KR20180104046A

KR20180104046A - 급속 전도성 고분자 은

Info

Publication number: KR20180104046A
Application number: KR1020187023756A
Authority: KR
Inventors: 쥐. 에드워드 주니어. 그라디; 벤 이. 크루스
Original assignee: 페로 코포레이션
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-19
Also published as: CN108779350B; US20190002723A1; WO2017165127A1; CN108779350A; TW201922958A; US11084950B2; EP3380571A1; EP3380571A4; JP2019512849A; KR102249955B1; EP3380571B1; JP6924203B2; PL3380571T3; TWI748143B; TW201739810A; TWI647264B

Abstract

전도성 페이스트는 기판에 전도성 트레이스를 형성하기 위하여 제공된다. 전도성 페이스트는 비히클 및 전도성 물질을 포함한다. 비히클은 레진, 가소제, 레진이 용해된 용매를 포함한다. 기판에 적용된 후, 전도성 페이스는 페이스트로부터 용매의 증발에 의하여 주위 온도에서 경화되고, 이에 따라 기판 상에 전도성 트레이스를 형성한다. 전도성 트레이스는 경화제를 요구하지 않고, 기판에 적용된 후 수 분 내에 낮은 저항값을 갖게 된다.

Description

급속 전도성 고분자 은

은 플레이크를 포함하는 전도성 페이스트는 기판 상에 전도성 트레이스를 형성하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 물질은 넓은 범위의 기판 및 장치에 호환되고, 가장 일반적으로 RFID 분야 또는 다른 전기장치에 사용된다.

다양한 전도성 페이스트 포뮬레이션은 유리 프릿을 포함한다. 이와 같은 유리 프릿 전도성 페이스트는 기판에 적용된 이후에, 필연적으로 페이스트로부터 임의의 휘발성 성분을 제거하고, 유리 프릿을 소결하기 위하여 소성 단계가 요구된다. 따라서, 이와 같은 전도성 트레이스의 제조는 필연적으로 특정 가열 장치가 필요하고, 예를 들어 소성 오븐, 유리 용해로(lehr), 또는 가마(kiln)가 필요하고, 유리 프릿을 소결하는 필연적인 단계 때문에 제조 시간이 더 길어지게 된다. 더욱이, 이와 같은 페이스트는 전형적으로 단단하 전도성 트레이스가 되어 구부림에 의하여 데미지를 입거나 또는 품질이 떨어지게 된다

다른 종류의 전도성 페이스트 포뮬레이션은 고분자 전도성 페이스트로 알려졌고, 주로 전도성 물질을 많이 포함하고 있는 경화성 고분자를 포함한다. 고분자 전도성 페이스트는 기판에 적용되고, 고분자는 방사(예를 들어 자외선)에 의하여, 촉매적으로 또는 고온에서의 열에 의하여 경화된다. 이와 같은 공정은 필연적으로 고분자 경화를 완료하기 위하여 특정 양의 시간이 필요하게 되고, 이에 따라 이와 같은 전도성 트레이스를 포함하는 완전한 회로가 완전한 기능성을 얻기까지 지연이 발생하고, 따라서 이와 같은 회로를 포함하는 전기 장치의 프로그래밍 또는 사용에 있어 지연이 발생한다.

촉매적으로 경화되는 페이스트 포뮬레이션은 페이스트에의 경화 촉매 추가에 때라 제한된 가용시간을 갖고, 따라서, 페이스트가 경화되기 전에 특정 시간 내에 전체의 배치가 하용되어야 하며, 그렇지 않을 경우, 배치의 미사용 부분의 결과적인 폐기물이 발생하게 된다. 열적 경화 공정은 필연적으로 고온에 의하여 불리하게 영향을 받지 않는 기판을 요구하게 되고, 따라서, 이와 같은 적용에서 사용될 수 있는 기판의 종류가 제한된다.

이와 같이, 기존 포뮬레이션의 단점을 수정할 수 있는 개선된 전도성 페이스트 포뮬레이션에 대한 요구가 있다.

종래의 알려진 시스템과 관련된 곤란함 및 단점들은 본 발명의 조성, 방법 및 어셈블레에서 수정된다.

매우 짧은 시간에 전기적 전도성을 갖게 되는 고분자 은 도체를 위한 요구가 증가하고 있다. 또한, 대상 물질을 가열할 필요 없이, 즉 주위 온도에서 경화되는 물질 및 결과 필름이 높은 가요성을 갖는 물질에 대한 요구도 있다. 본 발명은 기판에 쉽게 적용할 수 있고, 주위 온도에서 빠른 전기적 전도성을 갖게 되는 고분자 전도성 페이스트로 이루어지고, 높은 가소성 레진 시스템으로 증발성 경화 공정에 의하여 가요성 전도성 트레이스를 제조한다.

본 발명의 전도성 페이스트는 경화제를 요구하지 않고, 즉 페이스트에 방사(예를 들어, 자외선)를 적용하거나, 조성물에 경화 촉매를 적용하거나, 또는 페이스트를 주위 온도보다 높은 고온에 노출시키는 것을 요구하지 않는다. 일 구체예에서, 전도성 트레이스를 형성하는 방법은 페이스트를 경화하기 위하여 경화제를 사용하는 것을 포함하지 않는다.

일 면에 있어서, 본 발명의 대상은 납, 카드뮴, 프탈레이트 프리 전도성 페이스트를 제공한다. 페이스트는 약 5-35 wt%의 바인더 시스템, 약 60-90 wt%의 전도성 물질, 및 약 0.05-0.15 wt%의 소포제를 포함한다. 바인더 시스템은 고분자 레진, 가소제 및 용매를 포함한다. 고분자 레진은 용매에 용해된다. 가소제 양에 대한 고분자 레진 양의 중량비는 약 1.25 내지 약 1.75이다.

용매는 전도성 페이스트를 관련 기판에 적용한 후 처음 5 분 내에 약 0.5-1 wt%의 비율로 주위 온도에서 증발한다. 전도성 페이스트는 기판에 전도성 페이스트가 적용되고 1 분 내에 기설정된 패턴 상에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 되고, 전도성 페이스트가 기판에 적용되고 5 분 내에 기설정된 패턴에서 1 옴 미만의 전기적 저항값을 갖게 되어 주위 온도에서 가요성 전도성 트레이스를 형성하게 된다.

다른 일 면에서, 본 발명의 대상은 전도성 트레이스를 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 약 5-35 wt%의 바인더 시스템, 약 60-90 wt%의 전도성 물질, 및 약 0.05-0.15 wt%의 소포제를 포함하는 전도성 페이스트를 제공하는 단계를 포함한다. 바인더 시스템은 용매에 용해된 고분자 레진 및 가소제를 포함한다. 가소제 양에 대한 고분자 레진의 양의 중량비는 약 1.25 내지 1.75이다. 본 발명의 방법은 전도성 페이스트를 기판에 기설정된 패턴으로 적용하는 단계를 포함하고, 용매가 전도성 페이스트로부터 증발하도록 함에 의하여 주위 온도에서 전도성 페이스트를 경화하고, 이에 따라 기판 상에 가요성 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함한다.

용매는 전도성 페이스트가 기판에 적용된 후 처음 5 분동안 약 0.5-1 wt%의 비율로 주위 온도에서 증발한다. 가요성 전도성 트레이스는 기판에 적용되고 1 분 내에 주위 온도에서 기설정된 패턴에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만의 저항값을 갖게 되고, 기판에 적용되고 5 분 내에 기설정된 패턴에서 1 옴 미만의 저항값을 갖게 된다.

인지되는 바와 같이, 본 명세서에서 언급되는 대상은 다른 구체예에 적용될 수 있고, 이들의 몇가지 세부사항들은 다양한 면으로 수정될 수 있고, 이들은 모두 본 발명의 대상으로부터 벗어나지 않는다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 예시적인 것으로 고려되고 제한적으로 고려돼서는 안된다.

