CN104858437A

CN104858437A - 一种印刷导电线路用纳米银浆及其制备方法

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Publication number: CN104858437A
Application number: CN201510198265.1A
Authority: CN
Inventors: 郜华萍; 郭忠诚; 潘明熙; 王钲源; 董国丽; 王翠翠; 何文豪; 郜烨
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明公开了一种高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组成物及质量百分比为纳米银颗粒70%~85%、溶剂5%~15%、粘结剂5%~13%、添加剂2%~5%；本发明中纳米银浆的制备是先将溶剂、粘结剂和添加剂加入高速分散机中，使溶剂、粘结剂和添加剂充分混合均匀形成粘结载体；再加入纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆；本发明得到的纳米银浆采用全印制电子技术可广泛应用于印刷导电线路中，形成高导电性、高精度和良好抗弯折性的导电线路。

Description

一种印刷导电线路用纳米银浆及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料及印刷技术领域，具体涉及一种高精度印刷导电线路用纳米银浆的制备方法。

背景技术

印刷电子技术是基于传统印刷方法制造电子器件的一项新技术，可广泛运用于大面积、柔性化与低成本的各种电子或光电产品。2014年8月国家科技部颁布的“十三五”科技发展预测中，印刷电子材料与技术首次列入预测领域之一。2002年我国取代美国成为世界第三大线路板生产国，2003年我国生产及出口额均达60亿美金，2007-2011年增长率达到9.6%，大于世界的2.5%，2012年产值达到220亿美金，2013年我国在技术、管理等方面进一步提高，预计2015年产值达到279亿美金，其后增长率稳定在5%。全国现有3000多家企业进行印刷线路板（PCB）制作，规模较大企业多集中在沿海地区，深圳较多，最大规模的企业是深南电路有限公司，其利润达26亿元。传统的蚀刻工艺，设备投入高，生产工序多达26步，废液排放大，酸性蚀刻废液排放量约为256万吨/天，对环境造污染严重，产品生产成本高，设备占地面积大，生产效率低，且得到的印刷线路板在电子设备中仅起到支撑和连接电子元器件的作用，即导电线路板；印刷电子技术得到的电子线路板，由于基材上含有电子元件（如多层板内埋置电阻、电容，以及埋置IC器件等）和连接线路，能直接形成功能性的电子电路，为电子设备的微型化实施成为可能。

现有印刷导电线路主要以银浆材料为主，传统的银浆丝印方式的线宽、线距已经不能满足超窄边框的需求，而采用全印制电子技术和纳米银浆技术相结合能大幅降低线宽，提高导电线路的高精密性。纳米银粉作为主体功能制备浆料，它替代传统微米银粉的优点如下：（1）用纳米银粉生产的银浆料更加细腻，通过丝网印刷能够获得更加致密的导电涂层，用纳米银浆制得的导电线宽<80μm，导电膜层厚度>3μm；（2）纳米银粉的使用量比微米级银粉的少，可以降低成本5%～10%；（3）传统微米级导电银浆烧结加工温度大于500℃，而纳米银浆烧结温度可小于300℃，烧结温度降低了40%~60%，降低了对基片材料耐高温的要求。

目前，关于纳米银浆的制备方法的专利有很多，但是现有专利只是简单的涉及制备方法且针对印刷导电线路板的纳米银浆未见报道。

《一种芯片贴装用纳米银浆制备方法》（201210426581.6），李明雨等提供一种制备芯片贴装用纳米银浆的方法，制备方法为：将还原剂和分散剂滴入硝酸银溶液中搅拌；将所得的溶液进行离心分离，得到上层为混合溶液，下层为沉淀的纳米银颗粒；将分离出的纳米银颗粒用去离子水清洗后，再用电解质溶液絮凝，重新析出可进行离心分离的纳米银颗粒；将纳米银颗粒反复进行清洗、絮凝、离心多次，最终得到水溶性纳米银浆；得到的纳米银浆作用于芯片与基板表面进行互连，通过热风工作台或炉中加热形成烧结接头。

《一种低温烧结纳米银浆制备方法》（201110104399.4），王永等公开了一种低温烧结纳米银浆制备方法，纳米银浆制备方法为:将乙醇溶液水域加热、加入组分混合、摄氏零度超声分散、机械搅动和真空烘干；这种制备方法具有银浆的烧结温度显著降低，热导率高的特点，有效地解决了封装的散热问题。适合应用于电子封装领域中作为功率型芯片互连的新型热界面材料。

《一种采用纳米银浆制作触摸屏的工艺》（201310394497.5），白阿香等提供了一种采用纳米银浆制作触摸屏的工艺，采用本工艺，减少了加工工序，克服了氧化铟锡成本高，工艺复杂等缺点；具有设备投资少、工艺简单、易于控制等优点，且由于采用本工艺制作的触摸屏柔韧性好，最终的触摸屏产品实现的触控效果好。

