本发明专利技术涉及用于印刷电子应用的基于自愈性二氧化硅的介电油墨。自行开发了可印刷在柔性基板上的新型的基于自愈性二氧化硅的介电油墨丝网，用于印刷电子应用。二氧化硅油墨由溶剂体系(二甲苯/乙醇)、填料(相对于溶剂体系，55–65wt.％的SiO2)、分散剂(相对于填料，0.8‑1.2wt.％的天然鱼油)和粘合剂(相对于填料，4–6wt.％的聚乙烯醇缩丁醛)组成。胶体油墨包含二氧化硅作为主要填料并具有合适的有机载体。就更快的固化时间而言，本发明专利技术的二氧化硅油墨优越于基于水的介电油墨。基于丝网印刷技术来优化胶体二氧化硅油墨的触变行为。溶剂混合物、天然分散剂、聚合物粘合剂等在控制油墨的胶体稳定性中具有关键作用。研究了在聚酯薄膜上的印刷介电二氧化硅油墨的微观结构和表面粗糙度。对于优化的二氧化硅油墨，还研究了无线电和微波介电性能。开发的二氧化硅油墨的最好的介电性能、快速固化和可印刷性还使它成为用于染料敏化太阳能电池应用的适宜的候选物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于印刷电子应用的基于自愈性二氧化硅(selfhealingsilicabased)的低k(相对介电常数，k还表示为εr)介电油墨。尤其是，本专利技术涉及基于自愈性二氧化硅的介电油墨(selfhealingsilicabaseddielectricink)，并自行开发了用于印刷电子应用的可印刷在柔性基板上的丝网(screen)。
技术介绍
在不远的将来，印刷型电子产品预计将显著增加其市场份额。此项技术已发现用于多种应用：从显示器和照明到RFID(射频识别)、传感器、太阳能电池和电池。在不同的部门如远程通信、包装、汽车、和医学中，电子产品的增加的小型化、技术变革、和便携性需求正在推动在市场上对柔性电子产品的需求。全球印刷型电子产品市场预计将从2008年的28亿美元增长至2015年的242.5亿美元，从2010年至2015年的复合年增长率(CAGR)为38.4％。有趣的是，在亚太地区的印刷型电子产品市场预计将最快增长，从2010年至2015年，CAGR为40.8％，如由MarketsandMarketsResearchPublication(SE1222),Dallas,2011所预测的。来自科学界的对印刷油墨的成本有效的整饰(grooming)方法的开发的细致努力促成了低成本印刷技术的预计数十亿美元的市场。在微电子学中的新兴趋势已向着更小的特性、更低的价格、增加的操作频率和更可靠的产品，其开辟了具有基本上印刷在柔性基板上的电路的更小配件的新的应用。原则上，印刷电子电路(PEC)涉及直接丝网印刷或喷墨印刷过程，其中使用在柔性基板上的导电(或介电)糊料(paste)，因而消除了在今天的\硅电子器件\中使用的所需的传统的减湿过程，其包括蚀刻、剥离、金属化和镀铜。在常规\硅电子器件\中，作为全片(fullsheet)(薄膜)，添加每个导体(或介电)层，其然后被光刻蚀刻以产生所期望的电路。这本身是耗时过程，有时需要高真空，并且材料废物是>90％。这增加了成本，其来自过多材料以及废弃材料的处置。在另一方面，印刷电子电路使用传统方法的目前劳力需求的约20％。陶瓷油墨的常规应用包括瓷砖(ceramictile)的装饰、餐具和3D打印。在印刷型电子产品中，各种印刷方法如喷墨印刷、凹版印刷和丝网印刷被建议用于图案化导电、半导电和绝缘性材料。对于印刷技术在电子产品制造中的应用，基本需要由纳米颗粒、溶剂和添加剂组成的油墨或糊料。油墨形式的高k材料越来越多地用于天线、DRAM电容器、MLC电路、微致动器、高效率脉冲功率电容器、和固态冷却装置。可以参考Zhou等的杂志，TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina2008,vol.18,150-154，其中钛酸钡(BaTiO3)陶瓷油墨用于连续喷墨印刷，其中通过机械混合和溶胶-凝胶法(sol-gelmethod)来合成填料粉末。在常规球磨机中，借助于在去离子水中的不同量的分散剂聚丙烯酸、导电盐(硝酸铵)和临时粘合剂(聚乙烯醇缩丁醛，polyvinylbutyral)来研磨BaTiO3粉末36小时。由Prakasanetal.JournalofMaterialProcessingTechnology,2006,vol.176,222-229报道了ZrO2/Al2O3陶瓷油墨的流变性能和用于直接喷墨印刷的油墨滴的扩散。此文描述了用于喷墨印刷的陶瓷油墨胶体稳定性。上述参考文献提供陶瓷油墨制备和用于喷墨印刷的不同的陶瓷油墨的流变特性的证据。然而，作者没有尝试陶瓷油墨用于低成本丝网印刷应用的胶体稳定性。可以参考颜料制备以及其尤其在印刷油墨、颜料制备(其包含涂覆和未涂覆SiO2薄片)中的应用，由Schoenetal.UnitedStatePatent2004,US6,702,885B2报道了一种或多种特殊效果颜料和磷酸盐化合物。