CN111849250A

CN111849250A - 一种导电墨水及电子器件

Info

Publication number: CN111849250A
Application number: CN201910366211.XA
Authority: CN
Inventors: 严启臻; 鲁强; 朱唐; 汪海波
Original assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明提供一种导电墨水及电子器件，涉及电子电路技术领域。本发明提供的导电墨水包括：导电银浆和液态金属，其中，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为：1∶30～30∶1，所述液态金属的熔点低于室温；在制备所述导电墨水的过程中，将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合。本发明的技术方案能够使得使用该导电墨水制成的线路具有较好的柔性和可拉伸性，适用于柔性电子领域中。

Description

一种导电墨水及电子器件

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种导电墨水及电子器件。

背景技术

随着微电子技术的快速发展，对快速制造电子产品的需求日益增加。传统电子电路集成于PCB板上，制作PCB板的过程复杂，需要开料、钻孔、沉铜、外形电路、图形电镀、蚀刻、中测、阻焊等繁琐的制作工序。

近年来，电子浆料作为一种具有特定功能的基础电子材料，其可以通过印刷等工艺快速制作电子电路，正发挥着越来越重要的作用。其中，最常见的电子浆料为导电银浆。然而，发明人发现，导电银浆的可拉伸性和柔性均较差，因此，其不适用于柔性电子领域中。

发明内容

本发明提供一种导电墨水及电子器件，可以使得使用该导电墨水制成的线路具有较好的柔性和可拉伸性，适用于柔性电子领域中。

第一方面，本发明提供一种导电墨水，采用如下技术方案：

所述导电墨水包括：导电银浆和液态金属，其中，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为：1∶30～30∶1，所述液态金属的熔点低于室温；在制备所述导电墨水的过程中，将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合。

可选地，所述导电银浆为水性银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为0.5∶1～3∶1。

可选地，所述导电银浆为丝印银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为3∶10～2∶1。

可选地，所述导电银浆为移印银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为1∶4～4∶3。

可选地，所述导电银浆为可拉伸银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为0.5∶2～2∶1。

可选地，所述导电银浆中的银粉为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉、盘状银粉、卵石状银粉、带棱角的多面体状银粉、或者带孔的海绵状银粉。

所述导电银粉的粒径为1nm～5μm。

可选地，所述导电墨水还包括稀释剂，所述导电银浆与所述稀释剂的重量比为：1∶1～30∶1。

第二方面，本发明提供一种电子器件，所述电子器件包括导电线路，所述导电线路由以上任一项所述的导电墨水制成。

可选地，所述电子器件为物联网电子标签，所述导电线路为所述物联网电子标签中的天线；或者所述电子器件为柔性电路板。

本发明提供了一种导电墨水及电子器件，导电墨水包括：导电银浆和液态金属，其中，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为：1∶30～30∶1，液态金属的熔点低于室温；在制备导电墨水的过程中，将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合。由于上述导电墨水中液态金属的熔点低于室温，即在室温下液态金属呈液态，使得使用以上导电墨水制成的线路具有较好的柔性，另外，在上述导电墨水的内部结构中，导电银浆中的银粉和液态金属相互搭接，在对由上述导电墨水制成的线路进行拉伸时，由于液态金属呈液态，其在拉伸过程中可以具有很大的变形量，进而保证液态金属与导电银浆中的银粉之间相互连接，使线路继续导电，因此，上述线路还具有较好的可拉伸性，基于此，使用该导电墨水制成的线路具有较好的柔性和可拉伸性，适用于柔性电子领域中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的线路的拉伸过程示意图；

图2为本发明实施例中的线路被拉断后回弹的过程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供了一种导电墨水，具体地，导电墨水包括：导电银浆和液态金属，其中，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为：1∶30～30∶1，液态金属的熔点低于室温；在制备导电墨水的过程中，将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合。

示例性地，上述导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为1∶30、1∶25、1∶20、1∶15、1∶10、1∶5、1∶3，1∶2，2∶3，4∶5，1∶1，5∶4，3∶2，2∶1、3∶1、5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1或者30∶1。

