CN113192663B

CN113192663B - 一种增强型导电浆料及电子器件

Info

Publication number: CN113192663B
Application number: CN202110447361.0A
Authority: CN
Inventors: 王汉杰; 任中伟
Original assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dream Ink Technology Co Ltd
Priority date: 2021-04-25
Filing date: 2021-04-25
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2041-04-25
Also published as: CN113192663A; WO2022227517A1

Abstract

本发明提供一种增强型导电浆料及电子器件，涉及新材料技术领域。本发明提供的增强型导电浆料按重量百分比计，由以下物料组成：4％～20％树脂、4％～10％固化剂、50％～80％导电填料、5％～35％增强填料、5％～25％溶剂和0.05％～4％助剂；所述增强填料包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构，以及包覆于所述增强结构外的金属层，所述金属层的导电性能优于所述增强结构的导电性能；所述增强填料的长度为0.1μm～25μm。本发明的技术方案能够提高电子器件中导电结构与基材的附着力。

Description

一种增强型导电浆料及电子器件

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种增强型导电浆料及电子器件。

背景技术

近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，市场对导电浆料的特异性和功能性要求越来越苛刻。为满足上述要求，导电浆料逐渐由最初的金属、碳等单一材料发展为复合导电浆料。复合导电浆料多采用固态导电介质与载体物质共同制成，例如将导电微粒如银粉、铜粉、碳粉、石墨烯等与环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、有机硅树脂等复合而成。

发明人发现，现有技术中的导电浆料在应用过程中，与基材的附着力欠佳，容易从基材上脱落，应用受限。

发明内容

本发明提供一种增强型导电浆料及电子器件，可以提高电子器件中导电结构与基材的附着力。

第一方面，本发明提供一种增强型导电浆料，采用如下技术方案：

按重量百分比计，所述增强型导电浆料由以下物料组成：4％～20％树脂、4％～10％固化剂、50％～80％导电填料、5％～35％增强填料、5％～25％溶剂和0.05％～4％助剂；所述增强填料包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构，以及包覆于所述增强结构外的金属层，所述金属层的导电性能优于所述增强结构的导电性能；所述增强填料的长度为0.1μm～25μm。

可选地，所述增强结构的长径比大于3。

可选地，所述增强结构为碳化硅晶须，或者，碳化硅晶须与碳纤维的混合物。

可选地，所述导电填料为银粉，所述金属层为银层。

可选地，所述金属层的厚度为0.1μm-2μm。

可选地，所述树脂为聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、有机硅树脂、氯醋树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或几种。

可选地，所述固化剂为异氰酸酯类固化剂、酚醛树脂类固化剂、胺类固化剂中的一种或几种。

可选地，所述助剂为润湿分散剂、基材润湿剂、促进剂、偶联剂、流平剂、触变剂、抗氧剂中的一种或几种。

第二方面，本发明提供一种电子器件，采用如下技术方案：

所述电子器件包括基材和位于所述基材上的导电结构，所述导电结构由以上任一项所述的增强型导电浆料制成。

可选地，所述导电结构与所述基材之间的附着力大于30N/cm²。

本发明提供了一种增强型导电浆料及电子器件，一方面，由于该增强型导电浆料中含有增强填料，增强填料包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构，从而可以避免由其制成的导电结构因自身的断裂而造成的脱落，可以提高导电结构与基材的附着力；另一方面，由于增强结构外包覆有金属层，金属层的导电性能优于增强结构的导电性能，增强填料的加入对增强型导电浆料整体的电学性能带来的不良影响很小，不会影响其正常应用；再一方面，由于增强填料的长度为0.1μm～25μm，其可以通过丝网、钢网等的孔洞，增强型导电浆料可以适用于丝网印刷、钢网印刷等快速成型工艺。

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增强型导电浆料的示意图；

图2为本发明实施例提供的增强填料的截面图；

图3为本发明实施例提供的电子器件的示意图。

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。

在发明人对现有技术中的导电浆料进行研究的过程中，发明人发现，由导电浆料制成的导电线路从基材上的脱落的情况有两种：①导电线路整体从基材上脱落；②导电线路断裂后从基材上脱落。其中，第②种情况发生的概率更高，特别是对导电要求较高的浆料，为了提高导电性而加入的银粉比例越高，材料本体强度越低，越容易在测试时本体撕裂。

基于此，本发明实施例提出一种增强型导电浆料，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例提供的增强型导电浆料的示意图，按重量百分比计，该增强型导电浆料由以下物料组成：4％～20％树脂1、50％～80％导电填料2、5％～35％增强填料3、5％～25％溶剂(未示出)、4％～10％固化剂(未示出)和0.05％～4％助剂(未示出)；如图2所示，图2为本发明实施例提供的增强填料的截面图，增强填料3包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构31，以及包覆于增强结构31外的金属层32，金属层32的导电性能优于增强结构31的导电性能；增强填料3的长度为0.1μm～25μm。