도 1은 시간에 따른 본 발명의 실시예의 전도성 페이스트의 저항을 위한 기록된 데이터 그래프이고,
도 2는 시간에 따른 본 발명의 실시예의 전도성 페이스트의 저항을 위한 기록된 데이터 그래프이고,
도 3은 시간에 따른 본 발명의 실시예의 전도성 페이스트의 증발율을 위한 기록된 데이터 그래프이고,
도 4는 시간에 따른 본발명의 실시예와 비교예의 전도성 페이스트의 점도 상승 곡선을 위한 기록된 데이터 그래프이고,
도 5는 시간에 따른 본 발명의 실시예와 비교예의 전도성 페이스트의 점도 하강 곡선을 위한 기록된 데이터 그래프이고,
도 6은 구부러진 기판 상에 경화된 본 발명의 전도성 물질 층의 사진이고,
도 7은 구부러진 기판 상에 경화된 본 발명의 다른 전도성 물질 층의 사진이고,
도 8은 구부러진 기판 상에 경화된 본 발명의 또 다른 전도성 물질 층의 사진이고,
도 9는 구부러진 기판 상에 경화된 가소제가 없는 전도성 물질 층의 사진이고,
도 10은 시간에 따른 본 발명의 실시예 및 비교예의 전도성 페이스트의 저항을 위한 기록된 데이터의 그래프이고, 및
도 11은 시간에 따른 본 발명의 실시예의 전도성 페이스트의 점도 상승 곡선 및 하강 곡선을 위한 기록된 데이터의 그래프이다.

설명된 발명의 대상은 주위 온도에서 전도성 트레이스를 형성하기 위한 전도성 페이스트 시스템을 제공한다. 시스템은 경화 (예를 들어, 방사, 촉매, 열), 전도성 페이스트의 소결, 또는 특별한 저장 또는 이송 요구사항을 요구하지 않는다. 시스템은 연장된 보관 수명 및 가용시간을 제공하고, REACH 및 ROHS 규정에 호환된다.

본 발명의 대상은 전도성 트레이스를 형성하기 위하여 사용되는 전도성 페이스트 조성 및 포뮬라에 관한 것이다. 본 발명의 전도성 페이스트는 전도성 물질 및 비히클을 포함하고, 이는 현저한 향의 가소제와 함께 용매에 용해되는 열가소성 고분자를 포함한다. 소포제 및 겔화제는 포뮬레이션에 추가될 수 있고, 이는 기설정된 패턴으로 기판에 적용된다. 페이스트가 기판에 적용된 이후에, 열가소성 고분자는 용매의 증발에 의하여 경화되고, 낮은 전기 저항을 갖는 가요성 전도성 트레이스가 된다. 복수의 구체예에서, 용매의 증발은 주위 온도(예를 들어 실내 온도, 약 23 ˚C)에서 수행된다.

용매의 양 및 증발율은 전도성 페이스트가 신속하게 전도성 트레이스가 될 수 있도록 조절된다. 급속 경화 전도성 페이스트는 경화 과정에서, 전기 장치 내의 전기적 회로에서 사용될 때 거의 즉시적인 전기 전도성을 얻는 전도성 트레이스를 제공한다. 본 발명은 이와 같은 전도성 트레이스를 포함하는 전기적 장치, 전기 장치, 전자 장치를 제공하고, 이와 같은 장치에서 장치 조립 후 바로 전자 장치 인지를 가능하게 하고, 전자 회로를 활용하는 전자 장치의 즉시적인 프로그래밍을 가능하게 하고, 이와 같은 전자 장치의 제조 시간을 감축하고, 이와 같은 장치 생산율의 상응하는 증가를 가능하게 한다.

본 발명의 일 면은 개시된 전도성 페이스트를 사용하여 형성되는 최종 전도성 트레이스를 제공하고, 상기 전도성 트레이스는 가요성이고, 구부림, 트위스팅, 및 프렉싱(flexing)의 대상이 되는 경우 이를 견딜 수 있고, 이때에도 여전히 전기 전도성을 유지한다. 이와 같은 전도성 트레이스는 가요성이고, 본 발명의 페이스트가 35-100 μm의 코팅 두께로 스크린 프린팅에 의하여 적용되고, 0.35 mm 두께를 갖는 황동(brass) 시트에서 경화될 때, 및 상기 황동 시트가 구부러질 때, 전도성 트레이스는 100 배 확대로 관찰하였을 때, 어떠한 스트레스 크랙도 보이지 않는다. 일 구체예에서, 전도성 트레이스는 ASTM D790-59T에 의하여 측정되었을 때 약 1-4 x 10³ psi의 탄성계수를 갖는다. 이와 같은 가요성 전도성 트레이스의 하나의 적용 예는 무선 트랜잭션(wireless transaction) 및 신원확인을 위하여 사용되는 듀얼 인터페이스(Dual Interface) 또는 콤비 카드('Combi' card)이다.

본 발명에 따르면, 기판 상에 전기적 도체 패턴 또는 회로를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 상에 본 발명에 따른 전도성 페이스트를 기설정된 패턴으로 적용하고, 주위 온도(예를 들어 약 23 ˚C)에서 전도성 페이스트를 경화하는 단계를 포함한다. 본 발명의 공정에 의하여 형성된 도체는 기존의 전도성 고분자 페이스트보다 현저한 향상을 제공하는 것을 알게 되었다. 다른 종류의 전도성 페이스트에서 보여지는 상기한 단점들은 거의 보여지지 않고, 본 발명의 공정은 매우 다양한 종류의 기판 상에 도체를 형성하는데 적합하다.

달리 표현되지 않는 한, 개시된 모든 조성적 퍼센트는 중량 퍼센트이고, 경화/고화 이전의 블랜드를 위하여 주어진다. 하한에 0이 기재된(예를 들어, 0-7 중량%)산화물 또는 다른 성분의 수치적 범위는 해당 성분의 "해당 상한 까지"의 개념을 위한 설명을 제공한다. 예를 들어, "SrO 0-7 중량%"는 7 중량%까지의 SrO를 위한 설명을 제공하기 위한 것이고, 또한 SrO가 예를 들어 0.01 중량% 또는 0.1 중량%와 같이 어느 정도로 존재하면서 상한을 초과하지 않는 양이라는 긍정적인 설명을 제공한다. 후자의 예는 "SrO를 포함하고, 그 양은 10 중량%를 초과하지 않는다."이다.

개시된 모든 범위는 시작 및 끝 범위값과 그 내의 하위 범위 모두를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "7 중량% 내지 17 중량%"라는 기재의 범위는 최소값 7과 최대값 17을 포함하여 이 사이의 모든 하위 범위를 포함하는 것을 고려되어야 하고, 즉, 최소값 7 또는 그 초과의 값으로 시작되고, 최대값 17 또는 그 미만의 값으로 끝나는 모든 하위 범위, 예를 들어, 7.0 내지 8.7, 9.3 내지 12.9, 11.7 내지 17 등을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

용매의 증발에 의하여 경화/고화 이전의 전도성 페이스트는 약 40-98 중량%, 약 50-95 중량%, 약 65-95 중량%, 약 60-90 중량%, 약 70-85 중량%, 또는 약 80-85 중량%의 전도성 물질을 포함할 수 있고, 은 입자(예를 들어 플레이크)를 포함할 수 있고, 및 약 2-60 중량%, 약 5-50 중량%, 약 5-35 중량%, 약 10-30 중량%, 약 15-30 중량%, 또는 약 15-20 중량%의 비히클을 포함할 수 있다.

구체적인 전도성 페이스트, 경화된 전도성 트레이스, 및 관련된 방법은 이하에서 보다 상세하게 설명된다.

