DE102016225051A1

DE102016225051A1 - Zwischenschichtzusammensetzung für elektronisches drucken

Info

Publication number: DE102016225051A1
Application number: DE102016225051.5A
Authority: DE
Inventors: Guiqin Song; Ping Liu; Biby Esther Abraham; Nan-Xing Hu; Adela Goredema; Vladislav Skorokhod
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-06-29
Also published as: CA2952052A1; US20170183536A1; JP2017119841A

Abstract

Eine Zwischenschichtzusammensetzung, die Folgendes einschließt: ein Epoxidharz; ein Polyvinylphenol; ein Poly(melamin-co-formaldehyd)-Polymer; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator. Eine Vorrichtung, die Folgendes einschließt: ein Substrat; eine darauf angeordnete Zwischenschicht; und leitfähige Merkmale; wobei die Zwischenschicht aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die Folgendes umfasst: ein Epoxidharz; ein Polyvinylphenol; ein Poly(melamin-co-formaldehyd)-Polymer; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator. Ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat, das Folgendes einschließt: Ablagern einer Zwischenschicht auf einem Substrat; thermisches Härten der Zwischenschicht; Ablagern einer leitfähigen Zusammensetzung auf der Zwischenschicht, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Glühen der abgelagerten Merkmale, um leitfähige Merkmale zu bilden.

