中的显学，主要应用于IC半导体集成电路、LED发光二极管、触控面板等技术领域。
除了印刷电路的应用以外，由于导电胶体具有可薄型化涂布及优异导电性等特性，因此其亦可应用于太阳能电池的技术领域之中用以做为太阳能电池的电极，其优异的导电率，可有效提高太阳能电池转换效率；此外，其亦可印在太阳能电池的硅晶板之后进行烧结后而作为太阳能电池的背面电场之用，均匀的背面电场透过铝胶汇集正极电洞，并串连正银、背银电极的负极电子，达到导引电流并增加电池效率功能。
目前现有技术下所使用的导电胶体大多以导电银胶及导电铝胶为主，其中，导电银胶虽然具有高导电性及高稳定性，但是贵金属的价格近年持续攀升，在原料成本转嫁之下，导电银胶的生产使用成本已逐渐不堪负荷，寻找替代的导电胶体已然是必然趋势；另一方便，导电铝胶的成本虽不若导电银胶那么高，但其于使用上具有高收缩性，将造成其涂布于太阳能电池时会产生翘曲的现象，导致硅晶板材料的浪费。因此，如何找到高良率、较高转换效率以及可以达到较低成本的导电胶产品，将对太阳能电池生产的成本控制及产品效能上产生显著的帮助。
导电铜胶体即以此为目标所发展出的导电胶体，其具有较导电银胶及导电铝胶更高的导电效率，且成本低廉，延展性又佳，相当适合作为取代导电银胶及导电铝胶的材料。然而，由于导电铜胶内的奈米铜粒子为极为容易氧化的物质，因此在制备导电铜胶的过程当中，须将奈米铜粒子妥善的分布于搭配使用的佐剂当中。而在目前相关的导电铜胶的开发当中，其在考虑其抗氧化的功能时，往往无法兼顾到导电铜胶附着于基板的能力，导致印刷于基板上的导电铜胶会有脱落短路的现象，严重影响到铜胶导电基板的生产良率，或是太阳能电池的耐久性不佳。因此，如何提供一种兼具抗氧化、导电性及高附着性的导电铜胶以应用于不同基板及不同领域之中，即成为相关领域亟欲突破的一项技术门坎。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种高附着性导电铜胶体，当中黏稠剂的组成能有效提升导电铜胶体对基板的附着力，可藉以应用于各种材质的基板之上而应用于IC半导体集成电路、LED发光二极管、触控面板或太阳能电池等不同技术领域。
本发明的另一目的，在于提供一种高附着性导电铜胶体，当中黏稠剂的组成能有效保护导电胶体内的奈米铜粒子不受环境影响而氧化，且在该胶体以印刷、喷墨或涂布等方式应用于基板之上后，仍可有效保持其抗氧化效力。
本发明的又一目的，在于提供一种高附着性导电铜胶体，当中黏稠剂的组成不会阻隔电性的导通，能有效维持导电胶体内的奈米铜粒子的导电性，当其以印刷、喷墨或涂布等方式应用于基板之上时，能满足各种电子材料或太阳能电池的电性需求。
本发明的又一目的，在于提供一种高附着性导电铜胶体其网版印刷应用方法，藉由该网版印刷可有效且稳固的将该导电铜胶体附着固化于基板之上，形成稳定有效且具有高导电率的铜胶导电基板。
为了达到上述的目的，本发明揭示了一种高附着性导电铜胶体，其包含重量百分比50％至80％的一导电粒子材料，其为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子；重量百分比0.5％至5％的一纤维素衍生物；重量百分比5％至20％的一黏稠剂，其包含一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅；以及重量百分比5％至45％的一溶剂，其为一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
本发明的一实施例中，其亦揭露该奈米铜粒子的粒径为80奈米至1500奈米。
本发明的一实施例中，其亦揭露该纤维素衍生物为一烷基醚纤维素或一羟烷基醚纤维素。
本发明的一实施例中，其亦揭露该固化剂为一芳香族胺类固化剂、一含酰亚胺类固化剂或一酸酐族类固化剂。
另外，为了达到上述的目的，本发明亦揭示了一种高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其步骤包含：先提供一导电粒子材料与一无水乙醇进行混和，获得一导电粒子溶液，其中该导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子，接着另外提供一纤维素衍生物、一黏稠剂及一溶剂加入该导电粒子溶液，并进行充分混和，形成一混和溶液，其中该黏稠剂包含有一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅，接着抽干该混和溶液中的无水乙醇，形成一高附着性导电铜胶体，所形成的该高附着性导电铜胶体网版印刷于一基板之上，最后烧结该基板，形成一导电铜胶体印刷基板。
