CN110520488A - 用于印刷电子器件的应用的uv-led电介质油墨 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于印刷电子器件的应用的可丝网印刷的UV‑LED可固化的电介质油墨组合物。

Description

用于印刷电子器件的应用的UV-LED电介质油墨
本申请要求2017年1月18日提交的美国临时专利申请系列No.62/447,593的优先权，就所有目的而言，该申请的内容以引用方式全部并入本文。
技术领域
本申请公开的发明涉及印刷电子部件领域，具体而言涉及电介质油墨和涂敷组合物，其可以通过例如丝网印刷而印刷至电子部件结构上，并通过暴露于由UV-LED源等其他可行的能量源发射的能量而被固化。
背景技术
UV可固化的PTF电介质油墨用于保护并使印刷电子器件中的电介质部件绝缘，例如印刷电路板。这些油墨可以用于制备多层电路，其中导电油墨层被印刷在印刷电介质油墨层的下方、上方和/或下方和上方。按照这种方式排列，印刷电介质部件具有可靠的交叉电路。
用于印刷电子器件应用的目前可用的PTF电介质是使用水银基UV灯固化的。这些灯主要用于该工业。但是，水银基UV灯具有明显的缺点。这些灯消耗大量的能量，因此不是能量高效的。此外，它们产生大量的热，这会防止使用热敏感的基材。此类等还呈现环境危害，因为它们产生臭氧并且可以导致水银污染。
使用紫外发光二极管(UV-LED)光源进行固化形成多图案印刷油墨多图形印刷油墨扇区(multiple graphic printing ink sector)。UV-LED固化技术具有一些优点，其中UV-LED等比水银基等消耗大约80-90％的更少的能量。UV-LED灯还可以在较低的温度下操作。
UV可固化的油墨已经被印刷在其他的产品中和表面上，例如玻璃，并且已经用于防伪印刷等。例如CN103045007描述了LED-UV丝网印刷油墨组合物以及油墨组合物的制备方法。CN104497697描述了LED-UV光固化的丝网印刷无卤玻璃油墨。JP5564788B2描述了活化能带硬化模具丝网油墨和印刷品。CN104910679描述了使用LED作为光源的紫外固化的旋转丝网印刷油墨。JP2015010113A描述了光固化的防潮绝缘涂料。
据信，目前的UV可固化PTF电介质不能使用LED灯固化。如果用于此类应用的油墨组合物以这种方式固化，则印刷电子制造商例如通过采用无臭氧和无水银工艺，而受益于在制造过程中消耗较少的能量，较低的操作温度，并且受益于不会严酷地冲击环境。UV-LED灯比水银灯具有更长的寿命。例如与水银灯的大约500-2000小时相比，UV-LED灯可以具有大约20,000或更长的使用寿命。此外，可以实施更少的维护，其进一步降低成本。
具有用于印刷电路板(PCB)制造的市售可得的UV-LED可固化敷形涂料。这些敷形涂料可以施加到全集成的PCB上，从而保护电路板的电介质部件抵抗水份、化学品、灰尘和极端的温度。然而，UV-LED敷形涂料不应该被认为是与PTE电介质墨水和涂料是相同的或可交换的，例如本发明所述的那些。敷形涂料用于厚层中，例如厚度为40-250微米(但是40-80微米是更可行的)。敷形涂料是在电路板全集成后通过刷涂、旋涂、浸涂或选择涂敷工艺施加的。这种电路板可以具有极其复杂的部件，并且通常具有极密的3维组件。由于PCB组件的3D本性，目前的UV-LED敷形涂料需要二次固化步骤，例如通过湿固化或热固化。这种二次固化步骤是PCB的合适的功能和操作所必需的。敷形涂料在PCB制造中作为最后的步骤之一施加，从而为铜电路、焊连接、导电胶连接和组装部件提供保护。
在其他的方面中，PTF电介质涂料在电子部件结构和制造中具有不同的作用。PTF电介质涂料通常通过丝网印刷至挠性基材上而施加。PTF电介质涂料可以施加在印刷导电油墨上、印刷导电油墨下以及印刷导电油墨之间，其中所述的油墨例如可以包含银或碳作为导电部件。在这种排布中，PTF电介质涂料起到交叉电介质(其能够形成多层电路)的作用，和/或在银导电轨道上作为保护性挠性PTF电介质涂料，然后电路进入部件组装工艺。PTF电介质涂料比敷形涂料具有更高的粘性，并且在比敷形涂料更厚的油墨膜(最通常为大约30微米)上印刷。
在制造印刷电子器件应用中使用的电介质油墨和涂料(例如聚合物厚膜(PTF)油墨)通常是使用水银基UV灯固化的。如所理解的那样，市场上没有可利用的UV-LED可固化电介质油墨和涂料，并且未发现有出版物公开UV-LED组合物或使用UV-LED固化的组合物在制造印刷电子器件应用中形成电介质层。
发明概述
本发明公开涉及UV-LED可固化的电介质油墨和涂料，其可以用于制造印刷电子器件，例如薄膜触摸开关、电容式和电阻式触摸传感器、印刷天线和其他印刷电子部件。