Description

Hierin wird eine Zwischenschichtzusammensetzung offenbart, die Folgendes umfasst: eine Epoxidverbindung, die mindestens zwei Epoxidgruppen in einem Molekül aufweist, wobei die Epoxidverbindung frei von aromatischen Komponenten ist; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator. Ferner wird hierin eine Vorrichtung offenbart, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Zwischenschicht; und leitfähige Merkmale; wobei die Zwischenschicht einen Film umfasst, der aus einer Zwischenschichtzusammensetzung gebildet ist, die Folgendes umfasst: eine Epoxidverbindung, die mindestens zwei Epoxidgruppen in einem Molekül aufweist, wobei die Epoxidverbindung frei von aromatischen Komponenten ist; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator. Ferner wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat offenbart, das Folgendes umfasst: Ablagern einer Zwischenschichtzusammensetzung auf einem Substrat und Bilden eines Films aus der Zwischenschichtzusammensetzung, wobei die Zwischenschichtzusammensetzung Folgendes umfasst: eine Epoxidverbindung, die mindestens zwei Epoxidgruppen in einem Molekül aufweist, wobei die Epoxidverbindung frei von aromatischen Komponenten ist; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator; Härten der Zwischenschicht, in einigen Ausführungsformen Härten für von etwa 30 Minuten bis etwa 5 Stunden von einer Temperatur von etwa 80 °C auf etwa 160 °C; Ablagern einer leitfähigen Zusammensetzung auf der Zwischenschicht, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale, um leitfähige Merkmale zu bilden. Die Zwischenschichtzusammensetzung kann unter Verwendung von Lösungsverarbeitungsverfahren angeordnet werden.
Die Xerox^® Corporation hat bereits Silbernanopartikel und Tinten entwickelt, die durch Tintenstrahldruck für verschiedene elektronischen Geräteanwendungen in Lösung verarbeitet werden können. Die Xerox^® Corporation hat einen Nanosilberpartikel erfunden, der durch ein Organoamin stabilisiert wird. Das US-Patent Nr. 8,765,025 beschreibt eine Metallnanopartikelzusammensetzung, die einen organisch stabilisierten Metallnanopartikel und ein Lösungsmittel einschließt, wobei das ausgewählte Lösungsmittel die folgenden Hansen-Löslichkeitsparameter aufweist: einen Dispersionsparameter von etwa 16 MPa^0,5 oder mehr und eine Summe aus einem Polaritätsparameter und einem Wasserstoffbindungsparameter von etwa 8,0 MPa^0,5 oder weniger. Das US-Patent Nr. 7,270,694 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von stabilisierten Silbernanopartikeln, das Folgendes umfasst: Reagieren einer Silberverbindung mit einem Reduktionsmittel, das eine Hydrazinverbindung umfasst, durch inkrementales Hinzufügen der Silberverbindung zu einem ersten Gemisch, das das Reduktionsmittel, einen ein Orgaonamin umfassenden Stabilisator und ein Lösungsmittel umfasst.
Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/866,704 beschreibt stabilisierte metallhaltige Nanopartikel, die durch ein erstes Verfahren hergestellt werden, das Folgendes umfasst: Reagieren einer Silberverbindung mit einem Reduktionsmittel, das eine Hydrazinverbindung umfasst, durch inkrementales Hinzufügen der Silberverbindung zu einem ersten Gemisch, das das Reduktionsmittel, einen ein Orgaonamin umfassenden Stabilisator und ein Lösungsmittel umfasst. Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/188,284 beschreibt leitfähige Tinten, die einen hohen Silbergehalt für Tief- und Flexodruck aufweisen, und Verfahren zur Herstellung solcher leitfähigen Tinten.
Die Xerox^® Corporation hat Flexodruck- und Tiefdrucktinten entwickelt, die auf Silbernanopartikeltechnologie basieren. Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/594,746 beschreibt in der Zusammenfassung davon eine Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes einschließt: Silbernanopartikel; Polystyrol; und einen Tintenträger. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nanosilbertintenzusammensetzung beschrieben, das das Kombinieren von Folgendem umfasst: Silbernanopartikel; Polystyrol; und einem Tintenträger. Es wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat unter Verwendung von Flexo- und Tiefdruckverfahren beschrieben, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Silbernanopartikel; Polystyrol; und einen Tintenträger; Ablagern der Nanosilbertintenzusammensetzung auf einem Substrat, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale auf dem Substrat, um leitfähige Merkmale auf dem Substrat zu bilden.
Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/573,191 beschreibt in der Zusammenfassung davon eine Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes einschließt: Silbernanopartikel; eine Tondispersion; und einen Tintenträger. Es wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat beschrieben, das Folgendes einschließt: Bereitstellen einer Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Silbernanopartikel; eine Tondispersion; und einen Tintenträger; Ablagern der Nanosilbertintenzusammensetzung auf einem Substrat, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale auf dem Substrat, um leitfähige Merkmale auf dem Substrat zu bilden. Tinten wurden erfolgreich in unpolaren Lösungsmitteln formuliert, wie etwa Decalin und Bicyclohexyl, und unter Verwendung von Tintenstrahldrucktechnologien erfolgreich gedruckt.
In Lösung verarbeitbare leitfähige Materialien, die Silbernanopartikeltinten einschließen, spielen eine wichtige Rolle bei der elektronischen Geräteintegration. Silbernanopartikeltinten können in geeigneten Lösungsmitteln einfach dispergiert und verwendet werden, um verschiedene leitfähige Merkmale in elektronischen Geräten, wie etwa Elektroden und elektrischen Zwischenverbindern, durch preiswerte Lösungsablagerungs- und Strukturierungstechniken und insbesondere durch Tintenstrahldrucktechnologien zu fertigen.
Die leitfähigen Merkmale, die aus Metallnanopartikeln, wie etwa Silbernanopartikeltinten, auf geeigneten Substraten, einschließlich Glas und geeigneten flexiblen Kunststoffsubstraten, gebildet werden, müssen ausreichende Eigenschaften in Bezug auf Haftung und mechanische Robustheit aufweisen, um angemessene Fertigungen und Funktionen elektronischer Vorrichtungen zu ermöglichen. Eine der Schwierigkeiten besteht jedoch darin, dass die Haftung auf bestimmten Substraten, wie etwa Glas und Polyimid, in einigen Fällen für die Fertigung robuster Vorrichtungen nicht angemessen sein könnte. Die Problematik der Haftbarkeit wurde bereits durch das Hinzufügen einer kleinen Menge von polymeren Materialien, einschließlich Polyvinylbutyral-(PVB-)Harz, als ein Haftvermittler in leitfähigen Silbertinten angegangen. Dieser Ansatz ist für einige Anwendungen geeignet. Ein potentieller Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die elektrische Leitfähigkeit von gedruckten leitfähigen Merkmalen solcher Tinten in einigen Fällen entscheidend verringert werden könnte. Deshalb ist es notwendig, effektive Verfahren zu entwickeln, um die Haftbarkeit zu verbessern und die Bildung von Vorrichtungen mit robusten mechanischen Eigenschaften zu ermöglichen, ohne dass dies auf Kosten der elektrischen Leitfähigkeit der Metallnanopartikeltinten geht, die in elektronischen Geräteanwendungen verwendet werden.
Aktuell verfügbare Zusammensetzungen und Verfahren sind für ihre vorgesehenen Zwecke geeignet. Es besteht jedoch weiterhin Bedarf nach verbesserten Zusammensetzungen und Verfahren für elektronische Geräte. Ferner besteht weiterhin Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zur Bereitstellung von ausreichenden Eigenschaften in Bezug auf Haftung und mechanische Robustheit, während die gewünschte elektrische Leitfähigkeit der gedruckten leitfähigen Merkmale ebenfalls beibehalten wird. Ferner besteht weiterhin Bedarf nach einer Zwischenschichtzusammensetzung, die die folgenden Eigenschaften aufweisen: Fähigkeit zur Filmbildung, eine angemessene Filmhaftung, in einigen Ausführungsformen eine angemessene Filmhaftung an Glassubstrate, die Fähigkeit leitfähige Tinte, in einigen Ausführungsformen Silbertinte, aufzunehmen, wobei ein aus der Zwischenschicht gebildeter Film die gewünschte Haftung der leitfähigen Tinte an dem Film ermöglicht, Benetzungsvermögen von auf unpolarem Lösungsmittel basierender Silbertinte und eine gewünschte Leitfähigkeit. In einigen Ausführungsformen wird eine Zwischenschichtzusammensetzung gewünscht, die eine Kombination aus diesen gewünschten Eigenschaften aufweist; also eine Zwischenschichtzusammensetzung, die alle der folgenden Eigenschaften bereitstellt: Fähigkeit zur Filmbildung, Filmhaftung an Glas, Tintenhaftung an Film, Benetzungsvermögen von auf unpolarem Lösungsmittel basierender Silbertinte und eine gewünschte Leitfähigkeit.
Es wird eine Zwischenschichtzusammensetzung beschrieben, die eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel umfasst:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
Außerdem wird eine Vorrichtung beschrieben, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Zwischenschicht; und leitfähige Merkmale; wobei die Zwischenschicht einen aus einer Zwischenschichtzusammensetzung, die eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel umfasst, thermisch gehärteten Film umfasst:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
Außerdem wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat beschrieben, das Folgendes umfasst: Ablagern einer Zwischenschichtzusammensetzung auf einem Substrat, wobei die Zwischenschichtzusammensetzung eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel umfasst:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator; Bilden eines Films aus der Zwischenschichtzusammensetzung durch thermisches Härten der abgelagerten Zwischenschichtzusammensetzung; Ablagern einer leitfähigen Zusammensetzung auf der Zwischenschicht, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale, um leitfähige Merkmale zu bilden.
1 ist eine Veranschaulichung eines gedruckten Silbertintenlinienbildes auf einem unbeschichteten Glassubstrat.
2 ist eine Veranschaulichung eines gedruckten Silbertintenlinienbildes auf einem mit einer Zwischenschicht beschichteten Glassubstrat in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen.
3 ist eine Veranschaulichung einer gedruckten Tintenlinienausbreitung auf einer Zwischenschichtzusammensetzung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen.
4 ist eine Veranschaulichung einer gedruckten Tintenlinienausbreitung auf einer weiteren Zwischenschichtzusammensetzung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen.
5 ist eine Veranschaulichung einer tensidischen Wirkung auf einer gedruckten Tintenlinienausbreitung auf einer Zwischenschichtzusammensetzung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen.