本发明的一实施例中，其亦揭露该溶剂为松油醇、乙二醇或二甘醇。
本发明的一实施例中，其亦揭露该纤维素衍生物为一烷基醚纤维素或一羟烷基醚纤维素。
本发明的一实施例中，其亦揭露该固化剂为一芳香族胺类固化剂、一含酰亚胺类固化剂或一酸酐族类固化剂。
本发明的一实施例中，其亦揭露该基板为钠玻璃基板、强化玻璃基板、可挠性聚酰亚胺基板(PI基板)、聚对苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、热塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane,TPU基板)、蓝宝石基板、美拉基板(Mylar基板)、硅基板或陶瓷基板。
本发明的一实施例中，其亦揭露该网版印刷步骤，其网目数为200网目至380网目。
本发明的一实施例中，其亦揭露该网版印刷步骤，其网印机台的印刷压力为1.5帕斯卡(bar)至2.5帕斯卡(bar)。
本发明的一实施例中，其亦揭露该网版印刷步骤，其网印张力为26牛顿(N)至34牛顿(N)。
本发明的一实施例中，其亦揭露该网版印刷步骤，其网印图案的印制厚度为3微米(um)至30微米(um)，印制线宽至少为80微米(um)。
本发明的一实施例中，其亦揭露该烧结步骤，可为一加热烧结步骤、一光烧结步骤或两者的共同操作。
本发明的一实施例中，其亦揭露该光烧结步骤，为一雷射烧结、一红外光烧结或一脉冲光烧结。
本发明的一实施例中，其亦揭露该加热烧结步骤，其加热温度介于150℃至500℃。
本发明的一实施例中，其亦揭露该加热烧结步骤，其加热时间介于5分钟至45分钟。
本发明的一实施例中，其亦揭露该脉冲光烧结步骤，其脉冲光的频率介于1赫兹至100赫兹。
本发明的一实施例中，其亦揭露该脉冲光烧结步骤，其脉冲光的波长介于10奈米至1000微米。
本发明的一实施例中，其亦揭露该导电铜胶体印刷基板，其薄膜电阻率介于10-1奥姆-公分至10-6奥姆-公分。
附图说明
图1：其为本发明的一较佳实施例的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法步骤流程图；
图2A至图2D：其为本发明的一较佳实施例的高附着性导电铜胶体网版印刷于不同基板的结果示意图；及
图3A及图3B：其为本发明的添加氧化铝、二氧化硅对导电铜胶体附着性影响的结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
在本发明中，针对目前导电铜胶体附着力不足，无法广泛应用于各种材料的基板上的状况，提供一种新颖的高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法。藉由该高附着性导电铜胶体可有效改善目前导电铜胶体印刷于基板材料之后容易脱落并造成短路的现象，使网版印刷完成的铜胶导电基板的稳定性增加，同时，该高附着性导电铜胶体亦兼顾了抗氧化性及导电性，不仅能提高铜胶导电基板的使用年限，亦能维持稳定的导电质量，同时，其所配合的网版印刷应用方法操作简单，能广泛应用于各种基板之上，且无须过度繁复的操作技术。
因此，本发明提供一新颖的高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法，其于该导电铜胶体的黏稠剂中添加氧化铝及二氧化硅材料，藉由氧化铝及二氧化硅材料与各种基板表面材料皆能产生键结的特性，提高导电胶体于各种基板表面的接着能力，提供导电铜胶体额外的附着力以依附于表面基板之上，同时配合该导电铜胶体所使用的纤维素衍生物及有机氧化物环氧树脂提供导电胶体中奈米铜粒子所需的分散性、隔绝性及黏稠性，用以提供导电铜胶体中所需要的抗氧化性、导电性及黏稠性，再以本发明所提供的网版印刷方法将该导电铜胶体网版印刷于基板之上，形成具良好导电效率及高稳定度的铜胶导电基板。
以下针对本发明所提供的高附着性导电铜胶体所包含的材料、性质及其制备方式进行进一步的说明：
本发明所提供的高附着性导电铜胶体，其包含重量百分比50％至80％的一导电粒子材料，该导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子；重量百分比0.5％至5％的一纤维素衍生物；重量百分比5％至20％的一黏稠剂，其包含一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅；以及重量百分比5％至45％的一溶剂，该溶剂为一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
