TWI591051B - 導電油墨以及導電層的製造方法 - Google Patents

Description

導電油墨以及導電層的製造方法

本發明是有關於一種導電油墨以及導電層的製造方法，且特別是有關於一種含有有機金屬錯合物的導電油墨以及使用所述導電油墨製造導電層的方法。

為了簡化經由微影製程製造導電線路的繁多複雜步驟，直接將導電油墨印刷至基板上以形成導電線路的方式已成為目前研究的方向之一。一般而言，以金屬為主要成分的導電油墨分成兩種類型：金屬奈米粒子類型以及有機金屬類型，其中金屬奈米粒子具有高表面積-體積比，藉此雖其具有較大的活性，但卻容易傾向發生自發性團聚以使其表面能量降低的現象。如此一來，在製備、儲存或運輸的過程中，金屬奈米粒子容易發生團聚而沉澱，致使油墨穩定性不佳。因此，許多研究逐漸朝向有機金屬類型的導電油墨發展。

本發明提供一種導電油墨，其具有良好的穩定性且製備方法簡單、製備成本低。

本發明另提供一種導電層的製造方法，其可在溫和的加熱處理條件下形成導電度良好的導電層。

本發明的導電油墨包括(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)以及胺類化合物，其中以導電油墨的總重量計，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)的含量為9wt%至33wt%、胺類化合物的含量為5wt%至74wt%。

在本發明的一實施方式中，上述的導電油墨更包括溶劑，其中以導電油墨的總重量計，溶劑的含量為28wt%至60wt%。

在本發明的一實施方式中，上述的胺類化合物是一級胺類化合物、二胺類化合物或三胺類化合物。

在本發明的一實施方式中，上述的胺類化合物是己胺、正辛胺、苯甲胺、乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、四甲基乙二胺或二乙烯三胺。

在本發明的一實施方式中，上述的溶劑是醇類溶劑。

在本發明的一實施方式中，上述的溶劑是甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、1-己醇或2-己醇或其組合。

在本發明的一實施方式中，上述的導電油墨更包括添加劑，其中以導電油墨的總重量計，添加劑的含量為3wt%至14wt%。

本發明的導電層的製造方法包括以下步驟。首先，提供基板。接著，將前述的導電油墨提供至基板上。之後，對提供至基板上的導電油墨進行加熱處理。

在本發明的一實施方式中，上述的基板是剛性基板或柔性基板。

在本發明的一實施方式中，將導電油墨提供至基板上的方法包括噴墨印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、膠版印刷法、網版印刷法或線棒塗佈法。

在本發明的一實施方式中，上述的加熱處理的溫度介於100℃至200℃之間，時間介於10分鐘至60分鐘之間。

基於上述，本發明的導電油墨透過包括具有特定比例的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)以及胺類化合物，而成為具有良好穩定性的均相溶液，藉此得以透過印刷或塗佈的方式並在低溫及短時間的加熱條件下形成具有良好導電度的導電層。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施方式作詳細說明如下。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一 種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

為了製備出具有良好穩定性且製備方法簡單、製備成本低的導電油墨，本發明提出一種導電油墨，其可達到上述優點。以下，特舉實施方式作為本發明確實能夠據以實施的範例。

本發明一實施方式提供一種導電油墨，其包括(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)((2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)silver(I)，Ag(tmhd))以及胺類化合物。以下，將對上述各種成分進行詳細說明。

在導電油墨中，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)作用為銀的前驅物。詳細而言，當對導電油墨提供能量(例如熱能或光能)，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)中的正一價的銀離子會還原成金屬態的銀。在一實施方式中，以導電油墨的總重量計，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)的含量為9wt%至33wt%。

另外，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)可藉由酸酸銀及2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione，tmhd)在三乙胺及溶劑的存在下進行反應而得，或是(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)可使用市售產品。

在導電油墨中，胺類化合物會與(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)作用形成銀胺錯合物，以進一步穩定銀離子，並提高溶解度，藉此使得導電油墨具有良好的穩定性。在一實施方式中，以導電油墨的總重量計，胺類化合物的含量為5wt%至74wt%。

具體而言，胺類化合物的實例包括(但不限於)己胺、正辛胺或苯甲胺等的一級胺類化合物；乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺或四甲基乙二胺等的二胺類化合物；或二乙烯三胺等的三胺類化合物。在一實施方式中，胺類化合物較佳是第一胺類化合物或二胺類化合物。