비히클

본 발명의 전도성 페이스트는 비히클("바인더 시스템"으로도 언급됨)을 포함하고, 이는 고분자 레진, 가소제, 및 하나 이상의 용매를 포함한다. 비히클은 전도성 물질을 기판으로 이송시키기 위하여 사용되고, 용매 휘발 후에, 전도성 물질을 기판에 고정시켜 기판 상에 전도성 트레이스를 형성한다. 트레이스의 전기 전도성은 전도성 물질, 예를 들어 비히클에 로딩된 은 플레이크에 의하여 제공된다. 고분자 레진은 용매에 용해되어, 알려진 액상 적용 기술을 통하여 기판에 적용될 수 있는 액상 비히클을 정의하게 된다. 비히클의 점도, 경화율, 및 다른 특징들은 특정 적용분야를 위하여 필요에 따라 수정될 수 있다.

레진

본 발명의 전도성 페이스트는 용매에 용해될 수 있고, 기판에 적용 후에 전도성 페이스트로부터 용매의 증발을 통하여 주위 온도에서 경화될 수 있는 열가소성 레진을 사용한다.

열가소성 레진은 본 발명에서 특히 제한되지는 않고, 호모 폴리머, 코폴리머, 또는 아세틸렌아크릴레이트 에스테르, 아크릴릭, 아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 알킬 비닐 이써, 아릴 술포네이트, 부타디엔, 셀룰로스 트리아세테이트, 클로로프렌, 에틸렌 프탈아미드, 폼알데히드, 이소부틴, 이소프렌 하이드로카본, 말레익 안하이드라이드, 메타크릴레이트 에스테르, 나일론, 폴리아세트산 (PLA), 폴리벤즈이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리 이써 술폰, 폴리 이써이써 케톤, 폴리이써이미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 술파이드, 1,4-페닐렌 에틸렌, 페닐렌 술폰, 페닐 글리시딜 이써, 피로멜리틱 이미드, 폴리프로필렌, 프로필렌 옥사이드, 폴리실록산, 폴리스티렌, 티오 페닐렌, 우레아, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 카바졸, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리테트라플로로에틸렌, 페녹시 레진, 및 폴리비닐 부티랄 (PVB)의 물리적 혼합물을 포함할 수 있다.

복수의 구체예에서, 레진은 폴리비닐 부티랄(PVB)를 포함한다. 일 면에서, 레진은 PVB로 이루어진다. 폴리비닐 부티랄은 비닐 부티랄, 비닐 알코올, 및 비닐 아세테이트의 무정형 랜덤 코폴리머이다. 상업적인 PVB는 대략 10-20 %의 비닐 알코올, 0.1-3 %의 비닐 아세테이트 및 75-90 %의 비닐 부티랄 유닛을 포함한다.

PVB는 약 100,000 내지 약 1,500,000 달톤(Da)의 무게평균 분자량(Mw), 예를 들어 약 150,000 내지 약 500,000 Da, 및 약 200,000 내지 약 400,000 Da, 또는 약 400,000 내지 약 1,2500,000 Da, 및 약 500,000 내지 약 1,000,000의 무게평균 분자량을 갖는다. PVB의 Tg는 예를 들어, 약 60 °C 내지 약 100 °C이고, 예를 들어 약 60 °C 내지 85 °C이고, 약 62 °C 내지 약 78 °C이다.

적절한 PVB 레진은 Eastman Chemical Company의 Butvar® 라인의 레진을 포함하고, 이는 Butvar® B-98 and B-76를 포함한다. 다른 적절한 PVB의 예는 예를 들어, MOWITAL (Kuraray America), S-LEC (Sekisui Chemical Company), and PIOLOFORM (Wacker Chemical Company)의 상표 명 하에서 제조되는 고분자를 포함한다.

복수의 구체예에서, 레진은 페녹시 레진을 포함한다. 일 면에서, 레진은 페녹시 레진으로 이루어진다. 페녹시 레진은 비스페놀 A 및 에피클로로히드린의 열가소성 코폴리머이다. 페녹시 레진은 약 25,000 내지 약 250,000 달톤(Da)의 무게평균 분자량(Mw)을 갖고, 예를 들어 약 30,000 내지 약 200,000 Da, 및 약 40,000 내지 약 100,000 Da, 또는 약 50,000 내지 약 60,000 Da의 무게평균 분자량을 가질 수 있다. 페녹시 레진의 Tg는 예를 들어 약 60 °C 내지 150 °C이고, 예를 들어, 약 70 내지 약 120 °C 또는 약 90 °C 내지 약 100 °C이다. 적절한 페녹시 레진은 Gabriel Performance Products, Inc로부터 입수 가능한 PKHH 라인의 레진의 고형 팰릿을 포함한다.

비히클 100 중량% 중, 고분자 레진은 약 5-30 중량%로, 약 7.5-25 중량%로, 약 10-20 중량%로, 또는 약 12.5-17.5 중량%로 포함될 수 있다. 고분자 레진은 전도성 페이스트 내에 약 0.25-10.5 중량%의 양으로, 약 0.75-7 중량%의 양으로, 약 1.25-5 중량%로, 또는 약 1.5-3 중량%의 양으로 포함될 수 있다.

가소제

비히클은 가소제를 포함하고, 이는 전체 전도성 페이스트에서 사용되는 고분자 레진의 양을 더 작게 하는 것을 가능하게 한다. 전도성 페이스트에서 고분자 레진의 양을 감소시키는 것은 트레이스가 더 빨리 낮은 전기 저항값에 도달할 수 있도록 하고, 또한 스트레스 크랙에 저항성을 갖는 가요성 트레이스를 제공한다. 일 구체예에서, 가소제 양에 대한 고분자 레진의 양의 중량비는 약 1 내지 2, 또는 약 1.25 내지 1.75, 도는 약 1.4-1.6, 또는 약 1.5이다.

가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트), 디에틸렌 글리콜 디-n-헥사노에이트, 트리에틸렌 글리콜 디-n-헥사노에이트, 트리에틸렌 글리콜 디-2-메틸 펜타노에이트, 펜타에틸렌 글리콜 디-2-에틸부티레이트, 트리에틸렌글리콜-디-2-에틸부티레이트, 디부틸 세바케이트, 테트라에틸렌글리콜-디-헵타노에이트, 디(프로필렌 글리콜) 디벤조에이트, 트리에틸렌 글리콜 카프레이트 카프릴레이트, 부틸 벤질 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 벤질 옥틸 , 아디페이트, 벤질헥실 아디페이트, 벤질 부틸 아디페이트, 벤질 데실 아디페이트, 디부틸 아디페이트, 디-n-펜틸 아디페이트, 디-n-헥실 아디페이트, 디-n-헵틸 아디페이트, 디-n-옥틸 아디페이트, 디에틸렌 글리콜 디-2-에틸부티레이트, 트리에틸렌 글리콜 디-2-에틸부티레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디-2-에틸부티레이트, 아마인 유, 트리부틸 시트레이트, 앙킬 벤질 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디알킬 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 부틸 리시놀리에이트, 톨루엔술폰아미드, n-에틸 톨루엔술폰아미드, (2-에틸헥실 디페닐 포스페이트, 이소데실 디페닐 포스페이트, 터트-부틸 페닐 디페닐 포스페이트, 트리아릴 포스페이트 에스테르 블랜드, 트리크레실 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 폴리옥시에틸렌 아릴 이써, 파마자 유, 메틸 수첨가 로지네이트, 또는 이들의 조합의 하나 이상일 수 있다.

일 구체예에서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)를 포함한다. 일 면에서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)로 이루어진다. 적절한 가소제는 Solusolv S-2075(Eastman Chemical Company); Oxsoft 3G8(OXEA Corporation); 및 Plasthall 4141(The Hallstar Company)를 포함한다. 가소제는 용매를 도입하기 전, 도입하는 동안, 또는 도입한 이후에 고분자 레진과 혼합될 수 있다.

가소제는 비히클에 약 4-20 중량%로, 약 5-20 중량%로, 약 5-15 중량%로, 약 6.5-13.5 중량%로, 또는 약 8-10 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 가소제는 전도성 페이스트에 약 0.2-7 중량%로, 약 0.5-5 중량%로, 약 0.8-3 중량%로, 또는 약 1-2 중량%의 양으로 포함될 수 있다.

