在基材上沉积可喷墨打印组合物的方法技术

本发明专利技术提供一种将可喷墨打印组合物沉积在基材上的方法，它包括：通过喷墨打印将一种油墨组合物沉积在基材上，所述油墨组合物包括：（ａ）功能材料；（ｂ）有机聚合物，它包括聚乙烯基吡咯烷酮，它们分散在（ｃ）选自有机溶剂、水或其混合物的分散载体中；在２５－３５℃所述组合物的粘度为５－５０ｍＰａ.ｓ。

【技术实现步骤摘要】
可喷墨打印的厚膜油墨组合物及其方法
本专利技术涉及电子线路。具体地说，本专利技术涉及用于将油墨组合物喷墨打印在各种基材上的材料和沉积方法。
技术介绍
用于制造电子线路，尤其是电极部分的技术通常有图案丝网印刷、光制图案或者用光刻胶掩模法蚀刻导电铜箔。在所述三种加工方法中，仅有丝网印刷法是一种相加过程。但是，它不是数码控制的。由于电子工业的趋势是制造更小型更便宜的电子器件(它需要更高的分辨率和更细的导体连线来运行)，因此需要开发满足这些要求的导体材料和加工方法。使用喷墨打印将导电物质印刷至基材上制造电子线路是一种数码方法和相加过程，它提供了一种便宜、快捷、有更好环境意识并且更灵活的电子线路制造方法。压电喷墨技术(piezo ink jet technology)由于其按需喷射墨滴(Drop-On-Demand)的性能而在目前广为流行。通常，压电喷墨技术仅可打印喷射时粘度小于20mPa·s的液体。如此低的粘度使得难以制造一种稳定的高密度分散体，例如含常规尺寸的银颗粒的分散体。当金属颗粒的直径超过数百纳米时这是特别困难的。当一种导电组合物具有低的粘度并含有低含量的导电材料时，另一个困难是难以获得宽度窄并且仍然是厚的打印的导体线。因此，在平面基材表面上形成的喷墨打印的薄导体线会具有低的导电率。纳米尺寸的胶体导电颗粒有助于提高导电材料在稳定的低粘度油墨组合物中的加入量。这又有助于制造厚的喷墨打印的导体线。但是，由纳米颗粒制得的现有技术的导体线在高温烧制过程中(对许多陶瓷基材基用途而言这种烧制是必需的)会断开或断裂。Drummond等的美国专利5,132,248公开了一种通过沉积一种材料在基材上形成图案的方法，它包括：(a)通过喷墨打印将所述材料的胶体颗粒在溶剂中的悬浮液沉积在基材上；(b)蒸发溶剂，使所述材料留存在所述基材上；(c)将沉积的材料激光退化(anneal)在基材上，所述图案由激光束的路径所限定；(d)除去未被激光束退化的过量的材料。-->Nakao等的EP 0 989 570A1公开了一种油墨或一种电子部件，它包括水或有机溶剂和分散在所述水或有机溶剂中的1重量％或更多至80重量％或更少的树脂，粘度为2mPa·s或更小。EP 0 989 570A1还公开了一种电子部件的制造方法，它包括下列步骤：将用喷墨法在陶瓷坯料片上形成特定喷墨图案的过程重复多次，所使用的油墨是如下制得的：将粒径为0.001微米或更高至10微米或更小的金属粉末至少分散在水或有机溶剂中，使之含量为1重量％或更高至80重量％或更低，粘度为2泊或更小；将多块形成所述喷墨图案的陶瓷坯料片叠合在一起形成原料陶瓷叠合体；切割成特定的形状并焙烧；形成外电极。Nakao的JP公开专利申请P2000-327964A报道了一种粘度为2泊或更低的电子部件电极油墨，它是将粒径为10微米或更小的金属粉末以1-80重量％的浓度分散在水或有机溶剂中形成的，该油墨在10分钟内的沉淀为10mm或更小，在100分钟内的沉淀为20mm或更小。本专利技术人要开发的组合物能用喷墨打印技术施涂在各种基材上，同时这些组合物的特征为含有大量固体(例如银金属粉末)的稳定分散体，在喷墨打印时的粘度小于20m·Pa·s。专利技术的概述本专利技术提供一种将可喷墨打印组合物沉积至基材上的方法，它包括通过喷墨打印将一种油墨组合物沉积在基材上，所述油墨组合物包括：(a)功能材料、(b)包括聚乙烯基吡咯烷酮的有机聚合物，它们分散在(c)选自有机溶剂、水或其混合物的分散载体(dispersion vehicle)中，所述组合物在25-35℃温度下的粘度为5-50mPa·s。专利技术的详细描述本专利技术着重于聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和/或其共聚物在油墨组合物制剂中的用途，所述油墨组合物可采用各种技术，包括喷墨打印技术施涂。在一个实例中，所述组合物是通过压电喷墨技术施涂的。另外，本专利技术提供稳定的油墨组合物，其在室温的粘度小于20mPa·s，它含有高含量的直径大至1.2微米的固体(电功能材料)，如银颗粒，并可用压电喷墨法打印成电子线路。此外，本专利技术的一个目的是在保持这种低粘度和高固体加入量的同时使用大于纳米尺寸的固体颗粒，具体地说，本专利技术的一个目的是保持低粘度和高固体颗粒加入量的同时提供一种稳定的分散体，所述固体颗粒的直径大于-->数百纳米。本专利技术的另一个目的是提供一种可喷墨打印组合物，它可在长达约24小时内保持稳定并可通过振摇再次稳定。本专利技术再一个目的是提供采用喷墨打印技术沉积这些组合物的方法。本专利技术还提供一种工艺/方法，它可使油墨组合物沉积成更厚的油墨厚度和更窄的线条，从而可获得高导电性。