另外，在不損及本發明的導電油墨的效果範圍內，導電油墨可進一步包括溶劑。詳細而言，溶劑用以溶解(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)以及胺類化合物，以形成呈均相的導電油墨。在一實施方式中，溶劑例如是醇類溶劑。具體而言，溶劑的實例包括(但不限於)甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、1-己醇或2-己醇。在一實施方式中，以導電油墨的總重量計，溶劑的含量為28wt%至60wt%。

另外，上述所列的溶劑可單獨使用，或可組合兩種或兩種以上使用。也就是說，溶劑系統能夠隨著不同的應用所需要的油墨特性而做調整。舉例而言，本發明的導電油墨可透過調整溶劑系統來獲得適當的性質。

另外，在不損及本發明的導電油墨的效果範圍內，導電油墨可進一步包括添加劑，用以調節導電油墨的附著性、表面張 力或黏度。在一實施方式中，添加劑包括乙基纖維素、羧甲基纖維素、雙馬來聚醯亞胺樹脂或矽烷偶合劑。然而，本發明並不以所揭露的內容為限。另外，在一實施方式中，以導電油墨的總重量計，添加劑的含量為3wt%至14wt%。

另外，本發明的導電油墨具有簡單的製備方法及低的製備成本。詳細而言，在一實施方式中，導電油墨的製備方法包括以下步驟。首先，在冰浴環境下，將胺類化合物與(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)混合並攪拌1小時至2小時。之後，將所得溶液進行一過濾步驟，以除去微量粒子。另外，在導電油墨更包括溶劑的情況下，導電油墨的製備方法更包括在進行過濾步驟前，先將胺類化合物與溶劑均勻混合後再將(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)加入。另外，在導電油墨更包括添加劑的情況下，導電油墨的製備方法更包括在進行過濾步驟前，加入添加劑。

值得說明的是，如前文所述，本發明的導電油墨為具有良好穩定性的均相溶液，且使用(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)作為銀的前驅物，藉此本發明的導電油墨相當適合用以透過印刷或塗佈的方式來形成具有良好電性品質的導電層。舉例而言，在電子裝置中，所述導電層可作為導線。以下，特舉實施方式來詳細說明使用導電油墨製造導電層的方法，藉以作為本發明確實能夠據以實施的範例。

本發明另一實施方式提供一種導電層的製造方法，其包括以下步驟。首先，提供基板。在本實施方式中，所述基板例如 是包括玻璃基板、剛性塑膠基板、金屬基板或陶瓷基板等的剛性基板，或包括聚醯亞胺基板、聚對苯二甲酸乙二酯基板、聚碳酸酯基板、聚丙烯基板、聚乙烯基板、聚苯乙烯基板或薄的金屬或合金基板等的柔性基板。

接著，將前文所述任一導電油墨提供至基板上。詳細而言，進行所述步驟的方法例如是印刷法或塗佈法。印刷法包括噴墨印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、膠版印刷法或網版印刷法，塗佈法包括線棒塗佈法。

之後，對提供至基板上的導電油墨進行加熱處理。詳細而言，加熱處理可使得導電油墨中的溶劑完全被去除，繼而固化形成導電層。在一實施方式中，加熱處理的溫度例如是介於100℃至200℃之間，而加熱時間例如是介於10分鐘至60分鐘之間。另外，在一實施方式中，導電層的片電阻例如是介於0.45Ω/sq至190Ω/sq之間，此表示導電層具有良好的導電度。

一般而言，奈米金屬油墨需經過200℃至300°的高溫燒結處理才會形成電性品質良好的導電層，因此奈米金屬油墨無法有效地應用在無法承受高溫的柔性基板上，致使應用領域受到限制。詳細而言，聚對苯二甲酸乙二酯基板僅能承受120℃以下的溫度。有鑒於此，與習知奈米金屬油墨相比，本發明的導電油墨不但能夠在較低的溫度下即形成具有良好電性品質的導電層，藉此還能夠具有較廣的應用領域。

另外一提的是，在導電油墨更包括例如是黏度調節劑或 矽烷偶合劑的添加劑的情況下，導電油墨與基板之間的黏著力會提高。

下文將參照實施例1至實施例17，更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實施例，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實施例對本發明作出限制性地解釋。