示例性地，增强型导电浆料中树脂的重量百分比可以为：4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或者20％；

增强型导电浆料中固化剂的重量百分比可以为：4％、5％、6％、7％、8％、9％或者10％；

增强型导电浆料中导电填料的重量百分比可以为：50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％或者80％；

增强型导电浆料中增强填料的重量百分比可以为：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或者35％；

增强型导电浆料中溶剂的重量百分比可以为：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或者25％；

增强型导电浆料中助剂的重量百分比可以为：0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％或者4％。

示例性地，增强填料的长度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm或者25μm。

本发明实施例中，一方面，由于该增强型导电浆料中含有增强填料，增强填料包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构，从而可以提升由其制成的导电结构自身的强度，避免因其自身的断裂而造成的脱落，可以提高导电结构与基材的附着力；另一方面，由于增强结构外包覆有金属层，金属层的导电性能优于增强结构的导电性能，增强填料的加入对增强型导电浆料整体的电学性能带来的不良影响很小，不会影响其正常应用；再一方面，由于增强填料的长度为0.1μm～25μm，其可以通过丝网、钢网等的孔洞，增强型导电浆料可以适用于丝网印刷、钢网印刷等快速成型工艺。

下面本发明实施例对导电浆料中的各组分进行举例说明。

树脂

本发明实施例中的树脂可以为聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、有机硅树脂、氯醋树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或者至少两种组成的混合物。

导电填料

本发明实施例中，导电填料为金、银、铜、铁、镍、铝、石墨烯、炭黑、石墨、银包铜粉等中的一种或者至少两种组成的混合物。导电填料的形状为片状、球状、线形、棒状、针状、树枝状等中的一种或者至少两种组成的混合物。优选地，导电填料为银粉，具体可以为球状银粉、片状银粉或者二者的混合物。

增强填料

可选地，本发明实施例中的增强结构的长径比大于3，其中，增强结构越细，导电结构整体受力时更利于沿增强结构的轴向传递应力，从而提高应力分散的能力，进而提高导电结构的抗撕裂能力，进一步提高由增强型导电浆料制成的导电结构自身的强度，进一步提高导电结构与基材的附着力。例如，增强结构的长径比可以为4、5、6、7、8、9、10、15、20等。

可选地，本发明实施例中的增强结构可以为碳化硅晶须、碳纤维、玻璃纤维、钢纤维等。进一步可以选择为碳化硅晶须，或者，碳化硅晶须与碳纤维的混合物。在二者的混合物中，碳化硅晶须的重量百分比可以为20％～80％，如20％、30％、40％、50％、60％、70％或者80％。其中，碳化硅晶须作为增强结构的好处在于，①碳化硅晶须的抗拉强度较高，②其具有高的弹性模量，还能适当降低导电结构的破坏性形变，③碳化硅晶须的导热性能优于碳纤维，能够使增强型导电浆料保持较高的热导率，有助于提高散热均匀性能。碳纤维作为增强结构的好处在于，①抗拉强度更高，②导电性更好。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

可选地，本发明实施例中的金属层可以为银层、金层、铜层、镍层等。在导电填料为银粉时，本发明实施例中进一步选择金属层为银层，银层不仅具有较好的导电效果，且化学性质更加稳定不易氧化。

发明人发现，金属层越厚，对增强填料的电学性能的改善效果越好，金属层过后可能会降低增强填料的长径比，从而对增强效果产生不利影响，金属层越薄，越易制备，本领域技术人员可以根据实际需要对金属层的厚度进行选择。可选地，本发明实施例中，金属层的厚度为0.1μm～2μm，如0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.5μm、2μm等。

溶剂

本发明实施例中，溶剂可选为乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、异佛尔酮和松油醇中的一种或者至少两种组成的混合物。

固化剂

本发明实施例中，固化剂为可以异氰酸酯类固化剂、酚醛树脂类固化剂、胺类固化剂中的一种或几种。

助剂

本发明实施例中，助剂可以为润湿分散剂、基材润湿剂、促进剂、偶联剂、流平剂、触变剂、抗氧剂中的一种或几种。

本发明实施例中的增强型导电浆料可以适用于丝网印刷、柔版印刷、移印、挤出式点胶、钢网印刷等成型工艺，成型后加热固化即可得到导电结构。

可选地，本发明实施例中增强型导电浆料的制备方法可包括以下步骤：

步骤S1、制备增强填料；

在一个例子中，增强填料中的增强结构为碳纤维，金属层为银层，增强填料的制备过程包括：将碳纤维长丝或短切丝通过球磨的方式磨碎后过筛，经去胶、除油、粗化、敏化、活化、化学镀银、表面包覆抗氧化层等环节。