需要说明的是，以上所述的导电银浆为有机聚合物银导电浆料，其通过烘干或固化可形成薄膜，其中有机聚合物作为粘接相，上述有机聚合物为树脂。导电银浆中必然含有银粉、树脂、溶剂和助剂(如分散剂、流平剂、防氧剂、稳定剂等)，导电银浆中银粉的质量分数可以为40％～90％，如40％、50％、60％、70％或者80％。

以上所述的液态金属为熔点在室温以下的金属单质或者合金。可选地，液态金属为镓铟共晶合金(熔点为15.5℃)、镓铟锡共晶合金(熔点为11℃)或者镓铟锡锌共晶合金(熔点为9℃)。当然，在不明显影响液态金属的性能“如流动性和表面张力”的前提下，液态金属中也可以掺有适量的金属颗粒或非金属颗粒等。

发明人发现，液态金属与导电银浆混合得到导电墨水后，导电墨水中的树脂(由导电银浆提供)越多，导电墨水的稳定性越好，越不易分层，使得工艺操作的容错率越高。增加导电墨水中的树脂含量的主要途径有：增加导电墨水中导电银浆的含量，但若导电银浆的含量过高，则会使得其中液态金属的含量过少，由导电墨水制作得到的线路的柔性和可拉伸性均较差，无法满足需求。

另外，发明人还发现，若导电墨水中的液态金属的含量过多，则会使得导电墨水仍然具有较大的表面张力，无法应用于多种生产工艺(如丝网印刷、移印、钢网印刷等印刷工艺)中，且对基材具有很大的选择性。

在综合考虑以上各因素之后，本发明实施例中选择之前所述的液态金属与导电银浆的重量比，以使得本发明实施例中的导电墨水具有较好的综合性能。

使用此导电墨水制作线路时，只需要先通过喷涂、挤出、印刷等工艺在基材上形成图案，然后在适当温度下进行烘干即可，在烘干过程中导电银浆中的助剂挥发，导电银浆固化，由于烘干的温度必然高于室温，因此，在制作完成的线路中液态金属仍然处于液态。

如之前背景技术所述，若使用导电银浆直接制作线路，则线路的柔性和可拉伸性均较差。

若使用纯液态金属制作线路，则由于纯液态金属的表面张力极大，无法应用于多种生产工艺(如丝网印刷、移印、钢网印刷等印刷工艺)中，且对基材具有很大的选择性。若使用掺有导电颗粒(如银包铜粉、镍粉、铜粉等)后的液态金属，则由于上述液态金属的均一度不高、流动性差，且挤压后液态金属会重新汇聚又体现出较大的表面张力，仍然无法满足需求。

而本发明实施例提供的上述导电墨水中液态金属的熔点低于室温，即在室温下液态金属呈液态，使得使用以上导电墨水制成的线路具有较好的柔性。另外，在上述导电墨水的内部结构中，导电银浆中的银粉和液态金属相互搭接，在对由上述导电墨水制成的线路进行拉伸时，如图1所示，图1为本发明实施例提供的线路的拉伸过程示意图，导电银浆中的树脂3可被拉伸，另外由于液态金属1呈液态，其在拉伸过程中可以具有很大的变形量，进而保证液态金属1与导电银浆中的银粉2之间相互连接，使线路继续导电，因此，上述线路还具有较好的可拉伸性，基于此，使用该导电墨水制成的线路具有较好的柔性和可拉伸性，适用于柔性电子领域中。另外，上述导电墨水的表面张力较低，可以适用于多种生产工艺(如丝网印刷、移印、钢网印刷等印刷工艺)中，且对基材的选择性小。

使用上述导电墨水可以在PI(聚酰亚胺)、PVC(聚氯乙烯)、PU(聚氨酯)、TPU(热塑性聚氨酯)、TPV(热塑性橡胶)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、SPS(对位性聚苯乙烯)、硅胶等柔性基材上制作线路。上述基材中PU、TPU、TPV和硅胶具有可拉伸性，硅胶和PU的可拉伸性很好，PI、PVC、PET和SPS不可拉伸，但具有柔性。