印刷油墨的主要成分由粘合剂、颜料、染料和添加剂组成。印刷产品的应用是用于印刷包装、标签和高品质杂志。然而，如依据上述参考文献显而易见的，开发的在胶体悬浮体中的涂覆硅石薄片适用于纺织印刷业并且没有提及这些油墨在印刷型电子产品中的适应性。可以参考纳米SiO2颗粒，将其分散在含有添加剂的有机溶剂中以制作由Kimetal.MicroelectronicEngineering,2011,vol.88,797报道的SiO2油墨。在本研究中，尝试了两种类型的分散剂：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和羟丙基纤维素(HPC)。溶剂是乙二醇和乙醇，向其添加少量的PVP和HPC以防止SiO2的聚集。然而，如依据上述参考文献显而易见的是，它们的意图是制备纳米二氧化硅油墨分散体并印刷到Si基板上。为了评估SiO2薄膜用于钝化层的可行性，还将银的导电共面波导(conductivecoplanarwaveguide)(CPW)图案印刷在涂覆SiO2薄膜上，接着在高于200℃下热处理。在上述文章中同样没有尝试在室温下在柔性基板上印刷二氧化硅。可以参考作为用于生产陶瓷材料的薄片的制造方法，其由GlennHowatt获得专利，美国专利2582993,1952，的带式浇铸(tapecasting)的实施方式。带式浇铸技术已被限于厚度大于100微米的两维结构。在1960年由IBM开始在电子学中的丝网印刷技术。在现代电子学中，LTCC技术如带层压(tapelamination)、3D结构印刷和设计灵活性的限制可以用丝网印刷技术来补偿。厚膜(丝网印刷的)、LTCC结构以及焊接可以用来进行密封包装。如依据上述参考文献显而易见的，在不久的将来，在电子模块的各种成本有效的制造中，丝网印刷油墨有更多的吸引力。选择丝网印刷作为在电子印刷过程中的印刷技术，因为它是相当便宜的，消耗很少的材料并具有最少的废物以及在电路印刷中是重要的。此外，丝网印刷为快速原型制作(prototyping)提供了大得多的灵活性并且可以应用作为对于定制电子应用的最终工艺阶段。在典型的丝网印刷中，使用最佳粘度为0.1至50Pa.s的油墨的厚糊料。油墨必须是相容的并且应当均匀地润湿到基材以减小其接触角。可以参考介电SiO2油墨以及它在目前和未来技术中的各种应用。由XuejunLuet.al.AppliedPhysicsLetters,2008,vol.93,243301报道的大多数的薄膜晶体管(TFT)，以及由Leeetal.AppliedPhysicsLetters,2009,vol.94,122105报道的有机薄膜晶体管，是由SiO2组成，作为栅极电介质(gatedielectric)，这是由于它的低电容率、低耗散因数和在地球上的高丰度。用于显示应用的薄膜晶体管使用SiO2作为具有200nm厚度的栅极材料(gatematerial)，其是由Kwangsongetal.SyntheticMetals,2009,vol.159,1381-1385所报道。Szlufciketal.SolarEnergyMaterials,1989,vol.18,241-252描述了通过常规厚膜印刷方法来制备的用于硅太阳能电池的抗反射涂层的TiO2陶瓷油墨。最佳油墨组合物由TiO2陶瓷填料组成，其中松油醇本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于自愈性二氧化硅的介电油墨，包含：85‑95wt.％基于二氧化硅的胶体悬浮体、0.8‑1.2wt.％分散剂和5‑15wt.％聚合物粘合剂，其中所述油墨用于柔性印刷电子应用。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 IN 3620/DEL/20131.一种基于自愈性二氧化硅的介电油墨，包含：85-95wt.％基于二氧化硅的胶体悬浮体、0.8-1.2wt.％分散剂和5-15wt.％聚合物粘合剂，其中所述油墨用于柔性印刷电子应用。2.根据权利要求1所述的基于自愈性二氧化硅的介电油墨，其中，分别地在1MHz和15.15GHz下，基于二氧化硅的介电油墨呈现2.4至3.8和2.0至2.8的相对介电常数(k)εr，以及0.01至0.05和0.002至0.006的介电损耗(tanδ)。3.根据权利要求1所述的基于自愈性二氧化硅的介电油墨，其中，在操作温度25至60℃下，所述基于二氧化硅的介电油墨显示55-65ppm/℃的相对介电常数的温度变化。4.一种用...
【专利技术属性】
技术研发人员：库吉查利尔·皮特汉布哈兰·苏伦德兰，迈拉迪尔·托马斯·塞巴斯蒂安，乔宾·瓦尔盖塞，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：印度;IN
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