TW201030768A - High conductivity polymer thick film silver conductor composition for use in RFID and other applications - Google Patents

Description

201030768 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為關於詩無線射頻辨識系統裝置（RFID)與其他 應用之聚合物厚臈（PTF)銀導體組合物。於—且體實施 例’該聚合物厚臈銀组合物係用以作為—彈性低溫基材 (例如聚醋)上之網印導體，其中此聚合物厚膜銀組合物係 作為-天線。該組合物更可使用於任何其他要求極高導電 性與低電阻率之應用中。 【先前技術】 聚合物厚膜銀組合物係用於無線射頻辨識系統裝置與其 他應用中’例如薄膜按鍵開關、儀錶電路或任何需要高導 電性聚合物厚膜銀導體廄 _ 守渡之應用。這些產品一般係作為手機 之印刷天線。聚合物厚膜鈒έ , 厗联龈組合物之天線圖形係印刷於適 當基材頂部。無線射頻辨 辨識糸4*電路效能與印刷天線之導 電性及電路電阻兩者妁右 ^ 考均有關。電阻率越低（與導電性成反 比）’任何用於此種雷政 之t 口物厚臈組合物效能越佳。 對於具低電阻率且適於以I給从诚祕 . 、"，、線射頻辨識系統應用所需厚度 塗佈之組合物，使用上有其需求存在。 【發明内容】 本發明為關於聚合物屋胺 厚膜、，且成物’其包含：（a)銀片（b) 有機介質，該有機介質包含 匕3 (1)有機聚合物黏著劑；（2)溶 劑；與（3)具低電阻率之^ .. 卩刷助d。組合物可在除去所有溶 劑所必須之時間與溫度 ^ a 下進仃處理。更特定言之，該組合 物包含（a)佔重量百分屮盔 比為50_85/〇之銀片，其具有平均粒 144793.doc 201030768 徑為至少3微米、至少10%的顆粒大於7微米，與一十八烷 酸界面活性劑 (b)佔重量百分比為15_50%之有機介質，其包含： (1) 佔重量百分比為16-25%之乙烯共聚物樹脂； (2) 佔重量百分比為75_84%之有機溶劑。 銀 釓 鋇 該組合物也可包含至多佔重量百分比為丨％的金 銅、鎳、鋁、鉑、鈀、鉬、鎢、钽、錫、銦、鑭 侧、釕、鈷、鈦、釔、銪、鎵、硫、鋅、矽、鎂 鈽、锶、鉛、銻、導電碳、以及上述物質之組合。 本發明更關於使用上述組合物於無線射頻辨識系統或其 他電路上形成電極的方法，與利用上述方法與/或組合物 所形成之物件。 【實施方式】 一般而言’厚膜組合物包含功能相，用以賦予組合物適 當之電氣功祕質。功能相包含電氣功能粉末，分散於作 :功能相載體之有機介質中。—般而言，係燒灼厚膜組合 物以耗盡有機物’並使之獲得電氣功能性質。不過，於聚 合：f膜組合物之情形，乾燥後有機物仍為該組合物整體 之一部分。所謂「有機物包合 ^ 」匕3厚胰組合物之聚合物、樹 月曰或黏者劑成分。這些字詞可用互換使用。 於物之主要成分為分散於有機介質中之導體 :末’有機介質包含聚合物樹脂與溶劑。上述成分討論如 Α·導《粉末 144793.doc 201030768 於本厚膜組合物中，該電氣功能粉末為銀導體粉末，且 可包含銀金屬粉末、銀合金金屬粉末或上述物質之混合 物。顆粒直徑、形狀與用於該金屬粉末之界面活性劑特^ 重要，且必須配合施用方法。 金屬顆粒之粒徑分佈對於本發明之有效性係屬重要。實 際上，粒徑較佳為介於1至1〇〇微米。最小粒徑為介於卜 微米，例如1、2、3、4 c γ _ J 3 4、5、6、7、8、9或 10微米 粒徑為介於18_1〇〇微米，例如18、2〇、25、3〇、35