其中，本发明所提供的导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子，利用铜金属本身所具有的电传导性，作为本发明所提供的导电铜胶体其导电性的来源，然而，由于该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子接触到水分时会氧化成为氧化铜导致其大幅降低其导电效率，因此在该导电铜胶体的制备过程中，该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子应严格控制其水分条件，以维持该导电铜胶体的导电效率；另外，为提高铜粒子的电传导能力，本发明选择以微奈米等级的铜粒子或铜合金粒子作为导电粒子材料，较佳者以奈米等级的铜粒子或该铜合金粒子进行制备，其中，所述的该奈米铜粒子或该铜合金粒子的粒径为80奈米至1500奈米，更佳者，该奈米铜粒子或该铜合金粒子的粒径为200奈米至700奈米。而由于该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子的来源并不影响成品的特性，故本发明所提供的该导电粒子材料并不限制其制备方法或是购买来源，任何粒径大小与本发明的精神相符合的奈米铜粒子或奈米铜合金粒子皆应包含于本发明之中。
其中，本发明所提供的该纤维素衍生物，为纤维素高分子的部分官能基被取代之后所衍生的物质，依其官能基被取代的情况，一般可溶于水或有机溶剂之中，且具有热塑性的性质，用以提供本发明所提供的高附着性导电铜胶体的胶黏性质，亦可调整该高附着性导电铜胶体的胶体黏稠度。基于上述的原则，本发明所提供的纤维素衍生物可为一烷基醚纤维素或一羟烷基醚纤维素，其中，该烷基醚纤维素可为一甲基纤维素或一乙基纤维素，该羟烷基醚纤维素可为一羟乙基纤维素或一羟丙基纤维素。
于本发明所提供的高附着性导电铜胶体中，其所提供的该黏稠剂为一混合物，成分包含有一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅。
其中，该有机氧化物环氧树脂为一类型的热固性塑料，且为该导电铜胶体的黏度的主要来源，其一般呈现液体状态，但在与该固化剂共同使用时则会与固化剂的物质产生相互交联的高分子化合物，使该些导电粒子材料、该纤维素衍生物等材料逐渐固化成胶体，因此该有机氧化物环氧树脂于该黏稠剂中的比例会影响该导电铜胶体于形成过程中的凝胶时间。除此之外，该有机氧化物环氧树脂的比例亦会于胶体固化后影响导电基板上的该导电铜胶体的电阻率，以及其涂布于该导电基板之后的抗拨离强度、耐水度及耐化学腐蚀性等抗老化性质，对于提供该导电铜胶体良好的储存安定性相当重要的材料。
又其中，该固化剂为一类增进或控制固化反应的化合物，其藉由驱动缩合、闭环或加成等化学反应，以达到使低分子化合物反应形成大分子或线型分子反应形成网状大分子的作用，使该有机化合物环氧树酯固化。由于固化剂的固化温度影响导电铜胶体的固化速度和固化物性甚巨，因此为了搭配本发明所提供的导电铜胶体的制备过程及产品特性，本发明所使用的固化剂其固化温度介于50℃至500℃之间，以提供该高附着力的导电铜胶体较佳的耐热性、耐化学腐蚀性、导电性及力学特性。基于上述原由，本发明所提供的固化剂为芳香族胺类固化剂、含酰亚胺类固化剂或酸酐族类固化剂。
又其中，本发明所提供的该氧化铝与该有机氧化物环氧树脂共同添加，两者间具有高度的相溶性且该氧化铝的添加不会影响该有机氧化物环氧树脂的黏度等相关性质，藉由添加该氧化铝于该导电铜胶体当中，可使该导电铜胶体在透过印刷、涂布、喷墨等方法将的设置于基板时与基板表面的材料产生铝氧键结，该铝氧键结的键结强度提供胶体黏着于基板表面时额外的吸附能力，以达到本发明赋予该导电铜胶体具有高附着性的目的。另外，该氧化铝不仅易溶于各种溶剂及环氧树脂溶剂当中，当添加该氧化铝于该有机氧化物环氧树脂中时，更可提升该有机氧化物环氧树脂于固化后的硬度及其耐磨程度，对该导电铜胶体的物理性质能大幅度的提升。
