TW201803959A - 高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法，該高附著性導電銅膠體包含重量百分比50%至80%之奈米銅粒子或奈米銅合金粒子，重量百分比0.5%至5%之一纖維素衍生物，重量百分比5%至20%之一黏稠劑，該黏稠劑係包含一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽，以及重量百分比5%至45%之一溶劑。將該高附著性導電銅膠體製備完成並網版印刷及燒結於基板之上後，可提供一具有高附著力，且具有高抗氧化性及良好導電率之導電銅膠體及銅膠導電基板。

Description

高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法
本發明係關於一種導電膠體及其網版印刷應用方法，尤其是指一種高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法。
因應現代人對電子產品之需求走向薄型化及輕量化，現代科技對電子產品相關零組件精密程度之要求也越來越高，零件的組裝也愈發高度的密集化，因此，在技術的發展上為了滿足上述之需求，電子零件之間的導電連接或是電路基板的微型化即成為相當重要的技術發展方向，其中，導電膠體即是因應相關需求而發展出來之重要技術。
所述之導電膠體係為一種固化或乾燥後具有導電性能的膠黏物質，藉由提供具導電性的填料與膠體內部之導電粒子相互混合成一膠體，施加於需導電性連接之加工區域時可做為電性傳導之用，當利用導電膠體進行電子零件之導電連接操作時，其不僅可以降低操作溫度以降低熱能對零組件所造成之傷害，亦能有效克服目前如焊接等操作技術所面臨之薄型化門檻；此外，導電膠體尚能以漿料的形式，利用高精密度的印刷方式或是雷射加工的方式於基板之上形成電路，形成輕薄化之電路基板；加上其固化所需時間短、操作應力低、操作方便且不易吸潮等特性，使其成為導電連接技術中之顯學，主要應用於IC半導體集成電路、LED發光二極體、觸控面板等技術領域。
除了印刷電路之應用以外，由於導電膠體具有可薄型化塗佈及優異導電性等特性，因此其亦可應用於太陽能電池之技術領域之中用以做為太陽能電池的電極之用，其優異的導電率，可有效提高太陽能電池轉換效率；此外，其亦可印在太陽能電池之矽晶板之後進行燒結後而作為太陽能電池之背面電場之用，均勻的背面電場透過鋁膠匯集正極電洞，並串連正銀、背銀電極的負極電子，達到導引電流並增加電池效率功能。
目前現有技術下所使用之導電膠體大多以導電銀膠及導電鋁膠為主，其中，導電銀膠雖然具有高導電性及高穩定性，但是貴金屬的價格近年持續攀升，在原料成本轉嫁之下，導電銀膠之生產使用成本已逐漸不堪負荷，尋找替代的導電膠體已然是必然趨勢；另一方便，導電鋁膠之成本雖不若導電銀膠那麼高，但其於使用上具有高收縮性，將造成其塗佈於太陽能電池時會產生翹曲的現象，導致矽晶板材料之浪費。因此，如何找到高良率、較高轉換效率以及可以達到較低成本的導電膠產品，將對太陽能電池生產之成本控制及產品效能上產生顯著的助益。
導電銅膠體即係以此為目標所發展出之導電膠體，其具有較導電銀膠及導電鋁膠更高的導電效率，且成本低廉，延展性又佳，係相當適合作為取代導電銀膠及導電鋁膠之材料。然而，由於導電銅膠內之奈米銅粒子為極為容易氧化之物質，因此在製備導電銅膠的過程當中，須將奈米銅粒子妥善的分布於搭配使用之佐劑當中。而在目前相關的導電銅膠的開發當中，其在考量其抗氧化的功能時，往往無法兼顧到導電銅膠附著於基板之能力，導致印刷於基板上之導電銅膠會有脫落短路之現象，嚴重影響到銅膠導電基板之生產良率，或是太陽能電池之耐久性不佳。因此，如何提供一種兼具抗氧化、導電性及高附著性之導電銅膠以應用於不同基板及不同領域之中，即成為相關領域亟欲突破之一項技術門檻。
本發明之主要目的，係提供一種高附著性導電銅膠體，當中黏稠劑之組成能有效提升導電銅膠體對基板之附著力，可藉以應用於各種材質之基板之上而應用於IC半導體集成電路、LED發光二極體、觸控面板或太陽能電池等不同技術領域。
本發明之另一目的，係提供一種高附著性導電銅膠體，當中黏稠劑之組成能有效保護導電膠體內之奈米銅粒子不受環境影響而氧化，且在該膠體以印刷、噴墨或塗佈等方式應用於基板之上後，仍可有效保持其抗氧化效力。
本發明之又一目的，係提供一種高附著性導電銅膠體，當中黏稠劑之組成不會阻隔電性之導通，能有效維持導電膠體內之奈米銅粒子之導電性，當其以印刷、噴墨或塗佈等方式應用於基板之上時，能滿足各種電子材料或太陽能電池之電性需求。
本發明之又一目的，係提供一種高附著性導電銅膠體其網版印刷應用方法，藉由該網版印刷可有效且穩固的將該導電銅膠體附著固化於基板之上，形成穩定有效且具有高導電率之銅膠導電基板。