6 ist eine Veranschaulichung einer weiteren tensidischen Wirkung auf einer gedruckten Tintenlinienausbreitung auf einer Zwischenschichtzusammensetzung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen.
7 ist eine Veranschaulichung von Tintenlinien, die auf Band übertragen wurden, als die Tintenlinien auf ein unbeschichtetes Glassubstrat gedruckt wurden.
8 ist eine Veranschaulichung von Tintenlinien, die nicht auf Band übertragen wurden, als die Tintenlinien in Übereinstimmung mit den vorliegenden Ausführungsformen auf ein mit einer Zwischenschicht beschichtetes Glassubstrat gedruckt wurden.
In einigen Ausführungsformen werden Zusammensetzungen und Verfahren für elektronische Geräte bereitgestellt, die Zwischenschichtzusammensetzungen umfassen, die ausreichende Eigenschaften in Bezug auf Haftung und mechanische Robustheit aufweisen, während die gewünschte elektrische Leitfähigkeit der gedruckten leitfähigen Merkmale ebenfalls beibehalten wird. Ferner werden Zwischenschichtzusammensetzungen bereitgestellt, die die folgenden Eigenschaften aufweisen: Fähigkeit zur Filmbildung, eine angemessene Filmhaftung, in einigen Ausführungsformen eine angemessene Filmhaftung an Glassubstrate, die Fähigkeit leitfähige Tinte, in einigen Ausführungsformen Silbertinte, aufzunehmen, wobei ein aus der Zwischenschicht gebildeter Film die gewünschte Haftung der leitfähigen Tinte an dem Film ermöglicht, Benetzungsvermögen von auf unpolarem Lösungsmittel oder wässrigen Nanopartikeltinten basierender Silbertinte und eine gewünschte Leitfähigkeit. In einigen Ausführungsformen werden Zwischenschichtzusammensetzungen beschrieben, die eine Kombination aus diesen gewünschten Eigenschaften aufweisen; also Zwischenschichtzusammensetzungen, die alle der folgenden Eigenschaften bereitstellen: Fähigkeit zur Filmbildung, eine glatte gehärtete Zwischenschichtfilmoberfläche, Filmhaftung an Glas, Tintenhaftung an Film, Benetzungsvermögen von nanopartikelleitender Tinte, einschließlich auf wässrigen Nanopartikeltinten und unpolarem Lösungsmittel basierenden Nanopartikelsilbertinten, und eine gewünschte Leitfähigkeit.
Die Zwischenschichtzusammensetzung kann für jede geeignete oder gewünschte Anwendung eingesetzt werden, darunter unter anderem für druckbare Sensoren oder andere elektronische Schaltungsvorrichtungen zur intelligenten Verpackung. Die Zwischenschichtzusammensetzungen entsprechen den Anforderungen dafür, elektronische Schaltungen auf herkömmliche Oberflächen, wie etwa Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid, Polyethylennaphthalat (PEN) usw., drucken zu können, während sie gleichzeitig geeignete Eigenschaften in Bezug auf Haftung und Planarisierung und eine Kompatibilität mit elektronischen Tinten aufweisen und keine zusätzliche Oberflächenbehandlung notwendig machen. Die Zwischenschichtzusammensetzungen können bei mehrschichtigem Schaltungsdruck eingesetzt werden und können verwendet werden, um elektrische Isolationsschichten herzustellen.
Es wird eine Zwischenschichtzusammensetzung bereitgestellt, die die Haftung zwischen Substraten und gedruckten leitfähigen Schichten, die aus verschiedenen Metallnanopartikeltinten ausgebildet wurden, einschließlich Xerox^® Silbernanopartikeltinten, entscheidend verbessert. In einigen Ausführungsformen umfasst die Zwischenschichtzusammensetzung ein Gemisch aus Epoxidharzen (auch bekannt als Polyepoxide), Polyvinylphenolen und auf Poly(melamin-co-formaldehyd) basierenden Polymeren. Optional kann eine kleine Menge von Oberflächenzusatzstoffen eingeschlossen werden, um die Eigenschaften in Bezug auf Benetzungsvermögen und Ausbreitung zu verbessern. Ferner kann ein optionaler Katalysator eingeschlossen werden, um das Härtungsverfahren zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen weist die Zwischenschichtzusammensetzung unter anderem folgende Eigenschaften auf: eine Viskosität von etwa 2 Zentipoise (cps) bis etwa 150 cps bei etwa 25 °C und eine Oberflächenspannung von etwa 18 mN/m (Millinewton pro Meter) bis etwa 40 mN/m bei etwa 25 °C. In einigen Ausführungsformen weist die gehärtete Zwischenschichtzusammensetzung eine Glasübergangstemperatur von etwa –10 °C bis etwa 100 °C auf. Der niedrige Glasübergang unterstützt die Nanopartikeltintenhaftung auf dem Zwischenschichtfilm. In einigen Ausführungsformen weist der gehärtete Zwischenschichtfilm außerdem einen Wasserkontaktwinkel von etwa 65 Grad bis etwa 95 Grad auf und die Oberflächenrauheit Ra des gehärteten Zwischenschichtfilms liegt zwischen etwa 1 Nanometer und etwa 10 Nanometer.
Die Zwischenschicht kann durch ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Verfahren hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Zwischenschicht durch Lösungsverarbeitungsverfahren, einschließlich Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tintenstrahldruck und Ähnliches, auf verschiedenen Substraten, gefolgt von Glühen bei für das Härten geeigneten Temperaturen hergestellt werden.
Die Zwischenschicht weist eine sehr gute Haftung auf einer Vielzahl von Substraten, einschließlich Glas und Polyimid, auf.
Die leitfähigen Merkmale können durch eine beliebiges geeignetes oder gewünschtes Verfahren hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann das leitfähige Merkmal durch Lösungsverarbeitungstechniken, wie etwa Tintenstrahldruck, auf den Substraten mit voraufgetragener Zwischenschicht hergestellt werden.
Die leitfähigen Merkmale zeigten nach dem Glühen bei einer geeigneten Temperatur eine hohe Leitfähigkeit mit einer entscheidend verbesserten Haftung.
Die Zwischenschichtlösung ist stabil und die Beschichtung kann bei verschiedenen Temperaturen gehärtet werden. Die Zwischenschichtzusammensetzung kann bei einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Temperatur für einen beliebigen geeigneten Zeitraum gehärtet werden. In einigen Ausführungsformen kann die beschichtete Zusammensetzung hierein für einen Zeitraum von etwa 0,5 bis etwa 5 Stunden oder von etwa 1 bis etwa 4 Stunden oder von etwa 2 bis etwa 3 Stunden bei einer Temperatur von zwischen etwa 80 bis etwa 160 °C oder zwischen etwa 100 und etwa 140 °C oder zwischen etwa 120 und etwa 130 °C gehärtet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Zwischenschichtzusammensetzung für etwa 5 Stunden bei etwa 160 °C gehärtet werden.
Da es sich bei Epoxidharzen um ausgezeichnete elektrische Isolatoren handelt, wird die elektrische Leitfähigkeit von Metallnanopartikeltinten durch die vorliegende Zwischenschichtbeschichtungszusammensetzung nicht beeinträchtigt.
Die resultierende Zwischenschicht stellt nach dem Härten einen Film bereit, der ausgewogene Eigenschaften zum Drucken von Elektronik aufweist, einschließlich eines geeigneten Wasserkontaktwinkels zum Steuern von Tintenbenetzungsvermögen, Oberflächenglätte, elektrisch isolierenden Eigenschaften, geeignetem Glasübergang zum Steuern der Flexibilität für flexible Elektronikfertigungen und weiteren Eigenschaften, wie hierin beschrieben.
Die Zwischenschichtzusammensetzung kann Folgendes einschließen: ein Polyvinylphenol (PVP), um Filmformungseigenschaften bereitzustellen, eine aliphatische Epoxidverbindung, die als ein Baustein dient, um spezifische strukturelle Eigenschaften zu ermöglichen, eine Härtungskomponente, die ein Melaminharz, optional ein Tensid und ein Lösungsmittel umfasst. In einigen Ausführungsformen ist die Zwischenschichtzusammensetzung frei von Härtungsmitteln oder Härtungsverbindungen, enthält diese also nicht.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Zwischenschichtzusammensetzung hierin eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
In einer Ausführungsform hat X die folgende Formel:
In bestimmten Ausführungsformen hat die Epoxidverbindung die folgende Formel:
wobei n zwischen 1 und 10 liegt oder zwischen 3 und 9. Das Epoxidharz kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Epoxidharz in einer Menge von etwa 5 bis etwa 45 Gewichtsprozent oder von etwa 10 bis etwa 35 Gewichtsprozent oder von etwa 15 bis etwa 25 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
Es kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Polyvinylphenol für die vorliegenden Zwischenschichtzusammensetzungen ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Polyvinylphenol aus der Gruppe bestehend aus Poly(4-vinylphenol), Poly(vinylphenol)/Poly(methylacrylat), Poly(vinylphenol)/Poly(methylmethacrylat), Poly(4-vinylphenol)/Poly(vinylmethylketon) und Kombinationen davon ausgewählt.
In einigen Ausführungsformen ist ein Polyvinylphenol, das ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw von etwa 10.000 bis etwa 50.000 oder von etwa 15.000 bis etwa 40.000 oder von etwa 20.000 bis etwa 30.000 aufweist, ausgewählt.
Das Polyvinylphenol kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Polyvinylphenol in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 30 Gewichtsprozent oder von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent oder von etwa 2 bis etwa 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
Die Zwischenschichtzusammensetzung enthält ferner ein Melaminharz. Für Ausführungsformen hierin kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Melaminharz ausgewählt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist das Melaminharz ein Poly(melamin-co-formaldehyd)-Copolymer. Es kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Poly(melamin-co-formaldehyd)-Polymer für die vorliegenden Zwischenschichtzusammensetzungen ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Poly(melamin-co-formaldehyd) aus der Gruppe bestehend aus methyliertem Poly(melamin-co-formaldehyd), butyliertem Poly(melamin-co-formaldehyd), isobutyliertem Poly(melamin-co-formaldehyd), acyliertem Poly(melamin-co-formaldehyd), methyliertem/butyliertem Poly(melamin-co-formaldehyd) und Kombinationen davon ausgewählt.
Das Poly(melamin-co-formaldehyd)-Polymer kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Poly(melamin-co-formaldehyd)-Polymer in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent oder von etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent oder von etwa 2 bis etwa 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
