CN108109719A - 一种导电浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电浆料，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：银、银合金、银化合物或它们的组合物50‑95份；Fe‑Ni‑Co‑Mo‑Bi化合物0.1‑5份；聚合物粘合剂0.1‑10份；溶剂5‑50份。本发明还公开了一种导电浆料的制备方法。本发明通过导电浆料中加入Fe‑Ni‑Co‑Mo‑Bi化合物即它们的合金，能够有效降低浆料中的银含量，从而降低成本，同时浆料的电阻率变得更底，导电效果更好。

Description

一种导电浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电浆料技术领域，尤其涉及一种包含银和Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物的导电膏浆料以及用于制造这种导电膏浆料的方法。
背景技术
丝网印刷是为诸如光伏电池，RFID天线和用于诸如医院病床监视器/控制器和军事GPS单元之类的高价值商品的柔性电路互连的应用打印导电墨迹的方法。导电浆料通常用聚合物粘合剂体系，溶剂和金属颗粒如银(Ag)配制以提供导电性。导电膏浆料具有较高的Ag(>60％重量)填充量以补偿高密度并确保密切的片状到片状接触以降低电阻率。大量的银增加了这种导电膏浆料的成本。
全球正在进行许多努力来降低导电膏浆料的成本，一种方法是用较便宜的金属如铜(Cu)代替Ag颗粒，使用Cu的缺点是Cu形成不导电氧化物的极端倾向。
仍然需要降低导电膏浆料中的银含量，以使成本更低的导电膏浆料成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电阻率低，导电性更好且成本更低的导电浆料。
为解决以上技术问题，本发明提供一种导电浆料，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 50-95份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 0.1-5份
聚合物粘合剂 0.1-10份
溶剂 5-50份
所述银、银合金、银化合物或它们的组合物平均粒度为0.5至15微米；
所述Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物具有不规则形状，其平均粒度为0.05至10微米。
优选的，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 60-90份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 0.5-4份
聚合物粘合剂 0.5-7.5份
溶剂 5-35份。
更优选的，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 70-90份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 1-3份
聚合物粘合剂 1-5份
溶剂 5-25份。
优选的，所述银化合物包括氧化银，硫氰酸银，乙酰丙酮银，碳酸银，高氯酸银，硝酸银，亚硝酸银，硫酸银，氰化银，氰酸银，磷酸银，四氟硼酸银，乙酸银，乳酸银，草酸银及其衍生物；所述银合金选自Pt，Ti，V，Ta，Re，Mn，Au，Cu，Ni，Al，Ga，Ge，In，Co，Pd，Fe，Cr，Zr，Nb，Mo，Pb，Bi，Si，W，Ru，Cd，Os，Ir，Sn，Sb以及它们形成的化合物。
优选的，所述银、银合金、银化合物或它们的组合物平均粒度为1至10微米。
优选的，聚合物粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)三元共聚物；聚酯如对苯二酸酯，萜烯，苯乙烯嵌段；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物；乙烯丙烯酸丁酯共聚物乙烯-丙烯酸共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯；聚甲基丙烯酸乙酯；聚(烷基)甲基丙烯酸酯；聚烯烃；聚丁烯，聚酰胺中的一种或它们的混合物。
优选的，所述Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物具有不规则形状，其平均粒度为0.1至7微米。
优选的，所述聚合物粘合剂是PVB三元共聚物。
优选的，所述溶剂为丁基卡必醇。
本发明还提供了一种制备上述导电浆料的方法，包括以下步骤：
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌；
接着，将50克银片分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块；
然后，将2.63克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中；
用非接触式搅拌混合30分钟后将成品糊状浆料转移待用。
本发明通过向导电浆料中加入Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物即它们的金属合金，能够有效降低浆料中的银含量，从而降低成本，同时浆料的电阻率变得更底，导电效果更好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种导电浆料，其与传统的导电浆料相比，包括导电材料(例如银)和导电颗粒(例如Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物)，该导电浆料适于以较低的成本，更好的导电性和较低的电阻率进行印刷。本发明还公开了用于生产这种导电浆料的方法。
本发明的导电浆料可以通过任何合适的方法制造。一个示例性的方法是将粘合剂溶解在溶剂中；然后可以将诸如银的导电材料添加到混合物中，理想地，以逐渐加入的速率添加以避免结块。诸如Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物的导电颗粒可以被添加到混合物中。在添加导电材料和/或导电颗粒的过程中，施加热和/或搅拌。
