一种高电导率低温固化型导电浆料及其制备方法技术

技术编号:18167208 阅读:49 留言:0更新日期:2018-06-09 12:31
本发明专利技术涉及一种高电导率低温固化型导电浆料及其制备方法,其包括导电金属粉、纳米导电碳材料、固化型树脂、固化剂。该导电浆料利用纳米导电碳材料的结构特点,连接导电金属粉,形成三维连续的导电通道,并利用可在低温液化或烧结的材料,加强导电金属粉体和纳米导电碳材料之间的连接效果,使导电浆料的电阻率达到μΩ·cm级别,接近银铜等良导体。

【技术实现步骤摘要】
一种高电导率低温固化型导电浆料及其制备方法
本专利技术属于材料制备
,涉及一种高电导率低温固化型导电浆料及其制备方法。
技术介绍
随着环保要求的提高,越来越多的工业产品开始采用增材制造的方法,包括精密印刷技术、3D打印技术等。采用增材工艺制造导电线路的方法多采用导电浆料为原料制作,包括高温烧结型,如晶体硅太阳能电池导电银浆、MLCC导电银浆和钯浆,和低温固化型,如触摸屏银浆。但相对具有良好导电效果的高温烧结型浆料而言,目前低温固化型浆料,由于无法烧结致密化,导电粉体间隙大,接触电阻高,其电阻率一般比铜线大2-3个数量级。过大的电阻率会带来发热、能耗等各种问题,无法完全替代金属铜等良导体。例如以下现有技术,均存在前述的电阻大或者能耗大等缺陷问题:CN201180005330提供了一种导电性糊,是含有金属微粒、分支型聚酯与有机溶剂的导电性糊,所述金属微粒的平均粒径为1×10-3μm以上、5×10-1μm以下。CN201080046981提供了一种用于形成导电性薄膜的导电性膏,该导电性膏含有(A)成分:酸值为50~500eq/ton、玻璃化转变温度为60~150℃的、由聚氨酯树脂构成的粘合剂树脂,(B)成分:金属粉末及(C)成分:有机溶剂。CN201580010191提供了一种金属浆料,其为将由银粒子所构成的固体成分与溶剂捏合而成的金属浆料,其中,所述固体成分由银粒子所构成,所述银粒子以粒子数为基准包含30%以上的粒径100至200nm的银粒子。CN201110436283提供了一种用于低温烧结的导电浆料组合物,所述导电浆料组合物含有包括片状粉末、球状粉末和纳米粉末的导电铜粉、三聚氰胺基粘合剂以及有机溶剂。CN201680006013一种导电性浆料,含有银粉(A)和含腈基橡胶(B),(A)/(B)的重量比为77/23~90/10的范围,该银粉(A)为无定形凝聚粉和/或片状粉,该含腈基橡胶(B)的碱金属含量为4000ppm以下。CN201410292765提供了一种碳纳米管复合铜厚膜导电浆料,按照质量百分比由以下组分组成:导电相60%~80%,玻璃相4%~10%,有机载体15%~30%,上述各组分质量百分比之和为100%。US20150056426A1提供了一种包含分散在介质中的金属盐纳米颗粒形式的至少一种金属前体的印刷制剂(油墨),其中所述金属盐包含有机阴离子。为了寻找新的解决方案,目前还有一系列涉及新材料树脂材料或纳米管替换的方案,但是新材料往往成本高,难以有效的产业化应用。例如,现有技术,CN201480005275提供了一种导电浆料,其特征在于,含有热塑性树脂(A)、导电粉体(B)、离子捕获剂(C)、有机溶剂(D)。CN201610531441提供了一种高分散型油系碳纳米管导电浆料,包括以下重量份的组分:有机树脂10~60质量份、活性碳纳米管5~40质量份、有机溶剂B20~70质量份。CN201210157324提供了一种碳纳米管导电浆料及其制备方法该碳纳米管导电浆料主要由碳纳米管、其他导电填料、分散助剂、和溶剂组成,其质量百分比组成为:碳纳米管:0.5~15%,其他导电物质0.1~2%,分散助剂:0.1~5%,其余为溶剂。CN201410114650提供了一种碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途,碳纳米管导电浆料由导电功能体、分散剂、溶剂按导电功能体:分散剂:溶剂=2~10:0.2~5:85~97.8的质量比配制而成。CN201480052717提供了一种导电浆料,至少含有热塑性树脂(A)、热塑性树脂(B)、固化剂(C)、导电性粉末(D)以及有机溶剂(E)的导电浆料,热塑性树脂(A)相对于热塑性树脂(B),重量比在4.0倍以下,热塑性树脂(A)为重均分子量10,000以上且玻璃化转变温度-10~150℃的聚氨酯树脂和/或聚酯树脂。
技术实现思路
:鉴于现有技术的问题,急需进一步开发一种高电导率低温固化型导电浆料。本专利技术提供了一种高电导率低温固化型导电浆料及其制备方法,其包括导电金属粉、纳米导电碳材料、固化型树脂、固化剂和添加剂。该导电浆料利用纳米导电碳材料的结构特点,在三维空间内连接导电金属粉,形成连续的导电通道,降低由于粉体固含量限制所导致的电阻。所述导电浆料的电阻率达到μΩ·cm级别,接近银、铜等良导体。本专利技术通过以下技术方案来实现:一种高电导率低温固化型导电浆料,所述高电导率低温固化型导电浆料,其包括50~95重量份的导电金属粉、0.01~30重量份的纳米导电碳材料、1~20重量份的固化型树脂、1~10重量份的固化剂和0~10重量份的添加剂。若导电金属粉体重量份低于50%,根据渗透理论,无法形成有效的导电连接网络,无法导通电路,如导电金属粉体重量份高于95%,所制成浆料的粘度过大,无法通过印刷或打印的方式形成连续均匀的导电线路。