Die Zwischenschichtzusammensetzung umfasst von etwa 10 bis etwa 50 Gewichtsprozent Feststoffe oder von etwa 15 bis etwa 40 Gewichtsprozent Feststoffe oder von etwa 20 bis etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffe bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung. In spezifischen Ausführungsformen enthält die Zwischenschichtzusammensetzung einen ausgewählten Feststoffgehalt von weniger als etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffen bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung. In einigen Ausführungsformen enthält die Zwischenschichtzusammensetzung zum Beispiel einen Feststoffgehalt von etwa 10 bis unter etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffe oder von etwa 15 bis unter etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffe oder von etwa 20 bis unter etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffe bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung.
Es kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Lösungsmittel für die vorliegende Zwischenschichtzusammensetzung ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Propylenglycolmethyletheracetat, Toluol, Methylisobutylketon, Butylacetat, Methoxypropylacetat, Xylol, Tripropylenglycolmonomethylether, Dipropylenglycolmonomethylether, propoxyliertem Neopentylglycoldiacrylat und Kombinationen davon ausgewählt.
In einigen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel ein unpolares organisches Lösungsmittel sein, das aus der Gruppe bestehend aus Folgendem ausgewählt ist: Kohlenwasserstoffen, wie etwa Alkane, Alkene, Alkohole, die von etwa 7 bis etwa 18 Kohlenstoffatome aufweisen, wie etwa Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Hexadecan, 1-Undecanol, 2-Undecanol, 3-Undecanol, 4-Undecanol, 5-Undecanol, 6-Undecanol, 1-Dodecanol, 2-Dodecanol, 3-Dodecanol, 4-Dodecanol, 5-Dodecanol, 6-Dodecanol, 1-Tridecanol, 2-Tridecanol, 3-Tridecanol, 4-Tridecanol, 5-Tridecanol, 6-Tridecanol, 7-Tridecanol, 1-Tetradecanol, 2-Tetradecanol, 3-Tetradecanol, 4-Tetradecanol, 5-Tetradecanol, 6-Tetradecanol, 7-Tetradecanol und Ähnliches; Alkohole, wie etwa Terpineol (α-Terpineol), β-Terpineol, Geraniol, Cineol, Cedral, Linalool, 4-Terpineol, 3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol, 2-(2-Propyl)-5-methyl-cyclohexan-1-ol; isoparaffinischen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Isodecan, Isododecan; im Handel erhältlichen Gemischen aus Isopraffinen, wie etwa Isopar^TM E, Isopar^TM G, Isopar^TM H, Isopar^TM L, Isopar^TM V, Isopar^TM G, hergestellt von Exxon Chemical Company; Shellsol^®, hergestellt von Shell Chemical Company; Soltrol^®, hergestellt von Chevron Phillips Chemical Company; Begasol^®, hergestellt von Mobil Petroleum Co., Inc.; IP Solvent 2835, hergestellt von Idemitsu Petrochemical CO., Ltd; naphthenischen Ölen; aromatischen Lösungsmitteln, wie etwa Benzol, Nitrobenzol, Toluol, ortho-, meta-, und para-Xylol und Gemischen daraus; 1,3,5-Trimethylbenzol (Mesitylen); 1,2-, 1,3-, und 1,4-Dichlorobenzol und Gemischen daraus, Trichlorobenzol; Cyanobenzol; Phenylcyclohexan und Tetralin; alphatischen Lösungsmitteln, wie etwa Isooctan, Nonan, Decan, Dodecan; cyclisch alphatischen Lösungsmitteln, wie etwa Dicyclohexyl und Decalin; und Gemischen und Kombinationen daraus bzw. davon.
In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr Lösungsmittel verwendet werden.
Das Lösungsmittel kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Lösungsmittel in einer Menge von etwa 50 bis etwa 90 Gewichtsprozent oder von etwa 60 bis etwa 80 Gewichtsprozent oder von etwa 70 bis etwa 80 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
Es kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Tensid für die vorliegenden Zwischenschichtzusammensetzungen ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Tensid aus der Gruppe bestehend aus Folgendem ausgewählt: einem silikonmodifizierten Polyacrylat, einem polyestermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyacrylatmodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyester-polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem niedermolekularen ethoxylierten Polydimethylsiloxan, polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan, polyestermodifizierten Polydimethylsiloxan, polyethermodifizierten Polymethylalkylsiloxan, arakylmodifizierten Polymethylalkylsiloxan, polyethermodifizierten Polymethylalkylsiloxan, polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan und Kombinationen davon.
In einigen Ausführungsformen ist das Tensid ein lösungsmittelbasiertes Siloxan. In einigen Ausführungsformen ist das Tensid ein silikonmodifiziertes Polyacrylat. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration des Tensids zwischen etwa 0,01 Gewichtsprozent und etwa 2 Gewichtsprozent oder zwischen etwa 0,1 Gewichtsprozent und etwa 1,5 Gewichtsprozent oder zwischen etwa 0,5 Gewichtsprozent und etwa 1 Gewichtsprozent liegen. Das Tensid kann ein Polysiloxancopolymer sein, das Folgendes einschließt: ein polyestermodifiziertes Polydimethylsiloxan, das im Handel unter dem Handelsnamen BYK^® 310 von BYK Chemical erhältlich ist; ein polyethermodifiziertes Polydimethylsiloxan, das im Handel unter dem Handelsnamen BYK^® 330 von BYK Chemical erhältlich ist; ein polyacrylatmodifiziertes Polydimethylsiloxan, das im Handeln unter dem Handelsnamen BYK^®-SILCLEAN 3700 von BYK Chemical (etwa 25 Gewichtsprozent in Methoxypropylacetat) erhältlich ist; oder ein polyester-polyethermodifiziertes Polydimethylsiloxan, das im Handel unter dem Handelsnamen BYK^® 375 von BYK Chemical erhältlich ist. Das Tensid kann ein niedermolekulares ethoxyliertes Polydimethylsiloxan sein, das im Handel unter dem Handelsnamen Silsurf^® A008 von der Siltech Corporation erhältlich ist. Für weitere Einzelheiten siehe US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/716,892, eingereicht am 17. Dezember 2012 von Liu et at.
In einigen Ausführungsformen ist das Tensid aus der Gruppe bestehend aus Folgendem vorhanden und ausgewählt: einem polyestermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyacrylatmodifizierten Polydimethylsiloxan, einem polyester-polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan, einem niedermolekularen ethoxylierten Polydimethylsiloxan und Kombinationen davon.
Das Tensid kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Tensid in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 2 Gewichtsprozent, von etwa 0,1 bis etwa 1,5 Gewichtsprozent oder von etwa 0,5 bis etwa 1 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
Die Zwischenschichtzusammensetzung kann optional einen Katalysator umfassen. Es kann ein beliebiger geeigneter oder gewünschter Katalysator für die vorliegenden Zwischenschichtzusammensetzungen ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist der Katalysator aus der Gruppe bestehend aus Aminsalzen von Dodecylbenzolsulfonsäure (DDBSA), p-Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure und Kombinationen davon ausgewählt.
Der Katalysator kann in der Zwischenschichtzusammensetzung in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist der Katalysator in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 1,5 Gewichtsprozent oder von etwa 0,08 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent oder von etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschichtzusammensetzung vorhanden.
In einigen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Zwischenschicht; und leitfähige Merkmale; wobei die Zwischenschicht einen aus einer Zwischenschichtzusammensetzung, die eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel umfasst, gebildeten Film, in einigen Ausführungsformen einen thermisch gehärteten Film, umfasst:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
Die Vorrichtung kann durch eine beliebiges geeignetes oder gewünschtes Verfahren hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat Folgendes: Ablagern einer Zwischenschicht auf einem Substrat; Härten der Zwischenschicht, um einen Zwischenschichtfilm zu bilden; Ablagern einer leitfähigen Zusammensetzung auf dem Zwischenschichtfilm, um abgelagerte Merkmale zu bilden; Erhitzen (oder Glühen) der abgelagerten Merkmale, um leitfähige Merkmale zu bilden.
Es kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Material verwendet werden, um die leitfähigen Merkmale zu bilden. In einigen Ausführungsformen wird eine Metallnanopartikeltintenzusammensetzung ausgewählt. Die Xerox^® Corporation hat Tintenstrahldrucktinten, Flexodrucktinten und Tiefdrucktinten entwickelt, die auf Silbernanopartikeltechnologie basieren. Diese Tinten können für die Ausführungsformen hierin ausgewählt werden. Die US-Patentanmeldung 2014/0312284 (Seriennummer 13/866,704) beschreibt in der Zusammenfassung davon eine Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes einschließt: Silbernanopartikel; eine kleine Menge von polymerem Material (optional); und einen Tintenträger. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nanosilbertintenzusammensetzung beschrieben, das das Kombinieren von Silbernanopartikeln, einer kleinen Menge von polymerem Material (optional) und einem Tintenträger beschreibt. Es wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat unter Verwendung von Tintenstrahldruckverfahren beschrieben, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Silbernanopartikel; eine kleine Menge von polymerem Material (optional); und einen Tintenträger; Ablagern der Nanosilbertintenzusammensetzung auf einem Substrat, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale auf dem Substrat, um leitfähige Merkmale auf dem Substrat zu bilden.
Das US-Patent Nr. 8,324,294 beschreibt in der Zusammenfassung davon eine Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes einschließt: Silbernanopartikel; ein Harz; und einen Tintenträger. Es wird ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Merkmalen auf einem Substrat beschrieben, das Folgendes einschließt: Bereitstellen einer Nanosilbertintenzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Silbernanopartikel; ein Harz; und einen Tintenträger; Ablagern der Nanosilbertintenzusammensetzung auf einem Substrat, um abgelagerte Merkmale zu bilden; und Erhitzen der abgelagerten Merkmale auf dem Substrat, um leitfähige Merkmale auf dem Substrat zu bilden. Tinten wurden erfolgreich in unpolaren Lösungsmitteln formuliert, wie etwa Decalin und Bicyclohexyl, und unter Verwendung von Tintenstrahldrucktechnologien erfolgreich gedruckt.
Die Zwischenschicht und eine beliebige Schicht oder beliebige Schichten, die darauf angeordnete leitfähige Schichten einschließt bzw. einschließen, können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten oder gewünschten Verfahrens bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen umfasst das Ablagern der Zwischenschicht Lösungsabscheiden der Zwischenschicht und wobei das Lösungsablagern in einigen Ausführungsformen ein aus der Gruppe bestehend aus Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Flexodruck, Offsetdruck, Siebdruck, Tiefdruck, Tintenstrahldruck und Kombinationen davon ausgewähltes Verfahren umfasst.
