專(zhuān)利名稱(chēng)：用于基于溶劑和水的金屬導(dǎo)電油墨的添加劑和改性劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電油墨。
背景技術(shù)：
對(duì)于微電子和大面積電子器件來(lái)說(shuō)，印刷導(dǎo)電膜具有降低制造成本的潛力。近來(lái)， 人們開(kāi)發(fā)出了具有一致尺寸和形狀的金屬納米顆粒。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這些納米顆?？捎糜谥?備分散良好的油墨。這些金屬油墨分散體可用于印刷導(dǎo)體，從而使直寫(xiě)電子電路成為可能。 基于銀和金納米顆粒的油墨已開(kāi)始用于印刷電子器件。之所以可以采用這些金屬，是因?yàn)?它們對(duì)分子氧的氧化具有較高的穩(wěn)定性。電阻率為1.7μ Ω ·cm的銅已廣泛用于電子器件 和微電子芯片。此外，銅沒(méi)有銀或金那么貴，這就使它在用于印刷導(dǎo)體方面成為更有吸引力 的材料。不過(guò)，在印刷和固化過(guò)程中難以避免銅納米顆粒的氧化。為使金屬納米顆粒達(dá)到穩(wěn)定分布，將分散劑吸附到納米顆粒表面上。這些分散劑 的作用是使各納米顆粒保持分離，防止它們聚集成團(tuán)。分散劑可以是有機(jī)聚合物或長(zhǎng)鏈分 子。這種化合物具有高沸點(diǎn)或分解溫度，在固化過(guò)程中難以除去。這些分散劑在固化金屬 膜中的任何殘留物都將使形成的金屬導(dǎo)體獲得更高的電阻率，因?yàn)檫@些分散劑及其分解產(chǎn) 物是非導(dǎo)電性有機(jī)化合物，即絕緣體。發(fā)明概述—方面，導(dǎo)電油墨包含金屬納米顆粒、聚合物分散劑和溶劑。在一些實(shí)施方式中， 聚合物分散劑可以是離子型聚合物分散劑、非離子型聚合物分散劑或者離子型和非離子型 聚合物分散劑的任意組合。聚合物分散劑的沸點(diǎn)可低于約150°C。在一些實(shí)施方式中，溶劑 包括水、有機(jī)溶劑或其任意組合。有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)可低于約150°C。在特定的實(shí)施方式中， 導(dǎo)電油墨包含穩(wěn)定劑、附著力促進(jìn)劑(adhesion promoter)、表面張力改性劑、消泡劑、流平 添加劑(leveling additive)、流變改性劑、濕潤(rùn)劑、離子強(qiáng)度改性劑或其任意組合。在一些 實(shí)施方式中，金屬納米顆粒占油墨的約10重量％至約60重量％。在特定的實(shí)施方式中，聚 合物分散劑占油墨的約0. 5重量％至約20重量％。另一方面，導(dǎo)電油墨包含約15重量％至約65重量％的銅納米顆粒、含約10重 量％至約50重量％的醇和約50重量％至約80重量％的水的載劑，以及分散劑。醇 可以是異丙醇、異丁醇、乙醇、聚乙烯醇、乙二醇或其組合。在一些情況中，分散劑可 以是聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、異硬脂基乙基咪唑啉鐺乙基硫酸鹽(isostearyl ethylimidazolinium ethosulfate)、油烯基乙基咪唑啉鐺乙基硫酸鹽或其組合。在一些情 況中，分散劑可以是磷酸改性的磷酸酯聚酯共聚物(phosphate polyester copolymer)、磺化苯乙烯馬來(lái)酐酯或其組合。在一些實(shí)施方式中，載劑包含約10重量％至約50重量％的水、約40重量％至約 60重量％的環(huán)己醇以及一定量的異丙醇，水與異丙醇之比在約1 1與約1 2之間。在 其他實(shí)施方式中，載劑包含約10重量％至約30重量％的水、約20重量％至約80重量％的 異丁醇以及一定量的異丙醇，水與異丙醇之比在約1 1與約1 2之間。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電油墨可固化成膜，其電阻率小于約10μ Ω · cm，小于約 20μ Ω · cm，或小于約200μ Ω · cm。所述膜可基本上沒(méi)有缺陷，如針孔。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1顯示了用于金屬顆粒的同時(shí)具有陽(yáng)離子和陰離子聚合物基團(tuán)的分散劑。圖2顯示了 3，4-聚亞乙基二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸酯(PED0T:PSS)的化學(xué)結(jié) 構(gòu)。圖3顯示了取代聚噻吩的酸堿平衡。圖4顯示了金屬納米顆粒上的雙層聚合物分散劑。圖5顯示了選定的非離子型表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)。圖6顯示了通過(guò)水解苯乙烯_馬來(lái)酐共聚物樹(shù)脂得到的顏料濕潤(rùn)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)。圖7顯示了利用由導(dǎo)電聚合物制備的銅油墨進(jìn)行噴墨印刷得到的圖案。圖8顯示了在光子固化之前和之后，銅油墨中銅氧化物和銅納米顆粒的X射線衍 射圖樣。圖9是顯示由金屬油墨形成金屬膜的工藝中各步驟的流程圖。發(fā)明詳述適合用來(lái)形成導(dǎo)體的金屬油墨可用金屬納米顆粒、導(dǎo)電聚合物和負(fù)載體系如水、 有機(jī)溶劑或其組合配制。