CN117877808A - 导电浆料烧结方法及导电涂层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电浆料烧结方法及导电涂层，烧结方法包括：浆料涂覆：将湿质导电浆料施加于负载基材的预设区域上；干燥：将所述湿质导电浆料及负载基材进行干燥，除去湿质导电浆料中的溶剂，得到干质导电浆料；蒸汽低温烧结：将干质导电浆料及其负载基材置于烧结装置中，并在饱和的辅助蒸汽氛围下，于80～150℃温度下烧结，制得导电涂层。本发明提供的导电浆料烧结方法，有效降低了能耗。本发明提供的导电涂层，可应用于中低温基材，并解决了原低温烧结技术导致的涂层电导率不高、电学性能差的问题。

Description

导电浆料烧结方法及导电涂层

技术领域

本申请涉及导电材料制备技术领域，尤其涉及导电浆料烧结方法及导电涂层。

背景技术

贵金属粉末，典型的诸如银粉，常在光伏组件连接、集成电路封装等领域中用于制造导电涂层。导电涂层的整个制作过程主要包括：通过丝网印刷或其他方法将导电浆料涂到基板上，形成导电电路图案；然后对这些电路进行干燥和焙烧以使液态有机介质挥发和烧尽并烧结金属颗粒。为获得较好的电导率，目前业内主流仍然是在400℃～1000℃的高温下烧结导电浆料，烧结制备过程中的能耗高，且材料易出现热应力问题(热应力是指温度改变时，材料由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力)。此外，对大部分的电子产品的塑料或橡胶基材，如PC、ABS、PET、PBT等不能耐200℃的材料而言，高温烧结技术并不适用，而在将烧结温度降至100℃左右时，导电浆料形成的导电涂层存在电导率较差的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种导电浆料烧结方法及导电涂层，以降低能耗、提高导电涂层的电导率及电学性能。

本发明提出的导电浆料烧结方法，包括步骤：

S1、浆料涂覆：将湿质导电浆料施加于负载基材的预设区域上；

S2、预干燥：将所述湿质导电浆料进行烘干，除去湿质导电浆料中的溶剂，得到干质导电浆料；

S3、蒸汽低温烧结：将干质导电浆料及其负载基材置于烧结装置中，并在饱和的辅助蒸汽气氛下，于80～150℃温度下烧结，制得导电涂层。

在本发明的一些实施例中，所述湿质导电浆料中含有树脂、溶剂和导电粒子；在所述蒸汽低温烧结步骤中，根据湿质导电浆料中树脂的亲水能力选择水蒸汽或有机蒸汽作为辅助蒸汽，当所述树脂为水性树脂时，选择水蒸汽作为辅助蒸汽；当所述树脂为非水溶性树脂时，选择有机蒸汽作为辅助蒸汽。

在本发明的一些实施例中，在所述蒸汽低温烧结步骤中，烧结时间为20min～2h。

在本发明的一些实施例中，所述树脂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述有机蒸汽为可以溶解所述树脂的有机溶剂形成的蒸汽。

在本发明的一些实施例中，所述辅助蒸汽包括醇蒸汽、醇醚蒸汽或酮蒸汽。

在本发明的一些实施例中，所述湿质导电浆料中导电粒子含量范围为10～70wt％。

在本发明的一些实施例中，所述导电粒子的粒径范围为1～100nm。

本发明还提出根据上述导电浆料烧结方法制得的导电涂层，所述导电涂层包括树脂和导电粒子，所述树脂包覆所述导电粒子。

在本发明的一些实施例中，所述导电涂层的电导率达1.3×10^6～9.1×10^6S/m。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：创造性地提出了一种全新的导电浆料烧结方法，通过加入辅助蒸汽进行低温烧结，辅助蒸汽在烧结过程中逐步渗入导电浆料的膜层，使得膜层软化，在烧结温度作用下，其中的导电粒子迁移加速，形成了良好导电网络，因此相较于直接烧结方法得到的导电涂层，电导率提升了一倍以上，可有效解决目前导电浆料高温烧结技术存在的能耗高、不能应用于低耐热性材料领域的问题。

附图说明

图1为本发明的导电浆料烧结方法的制备流程图；

图2为本发明的导电涂层的结构示意图；

图3为实施例3中干质导电浆料的扫描电镜图；

图4为实施例3制得的导电涂层的扫描电镜图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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，在本发明中各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出的导电浆料烧结方法(其流程示意图参见附图1)，包括步骤：