為了達到上述之目的，本發明揭示了一種高附著性導電銅膠體，其包含重量百分比50%至80%之一導電粒子材料，其係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子；重量百分比0.5%至5%之一纖維素衍生物；重量百分比5%至20%之一黏稠劑，其係包含一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽；以及重量百分比5%至45%之一溶劑，其係為一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
本發明之一實施例中，其亦揭露該該奈米銅粒子之粒徑係為80奈米至1500奈米。
本發明之一實施例中，其亦揭露該纖維素衍生物係為一烷基醚纖維素或一羥烷基醚纖維素。
本發明之一實施例中，其亦揭露該固化劑係為一芳香族胺類固化劑、一含醯亞胺類胺類固化劑或一酸酐族類固化劑。
另外，為了達到上述之目的，本發明亦揭示了一種高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其步驟包含：先提供一導電粒子材料與一無水乙醇進行混和，獲得一導電粒子溶液，其中該導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子，接著另外提供一纖維素衍生物、一黏稠劑及一溶劑加入該導電粒子溶液，並進行充分混和，形成一混和溶液，其中該黏稠劑係包含有一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽，接著抽乾該混和溶液中之無水乙醇，形成一高附著性導電銅膠體，所形成之該高附著性導電銅膠體網版印刷於一基板之上，最後燒結該基板，形成一導電銅膠體印刷基板。
本發明之一實施例中，其亦揭露該溶劑係為松油醇、乙二醇或二甘醇。
本發明之一實施例中，其亦揭露該纖維素衍生物係為一烷基醚纖維素或一羥烷基醚纖維素。
本發明之一實施例中，其亦揭露該固化劑係為一芳香族胺類固化劑、一含醯亞胺類胺類固化劑或一酸酐族類固化劑。
本發明之一實施例中，其亦揭露該基板係為鈉玻璃基板、強化玻璃基板、可撓性聚醯亞胺基板(PI基板)、聚對苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、熱塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane, TPU基板)、藍寶石基板、美拉基板(Mylar基板)、矽基板或陶瓷基板。
本發明之一實施例中，其亦揭露該網版印刷步驟，其網目數係為200網目至380網目。
本發明之一實施例中，其亦揭露該網版印刷步驟，其網印機台的印刷壓力係為1.5帕斯卡(bar)至2.5帕斯卡(bar)。
本發明之一實施例中，其亦揭露該該網版印刷步驟，其網印張力係為26牛頓(N)至34牛頓(N)。
本發明之一實施例中，其亦揭露該該網版印刷步驟，其網印圖案之印製厚度係為3微米(um)至30微米(um)，印製線寬係至少為80微米(um)。
本發明之一實施例中，其亦揭露該燒結步驟，可係為一加熱燒結步驟、一光燒結步驟或兩者之共同操作。
本發明之一實施例中，其亦揭露該光燒結步驟，係為一雷射燒結、一紅外光燒結或一脈衝光燒結。
本發明之一實施例中，其亦揭露該加熱燒結步驟，其加熱溫度係介於150℃至500℃。
本發明之一實施例中，其亦揭露該加熱燒結步驟，其加熱時間係介於5分鐘至45分鐘。
本發明之一實施例中，其亦揭露該脈衝光燒結步驟，其脈衝光之頻率係介於1赫茲至100赫茲。
本發明之一實施例中，其亦揭露該脈衝光燒結步驟，其脈衝光之波長係介於10奈米至1000微米。
本發明之一實施例中，其亦揭露該導電銅膠體印刷基板，其薄膜電阻率係介於10-1 歐姆-公分至10-6 歐姆-公分。
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
在本發明中，針對目前導電銅膠體附著力不足，無法廣泛應用於各種材料之基板上之狀況，提供一種新穎的高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法。藉由該高附著性導電銅膠體可有效改善目前導電銅膠體印刷於基板材料之後容易脫落並造成短路之現象，使網版印刷完成之銅膠導電基板之穩定性增加，同時，該高附著性導電銅膠體亦兼顧了抗氧化性及導電性，不僅能提高銅膠導電基板的使用年限，亦能維持穩定之導電品質，同時，其所配合之網版印刷應用方法操作簡單，能廣泛應用於各種基板之上，且無須過度繁複之操作技術。
