導(dǎo)電油墨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在電子設(shè)備一一例如C-Si太陽(yáng)能電池組合件一一的制造中適于作為 導(dǎo)電油墨使用的組合物。該導(dǎo)電油墨包含：a) -種或多種芳香族樹脂；b)平均粒徑為1 μπι 至40 μπι且振實(shí)密度為I. 5g/cm3至6. 5g/cm3的導(dǎo)電銀顆粒；以及c) 一種或多種有機(jī)溶劑。 本發(fā)明還涉及一種在基材上形成導(dǎo)電通道的方法和使用所述導(dǎo)電油墨形成接合組件的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多不同形式的電子設(shè)備均使用具有導(dǎo)電油墨的印刷電路板。導(dǎo)電油墨是可以絲 網(wǎng)印刷的，并且在電子應(yīng)用中用于形成導(dǎo)電元件。例如，導(dǎo)電油墨在通孔連接、跨接線、印刷 版布線和類似應(yīng)用中作為絲網(wǎng)印刷電子電路使用以提供穩(wěn)定的電互連。
[0003] 現(xiàn)在可獲得的導(dǎo)電油墨具有許多缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是許多導(dǎo)電油墨對(duì)一些金屬表 面（例如鋁）的粘附性不足。導(dǎo)電油墨的另一個(gè)缺點(diǎn)在于這些材料在焊接到其它金屬基材 (例如跨接線，如常見的錫合金帶）上之后常常不能形成穩(wěn)定可靠的電互連。
[0004] 因此，開發(fā)一種對(duì)各種金屬基材（例如鋁或含鋁基材）表現(xiàn)出良好粘附性的導(dǎo)電 油墨將是有利的。提供一種可直接焊接到其它金屬基材上從而形成具有良好接合強(qiáng)度的穩(wěn) 定可靠電互連的導(dǎo)電油墨是進(jìn)一步有利的。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 圖1是Cl焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
[0006] 圖2是C7焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
[0007] 圖3是Cll焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
[0008] 圖4是C15焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
[0009] 圖5是Dl焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
[0010] 圖6是D5焊接后的SEM截面圖；剝離前（左）和剝離后（右）。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本發(fā)明提供一種對(duì)鋁或含鋁基材具有優(yōu)異粘附性的導(dǎo)電油墨。所述導(dǎo)電油墨在干 燥后可以直接焊接至其它金屬基材，其中形成呈現(xiàn)良好接合強(qiáng)度的穩(wěn)定可靠的電互連。
[0012] 本發(fā)明的導(dǎo)電油墨包含a) -種或多種芳香族樹脂；b)平均粒徑為1 μπι至40 μπι 且振實(shí)密度為I. 5g/cm3至6. 5g/cm 3的導(dǎo)電銀顆粒；以及c) 一種或多種有機(jī)溶劑。
[0013] 此處所使用的術(shù)語(yǔ)"芳香族樹脂"，指的是包含至少一個(gè)芳香族基團(tuán)作為它們分子 結(jié)構(gòu)中的部分的低聚材料或聚合材料。合適的芳香族基團(tuán)包括亞苯基基團(tuán)、苯基基團(tuán)或多 環(huán)芳香族基團(tuán)。優(yōu)選的芳香族樹脂，基于所述樹脂的總量，具有量為至少5wt.-%、更優(yōu)選至 少IOwt.-%、并且尤其優(yōu)選至少15wt.的芳香族基團(tuán)。
[0014] 導(dǎo)電油墨中芳香族樹脂的使用對(duì)本發(fā)明是至關(guān)重要的，因?yàn)橹挥挟?dāng)使用包含至少 一個(gè)芳香族基團(tuán)作為樹脂分子結(jié)構(gòu)的部分的樹脂時(shí)，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種金屬基材（例如鋁 或含鋁基材）的足夠粘附性。
[0015] 芳香族樹脂組分充當(dāng)成膜劑和/或粘接材料。合適的芳香族樹脂可選自苯氧基樹 月旨、芳香族聚酯樹脂、芳香族熱塑性聚氨酯和它們的任意組合。
[0016] 苯氧基樹脂特別適合用于本發(fā)明中。此處所用的術(shù)語(yǔ)"苯氧基樹脂"指的是得自 多元酚（例如雙酚和環(huán)氧氯丙烷）的反應(yīng)的低聚或聚合的聚（羥基醚）。苯氧基樹脂的使 用是有利的，因?yàn)檫@些樹脂具有非常好的熱穩(wěn)定性，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐氧性（resistance to oxygen)和耐濕性，并且在酸或堿性材料存在下不會(huì)分解。
[0017] 適合在本發(fā)明中使用的苯氧基樹脂可以通過(guò)將約0. 98至約1. 02摩爾的環(huán)氧氯丙 烷與1摩爾二羥基酚和約0. 6至約1. 5摩爾的堿金屬氫氧化物（例如氫氧化鈉或氫氧化鉀） 一起混合而制備，其中所述混合通常在含水介質(zhì)中在約〇°C至約50°C的溫度下進(jìn)行直至至 少約 60摩爾百分比的環(huán)氧氯丙烷被消耗。為進(jìn)一步改進(jìn)在各種金屬表面上的接合強(qiáng)度，可 期望通過(guò)在其上接枝含有羧基側(cè)基的部分而對(duì)苯氧基樹脂改性。這些羧酸接枝的苯氧基樹 脂可以例如通過(guò)一種或多種苯氧基樹脂和一種或多種二或多羧酸的單酸酐反應(yīng)而制備。