S1、浆料涂覆：将湿质导电浆料施加于负载基材的预设区域上；

S2、预干燥：将湿质导电浆料及负载基材置入干燥装置中，除去湿质导电浆料中的溶剂，得到干质导电浆料。

S3、蒸汽低温烧结：将干质导电浆料及其负载基材置于烧结装置中，并在辅助蒸汽气氛下，于80～150℃温度下烧结，制得导电涂层。

在一些实施例中，所述浆料涂覆步骤中，涂覆湿质导电浆料的操作包括丝网印刷、喷墨打印、笔写涂覆或喷射阀点胶机涂覆。

负载基材的预设区域可以是引线、电极等形状区域，也可以是覆盖负载基材一个或多个表面的区域。具体可根据实际需求进行预设，本发明不限制具体的区域面积及其形状。

湿质导电浆料可以是通过任何方法制得的导电浆料，本发明不限制湿质导电浆料的制备方法。

在一些实施例中，所述湿质导电浆料中含有树脂、溶剂和导电粒子。

在一些实施例中，所述树脂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。

在一些实施例中，所述湿质导电浆料的导电粒子包括钯粒子、铂粒子、金粒子、银粒子、铜粒子和镍粒子中的至少一种。

在一些实施例中，所述湿质导电浆料的导电粒子含量范围为10～70wt％。

在一些实施例中，所述湿质导电浆料中导电粒子的粒径范围为1～100nm。

在一些实施例中，所述干燥装置可以是烘干机、烘干箱等烘干设备。可以理解的，预干燥也可以是自然风干，本发明不限制具体的干燥手段，只要满足将湿质导电浆料转变为干质导电浆料的操作都应当归属于与预干燥步骤相同或等同的技术手段。

所述预干燥步骤的烘干温度可以与蒸汽低温烧结步骤的烧结温度一致或不一致。

在一些实施例中，所述蒸汽低温烧结步骤中是根据湿质导电浆料中树脂的亲水能力选择水蒸汽或有机蒸汽作为辅助蒸汽，当所述树脂为水性树脂时，选择水蒸汽作为辅助蒸汽；当所述树脂为非水溶性树脂时，选择有机蒸汽作为辅助蒸汽。

在一些实施例中，所述蒸汽低温烧结步骤的烧结时间为20min～2h。

在一些实施例中，所述蒸汽低温烧结步骤的烧结装置是恒温恒湿箱、气密性良好的烤箱、或与预干燥步骤相同的干燥设备。

在一些实施例中，所述蒸汽低温烧结步骤的烧结压强为辅助蒸汽的饱和蒸汽压。

在一些实施例中，所述有机蒸汽为可以溶解所述树脂的有机溶剂。

在一些实施例中，所述辅助蒸汽包括醇蒸汽、醇醚蒸汽或酮蒸汽。

在一些实施例中，所述辅助蒸汽选择乙醇蒸汽或乙二醇丁醚蒸汽。

在一些实施例中，所述蒸汽低温烧结步骤的辅助蒸汽氛围为饱和的辅助蒸汽氛围。

在一些实施例中，所述负载基材包括橡胶基材、金属基材、半导体基材或塑料基材。

在一些优选的实施例中，所述塑料基材包括聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、及聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。

本发明还提出了一种根据上述的导电浆料烧结方法制得的导电涂层(导电涂层的结构示意图可参见附图2)，所述导电涂层包括树脂和导电粒子，所述树脂包覆所述导电粒子。

在一些实施例中，所述导电涂层的电导率达1.3×10^6～9.1×10^6S/m。

在一些实施例中，所述导电涂层的厚度范围为1～15μm。

本发明实施例中涉及的材料的中英文名称对照如下：

PC：聚碳酸酯

ABS：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

PET：聚对苯二甲酸乙二酯

PVP：聚乙烯吡咯烷酮

本发明实施例中涉及的测试的说明：

百格测试：可以反映出保护膜表面的附着力高低，通过使用百格刀和胶带的测试，看是否脱落，一般分为1-5B，等级越高，要求就越严格，等级在5B时表示完全不能脱落。测试方法是先取出百格刀，以约1mm为间隔，在需要测试的膜面划直线，然后以垂直交叉的方式另外划一刀，划好之后通过使用胶带的方法来验证产品表面的附着性能。

实施例1

首先，将导电银浆(导电银浆包含水、PVP树脂和银粒子；银粒子的平均粒径约为80nm，银粒子含量为70wt％)装入喷墨打印机的墨盒中，然后将导电银浆打印至PC基材的待喷墨区域。

然后，将打印有导电银浆的PC基材置入烘箱中，设置烘干温度为100℃，烘干时间为30min，除去导电银浆中的溶剂后形成干质导电银浆。

最后，将载有干质导电银浆的PC基材置入恒温恒湿箱中，通入饱和水蒸汽，在100℃温度条件下进行低温烧结操作1h，得到导电涂层。

经电阻测试，测得该导电涂层的电导率为3.301×10^6S/m。

经百格测试，测得该导电涂层对PC基材的附着程度>4B。

实施例2

首先，将导电银浆(导电银浆包含有机溶剂乙二醇、PVP树脂和银粒子；银粒子的平均粒径约为50nm，含量为10wt％)装入喷墨打印机的墨盒中，然后将导电银浆打印至ABS基材的待喷墨区域。