又其中，本发明所提供的该二氧化硅与该有机氧化物环氧树脂共同添加，由于该二氧化硅材料与硅基板及其它金属材料基板之间具有稳定且高强度的键结或连结性，因此本发明藉由于该黏稠剂混合物中添加该二氧化硅材料，可加强该导电铜胶体应用于各种不同材料的基板时所需要的基板附着性。另外，于该高附着性导电铜胶体的黏稠剂中添加该二氧化硅材料，亦可提高其机械强度、拉伸强度及电气性质，并有效降低该高附着性导电铜胶体的热膨胀系数，使该导电铜胶体其更贴近金属性质，提供成品较佳的稳定性及导电良率。
于本发明所提供的高附着性导电铜胶体中，其所使用的该溶剂，是可将该导电粒子材料、该纤维素衍生物及该黏稠剂进行均匀分散的一分散媒，提供该些物质形成胶体所需的流动性。此外，为避免本发明作为导电粒子材料的该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子因接触水分造成氧化而形成氧化铜而影响本发明所提供的导电铜胶体的导电性，本发明所提供的溶剂以一非含水的有机溶剂为主，同时，利用该非含水的有机溶剂作为分散媒，亦能有效的阻隔该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子与空气中的水分进行接触，充分保护该导电粒子材料降低其被氧化的机会。基于上述原则，本发明所提供的该溶剂以非含水的醇类有机溶剂为优，较佳者，为一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
接着，以下搭配发明图示图1的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法步骤流程图，说明本发明所提供的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法及铜胶导电基板的制备方法，其步骤如下：
步骤S11：提供一导电粒子材料与一无水乙醇进行混和，获得一导电粒子溶液，其中该导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子；
步骤S12：提供一纤维素衍生物、一黏稠剂及一溶剂加入该导电粒子溶液，并进行充分混和，形成一混和溶液，其中该黏稠剂包含有一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅；
步骤S13：抽干该混和溶液中的无水乙醇，形成一高附着性导电铜胶体；
步骤S15：网版印刷该高附着性导电铜胶体于一基板之上；以及
步骤S17：烧结该基板，形成一导电铜胶体印刷基板。
如图示S11的步骤所述，本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法，先将该导电粒子材料，亦即该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子分散于该无水乙醇的环境中进行混合。其中，为避免该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子于制备过程中与氧分子及水分子进行接触而产生氧化，于该导电铜胶体的前置制备过程中，将该导电粒子材料放置于无水溶剂当中，于本发明所提供的步骤S11中以无水乙醇作为该导电粒子材料的分散溶剂的用。
承续上段所述，本发明所提供的导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子，利用铜金属本身所具有的电传导性，作为本发明所提供的导电铜胶体其导电性的来源，然而，由于该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子接触到水分时会氧化成为氧化铜导致其大幅降低其导电效率，因此在该导电铜胶体的制备过程中，该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子应严格控制其水分条件，以维持该导电铜胶体的导电效率；另外，为提高铜粒子的电传导能力，本发明选择以微奈米等级的铜粒子或铜合金粒子作为导电粒子材料，较佳者以奈米等级的铜粒子或该铜合金粒子进行制备，其中，所述之该奈米铜粒子或该铜合金粒子的粒径为80奈米至1500奈米，更佳者，该奈米铜粒子或该铜合金粒子的粒径为200奈米至700奈米。
