改善印刷的导电油墨的片电阻率的方法技术

在基底上形成印刷图案的方法，包括用导电油墨将图案印刷至基底上，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，固化印刷图案，以及通过将印刷的图案供给穿过在比热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高约20℃至约130℃且最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下、以及约1m/min至约100m/min的穿过定影系统的供给速率下操作的定影系统来定影印刷图案。该方法可以连续进行。该方法改善了印刷的油墨的片电阻率。

【技术实现步骤摘要】
改善印刷的导电油墨的片电阻率的方法
技术介绍
银油墨目前的总市值估计为每年约80亿美元。银油墨目前的主要用途是用于在设备的电气部件之间印刷导电线路和互连。利用银油墨的设备包括例如家电产品，诸如在家电产品的控制面板中，例如用于平膜传感器和开关、消费性电子产品、计算机、手机及太阳能电池板。使用液体沉积技术制造电子元件受到广泛关注，因为这种技术提供了用于诸如薄膜晶体管(TFT)、发光二极管(LED)、RFID标签、光电池等的应用的潜在低成本替代方案。但是，满足实际应用的电导率、加工及成本要求的功能电极、像素板和导电迹线、线路与轨道的沉积和/或图案化已经成为巨大的挑战。尽管在上述应用中公认银膏市场，但是如果解决了银油墨的问题诸如当与纯金属相比低的导电率或高的片电阻率，以及考虑到上升的银成本的成本问题，则存在极大的机会。因此，与大多数市售导电油墨例如包括导电片诸如银、粘合剂和溶剂的导电油墨相关的性能，是当与纯金属相比时导电率太低。来自供应商诸如DuPont或Henkel的商业银油墨膏的油墨片电阻率为12至25mΩ/平方/密耳。对于油墨在电子组件诸如传感器、光电面板、平板OLED照明等等间需要特殊电互连的广泛产品中的用途，具有减小的片电阻率的导电油墨将是极大的促进。此外，具有增加的导电率的导电油墨可以使得能够用于细线的印刷，因此降低材料成本。因此仍然存在对于表现出改善的片电阻率和导电率的导电油墨的需要。
技术实现思路
以上及其他问题通过本申请得以解决，其中在实施例中，本申请涉及在基底上形成印刷图案的方法，包括用导电油墨将图案印刷至基底上，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，固化印刷图案，以及通过将其上具有印刷图案的基底供给穿过在比热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高约20℃至约130℃且最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下、以及约1m/min至约100m/min的穿过定影系统的供给速率下操作的定影系统来定影印刷图案。本文还描述的是在基底上形成印刷图案的方法，包括用导电油墨将图案印刷至基底上，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，固化印刷图案，以及通过将其上具有印刷图案的基底供给穿过在比热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高约20℃至约130℃且最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下、以及约1m/min至约100m/min的穿过定影系统的供给速率下操作的定影系统来定影印刷图案，其中定影的印刷图案的片电阻率为10mΩ/平方/密耳或更少。进一步描述的是在基底上形成印刷图案的连续方法，包括以连续方式将基底供给穿过用于用导电油墨将图案印刷至基底的印刷装置，用于固化印刷图案的固化装置以及用于定影固化的印刷图案的定影装置，其中印刷包括将图案印刷至基底上，导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，定影包括通过将其上具有印刷图案的基底供给穿过在比热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高约20℃至约130℃且最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下操作的定影系统来定影印刷图案，且其中整个连续方法的供给速率为约1m/min至约100m/min。附图说明图1是本申请的示例方法的示意图。图2是本申请的示例连续内联(inline)方法的示意图，利用胶版印刷法或柔性版/凹版印刷方法。具体实施方式本文描述的是印刷方法，与通过传统方法印刷的相同的印刷的导电油墨相比，其实现具有改善的片电阻率和导电率的印刷的导电油墨。在传统印刷方法中，通常通过丝网印刷来印刷导电油墨，以在基底上形成需要的导电油墨的图案。在导电油墨的印刷之后，使印刷部经受干燥或固化过程以从油墨移除溶剂并使油墨在基底上固化。在本方法中，已经发现如果使上述固化的油墨进一步经受额外的定影步骤，则与传统的印刷的油墨相比，片电阻率意外地减小，且印刷的油墨的导电率意外地增加。因此本文的方法包括通过印刷方法用导电油墨将图案印刷在基底上，使油墨的印刷图案例如在约120℃至约250℃在温度下经受固化，且持续足够长的时间以从导电油墨基本上移除所有溶剂，以及通过将印刷图案供给穿过在比导电油墨的热塑性粘合剂的玻璃化转变温度(Tg)高约20℃至约130℃但是最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下以及约1m/min至约100m/min的穿过定影系统的供给速率下操作的定影系统来使油墨的图案经受定影。作为在本文的方法中使用的导电油墨，可以使用任何合适的导电油墨。导电油墨理想地包括至少导电材料、热塑性粘合剂及溶剂。作为导电材料，可以使用颗粒形式的任何材料，其中颗粒的平均尺寸为例如0.5至15微米，诸如1至10微米或2至10微米。虽然颗粒可以是任何形状，理想地，导电材料是二维形状，诸如片状，包括棒、锥和板，或针状，且长宽比为例如至少约3比1，诸如至少约5比1。导电材料可以包括任何导电金属或金属合金材料。合适的导电材料可以包括例如金属，诸如选自以下的至少一种金属：金、银、镍、铟、锌、钛、铜、铬、钽、钨、铂、钯、铁、钴及其合金。可以使用包括至少前述之一的组合。导电材料还可以是用一种或更多种前述金属或合金涂覆或镀层的基底材料，例如镀银铜片。因为成本、可用性和性能方面的原因，理想的导电材料包括银或镀银材料。在导电膏中导电材料可以以例如油墨的约50至约95重量％、诸如约60至约90重量％或约70至约90重量％的量存在。油墨还包括至少一种热塑性粘合剂。粘合剂理想地是具有相当高粘度以使得在印刷之后油墨能够保留图案的材料，具有使得热塑性材料在合理的温度下熔化或软化且剪切稀化(对于该方面较低Tg是理想的)，但也使得印刷的油墨能够牢固(要求较高的Tg)的Tg。如通过任何公认的方法测量，粘合剂的重均分子量(Mw)可以为10,000至600,000道尔顿(Da)，诸如约25,000至约250,000Da或约30,000至约250,000Da。粘合剂的Tg为例如约55℃至约150℃，诸如约60℃至约100℃或约60℃至约80℃。至少一种热塑性粘合剂可以是任何合适的材料。示例热塑性粘合剂聚合物包括，例如，聚酯诸如对苯二甲酸酯、萜烯、苯乙烯嵌段共聚物诸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物及苯乙烯-乙烯/丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯及其他聚甲基丙烯酸(烷基)酯、聚烯烃、聚丁烯、聚酰胺等及其混合物。至少一种热塑性粘合剂可以任选地包括官能团诸如羟基或羧基，其可以帮助粘合剂在油墨的溶剂中分散和/或导电材料在油墨中分散。在实施例中，粘合剂是具有下式的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)三元共聚物：其中R1是化学键诸如共价化学键，或具有约1至约20个碳原子、约1至约15个碳原子、约4至约12个碳原子、约1至约10个碳原子、约1至约8个碳原子或约1至约4个碳原子的二价烃链；R2和R3独立地为烷基诸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和庚基，具有约1至约20个碳原子、约1至约15个碳原子、约4到约12个碳原子、约1至约10个碳原子、约1至约8个碳原子或约1至约4个碳原子的芳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基底上形成印刷图案的方法，包括：用导电油墨将图案印刷至所述基底上，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，固化所述印刷图案，以及通过将其上具有所述印刷图案的所述基底供给穿过在比所述热塑性粘合剂的所述玻璃化转变温度高约20℃至约130℃且最低限度为至少120℃的温度下、约50psi至约1500psi的压力下、以及约1m/min至约100m/min的穿过所述定影系统的供给速率下操作的定影系统来定影所述印刷图案。