本发明描述了UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物，其包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸单体、以及一种或多种光引发剂，其中所述的油墨或涂料组合物在暴露于得自UV-LED能量源的能量时，是可固化的。尽管电介质油墨或涂料组合物可以通过不同的印刷技术(例如柔性印刷、凹版印刷和数字印刷)施加至基材上，但是所述的组合物特别适用于通过丝网印刷来施加，其中所述的丝网印刷是印刷电子部件领域中主要的施加方法。
本发明进一步描述了形成电子部件的方法。该方法包括以下步骤：将可以使用UV-LED能量源固化的一层或多层电介质油墨或涂料组合物丝网印刷至基材上，其中所述的组合物包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂；通过将所述的电介质油墨或涂料组合物层暴露于得自UV-LED能量源的能量而固化的。
在所述的方法的另一个方面中，一层或多层导电油墨组合物可以在印刷并固化一层或多层UV-LED电介质油墨的至少一层之前或之后(即，在所述的层下方、上方和/或下方和上方)施加。
本发明还进一步描述了印刷电子部件，其包含电子部件基材以及位于基材上的丝网印刷层，其中所述的基材包含UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物，该组合物包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂，其中所述的丝网印刷的层是通过暴露于得自UV-LED能量源的能量而固化的。
还在另一个方面中，本发明描述了多层导电电路，其包含基材，以及以任何排布施加至基材上的层：一层或多层导电油墨，UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物(由一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂构成)的一层或多层丝网印刷层，其中所述的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物的一层或多层丝网印刷层是通过暴露于得自UV-LED能量源的能量而固化的。在另一个方面中，多层导电电路用于印刷电子器件应用中。
还在另一个方面中，本发明描述了导电电路，其包含基材，导电油墨的一层或多层印刷层(其中至少上层的导电油墨包含银)，以及UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物(其包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂)的一层或多层丝网印刷层，其中所述的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物得丝网印刷层是通过暴露于得自UV-LED能量源的能量而固化的。
在另一个相关的方面中，导电电路作为薄膜触摸开关、电容式和电阻式触摸传感器、印刷天线、多种互联、印刷挠性连接器尾端和其他印刷电子部件而用于印刷电子部件中。
在本发明所述的UV-LED可固化电介质油墨和涂料的一个方面中，油墨和涂料组合物中存在的光引发剂在暴露于通过UV-LED能量源发出的固化能量时，引发自由基聚合反应。在所述的油墨和涂料组合物中存在的光引发剂在暴露于UV-LED能量源的发射波长下的能量时，被激发。
在一个方面中，所述的电介质油墨和涂料组合物在被固化时，展现出以下的一种或两种：大于或等于大约100KV/mm的击穿电压，以及大于大约1012ohm·cm的体积电阻率。
在构建印刷电子配件中，导电油墨(例如含银的导电油墨)被印刷在塑料膜基材上，例如聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN),聚酰亚胺(PI)和其他塑料基材)。然后，一层、两层或多层的电介质油墨或涂料可以被印刷在导电油墨的顶部。接着，另一层导电油墨(例如导电银油墨)可以印制在电介质油墨层上方，从而形成交越或绝缘点。备选地，可以在施加导电油墨之前施加电介质油墨，例如直接施加至基材上，或者在施加另一个涂料层之后施加电介质油墨，从而保护导电电路(例如防止银变色)并增加导电电路或印刷挠性电路连接器尾端的挠性、环境稳定性和损耗的操作窗。
除了可丝网印刷、然后可使用UV-LED能量固化以外，本发明公开的电介质油墨和涂料提供了良好的电绝缘，其可以通过体积电阻和击穿电压来证明。所述的涂料进一步为在印刷电子器件(例如塑料膜)中使用的膜提供良好的粘附性，并且展现出良好的挠性(这是由于印刷电子器件通常需要具有高度的耐弯折性)。此外，它们是环境稳定的，这是因为它们防止在一段时间内印刷电路降解。
本发明所述的UV-LED可固化的电介质油墨和涂料是有利的，这是因为UV-LED固化比水银灯基固化消耗明显更低的能量，所以得到更高效的固化过程。UV-LED固化释放较少的热，并且比水银灯基固化是更环境友好的。此外，UV-LED灯具有更长的使用寿命。
由于本发明所述的UV-LED可固化的电介质油墨和涂料可以用于UV-LED固化应用，并且还可以使用传统的水银固化灯，所以本发明所述的UV-LED可固化的电介质油墨和涂料、以及使用所述的电介质油墨和涂料制造部件的工艺的另一个益处在于技术全面超过使用传统PTF电介质的工作。