因此，本發明提供一新穎之高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法，其係於該導電銅膠體之黏稠劑中添加氧化鋁及二氧化矽材料，藉由氧化鋁及二氧化矽材料與各種基板表面材料皆能產生鍵結的特性，提高導電膠體於各種基板表面之接著能力，提供導電銅膠體額外的附著力以依附於表面基板之上，同時配合該導電銅膠體所使用之纖維素衍生物及有機氧化物環氧樹脂提供導電膠體中奈米銅粒子所需之分散性、隔絕性及黏稠性，用以提供導電銅膠體中所需要之抗氧化性、導電性及黏稠性，再以本發明所提供之網版印刷方法將該導電銅膠體網版印刷於基板之上，形成具良好導電效率及高穩定度之銅膠導電基板。
以下針對本發明所提供之高附著性導電銅膠體所包含之材料、性質及其製備方式進行進一步之說明：
本發明所提供之高附著性導電銅膠體，其包含重量百分比50%至80%之一導電粒子材料，該導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子；重量百分比0.5%至5%之一纖維素衍生物；重量百分比5%至20%之一黏稠劑，其係包含一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽；以及重量百分比5%至45%之一溶劑，該溶劑係為一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
其中，本發明所提供之導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子，利用銅金屬本身所具有之電傳導性，作為本發明所提供之導電銅膠體其導電性之來源，然而，由於該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子接觸到水份時會氧化成為氧化銅導致其大幅降低其導電效率，因此在該導電銅膠體之製備過程中，該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子應嚴格控制其水分條件，以維持該導電銅膠體之導電效率；另外，為提高銅粒子之電傳導能力，本發明係選擇以微奈米等級之銅粒子或銅合金粒子作為導電粒子材料，較佳者以奈米等級之銅粒子或該銅合金粒子進行製備，其中，所樹枝該奈米銅粒子或該銅合金粒子之粒徑係為80奈米至1500奈米，更佳者，該奈米銅粒子或該銅合金粒子之粒徑係為200奈米至700奈米。而由於該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子之來源並不影響成品之特性，故本發明所提供之該導電粒子材料並不限制其製備方法或是購買來源，任何粒徑大小與本發明之精神相符合之奈米銅粒子或奈米銅合金粒子皆應包含於本發明之中。
其中，本發明所提供之該纖維素衍生物，係為纖維素高分子之部分官能基被取代之後所衍生之物質，依其官能基被取代之情況，一般係可溶於水或有機溶劑之中，且具有熱塑性之性質，係用以提供本發明所提供之高附著性導電銅膠體之膠黏性質，亦可調整該高附著性導電銅膠體之膠體黏稠度。基於上述之原則，本發明所提供之纖維素衍生物可係為一烷基醚纖維素或一羥烷基醚纖維素，其中，該烷基醚纖維素可係為一甲基纖維素或一乙基纖維素，該羥烷基醚纖維素可係為一羥乙基纖維素或一羥丙基纖維素。
於本發明所提供之高附著性導電銅膠體中，其所提供之該黏稠劑係為一混合物，成分包含有一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽。
其中，該有機氧化物環氧樹脂係為一類型之熱固性塑料，且係為該導電銅膠體之黏度之主要來源，其一般係呈現液體狀態，但在與該固化劑共同使用時則係會與固化劑之物質產生相互交聯的高分子化合物，使該些導電粒子材料、該纖維素衍生物等材料逐漸固化成膠體，因此該有機氧化物環氧樹脂於該黏稠劑中之比例會影響該導電銅膠體於形成過程中之凝膠時間。除此之外，該有機氧化物環氧樹脂之比例亦會於膠體固化後影響導電基板上之該導電銅膠體之電阻率，以及其塗佈於該導電基板之後的抗撥離強度、耐水度及耐化學腐蝕性等抗老化性質，係對於提供該導電銅膠體良好之儲存安定性相當重要之材料。
又其中，該固化劑係為一類增進或控制固化反應的化合物，其藉由驅動縮合、閉環或加成等化學反應，以達到使低分子化合物反應形成大分子或線型分子反應形成網狀大分子之作用，使該有機化合物環氧樹酯固化。由於固化劑之固化溫度影響導電銅膠體之固化速度和固化物性甚鉅，因此為了搭配本發明所提供之導電銅膠體之製備過程及產品特性，本發明所使用之固化劑其固化溫度係介於50℃至500℃之間，以提供該高附著力之導電銅膠體較佳之耐熱性、耐化學腐蝕性、導電性及力學特性。基於上述原由，本發明所提供之固化劑係為芳香族胺類固化劑、含醯亞胺類胺類固化劑或酸酐族類固化劑。