在又一个例子中，增强填料中的增强结构为碳化硅晶须，金属层为银层，增强填料的制备过程包括：粗化、敏化、活化、化学镀银、表面包覆抗氧化层等环节。

当然，若增强填料中的增强结构既包括碳纤维，也包括碳化硅晶须，则二者分别以以上方式制备后，再混合即可得到增强填料。

可选地，本发明实施例中，制备得到的增强填料还包括包覆于金属层外的抗氧化层，以尽可能避免或降低增强填料中金属层的氧化程度，维持金属层的良好的导电性能。示例性地，抗氧化层的材质可以为硬脂酸，增强填料填充到增强型导电浆料中后，硬脂酸能够被溶剂溶解，不会影响导电性。

步骤S2、制备有机载体；

具体为将树脂、溶剂加热溶解，得到有机载体。

步骤S3、制备增强型导电浆料；

具体为将助剂、导电填料和增强填料依次加入有机载体中，边添加边搅拌，后可通过搅拌、超声等方式继续进行分散，分散完成后脱泡等、三辊研磨，得到增强型导电浆料。

此外，本发明实施例还提供一种电子器件，具体地，如图3所示，图3为本发明实施例提供的电子器件的示意图，该电子器件包括基材10和位于基材上的导电结构20，导电结构20由以上任一项所述的增强型导电浆料制成。导电结构20可以为导电线路、导电层、导电连接件等任何需要导电的结构，此处不进行限定。使用增强型导电浆料制成的导电结构20与基材10之间的附着力可达30N/cm²以上。

例如，将增强型导电浆料通过丝网印刷的方式印刷在基材上，然后将其置于鼓风干燥箱中加热烧结固化。增强型导电浆料的加热烧结温度为120℃～200℃，烧结时间为10min～80min。

本发明实施例中，导电结构的厚度可以为10μm～60μm，如20μm、30μm、40μm或者50μm。

本发明实施例中，基材可以为柔性基材，也可以为硬质基材，柔性基材可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)等薄膜中的一种，硬质基材可以为FR-4、环氧玻璃、玻璃树脂等。

可选地，如图3所示，本发明实施例中，电子器件还包括通过连接于导电结构20上的电子元件30。根据实际需要，电子元件30可以为开关、电源、发光器件、传感器、芯片等，本发明实施例对此不进行限定。

下面本发明实施例以多个具体实施例和对比例对导电浆料的优势进行说明。

实施例和对比例

性能测试

需要说明的是，以上方阻的测试方式如下：将实施例中的增强型导电浆料和对比例中的导电浆料均通过丝网印刷到相同的PI基材上，印刷厚度为20μm，自流平1h后，200℃烘干2h，采用四探针法测试。以上附着力的测试方式如下：采用GBT 17473.4-2008微电子技术用贵金属浆料测试方法中的附着力测定方法。

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

1.一种增强型导电浆料，其特征在于，按重量百分比计，所述增强型导电浆料由以下物料组成：4％～10％树脂、4％～10％固化剂、50％～80％导电填料、5％～35％增强填料、5％～25％溶剂和0.05％～4％助剂；所述增强填料包括抗拉强度在1GPa以上的晶须、线状或纤维状的增强结构，以及包覆于所述增强结构外的金属层，所述金属层的导电性能优于所述增强结构的导电性能；所述增强填料的长度为0.1μm～25μm；

所述增强结构的长径比大于3；所述金属层的厚度为0.1μm-2μm。

2.根据权利要求1所述的增强型导电浆料，其特征在于，所述增强结构为碳化硅晶须，或者，碳化硅晶须与碳纤维的混合物。

3.根据权利要求1所述的增强型导电浆料，其特征在于，所述导电填料为银粉，所述金属层为银层。

4.根据权利要求1所述的增强型导电浆料，其特征在于，所述树脂为聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、有机硅树脂、氯醋树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的增强型导电浆料，其特征在于，所述固化剂为异氰酸酯类固化剂、酚醛树脂类固化剂、胺类固化剂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的增强型导电浆料，其特征在于，所述助剂为润湿分散剂、基材润湿剂、促进剂、偶联剂、流平剂、触变剂、抗氧剂中的一种或几种。

7.一种电子器件，包括基材和位于所述基材上的导电结构，其特征在于，所述导电结构由权利要求1～6任一项所述的增强型导电浆料制成。

8.根据权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述导电结构与所述基材之间的附着力大于30N/cm²。