透明高温烧结银浆及其制备方法、使用方法和应用

技术领域

本发明涉及导电银浆技术领域，尤其是涉及一种透明高温烧结银浆及其制备方法、使用方法和应用。

背景技术

随着社会经济发展，对能源、电子领域需求不断增长，许多高性能核心电子材料，例如导电银浆，长期受到国外技术垄断，而高温导电银浆是高性能电子的主要材料，是获得高效率、低成本高性能电子的关键材料。

现有的高温导电银浆中，为了使银浆具有良好的印刷性，添加大量的有机载体，这些辅料的过量使用通常会对银浆的使用性能产生影响：如大量的有机混合物的使用会使得银浆的导电性能降低。

为获得良好的、高效率的导通性，大量银粉被添加而使得银浆成本增加，同时银粉的大量使用也会对银浆的分散性能产生影响，不利于银浆的后期印刷。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种透明高温烧结银浆，以缓解现有技术中银浆导电性能低、分散性能不好影响印刷以及成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种透明高温烧结银浆，包括以下原料：银粉、聚酰胺/聚苯胺导电混合物、玻璃粉和溶剂。

可选地，包括以下质量分数的原料：银粉15％-20％、聚酰胺/聚苯胺导电混合物60％-80％、玻璃粉3％-15％和溶剂2％-22％。

可选地，所述溶剂包括异氟尔酮、丁基溶酐乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯和二甘醇乙醚醋酸酯中的至少一种。

可选地，所述聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比为(1-4):5。

本发明的第二方面提供了所述的透明高温烧结银浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：将聚酰胺/聚苯胺导电混合物与溶剂混合均匀得到聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液；

步骤B：将银粉与玻璃粉混合均匀后研磨得到混合粉末；

步骤C：将步骤B得到的混合粉末加入步骤A的聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液中混合均匀得到透明高温烧结银浆。

可选地，步骤B中，所述混合粉末的粒度≤4.5μm。

可选地，步骤C中，所述透明高温烧结银浆的黏度为10000mPa·s-12000mPa·s。

本发明的第三方面提供了所述的透明高温烧结银浆的使用方法，将所述透明高温烧结银浆印制于器件上，再进行烧结得到银导电层。

可选地，烧结的温度为700℃-950℃；

优选地，烧结的时间为5min-10min。

本发明的第四方面提供了透明高温烧结银浆在PCB板、微电子或太阳能电池板中的应用。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的透明高温烧结银浆，在原料中添加了聚酰胺/聚苯胺导电混合物，其中聚酰胺分子链上含有一定数量的酰胺基团，其化学结构决定了它能与聚苯胺形成氢键而互相吸附形成混合物；而聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。聚苯胺及聚酰胺均为导电高分子，当聚苯胺通过与聚酰胺高分子材料复合后，其在银浆中的应用可部分取代粘接剂树脂，会得到同时具有良好的加工性和机械性能并且电导率可控的导电复合材料，提高了银浆的透明性以及导电能力。玻璃粉提高了银浆与玻璃基板的烧结性能，提高粘接力。银粉、聚酰胺/聚苯胺导电混合物、玻璃粉和溶剂整体相互配合提高了银浆的透明性、导通性、分散性能和印刷性能。本发明提供的透明高温烧结银浆电阻率为2×10

本发明提供的制备方法简单、处理量大、成本低、方法重复性高，有利于大规模生产。

本发明提供的使用方法简单，机械操作方便，处理量大，有利于规模化操作。

本发明提供的应用为PCB板、微电子和太阳能电池板提供了性能更好、成本更低的导电银浆，提高了PCB板、微电子和太阳能电池板中的电路的连通以及光电转化效率。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明中，对温度没有特别说明即为常温下或室温下，即相关操作不需要特别考虑温度影响，不需要加热或制冷处理。

根据本发明的第一方面提供的一种透明高温烧结银浆，包括以下原料：银粉、聚酰胺/聚苯胺导电混合物、玻璃粉和溶剂。

本发明提供的透明高温烧结银浆，在原料中添加了聚酰胺/聚苯胺导电混合物，其中聚酰胺分子链上含有一定数量的酰胺基团，其化学结构决定了它能与聚苯胺形成氢键而互相吸附形成混合物；而聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。当聚苯胺通过与聚酰胺高分子材料复合后，会得到同时具有良好的加工性和机械性能并且电导率可控的导电复合材料，提高了银浆的透明性以及导电能力。玻璃粉提高了银浆与玻璃基板的烧结性能，提高粘接力。银粉、聚酰胺/聚苯胺导电混合物、玻璃粉和溶剂整体相互配合提高了银浆的透明性、导通性、分散性能和印刷性能。本发明提供的透明高温烧结银浆电阻率为2×10

