含有蜡触变胶的可高纵横比丝网印刷的厚膜糊剂组合物制造技术

本发明专利技术提供了可高纵横比印刷的厚膜金属糊剂组合物，所述厚膜金属糊剂组合物可使用例如丝网印刷技术沉积至基材上；以及制备和使用厚膜可印刷金属糊剂的方法；以及将所述厚膜金属糊剂组合物丝网印刷至基材上以在基材和/或太阳能电池装置上的导电表面上产生印刷电路、导电线或特征的方法。本发明专利技术也提供了含有由可高纵横比印刷的厚膜金属糊剂组合物产生的电子特征的经印刷的基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有蜡触变胶的可高纵横比丝网印刷的厚膜糊剂组合物相关申请本申请要求如下优先权:2011年3月29日提交的DiptarkaMajumdar、HsienKer、PhilippeSchottland和MichaelMcAllister的题为“HIGH-ASPECTRATIOSCREENPRINTABLETHICKFILMPASTECOMPOSITIONSCONTAININGWAXTHIXOTROPES（含有蜡触变胶的可高纵横比丝网印刷的厚膜糊剂组合物）”的美国临时申请系列No.61/468,621。在允许下，上述临时申请的主题以全文引用的方式并入。
本专利技术涉及厚膜金属糊剂，如银糊剂，以及制备和使用厚膜可印刷金属糊剂的方法，所述厚膜金属糊剂可使用例如丝网印刷沉积而沉积至基材上，以在基材上产生印刷电路、导电线或特征和/或在太阳能电池装置的前侧上产生导电表面。
技术介绍
能量、电子和显示器工业依赖于导电材料的涂布和图案形成，以在有机和无机基材上形成电路、导电线或特征。在有机和无机基材上产生导电图案，特别是大于约100μm的特征的主要印刷方法之一为丝网印刷。诸如银颗粒和铜颗粒的金属离子广泛用于制造用于电子装置和其他用途的导电性厚膜。厚膜应用的例子包括多层电容器中的内电极；多芯片部件中的相互连接；汽车除雾器/除冰器、光伏模块、电阻器、电感器、天线中的导电线；电磁屏蔽（如移动电话）、导热膜；光反射膜；和导电粘合剂。电子部件中厚膜导体的使用是电子领域中公知的。厚膜导体可含有金属（包括贵金属、金属合金或它们的混合物）的微细颗粒和少量无机粘结剂的分散体，所述金属的微细颗粒和无机粘结剂均分散于有机介质中以形成糊状产品。这种糊剂通常例如通过丝网印刷施用至基材，以形成图案化层。然后可烧制图案化的厚膜导体层以使有机介质挥发，并烧结无机粘结剂，所述无机粘结剂通常可含有玻璃料或玻璃形成材料。所得经烧制的层必须显示出导电性，且其必须牢固附接至其印刷的基材。使用本领域已知的厚膜组合物所遇到的问题中的一些包括无法形成高纵横比（高度：宽度，即高的）图案、线或指状物；细线或指状物中增加的电阻和有限的载流能力；以及形成复杂的细线图案的难度和/或费用。因此，需要用于制造待用于电子、显示器和其他应用中的导电特征的厚膜金属糊剂，特别是银糊剂，所述厚膜金属糊剂产生具有高纵横比和/或增加的载流能力和/或降低的电阻的导电特征，所述导电特征可被印刷或图案化而在有机和无机基材上形成电路、导电线和/或特征，以有效地且相对便宜地用于电子、显示器和其他应用中。
技术实现思路
本文提供了厚膜金属糊剂组合物，以及使用所述组合物制造用于电子、显示器和其他应用中的导电特征的方法。所述厚膜金属糊剂组合物含有酰胺蜡触变胶，并可被印刷或沉积，以形成具有细小特征尺寸的结构（例如宽度如70μm细的线）和/或形成具有高纵横比（如0.3至0.45）的结构（如线或指状物），并产生具有足够电性质和机械性质的电子特征。本专利技术也提供了厚膜银糊剂，其含有蜡触变胶，并优选具有特定的恢复时间范围、指定的剪切变稀指数（STI）范围、高纵横比，或它们的任意组合。通过仔细选择与触变蜡组合的原料，可将厚膜银糊剂配制为具有这些性质。配方设计师将知晓如何选择符合产生这些性质所需的特定属性的原料，且非限制性的例子在本文提供。已发现，当本专利技术的厚膜金属糊剂组合物用于沉积或印刷诸如细线的特征时，所述厚膜金属糊剂组合物保持良好的可印刷性，并具有良好的印刷线尺寸稳定性和高纵横比。本专利技术的厚膜金属糊剂组合物可在许多不同的基材上使用，例如未涂布的或氮化硅（例如SiNx）涂布的多晶或单晶硅晶片和它们的组合。本文提供的糊剂能够实现具有高纵横比的导体网格的细线印刷，这降低了线电阻率，因此改进了最终用途应用（例如在太阳能电池中）的性能。可通过本专利技术的糊剂获得的印刷网格线的厚度显著高于来自常规糊剂的那些，并且可相比于使用需要更复杂和耗时的过程的“热熔”糊剂或“叠印”技术获得的那些。该特征对于配制用于使太阳能电池与浅结发射极接触（其中接触电阻通常高于具有低表面电阻率的那些，并因此需要低的线电阻率以获得低的总串联电阻）的糊剂是特别重要的。