发明人发现，如图2所示，图2为本发明实施例中的线路被拉断后回弹的过程示意图，对上述线路拉伸至极限后，线路中的液态金属1会被拉断，使得线路断开，线路回弹之后液态金属1会重新聚合在一起，将银粉2重新连接，使线路恢复导通。需要说明的是，硅胶与液态金属的粘附性极差，拉伸率较小时，液态金属即会被拉断，因此，使用硅胶作为基材时，线路的拉伸率较小，但回弹后液态金属仍然会重新聚合在一起，将银粉重新连接，使线路恢复导通。

本发明实施例中的导电墨水的制备过程中，必须是将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合，即此处的导电银浆必须为已经提前制备好的，才可以得到均匀的导电墨水。若将同时将导电银浆中的各组分，如银粉、树脂、溶剂、各种助剂以及处于液态的液态金属直接混合，则银粉会包覆在液态金属表面，使得混合得到的导电墨水中有团聚，不均匀，无法用于制作线路。

示例性地，以上导电墨水的制备过程可以包括：按比例称量液态金属和导电银浆；将液态金属和导电银浆放入锡膏搅拌机的锡膏罐中，对锡膏罐密封(抽真空后密封效果更好)；将锡膏罐倾斜45°放入锡膏搅拌机中，并保证对称放置的锡膏罐重量一致；开启锡膏搅拌机，以1200r/min～2000r/min的转速搅拌5～20分钟，在此过程中锡膏罐进行旋转；停止锡膏搅拌机，打开锡膏罐，取出制备好的导电墨水。

其中，对锡膏罐密封的目的在于有效防止液态金属在搅拌过程中被氧化，造成导电性能下降和粘稠度的上升，以及防止导电银浆中的助剂快速挥发，造成导电银浆的流动性的下降。另外，若搅拌不充分，液态金属和导电银浆会出现分层现象，上述搅拌转速和搅拌时间的选择可以有效保证液态金属和导电银浆充分混合。

本发明实施例中，液态金属以液滴的形式存在于导电墨水中。发明人发现，若导电墨水中，液态金属液滴的直径过大，则液滴容易聚合，导电墨水的性能稳定性较差，且能通过的丝网的目数较低，若导电墨水中，液态金属液滴的直径过小，则制备导电的效率低，基于此，本发明实施例中选择液态金属液滴的直径为0.05μm～0.1μm，以使导电墨水具有较佳的综合性能。液态金属液滴的直径主要由制备导电墨水时的搅拌速率和搅拌时间决定。

可选地，本发明实施例中的导电银浆的固含量为20％～90％，如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或者90％，以上所述的导电银浆中的固含量，指的是导电银浆在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。

本发明实施例中的导电银浆可以为常用的各种导电银浆，如水性银浆(容易分散在水中的导电银浆)或者油性银浆(容易分散在油中的导电银浆)，其中，油性银浆具体可以为丝印银浆、移印银浆或者可拉伸银浆。发明人在实验中发现，由于各种导电银浆自身性能的不同，如固含量，助剂种类等不同，针对不同导电银浆，应该在以上范围内选择不同的范围，以使导电墨水呈现出最佳性能。下面本发明实施例举例对此进行描述。

在第一个例子中，导电银浆为水性银浆，导电墨水由导电银浆和液态金属组成，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为0.5∶1～3∶1，如1∶2、1∶1、3∶2、2∶1、5∶2或者3∶1。此导电墨水较均匀，粘稠度较小，流动性较大，液态金属的活动性较好，可以适用于喷涂、挤出等工艺。

在第二个例子中，导电银浆为丝印银浆，导电墨水由导电银浆和液态金属组成，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为3∶10～2∶1，如3∶10、1∶2、1∶1、2∶3或者1∶2。丝印银浆的流动性较好，固含量为40％～60％。此导电墨水的粘度适中，适用于印刷(如丝网印刷、钢网印刷、柔板印刷等)工艺中。使用此例子中的导电墨水制成的线路的拉伸率(拉伸后长度与原长度的比值)可高达600％左右。

在第三个例子中，导电银浆为移印银浆，导电墨水由导电银浆和液态金属组成，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为1∶4～4∶3，如1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1或者4∶3。移印银浆的粘性较大，固含量高60％～80％。此导电墨水的粘度较大，适用于移印工艺中。