如图示S12的步骤所述，本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法，将该纤维素衍生物、该黏稠剂及该溶剂加入步骤S11的该导电粒子溶液之中，于充分混合之后形成一混合溶液。其中，为增进生产效率及避免溶质的分散不易，同时避免该导电粒子溶液中的该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子于制备过程中与氧分子及水分子进行接触而产生氧化，因此，本发明所提供的步骤S12亦可先另外将该纤维素衍生物、该黏稠剂及该溶剂等物质先行溶于一无水溶剂当中再与该导电粒子溶液进行混合。另一方面，于本发明所提供的步骤S12中所述的充分混合，为了将该导电粒子材料充分分散于胶体分散系统当中而采取的步骤，藉由该步骤不仅能提供最佳的导电效率，同时亦能获得来自该些纤维素衍生物、该黏稠剂及该溶剂最完整的包覆，以达到抗氧化、抗磨损及高附着性的特性，因此，为达到上述目的，该导电粒子溶液及该混和溶液皆可先利用超音波震荡、超音波均质或磁石搅拌，达到均质化及分散成分的目的。
于本发明所提供的本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法中，其所提供的该黏稠剂为一混合物，成分包含有一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅。
其中，该有机氧化物环氧树脂是一类型的热固性塑料，且为该导电铜胶体的黏度的主要来源，其一般呈现液体状态，但在与该固化剂共同使用时则会与固化剂的物质产生相互交联的高分子化合物，使该些导电粒子材料、该纤维素衍生物等材料逐渐固化成胶体，因此该有机氧化物环氧树脂于该黏稠剂中的比例会影响该导电铜胶体于形成过程中的凝胶时间。除此之外，该有机氧化物环氧树脂的比例亦会于胶体固化后影响导电基板上的该导电铜胶体的电阻率，以及其涂布于该导电基板之后的抗拨离强度、耐水度及耐化学腐蚀性等抗老化性质，对于提供该导电铜胶体良好的储存安定性相当重要的材料。
又其中，该固化剂为一类增进或控制固化反应的化合物，其藉由驱动缩合、闭环或加成等化学反应，以达到使低分子化合物反应形成大分子或线型分子反应形成网状大分子的作用，使该有机化合物环氧树酯固化。由于固化剂的固化温度影响导电铜胶体的固化速度和固化物性甚巨，因此为了搭配本发明所提供的导电铜胶体的制备过程及产品特性，本发明所使用的固化剂其固化温度介于50℃至200℃之间，以提供该高附着力的导电铜胶体较佳的耐热性、耐化学腐蚀性、导电性及力学特性。基于上述原由，本发明所提供的固化剂为芳香族胺类固化剂、含酰亚胺类固化剂或酸酐族类固化剂。
又其中，该氧化铝与该有机氧化物环氧树脂共同添加，两者间具有高度的相溶性且该氧化铝的添加不会影响该有机氧化物环氧树脂的黏度等相关性质，藉由添加该氧化铝于该导电铜胶体当中，可使该导电铜胶体在透过印刷、涂布、喷墨等方法将的设置于基板时与基板表面的材料产生铝氧键结，该铝氧键结的键结强度提供胶体黏着于基板表面时额外的吸附能力，以达到本发明赋予该导电铜胶体具有高附着性的目的。另外，该氧化铝不仅易溶于各种溶剂及环氧树脂溶剂当中，当添加该氧化铝于该有机氧化物环氧树脂中时，更可提升该有机氧化物环氧树脂于固化后的硬度及其耐磨程度，对该导电铜胶体的物理性质能大幅度的提升。
又其中，本发明所提供的该二氧化硅与该有机氧化物环氧树脂共同添加，由于该二氧化硅材料与硅基板及其它金属材料基板之间具有稳定且高强度的键结或连结性，因此本发明藉由于该黏稠剂混合物中添加该二氧化硅材料，可加强该导电铜胶体应用于各种不同材料的基板时所需要的基板附着性。另外，于该高附着性导电铜胶体的黏稠剂中添加该二氧化硅材料，亦可提高其机械强度、拉伸强度及电气性质，并有效降低该高附着性导电铜胶体的热膨胀系数，使该导电铜胶体其更贴近金属性质，提供成品较佳的稳定性及导电良率。
此外，本发明所使用的该溶剂，可将该导电粒子材料、该纤维素衍生物及该黏稠剂进行均匀分散的一分散媒，提供该些物质形成胶体所需的流动性。此外，为避免本发明作为导电粒子材料的该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子因接触水分造成氧化而形成氧化铜而影响本发明所提供的导电铜胶体的导电性，本发明所提供的溶剂以一非含水的有机溶剂为主，同时，利用该非含水的有机溶剂作为分散媒，亦能有效的阻隔该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子与空气中的水分进行接触，充分保护该导电粒子材料降低其被氧化的机会。基于上述原则，本发明所提供的该溶剂以非含水的醇类有机溶剂为优，较佳者，为一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