附图说明图1显示了实例1的糊剂1-3和8的剪切应力恢复。糊剂粘度的恢复显示为在2s-1下经受剪切流两次（每次3分钟）之后在0.1s-1下的平台粘度的百分比。糊剂1、糊剂2和糊剂3中的每一个显示出快速恢复（恢复点小于10秒），而糊剂3显示出缓慢恢复（恢复点大于60秒）。图的圆圈区域表示恢复点。图2A为通过印刷含有触变蜡的糊剂8所获得的具有最小线增宽的厚的高纵横比导体线的俯视图。图2B为图2A的厚的高纵横比导电线的横截面轮廓，其具有84.6μm的宽度和45.9μm的高度。图3A为通过印刷具有低的触变胶与树脂的比例的糊剂3所获得的低纵横比导电线的俯视图。图3B为图3A的低纵横比导电线的横截面轮廓。图4显示了配制为具有各种触变改性剂的糊剂4至7的糊剂的弹性模量。相比于基于其他触变剂的糊剂（糊剂4-6），含有优选的高熔点触变改性剂的糊剂4在更高温度下保持高弹性模量。图5A、5B和5C示出了触变改性剂（例如触变蜡）对坍塌的作用。在图5A中，来自用高熔点触变蜡配制的糊剂（糊剂4）的印刷线在干燥和随后的烧制过程中不显示出坍塌。这是与用低熔点触变蜡配制的糊剂（例如糊剂7）所显示出的坍塌相比，所述糊剂在快速干燥速率下（图5B）以及缓慢干燥速率下（图5C）明显坍塌。图6显示了用各种触变改性剂配制的糊剂4至7的糊剂的储能模量（G’）。相比于基于其他触变剂的糊剂（糊剂4-6），含有优选的高熔点触变改性剂的糊剂4在更高温度下保持高储能模量。具体实施方式应理解前述一般描述和如下详细描述仅为示例性和解释性的，且不限制所要求保护的任何主题。本文所用的段落标题仅为了组织的目的，且不解释为限制所述主题。I.定义除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语与本专利技术所属领域的技术人员所通常理解的具有相同的含义。除非另外指出，否则在本文的全部公开内容中所引用的所有专利、专利申请、公布申请和出版物、网址和其他出版材料均以全文引用的方式并入。在本申请中，除非另外特别指出，否则单数的使用包括复数。在本申请中，除非另外指出，否则“或”的使用意指“和/或”。如本文所用，术语“包括”以及其他形式的使用是非限制性的。如本文所用，范围和量可以以“约”特定的值或范围表示。“约”旨在还包括精确的量。因此，“约5%”意指“约5%”以及“5%”。“约”意指在预期应用或目的的典型实验误差内。如本文所用，“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况发生或不发生，且描述包括其中所述事件或情况发生的实例和所述事件或情况不发生的实例。例如，体系中的任选的部件意指所述部件可存在或不存在于体系中。如本文所用，术语“分散剂”指分散剂，如该术语在本领域已知的那样，其为添加至悬浮介质以促进细小或极细金属颗粒的分配和分离的表面活性试剂。示例性的分散剂包括支化和非支化仲醇乙氧基化物、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、壬基苯酚乙氧基化物、辛基苯酚乙氧基化物、聚氧化的（polyoxylated）烷基醚、烷基二氨基季盐和烷基聚葡萄糖苷。如本文所用，术语“表面活性试剂”指改变表面的性质，特别是表面与溶剂和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属糊剂，其包含：大于50重量%的导电金属颗粒；具有大于110℃的熔点的基于酰胺的蜡；玻璃料；溶剂；和树脂；其中：所述金属糊剂具有在25℃在10秒?1下50至250Pa·s的粘度以及至少10的剪切变稀指数，或小于10秒的恢复时间，或上述两者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.29 US 61/468,6211.一种金属糊剂，其包含：大于50重量％的导电金属颗粒；具有大于110℃的熔点的基于酰胺的蜡；玻璃料；溶剂；树脂；和0.1wt％-7wt％的作为烧结助剂的金属氧化物的颗粒；其中：所述金属糊剂具有在25℃在10秒-1下50至250Pa·s的粘度以及至少10的剪切变稀指数，或小于10秒的恢复时间，或上述两者。2.根据权利要求1所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒含有选自如下的金属：银、金、铜、铝、镍、钯、钴、铬、铂、钽、铟、钨、锡、锌、铅、铬、钌、钨、铁、铑、铱和锇，以及它们的组合或合金。3.根据权利要求1所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒含有银或银合金。4.