最大 40 > 45、50、55、60、65、70、75、80、85、9〇、95或 1〇〇微 米。於一較佳具體實施例，該銀片為介於2_18微米。 該金屬顆粒之重量百分比為介於該組合物總量之5〇_ 85%。 亦屬重要者為，使用一界面活性劑於該組合物中以利於 此處之銀片顆粒的有效配向。十八烷酸為銀片之較佳界面 活性劑。 此外’加入少量之其他金屬至銀導體組合物，以增進導 體之性質為本技術領域所公知。這些金屬的一些例子包 3 .金、銀、銅、錦、銘、翻、把、鉬、鶴、钽、錫、 銦、鑭、釓、硼、釕、鈷、鈦、釔、銪、鎵、硫、鋅、 石夕、鎂、鋇、鈽、銷、錯、錄、導電碳、與上述物質之組 合，以及厚膜組合物所屬技術領域中其他常見材質◦額外 添加之金屬含量可包含至多佔總組合物之約丨〇重量百分 比0 B·有機介質 144793.doc 201030768 本文中之叙I般為與有機介 加以混合’以形成類漿糊之組合物，即本文中所謂的「聚 合物厚膜銀組合物」或「漿糊」，其用於印刷時，具有適 當之黏稠度與流變性質。廣泛範圍之不同惰性液體可用以 作為有機介質。有機介質須為使固體可以具適當 方式分散於其中之物質。介質的流變性質須為可：组：物 具有優良的施用性質。上述性質包含：具適當穩定度之固 體刀散!·生、優良之蚯合物施用性質、適當黏滯性、適當觸 變性、基材與固體具有之適當渔满性、優良之乾燥速率、 與足以抵禦粗率處理之乾膜強度。 本發明之聚合物樹脂特別重要。本發明使用之樹脂為乙 烯共聚物’可承載高重量的銀片，因此有助於同時達到對 聚酯基材的優良附著性與低電阻（高導電性），此為無線射 頻辨識系統電路中銀電極的兩重要性質。 本文中之乙烯共聚物定義為利用乙烯單體中乙烯基與至 少一共單體（CO monomer)聚合所形成之聚合物。適當乙烯 單體包含但不限於乙酸乙烯酯、乙烯醇、氣乙烯，氣化亞 乙烯與苯乙烯。適當共單體包含但不限於第二乙烯單體、 丙烯酸酯類與腈類。與氯乙烯，丙烯腈與烷基丙烯酸酯至 少其中之一的氣化亞乙浠共聚物’為適當聚合物樹脂。 厚膜組合物中最廣泛使用之有機溶劑為醋酸乙酯與萜類 (如α-松脂醇或β_松脂醇），或上述物質與其他溶劑例如煤 油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁卡必醇、丁卡必醇醋酸酿 (butyl carbitol acetate)、己二醇（hexylene glycol)與高〉'弗點 144793.doc 201030768 醇類及醇月旨類製成之混合物。此外，載體可包含用以於施 用於基材後，促進快速硬化之揮發性液體。於本發明數具 體實轭例中，可使用之溶劑包含例如乙二醇醚類、酮類、 酉曰類與其他具類似沸點（範圍為介於】8〇π至25〇艺）的溶 劑、與上述物質之混合物。一較佳具體實施例之介質包含 一元S旨類與C-11酮。 該介質包含佔重量百分比為16_25%之乙烯共聚物樹脂與 φ 佔重量百分比為75-84%之有機溶劑。 厚膜之施用 該聚合物厚膜銀組合物或於本文中之漿糊一般為沈積於 基材（如聚酯）上，其基本上對氣體與溼氣具不透性。該基 材可為彈性材質層，例如不透性塑膠，像以塑膠層與沈積 於上之選用金屬或介電層組合構成之複合材料。於一具體 實施例中’該基材可為包含金屬化銀之增層。 於一具體實施例中，該聚合物厚膜銀組合物係藉由網板 • 印刷而進行沈積，於其他具體實施例則為藉由沈積技術如 刻板印刷、注射佈著或塗佈技術。以網板印刷進行時，網 目尺寸控制沈積厚膜之厚度。 使沈積厚膜乾燥或使有機溶劑揮發’像藉由曝露於熱 源’例如於120-140。(：下曝露UM5 min。 