CN114049985B - 一种导电浆料有机载体及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电浆料有机载体及其制备和应用；特别是一种适合低温烧结导电银浆用有机载体及其制备和应用。该有机载体的较佳方案之一包括聚乙烯吡咯烷酮5.77％、正己醇(1‑Hexanol)30.77％，二乙二醇丁醚醋酸酯30.77％、松油醇30.77％和蓖麻油1.92％。本发明解决了现有导电银浆烧结温度高、挥发表面有裂纹等问题，且原料价廉易购；制备的有机载体粘度适中，应用于导电银浆中，浆料流变性能好，印刷性能良好且分辨率高，并能实现低温烧结且烧结后电导率高，表面平整，为高分辨率、高导电率太阳能栅线板等的应用提供了必要条件。可用于高分辨率太阳能栅线板等的制备。

Description

一种导电浆料有机载体及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种导电浆料有机载体及其制备和应用；属于复合材料制备技术领域。

背景技术

21世纪是电子信息制造业飞速发展的时代，一些智能设备，如智能手机、平板电脑、可穿戴手表等电子产品无处不在，这些设备的出现带动了信息产业和集成电路产业的发展，同时也推动了相关新材料的研发。导电银浆作为此类电子元器件的关键导电功能材料，在这些电子元器件中主要起到导电布线和电气连接的作用，其发展和应用也受到人们的广泛关注。

导电银浆是由银粉和有机载体制备而成的粘稠状或者膏状的悬浮体系，是一种集冶金、化工、电子加工等高技术于一体的电子功能材料。作为一种复合材料，有机载体在浆料中主要起到承载银粉的作用，使固态的银粉成为一种具有流动性的液体。有机载体中溶剂在浆料的烧结过程中会挥发殆尽，溶剂的挥发温度和速率会影响导电浆料的烧结表面质量，溶剂的挥发温度高直接导致浆料的烧结温度高，会影响系统内的电子元件；溶剂的挥发温度低会给浆料的存储和使用带来影响。溶剂的挥发速率快会导致烧结表面产生微裂纹或空洞，挥发速率慢会延长烧结过程，影响生产效率。

目前导电浆料常用的有机载体中溶剂只有一种。这种浆料在烧结过程中溶剂挥发温度集中、挥发速率过快导致表面质量差，存在凸起、空洞或微裂纹，严重影响了印刷浆料的性能。龙孟等在粉末冶金材料科学与工程(2017,22(4):481-486)上报道：采用F性环氧树脂、稀释剂、固化剂等配置成有机载体，当稀释剂松油醇含量为8wt％时，薄膜的体积电阻率达到3.9×10^-5Ω·cm，薄膜的致密性最好，但表面仍有较多的微小细孔。Debin Kong等在AIP Conference Proceedings(2018,1995:020013)上报道：采用0.1g乙基纤维素，1.5g松油醇，0.1g司盘80，0.15g二甲基硅油，0.05g邻苯二甲酸二丁酯，0.05g聚乙二醇混合制备了有机载体并用于导电浆料的制备，350℃烧结后浆料的电阻率为9.32×10^-5Ω·cm，浆料在烧结过程中有凸起和较大孔隙出现，烧结表面质量较差，烧结温度高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种导电浆料用有机载体及其制备和应用，有效解决了现有导电银浆烧结温度高，挥发层次性差、挥发产物有毒和电阻率高等问题，大大提高了浆料的烧结表面质量。

本发明采用的技术方案是：

本发明一种导电银浆有机载体；所述有机载体由以下质量百分比的成分制备而成；溶剂92.31±0.5％，粘结剂5.77±0.5％，助剂1.92±0.5％。

所述的有机载体中溶剂包括正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和松油醇。且正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和松油醇的质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2。

本发明采用多溶剂配比的有机载体，并控制其用量比例，利用不同沸点的溶剂在不同的温度下依次挥发，利用三者的特殊比例，在一定温度下将挥发速度控制在一个合理的范围内，进而避免浆料在烧结时出现凸起和较大孔隙等问题的出现；同时通过优化粘结剂和助剂的用量以及种类并配合溶剂的组成；将浆料在烧结时出现细微裂纹的概率降到一个极低值。

本发明所设计的有机载体，其挥发产物无毒，对环境和人体都是无害的。

所述的有机载体中粘结剂是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，分子量为1300000。

所述的有机载体中助剂是蓖麻油。

作为优选方案，所述溶剂由正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和松油醇按质量比为0.98-1.02：0.98-1.02：0.98-1.02组成。

本发明一种导电银浆有机载体的制备方法如下：

1)将正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇按照质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2、优选为0.98-1.02：0.98-1.02：0.98-1.02称量，置于容器中搅拌均匀，制成均匀的溶剂。