使用如上所述的导电墨水，采用移印的方式在PU基材上制作线路，并对其烘干，其拉伸率可达200％左右，且回弹后可重新导电。

在第四个例子中，导电银浆为可拉伸银浆，导电墨水由导电银浆和液态金属组成，导电墨水中，液态金属与导电银浆的重量比为0.5∶2～2∶1，如1∶4、1∶3、1∶2、2∶3、1∶1、3∶2或者2∶1。可拉伸银浆具有较好的可拉伸性，因此，此导电墨水的拉伸性更佳。

可选地，导电银浆中的银粉为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉、盘状银粉、卵石状银粉、带棱角的多面体状银粉、或者带孔的海绵状银粉。其中，不同形状的银粉对导电墨水的性能会有影响，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

可选地，导电银浆中的银粉的粒径为1nm～5μm。

另外，根据不同生产工艺的需要，导电墨水还可以包括稀释剂，导电银浆与稀释剂的重量比为：1∶1～30∶1，如1∶1、2∶1、3∶1、5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1或者30∶1。稀释剂的添加可以使导电墨水具有合适的流动性和粘度。

示例性地，导电墨水由液态金属、油性银浆和稀释剂组成，三者重量比为：(10～30)∶(10～30)∶1，使用200目丝网进行丝网印刷时，导电墨水均匀且粘度适中，制得的线路均匀无颗粒感。将此导电墨水丝印在PU膜上制成线路后，该线路有弹性，拉伸率可高达600％左右，该线路可回弹至300％拉伸率对应的长度。

此外，本发明实施例还提供一种电子器件，电子器件包括导电线路，导电线路由以上任一项所述的导电墨水制成。

上述导电线路可以为平面导电线路，也可以为异形导电线路等。以上电子器件可以为任何包括导电线路的电子器件，由于本发明实施例提供的导电墨水制成的线路具有较好的柔性和可拉伸性，基于此，上述电子器件为柔性器件时，能够更好地凸显出本发明实施例提供的导电墨水的优势。

示例性地，本发明实施例中的电子器件为物联网电子标签，如柔性RFID电子标签、水洗唛、织唛等，导电线路为水洗唛、织唛、柔性RFID电子标签中的天线；或者电子器件为柔性电路板(FPC)。

可选地，物联网电子标签还包括基材和封装薄膜，天线位于基材上，封装薄膜覆盖于天线上，以对天线进行封装。基材可以为PU膜、TPU膜、SPS膜或者PET膜等。封装薄膜可以为一层，也可以为多层，封装薄膜可以为一层PU膜，或者多层PU膜，或者一层TPU膜，或者多层TPU膜等。当然，其他具有柔性以及支撑效果的基材也适用于上述物联网电子标签中，其他具有柔性以及封装效果的封装材料也适用于上述物联网电子标签中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种导电墨水，其特征在于，包括：导电银浆和液态金属，其中，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为：1∶30～30∶1，所述液态金属的熔点低于室温；

在制备所述导电墨水的过程中，将具有流动性的导电银浆和处于液态的液态金属均匀混合。

2.根据权利要求1所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆为水性银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为0.5∶1～3∶1。

3.根据权利要求1所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆为丝印银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为3∶10～2∶1。

4.根据权利要求1所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆为移印银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为1∶4～4∶3。

5.根据权利要求1所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆为可拉伸银浆，所述导电墨水由所述导电银浆和所述液态金属组成，所述导电墨水中，所述液态金属与所述导电银浆的重量比为0.5∶2～2∶1。

6.根据权利要求1～5任一项所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆中的银粉为片状银粉、球状银粉、棒状银粉、针状银粉、树枝状银粉、盘状银粉、卵石状银粉、带棱角的多面体状银粉、或者带孔的海绵状银粉。

7.根据权利要求1～5任一项所述的导电墨水，其特征在于，所述导电银浆中的银粉的粒径为1nm～5μm。

8.根据权利要求1所述的导电墨水，其特征在于，所述导电墨水还包括稀释剂，所述导电银浆与所述稀释剂的重量比为：1∶1～30∶1。

9.一种电子器件，其特征在于，所述电子器件包括导电线路，所述导电线路由权利要求1～8任一项所述的导电墨水制成。

10.根据权利要求9所述的电子器件，其特征在于，所述电子器件为物联网电子标签，所述导电线路为所述物联网电子标签中的天线；或者所述电子器件为柔性电路板。