聚酰胺/聚苯胺导电混合物、玻璃粉和溶剂形成载体，各组分之间通过自固化过程收缩，使得分散在其中的银粉彼此接触以形成导电网络。

溶剂溶解聚酰胺/聚苯胺导电混合物，调节导电银浆的分散性、粘度、印刷性，以及导电银浆与基底的润湿性。

可选地，包括以下质量分数的原料：银粉15％-20％、聚酰胺/聚苯胺导电混合物60％-80％、玻璃粉3％-15％和溶剂2％-22％。

当银粉的质量分数低于15％时，银颗粒无法有效连接聚合物的分子网络结构中，形成导电网络体，导致电阻率过高；当银粉的质量分数高于20％时，银颗粒容易在有机溶剂基体中团聚，分散性变差。当聚酰胺/聚苯胺导电混合物的质量分数低于60％时，无法将银颗粒有效联结成导电网络体，导致电阻率过高，并且也会导致烧结固化时间延长；当聚酰胺/聚苯胺导电混合物的质量分数高于80％时，透明高温烧结银浆粘度变高，分散性变差。当玻璃粉的质量分数低于3％时，影响与玻璃基底的烧结性能，附着力不好；当玻璃粉的质量分数高于15％时，导电率变小。

在本发明的一些实施方式中，透明高温烧结银浆中银粉的质量分数典型但不限于15％、16％、17％、18％、19％或20％；聚酰胺/聚苯胺导电混合物的质量分数典型但不限于60％、65％、70％、75％或80％；玻璃粉的质量分数典型但不限于3％、6％、9％、12％或15％；溶剂的质量分数典型但不限于2％、7％、12％、17％或22％。

可选地，所述溶剂包括异氟尔酮、丁基溶酐乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯和二甘醇乙醚醋酸酯中的至少一种。

可选地，所述聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比为1-4:5。

当聚酰胺与聚苯胺的质量比低于1:5时，银浆料的抗静电性能差，稳定性差；当聚酰胺与聚苯胺的质量比高于4:5时，制成的透明高温烧结银浆电阻率偏高。

在本发明的一些实施方式中，聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比典型但不限于1:5、2:5、3:5或4:5。

本发明的第二方面提供了所述的透明高温烧结银浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：将聚酰胺/聚苯胺导电混合物与溶剂混合均匀得到聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液；

步骤B：将银粉与玻璃粉混合均匀后研磨得到混合粉末；

步骤C：将步骤B得到的混合粉末加入步骤A的聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液中混合均匀得到透明高温烧结银浆。

本发明提供的制备方法简单、处理量大、成本低、方法重复性高，有利于大规模生产。

可选地，步骤B中，所述混合粉末的粒度≤4.5μm。

当混合粉末的粒度不大于4.5μm时，其在透明高温烧结银浆中的粒径越小，银粉的填充越密集且要求的固化温度将越低。当银粉颗粒尺寸大于4.5μm时，银粉颗粒间空隙容易被载体所填充，影响导电粒子间形成导电通路，影响透明高温烧结银浆的性能。

可选地，步骤C中，所述透明高温烧结银浆的黏度为10000mPa·s-12000mPa·s。

在本发明的一些实施方式中，所述透明高温烧结银浆的黏度典型但不限于10000mPa·s、11000mPa·s或12000mPa·s。

本发明的第三方面提供了所述的透明高温烧结银浆的使用方法，将所述透明高温烧结银浆印制于器件上，再进行烧结得到银导电层。

本发明提供的使用方法简单，机械操作方便，处理量大，有利于规模化操作。

可选地，烧结的温度为700℃-950℃。

在本发明的一些实施方式中，烧结的温度典型但不限于700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃。

优选地，烧结的时间为5min-10min。

在本发明的一些实施方式中，所述烧结的时间典型但不限于5min、6min、7min、8min、9min或10min。

本发明的第四方面提供了透明高温烧结银浆在PCB板、微电子和太阳能电池板中的应用。

本发明提供的应用为PCB板、微电子和太阳能电池板提供了性能更好、成本更低的导电银浆，提高了PCB板、微电子和太阳能电池板中的电路的连通以及光电转化效率。

下面结合实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中实施例和对比例中所用原料未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