上述益处和其他的益处由以下的书面描述将变得显而易见。
发明详述
除非另外定义，否则本发明使用的所有技术和科学术语具有本发明所属技术领域任一技术人员通常理解的相同的含义。除非另外说明，否则对于任何目的而言，在本发明的全部公开内容中所指的所有专利、专利申请、申请公开，以及出版物、网站和其他公开的材料均以引用方式全文并入本文。
在本申请中，除非另外明确地说明，否则使用的单数形式包括复数形式。如本文所用，除非另外清楚地指数，否则单数形式“a”、“an”和“the”还意图包括复数形式。
如本文所用，除非另外说明，否则使用的“或者”是指“和/或”的意思。
如本文所用，术语动词形式的“包含”、“由……构成”和/或现在分词形式的“包含”明确说明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或成分的存在，但是不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元素、成分和/或它们的组的存在或加入。此外，在术语“包括”、现在分词形式的“具有”、动词形式的“具有”、“连同”、“由……构成”、“形成”、“由……形成”或它们的变体用于发明详述或权利要求书的情况下，此类术语意图以与术语分词形式的“包含”相似的方式被涵盖在内。
如本文所用，范围和量可以表示为“大约”一个特定的值或范围。“大约”意图还包括确切的量。因此，“大约5％”是指“大约5％”，还指“5％”。“大约”是指对于预期应用或目的而言，处于典型的试验误差范围内。
如本文所用，“多官能”是指具有两个或多个官能团。多官能单体例如可以为双官能、三官能、四官能的，或者具有更高数量的官能团。例如多官能丙烯酸酯包括二丙烯酸酯、三丙烯酸酯和四丙烯酸酯。
本发明公开提供了用于印刷电子器件应用的UV-LED可固化的电介质油墨和涂料组合物，其中所述的组合物可以通过丝网印刷和其他的施加技术来施加。电介质油墨和涂料为交叉导电银轨道提供有效的绝缘，并且还为在印刷电子器件中使用的印刷互联和印刷挠性连接器尾端提供保护性电介质层。本发明所述的UV-LED可固化的电介质油墨和涂料组合物对多种基材展现出良好的粘附性，特别是对在印刷电子器件中使用的塑料基材。所述的油墨和涂料具有良好的挠性、良好的绝缘、并且满足印刷电子部件的需要。此外，电介质油墨和涂料可以通过UV-LED能量源和标准的水银灯固化，从而使得它们广泛地适用于印刷电子器件的制造。
尽管电介质油墨和涂料良好地适用于通过丝网印刷施加至基材上，但是可以使用其他的印刷工艺。例如油墨和涂料可以通过其他的印刷方法施加(例如柔性印刷、凹版印刷、数字印刷、平版印刷等)。应该理解的是，油墨和涂料组合物可以被改性，例如在油墨的粘性和流变性方面，从而使得它们适用于通过所使用的特定技术进行印刷。
应该理解的是，本发明涵盖油墨(包含一种或多种着色剂)和涂料，其通常不含涂料。
本发明所述的电介质油墨和涂料包含一种或多种UV可固化的丙烯酸酯低聚物、一种或多种UV可固化的丙烯酸酯单体、以及一种或多种光引发剂，其在暴露于UV-LED能量源时，引发自由基聚合反应。其他成分可以包含在电介质油墨和涂料中，例如惰性树脂、添加剂、填料和着色剂(例如颜料和染料)。油墨还包含其他的成分，包括但不限于惰性树脂、填料、消泡剂、流平剂、流变改性剂、稳定剂、表面活性剂和粘附性促进剂。
多种UV可固化的丙烯酸酯低聚物可以用于所述的电介质油墨和涂料中。UV可固化的丙烯酸酯低聚物应该展现出以下特征的一种或多种：优异的耐磨性、优异的耐溶剂性、优异的挠性、对下层和基材的优异的粘附性、优异的抗冲击性以及与所述的组合物的其他成分的相容性。
示例性的UV可固化的丙烯酸酯低聚物包含聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、巯基改性的丙烯酸酯和它们的共混物。所述的低聚物优选地占油墨的总重量的10-60wt％。
聚酯丙烯酸酯低聚物优选的是高度的挠性和低收缩性，并且对多种基材展现出良好的粘附性。聚酯丙烯酸酯低聚物的一份仅示例性的清单包括市售的产品，例如得自Allnex的Ebecryl 411,Ebecryl 524,Ebecryl 812；得自Arkema/Sartomer的CN 2281；以及得自Polymer Technologies的UVP 6000,UVP 6010,UVP-6021,UVP 6150,UVP 6300和UVP6722。
尽管任何聚氨酯丙烯酸酯低聚物都可以用于本发明公开的电介质油墨和涂料中，但是优选的是聚氨酯丙烯酸酯低聚物是脂肪族的(而不是芳香族的)，这是因为已经发现脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物具有良好地适用于油墨和涂料的物理性质，例如耐刮伤、耐刮性、耐划伤和良好的挠性。此外，脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物还可以用于本发明所述的油墨和涂料中。