[0018] 優(yōu)選的苯氧基樹脂具有10000g/mol至70000g/mol、更優(yōu)選20000g/mol至 55000g/mol的重均分子量（M w)。在本發(fā)明中，重均分子量（Mw)通過(guò)凝膠滲透色譜（GPC)、 優(yōu)選使用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)品而測(cè)定。
[0019] 當(dāng)然，本發(fā)明中也優(yōu)選使用不同苯氧基樹脂的組合。
[0020] 適合用于本發(fā)明中的市售可得的苯氧基樹脂包括Phenoxy PKHH，InChem Corp.用 于得自雙酚A(2,2_二（對(duì)羥基苯基）丙烷和環(huán)氧氯丙烷的縮聚物的商標(biāo)名稱。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的導(dǎo)電油墨中存在的所有芳香族樹脂的總量在約4至 約25wt. - %、優(yōu)選約6至約15wt. - %、并且更優(yōu)選約8至約12wt. - %的范圍內(nèi)，各自均基于 本發(fā)明導(dǎo)電油墨的總量。
[0022] 在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的導(dǎo)電油墨中存在的所有苯氧基樹脂的總量在約4至 約25wt. - %、優(yōu)選約6至約15wt. - %、并且更優(yōu)選約8至約12wt. - %的范圍內(nèi)，各自均基于 本發(fā)明導(dǎo)電油墨的總量。
[0023] 對(duì)于一些應(yīng)用，可使用芳香族樹脂和非芳香族樹脂的混合物。然而，當(dāng)導(dǎo)電油墨僅 包含芳香族樹脂且另外不含非芳香族樹脂時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在各種金屬表面上特別好的粘接性與 良好的可焊接性的結(jié)合。
[0024] 本發(fā)明的導(dǎo)電油墨還包含平均粒徑為1 μπι至40 μπι且振實(shí)密度為I. 5g/cm3至 6. 5g/cm3的導(dǎo)電銀顆粒。
[0025] 此處所用的術(shù)語(yǔ)"導(dǎo)電銀顆粒"，指的是主要由銀（Ag)組成的顆粒。導(dǎo)電銀顆粒的 銀含量為至少95wt. - %，更優(yōu)選為至少98wt. - %，并且尤其優(yōu)選為至少99wt. - %，各自均 基于所述導(dǎo)電銀顆粒的總量。盡管如此，所述銀顆?？砂倭康钠渌饘僮鳛殡s質(zhì)。
[0026] 如在本發(fā)明中所用的，術(shù)語(yǔ)"平均粒徑"指的是累積體積分布曲線的D5。值，在此 處50體積％的顆粒具有小于所述值的直徑。在本發(fā)明中，體積平均粒徑或D 5。值通過(guò)激光 衍射而測(cè)定，其中優(yōu)選使用可從Malvern Instruments Ltd.獲得的Malvern Mastersizer 2000。在此技術(shù)中，基于Fraunhofer或Mie理論的應(yīng)用，懸浮液或乳液中顆粒的粒徑通過(guò)使 用激光束的衍射而測(cè)定。在本發(fā)明中，應(yīng)用針對(duì)非球形顆粒的Mie理論或修正Mie理論并且 平均粒徑或D5。值涉及相對(duì)于入射激光束以0. 02至135度角的散射測(cè)量。對(duì)于所述測(cè)量， 進(jìn)一步優(yōu)選顆粒在適當(dāng)?shù)囊后w（例如丙酮）中的分散體通過(guò)使用超聲而制備。為了產(chǎn)生可 接受的信噪比，分散體中的顆粒濃度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選以獲得6%至20%的模糊度（obscuration) 的方式選擇。
[0027] 通常使用25cm3刻度玻璃量筒根據(jù)ISO 3953測(cè)定振實(shí)密度。所具體指定的方法 的原理是通過(guò)振實(shí)儀器來(lái)振實(shí)容器中指定量的粉末直到粉末體積不再減少。測(cè)試后將粉末 的質(zhì)量除以其體積得到它的振實(shí)密度。
[0028] 振實(shí)密度小于I. 5g/cm3的導(dǎo)電銀顆粒不適合于用在本發(fā)明中，原因在于將導(dǎo)電油 墨干燥并焊接于其它金屬表面后得到的焊接強(qiáng)度是不足夠的。振實(shí)密度大于6. 5g/cm3的導(dǎo) 電銀顆粒明顯降低了相應(yīng)油墨的可操作性，其使得這些材料不適合用于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)應(yīng)用中。
[0029] 優(yōu)選的導(dǎo)電銀顆粒具有2 μ m至20 μ m并且更優(yōu)選3 μ m至10 μ m的平均粒徑。導(dǎo) 電銀顆粒的振實(shí)密度優(yōu)選為2. 5g/cm3至6. Og/cm 3,并且更優(yōu)選為3. 5g/cm3至5. 5g/cm3。
[0030] 當(dāng)使用具有2 μπι至20 μπι的平均粒徑和2. 5g/cm3至6. Og/cm3的振實(shí)密度的導(dǎo) 電銀顆粒時(shí)，可獲得特別好的粘附性和可焊接性。更優(yōu)選所使用的導(dǎo)電銀顆粒具有3 μ m至 10 μπι的平均粒徑和3. 5g/cm3至5. 5g