용매

비히클은 하나 이상의 용매를 포함하고, 이는 고분자 레진을 용해시키고, 전도성 물질을 기판에 전달하기 위한 액상 비히클을 제공한다. 용매는 특정 증발율을 갖는 것으로 선택되고, 그 증발율은 충분히 낮아서 전도성 페이스트 배치가 너무 빨리 경화되지 않고, 따라서 충분히 긴 가용 시간을 갖는 한편, 기판에 적용된 후에는 용매가 페이스트로부터 신속히 증발하여 낮은 저항에 도달할 정도로 그 증발율은 충분히 높다. 일 구체예에서, 용매는 전도성 페이스트가 관련 기판에 적용된 후 5 분 마크에서 약 0.1-5 중량%, 또는 0.2-1.5 중량%, 또는 0.5-1 중량%로 주위 온도에서 증발한다. 일 면에서, 이와 같은 용매의 증발에 의하여 전도성 페이스트가 기판에 적용되고 1 분 이내에 기설정된 패턴 상에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만의 전기적 저항값에 도달하게 되고, 이에 의하여, 가요성 전도성 트레이스가 형성되게 된다. 다른 구체예에서, 전도성 페이스트가 기판에 적용되고 5 분 이내에 전도성 페이스트는 기설정된 패턴에서 1 옴 (Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 된다.

고분자 레진과 가소제는 주로 기계적 혼합에 의하여 하나 이상의 유기 용매로 도입되어 비히클을 형성한다. 용매는 본 발명에서 특별하게 한정되지 않는다. 복수의 구체예에서, 하나 이상의 용매는 고분자 레진을 용해시킬 수 있고, 이에 의하여 고분자 용액의 형태로 비히클을 제공한다.

용매는 단일 용매 또는 용매들의 혼합일 수 있고, 열가소성 레진을 용해시키고, 전도성 페이스트를 기판에 적용한 이후에 주위 온도에서 급속도로 증발될 수 있다. 용매는 에스테르 기반 용매, 케톤 기반 용매, 글리콜 이써 기반 용매, 지방족 용매, 방향족 용매, 알코올 기반 용매, 이써 기반 용매 등일 수 있다.

적절한 용매는 예를 들어, 아세트산 (예를 들어 빙초산), 아세톤, n-부탄올, 2-부톡시에탄올, n-부틸 아세테이트, n-부틸 알콜, n-부틸 프로피오네이트, 사이클로헥사논, 디아세톤 알콜, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 이써, 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써, 디이소부틸 케톤, 디메틸 에스테르, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸폼아미드, 디메틸술폭사이드, 에틸 아세테이트 (예를 들어 85% 또는 95%), 에틸 알콜 (예를 들어 95%, 변성, 또는 무수), 에틸렌 디클로라이드, 에틸렌 글리콜 모노부틸 이써, 이소포론, 이소프로필 아세테이트, 이소프로필 알콜 (예를 들어 95% 또는 무수), 메틸 아세테이트, 메틸 알콜, 메틸 아밀 케톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소아밀 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 프로필 케톤, 메틸렌 클로라이드, N-메틸-2-피롤리돈, 나프타 (경 용매), 프로필 프로피오네이트, 프로필렌 디클로라이드, 테트라클로로 에틸렌, 테트라하이드로푸란, 톨루엔, 1,1,1-트리클로로에탄, 자일렌 및 이들의 조합(예를 들어, 톨루엔:에틸 알코올, 95%(중량비로 60:40))을 포함한다.

일 구체예에서, 용매는 이소프로필 알콜 및 변성 에틸 알코올의 혼합물을 포함한다.

달리 한정되지 않는 한, 특정 용매 또는 용매의 혼합과 관련하여 언급되는 증발율은 1로 정해지는 n-부틸 아세테이트 기준의 약 25 ˚C 증발율에 대한 상대적인 값이다. 일 구체예에서, 용매는 약 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트의 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매와 약 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트의 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물을 포함한다. 이와 같이 하나가 더 낮은 증발율을 갖는 두 종류의 용매를 추가하는 것을 통하여 페이스트의 점도를 감소시킬 수 있고, 증가된 증착 조절 및 기판으로의 페이스트 전달을 가능하게 한다. 일 면에서, 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써 및 이소프로필 알코올의 혼합을 포함한다. 전도성 페이스트가 주위 온도에서 경화될 때, 제2 용매(즉, 더 빨리 증발하는 용매)의 양에 대한 제1 용매(즉, 더 천천히 증발하는 용매)의 양의 비율은 약 1 내지 99, 약 1 내지 15, 또는 약 1 내지 10일 수 있다.

또 다른 구체예에서, 용매는 0.5 미만의 증발율을 갖는다. 이 구체예의 일 면에서, 용매는 n-부탄올을 포함한다. 다른 면에서, 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써를 포함한다.

하나 이상의 용매는 약 55-90 중량%의 양으로, 약 60-85 중량%으 양으로, 약 65-85 중량%의 양으로, 또는 약 70-75 중량%의 양으로 비히클에 포함될 수 있다. 하나 이상의 용매는 약 2.75-31.5 중량%의 양으로, 약 5-31 중량%의 양으로, 약 7.25-30.5 중량%의 양으로, 또는 약 10-30 중량%의 양으로 전도성 페이스트 내에 포함될 수 있다.

전도성 물질

본 발명에 따르면, 전도성 물질은 비히클과 혼합되어 기판의 표면으로 전달되고, 이에 결합된다. 전도성 물질은 액상 비히클과 물리적으로 혼합되어, 비히클 내에서 전도성 물질의 충분히 불균질의 혼합물을 형성한다. 전도성 물질은 완전히 형성된 전도성 트레이스에 충분한 수준의 전도성을 제공할 수 있는 정도의 특정 로딩 양으로 포함된다.

전도성 물질은 본 발명에서 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 미립자 형태의 임의의 전도성 물질이 사용될 수 있고, 이때 입자는 예를 들어, 0.005 내지 100 마이크론(μm), 0.01 내지 10 μm 또는 0.2 내지 10 μm의 평균 크기를 갖는다. 서로 다른 평균 입자 크기를 갖는 2 이상 종류의 입자가 사용될 수 있다. 입자들은 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들어, 플레이크 형태, 로드 형태, 콘 형태, 구 형태, 판 형태, 또는 바늘 형태일 수 있고, 예를 들어 적어도 약 5 내지 1과 같은 약 10 내지 1의 종횡비를 갖는다. 일 구체예에서, 전도성 물질은 예를 들어 플레이크 형태와 같은 2차원 형태이다.

전도성 물질은 하나 이상의 전도성 금속, 금속 합금, 또는 금속의 혼합물을 포함할 수 있다. 적절한 전도성 물질은 예를 들어, 금, 은, 니켈, 인듐, 아연, 티타늄, 구리, 크로뮴, 탄탈륨, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 철, 코발트 및 이들의 합금 또는 혼합물과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한 전도성 물질은 상기한 금속 또는 합금의 하나 이상으로 코팅 또는 플레이팅된 베이스 또는 기판 물질일 수 있고, 예를 들어 은이 플레이팅된 구리 플레이크 또는 은이 플레이팅된 고분자 마이크로스피어일 수 있다. 일 구체예에서, 전도성 물질은 은 또는 은이 플레이팅된 물질을 포함한다. 0.02 내지 10 마이크론과 같이, 0.005 내지 10 마이크론의 평균 입자크기를 갖는 은 플레이크가 사용될 수 있다.

전도성 물질은 약 40-95 중량%의 양으로, 약 60-90 중량%의 양으로, 80-90 중량%의 양으로, 또는 약 80-85 중량%의 양으로 전도성 페이스트 내에 존재할 수 있다. 일 구체예에서, 은 입자의 표면적/중량의 비는 0.1-1.0 m²/g 범위이다.