又其中，本發明所提供之該氧化鋁係與該有機氧化物環氧樹脂共同添加，兩者間具有高度之相溶性且該氧化鋁之添加不會影響該有機氧化物環氧樹脂之黏度等相關性質，藉由添加該氧化鋁於該導電銅膠體當中，可使該導電銅膠體在透過印刷、塗佈、噴墨等方法將之設置於基板時與基板表面之材料產生鋁氧鍵結，該鋁氧鍵結之鍵結強度提供膠體黏著於基板表面時額外之吸附能力，以達到本發明賦予該導電銅膠體具有高附著性之目的。另外，該氧化鋁不僅易溶於各種溶劑及環氧樹脂溶劑當中，當添加該氧化鋁於該有機氧化物環氧樹脂中時，更可提升該有機氧化物環氧樹脂於固化後之硬度及其耐磨程度，對該導電銅膠體之物理性質能大幅度的提升。
又其中，本發明所提供之該二氧化矽係與該有機氧化物環氧樹脂共同添加，由於該二氧化矽材料與矽基板及其它金屬材料基板之間具有穩定且高強度之鍵結或連結性，因此本發明藉由於該黏稠劑混合物中添加該二氧化矽材料，可加強該導電銅膠體應用於各種不同材料之基板時所需要之基板附著性。另外，於該高附著性導電銅膠體之黏稠劑中添加該二氧化矽材料，亦可提高其機械強度、拉伸強度及電氣性質，並有效降低該高附著性導電銅膠體之熱膨脹係數，使該導電銅膠體其更貼近金屬性質，提供成品較佳之穩定性及導電良率。
於本發明所提供之高附著性導電銅膠體中，其所使用之該溶劑，係可將該導電粒子材料、該纖維素衍生物及該黏稠劑進行均勻分散之一分散媒，提供該些物質形成膠體所需之流動性。此外，為避免本發明作為導電粒子材料之該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子因接觸水分造成氧化而形成氧化銅而影響本發明所提供之導電銅膠體之導電性，本發明所提供之溶劑係以一非含水之有機溶劑為主，同時，利用該非含水之有機溶劑作為分散媒，亦能有效的阻隔該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子與空氣中之水分進行接觸，充分保護該導電粒子材料降低其被氧化之機會。基於上述原則，本發明所提供之該溶劑係以非含水之醇類有機溶劑為優，較佳者，係為一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
接著，以下搭配發明圖示第1圖之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法步驟流程圖，說明本發明所提供之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法及銅膠導電基板之製備方法，其步驟如下： 步驟S11：提供一導電粒子材料與一無水乙醇進行混和，獲得一導電粒子溶液，其中該導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子； 步驟S12：提供一纖維素衍生物、一黏稠劑及一溶劑加入該導電粒子溶液，並進行充分混和，形成一混和溶液，其中該黏稠劑係包含有一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽； 步驟S13：抽乾該混和溶液中之無水乙醇，形成一高附著性導電銅膠體； 步驟S15：網版印刷該高附著性導電銅膠體於一基板之上；以及 步驟S17：燒結該基板，形成一導電銅膠體印刷基板。
如圖示S11之步驟所述，本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法，係先將該導電粒子材料，亦即該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子分散於該無水乙醇之環境中進行混合。其中，為避免該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子於製備過程中與氧分子及水分子進行接觸而產生氧化，於該導電銅膠體之前置製備過程中，係將該導電粒子材料放置於無水溶劑當中，於本發明所提供之步驟S11中係以無水乙醇作為該導電粒子材料之分散溶劑之用。
承續上段所述，本發明所提供之導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子，利用銅金屬本身所具有之電傳導性，作為本發明所提供之導電銅膠體其導電性之來源，然而，由於該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子接觸到水份時會氧化成為氧化銅導致其大幅降低其導電效率，因此在該導電銅膠體之製備過程中，該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子應嚴格控制其水分條件，以維持該導電銅膠體之導電效率；另外，為提高銅粒子之電傳導能力，本發明係選擇以微奈米等級之銅粒子或銅合金粒子作為導電粒子材料，較佳者以奈米等級之銅粒子或該銅合金粒子進行製備，其中，所樹枝該奈米銅粒子或該銅合金粒子之粒徑係為80奈米至1500奈米，更佳者，該奈米銅粒子或該銅合金粒子之粒徑係為200奈米至700奈米。