【技术特征摘要】
2013.06.24 US 13/9254381.一种在基底上形成印刷图案的方法，包括：将导电油墨沉积至所述基底上以形成印刷图案，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，在120℃至250℃的温度下固化所述印刷图案足够长的时间以从导电油墨基本上移除所有溶剂，以及通过将其上具有所述印刷图案的所述基底供给穿过在比所述热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高20℃至130℃下操作的定影系统，并使所述印刷图案经受最低限度为至少120℃至140℃的温度、50psi至1500psi的压力、以及1m/min至100m/min的穿过所述定影系统的供给速率，来定影所述印刷图案；其中所述热塑性粘合剂包括聚乙烯吡咯烷酮和下式的聚乙烯醇缩丁醛三元共聚物其中R1是化学键或具有1至20个碳原子的二价烃链；R2和R3独立地为烷基、具有1至20个碳原子的芳基或取代芳基；x、y和z独立地分别表示相应重复单元的比例，其表示为重量百分比，其中每个重复单元沿聚合物链无规分布，x、y和z的总和为100重量％，且x为3重量％至50重量％、y为50重量％至95重量％及z为0.1重量％至15重量％，另外其中聚乙烯吡咯烷酮和所述聚乙烯醇缩丁醛三元共聚物的重量比为1:3至1:30。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电材料为具有0.5至15微米的平均尺寸及至少3比1的长宽比的导电颗粒。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电材料为具有2至10微米的平均尺寸的银片。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述定影为至少130℃的温度。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述定影还同时包括固化。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述定影系统包括至少一对加热的定影辊。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一对中的接触所述印刷图案的定影辊在其表面上包括可移动的释放层和/或具有包含氟化材料的表面。8.根据权利要求1所述的方法，其中导电油墨中存在的聚乙烯吡咯烷酮的量为导电油墨的0.1至3重量％。9.根据权利要求1所述的方法，其中导电油墨中存在的聚乙烯吡咯烷酮的量为导电油墨的0.2至0.8重量％。10.根据权利要求1所述的方法，其中聚乙烯吡咯烷酮和所述聚乙烯醇缩丁醛三元共聚物的重量比为1:3至1:25。11.根据权利要求1所述的方法，其中聚乙烯吡咯烷酮和所述聚乙烯醇缩丁醛三元共聚物的重量比为1:5至1:20。12.一种在基底上形成印刷图案的方法，包括：将导电油墨沉积至所述基底上以形成印刷图案，所述导电油墨包括导电材料、热塑性粘合剂及溶剂，在120℃至250℃的温度下固化所述印刷图案足够长的时间以从导电油墨基本上移除所有溶剂，以及通过将其上具有所述印刷图案的所述基底供给穿过在比所述热塑性粘合剂的玻璃化转变温度高20℃至100℃下操作的定影系统，并使所述印刷图案经受最低限度为至少120℃至140℃的温度、50psi至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·艾夫泰姆，Y·吴，N·乔普拉，C·王，M·达马托，S·J·加德纳，K·I·哈弗雅德，A·P·科特，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US