如图示S13的步骤所述，本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法，将步骤S12所提供的该混合溶液抽干，并移除该混和溶液中的无水乙醇，形成一高附着性导电铜胶体。其中，为避免该高附着性导电铜胶体残留有气泡，因此在该抽干步骤之后，可进一步提供一滚轮分散的步骤，藉由滚轮分散具有延展性的该导电铜胶体，以确保其内部未残留有气泡，使成品具有一致性且保有最佳的导电性质及抗老化性质。
如图示S15的步骤所述，本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法，将该高附着性导电铜胶体网版印刷于一基板之上，其中，所述的该网版印刷步骤，利用网目的特性使部分区域篓空贯通，以利于该导电铜胶体透过该些网目印纹附着于基板的表面。
本发明所提供的网版印刷方法可应用的基板为钠玻璃基板、强化玻璃基板、可挠性聚酰亚胺基板(PI基板)、聚对苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、热塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane,TPU基板)、蓝宝石基板、美拉基板(Mylar基板)、硅基板或陶瓷基板。
而本发明所提供的网版印刷的操作参数及胶体配方比例，会因为不同的基板材料而有所不同，基于上述的原则，本发明所提供的网版印刷步骤，其网目数为200网目至380网目，网印机台的印刷压力为1.5帕斯卡(bar)至2.5帕斯卡(bar)，其网印张力为26牛顿(N)至34牛顿(N)。
藉由上述条件，本发明所提供的网版印刷步骤，该基板上的该高附着性导电铜胶体可印制的最细线可达80微米(um)的线宽，其网印图案的可印制厚度为3微米(um)至30微米(um)。
如图示S17的步骤所述，本发明提供的导电铜胶体的网版印刷应用方法，将步骤S15已网版印刷该高附着性导电铜胶体的一基板进行烧结，形成一导电铜胶体印刷基板。所述的烧结，提供一外界的能量使基板与胶体之间的颗粒结构收缩并呈现致密的结构，以提高两者之间的结合强度，同时提升两者结合后的基板结构强度。基于上述原则，本发明所提供的烧结步骤，可为一热烧结处理、一光烧结处理或为该热烧结处理及该光烧结处理两者的共同使用。
其中，所述的热烧结处理，于一低于该基板熔点温度的加热环境下对该基板进行热处理，目的在于透过胶体颗粒间的收缩使的与该基板进行致密结合以提高其结构强度。于热烧结步骤中，应避免烧结温度过高而导致该基板与网版印刷于上的该高附着性导电铜胶体产生物质状态的改变以及避免烧结时间过长而导致两者的材料有所劣化，因此，该烧结步骤的烧结时间与烧结温度亦应相互搭配，以避免提供过多的热能予该基板及该导电铜胶体而破坏其形成的一铜胶导电基板结构；另外，为避免胶体中所带有的该奈米铜粒子或该奈米铜合金粒子产生氧化，该热烧结步骤应于一无氧环境中进行，该无氧环境可为一真空环境、一惰性气体环境或一氮气气体环境，但所述的无氧环境不应以此为限。
基于上述原由，本发明所提供的热烧结步骤，其烧结时间应介于5分钟至45分钟，其烧结温度介于150℃至500℃；其中，该烧结步骤的条件可进一步限制为，当该烧结温度介于150℃至300℃时，烧结时间介于15分钟至45分钟，当该烧结温度高于300℃至500℃时，烧结时间介于5分钟至15分钟。
又其中，于该热烧结步骤之前，该基板可进一步先进行一干燥步骤，所述的该干燥步骤为了将该高附着性导电铜胶体的残存溶剂进行蒸散去除，以提升已网版印刷该高附着性导电铜胶体的该基板于烧结过程中的效率及良率。所述的干燥温度与该高附着性导电铜胶体所使用的该溶剂及该黏稠剂的沸点有所关联，基于上述原由，本发明所提供的干燥温度介于40℃至100℃。
另一方面，所述的光烧结处理，是使用高能光源来熔化物质微小颗粒的方法，其原理是高能量的光子能与该导电铜胶体内的该奈米铜粒子相互作用使奈米铜粒子吸收能量后相互聚集融合形成一功能性的材料薄膜，因此当光烧结处理应用在本发明所提供的该高附着性导电铜胶体以进行网版印刷时，由于该导电铜胶体颗粒的大小能够在较低温度下烧结，变成固体的导电线路，与热处理步骤相比，为一种能于低温环境下进行烧结的处理步骤。此外，由于部分基板材料对可见光及近红外区的光子能量吸收小，因此不会对该些基板材料的温度产生明显变化，有利于其形成印刷电路基板。基于上述原由，本发明所提供的光烧结处理，为一雷射烧结、一红外光烧结或一脉冲光烧结。当中，所述的该雷射烧结，其波长介于10奈米至20微米，所述的该红外光烧结，其波长介于700奈米至1000微米，所述的该脉冲光烧结，其波长介于10奈米至1000微米，其照射频率为1赫兹(Hz)至100赫兹(Hz)。