Die Ablagerung der Zwischenschichtzusammensetzung und/oder optional der Nanopartikeltintenzusammensetzung oder von anderen auf der Vorrichtung bereitgestellten Schichten kann zum Beispiel durch Lösungsabscheidung durchgeführt werden. Lösungsabscheidung bezieht sich zum Beispiel auf ein Verfahren, bei dem eine Flüssigkeit auf dem Substrat abgelagert wird, um eine Beschichtung oder Schicht zu bilden. Dies steht im Gegensatz zu Vakuumabscheidungsverfahren. Die vorliegenden Verfahren unterscheiden sich außerdem von anderen lösungsbasierten Verfahren, zum Beispiel Galvanisieren, das es notwendig macht, dass eine Platte in einer Lösung eingetaucht bleibt und außerdem die Exposition gegenüber elektrischem Strom notwendig macht, um eine Metallbeschichtung auf der Platte zu bilden. Das vorliegende Verfahren bietet außerdem mehrere Vorteile im Vergleich zu anderen Verfahren, wie etwa die Verringerung der Abfallmenge und die Verringerung der Höhe der Zeit, die notwendig ist, um ein Substrat zu beschichten. Lösungsabscheidung schließt zum Beispiel Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten, Schlitzdüsenbeschichten, Flexodrucken, Offsetdrucken, Siebdrucken, Tiefdrucken, oder Tintenstrahldrucken der Zwischenschichtzusammensetzung auf das Substrat ein.
Der aus der Zwischenschichtzusammensetzung gebildete Film kann in einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Dicke beschichtet werden. In einigen Ausführungsformen liegt die getrocknete Filmdicke der Zwischenschicht zwischen etwa 0,2 und etwa 5 Mikrometer oder zwischen etwa 0,5 und etwa 3 Mikrometer oder zwischen etwa 0,75 und etwa 1 Mikrometer. In einer spezifischen Ausführungsform liegt die Beschichtungsdicke der Zwischenschicht zwischen etwa 0,2 und etwa 1 Mikrometer.
Die Vorrichtung kann in einigen Ausführungsformen die Eigenschaften der Zwischenschichtzusammensetzung und des daraus wie hierin beschrieben gebildeten Films besitzen. In einigen Ausführungsformen schließt die Vorrichtung einen thermisch gehärteten Film ein, der aus der Zwischenschichtzusammensetzung hergestellt ist, wobei der thermisch gehärtete Film einen Wasserkontaktwinkel von etwa 65 Grad bis etwa 95 Grad besitzt. In einigen Ausführungsformen besitzt der thermisch gehärtete Film eine Oberflächenrauheit von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer. In einigen Ausführungsformen weist der thermisch gehärtete Film eine Glasübertragungstemperatur von etwa –10 °C bis etwa 100 °C auf. In einigen Ausführungsformen weist der thermisch gehärtete Film eine Dicke von etwa 0,1 Mikron (Mikrometer) bis etwa 5 Mikron (Mikrometer) auf.
Die Vorrichtung und das Verfahren hierin können das Bilden von leitfähigen Merkmalen aus einer Metalltintenzusammensetzung umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die leitfähige Zusammensetzung eine Metallnanopartikeltintenzusammensetzung. Die Fertigung von leitfähigen Merkmalen, wie etwa eines elektrisch leitenden Elements, aus einer Metalltintenzusammensetzung, zum Beispiel aus einer Nanopartikeltinte, wie etwa einer Nanosilbertintenzusammensetzung, kann durch Ablagern der Zusammensetzung auf einem Substrat unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Ablagerungstechnik, einschließlich Lösungsverarbeitung und Flexo- und Tiefdruckverfahren, zu einem beliebigen geeigneten Zeitpunkt vor oder nach der Bildung einer anderen optionalen Schicht oder anderer optionaler Schichten auf dem Substrat durchgeführt werden. Somit kann das Ablagern der Tintenzusammensetzung auf dem Substrat entweder auf einem Substrat oder auf einem Substrat, das bereits Schichtmaterial enthält, erfolgen, zum Beispiel auf einem Substrat, das die vorliegende Zwischenschichtzusammensetzung darauf angeordnet hat.
Das Substrat kann ein beliebiges geeignetes Substrat sein, einschließlich Silikon, einer Glasplatte, eines Kunststofffilms, einer Folie, eines Gewebes oder eines synthetischen Papiers. Für strukturell flexible Vorrichtungen können Kunststoffsubstrate, wie etwa Polyester, Polycarbonat, Polyimidfolien, eine Polyethylenterephthalat-(PET-)Folie, eine Polyethylennaphthalat-(PEN-)Folie und Ähnliches verwendet werden. Die Dicke des Substrats kann eine beliebige geeignete Dicke sein, wie etwa von etwa 10 Mikrometer bis über 10 Millimeter, wobei eine exemplarische Dicke zwischen etwa 50 Mikrometer und etwa 2 Millimeter liegt, insbesondere für ein flexibles Kunststoffsubstrat, und zwischen etwa 0,4 und etwa 10 Millimeter für ein starres Substrat, wie etwa Glas oder Silikon. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat aus der Gruppe bestehend aus Silikon, einer Glasplatte, einem Kunststofffilm, einer Folie, einem Gewebe, Papier und Kombinationen davon ausgewählt.
In einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung hierin ein Substrat, eine darüber angeordnete Zwischenschicht und eine über der Zwischenschicht angeordnete leitfähige Tintenzusammensetzung umfassen.
Das Erhitzen der abgelagerten leitfähigen Tintenzusammensetzung kann bei einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Temperatur stattfinden, wie etwa von etwa 70 °C bis etwa 200 °C, oder bei einer beliebigen Temperatur, die ausreichend ist, um die Metallnanopartikel zu veranlassen zu „glühen“ und somit eine elektrisch leitende Schicht zu bilden, die zur Verwendung als ein elektrisch leitendes Element in elektronischen Geräten geeignet ist. Bei der Erhitzungstemperatur handelt es sich um eine, die zu keiner nachteiligen Veränderung der Eigenschaften der vorangehend abgelagerten Schichten oder des Substrats führt. In einigen Ausführungsformen ermöglicht die Verwendung von niedrigen Erhitzungstemperaturen die Verwendung von preiswerten Kunststoffsubstraten, die eine Glühtemperatur von unter 140 °C aufweisen.
Das Erhitzen kann für eine beliebige geeignete oder gewünschte Zeit stattfinden, wie etwa von etwa 0,01 Sekunden bis etwa 10 Stunden. Das Erhitzen kann in Luft, in einer inerten Atmosphäre, zum Beispiel unter Stickstoff oder Argon, oder in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, zum Beispiel unter Stickstoff, der von etwa 1 bis etwa 20 Volumenprozent Wasserstoff enthält. Das Erhitzen kann außerdem unter normalem Atmosphärendruck oder bei einem reduzierten Druck von zum Beispiel etwa 1000 mbar bis etwa 0,01 mbar durchgeführt werden.
Das Erhitzen umfasst eine beliebige Technik, die eine ausreichende Energie an das erhitzte Material oder Substrat übertragen kann, um (1) die Metallnanopartikel zu glühen und/oder (2) den optionalen Stabilisator von den Metallnanopartikeln zu entfernen. Beispiele für Erhitzungstechniken schließen thermisches Erwärmen (z. B an einer Heizplatte, einem Ofen und einem Brenner), Infrarot-(„IR“-)Strahlung, Laserstrahl, Blitzlicht, Mikrowellenstrahlung oder Ultraviolett-(„UV-“)Strahlung oder eine Kombination davon ein.
In einigen Ausführungsformen weist die resultierende elektrisch leitende Linie nach dem Erhitzen eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 Mikrometer oder von etwa 0,15 bis etwa 10 Mikrometer auf. In bestimmten Ausführungsformen weist die resultierende elektrisch leitende Linie nach dem Erhitzen eine Dicke von etwa 0,1 bis etwa 2 Mikrometer auf.
Die Leitfähigkeit des resultierenden Metallelements, das durch Erhitzen der abgelagerten Metalltintenzusammensetzung hergestellt wird, liegt zum Beispiel bei mehr als etwa 100 Siemens/Zentimeter (S/cm), bei mehr als etwa 1.000 S/cm, bei mehr als etwa 2.000 S/cm, bei mehr als etwa 5.000 S/cm, bei mehr als etwa 10.000 S/cm oder bei mehr als etwa 50.000 S/cm.
Die resultierenden Elemente können für eine beliebige geeignete oder gewünschte Anwendung, wie etwa für Elektroden, leitfähige Pads, Zwischenverbindungen, leitfähige Linien, Leiterbahnen und Ähnliches, in elektronischen Geräten verwendet werden, wie etwa in Dünnfilmtransistoren, organischen Leuchtdioden, RFID-Etiketten, Photovoltaikbildschirmen, gedruckten Antennen und anderen elektronischen Geräten, die leitfähige Elemente oder Komponenten benötigen.
Die folgenden Beispiele dienen dazu, verschiedene Arten der vorliegenden Offenbarung genauer zu definieren. Diese Beispiele dienen ausschließlich veranschaulichenden Zwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Gleichermaßen beziehen sich Teile und Prozentangaben auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben wurde.
Zwischenschichtkomponenten.
Neopentylglykoldiglycidylether (NPGDE) von Sigma-Aldrich.
Bisphenol-A-diglycidylether (BPADE) von Sigma-Aldrich.
Poly(propylenglykol)diglycidylether, (PLGDE) von Sigma-Aldrich. Das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn liegt bei etwa 380.
Poly(4-vinylphenol) (PVP) von Sigma-Aldrich, mit einem Molekulargewicht von etwa 25.000.
Poly(melamin-co-formaldehyd), methylierte 84-gewichtsprozentige Lösung in 1-Butanol (PMMF) von Sigma-Aldrich.
BYK^®-SILCLEAN 3700 von BYK, Lösung aus einem OH-funktionellen silikonmodifizierten Polyacrylat.
Propylenglycolmethylethylacetat-(PGMEA-)Lösungsmittel von Sigma-Aldrich.
Herstellung der Zwischenschichtlösung.
Die Zwischenschichtzusammensetzungen der Beispiele 1–5 wurden so hergestellt, dass sie die Komponenten aufwiesen, die wie in Tabelle 1 gezeigt in dem Prozentsatz jeder Komponente bereitgestellt wurden. Die Zwischenschichtzusammensetzungen der Beispiele 6 und 7 und der Vergleichsbeispiele 8 und 9 wurden so hergestellt, dass sie die Komponenten aufwiesen, die in den in Tabelle 2 gezeigten Mengen bereitgestellt wurden. Die Zwischenschichtlösung wurde nach den folgenden Schritten hergestellt.
Schritt 1.
Herstellen einer 10 bis 30 %-igen PVP-Lösung: Geben von 70 bis 90 Gramm Propylenglycolmethylethylacetat-(PGMEA-)Lösungsmittel in eine Glasflasche, dann langsames Hinzufügen von 10 bis 30 Gramm PVP in das Lösungsmittel, bei magnetischem Rühren bei einer Geschwindigkeit von etwa 250 U/Minute bis etwa 500 U/Minute. Beibehalten des Rührens für etwa ein bis zwei Stunden, bis das PVP vollständig in dem PGMEA-Lösungsmittel aufgelöst ist und die Lösung klar ist.
Schritt 2.
Kombinieren aller Komponenten. Die Komponenten wurden wie folgt in den gezeigten Mengen in einer Glasflasche kombiniert. Zuerst Laden des Rests des Lösungsmittels in eine Glasflasche, Hinzufügen des Epoxidharzes und vollständiges Dispergierenlassen des Harzes in dem Lösungsmittel, dann Laden des PMMF und Sicherstellen, dass das PMMF ebenfalls in dem Gemisch dispergiert ist, bevor die PVP-Lösung geladen wird, dann Presswalzen des Gemischs für mindestens 2 Stunden bei 175 U/min.
Silbernanopartikeltintenzusammensetzung.
Es wurde eine Silbernanopartikeltinte wie in US-Patentanmeldung 2014/0312284 (Seriennummer 13/866,704) beschrieben hergestellt.