納米顆?？梢允抢玢~、銀、鎳、鐵、鈷、鋁、鈀、金、錫、鋅、鎘等或其 組合。納米顆粒的直徑可約為0.1微米(100納米)或更小。由金屬納米粉末形成穩(wěn)定分 散體的步驟可包括濕潤(rùn)粉末，破碎粉末中的團(tuán)聚體(解團(tuán)聚)，以及穩(wěn)定分散顆粒以抑制絮 凝。在一些情況中，可加入分散劑或表面活性劑，以利于粉末的解團(tuán)聚。在一些情況中，在 該方法的一個(gè)步驟中具有最佳性能的分散劑未必在另一個(gè)步驟中具有最佳性能。因此，加 入一種以上的分散劑或表面活性劑可能是有益的。與普通分散劑的絕緣殘留物不同，諸如導(dǎo)電聚合物這樣的導(dǎo)電有機(jī)化合物可能不 會(huì)成為金屬導(dǎo)體中的絕緣缺陷，而是作為與金屬導(dǎo)體(Rl)并-串聯(lián)的電阻(R2)。導(dǎo)電聚合 物的電阻率(P 2)可低至0.001 Ω ·_。相比之下，金屬導(dǎo)體的電阻率(Pl)在10_6Ω · cm 數(shù)量級(jí)上?？傠娮?R)可描述為
權(quán)利要求
一種導(dǎo)電油墨，其包含金屬納米顆粒；聚合物分散劑；以及溶劑。
2.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚合物分散劑是非離子型的。
3.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚合物分散劑是離子型的。
4.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚合物分散劑包含非離子型聚合物分 散劑和離子型聚合物分散劑。
5.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚合物分散劑的沸點(diǎn)低于約150°C。
6.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述溶劑的沸點(diǎn)低于約150°C。
7.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含附著力促進(jìn)劑。
8.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含表面張力改性劑。
9.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含消泡劑。
10.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含流平添加劑。
11.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含流變改性劑。
12.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨還包含離子強(qiáng)度改性劑。
13.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述金屬納米顆粒占油墨的約10重量％至 約60重量％。
14.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚合物分散劑占油墨的約0.5重量％至約20重量％。
15.如權(quán)利要求1所述的油墨，其特征在于，所述油墨可固化形成電阻率小于約 200μ Ω · cm 的膜。
16.一種導(dǎo)電油墨，其包含約15重量％至約65重量％的銅納米顆粒；包含約10重量％至約50重量％的醇和約50重量％至約80重量％的水的載劑；以及 分散劑。
17.如權(quán)利要求16所述的油墨，其特征在于，所述分散劑選自下組胺、聚乙烯基吡咯 烷酮、聚乙二醇、異硬脂基乙基咪唑啉鐺乙基硫酸鹽、油烯基乙基咪唑啉鐺乙基硫酸鹽及其 任意組合。
18.如權(quán)利要求16所述的油墨，其特征在于，所述分散劑選自下組磷酸改性的磷酸酯 聚酯共聚物、磺化苯乙烯馬來(lái)酐酯及其任意組合。
19.如權(quán)利要求16所述的油墨，其特征在于，所述載劑包含 約10重量％至約50重量％的水；約40重量％至約60重量％的環(huán)己醇；以及異丙醇，異丙醇的量使得水與異丙醇之比在約1 1至約1 2之間。
20.如權(quán)利要求16所述的油墨，其特征在于，所述載劑包含 約10重量％至約30重量％的水；約20重量％至約80重量％的異丁醇；以及異丙醇，異丙醇的量使得水與異丙醇之比在約1 1至約1 2之間。
全文摘要
一種導(dǎo)電油墨，其包含金屬納米顆粒、聚合物分散劑和溶劑。所述聚合物分散劑可以是離子型聚合物分散劑、非離子型聚合物分散劑或者離子型聚合物分散劑與非離子型聚合物分散劑的任意組合。所述溶劑可包括水、有機(jī)溶劑或其任意組合。所述導(dǎo)電油墨可包含穩(wěn)定劑、附著力促進(jìn)劑、表面張力改性劑、消泡劑、流平添加劑、流變改性劑、濕潤(rùn)劑、離子強(qiáng)度改性劑或其任意組合。
文檔編號(hào)H01B1/00GK101990687SQ200980108344
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者D·M·讓德西爾, P·B·萊克斯頓, X·李, 有村英俊, 李運(yùn)鈞 申請(qǐng)人:應(yīng)用納米技術(shù)控股股份有限公司;石原藥品株式會(huì)社