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒具有：选自如下的形状：立方体、薄片、颗粒、圆柱体、环、针、棱柱、盘、纤维、锥体、球体、和无规非几何形状；以及1nm至10μm的粒度。5.根据权利要求1-3中任一项所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒具有选自棒和椭球体的形状。6.根据权利要求5所述的糊剂，其中所述椭球体选自长椭球体、扁椭球体、椭圆体和卵形体。7.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒为球体、卵形体或薄片形或它们的组合，且所述颗粒具有为单峰分布或双峰分布的粒度分布。8.根据权利要求7所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒具有2.5微米或更小的D50。9.根据权利要求7所述的糊剂，其中所述导电金属颗粒具有10微米或更小的D90。10.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述基于酰胺的蜡含有伯、仲或叔脂肪酰胺或脂肪双酰胺。11.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述基于酰胺的蜡具有大于120℃的熔点。12.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述基于酰胺的蜡含有山萮酸酰胺(二十二酰胺)、癸酰胺、己酰胺、辛酰胺、反油酸酰胺、芥酸酰胺(顺式-13-二十二烯酰胺)、亚乙基双十八酰胺、亚乙基双油酰胺、月桂酰胺(十二酰胺)、亚甲基双十八酰胺、肉豆蔻酰胺、油酰胺(顺式-9-十八烯酰胺)、棕榈酸酰胺、壬酰胺、硬脂酰胺(十八酰胺)、硬脂酰基硬脂酰胺、氢化的蓖麻油/酰胺蜡共混物，或聚酰胺蜡，或它们的共混物。13.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中以所述糊剂组合物的重量计，所述基于酰胺的蜡以0.2wt％至2wt％的量存在。14.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述玻璃料包括铋基玻璃、硼硅酸铅基玻璃或无铅玻璃，或它们的组合。15.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述玻璃料含有如下的一种或多种：A12O3、BaO、B2O3、BeO、Bi2O3、CeO2、Nb2O5、PbO、SiO2、SnO2、TiO2、Ta2O5、ZnO和ZrO2。16.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中以所述糊剂组合物的重量计，所述玻璃料以0.1wt％至10wt％的量存在。17.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述溶剂选自苯乙酮、苄醇、2-丁氧基乙醇、3-丁氧基-丁醇、丁基卡必醇、γ-丁内酯、1,2-二丁氧基乙烷、二甘醇一丁醚、戊二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯的二元酯混合物、二丙二醇、二丙二醇单乙醚乙酸酯、二丙二醇正丁醚、2-(2-乙氧基乙氧基)乙酸乙酯、乙二醇、2,4-庚二醇、己二醇、甲基卡必醇、N-甲基-吡咯烷酮、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、苯氧基乙醇、1-苯氧基-2-丙醇、苯基卡必醇、丙二醇苯基醚、萜品醇、十四烷、甘油和三丙二醇正丁醚，以及这些溶剂的混合物。18.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中以所述糊剂组合物的重量计，所述溶剂以2wt％至15wt％的量存在。19.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述树脂选自乙基纤维素树脂、氢化松香的甘油酯、丙烯酸类粘结剂，以及它们的组合。20.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述树脂为具有20,000至40,000的分子量的乙基纤维素树脂。21.根据权利要求1至3中任一项所述的糊剂，其中所述树脂为具有1,000至2,000的分子量的松香酯树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·马宗达，H·克尔，P·肖特兰德，M·麦卡利斯特，
申请(专利权)人：太阳化学公司，
类型：
国别省市：