Die Silbernanopartikeltintenzusammensetzung wurde hergestellt, indem Silbernanopartikelpulver mit einem Lösungsmittelgemisch aus Bicyclohexan und Phenylcyclohexan in einem Verhältnis von 3:2 gemischt wurden. Die Silbernanopartikel machen 50 Gewichtsprozent der Silberformulierung aus. Nachdem die Silberpartikel in die Lösungsmittel gemischt worden waren, wurde die Zusammensetzung unter Verwendung eines 1,0-µm-Spritzenfilters gefiltert. Die Zusammensetzung wurde unter Verwendung eines DMP-2800-Tintenstrahldruckers, der mit Patronen mit einer Kapazität von 10 pL ausgestattet war, gedruckt. Nach dem Drucken und thermischen Glühen wurden die hochleitfähigen Merkmale gebildet. Tabelle 1

Beispiel	NPGDE (Gew.- %)	BPADE (Gew.-%)	PLGDE (Gew.-%)	PVP (Gew.-%)	PMMF (Gew.-%)	Silclean 3700 (Gew.-%)	PGMEA (Gew.-%)	Summe Feststoffe (Gew.-%)
1	5,33	5,33	0,00	3,99	5,59	0,13	79,63	20,37
2	6,25	6,25	0,00	3,12	5,25	0,00	79,13	20,87
3	6,24	6,24	0,00	3,12	5,24	0,16	79,00	21,00
4	6,78	6,78	0,00	2,55	5,69	0,00	78,20	21,80
5	0,00	0,00	5,40	9,20	2,70	0,00	82,70	17,30