芳香族聚氨酯丙烯酸酯低聚物可以用于本发明公开的电介质油墨和涂料中，并且所述的油墨仍展示一定范围的可接受的性质。
可以用于电介质油墨和涂料的示例性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物包括得自IGMResins的Photomer 6019,Photomer 6010,Photomer 6210和Photomer 6184；得自Allnex的Ebecryl 230,Ebecryl 242,Ebecryl 284；以及得自Arkema/Sartomer的CN 982,CN 962,CN959。此外，可以使用聚氨酯甲基丙烯酸酯，例如得自Rahn的Genomer 4267和Genomer 4256；以及得自Arkema/Sartomer的CN 1963。
可以用于本发明所述的电介质油墨和涂料的环氧丙烯酸酯展现良好的UV反应性和良好的挠性，从而有利于印刷电子部件中印刷层的耐化学性。环氧丙烯酸酯的示例性清单包括得自Allnex的Ebecryl 3201,Ebecryl 600,Ebecryl 3703,Ebecryl 3500和Ebecryl3701；以及得自Rahn的Genomer 2235,Genomer 2253,Genomer 2255。
巯基改性的丙烯酸酯低聚物在UV-LED固化工艺中可以缓解氧抑制，并得到良好的表面固化(surface sure)和整体油墨性质。巯基改性的丙烯酸酯低聚物的示例性清单包括得自Allnex的Ebecryl LED 02,Ebecryl 8416，得自Rahn的Genomer 7302。
不同种类的丙烯酸酯低聚物的组合可以用于本发明的组合物中。
可以存在于所述的电介质油墨和涂料组合物中的UV可固化的丙烯酸化低聚物的总量占组合物总重量的大约10wt％至大约60wt％，优选为大约15wt％至大约55wt％，并且更优选为大约20wt％至大约50wt％。
UV可固化的丙烯酸化单体可以是单官能的和/或多官能的；例如它们的每个分子中可以具有一个、两个、三个或多个丙烯酸酯官能团。可以存在于所述的电介质油墨和涂料组合物中的示例性UV可固化单体包括丙烯酸异冰片酯,丙烯酸苯氧乙基酯,丙烯酸四氢呋喃,N-乙烯基吡咯烷酮,N-vinylcaprolactam,丙烯酰吗啉,甲基丙烯酸羟乙酯,二环戊烯氧基乙基丙烯酸酯,三丙二醇二丙烯酸酯,1,6-己二醇二丙烯酸酯,二丙烯酸新戊二醇酯,正己基丙烯酸酯,丙烯酸异辛酯,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,季戊四醇三丙烯酸酯,乙氧基或丙氧基三羟甲基丙烷丙烯酸酯和它们的组合。
可以存在于所述的电介质油墨和涂料组合物中的UV可固化的丙烯酸化单体的总量占组合物总重量的大约5wt％至大约50wt％,优选为大约10wt％至大约40wt％,更优选为大约15wt％至大约35wt％。
存在于所述的电介质油墨和涂料组合物中的光引发剂在暴露于UV-LED能量源时，引发自由基聚合反应。示例性光引发剂包括酰基磷氧化物,二苯甲酮及其衍生物,α-氨基酮,α-羟基酮,噻吨酮和胺改性丙烯酸酯增感剂。优选的是，光引发剂为以下的一种或组合：二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物,苯基二(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物,异丙基噻吨酮,1-羟基-环己基-苯基酮,2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙酮,以及2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(吗啉基)苯基)]-1-丁酮。可以使用得自上述组中的一种或多种引发剂。
可以存在于所述的电介质油墨和涂料组合物中的光引发剂的总量占组合物总重量的大约1wt％至大约15wt％，优选为大约1.5wt％至大约12wt％，更优选为大约3wt％至大约8wt％。
不同的UV LED灯具有不同的发射波长。在所述的电介质油墨和涂料组合物的情况下，已经发现UV LED固化能量的发射波长优选可以为大约355nm至415nm，但是可以使用高于和低于该范围的其他波长。已经发现大约395nm的发射波长特别良好地适用于提供完全且有效的固化。存在这样的情况，其中油墨和涂料组合物的组成可以被修改，从而在给定的发射波长下更好地利用UV LED光的能量。
所述的电介质油墨和涂料组合物包含可任选的组分。例如惰性树脂可以存在于油墨和涂料组合物中。如果惰性树脂存在，则可以包含占组合物总重量的大约0.5wt％至大约40wt％，优选为大约1.0wt％至大约30wt％，并且更优选为大约5wt％至大约15wt％的量的惰性树脂。可以包含的示例性惰性树脂为聚酯,丙烯酸酯,甲基丙烯酸酯,环氧树脂,苯氧树脂,酚醛树脂,酮和它们的组合的均聚合和共聚物。可以有利的是在电介质油墨和涂料组合物中包含一种或多种惰性树脂，这是因为它们有助于分散、粘附性和固化反应。