实施例1

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，原料包括银粉17kg、聚酰胺/聚苯胺导电混合物70kg、玻璃粉9kg和异氟尔酮4kg；其中聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比1:2。玻璃粉为Bi

该透明高温烧结银浆的制备过程如下：

1、将聚酰胺与聚苯胺按照质量比混合均匀后加入部分异氟尔酮混合，室温下，在1000转/分钟的转速下搅拌，至体系完全混合均匀至透明时停止搅拌，得到聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液。

2、银粉与玻璃粉在室温下完全混合，加入少许异氟尔酮润湿该混合粉末，再以研磨机研磨该混合粉末，测量混合粉末的粒度为4um。

3、将上述混合粉末与聚酰胺/聚苯胺导电混合物溶液在1000转/分钟的转速下室温搅拌混合，加入剩余的异氟尔酮，直至形成均匀的银浆，测量其粘度为11000mP.S。

实施例2

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，原料包括银粉15kg、聚酰胺/聚苯胺导电混合物60kg、玻璃粉15kg和异氟尔酮10kg；其中聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比1:2。

该透明高温烧结银浆的制备方法与实施例1中的制备方法相同，在此不再赘述。

实施例3

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，原料包括银粉20kg、聚酰胺/聚苯胺导电混合物70kg、玻璃粉3kg和异氟尔酮7kg；其中聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比1:2。

该透明高温烧结银浆的制备方法与实施例1中的制备方法相同，在此不再赘述。

实施例4

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，原料包括银粉15kg、聚酰胺/聚苯胺导电混合物80kg、玻璃粉3kg和丁基溶酐乙酸酯2kg；其中聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比1:2。

该透明高温烧结银浆的制备方法与实施例1中的制备方法相同，在此不再赘述。

实施例5

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，与实施例1不同的是，聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比1:5，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例6

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，与实施例1不同的是，聚酰胺/聚苯胺导电混合物中，聚酰胺与聚苯胺的质量比4:5，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例7

本实施例提供一种透明高温烧结银浆，与实施例1不同的是，制备过程中将混合粉末的粒度控制在3um，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

对比例1

本对比例提供一种导电银浆，原料包括银粉75kg、玻璃粉2.5kg、树脂4.5kg和有机溶剂18kg。

玻璃粉为Bi

树脂为乙基纤维素和聚酰胺蜡，乙基纤维素和聚酰胺蜡的质量比为3.5:1.0。

有机溶剂为松油醇、异辛醇和二乙二醇丁醚醋酸酯，松油醇、异辛醇和二乙二醇丁醚醋酸酯的质量比为6:1:3。

该导电银浆的制备过程如下：

1、将乙基纤维素和聚酰胺蜡溶解于部分松油醇和异辛醇的混合溶剂中，搅拌均匀后形成有机载体，有机溶剂中，乙基纤维素和聚酰胺蜡的质量和与混合溶剂的质量比为35:65。

2、将银粉、玻璃粉及余量有机溶剂溶解于上述有机载体，依次采用机械搅拌和研磨分散将混合物分散均匀得到导电银浆。

对比例2

本对比例提供一种导电银浆，与实施例1不同的是，使用聚酰胺替代聚酰胺/聚苯胺导电混合物，其余原料和制备步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

对比例3

本对比例提供一种导电银浆，与实施例1不同的是，使用聚苯胺替代聚酰胺/聚苯胺导电混合物，其余原料和制备步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。

试验例1

将实施例1-7和对比例1-3得到的导电银浆使用丝网印刷技术将银浆印制于玻璃基板上。将印制好的银浆置于烘箱中在850℃固化8min。

试验例2

将试验例1得到的银导电层进行电阻率测试和附着力测试。

具体测试过程如下：

电阻率测试：采用电阻仪进行米电阻测试。

附着力测试：采用3M 600胶带进行粘附测试，以是否剥落作为合格与否的标准。

上述测试数据记录于表1。

表1银导电层的性能数据表

从表1可以看出，银粉含量越高，银浆的导电率越高，电阻率越低；在有机到导电聚合物一定的前提下，聚酰胺的含量越高，银浆的导电率越高。玻璃粉含量越高，导电率越差。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。