如圖示S12之步驟所述，本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法，係將該纖維素衍生物、該黏稠劑及該溶劑加入步驟S11之該導電粒子溶液之中，於充分混合之後形成一混合溶液。其中，為增進生產效率及避免溶質之分散不易，同時避免該導電粒子溶液中之該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子於製備過程中與氧分子及水分子進行接觸而產生氧化，因此，本發明所提供之步驟S12亦可先另外將該纖維素衍生物、該黏稠劑及該溶劑等物質先行溶於一無水溶劑當中再與該導電粒子溶液進行混合。另一方面，於本發明所提供之步驟S12中所述之充分混合，係為了將該導電粒子材料充分分散於膠體分散系統當中而採取之步驟，藉由該步驟不僅能提供最佳的導電效率，同時亦能獲得來自該些纖維素衍生物、該黏稠劑及該溶劑最完整之包覆，以達到抗氧化、抗磨損及高附著性之特性，因此，為達到上述目的，該導電粒子溶液及該混和溶液皆可先利用超音波震盪、超音波均質或磁石攪拌，達到均質化及分散成分的目的。
於本發明所提供之本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法中，其所提供之該黏稠劑係為一混合物，成分包含有一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽。
其中，該有機氧化物環氧樹脂係是一類型之熱固性塑料，且係為該導電銅膠體之黏度之主要來源，其一般係呈現液體狀態，但在與該固化劑共同使用時則係會與固化劑之物質產生相互交聯的高分子化合物，使該些導電粒子材料、該纖維素衍生物等材料逐漸固化成膠體，因此該有機氧化物環氧樹脂於該黏稠劑中之比例會影響該導電銅膠體於形成過程中之凝膠時間。除此之外，該有機氧化物環氧樹脂之比例亦會於膠體固化後影響導電基板上之該導電銅膠體之電阻率，以及其塗佈於該導電基板之後的抗撥離強度、耐水度及耐化學腐蝕性等抗老化性質，係對於提供該導電銅膠體良好之儲存安定性相當重要之材料。
又其中，該固化劑係為一類增進或控制固化反應的化合物，其藉由驅動縮合、閉環或加成等化學反應，以達到使低分子化合物反應形成大分子或線型分子反應形成網狀大分子之作用，使該有機化合物環氧樹酯固化。由於固化劑之固化溫度影響導電銅膠體之固化速度和固化物性甚鉅，因此為了搭配本發明所提供之導電銅膠體之製備過程及產品特性，本發明所使用之固化劑其固化溫度係介於50℃至200℃之間，以提供該高附著力之導電銅膠體較佳之耐熱性、耐化學腐蝕性、導電性及力學特性。基於上述原由，本發明所提供之固化劑係為芳香族胺類固化劑、含醯亞胺類胺類固化劑或酸酐族類固化劑。
又其中，該氧化鋁係與該有機氧化物環氧樹脂共同添加，兩者間具有高度之相溶性且該氧化鋁之添加不會影響該有機氧化物環氧樹脂之黏度等相關性質，藉由添加該氧化鋁於該導電銅膠體當中，可使該導電銅膠體在透過印刷、塗佈、噴墨等方法將之設置於基板時與基板表面之材料產生鋁氧鍵結，該鋁氧鍵結之鍵結強度提供膠體黏著於基板表面時額外之吸附能力，以達到本發明賦予該導電銅膠體具有高附著性之目的。另外，該氧化鋁不僅易溶於各種溶劑及環氧樹脂溶劑當中，當添加該氧化鋁於該有機氧化物環氧樹脂中時，更可提升該有機氧化物環氧樹脂於固化後之硬度及其耐磨程度，對該導電銅膠體之物理性質能大幅度的提升。
又其中，本發明所提供之該二氧化矽係與該有機氧化物環氧樹脂共同添加，由於該二氧化矽材料與矽基板及其它金屬材料基板之間具有穩定且高強度之鍵結或連結性，因此本發明藉由於該黏稠劑混合物中添加該二氧化矽材料，可加強該導電銅膠體應用於各種不同材料之基板時所需要之基板附著性。另外，於該高附著性導電銅膠體之黏稠劑中添加該二氧化矽材料，亦可提高其機械強度、拉伸強度及電氣性質，並有效降低該高附著性導電銅膠體之熱膨脹係數，使該導電銅膠體其更貼近金屬性質，提供成品較佳之穩定性及導電良率。
此外，本發明所使用之該溶劑，係可將該導電粒子材料、該纖維素衍生物及該黏稠劑進行均勻分散之一分散媒，提供該些物質形成膠體所需之流動性。此外，為避免本發明作為導電粒子材料之該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子因接觸水分造成氧化而形成氧化銅而影響本發明所提供之導電銅膠體之導電性，本發明所提供之溶劑係以一非含水之有機溶劑為主，同時，利用該非含水之有機溶劑作為分散媒，亦能有效的阻隔該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子與空氣中之水分進行接觸，充分保護該導電粒子材料降低其被氧化之機會。基於上述原則，本發明所提供之該溶劑係以非含水之醇類有機溶劑為優，較佳者，係為一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