经由上述步骤，可制备出具有高附着性且具有良好导电率的导电铜胶体印刷基板，且该导电铜胶体印刷基板的薄膜电阻率介于10-3奥姆-公分至10-6奥姆-公分，且于该导电铜胶体印刷基板上的该导电铜胶体具有良好的抗氧化性。
以下，以具体实施的范例作为此发明的组织技术内容、特征及成果的阐述的用，并可据以实施，但本发明的保护范围并不以此为限。
[实施例1]
高附着性导电铜胶体的制备
取45克的抗氧化奈米铜粒子分散于若干的无水乙醇中，形成该导电铜粒子溶液，而后添加包含有机氧化物环氧树脂、二氧化硅、氧化铝及固化剂的黏稠剂混合物共10克、纤维素2克的添加物于导电铜粒子溶液中，而后进行超音波均质震荡2分钟，接着再加入16克的松油醇，并超音波均质震荡2分钟，完成该混合溶液的制备。接着于80毫巴(mbar)、40℃的环境下将该混合溶液内的无水乙醇抽干，最后再使用滚轮分散经前述步骤抽干溶剂的导电铜胶体，移除其内部的气泡，完成该高附着性导电铜胶体的制备。
[实施例2]
高附着性导电铜胶体的网版印刷方法
取5克经实施例1所制备得的高附着性导电铜胶体，放置于网目数为320网目、张力28单位的网版上，以印刷压力2帕斯卡(bar)的条件，将该高附着性导电铜胶体分别网印于玻璃基板材料、陶瓷基板材料、硅基板材料及可挠性聚酰亚胺基版(Polyimide,PI)之上，如发明图示图2A至图2D所示。其中，经上述条件印刷完成的铜胶导电基板，其印刷精密度为可印制约150微米(um)的线宽，如发明图示图2A所示。
[实施例3]
添加氧化铝、二氧化硅对导电铜胶体附着性的影响
取样品A及样品B以相同网版印刷条件印刷于玻璃材质的基板之上，并进行附着测试，以观察添加氧化铝、二氧化硅对导电铜胶体附着性的影响；其中，所述的样品A则取与实施例1制备过程相同，唯其黏稠剂未添加氧化铝及二氧化硅的导电铜胶体做为样品，而样品B则直接取实施例1所制备完成的高附着性导电铜胶体进行测试。
所述的附着测试，将3M公司所生产的3M-600测试胶纸或等同效力的胶纸牢牢粘住被测试的小网格，并以橡皮擦用力擦拭胶带，确保胶带与被测区域的接触面积及力度已然完全接触且接触程度一致之后，用手抓住胶带一端，在垂直方向(90°)迅速扯下胶纸，并于同一位置进行2次相同试验，藉以测试导电铜胶体于基板上的附着能力。
如本发明的发明图示图3A及图3B所示，未添加氧化铝及二氧化硅的样品A导电铜胶体在拉扯3M-600测试胶纸的同时随着胶纸的脱落而自玻璃基板上拨离，相对的，以同样方式进行测试的样品B导电铜胶体，则经由3M-600测试胶纸拉扯后，仍几乎完整无缺的附着于玻璃基板之上，显见本发明所提供添加氧化铝及二氧化硅的高附着性导电铜胶体对基板附着能力的影响性。
综上所述，本发明所提供的高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法，确实能提供一种兼顾附着基板能力，且具有良好导电性及抗氧化性的导电铜胶体及其铜胶导电基板。藉由于导电铜胶体的黏稠剂中添加氧化铝及二氧化硅材料，可加强导电铜胶体与基板材料的键结，提高导电铜胶体于各种基板表面的接着能力，且经由百格测试检验后确实能验证其效果，因此，本发明所提供的高附着性导电铜胶体网版印刷于基板上时不会有脱落短路的现象，能维持铜胶导电基板良好的生产良率，以及其使用上的耐久性。另外，藉由添加氧化铝及二氧化硅材料，亦可加强本发明所提供的高附着性导电铜胶体其抗老化能力，包含其抗磨损、抗化学性、抗拨离强度及耐水性等相关特性，同时该导电铜胶体维持了良好的抗氧化性，仅需放置于室温环境下无需冷藏且不易氧化，提供该导电铜胶体良好的储存安定性。最后，本发明所提供的配方不会提供过高的电阻率，因此不会影响其内部奈米铜粒子或奈米铜合金粒子的导电性，且配方的分散性良好，在导电粒子分布均匀的情况下，能提供该导电铜胶体较佳的导电能力。因此，本发明所提供的高附着性导电铜胶体及其网版印刷应用方法，确实提供一种兼具高附着性、高抗氧化性、高导电性及低生产成本的一导电铜胶体，提升相关领域的技术水准，具备专利申请所需的要件。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (16)