2)称取一定量的粘结剂聚乙烯吡咯烷酮加入到制好的溶剂，置于容器中搅拌，直至粘结剂PVP完全溶于溶剂中，得到粘稠状的透明液体。

3)称取一定量的助剂蓖麻油加入到粘稠液体中，搅拌均匀，制得所需导电浆料有机载体；所述导电浆料有机载体中，以质量百分比计，溶剂92.31±0.5％，粘结剂5.77±0.5％，助剂1.92±0.5％。

作为较佳的方案之一，该有机载体包括聚乙烯吡咯烷酮5.77％、正己醇(1-Hexanol)30.77％，二乙二醇丁醚醋酸酯30.77％、松油醇30.77％和蓖麻油1.92％。

所述的有机载体可以应用于导电银浆的制备。

所述的导电银浆包括有机载体和银粉，且其质量比为1：2。

所述银粉包括平均晶粒尺寸0.9-1.2μm、优选为1μm的球形银粉和尺寸1～5μm，厚度400-600nm优选为450-550nm、的片状银粉，且其质量比为1：1。

本发明所设计和制备的导电银浆的固化工艺为10℃/min升到250℃，保温45min，然后10min降温到100℃，之后随炉冷却至室温。

导电银浆印刷成膜并固化后，所得产品表面无微裂纹和凸起且方阻小于2.35mΩ/sq。

发明的优点和积极效果

一种混合溶剂制备的有机载体，改善了单一溶剂有机载体挥发温度集中，挥发速率过快导致表面质量差的缺点，原料价廉易得，制备过程简单，调节了浆料的粘度，改善了浆料的流变性能和印刷性能，改变了有机载体组元间的蒸气压，增加了有机载体的挥发层次性，提高了浆料烧结表面质量。

单一溶剂的有机载体粘度可调性差，流变性能较差，在挥发过程中溶剂挥发温度较集中，挥发速率过快，挥发过程较难控制，导致溶剂挥发时间短，不利于储存和使用，而且单一溶剂有机载体制成的浆料挥发温度集中，在浆料表面极易产生凸起、孔洞和微裂纹等缺陷。

本发明中混合溶剂的添加改善了有机载体的粘度和流变性能，减少了浆料丝网印刷缺陷，如飞墨、漏印等，提高了浆料初始烧结表面质量，混合溶剂使得浆料的挥发温度具有层次性，减少了表面缺陷，提高了烧结表面质量。高分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为粘结剂的同时，也作为表面活性剂降低了银粉颗粒之间的团聚，有利于银粉顺利通过网孔，改善了浆料的印刷性能。蓖麻油作为增塑剂和润滑剂改善了浆料的稳定性和可挠性，使得浆料更易透过丝网。

附图说明

附图1为有机载体的挥发性能。

附图2为导电浆料的流变性能。

附图3为导电浆料在250℃下烧结照片。

附图4为导电浆料的导电性能。

图1中，1号是实施例1制备的有机载体的挥发性能；2号是实施例2制备的有机载体的挥发性能；3号是实施例3制备的有机载体的挥发性能。

图2中，1号是实施例1制备的导电浆料的流变性能；2号是实施例2制备的导电浆料的流变性能；3号是实施例3制备的导电浆料的流变性能。

图3中，(a)是实施例1制备的导电浆料的烧结形貌；(b)是实施例2制备的导电浆料的烧结形貌；(c)是实施例3制备的导电浆料的烧结形貌；从图3中可以看出，混合溶剂制备的导电浆料烧结后表面平坦，无凸起和微裂纹产生。

图4中，1号是实施例1制备的有机载体的导电性能；2号是实施例2制备的有机载体的导电性能；3号是实施例3制备的有机载体的导电性能。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

本实施方式的导电浆料用有机载体及其制备和应用是按如下步骤进行的：

(1)将正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇按照质量比为1：1：1各称量16g，置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌，制成均匀的溶剂。

(2)称取3g聚乙烯吡咯烷酮(分子量为1300000)加入到制好的溶剂中，置于磁力搅拌上搅拌10h，直至PVP完全溶于溶剂中，得到粘稠状的透明液体。

(3)称取1g的蓖麻油加入到粘稠液体中，置于磁力搅拌器上，直至搅拌均匀，制得所需导电浆料有机载体。

(4)将制得的有机载体和银粉按照质量比为1：2混合(所述银粉包括平均晶粒尺寸1μm的球形银粉和尺寸1～5μm，厚度500nm的片状银粉，且其质量比为1：1)，先手动预搅拌，然后在三辊研磨机上轧制四次制得所需浆料，然后丝网印刷在聚酰亚胺基板上面，首先以升温速率10℃/min升温至烧结温度250℃，保温45min，最后10min降温到100℃。整个烧结过程完全在空气气氛下进行，即完成浆料的烧结过程。

本实施方式所得导电浆料的烧结表面质量较好，比单一溶剂的导电银浆烧结表面质量好得多，单一溶剂制备的导电浆料粘度可调性差，烧结后表面存在微裂纹或凸起，影响了浆料的烧结表面质量，从而影响印刷膜层的性能。而混合溶剂制备的导电浆料烧结表面平坦，致密度高，印刷膜层的性能好，方阻最低为2.33mΩ/sq。