如圖示S13之步驟所述，本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法，係將步驟S12所提供之該混合溶液抽乾，並移除該混和溶液中之無水乙醇，形成一高附著性導電銅膠體。其中，為避免該高附著性導電銅膠體殘留有氣泡，因此在該抽乾步驟之後，可進一步提供一滾輪分散之步驟，藉由滾輪分散具有延展性之該導電銅膠體，以確保其內部未殘留有氣泡，使成品具有一致性且保有最佳之導電性質及抗老化性質。
如圖示S15之步驟所述，本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法，係將該高附著性導電銅膠體網版印刷於一基板之上，其中，所述之該網版印刷步驟，係利用網目之特性使部分區域簍空貫通，以利於該導電銅膠體透過該些網目印紋附著於基板之表面。
本發明所提供之網版印刷方法可應用之基板係為鈉玻璃基板、強化玻璃基板、可撓性聚醯亞胺基板(PI基板)、聚對苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、熱塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane, TPU基板)、藍寶石基板、美拉基板(Mylar基板)、矽基板或陶瓷基板。
而本發明所提供之網版印刷之操作參數及膠體配方比例，會因為不同之基板材料而有所不同，基於上述之原則，本發明所提供之網版印刷步驟，其網目數係為200網目至380網目，網印機台的印刷壓力係為1.5帕斯卡(bar)至2.5帕斯卡(bar)，其網印張力係為26牛頓(N)至34牛頓(N)。
藉由上述條件，本發明所提供之網版印刷步驟，該基板上之該高附著性導電銅膠體可印製之最細線可達80微米(um)的線寬，其網印圖案之可印製厚度係為3微米(um)至30微米(um)。
如圖示S17之步驟所述，本發明提供之導電銅膠體之網版印刷應用方法，係將步驟S15已網版印刷該高附著性導電銅膠體之一基板進行燒結，形成一導電銅膠體印刷基板。所述之燒結，係提供一外界之能量使基板與膠體之間的顆粒結構收縮並呈現致密之結構，以提高兩者之間之結合強度，同時提升兩者結合後之基板結構強度。基於上述原則，本發明所提供之燒結步驟，可係為一熱燒結處理、一光燒結處理或係為該熱燒結處理及該光燒結處理兩者之共同使用。
其中，所述之熱燒結處理，係於一低於該基板熔點溫度的加熱環境下對該基板進行熱處理，目的在於透過膠體顆粒間的收縮使之與該基板進行致密結合以提高其結構強度。於熱燒結步驟中，應避免燒結溫度過高而導致該基板與網版印刷於上之該高附著性導電銅膠體產生物質狀態之改變以及避免燒結時間過長而導致兩者之材料有所劣化，因此，該燒結步驟之燒結時間與燒結溫度亦應相互搭配，以避免提供過多的熱能予該基板及該導電銅膠體而破壞其形成之一銅膠導電基板結構；另外，為避免膠體中所帶有之該奈米銅粒子或該奈米銅合金粒子產生氧化，該熱燒結步驟應於一無氧環境中進行，該無氧環境可係為一真空環境、一惰性氣體環境或一氮氣氣體環境，但所述之無氧環境不應以此為限。
基於上述原由，本發明所提供之熱燒結步驟，其燒結時間應係介於5分鐘至45分鐘，其燒結溫度係介於150℃至500℃；其中，該燒結步驟之條件可進一步限制為，當該燒結溫度介於150℃至300℃時，燒結時間係介於15分鐘至45分鐘，當該燒結溫度高於300℃至500℃時，燒結時間係介於5分鐘至15分鐘。
又其中，於該熱燒結步驟之前，該基板可進一步先進行一乾燥步驟，所述之該乾燥步驟係為了將該高附著性導電銅膠體之殘存溶劑進行蒸散去除，以提升已網版印刷該高附著性導電銅膠體之該基板於燒結過程中之效率及良率。所述之乾燥溫度係與該高附著性導電銅膠體所使用之該溶劑及該黏稠劑之沸點有所關聯，基於上述原由，本發明所提供之乾燥溫度係介於40℃至100℃。
另一方面，所述之光燒結處理，是使用高能光源來熔化物質微小顆粒的方法，其原理係高能量之光子能與該導電銅膠體內之該奈米銅粒子相互作用使奈米銅粒子吸收能量後相互聚集融合形成一功能性的材料薄膜，因此當光燒結處理應用在本發明所提供之該高附著性導電銅膠體以進行網版印刷時，由於該導電銅膠體顆粒的大小能夠在較低溫度下燒結，變成固體之導電線路，與熱處理步驟相比，係為一種能於低溫環境下進行燒結之處理步驟。此外，由於部分基板材料對可見光及近紅外區的光子能量吸收小，因此不會對該些基板材料之溫度產生明顯變化，有利於其形成印刷電路基板。基於上述原由，本發明所提供之光燒結處理，係為一雷射燒結、一紅外光燒結或一脈衝光燒結。當中，所述之該雷射燒結，其波長係介於10奈米至20微米，所述之該紅外光燒結，其波長係介於700奈米至1000微米，所述之該脈衝光燒結，其波長係介於10奈米至1000微米，其照射頻率係為1赫茲(Hz)至100赫茲(Hz)。