1.一种高附着性导电铜胶体，其特征在于，其包含：
重量百分比50%至80%的一导电粒子材料，其为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子；
重量百分比0.5%至5%的一纤维素衍生物；
重量百分比5%至20%的一黏稠剂，其包含一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅；以及
重量百分比5%至45%的一溶剂，其为一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
2.如权利要求1项所述的高附着性导电铜胶体，其特征在于，其中该奈米铜粒子的粒径为80奈米至1500奈米。
3.如权利要求1项所述的高附着性导电铜胶体，其特征在于，其中该纤维素衍生物为一烷基醚纤维素或一羟烷基醚纤维素。
4.如权利要求1项所述的高附着性导电铜胶体，其特征在于，其中该固化剂为一芳香族胺类固化剂、一含酰亚胺类固化剂或一酸酐族类固化剂。
5.一种高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一导电粒子材料与一无水乙醇进行混和，获得一导电粒子溶液，其中该导电粒子材料为一奈米铜粒子或一奈米铜合金粒子；
提供一纤维素衍生物、一黏稠剂及一溶剂加入该导电粒子溶液，并进行充分混和，形成一混和溶液，其中该黏稠剂包含有一有机氧化物环氧树脂、一固化剂、一氧化铝及一二氧化硅；
抽干该混和溶液中的无水乙醇，形成一高附着性导电铜胶体；
网版印刷该高附着性导电铜胶体于一基板之上；以及
烧结该基板，形成一导电铜胶体印刷基板。
6.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该溶剂为松油醇、乙二醇或二甘醇。
7.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体，其特征在于，其中该纤维素衍生物为一烷基醚纤维素或一羟烷基醚纤维素。
8.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体，其特征在于，其中该固化剂为一芳香族胺类固化剂、一含酰亚胺类固化剂或一酸酐族类固化剂。
9.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该基板为钠玻璃基板、强化玻璃基板、可挠性聚酰亚胺基板(PI基板)、聚对苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、热塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane, TPU基板)、蓝宝石基板、美拉基板(Mylar基板)、硅基板或陶瓷基板。
10.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该网版印刷步骤，其网目数为200网目至380网目。
11.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该网版印刷步骤，其网印图案的印制厚度为3微米至30微米，印制线宽至少为80微米。
12.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该烧结步骤，可为一加热烧结步骤、一光烧结步骤或两者的共同操作。
13.如权利要求5所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该导电铜胶体印刷基板的电阻率介于10-１奥姆-公分至10-6奥姆-公分。
14.如权利要求12所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该加热烧结步骤，其加热温度介于150℃至500℃。
15.如权利要求12所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该加热烧结步骤，其加热时间介于5分钟至45分钟。
16.如权利要求12所述的高附着性导电铜胶体的网版印刷应用方法，其特征在于，其中该光烧结步骤为一雷射烧结、一红外光烧结或一脉冲光烧结。
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