惰性树脂应该被包含在内，并且其应该为丙烯酸树脂，然后优选地，其为由单体的组合制备的惰性丙烯酸均聚物或惰性丙烯酸共聚物，其中所述的单体包括但不限于(甲基)丙烯酸,丁基(甲基)丙烯酸酯,乙基(甲基)丙烯酸酯,甲基(甲基)丙烯酸酯,笨乙烯,丙烯腈,(甲基)丙烯酰胺和醋酸乙烯。
本发明的油墨可以可任选地包含填料，例如滑石、粘土、二氧化硅、氮化硼、云母和碳酸钙。如果填料存在，则可以包含占组合物总重量的大约0.5wt％至大约40wt％,优选为大约1.0wt％至大约30wt％,并且更优选为大约5wt％至大约25wt％的量的填料。
着色剂可以包含在所述的油墨和涂料组合物中。合适的着色剂包括有机或无机颜料和染料。示例性的染料包括荧光染料、偶氮染料、蒽醌染料、氧杂蒽染料、吖嗪染料、和它们的组合等。有机颜料可以为一种或多种颜料，例如颜料黄编号12,13,14,17,74,83,114,126,127,174,188；颜料红编号2,22,23,48:1,48:2,52,52:1,53,57:1,112,122,166,170,184,202,266,269；颜料橘编号5,16,34,36；颜料蓝编号15,15:3,15:4；颜料紫编号3,23,27；和/或颜料绿编号7。示例性的无机颜料包括氧化铁、二氧化钛、氧化铬、亚铁氰化铁铵、氧化铁黑、颜料黑编号7和/或颜料白编号6和7。还可以使用其他有机和无机颜料和染料，以及取得所需颜色的组合。
添加剂可以包含在油墨和涂料组合物中，从而改善粘性。示例性的添加剂包括粘附性促进剂、硅酮、光稳定剂、脱气剂、石蜡、流动性促进剂、消泡剂、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、流变添加剂、石蜡、流平剂等。
在制造印刷电子部件中，所述的电介质UV-LED可固化的油墨和涂料可以以一层或多层方式施加。例如UV-LED电介质油墨和涂料组合物可以直接施加至基材上。在另一种排布中，导电油墨组合物可以在施加电介质油墨和涂料组合物(例如施加在电介质油墨和涂料组合物下方)之前施加。然后，可以施加其他的导电和电介质油墨层，从而提供交叉电路。可以排布所述的电介质UV-LED可固化的油墨和涂料层，从而绝缘并保护一层或多层导电油墨，例如导电银油墨，从而形成用于印刷电子器件应用的可靠的电路。
印刷电子部件的基材可以为常用于该领域的那些。其中有塑性膜，例如PET,PEN,聚酰亚胺,聚碳酸酯(PC)和热塑性聚氨酯(TPU)。对于一些印刷电子器件应用，可以使用纸、甚至合成纸。聚合物厚膜导电银或石墨油墨被印刷并固化在基材上，从而形成导电轨道。
尽管银基导电油墨可以是优选的，但是人类种类的导电油墨可以与所述的UV可固化的电介质油墨和涂料一起使用，并用于包含所述的油墨和涂料的印刷制品中。其他导电油墨的实例包括铜,镀银铜,其他金属合金,碳,石墨,氧化铟锡(ITO),Sb掺杂的SnO2(ATO),导电聚合物和它们的组合的油墨基颗粒。
在本发明公开的一个方面中，电子部件可以通过印刷技术制造，例如丝网印刷，其中导电油墨以及所述的电介质UV-LED可固化的油墨和涂料层以电子部件的设计师、制造商等所选的层叠排布和/或图案被沉积在基材上，以及彼此的顶部。导电油墨可以包含导电颗粒，例如银、碳和其他导电材料的颗粒。
在一个方面中，通过将热固化的PTF导电银油墨组合物(例如Sun ChemicalAST6300)层印刷(例如丝网印刷)至塑性基材上，并在例如248-302℉温度下的烤箱中将施加的层热固化大约5-30分钟，来制造电路。可以在手工、半自动或全自动丝网印刷机上印刷油墨。可以根据所需的油墨膜的厚度，使用网目数为255-355丝/英寸的聚酯或不锈钢丝网。然后，将一层或多层所述的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物丝网印刷至银层上，并通过暴露于由UV-LED灯(例如可得自Phoseon的灯)发射的能量而固化。由于电介质层的缺陷可以导致较弱的绝缘性(或者在一些情况下可以导致短路)，但是将多于一层的丝网印刷的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层施加在导电银油墨上可以是有利的。在许多情况下，足够的是在银导电油墨上丝网印刷两层，并在每一层施加后进行固化，但是可以施加更多层的电介质。然后，将另一层的导电银印刷在电介质的顶部，从而形成电路交叉点。