导电浆料可以用于通过印刷在基底上形成导电特征，也可以通过使用任何合适的印刷技术将浆料沉积在基底上来进行印刷。
其上沉积有导电浆料的基底可以是任何合适的基底，包括例如硅，玻璃板，塑料膜，片，织物或纸。对于结构柔性器件，可以使用诸如聚酯，聚碳酸酯，聚酰亚胺片等的塑料基板。
印刷之后，图案化沉积的导电浆料可以经受固化步骤。固化步骤可以是基本上除去导电浆料的所有溶剂并使浆料牢固地粘附到基材上的步骤。
导电材料
导电材料可以是例如元素银，银合金，银化合物或其组合。在实施例中，导电材料还可以是涂覆或镀有纯银，银合金或银化合物(例如镀银铜片)的基底材料。
本发明的银化合物包括氧化银，硫氰酸银，乙酰丙酮银，碳酸银，高氯酸银，硝酸银，亚硝酸银，硫酸银，氰化银，氰酸银，磷酸银，四氟硼酸银，乙酸银，乳酸银，草酸银及其衍生物。银合金可以由选自Pt，Ti，V，Ta，Re，Mn，Au，Cu，Ni，Al，Ga，Ge，In，Co，Pd，Fe，Cr，Zr，Nb，Mo，Pb，Bi，Si，W，Ru，Cd，Os，Ir，Sn，Sb以及它们形成的化合物等。
导电材料可以具有任何形状。在实施例中，导电材料可以具有例如薄片，棒，板或针的形状。该形状可具有例如30至1，或5至1，或3至1的纵横比(即，宽度比高度)。
导电材料可具有例如0.5至15微米，或1至10微米，或2至10微米的平均粒度。导电材料的量可以为导电浆料的约50-95重量％，导电浆料的60-90重量％，或70-90重量％为膏状浆料的85重量％。
导电浆料还可以包括导电颗粒。导电颗粒可以是例如Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物。导电颗粒可以用来代替一些导电材料，从而降低导电膏浆料的总体成本并且提高导电性能。导电颗粒可以在机械上比导电材料强，并且可以用作增强剂以增强导电材料的机械强度。导电颗粒在与导电材料接触时可充当导电点，从而充当导电材料的相邻部分之间的桥，以在整个导电材料中形成导电路径。
诸如Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物的导电粒子可以是具有平均粒度的粉末形式，例如0.05至10微米，0.1至7微米，或0.2至5微米。
导电颗粒可以具有不规则和细长的形状，例如钉形，针形，星形，棒形。在某些实施方案中，导电颗粒可以具有尖峰状形态以及粗糙的形态。导电颗粒的不规则和细长的形状可以帮助确保导电材料表面之间的接触。
诸如Fe-Ni-Co-Mo-Bi之类的导电颗粒可以例如以导电浆料的0.1重量％至5.0重量％，或导电浆料的0.5重量％至4.0重量％的量存在于导电性浆料中，或1.0至3.0重量百分比的浆料。
粘结剂
导电浆料还可以包括至少一种粘合剂，例如聚合物粘合剂。聚合物粘合剂可以具有高粘度以允许导电浆料在印刷之后保留图案。聚合物粘合剂可以是例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)三元共聚物；聚酯如对苯二酸酯，萜烯，苯乙烯嵌段；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物等共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物；乙烯丙烯酸丁酯共聚物乙烯-丙烯酸共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯；聚甲基丙烯酸乙酯；聚(烷基)甲基丙烯酸酯；聚烯烃；聚丁烯，聚酰胺；及其混合物。
在实施方案中，聚合物粘合剂是PVB三元共聚物。PVB三元共聚物的实例包括例如由(Kuraray America)制造的聚合物。
一种或多种粘合剂如聚合物粘合剂可以是导电浆料的0.1重量百分比至10.0重量百分比或者0.5重量百分比至7.5重量百分比的量存在于导电浆料中百分比，或导电浆料的1.0重量％至5.0重量％。
溶剂
导电膏浆料还可以包含至少一种溶剂。溶剂可以是单一溶剂或溶剂的混合物。溶剂为可以能够溶解聚合物粘合剂。合适的溶剂的实例包括例如二-C1-C6-烷基醚；甲苯；乙二醇；丁基卡必醇(二甘醇单丁基醚)，丁酮；或其任何组合。在本发明的一个实施例中，溶剂是丁基卡必醇。
一种或多种溶剂的量可以是导电浆料的5.0重量％至50.0重量％，或导电浆料的5.0重量％至35.0重量％，或5.0至25.0重量％。
根据需要，导电浆料可以含有任选的添加剂，例如增塑剂，润滑剂，分散剂，流平剂，消泡剂，抗氧化剂。
实施例
对比例1
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入非接触脱泡机中。在室温下搅拌该混合物。接下来，将50克片状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。再次混合30分钟后，转移混合好的浆料备用。
实施例1
5重量％的Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物颗粒
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌。接着，将50克片状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。然后，将2.63克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中。用非接触式搅拌混合30分钟后将成品糊状浆料转移待用。
实施例2
2.5重量％的Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物颗粒
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌。接着，将50克片状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。然后，将1.28克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中。用非接触式搅拌混合30分钟后将成品糊状浆料转移待用。
对比例2