겔화제

복수의 구체예에서, 겔화제는 전도성 페이스트 내에 포함되고, 기계적 혼합을 통하여 비히클에 추가될 수 있다. 겔화제는 페이스트의 안정성 보조제로서 포함될 수 있고, 페이스트의 물질 분리를 제거할 수 있고, 페이스트가 불균일 혼합물로 유지될 수 있도록 한다. 또한 겔화제는 전도성 페이스트의 점도를 증가시키기 위하여 사용된다. 더욱이, 겔화제는 고분자 레진과 비교하여 상대적으로 더 많은 양의 가소제에서 발생할 수 있는 용출(exudation)을 억제할 수 있다.

겔화제는 본 발명에서 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 천연 검, 전분, 펙틴, 한천, 아라비아 검, 구아 검, 젤라틴, 카라기난, 로커스트 빈 검, 디벤질리덴 솔비톨, 아카시아, 알긴산, 벤토나이트, 카보머, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 폴록사머, 폴리비닐 알코올, 소듐 알지네이트, 트래거캔스 고무, 잔탄 검, 세라토니아 실리콰 검, 폴리 글리세릴-10, 베헤네이트, 에이코사디오에이트, 슈가 또는 만니톨, 솔피톨 등과 같은 슈가로부터 유도된 알콜, 전분 및 전분 유도체, 마이크로크리스탈린 셀룰로스와 같은 셀룰로스 유도체, 소듐 카복시 메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 셀룰로오스, 및 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 애터펄자이트, 벤토나이트, 덱스트린, 알지네이트, 트래거캔스 검, 카올린, 레시틴, 카보폴, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 실리콘 디옥사이드, 계면활성제, 혼합된 계면활성제/웨팅 에이전트 시스템, 유화제, 다른 고분자 물질 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.

특정 구체예에서, 겔화제는 디벤질리덴 솔비톨을 포함한다. 겔화제는 전도성 페이스트 내에 약 0.02-1.5 중량%의 양으로, 또는 약 0.05-1 중량%의 양으로, 또는 약 0.1-0.9 중량%의 양으로 포함될 수 있다.

소포제

본 발명에 따르면, 소포제는 전도성 페이스트 내에 포함되고, 기계적 혼합을 통하여 비히클에 추가될 수 있다. 소포제는 페이스트 내의 공기 버블 존재에 의하여 나타나는 경화된 전도성 트레이스에 형성되는 구멍이나, 인클루젼(inclusions)을 방지하기 위하여 포함된다.

소포제는 오일 기반 소포제, 분말 소포제, 물 기반 소포제, 실리콘 기반 소포제, EO/PO 기반 소포제, 및/또는 알킬 폴리 아크릴레이트 소포제를 포함할 수 있다. 소포제는 폴리비닐 알코올, 폴리이써, 디에틸 헥실 아디페이트, 폴리 메타크릴레이트, 폴리비닐 아크릴레이트 및 이들의 혼합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

특정 구체예에서, 소포제는 실리콘-프리 형태의 소포제를 포함하고, 이는 약 50-100 중량%의 경 방향족 용매 나프타(페트롤륨), 약 0.25-0.5 중량%의 2,6-디-터트-부틸-p-크레졸, 및 약 5-7 중량%의 2-메톡시-1-메틸에틸 아세테이트의 혼합물을 포함한다. 적절한 소포제의 예는 BYK-A501(BYK Additives and Instruments)이다.

소포제는 전도성 페이스트 내에 약 0.01-2 중량%의 양으로, 또는 약 0.05-0.15 중량%의 양으로, 또는 약 0.07-0.1 중량%의 양으로 포함될 수 있다.

첨가제

전도성 페이스트는 페이스트 또는 최종 경화된 트레이스의 특정 특성을 조절하기 위하여 선택적인 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 본 발명에서 특별히 한정되지 않고, 특정 적용분야를 위하여 요구되는 임의의 첨가제를 포함할 수 있다. 페이스트에 포함되는 첨가제는 요구되는 적용 방법, 요구되는 페이스트 또는 트레이스의 특징 등에 따라 달라질 것이다.

적절한 첨가제는 예를 들어 특정 적용분야에서 요구되는 바에 따라, 요변성 물질, 상기한 것과 동일 또는 상이한 추가 용매, 착색제, 바인더, 윤활제, 분산제, 균염제, 대전 방지제, 산화 방지제, 필러, 및 킬레이트제를 포함할 수 있다. 첨가제는 전도성 페이스트의 약 20 중량%까지 또는 그 이상으로 포함될 수 있다.

일 구체예에서, 요변성 물질은 약 0.5-1.5 중량%로, 또는 약 0.7-1.0 중량%로 포함된다. 요변성 물질은 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 유기적으로 개질된 파마자 유 유도체를 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 요변성 물질은 Thixatrol ST(Elementis Specialtie) 이다.

기판 및 방법

전도성 페이스트는 전형적으로 기판에 증착되고, 주위 온도에서 경화되어, 기판 상에 가요성 전도성 트레이스를 형성한다. 기판은 특별히 한정되는 것은 아니고, 전도성 트레이스를 형성하기에 바람직한 임의의 구조를 포함할 수 있다. 기판은 플라스틱 시트와 이에 증착된 선택적인 금속층 또는 유전층의 조합으로 만들어지는 적층물질의 시트 또는 층을 포함할 수 있다.

전도성 페이스트의 증착은 예를 들어 시린지에 의한 증착, 디지털 프린팅, 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 스핀코팅, 블레이드 코팅, 로드 코팅, 딥 코팅, 리쏘그래피 오프센 프린팅, 그라비어, 플랙소그래피, 스탬핑(마이크로 컨택 프린팅과 같은), 또는 다른 통상적인 코팅 기술을 포함하는 공지의 액상 증착 방법에 의하여 수행될 수 있다. 일 구체예에서, 시린지에 의한 증착이 사용된다. 이 구체예의 일 면에서, 용매는 n-부탄올이고, 이는 0.4인 증발율이 페이스트를 이와 같은 증착방법에 적절하도록 만들기 ?문에 사용된다.

전도성 페이스트의 증착 중량은 본 발명에서 특별히 한정되지는 않고, 더 많은 중량의 증착은 트레이스가 경화되어 바람직한 낮은 저항을 갖게 되는데 걸리는 시간을 증가시킬 것이고, 반면, 낮은 증착 중량은 트레이스가 경화되어 바람직한 낮은 저항을 갖게 되는데 걸리는 시간을 감소시킬 것이다.

일반적으로, 전도성 페이스트는 주위 온도(예를 들어, 약 15-30 ˚C, 또는 약 20-25 ˚C, 또는 약 23 ˚C)에서 액상일 수 있고, 따라서 열을 요구함이 없이, 주위 온도에서 적용 및 경화될 수 있다. 더욱이, 전도성 페이스는 페이스트를 경화/고화시켜 전도성 트레이스를 형성하기 위하여 용매를 제거하기 위하여 가열을 요구하지 않는다. 가열이 요구되는 것은 아니나, 본 발명은 페이스트를 제조하기 위하여, 페이스트를 기판에 적용하기 위하여, 또는 기판에 적용한 후 용매를 더욱 빨리 제거하고, 고분자를 경화하여 페이스트가 전도성 트레이스를 형성하도록 하기 위하여, 적외선("IR") 방사, 레이저빔, 플래쉬 라이트, 마이크로파 방사, 대류식 오븐, UV 방사, 또는 이들의 조합과 같은 가열이 사용되는 면을 고려한다.

전도성 페이스트의 복수의 층들은 프린트되고 건조될 수 있다. 전도성 페이스트는 바람직하게는 점도가 1 rpm에서 약 10-50 Pa·s이고, 3.84 s^-1의 전단을 갖는 유동성을 보여줄 수 있다. 페이스트는 적용을 위하여 전단 압착될 수 있으나, 이 이후에 기판 상에 안정적인 패턴을 형성하기 위하여 전단 제거와 함께 점도를 회복할 수 있다.