《一种还原氧化石墨烯纳米银浆料、制备方法及其应用》(201410484093.X)，黄巧茵等提供了一种还原氧化石墨烯纳米银浆料、制备方法及其应用，属于太阳能电池制造领域。其中还原氧化石墨烯纳米银浆料是将还原氧化石墨烯纳米银线化合物、玻璃粉和有机粘合剂混合均匀，利用三辊轧机轧细度至15μm以下制成；本发明提供的具有透光性的还原氧化石墨烯纳米银浆料可降低电极遮光的影响，其低电阻、高导电密度有助提高太阳能电池的转换效率；实现石墨烯纳米银这种材料作为太阳能电池的正极银浆，减少现有的正极银浆中银的分量，大大降低生产成本，有助进一步普及这种绿色能源。

《低温烧结性银纳米粒子组合物及使用该组合物而形成的电子物品》（201080039335.4），格雷戈里本提供在低温短时间烧结、与基板的密合性良好且低电阻的银导电性膜和布线的制作，以实现银纳米粒子的组合及其物品的使用。银纳米粒子组合物溶剂的主成分为水，组合物的pH在5.3～8.0的范围内，该组合物中所含的银纳米粒子由有机酸或其衍生物保护，该有机酸或其衍生物的含量相对于银在2～20％的范围内。

发明内容

本发明目的在于提供一种高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组成物及质量百分比为纳米银颗粒70%~85%、溶剂5%~15%、粘结剂5%~13%、添加剂 2%~5%。

所述纳米银颗粒平均粒径为10~30nm。

所述溶剂为芳香烃、脂肪烃、脂环烃、酯、二醇衍生物、醇中一种或几种混合物。

所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙醇、异丙醇、甲基异丁基甲醇中的一种或几种混合物。

所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素中的一种或几种的混合物。

所述添加剂为润湿分散剂、触变剂中一种或几种混合物，其中润湿分散剂为①脂肪酸类润湿分散剂：BYK-130、BYK-192等；②聚酯/聚醚聚合物类润湿分散剂：BYK-110、BYK-180等；③改性高分子量多胺类润湿分散剂：BYK-140、BYK-142等；④聚氨酯类润湿分散剂：BYK-163、BYK-174等；触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡等。

本发明另一目的是提供上述印刷导电线路用纳米银浆的制备方法，具体操作如下：

（1）将溶剂、粘结剂和添加剂加入高速分散机中，在常温、常压下，9000~20000 rpm高速搅拌10~60s，使溶剂、粘结剂和添加剂充分混合均匀形成粘结载体；

（2）将纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即形成纳米银浆，其中分散条件为常温、常压下，9000~20000 rpm高速搅拌10~60s。

本发明方法降低了纳米银颗粒烧结温度，同时降低了对基片材料耐高温的要求，提高了涂层质量和生产效率，具有耗银低、成本低；整个生产过程无污染，具有无开放接口的特点；本发明得到的纳米银浆由于纳米银颗粒能均匀分散于粘结载体中，在烧结过程中浆料的体积收缩均匀，能有效解决烧结型银浆的收缩断线现象，提高了导电银线与基板的结合力；纳米银颗粒烧结温度低，且纳米银的烧结温度随着其粒径的减小而降低，它的这种特性不仅降低了对基片材料耐高温的要求，有利于提高涂层质量和生产效率、使银耗及成本降低，还使得银粉在烧结过程中易于形成连续的导通线路，不仅导电性好，而且抗氧化能力强。本发明得到的纳米银浆采用全印制电子技术可广泛应用于印刷导电线路中，形成高导电性、高精度和良好抗弯折性的导电线路。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。

实施例1：本高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组分与质量百分比如下：

平均粒径为10nm的纳米银颗粒 70%

乙二醇单丁醚 8%

环己酮 7%

丙烯酸树脂 13%

聚酯/聚醚聚合物类润湿分散剂BYK-110 2%；

上述纳米银浆的制备方法，步骤如下：

1) 将70g环己酮、80g乙二醇单丁醚、130g丙烯酸树脂和20g聚酯/聚醚聚合物类润湿分散剂BYK-110加入高速分散机中，使各组分在常温常压条件下9000rpm高速搅拌35s充分混合均匀，形成粘结载体；

2)将700g平均粒径为10nm的纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆，其中分散条件：常温、常压，高速搅拌:9000 rpm，搅拌时间：35s。

实施例2：本高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组分与质量百分比如下：

平均粒径为20nm的纳米银颗粒 85%

甲基异丁基甲醇 5%

聚乙烯醇 5%

改性高分子量多胺类润湿分散剂BYK-140 3.5%

聚酰胺蜡触变剂BYK-410 1.5%；

上述纳米银浆的制备方法，步骤如下：

1) 将50g甲基异丁基甲醇、50g聚乙烯醇、35g改性高分子量多胺类润湿分散剂BYK-140和15g聚酰胺蜡触变剂BYK-410加入高速分散机中，使各组分在常温常压条件下20000rpm高速搅拌10s充分混合均匀，形成粘结载体；