此外，所述喷墨打印的导体线可承受高温烧制。这种油墨沉积方法是采用喷墨技术(包括但不限于压电喷墨技术)实施的。本专利技术组合物的分散稳定性使得无需持续搅拌油墨就可打印所述组合物。所述功能材料包括金属粉末、金属粉末和树脂酸金属盐的混合物，或者金属粉末与树脂酸玻璃料(frit resinates)的混合物。本文中，术语“功能材料”是指能赋予适当电气功能性能(例如导电性、电阻性和介电性能)的材料。因此更具体地说，功能材料可以是导电功能材料、介电功能材料和电阻功能材料。下面将描述本专利技术改进的厚膜组合物(本文称为油墨组合物)的主要组分。1.无机材料A.功能材料介电功能材料的例子包括钛酸钡和二氧化钛，电阻材料；磷和/或颜料。电阻功能材料包括导电氧化物。这些功能材料可用于本专利技术。在电阻组合物中功能材料的例子有Pd/Ag和RuO2。其它介电功能材料包括玻璃或陶瓷、陶瓷粉末、氧化物和非氧化物玻璃料、结晶引发剂或抑制剂、表面活性剂、着色剂、有机介质和常用于这种厚膜介电组合物领域的其它组分。微细分散的功能材料的电功能性本身不会影响本专利技术解决与印刷性有关问题的能力。为说明本专利技术导电线路元件，导电功能材料包括金属粉末、金属粉末与树脂酸金属盐的混合物或者金属粉末与树脂酸玻璃料的混合物。常以粉末形式使用的导电功能材料的例子有例如金、银、铜、镍、铝、铂、钯、钼、钨、钽、锡、铟、镧、轧、钌、钴、钛、钇、铕、镓、锌、镁、钡、铈、锶、铅、锑及其组合，以及导电组合物中常用的其它材料。另外，可使用脂肪酸表面活性剂涂覆所述功能材料，尽管这不是必需的。使用脂肪酸表面活性剂的目的是防止粉末结块在一起。涂覆的功能颗粒(功能材料)-->可被表面活性剂完全或部分涂覆。所述表面活性剂选自硬脂酸、棕榈酸、硬脂酸盐、棕榈酸盐及其混合物。平衡离子可以是，但不限于氢、铵、钠、钾及其组合。如果使用硬脂酸和棕榈酸或其盐的混合物，其较好的比例为30/70-70/30和该范围内的所有比例。按功能颗粒(功能材料)的重量计，组合物中表面活性剂占0.10-1重量％，表面活性剂可置于功能颗粒(功能材料)上或者加至组合物中。可将所述颗粒与溶剂和适量的表面活性剂混合来涂覆功能颗粒(功能材料)。某些合适的溶剂的例子包括水、醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯(texanol)、萜品醇、二醇和本领域已知的任何其它溶剂。该溶剂应使表面活性剂具有足够的溶解度以对涂覆工艺起作用。例如，未干燥的银在水中良好分散的浆料。其它实例使用有机溶剂和/或干银粉末。混合方法可以采用任何混合手段实现，但是通常使用如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将可喷墨打印组合物沉积在基材上的方法，它包括：通过喷墨打印将一种油墨组合物沉积在基材上，所述油墨组合物包括：（ａ）功能材料；（ｂ）有机聚合物，它包括聚乙烯基吡咯烷酮，它们分散在（ｃ）选自有机溶剂、水或其混合物的分散载体中；在２５－３５℃所述组合物的粘度为５－５０ｍＰａ.ｓ。

【技术特征摘要】
US 2004-2-9 10/775,8481.一种将可喷墨打印组合物沉积在基材上的方法，它包括：通过喷墨打印将一种油墨组合物沉积在基材上，所述油墨组合物包括：(a)功能材料；(b)有机聚合物，它包括聚乙烯基吡咯烷酮，它们分散在(c)选自有机溶剂、水或其混合物的分散载体中；在25-35℃所述组合物的粘度为5-50mPa·s。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括烧制所述可喷墨打印组合物和基材的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于对所述基材进行处理以改变其表面张力。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述基材选自玻璃、陶瓷或塑料。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述组合物还包括最多10重量％的无机树脂酸盐。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述无机树脂酸盐是树脂酸银或树脂酸金属盐的混合物。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述功能材料是导电功能材料。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机聚合物还包括选自聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯酸酯的其它聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海新，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]