전도성 페이스트는 임의의 적절한 방법으로 제조될 수 있다. 일 예시적인 방법은 우선 고분자 레진 및 가소제를 용매에 용해시키는 것이되, 이는 비히클을 형성하기 위하여 열 및/또는 교분의 사용과 함께 수행될 수 있다. 전도성 물질은 그 후 비히클에 추가될 수 있다. 열 및/또는 교반이 전도성 물질의 추가 동안 적용될 수 있다. 다른 개시된 성분들도 비히클에 추가될 수 있다.

전도성 잉크가 증착되는 기판은 임의의 적절한 기판일 수 있고, 예를 들어, 실리콘, 유리, 금속, 세라믹, 플라스틱, 섬유, 또는 종이를 포함한다. 구조적으로 가요성 장치를 위하여, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리이미드 시트 등과 같은 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.

기판에 적용된 이후에, 패턴화되어 증착된 페이스트는 경화 단계의 대상이 된다. 경화단계는 실질적으로 모든 잉크의 용매가 제거되고, 잉크가 기판에 단단히 고정되는 단계이다. 여기서의 경화는 고분자 레진의 가교 또는 다른 형태변형을 요구하지 않고, 주위 온도에서 수행되며, 경화 단계가 끝났을 대, 용매는 충분히 증발된다.

실질적으로 모든 용매를 제거한다는 것은 용매의 > 90 %가 시스템으로부터 제거되는 것을 의미한다. 이해되는 바와 같이, 경화를 위한 시간은 용매의 양, 점도, 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 방법, 적용되는 페이스트의 양 등에 따라 달라질 수 있다. 시린지에 의한 증착의 경우, 예를 들어 약 5 분 미만으로부터, 2 분 미만으로부터, 또는 1 분 미만으로부터 시간이 걸릴 수 있다. 필요에 따라 더 긴 또는 더 짧은 시간이 사용될 수 있다.

경화는 공기중에서 수행될 수 있고, 불활성 분위기, 예를 들어 질소 또는 아르곤 분위기에서 수행될 수 있고, 또는 환원성 분위기, 예를 들어 수소를 1 내지 약 20 부피%로 포함하는 수소 분위기에서 수행될 수 있다. 경화는 또한 정상 대기압 하에서 수행될 수 있고, 또는 감압 분위기, 예를 들어 약 100 mbars 내지 0.01 mbars의 분위기에서 수행될 수 있다.

제조된 전도성 트레이스는 전도성 구성 또는 성분이 요구되는 박막 트랜지스터, 유기발광다이오드, RFID(라디오 주파수 인식시스템) 태그, 광발전, 디스플레이, 프린팅된 안테나 및 다른 전자 장치 또는 이들의 일부와 같은 전자 장치에서 전극, 전도성 패드, 인터컨넥트, 전도성 라인, 전도성 트랙 등으로 사용될 수 있다.

예

본 발명의 다양한 면과 장점을 더 평가하기 위하여, 일련의 조사가 전도성 페이스트 및 이로부터 형성된 전도성 트레이스를 평가하기 위하여 수행되었다. 복수의 예에서, 다양한 성분들의 중량 퍼센트(중량%)는 100 중량%까지 합쳐질 수 있다. 다양한 성분들을 위하여 언급된 중량 퍼센트는 100 중량% 초과, 미만, 또는 이와 동일하던지 간에, 각 성분들의 상대적인 양을 표시한다.

복수의 예시적 비히클 및 겔화제 성분들이 표 1와 같이 준비되었고, 이는 각 조성물을 위한 성분들의 중량 퍼센트를 보여준다.

Dowanol DB는 Eastman Chemical Company에서 구매가능하고, 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써이고, 증발율이 약 0.0004인 천천히 증발하는 용매이다. CDA-19 변성 알콜 (200)은 에탄올이고, 특정 포뮬라의 첨가제, 즉 CDA-19 포뮬라를 사용하여 변성되었고, 약 3.3의 증발율을 갖는 용매이다. 이소프로필 알코올은 약 2.0의 증발율을 갖는다. N-부탄올은 약 0.4의 증발율을 갖는 용매이다. M-메틸-2-피롤리돈은 약 0.6의 증발율을 갖는 용매이다.

Butvar B-76 및 B-98은 Eastman Chemical Company에서 구입 가능한 폴리비닐 부티랄 레진이다. Butvar B-76은 무게평균 분자량(Mw)이 약 90,000-120,000 달톤(Da)인 레진이다. Butvar B-98은 무게평균 분자량(Mw)이 약 40,000-70,000 달톤(Da)인 레진이다.

Solusolv S-2075 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)이고, Eastman Chemical Company에서 구입가능하다.

Thixatrol ST는 Elementis Specialties, Inc에서 구입 가능한 유기적으로 개질된 파마자 유 유도체의 틱소트로피이다.

디벤질리덴 솔비톨은 겔화제이다.

BYK-A501은 실리콘-프리 공기 방출 첨가제로 BYK Additives and Instruments에서 구입 가능하고, 약 50-100 중량%의 경 방향족 용매 나프타(페트롤륨), 약 0.25-0.5 중량%의 2,6-디-터트-부틸-p크레졸, 및 약 5-7 중량%의 2-메톡시-1-메틸에틸 아세테이트의 혼합물이다.

표 1의 비히클 및 겔화제 조성물을 사용하는 복수의 예시적 전도성 페이스트 조성물이 표 2와 같이 준비되었고, 표 2는 각 페이스트를 위한 성분들의 중량 퍼센트를 보여준다.

표 2의 복수의 실시예의 평가가 전도성 페이스트의 특정 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 실시예 2, 5, 및 6의 전도성 페이스트는 1 cm³의 부피로 기판에 적용되었고, 페이스트의 저항 및 증발율이 시간에 따라 평가되었다. 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예들의 페이스트의 저항은 기판에 전도성 페이스트가 적용되고 1 분 이내에 기설정된 패턴에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만으로 초기 값으로부터 급속도로 떨어진다.

5분 내에, 실시예들의 페이스트 저항은 기설정된 패턴에서 1.00 옴 (Ω) 미만으로 떨어지고, 적어도 4 시간까지 연속적으로 떨어진다. 증착된 샘플의 중량 플롯인 도 3에서, X-축의 시간에 대하여 Y-축의 "%고체" 로 표시되는 바와 같이, 2 종류의 급속 증발 용매, 즉 변성 알콜(증발율 3.3)과 이소프로필 알콜(증발율 2.9)의 조합을 포함하는 실시예 2는 저속 증발 용매, 즉, N-부탄올(증발율 0.4)을 포함하는 실시예 5 및 6보다 더 빠른 증발율을 갖는다.

상기 결과에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 더 빠른 증발율을 갖는 용매를 포함하는 실시예 2는 더 저속의 증발율 용매를 포함하는 실시예 5 및 6 보다 더 낮은 초기 저항을 갖는다. 그러나, 실시예 5 및 6은 약 2 분 이내에 실시예 2와 유사한 낮은 저항값을 갖게 되었다. 더욱이, 실시예 5 및 6은 더 저속의 증발율 용매를 포함하기 때문에, 이들은 시린지 적용 과정에서 페이스트의 액적 표면 상에 드라이 스킨(dry skin) 형성에 대한 낮은 가능성을 보여주었다. 실시예 5 및 6의 이와 같은 면은 실시예 2의 페이스트를 시린지에 의한 증착 방법에 사용할 때 발생할 수 있는 증착의 문제를 해결하는 것을 도울 수 있다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 실시예 2, 5, 및 6은 1 rpm; 3.84/sec 전단율에서 점도의 상승 곡선 및 하강 곡선을 위하여 평가되었고, 결과는 시간에 따라 비교예 1과 비교되었다. 비교예 1은 2 부(two part)의 에폭시 기반 은 전도성 페이스트로, 82.5 중량%의 은 플레이크, 0.08 중량%의 소포제(BYK-A501), 2 중량%의 가소제(Viplex LS), 7.3 중량%의 고 점도 및 저 점도 에폭시 레진(Der 732 에폭시 레진 및 Epon ® 레진 828), 및 8.13 중량%의 경화제(Ancamide 2137)로 구성되고, 기준으로 사용되었다. 도 4-5에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2, 5, 및 6은 초기에, 2 시간 마크에서, 3 시간 마크에서 각각 비교예 1과 유사한 점도(상승 곡선)를 보인다. 실시예 5 및 6의 더 낮은 하강 곡선 점도들은 명확하게 전도성 페이스트의 전단 압축 특성을 보여준다. 실시예 5 및 6의 전단 압축 특성은 시린지 적용 방법에서 공기압의 조절을 통하여 액적 크기 형성의 세밀한 조절에 도움을 줄 수 있다.