2) 将850g平均粒径为20nm的纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆，其中分散条件：常温、常压，高速搅拌:20000 rpm，搅拌时间：10s。

实施例3：本高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组分与质量百分比如下：

平均粒径为15nm的纳米银颗粒 75%

丙二醇甲醚醋酸酯 5%

醋酸丙酯 7%

乙基纤维素 5%

聚乙烯醇 5%

聚氨酯类润湿分散剂BYK-163 2%

聚酰胺蜡触变剂BYK-R605 1%；

上述纳米银浆的制备方法，步骤如下：

1) 将50g丙二醇甲醚醋酸酯、70g醋酸丙酯、50g乙基纤维素、50g聚乙烯醇、20g润湿分散剂BYK-163和10g触变剂BYK-R605加入高速分散机中，使各组分在常温常压条件下14000rpm高速搅拌15s充分混合均匀，形成粘结载体；

2) 将750g平均粒径为15nm的纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆，其中分散条件为常温、常压，高速搅拌:14000 rpm，搅拌时间：15s。

实施例4：本高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组分与质量百分比如下：

平均粒径为30nm的纳米银颗粒 80%

二甲苯 3%

乙二醇单丁醚 6%

丙烯酸树脂 4%

聚乙烯醇 3%

脂肪酸类润湿分散剂BYK-130 3%

触变剂气相二氧化硅 1%；

上述纳米银浆的制备方法，步骤如下：

1) 将30g二甲苯、60g乙二醇单丁醚酯、40g丙烯酸树脂、30g聚乙烯醇、30g脂肪酸类润湿分散剂BYK-130和10g气相二氧化硅触变剂加入高速分散机中，使各组分在常温常压条件下10000rpm高速搅拌30s充分混合均匀，形成粘结载体；

2) 将800g平均粒径为30nm的纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆；其中分散条件：常温、常压，高速搅拌:10000 rpm，搅拌时间：30s。

实施例5：本高精度印刷导电线路用纳米银浆，其组分与质量百分比如下：

平均粒径为25nm的纳米银颗粒 72%

辛烷 5%

醋酸丙酯 10%

乙基纤维素 7%

聚乙烯醇 3%

聚酯/聚醚聚合物类润湿分散剂BYK-180 2%

触变剂氢化蓖麻油 1%；

上述纳米银浆的制备方法，步骤如下：

1) 将50g辛烷、100g醋酸丙酯、70g乙基纤维素、30g聚乙烯醇、20g聚酯/聚醚聚合物类润湿分散剂BYK-180和10g氢化蓖麻油触变剂加入高速分散机中，使各组分在常温常压条件下16000rpm高速搅拌12s充分混合均匀，形成粘结载体；

2) 将720g平均粒径为25nm的纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即可形成纳米银浆，其中分散条件：常温、常压，高速搅拌:16000 rpm，搅拌时间：12s。

性能测试实验：

将上述实施例1至实施例5中制得的纳米银浆进行性能测试。

表1：纳米银浆性能测试结果

。

Claims

1.一种印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于组成物及质量百分比为：纳米银颗粒70%~85%、溶剂5%~15%、粘结剂5%~13%、添加剂 2%~5%。

2. 根据权利要求1所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：纳米银颗粒平均粒径为10~30nm。

3.根据权利要求1或2所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：溶剂为芳香烃、脂肪烃、脂环烃、酯、二醇衍生物、醇中一种或几种混合物。

4.根据权利要求3所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：溶剂为苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙醇、异丙醇、甲基异丁基甲醇中的一种或几种混合物。

5.根据权利要求1或2所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1或2所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：添加剂为润湿分散剂、触变剂中一种或几种混合物。

7.根据权利要求6所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：润湿分散剂为BYK-130、BYK-192、BYK-110、BYK-180、BYK-140、BYK-142、BYK-163或BYK-174。

8.根据权利要求6所述的印刷导电线路用纳米银浆，其特征在于：触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油或聚酰胺蜡。

9.权利要求1-8任一项所述的印刷导电线路用纳米银浆的制备方法，其特征在于具体操作如下：

将溶剂、粘结剂和添加剂加入高速分散机中，在常温、常压下，9000~20000 rpm高速搅拌10~60s，使溶剂、粘结剂和添加剂充分混合均匀形成粘结载体；

将纳米银颗粒采用高速分散方法将其均匀分散于粘结载体中，即形成纳米银浆，其中分散条件为常温、常压下，9000~20000 rpm高速搅拌10~60s。