可以提供包含基材的印刷电子部件，例如上文所述的那些材料，其适用于电子部件。将本发明所述的丝网印刷的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层直接施加在基材上或基材上方。优选的是，在丝网印刷后通过暴露于由UV-LED能量源得到的足以导致固化的剂量的能量下(例如上文所述)，使UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层单独固化。可以首先(例如直接施加在基材上)，之后(例如在UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层的顶部)、之前(在UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层的底部)和中间(例如在UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物层之间)施加导电油墨层。导电油墨还可以为排布的顶层。事实上，电介质组合物和导电油墨组合物层可以以任何可以想象的排布层叠。导电油墨层还优选地通过优选包括热固化的固化工艺进行固化，优选的是在施加后单独固化。一层或多层所述的UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物可以如所述施加并固化。一层或多层导电油墨可以如所述施加并固化。
在一个发明方面中，本发明公开涉及用于印刷电子器件应用的电路，其包含所述的电介质UV-LED可固化的油墨和涂料。
在另一个实施方案中，本发明涉及用于制造用于印刷电子器件应用的电路的工艺，其中所述的工艺包括LED可固化的电介质/涂料。
实施例
本发明公开的远离通过以下实施例中所述的组合物和印刷制品来证实。所述的实施例无意于限定本发明公开的范围，并且不应该解释为限定本发明的范围。
实施例1
在发明公开的范围内，实施例1的组合物涉及包含聚氨酯丙烯酸酯低聚物的UV-LED可固化的丝网油墨，其显示适用于印刷电子部件。表1示出UV-LED电介质的组成(以重量计)。
使用高速混合器将光引发剂溶解于丙烯酸酯低聚物和单体的混合物中。然后加入表1中列出的其他成分。持续进行良好且充分的混合物。将所得的混合物在三辊滚轧机中研磨至磨矿NPIRI细度评级<4。
Irgacure 369：得自BASF的光引发剂
ITX：得自IGM resins的光引发剂
绿颜料分散剂：得自Sun Chemical的酞菁绿分散剂
如下制备包含实施例1的电介质油墨和涂料组合物的丝网印刷部件。将AST6300(一种得自Sun Chemical的PTF银油墨)以蛇纹图案印刷在基材(PET film Melinex ST505)上。通过355目的聚酯丝网目进行丝网印刷。在300℉下进行热固化10分钟。然后，将第一层的实施例1的电介质油墨组合物通过305目的聚酯丝网印刷在银导电油墨层上，并通过暴露于由Phoseon UV-LED灯(其在395nm波长下发射能量并且输出功率为8W/cm2)得到的能量而固化在运送器上。运送器的速度为50ft/min。电介质两次通过运送器，以提供有效的UV剂量。此后，与第一层相同的方式印刷并固化第二层实施例1的电介质油墨组合物。然后，将AST6300的另一个银导电油墨层以蛇纹图案印刷在电介质层上，其中所述的图案与第一施加的蛇纹图案垂直。该顶层的导电银油墨的丝网印刷和固化在其他方面与第一施加的导电银油墨层相同(例如通过355目的丝网并且在300℉的烤箱中固化10分钟)。按照这种方式，形成具有交叉点或绝缘点的印刷制品。
为了比较，如上文所述制备包含实施例1的组合物和相同的银导电油墨组合物的丝网印刷部件，不同之处在于实施例1的组合物是通过得自American UltravioletCompany的中压水银灯发射的能量来固化的。输出功率为200W/cm2，并且固化剂量为600mj/cm2。
在具有交叉点的电路上实施粘附性和挠性测试。此外，在施加电介质油墨之前和之后测量银导电层的电阻率，从而确保电介质组合物对导电轨道的电性能不具有不利的影响。使用ASTM F1842-09测试所得电路的划格胶带粘附性，并使用ASTM F1683-09测试所得电路的弯曲和折痕。对各电路，在弯曲/折痕之前和之后测量电阻。为了比较，使用Electrodag 452SS(Acheson)(一种市售可得的UV PTF电介质油墨)替代实施例1的电介质油墨组合物，以相同方式制备比较电路。结果示于表2中。
使用ASTM F1842-09划格胶带粘附性测试，评估并测定1粘附性。
在印刷制品的区域中实施粘附性测试1，其中银层处于银/电介质/银/PET层结构的顶部。在其中电介质处于电介质/银/PET层结构的顶部的区域中实施粘附性测试2。
为了进一步评价UV-LED可固化的电介质的电绝缘性，根据ASTM D149测量击穿电压，并根据IPC-TM-650测试方法测试体积电阻率。铜箔FR-4 PCB被用作用于测试所述的油墨的绝缘性的基材。除了测试实施例1的组合物以外，制备并测试本发明公开范围内的另一个实施例2电介质油墨组合物。实施例2的组合物为包含聚酯丙烯酸酯低聚物的UV-LED可固化的丝网油墨，并且在本发明中显示适用于印刷电子部件中。表3示出实施例2的组合物。
表3.实施例2的UV-LED可固化的丝网电介质的组合物
成分 Wt.％
UVP6000-TP–聚酯丙烯酸酯低聚物 50.0
Irgacure 819 3.0
ITX 2.0
抗氧化剂 0.2
丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯 24.1
硅酮消泡剂 1.0
稳定剂 0.5
绿颜料分散剂 0.2
滑石 18.0
二氧化硅 1.0
总计 100.0
Irgacure 819：得自BASF的光引发剂
ITX：得自IGM resins的光引发剂
绿颜料分散剂：得自Sun Chemical的酞菁绿分散剂
在制备例2中，通过高速混合器将光引发剂溶解于丙烯酸酯低聚物和单体的混合物中。加入表3中的其他成分，并持续进行良好且充分的混合。将所得的混合物在三辊滚轧机中研磨直至。研碎的细度等于或小于NPIRI磨矿细度的4。
以与上文所述的实施例1相同的方式进行实施例2的交叉电路测试。数据示于下表4中：
用于印刷部件(包含实施例2的UV-LED可固化的电介质组合物)的表4的结果显示当本发明所述的UV-LED可固化的丝网电介质通过暴露于UV-LED固化能量而固化时，会产生与典型的水银灯固化的电介质相似的性质。实施例2的电介质组合物用于印刷电子器件的应用。
表4还证明实施例2的组合物可以通过常规的水银UV灯固化，这是另外的益处。本发明的UV-LED可固化的电介质可以通过LED和常规的水银UV灯固化，从而产生相似的电性。所述的组合物由此更被制造商所接受，这是因为它们可以在印刷制品制造过程中通过水银和LED UV灯固化。
制品由实施例1和2的UV-LED电介质组合物制备。分别地，实施例1和实施例2的组合物的两层电介质油墨被丝网印刷在200目丝网的铜箔上。使用实施例1的组合物印刷的制品是通过常规的水银灯或通过UV-LED灯固化的；使用实施例2的组合物印刷的制品与此相同。对于所有的制品而言，印刷两层电介质，从而确保在电介质的表面上没有缺陷。为了进行比较，使用市售可得的UV PTF Dielectric Electrodag 452SS(Acheson)印刷制品，并以与实施例1和2的组合物相同的方式测试。结果示于表5中。
表2、4和5所示的结果证明本发明公开的UV-LED可固化的丝网印刷的电介质油墨和涂料组合物(如实施例1和2举例的)可以通过暴露于UV-LED能量而固化，并且它们展现出印刷电子器件的应用所需的电介质性质(体积电阻率和冲击电压)。这些示例性组合物还展现出印刷材料所需的其他特征(例如良好的粘附性、良好的挠性)。实施例1和2的组合物所展示的性质类似于通过水银灯固化的那些电介质组合物，并且因此适用于包含在印刷电子部件的应用中。本发明的组合物还可以通过暴露于由水银灯得到的能量而固化，如本领域常用的那些。
此外，表5显示常规的电介质组合物在暴露于UV-LED能量源的固化能量时，会显示较差的固化反应。
已经详细描述了本发明，包括其优选的实施方案。但是应该理解的是，本领域那些技术人员在考虑本发明公开时，可以对本发明进行修改和/或改进，这些修改和/或改进落入本发明的范围和精神。

Claims (26)

1.一种UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物，其包含一种或多种丙烯酸化的低聚物；一种或多种丙烯酸酯单体；以及一种或多种光引发剂；其中所述的油墨或涂料组合物在暴露于由UV-LED能量源得到的能量时会固化。
2.权利要求1所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种丙烯酸化的低聚物以占所述的组合物的总重量的大约10wt％至大约60wt％,优选为大约15wt％至大约55wt％,并且更优选为20wt％至大约50wt％的量存在于所述的组合物中。
3.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种丙烯酸化的单体以占所述的组合物的总重量的大约5wt％至大约50wt％,优选为大约10wt％至大约40wt％,并且更优选为15wt％至大约35wt％的量存在于所述的组合物中。
4.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种光引发剂以占所述的组合物的总重量的大约1wt％至大约15wt％,优选为大约1.5wt％至大约12wt％,并且更优选为3wt％至大约8wt％的量存在于所述的组合物中。
5.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种丙烯酸化的低聚物选自聚酯丙烯酸酯低聚物,聚氨酯丙烯酸酯低聚物,环氧丙烯酸酯低聚物,巯基改性的丙烯酸酯低聚物和它们的共混物。
6.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种丙烯酸酯单体选自一-、二-、三-官能丙烯酸酯单体，以及具有超过3个丙烯酸酯官能团的多官能丙烯酸酯单体，和它们的组合。
7.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的光引发剂选自酰基磷氧化物,二苯甲酮及衍生物,α-氨基酮,α-羟基酮,噻吨酮衍生物和它们的混合物。