Die Härtungsbedingungen für die Beispiele 1–4 waren: 120 °C für 30 Minuten. Die Härtungsbedingungen für Beispiel 5 waren: 160 °C für 5 Stunden.
Die Zwischenschichtzusammensetzung der Beispiele 6 und 7 und der Vergleichsbeispiele 8 und 9 wurde so hergestellt, dass sie die in den in Tabelle 2 gezeigten Mengen bereitgestellten Komponenten aufwiesen, wobei Gewicht Gewichtsprozent ist. Tabelle 2
Schleuderbeschichtung- und Härtungsverfahren.
Die Beschichtungslösung aus jedem der Beispiele 1–7 und der Vergleichsbeispiele 8–9 wurde unter Verwendung eines SCS P6700 Spin Coater auf ein mikroskopisch vorgereinigtes Glas beschichtet. Die Beschichtungsgeschwindigkeit wurde für 5 Sekunden auf 100 U/min eingestellt, dann auf 1.600 U/min erhöht und für 60 Sekunden auf dieser Geschwindigkeit gehalten. Die beschichteten Proben wurden dann bei 120 °C auf eine Heizplatte gegeben oder in einen Ofen gegeben und von 30 Minuten bis zu 5 Stunden wie in Tabelle 1 gezeigt geglüht.
Druckverfahren und Charakterisierung.
Die vorangehend beschriebene Silbernanopartikeltinte wurde unter Verwendung eines Dimatix DMP2800, der mit Patronen mit einer Kapazität von 10 pL ausgestattet war, gedruckt und alle Düsen funktionierten einwandfrei, wobei sie kugelförmige Tropfen bildeten. Es wurden Linienbreiten von etwa 70–80 Mikron auf unbeschichtetes und mit einer Zwischenschicht beschichtetes Glas gedruckt. Die Zwischenschichten aus den Beispielen 1–9 wurden mit einer Dicke von etwa 100 Nanometer bis etwa 1000 Nanometer bereitgestellt. Es wurden gerade Linien mit einheitlichen Kanten erzielt, wenn diese auf unbeschichtetes und mit einer Zwischenschicht beschichtetes Glas wie in 1 (unbeschichtetes Glas) und 2 (mit einer Zwischenschicht beschichtetes Glas) gedruckt wurden. Bei dem thermischen Sintern wurde keine Deformation der Linienform festgestellt. Alle gedruckten Linien waren nach dem Glühen für etwa 30 bis etwa 300 Minuten bei etwa 120 °C auf etwa 160 °C hochleitfähig. Der mithilfe des Ladens von Bisphenol-A-diglycidylether (BPADE) formulierte Zwischenschichtfilm weist jedoch schlechte Haftungseigenschaften auf Substraten, insbesondere auf Glas auf.
3 und 4 zeigen, dass die Silbertintenausbreitung durch die Zwischenschichtformulierung gesteuert werden kann. Die Tintenausbreitung kann zum Beispiel durch Auswählen eines Epoxid-/PVP-Verhältnisses, eines PMMF-/PVP-Verhältnisses und einer Tensidbeladung gesteuert werden, sowie durch die Härtungsbedingungen und weitere Verfahrensauswahlen. In den 3 und 4 wurde eine wie vorangehend beschriebene Tintenzusammensetzung wie vorangehend beschrieben mit einer Linienbreite von etwa 70–80 Mikron gedruckt.
3 zeigt die Tintenausbreitung auf einem mit einer Zwischenschicht beschichteten Substrat, das die auf ein Glassubstrat beschichtete Zwischenschicht aus Beispiel 1 umfasst. Der getrocknete Film der Zwischenschicht weist eine Dicke von etwa 200 Nanometer auf.
4 zeigt die Tintenausbreitung auf einem mit einer Zwischenschicht beschichteten Substrat, das die auf ein Glassubstrat beschichtete Zwischenschicht aus Beispiel 4 umfasst. Die Zwischenschicht wurde mit einer Dicke von etwa 200 Nanometer beschichtet.
5 und 6 zeigen einen Tintenausbreitungsvergleich und die Tensidwirkung auf verschiedenen Zwischenschichtzusammensetzungen und Tintenausbreitungen. 5 zeigt die Zwischenschichtformulierung aus Beispiel 2. 6 zeigt die Zwischenschichtformulierung aus Beispiel 3.
Die gedruckten Linien wurden nach dem Drucken und Glühen für 30 Minuten bei 120 °C einer Haftungsprüfung ausgesetzt, indem Scotch^® Magic^TM Tape (3M) auf die Oberfläche der leitfähigen Linien geklebt und dann das Scotch^® Magic^TM Tape von der Oberfläche abgelöst wurde. Das abgelöste Tape wurde an einem Xerox^® 4200 Papier angebracht. Wenn keine Zwischenschicht verwendet wurde, war die Haftung sehr schlecht und eine große Menge von Tintenlinien wurde wie in 7 gezeigt abgelöst. Im Gegensatz dazu war die Tintenhaftung für das mit der Zwischenschicht der vorliegenden Ausführungsformen aus den Beispielen 1–4 beschichtete Glas sehr gut. Wie in 8 gezeigt, wurden keine der Silbertintenlinien abgelöst.
Die Eigenschaften der Zwischenschichtzusammensetzungen aus den Beispielen 6 und 7 und den Vergleichsbeispielen 8 und 9 wurden gemessen. Die Filmbildungseigenschaft wurde durch Verwenden eines Rasterelektronenmikroskops (REM) (SEM) und Beobachten, ob ein Film gebildet wurde, bestimmt.
Die Filmhaftung an ein Glassubstrat wurde durch Kleben von Scotch^® Magic^TM Tape (3M) auf die Oberfläche des beschichteten Films und das visuelle Bewerten, ob der beschichtete Film abgelöst wurde, gekennzeichnet.
Die Silbertintenhaftung an den Zwischenschichtfilm wurde außerdem durch Kleben von Scotch^® Magic^TM Tape (3M) auf die Oberfläche der gedruckten Silberlinie und das visuelle Bewerten, ob die gedruckte Silberlinie abgelöst wurde, gekennzeichnet.
Das Benetzungsvermögen der leitfähigen Nanotinte auf der Zwischenschichtzusammensetzung wurde durch die Drucklinienbreite gemessen. Die Druckqualität wurde durch die Auflösung der gedruckten Linie gekennzeichnet.
Die Leitfähigkeit wurde auf Grundlage der Messung des elektrischen Widerstands berechnet. Elektrischer Widerstand = Ohm × Höhe × Breite/Länge, Leitfähigkeit = 1/elektrischer Widerstand. Der Widerstand der gedruckten Line wurde unter Verwendung eines Keithley SCS-4200 Analysators gemessen. Die Stufenhöhe und -breite der gedruckten Linie wurden unter Verwendung eines Bruker DektakXT Oberflächenprofilomessers gemessen.