製備實施例1至實施例17的導電層所使用之部分的材料及設備的資訊如下所示。

(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)：由以下所示的製備方法製備。

在氮氣環境下，於三頸燒瓶中，將4.2克的硝酸銀溶於1.4毫升的乙腈和50毫升的甲醇中。在攪拌混合均勻後，將溫度降至0℃，並將所述溶液緩慢加入含有5.5毫升的2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮、3.5毫升的三乙胺及50毫升的甲醇的溶液中。接著，在0℃下持續攪拌反應1小時後，將所得溶液快速過濾以得到白色固體粉末。之後，以甲醇清洗所得之白色固體粉末數次，並利用真空乾燥，以得到產率約為60%的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)。

雙馬來聚醯亞胺樹脂(添加劑)：商品名為BMI 3000。

電阻率計：型號為Loresta-EP MCP-T360，由三菱化學股份有限公司製造。

實施例1 導電油墨的製備

首先，在冰浴環境(0℃至15℃)下，將0.7克的正辛胺與1克的異丙醇均勻混合。接著，將1克的(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)加入所得溶液中並攪拌1小時，以形成銀胺錯合物溶液。之後，將0.3克的乙基纖維素加入銀胺錯合物溶液中並攪拌均勻。接著，以0.45μm的過濾膜進行過濾，以得到實施例1的導電油墨。

導電層的製造

首先，將實施例1的導電油墨以線棒(型號為RDS No.26)塗佈在聚醯亞胺基板上。接著，在100℃下進行加熱處理30分鐘，以製得實施例1的導電層。

實施例2至實施例17

按照與實施例1相同的製備程序，但使用以下表1中所示之各成分的種類及使用量來製備實施例2至實施例17的導電油墨。接著，按照與實施例1相同的製造程序，但使用表1中所示的基板種類以及在表1中所示之加熱溫度及時間的條件下來製造實施例2至實施例17的導電層。

實施例18至實施例19

實施例18至實施例19與實施例1的差異在於：在製備導電油墨時未使用溶劑，而直接將胺類化合物與(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)混合攪拌，其中各成分的種類及使用量如以下表1所示。接著，按照與實施例1相同的製造程序，但使用表1中所示的基板種類以及在表1中所示之加熱溫度及時間的條件下來製造實施例18至實施例19的導電層。

之後，利用四點探針法以電阻率計分別對實施例1至實施例19的導電層進行片電阻的量測，而量測結果顯示於表2中。

由上述表1及表2可知，在加熱溫度低於200℃及加熱時間在60分鐘以下的條件下進行加熱處理後所製得的實施例1至實施例19的導電層均具有良好的導電度。另外，由上述表1及表2可知，在實施例3中，本發明的導電油墨能夠在聚對苯二甲酸乙二酯基板上形成具有良好導電度的導電層，此表示本發明的導電油墨經由數分鐘的低溫熱處理即能夠形成電性品質良好的導電層，藉此能夠提高導電油墨所能應用的領域。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種導電油墨，包括：(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)；以及一胺類化合物，其中所述胺類化合物為正辛胺；其中以所述導電油墨的總重量計，(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烷二酮酸)銀(I)的含量為9wt%至33wt%、所述胺類化合物的含量為5wt%至74wt%。
2. 如申請專利範圍第1項所述的導電油墨，更包括一溶劑，其中以所述導電油墨的總重量計，所述胺類化合物的含量為5wt%至57.14wt%、所述溶劑的含量為28wt%至60wt%。
3. 如申請專利範圍第2項所述的導電油墨，其中所述溶劑是醇類溶劑。
4. 如申請專利範圍第2項所述的導電油墨，其中所述溶劑是甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、1-己醇、2-己醇或其組合。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的導電油墨，更包括添加劑，其中以所述導電油墨的總重量計，所述添加劑的含量為3wt%至14wt%。
6. 一種導電層的製造方法，包括：提供一基板；將一導電油墨提供至所述基板上，其中所述導電油墨係如申請專利範圍第1項所述的導電油墨；以及 對提供至所述基板上的所述導電油墨進行加熱處理。
7. 如申請專利範圍第6項所述的導電層的製造方法，其中所述基板是剛性基板或柔性基板。
8. 如申請專利範圍第6項所述的導電層的製造方法，其中將所述導電油墨提供至所述基板上的方法包括噴墨印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、膠版印刷法、網版印刷法或線棒塗佈法。
9. 如申請專利範圍第6項所述的導電層的製造方法，其中所述加熱處理的溫度介於100℃至120℃之間，所述加熱處理的時間介於10分鐘至60分鐘之間。