8.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其进一步包含选自一种或多种惰性树脂、一种或多种填料、一种或多种添加剂、一种或多种着色剂和它们的组合的成分。
9.权利要求8所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种惰性树脂以占所述的组合物的总重量的大约0.5wt％至大约40wt％,优选为大约1wt％至大约30wt％,并且更优选为5wt％至大约15wt％的量存在。
10.权利要求8或9所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种填料以占所述的组合物的总重量的大约0.5wt％至大约40wt％,优选为大约1.0wt％至大约30wt％,并且更优选为5wt％至大约25wt％的量存在。
11.权利要求8-10的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种填料选自滑石、粘土、二氧化硅、氮化硼、云母、碳酸钙和它们的混合物。
12.权利要求8-11的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种添加剂以占所述的组合物的总重量的大约0.5wt％至大约20wt％,优选为大约1.0wt％至大约15wt％,并且更优选为1.5wt％至大约5wt％的量存在。
13.权利要求8-12的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种添加剂选自流变改性剂、粘附促进剂、石蜡、消光剂、消泡剂、表面活性剂、流平剂和它们的混合物。
14.权利要求8-12的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的一种或多种着色剂以大约0.1wt％至大约2.0wt％,优选为大约0.1wt％至大约1.2wt％,并且更优选为0.1wt％至大约1.0wt％的量存在。
15.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其进一步包含胺增感剂。
16.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的组合物适用于通过选自丝网印刷、柔性印刷、凹版印刷和数字印刷的方法施加至基材上，其中所述的丝网印刷是优选的。
17.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的组合物在暴露于大约355nm至大约415nm的UV-LED能量发射波长时，发生固化。
18.任意上述权利要求所述的电介质油墨或涂料组合物，其中所述的组合物在固化时，展现出等于或大于大约100KV/mm的击穿电压和/或大于大约1012ohm·cm的体积电阻率。
19.一种形成电子部件的方法，其包括以下步骤：
将一层或多层电介质油墨或涂料组合物丝网印刷至基材上，其中所述的组合物包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂；以及
通过将所述的电介质油墨或涂料组合物层暴露于由UV-LED能量源得到的能量而使所述的层固化。
20.权利要求19所述的方法，其进一步包括在印刷一层或多层所述的电介质油墨或涂料组合物的至少一层之前、之后、和/或之前和之后，施加一层或多层导电组合物。
21.一种印刷电子部件，其包括：
电子部件的基材；
在所述的基材上的丝网印刷的层，其中所述的基材包括UV-LED可固化的电介质油墨或涂料组合物，该组合物包含一种或多种丙烯酸化的低聚物、一种或多种丙烯酸化的单体、以及一种或多种光引发剂，其中所述的丝网印刷的层是通过暴露于由UV-LED能量源得到的能量而固化的。
22.权利要求21所述的印刷电子部件，其进一步包含导电油墨的印刷的且固化的层，优选的是导电银油墨。
23.一种多层导电电路，其包含：
基材；以及
以任意的层排布方式施加在所述的基材上的层：
一层或多层导电油墨；以及
权利要求1-18的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物的一个或多个丝网印刷的层，其中所述的组合物通过暴露于由UV-LED能量源得到的能量而固化。
24.权利要求23所述的多层导电电路，其中所述的电路用于印刷的电子器件的应用中。
25.一种导电电路，其包含：
基材；
导电油墨的一个或多个印刷的层，其中所述的导电油墨的至少上层包含银；以及
权利要求1-18的任意一项所述的电介质油墨或涂料组合物的一个或多个丝网印刷的层，其中所述的组合物被丝网印刷在所述的导电油墨的上层上方，并且其通过暴露于由UV-LED能量源得到的能量而固化。
26.一种包含权利要求25所述的导电电路的印刷电子部件。
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