为了达到最佳的电导率目标,优选情况下导电金属粉体在80~95重量份。进一步优选条件下导电金属粉体在88~94重量份。若纳米导电碳材料低于0.01重量份,则无法在导电金属粉体之间形成高效的导电通道,浆料固化后的电阻率将高于10μΩ·cm;若纳米导电碳材料重量份高于30%所制成浆料的粘度过大,无法通过印刷或打印的方式形成连续均匀的导电线路。若固化性树脂小于1重量份,则无法有效地固化浆料,并且无法跟基材产生有效的附着;若固化性树脂大于20重量份,则电阻率升高明显;若固化剂小于1重量份,则无法有效地固化浆料;若固化剂大于10重量份,则电阻率升高明显,工艺性能也将明显下降;添加剂主要用于调节浆料的流变性能、体系相容性、以及其他一些理化性能,如果高于10重量份,则电阻率升高明显。更为具体的前述材料优选如下:1.导电金属粉本专利技术所述导电金属粉,包括银粉、铜粉、银包铜粉、铝粉、镍粉、钯粉、金粉、锡粉、合金粉中的一种,及以上2种或2种以上的组合。优选情况下采用银粉、银包铜粉中的一种或其组合,以保证较好的抗氧化性,提高导电线路的环境可靠性;在另一种情况下,可选用锡粉和铜粉,或锡粉和银粉的两种粉体组合,或锡粉、铜粉和银粉的三种粉体组合,这种组合的好处在于,锡粉具有接近200℃的熔点,能在浆料固化工艺过程中形成液相,有助于连接其他导电材料,降低电阻率。在另一种情况下,也可以采用铋锡铟铅的合金粉代替锡粉,该合金粉具有更低的熔点。本专利技术所采用导电金属粉,其粉末的形状可以为球形、片状、树枝状、团聚态、近球形中的一种,或2种及两种以上的组合。优选情况下为球状、片状、团聚态、近球形2种及两种以上的组合,有利于赋予浆料以较好的流变性能和导电性能;更优选情况下为球状、近球形,由于该形状的粉体流动性号,比表面积小,振实密度高,可以获得最高的固体含量,同时保证合理的浆料粘度。在另一种情况下,可以选择片状和球形的组合,或片状和近球形的组合,其中片状银粉与另一形状银粉的质量比例为1:99~65:45,这种组合比完全采用球形银粉或近球形银粉的电阻率更低,但是过高的片状粉体含量会影响浆料的流变性能,导致印刷或者打印困难。本专利技术所述导电金属粉的粒径小于30μm,粒尺寸过大,导致浆料细度过大,无法满足细导线的工业要求,优选条件下为小于15μm,更优选条件下为小于8μm。在另一种情况下,导电金属粉中含有一定量的纳米本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,所述高电导率低温固化型导电浆料包括:50~95重量份的导电金属粉、0.01~30重量份的纳米导电碳材料、1~20重量份的固化型树脂、1~10重量份的固化剂和0~10重量份的添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,所述高电导率低温固化型导电浆料包括:50~95重量份的导电金属粉、0.01~30重量份的纳米导电碳材料、1~20重量份的固化型树脂、1~10重量份的固化剂和0~10重量份的添加剂。2.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,导电金属粉包括:银粉、铜粉、银包铜粉、铝粉、镍粉、钯粉、金粉、锡粉、合金粉中的一种,及以上2种或2种以上的组合;纳米导电碳材料包括:碳纳米管、石墨烯中的一种及其组合;所述固化型树脂包括:环氧树脂,羟基丙烯酸树脂,不饱和聚酯树脂,聚酰亚胺树脂、酚醛树脂中的一种及其组合;所述固化剂包括:改性咪唑类、酸酐类、胺类固化剂中一种或其组合。3.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,纳米导电碳材料为碳纳米管、其长径比范围在1000~5000。4.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,所述添加剂包括:表面张力控制剂,分散剂,触变剂,活性稀释剂单体,纤维素及其衍生物,氯醋树脂,偶联剂及附着力促进剂,润滑剂,光引发剂,以及溶剂催干剂中的一种及其组合。5.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,导电金属粉粉末的形状为球形、片状、树枝状、团聚态、近球形中的一种,或2种及两种以上的组合,导电金属粉体在80~95重量份,导电金属粉的粒径小于30μm。6.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,导电金属粉体选择片状和球形的组合,或片状和近球形的组合,其中片状银粉与另一形状银粉的质量比例为1:99~65:45。7.根据权利要求1所述的一种高电导率低温固化型导电浆料,其特征在于,导电金属粉体在88~94重量份,导电金属粉中含有一定量的纳米导电金属粉,纳米粉体的粒径要...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭冉姜宗清胡军辉
申请(专利权)人:深圳市百柔新材料技术有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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