도 6-9는 전도성 페이스트로부터 형성된 전도성 필름의 사진이다. 도 6은 비교예 1의 필름이고, 도 7은 실시예 5의 필름이고, 도 8은 실시예 6의 필름이고, 도 9는 본 발명에 따른 페이스트 필름이되, 가소제를 포함하지 않은 필름이다. 필름들은 스크린 프린팅에 의하여 35-100 μm 두께로 적용되었고, 0.35 mm 두께를 갖는 황동 시트 상에서 건조되었다. 황동 시트는 도 6-9의 사진에 나타난 바와 같이 구부려졌고, 구부러진 부분의 필름 영역은 스트레스 크랙을 위하여 현미경(100X 배)으로 평가되었다. 실시예 5 및 6은 비교예 1과 비교하여 현저히 우수한 가요성을 보여주었다. 도 9에 나타난 가소제를 포함하지 않는 필름은 도 9에서 확인되는 바와 같이 스트레스 크랙을 보여주었다.

실시예 1-4의 전도성 페이스트는 1 cm³의 부피로 기판에 적용되었고, 페이스트의 저항이 시간에 따라 평가되었다. 도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 페이스트의 저항은 이들의 초기 값으로부터 급속도로 감소하였다. 2 종의 급속 증발 용매, 즉 변성 알콜(증발율 3.3)과 이소프로필 알콜(증발율 2.9)의 조합을 포함하는 실시예 1 및 2는 급속 증발 용매, 즉 이소프로필 알코올(증발율 2.9)과 저속 증발 용매, 즉 Dowanol DB (증발율 0.0004)의 조합을 갖는 실시예 3 및 4보다 더 낮은 초기 저항을 갖는다. 실시예 1-4의 모든 페이스트는 기판에 전도성 페이스트가 적용되고 15 분 내에 기설정된 패턴에서 1.00 x 10¹ 옴 (Ω) 미만의 저항에 도달했다.

도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-4는 1 rpm; 3.84/sec 전단율에서 점도 상승 곡성 및 하강 곡선을 위하여 평가되었다. 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 2는 실시예 3 및 4보다 더 높은 점도(상승 곡선)를 보여주었다.

본 발명은 다음의 아이템에 의하여 더 정의된다.

아이템1.

은 입자를 포함하는 60-90 wt%의 전도성 물질, 및 10-30 wt%의 바인더 시스템을 포함하는 납, 카드뮴, 및 프탈레이트 프리 전도성 페이스트이되,

상기 바인더 시스템 100 wt%는

폴리비닐 부티랄을 포함하는 10-20 wt% 열가소성 고분자 레진,

트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)를 포함하는 5-20 wt%의 가소제, 및

60-85 wt%의 용매를 포함하고,

상기 열가소성 고분자 레진은 용매에 용해되고,

가소제 양에 대한 열가소성 고분자 레진 양의 중량비는 1.25 내지 1.75이고, 및

전도성 페이스트가 관련 기판에 적용될 때, 용매의 0.5-1 wt%는 주위 온도에서 5 분 내에 전도성 페이스트로부터 증발되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 2.

아이템 1에 있어서, 0.5-1.5 wt%의 요변성 물질(thixotrope)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템3.

아이템1에 있어서, 0.05-0.15 wt%의 소포제(defoamer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템4

아이템1에 있어서, 0.05-1 wt%의 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템5

아이템4에 있어서, 상기 겔화제는 디벤질리덴 솔비톨을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템6

아이템1에 있어서, 상기 용매는 이소프로필 알코올 및 변성 에틸 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템7

아이템1에 있어서, 상기 용매는 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매, 및 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템8

아이템7에 있어서, 제1 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써이고, 제2 용매는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템9

아이템1에 있어서, 상기 용매는 n-부탄올인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템10

기판에 가요성 전도성 트레이스를 형성하는 방법이되,

상기 방법은

(a) 60-90 wt%의 전도성 물질과 10-30 wt%의 바인더 시스템을 포함하는 납, 카드뮴, 및 프탈레이트 프리 전도성 페이스트를 제공하되,

바인더 시스템 100 wt%는 10-20 wt% 열가소성 고분자 레진, 5-20 wt% 가소제, 및 60-85 % 용매를 포함하고,

열가소성 고분자 레진은 용매에 용해되고, 및

가소제 양에 대한 열가소성 고분자 레진의 양의 중량비는 1.25 내지 1.75인 전도성 페이스트를 제공하는 단계;

(b) 상기 전도성 페이스트를 기판에 기설정된 패턴으로 적용하는 단계; 및

(c) 주위 온도에서 용매를 전도성 페이스트로부터 증발하도록 하고, 이에 따라 기판 상에 가요성 전도성 트레이스를 형성하여 전도성 페이스트를 경화하는 단계를 포함하고,

용매의 0.5-1 wt%는 전도성 페이스트를 기판에 적용한 후 5 분 내에 전도성 페이스트로부터 증발하고, 및

전도성 페이스트의 기설정된 패턴은 기판에의 적용으로부터 1 분 내에 1.00 x 10⁴ 옴(Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 되고, 기판에의 적용으로부터 5 분 내에 1 옴 미만의 저항값을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 하는 전도성 트레이스를 형성하는 방법.

아이템11

아이템10에 있어서, 상기 바인더 시스템은

12.5-17.5 wt%의 고분자 레진,

8-10 wt%의 가소제, 및

70-75 wt%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템12

아이템10에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.05-0.15 wt%의 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템13

아이템10에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.5-1.5 wt%의 요변성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템14

아이템10에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.05-1 wt% 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템15

아이템10에 있어서, 고분자 레진은 폴리비닐 부티랄인 것을 특징으로 하는 방법.

아이템16

아이템15에 있어서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)인 것을 특징으로 하는 방법.

아이템17

아이템10에 있어서, 용매는 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매, 및 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.

아이템18

아이템17에 있어서, 제1 용매는 디에틸렌 글리콜 n- 부틸 이써이고, 제2 용매는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.

아이템19

아이템10에 있어서, 용매는 n-부탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템20

아이템10에 있어서, 전도성 페이스트는 시린지에 의한 증착, 디지털 프린팅, 스크린 프린팅 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나에 의하여 기판에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 21.

납, 카드뮴, 및 프탈레이트 프리 전도성 페이스트이되,

고분자 레진, 가소제, 및 용매를 포함하는 약 5-35 중량%의 바인더 시스템이되, 고분자 레진은 용매에 용해되고, 가소제의 양에 대한 고분자 레진의 양의 중량비는 약 1.25 내지 1.75인 바인더 시스템, 및

약 60-90 중량%의 전도성 물질을 포함하고,

용매는 전도성 페이스트가 관련 기판에 적용된 후 최초 5 분 이내에 약 0.5-1 중량%의 비율로 주위 온도에서 증발하고, 전도성 페이스트는 기판에 적용되고 나서 1 분 이내에 기설정된 패턴에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 되고, 기판에 전도성 페이스트가 적용되고 5 분 내에 기설정된 패턴 상에 1 옴 미만의 전기적 저항값을 갖게 되어, 이에 따라 주위 온도에서 가요성 전도성 트레이스가 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 22.

아이템 21에 있어서, 바인더 시스템은

약 10-20 중량%의 고분자 레진,

약 5-15 중량%의 가소제, 및

약 60-85 중량%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 23.

아이템 21에 있어서, 약 0.5-1.5 중량%의 요변성 물질을 더 포함하는 전도성 페이스트.