然后，将打印有导电银浆的ABS基材置入烘箱中，设置烘干温度为80℃，烘干时间为30min，除去导电银浆中的有机溶剂乙二醇后形成干质导电银浆。

最后，将载有干质导电银浆的ABS基材置入恒温恒湿箱中，通入饱和乙醇蒸汽，在80℃温度条件下进行低温烧结1h，得到导电涂层。

经电阻测试，测得该导电涂层的电导率为1.3×10^6S/m。

经百格测试，测得该导电涂层对ABS基材的附着程度>4B。

实施例3

首先，将导电银浆(导电银浆包含有机溶剂乙二醇丁醚、PVP树脂和银粒子；银粒子的平均粒径约为100nm，含量为45wt％)装入喷墨打印机的墨盒中，然后将导电银浆打印至PET基材的待喷墨区域。

然后，将打印有导电银浆的PET基材置入烘箱中，设置烘干温度为110℃，烘干时间为30min，除去导电银浆中的乙二醇丁醚后形成干质导电银浆。

最后，将载有干质导电银浆的PET基材置入恒温恒湿箱中，通入饱和乙二醇丁醚蒸汽，在110℃温度条件下进行低温烧结1h，得到导电涂层。

经电阻测试，测得该导电涂层的电导率为9.1×10^6S/m。

经百格测试，测得该导电涂层对PET基材的附着程度>4B。

本实施例中干燥后得到的干质导电银浆的扫描电镜图详见附图3，蒸汽烧结后得到的导电涂层的扫描电镜图详见附图4。对比附图3和附图4可知，如果仅进行干燥操作，内部的颗粒之间还存在较大的间隙；而当经过蒸汽低温烧结后，颗粒之间排列较为紧密，能够有效提高电导率。

对比例1-对比例3

与实施例1-实施例3基本相同的方法制作导电涂层，区别仅在于将饱和水蒸气、饱和乙醇蒸汽和饱和乙二醇丁醚蒸汽撤除，仅通入空气。分别得到对比导电涂层1、对比导电涂层2和对比导电涂层3。

经电阻测试，测得对比导电涂层1、对比导电涂层2和对比导电涂层3的电导率分别为3×10^6S/m、0.6×10^6S/m和4×10^6S/m。

通过对比例1-3和实施例1-3的测试数据可知，基于本发明提供的导电浆料烧结方法，根据导电浆料的成分选择辅助蒸汽进行低温烧结，辅助蒸汽在烧结过程中逐步渗入导电银浆的膜层，使得包裹导电粒子的树脂被软化，在烧结温度作用下，导电粒子加速迁移，形成了良好导电网络(导电涂层的结构示意图可参见附图2)，因此相较于直接烧结方法得到的导电涂层，在相同导电粒子含量及涂层厚度的前提下，电导率提升了一倍以上，电学性能明显提升。其中，实施例2的电导率略低是由于负载基材ABS材料本身的耐温性较低(耐热温度范围在70～90℃之间)，因此实施例2的烧结温度受限于负载基材的耐热温度范围，进而影响了导电粒子在膜层中的迁移效果，导电涂层的电导率较其他实施例低，但相比基于直接烧结方法的对比例2，电导率仍旧能提升一倍以上，进一步说明基于本发明提供的导电浆料烧结方法确实能有效提高导电涂层的电学性能。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种导电浆料烧结方法，其特征在于，包括步骤：

S1、浆料涂覆：将湿质导电浆料施加于负载基材的预设区域上；

S2、干燥：将所述湿质导电浆料及负载基材进行干燥，得到干质导电浆料；

S3、蒸汽低温烧结：将干质导电浆料及其负载基材置于烧结装置中，并在饱和的辅助蒸汽氛围下，于80～150℃温度下烧结，制得导电涂层。

2.根据权利要求1所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述湿质导电浆料中含有树脂、溶剂和导电粒子；在所述蒸汽低温烧结的步骤中，根据湿质导电浆料中树脂的亲水能力选择水蒸汽或有机蒸汽作为辅助蒸汽，当所述树脂为水性树脂时，选择水蒸汽作为辅助蒸汽；当所述树脂为非水溶性树脂时，选择有机蒸汽作为辅助蒸汽。

3.根据权利要求1所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，在所述蒸汽低温烧结的步骤中，烧结时间为20min～2h。

4.根据权利要求2所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述树脂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述有机蒸汽为可以溶解所述树脂的有机溶剂形成的蒸汽。

6.根据权利要求5所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述辅助蒸汽包括醇蒸汽、醇醚蒸汽或酮蒸汽。

7.根据权利要求2所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述湿质导电浆料中导电粒子含量范围为10～70wt％。

8.根据权利要求2所述的导电浆料烧结方法，其特征在于，所述导电粒子的粒径范围为1～100nm。

9.根据权利要求1～8任一项所述的导电浆料烧结方法制得的导电涂层，其特征在于，所述导电涂层包括树脂和导电粒子，所述树脂包覆所述导电粒子。

10.根据权利要求9所述的导电涂层，其特征在于，所述导电涂层的电导率达1.3×10^6～9.1×10^6S/m_。