經由上述步驟，可製備出具有高附著性且具有良好導電率之導電銅膠體印刷基板，且該導電銅膠體印刷基板之薄膜電阻率係介於10-3 歐姆-公分至10-6 歐姆-公分，且於該導電銅膠體印刷基板上之該導電銅膠體具有良好之抗氧化性。
以下，以具體實施之範例作為此發明之組織技術內容、特徵及成果之闡述之用，並可據以實施，但本發明之保護範圍並不以此為限。
[實施例1]
高附著性導電銅膠體之製備
取45克之抗氧化奈米銅粒子分散於若干之無水乙醇中，形成該導電銅粒子溶液，而後添加包含有機氧化物環氧樹脂、二氧化矽、氧化鋁及固化劑之黏稠劑混合物共10克、纖維素2克之添加物於導電銅粒子溶液中，而後進行超音波均質震盪2分鐘，接著再加入16克之松油醇，並超音波均質震盪2分鐘，完成該混合溶液之製備。接著於80毫巴(mbar)、40℃之環境下將該混合溶液內之無水乙醇抽乾，最後再使用滾輪分散經前述步驟抽乾溶劑之導電銅膠體，移除其內部之氣泡，完成該高附著性導電銅膠體之製備。
[實施例2]
高附著性導電銅膠體之網版印刷方法
取5克經實施利1所製備得之高附著性導電銅膠體，放置於網目數為320網目、張力28單位的網版上，以印刷壓力2帕斯卡(bar)之條件，將該高附著性導電銅膠體分別網印於玻璃基板材料、陶瓷基板材料、矽基板材料及可撓性聚醯亞胺基版(Polyimide, PI）之上，如發明圖示第2A圖至第2D圖所示。其中，經上述條件印刷完成之銅膠導電基板，其印刷精密度係為可印製約150微米(um)的線寬，如發明圖示第2A圖所示。
[實施例3]
添加氧化鋁、二氧化矽對導電銅膠體附著性之影響
取樣品A及樣品B以相同網版印刷條件印刷於玻璃材質之基板之上，並進行附著測試，以觀察添加氧化鋁、二氧化矽對導電銅膠體附著性之影響；其中，所述之樣品A則係取與實施例1製備過程相同，唯其黏稠劑未添加氧化鋁及二氧化矽之導電銅膠體做為樣品，而樣品B則係直接取實施例1所製備完成之高附著性導電銅膠體進行測試。
所述之附著測試，係將3M公司所生產之3M-600測試膠紙或等同效力的膠紙牢牢粘住被測試之小網格，並以橡皮擦用力擦拭膠帶，確保膠帶與被測區域的接觸面積及力度已然完全接觸且接觸程度一致之後，用手抓住膠帶一端，在垂直方向（90°）迅速扯下膠紙，並於同一位置進行2次相同試驗，藉以測試導電銅膠體於基板上之附著能力。
如本發明之發明圖示第3A圖及第3B圖所示，未添加氧化鋁及二氧化矽之樣品A導電銅膠體在拉扯3M-600測試膠紙之同時係隨著膠紙的脫落而自玻璃基板上撥離，相對的，以同樣方式進行測試之樣品B導電銅膠體，則係經由3M-600測試膠紙拉扯後，仍幾乎完整無缺的附著於玻璃基板之上，顯見本發明所提供添加氧化鋁及二氧化矽之高附著性導電銅膠體對基板附著能力之影響性。
綜上所述，本發明所提供之高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法，確實能提供一種兼顧附著基板能力，且具有良好導電性及抗氧化性之導電銅膠體及其銅膠導電基板。藉由於導電銅膠體之黏稠劑中添加氧化鋁及二氧化矽材料，可加強導電銅膠體與基板材料之鍵結，提高導電銅膠體於各種基板表面之接著能力，且經由百格測試檢驗後確實能驗證其效果，因此，本發明所提供之高附著性導電銅膠體網版印刷於基板上時不會有脫落短路之現象，能維持銅膠導電基板良好之生產良率，以及其使用上之耐久性。另外，藉由添加氧化鋁及二氧化矽材料，亦可加強本發明所提供之高附著性導電銅膠體其抗老化能力，包含其抗磨損、抗化學性、抗撥離強度及耐水性等相關特性，同時該導電銅膠體維持了良好的抗氧化性，僅需放置於室溫環境下無需冷藏且不易氧化，提供該導電銅膠體良好之儲存安定性。最後，本發明所提供之配方不會提供過高之電阻率，因此不會影響其內部奈米銅粒子或奈米銅合金粒子之導電性，且配方之分散性良好，在導電粒子分布均勻的情況下，能提供該導電銅膠體較佳之導電能力。因此，本發明所提供之高附著性導電銅膠體及其網版印刷應用方法，確實提供一種兼具高附著性、高抗氧化性、高導電性及低生產成本之一導電銅膠體，提升相關領域之技術水準，具備專利申請所需之要件。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
無
第1圖：其係為本發明之一較佳實施例之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法步驟流程圖； 第2A圖至第2D圖：其係為本發明之一較佳實施例之高附著性導電銅膠體網版印刷於不同基板之結果示意圖；及 第3A圖及第3B圖：其係為本發明之添加氧化鋁、二氧化矽對導電銅膠體附著性影響之結果示意圖。