本發明組合物特別適用於無線射頻辨識系統相關用途， 因為： (1) 可觀察到不尋常之低電阻率（4.6 milliohm/sq/mil);與 (2) 印刷厚度（使用280不鏽鋼網，該厚度為9_1〇微米）， 144793.doc 201030768 其對於無線射頻辨識系統與其他應用很重要。综合上述G) 與（2)之結果為一非常低的電路電阻，此為非常需要且優良 之特性。 本發明將藉由以下述範例以更加詳細討論。不過，本發 明範圍不並受下述範例之限制。 範例1 該聚合物厚膜銀電極漿糊係以混合銀片與有機介質加以 製備，該銀片之平均粒徑為4微米（範圍為1_1 8微米）且包含 十八烧酸作為界面活性劑’該有機介質由氯化亞乙烯與丙 烯腈樹脂（亦已知為Saran F-310樹脂，Dow Chemical, Midland，Michigan)之共聚物所組成。該樹脂分子量為約 25,000。銀顆粒之表面積/重量比範圍為介於〇 81 3 m /g。 使用溶劑以於加入銀片前先完全溶解樹脂。此溶劑為以 50/50比例接合之一元 S旨（DuPont，Wilmington，Delaware)與 C-11 酮溶劑（Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee)。加入少量之額外c_丨丨酮於配方内。 該聚合物厚膜組合物為： 64.00% 35.50% 0.50% 包含十八烷酸界面活性劑之片狀（Flaked)銀。 有機介質（19.5%樹脂及80.5%溶劑） C -11溶劑 此組合物係於平板混合器上混合30分鐘。該組合物移至 二滾輪研磨機’其中第一滾軋為以150 PSI進行，第二滾 車L為以250 PSI進行。於此，該組合物用於將銀圖案網板 144793.doc 201030768 印刷於聚酿上。使用一 280網目不鐘鋼網印製一系列線， 且銀漿糊於一強制送風之熱風烤箱内在14〇。匚下乾燥b min。之後測量電阻率，厚度為微米時其值為a milli〇hm/sq/mi卜與標準組合物例如Dup〇nt產品5〇25相比 較，其測出為13·6 milliohm/sq/mii。另一高導電性標準產 品如DuPont 5〇28，其電阻率為98 miiH〇hm/sq/mU，比上 述範例之電阻率尚兩倍。此出乎意料的電阻大幅改良（降 ❿ 低）係為所有銀組成物之關鍵性質，使其可用於大多數應 用與改良無線射頻辨識系統之天線效能。尚可注意者為， 所觀測到之電阻率值4 6 m〇hm/sq/mil，為接近經高溫 .(85〇°C)燒灼銀導體之電阻率值。比較表如下所示： 銀組成物 附著於聚S旨 電阻率 mohm/sq/mi! 5025 5028 ~ 一 好 13.6 好 9.8 範例1 傑出 4.6 高溫(8r>u°(j)銀 不可應用於此 1.5 範例2 製備另一聚合物厚膜銀組合物，但銀片上之界面活性劑 自十八烷酸更改為油酸。所有其他配方性質、銀粉末分 佈，與後續處理均與範例丨相同◦也就是說使用與範例^目 同之有機介質。本組合物之標準化電阻率為42 8 m〇hm/Sq/mi1。改變銀片之表面化學性質明顯會對組合物 之電阻率造成顯著（負面）影響。 範例3 製備另一聚合物厚膜銀組合物，但使其粒徑分佈移向更 144793.doc 201030768 小顆粒。於此，平均粒徑降低為約2微米且實質上沒有大 於7微米的顆粒。以範例2之界面活性劑即油酸施用於銀 片。所有其他處理條件與範例1相同。該組合物之標準化 電阻率為20.2 mohm/sq/mil ’此又顯示所選擇銀粒徑與選 用之界面活性劑具關鍵性。 範例4 另一聚合物厚膜銀組合物以如範例1方法製備，除了樹 脂由範例1之乙烯共聚物改變為分子量為25〇〇〇之熱塑性聚 酯樹脂。所有其他條件與處理均相同。經測量其標準化電 阻率為22.7 mohm/sq/mil，證明範例！所使用之樹脂與銀於 末同具關鍵性。 ' 144793.doc 10-