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入非接触脱泡机中。在室温下搅拌该混合物。接下来，将30克片状银粉和20克球状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。再次混合30分钟后，转移混合好的浆料备用。
实施例3
4重量％的Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物颗粒
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌。接着，将30克片状银粉和20克球状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。然后，将2.08克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中。用非接触式搅拌混合30分钟后将成品糊状浆料转移待用。
实施例4
2重量％的Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物颗粒
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌。接着，将30克片状银粉和20克球状银粉分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块。然后，将1.02克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中。用非接触式搅拌混合30分钟后将成品糊状浆料转移待用。
浆料涂层
使用丝印工艺在室温下涂布导电浆料。在对流烘箱中，将膜在150℃下热固化30分钟。电阻测量
为了测量浆料的电阻，进行四探针测量：测试200mm长度和200mm宽度的干燥涂层。薄层电阻R＝ρL/A＝ρL/tw
其中R：电阻，ρ：电阻率，L：长度，A：横截面积
电阻值越低，导电性越好。
经过测试，对比例1电阻为4.2Ω，实施例1为2.0Ω，实施例2为2.6Ω；对比例2电阻为3.4Ω，实施例3为1.35Ω，实施例4为1.51Ω；说明添加Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物提高了导电性能，且降低了成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种导电浆料，其特征在于，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 50-95份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 0.1-5份
聚合物粘合剂 0.1-10份
溶剂 5-50份
所述银、银合金、银化合物或它们的组合物平均粒度为0.5至15微米；
所述Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物具有不规则形状，其平均粒度为0.05至10微米。
2.根据权利要求1所述的一种导电浆料，其特征在于，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 60-90份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 0.5-4份
聚合物粘合剂 0.5-7.5份
溶剂 5-35份。
3.根据权利要求2所述的一种导电浆料，其特征在于，所述导电浆料按重量份数计包括以下组份：
银、银合金、银化合物或它们的组合物 70-90份
Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物 2-4份
聚合物粘合剂 1-5份
溶剂 5-25份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种导电浆料，其特征在于：所述银化合物包括氧化银，硫氰酸银，乙酰丙酮银，碳酸银，高氯酸银，硝酸银，亚硝酸银，硫酸银，氰化银，氰酸银，磷酸银，四氟硼酸银，乙酸银，乳酸银，草酸银及其衍生物；所述银合金选自Pt，Ti，V，Ta，Re，Mn，Au，Cu，Ni，Al，Ga，Ge，In，Co，Pd，Fe，Cr，Zr，Nb，Mo，Pb，Bi，Si，W，Ru，Cd，Os，Ir，Sn，Sb以及它们形成的化合物。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种导电浆料，其特征在于：所述银、银合金、银化合物或它们的组合物平均粒度为1至10微米。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种导电浆料，其特征在于：聚合物粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)三元共聚物；聚酯如对苯二酸酯，萜烯，苯乙烯嵌段；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物；乙烯丙烯酸丁酯共聚物乙烯-丙烯酸共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯；聚甲基丙烯酸乙酯；聚(烷基)甲基丙烯酸酯；聚烯烃；聚丁烯，聚酰胺中的一种或它们的混合物。
7.根据权利要求6所述的一种导电浆料，其特征在于：所述聚合物粘合剂是PVB三元共聚物。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种导电浆料，其特征在于：所述Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物的平均粒度为0.1至7微米。
9.根据权利要求1-3任一项所述的一种导电浆料，其特征在于：所述溶剂为丁基卡必醇。
10.一种制备如权利要求1-9任一项所述导电浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将包含3.0g PVB在15g丁基卡必醇中的17重量％溶液加入烧杯中搅拌；
接着，将50克银片分阶段逐渐添加到混合物中以避免结块；
然后，将2.63克Fe-Ni-Co-Mo-Bi化合物粉添加到混合物中；
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