아이템 24.

아이템 21에 있어서, 약 0.05-0.15 중량%의 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 25.

아이템 21에 있어서, 약 0.05-1 중량%의 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 26.

아이템 25에 있어서, 겔화제는 디벤질리덴 솔비톨을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 27.

아이템 21에 있어서, 고분자 레진은 폴리비닐 부티랄을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 28.

아이템 27에 있어서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 29.

아이템 21에 있어서, 용매는 이소프로필 알코올 및 변성 에틸 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 30.

아이템 21에 있어서, 용매는 n-부틸 아세테이트 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매 및 n-부틸 아세테이트 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 31.

아이템 30에 있어서, 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써 및 이소프로필 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 32.

아이템 21에 있어서, 용매는 n-부탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 33.

아이템 21에 있어서, 전도성 물질은 은 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.

아이템 34.

전도성 트레이스를 형성하는 방법이되,

(a) 고분자 레진, 가소제, 및 용매를 포함하고, 고분자 레진은 용매에 용해되고, 가소제 양에 대한 고분자 레진의 양의 중량비가 약 1.25 내지 약 1.75인 약 5-35 중량%의 바인더 시스템, 및 (b) 약 60-90 중량%의 전도성 물질을 포함하는 전도성 페이스트를 제공하는 단계; 및

용매를 전도성 페이스트로부터 증발하도록 함에 의하여 주위 온도에서 전도성 페이스트를 경화하여 기판 상에 가요성 전도성 트레이스를 형성하는 단계를 포함하고,

용매는 전도성 페이스트가 기판에 적용된 후 최초 5 분동안 약 0.5-1 중량%의 비율로 주위 온도에서 증발하고,

가요성 전도성 트레이스는 기판에 적용되고 1 분 이내에 주위 온도에서 기설정된 패턴에서 1.00 x 10⁴ 옴 (Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 되고, 기판에 적용되고 5 분 이내에 기설정된 패턴에서 1 옴 미만의 전기적 저항값을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 35.

아이템 34에 있어서, 바인더 시스템은

약 10-20 중량%의 고분자 레진,

약 5-15 중량%의 가소제, 및

약 60-85 중량%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 36

아이템 34에 있어서, 전도성 페이스트는 약 0.05-0.15 중량%의 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 37

아이템 34에 있어서, 전도성 페이스트는 약 0.5-1.5 중량%의 요변성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 38.

아이템 34에 있어서, 전도성 페이스트는 약 0.05-1 중량%의 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 39.

아이템 38에 있어서, 겔화제는 디벤질리덴 솔비톨을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 40.

아이템 34에 있어서, 고분자 레진은 폴리비닐 부티랄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 41.

아이템 40에 있어서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 42.

아이템 34에 있어서, 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써 및 이소프로필 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 43.

아이템 34에 있어서, 용매는 이소프로필 알코올 및 변성 에틸 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 44.

아이템 34에 있러서, 용매는 n-부탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 45.

아이템 34에 있어서, 전도성 물질은 은 입자인 것을 특징으로 하는 방법.

아이템 46.

아이템 34에 있어서, 전도성 페이스트는 시린지에 의한 증착, 디지털 프린팅, 스크린 프린팅, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나의 방법으로 기판에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.

많은 다른 이익이 본 기술의 장래 적용 및 개발로부터 의심없이 분명해 질 수 있다.

모든 언급된 특허, 출원, 표준, 및 문헌들은 여기서 전체로 레퍼런스로 인용된다.

본 발명의 대상은 여기서 개시된 특징 및 면의 모든 작동 가능한 조합을 포함한다. 따라서, 예를 들어 하나의 면이 하나의 구체예와 관련하여 기술되고, 다른 면은 또 다른 구체예와 관련되어 기술된 경우, 본 발명의 대상은 이들 면들의 조합을 갖는 구체예들도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 대상은 기존의 전략, 시스템 및/또는 장치와 관련된 많은 문제점들을 해결한다. 하지만, 본 발명 대상의 원리를 설명하기 위하여 기술 및 도시된 세부 사항들, 물질들, 성분들의 배열에 있어서의 다양한 변화가 본 발명이 청구하고 있는 청구항에서 표현되는 대상의 원칙과 범위를 벗어나지 않고 당업자들에 의하여 수행될 수 있다.

Claims

은 입자를 포함하는 60-90 wt%의 전도성 물질, 및 10-30 wt%의 바인더 시스템을 포함하는 납, 카드뮴, 및 프탈레이트 프리 전도성 페이스트이되,
상기 바인더 시스템 100 wt%는
폴리비닐 부티랄을 포함하는 10-20 wt% 열가소성 고분자 레진,
트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)를 포함하는 5-20 wt%의 가소제, 및
60-85 wt%의 용매를 포함하고,
상기 열가소성 고분자 레진은 용매에 용해되고,
가소제 양에 대한 열가소성 고분자 레진 양의 중량비는 1.25 내지 1.75이고, 및
전도성 페이스트가 관련 기판에 적용될 때, 용매의 0.5-1 wt%는 주위 온도에서 5 분 내에 전도성 페이스트로부터 증발되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 0.5-1.5 wt%의 요변성 물질(thixotrope)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 0.05-0.15 wt%의 소포제(defoamer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 0.05-1 wt%의 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제4항에 있어서, 상기 겔화제는 디벤질리덴 솔비톨을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 용매는 이소프로필 알코올 및 변성 에틸 알코올의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 용매는 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매, 및 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제7항에 있어서, 제1 용매는 디에틸렌 글리콜 n-부틸 이써이고, 제2 용매는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 용매는 n-부탄올인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트.
기판에 가요성 전도성 트레이스를 형성하는 방법이되,
상기 방법은
(a) 60-90 wt%의 전도성 물질과 10-30 wt%의 바인더 시스템을 포함하는 납, 카드뮴, 및 프탈레이트 프리 전도성 페이스트를 제공하되,
바인더 시스템 100 wt%는 10-20 wt% 열가소성 고분자 레진, 5-20 wt% 가소제, 및 60-85 wt% 용매를 포함하고,
열가소성 고분자 레진은 용매에 용해되고, 및
가소제 양에 대한 열가소성 고분자 레진의 양의 중량비는 1.25 내지 1.75인 전도성 페이스트를 제공하는 단계;
(b) 상기 전도성 페이스트를 기판에 기설정된 패턴으로 적용하는 단계; 및
(c) 주위 온도에서 용매를 전도성 페이스트로부터 증발하도록 하고, 이에 따라 기판 상에 가요성 전도성 트레이스를 형성하여 전도성 페이스트를 경화하는 단계를 포함하고,
용매의 0.5-1 wt%는 전도성 페이스트를 기판에 적용한 후 5 분 내에 전도성 페이스트로부터 증발하고, 및
전도성 페이스트의 기설정된 패턴은 기판에의 적용으로부터 1 분 내에 1.00 x 10⁴ 옴(Ω) 미만의 전기적 저항값을 갖게 되고, 기판에의 적용으로부터 5 분 내에 1 옴 미만의 저항값을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 하는 전도성 트레이스를 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 바인더 시스템은
12.5-17.5 wt%의 고분자 레진,
8-10 wt%의 가소제, 및
70-75 wt%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.05-0.15 wt%의 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.5-1.5 wt%의 요변성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 0.05-1 wt% 겔화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 고분자 레진은 폴리비닐 부티랄인 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 가소제는 트리에틸렌 글리콜 비스(2-에틸헥사노에이트)인 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 용매는 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 0.5 배 미만의 증발율을 갖는 제1 용매, 및 25 ˚C에서 n-부틸 아세테이트 증발율의 2 배 초과의 증발율을 갖는 제2 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 제1 용매는 디에틸렌 글리콜 n- 부틸 이써이고, 제2 용매는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 용매는 n-부탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 전도성 페이스트는 시린지에 의한 증착, 디지털 프린팅, 스크린 프린팅 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나에 의하여 기판에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.