Claims (16)

  1. 一種高附著性導電銅膠體，其包含： 重量百分比50%至80%之一導電粒子材料，其係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子； 重量百分比0.5%至5%之一纖維素衍生物； 重量百分比5%至20%之一黏稠劑，其係包含一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽；以及 重量百分比5%至45%之一溶劑，其係為一松油醇、一乙二醇或一二甘醇。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高附著性導電銅膠體，其中該奈米銅粒子之粒徑係為80奈米至1500奈米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高附著性導電銅膠體，其中該纖維素衍生物係為一烷基醚纖維素或一羥烷基醚纖維素。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高附著性導電銅膠體，其中該固化劑係為一芳香族胺類固化劑、一含醯亞胺類胺類固化劑或一酸酐族類固化劑。
  5. 一種高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其步驟包含： 提供一導電粒子材料與一無水乙醇進行混和，獲得一導電粒子溶液，其中該導電粒子材料係為一奈米銅粒子或一奈米銅合金粒子； 提供一纖維素衍生物、一黏稠劑及一溶劑加入該導電粒子溶液，並進行充分混和，形成一混和溶液，其中該黏稠劑係包含有一有機氧化物環氧樹脂、一固化劑、一氧化鋁及一二氧化矽； 抽乾該混和溶液中之無水乙醇，形成一高附著性導電銅膠體； 網版印刷該高附著性導電銅膠體於一基板之上；以及 燒結該基板，形成一導電銅膠體印刷基板。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該溶劑係為松油醇、乙二醇或二甘醇。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體，其中該纖維素衍生物係為一烷基醚纖維素或一羥烷基醚纖維素。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體，其中該固化劑係為一芳香族胺類固化劑、一含醯亞胺類胺類固化劑或一酸酐族類固化劑。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該基板係為鈉玻璃基板、強化玻璃基板、可撓性聚醯亞胺基板(PI基板)、聚對苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)、熱塑性聚胺基甲酸酯基板(Thermoplastic Polyurethane, TPU基板)、藍寶石基板、美拉基板(Mylar基板)、矽基板或陶瓷基板。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該網版印刷步驟，其網目數係為200網目至380網目。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該網版印刷步驟，其網印圖案之印製厚度係為3微米(um)至30微米(um)，印製線寬係至少為80微米(um)。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該燒結步驟，可係為一加熱燒結步驟、一光燒結步驟或兩者之共同操作。
  13. 如申請專利範圍第5項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該導電銅膠體印刷基板之電阻率係介於10- １ 歐姆-公分至10-6 歐姆-公分。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該加熱燒結步驟，其加熱溫度係介於150℃至500℃。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該加熱燒結步驟，其加熱時間係介於5分鐘至45分鐘。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之高附著性導電銅膠體之網版印刷應用方法，其中該光燒結步驟係為一雷射燒結、一紅外光燒結或一脈衝光燒結。
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