Claims (1)

1. 201030768 七、申請專利範圍： 1- 一種聚合物厚膜組合物，其包含： 0)佔重量百分比為50%_85%之銀片，其具有平均粒徑 為至少3微米、至少1 〇%之顆粒大於7微米、與一十八 烧酸界面活性劑 (b)佔重量百分比為ι5_5〇%之有機介質，包含： 1·佔重量百分比為16-25%之乙烯共聚物樹脂 • ii.佔重量百分比為75-84%之有機溶劑。 2.如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該乙烯共聚 物樹脂為一氯化亞乙烯與氯乙烯、丙烯腈及丙烯酸酯其 ’ 中至少擇一所形成之共聚物。 3 ·如申叫專利範圍第2項所述之組合物，其中該乙烯共聚 物樹脂為一氯化亞乙烯與丙烯腈之共聚物。 4.如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該銀片粒徑 範圍為1-1 〇〇微米。 • 5·如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該銀片粒徑 範圍為2-18微米。 6.如申請專利㈣第以所述之組合物，其中該有機溶劑 係選自由醋酸乙醋與㈣(如α·松醋醇或化松醋醇)、煤 油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁卡必醇、丁卡必醇醋酸酯、 己醇§1自ϋ脂類、乙二醇鍵類、嗣類、醋類與上 述物質之混合物所構成之群組。 7.如申請專利項所述之組合物，其中該溶劑係選 自由醋類、酮類與上述物質之混合物所構成之群組。 144793.doc 201030768 8. 9. 10 如申請專利範圍第6項所述之組合物，其中該有機溶劑 沸點為 180°C-250°C。 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其更包含至多佔 重量百分比為1°/。之金、銀、銅、鎳、鋁、鉑、鈀、鉬、 鎢、组、錫、銦、鑭、釓、硼、釕、鈷、鈦、釔、銪、 鎵、硫、鋅、矽、鎂、鋇、鈽、锶、鉛、銻、導電碳、 以及上述物質之組合。 一種製備一銀導體之方法，該方法包含： (a)施用一聚合物厚膜於一基材，其中該聚合物厚膜包 含：

   i. 佔重量百分比為,50_85%之銀片，其具有平均粒徑 為至少3微米、至少1〇%之顆粒大於7微米、與— 十八烧酸界面活性劑 ii. 佔重量百分比為15_50%之有機介質，其包含： 此佔重量百分比為！ 6-25%之乙埽共聚物樹脂 iv.佔重量百分比為75_84%之有機溶劑；以及 (b)使該有機溶劑揮發。

   11,12. :種以申請專利範圍第1〇項之方法所製備之銀導體。 -種形成無線㈣辨⑽統天線之方法，該方法包含 ⑷施用申請專利範圍第i項之組合物於一基材上； (b) 使該組合物乾燥以形成一電路；以及 ’ (c) 施加一電壓通過該電路。 13. 一種使用申請專利範圍第11項 頻辨識系統電路。 之銀導體所形成之無線射 144793.doc -2 - 201030768 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 144793.doc -2 -