实施例2

本实施方式的基于高熵合金扩散焊接的新型金属间化合物制备方法是按如下步骤进行的：

(1)将正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯按照质量比为1：1各称量24g，置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌，制成均匀的溶剂。

(2)称取3g聚乙烯吡咯烷酮(分子量为1300000)加入到制好的溶剂中，置于磁力搅拌上搅拌10h，直至PVP完全溶于溶剂中，得到粘稠状的透明液体。

(3)称取1g的蓖麻油加入到粘稠液体中，置于磁力搅拌器上，直至搅拌均匀，制得所需导电浆料有机载体。

(4)将制得的有机载体和银粉按照质量比为1：2混合(所述银粉包括平均晶粒尺寸1μm的球形银粉和尺寸1～5μm，厚度500nm的片状银粉，且其质量比为1：1)，先手动预搅拌，然后在三辊研磨机上轧制四次制得所需浆料，然后丝网印刷在聚酰亚胺基板上面，首先以升温速率10℃/min升温至烧结温度250℃，保温45min，最后10min降温到100℃。整个烧结过程完全在空气气氛下进行，即完成浆料的烧结过程。

本实施方式所得导电浆料的烧结表面存在凸起，方阻为2.76mΩ/sq。

实施例3

本实施方式的基于高熵合金扩散焊接的新型金属间化合物制备方法是按如下步骤进行的：

(1)称量48g正己醇，置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌，制成均匀的溶剂。

(2)称取3g聚乙烯吡咯烷酮(分子量为1300000)加入到制好的溶剂中，置于磁力搅拌上搅拌10h，直至PVP完全溶于溶剂中，得到粘稠状的透明液体。

(3)称取1g的蓖麻油加入到粘稠液体中，置于磁力搅拌器上，直至搅拌均匀，制得所需导电浆料有机载体。

(4)将制得的有机载体和银粉按照质量比为1：2混合所述银粉包括平均晶粒尺寸1μm的球形银粉和尺寸1～5μm，厚度500nm的片状银粉，且其质量比为1：1，先手动预搅拌，然后在三辊研磨机上轧制四次制得所需浆料，然后丝网印刷在聚酰亚胺基板上面，首先以升温速率10℃/min升温至烧结温度250℃，保温45min，最后10min降温到100℃。整个烧结过程完全在空气气氛下进行，即完成浆料的烧结过程。

本实施方式所得导电浆料的烧结表面存在微裂纹，方阻为5.59mΩ/sq。

Claims (8)

1.一种导电银浆有机载体；其特征在于：所述有机载体由以下质量百分比的成分制备而成；溶剂92.31±0.5%，粘结剂5.77±0.5%，助剂1.92±0.5%；

所述的有机载体中溶剂包括正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和松油醇；且正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和松油醇的质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2；

所述的有机载体中粘结剂是聚乙烯吡咯烷酮，分子量为1300000；

所述的有机载体通过下述步骤制备：

1）将正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇按照质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2称量，置于容器中搅拌均匀，制成均匀的溶剂；

2）称取一定量的粘结剂聚乙烯吡咯烷酮加入到制好的溶剂，置于容器中搅拌，直至粘结剂PVP完全溶于溶剂中，得到粘稠状的透明液体；

3）称取一定量的助剂蓖麻油加入到粘稠液体中，搅拌均匀，制得所需导电浆料有机载体。

2.根据权利要求1所述的一种导电银浆有机载体；其特征在于：步骤1）中将正己醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇按照质量比为0.98-1.02：0.98-1.02：0.98-1.02称量，置于容器中搅拌均匀，制成均匀的溶剂。

3.一种如权利要求1-2任意一项所述导电银浆有机载体的应用，其特征在于：所述的导电银浆有机载体应用于导电银浆的制备。

4.根据权利要求3所述的一种导电银浆有机载体的应用，其特征在于：

所述的导电银浆包括有机载体和银粉，且其质量比为1：2。

5.根据权利要求4所述的一种导电银浆有机载体的应用，其特征在于：

所述银粉包括平均晶粒尺寸0.8-1.2μm的球形银粉和尺寸1~5μm，厚度400-600nm的片状银粉，且其质量比为1：1。

6.根据权利要求5所述的一种导电银浆有机载体的应用，其特征在于：

所述球形银粉的直径为1μm；所述片状银粉的厚度为450-550nm。

7.根据权利要求6所述的一种导电银浆有机载体的应用，其特征在于：所得导电银浆的固化工艺为10℃/min升到250℃，保温45min，然后10min降温到100℃，之后随炉冷却至室温。

8.根据权利要求7所述的一种导电银浆有机载体的应用，其特征在于：导电银浆印刷成膜并固化后，所得产品表面无微裂纹和凸起且方阻小于2.35mΩ/sq。

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