Die Eigenschaften aus den Beispielen 6 und 7 und den Vergleichsbeispielen 8 und 9 sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

	Eigenschaften
Beispiel	Filmbildung	Filmhaftung an Glas	Silbertintenhaftung an Film	Benetzungsvermögen von auf unpolarem Lösungsmittel basierender Silbertinte	Leitfähigkeit (nach Glühen für 5 Stunden bei 160 °C)
6	O	Δ	X	O	O
7	O	O	O	O	O
Vergleichsbeispiel 8	O	X	X	O	entfällt
Vergleichsbeispiel 9	X	X	X	X	entfällt

wobei

O: anzeigt, dass die Eigenschaft vorhanden ist;
Δ: anzeigt, dass die Eigenschaft teilweise vorhanden ist;
X: anzeigt, dass die Eigenschaft nicht vorhanden ist; und
„entfällt“: anzeigt, dass das Datum nicht erfasst wurde.

Wie durch die Ergebnisse in der Tabelle 3 zu erkennen ist, zeigen die Beispiele 6 und 7 der vorliegenden Ausführungsformen, die aliphatische Epoxidverbindungen enthalten, alle oder einen Großteil der gewünschten Eigenschaften. Vergleichsbeispiel 8, das eine Kombination aus aliphatischen und aromatischen Epoxidverbindungen enthält, besitzt nur zwei der gewünschten Eigenschaften. Vergleichsbeispiel 9, das eine aromatische Epoxidverbindung enthält, besaß keine der gewünschten Eigenschaften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8765025 [0002]
US 7270694 [0002]
US 2014/0312284 [0053]
US 8324294 [0054]

Claims

Zwischenschichtzusammensetzung, umfassend: eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
Zwischenschichtzusammensetzung nach Anspruch 1: wobei X die folgende Formel hat:
Zwischenschichtzusammensetzung nach Anspruch 1: wobei die Epoxidverbindung die folgende Formel hat:
wobei n zwischen 1 und 10 liegt.
Zwischenschichtzusammensetzung nach Anspruch 1: wobei das Polyvinylphenol aus der Gruppe bestehend aus Poly(4-vinylphenol), Poly(vinylphenol)/Poly(methylacrylat), Poly(vinylphenol)/Poly(methylmethacrylat), Poly(4-vinylphenol)/Poly(vinylmethylketon) und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Zwischenschichtzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschichtzusammensetzung bei etwa 25 °C eine Oberflächenspannung von etwa 18 mN/m bis etwa 40 mN/m aufweist.
Zwischenschichtzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschichtzusammensetzung bei etwa 25 °C eine Viskosität von etwa 2 cps bis etwa 150 cps aufweist.
Vorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Zwischenschicht; und leitfähige Merkmale; wobei die Zwischenschicht einen aus einer Zwischenschichtzusammensetzung, die eine Epoxidverbindung mit der folgenden Formel umfasst, thermisch gehärteten Film umfasst:
wobei X Folgendes umfasst: von mindestens 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, ein Sauerstoffatom, und wobei X frei von aromatischen Komponenten ist und wobei n zwischen etwa 2 und etwa 20 liegt; ein Polyvinylphenol; ein Melaminharz; ein Lösungsmittel; ein optionales Tensid; und einen optionalen Katalysator.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der thermisch gehärtete Film einen Wasserkontaktwinkel von etwa 65 Grad bis etwa 95 Grad besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der thermisch gehärtete Film eine Oberflächenrauheit von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der thermisch gehärtete Film eine Glasübergangstemperatur von etwa –10 °C bis etwa 100 °C aufweist.