[發明專利]金屬糊料和油墨

有效

• 申請號: 200980125925.6
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN102084435A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: M·楊;D·M·讓德西爾;Z·雅尼弗
• 申請（專利權）人: 應用納米技術控股股份有限公司;石原藥品株式會社
• 主分類號: H01B1/00
• 分類號: H01B1/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝;王穎

相關申請的交叉引用

本申請要求Roundhill等的美國臨時申請第61/077,711號和Roundhill等的美國臨時申請第61/081,539號的優先權，其全部內容通過引用納入本文。

技術領域

本申請涉及可用于形成導電性提高的金屬導體的金屬糊料和油墨。

背景技術

金屬糊料如金屬油墨可由金屬納米顆粒、液體載劑、分散劑和其它添加劑配制。可引入添加劑來改變物理性質，例如粘度、潤濕性和在所選擇基材上的接觸角。與油墨相比(例如小于約5000cP)，糊料的較高粘度(例如約10,000cP到約60,000cP)有助于金屬納米顆粒持久穩定地分散。金屬油墨或糊料的應用可基于多種因素，包括印刷方法和基材。低粘度(例如小于約20cP，或者在約10cP到約20cP之間)的油墨可以進行噴墨印刷或氣溶膠印刷。糊料的粘度太高，難以進行噴墨印刷，可以通過適用于較高粘度的絲網印刷或其它方法進行施涂。

但是，一些金屬糊料或油墨需要在惰性氣氛中，在較高的溫度下加熱，該條件對于一些應用如撓性電子器件(例如具有聚合物基材)是不合適的。另外，一些金屬糊料或油墨包含一種或多種高沸點液體組分。當含有高沸點組分的金屬糊料或油墨通過在空氣中緩慢熱燒結處理而固化時，這些高沸點組分會形成非揮發性產物而留在固化的導體中。在惰性氣氛中進行的熱燒結過程也會發生熱分解，產生非揮發性產物，使導體受污染，具有較高的電阻率。在一些情況中，來自液體載劑的有機殘余物使導體和基材之間的粘附作用下降，降低了金屬導體的品質。

附圖簡要說明

圖1是說明金屬組合物的制備過程的流程圖。

圖2是說明通過包括光燒結(photosintering)的工藝形成金屬導體的方法的流程圖。

圖3說明通過熱燒結和光燒結形成的銅導體的電阻率與加工溫度的關系。

圖4說明具有芯片的組件，所述芯片通過由金屬組合物制備的印刷導體互相連接。

圖5說明具有芯片的組件，所述芯片通過由金屬組合物制備的印刷導體形成的通孔互相連接。

圖6說明固定在經過光燒結的金屬凸起上的導線。

圖7是說明形成光燒結金屬凸起的步驟的流程圖。

圖8說明固定在經過光燒結的金屬凸起之間的金屬線。

圖9A-9F顯示將銅線固定到經過光燒結的銅凸起上的各階段的照片。

圖10說明經過光燒結的柔順性金屬凸起。

發明詳述

為低溫加工配制的金屬組合物(例如油墨和糊料)適合用在制造印刷電子器件中，適合作為導電粘合劑，或者適合用在其它應用中，包括各種電學部件和電路(例如電極和互連)的制造和組裝。金屬組合物包括在適合光燒結的光學透明的載劑中的金屬納米顆粒(例如銅、鎳、銀、金、鋁、鈷、鉬、鋅等)。這些組合物中的納米顆粒可依據尺寸和鈍化涂層加以選擇，組合物經適當配制后，可用于精確印刷。印刷組合物中的納米顆粒可以在不影響塑料基材的溫度下固化(例如光燒結、熱燒結或光燒結加熱燒結)為整體金屬膜或線。

文中所述的金屬組合物經過調配，所生成的固化導體所含有的來自液體載劑的有機殘余物的量減少。金屬組合物可以采用光燒結方法進行燒結(例如，小于約5msec，小于約2msec，或者小于約1msec)，產生金屬導體。在此光燒結方法中，高強度光脈沖(例如，約50,000，100,000，或150,00勒克斯或更高)被組合物中的金屬納米顆粒吸收，然后轉化為熱量。因此，金屬組合物經歷短的高熱脈沖，使有機組分在經歷熱氧化或分解之前快速蒸發。金屬組合物(例如糊料和油墨)的這種光燒結產生具有高電導率的導體，這種高電導率可以在較低的溫度下形成，并且該導體具有比只采用熱燒結過程得到的產品更低的電阻率。

在一些實施方式中，文中所述的金屬組合物經過配制，能夠在聚合物基材上進行光燒結和/或熱燒結(例如，在空氣或合成氣體(forming?gas)中)，得到電阻率降低的導體。例如，由文中所述的銅糊料制備的銅導體的電阻率在約1x10^-3Ω·cm到約1x10^-6Ω·cm之間。也就是說，銅導體的電阻率可以小于約1x10^-3Ω·cm，小于約1x10^-4Ω·cm，小于約1x10^-5Ω·cm，或者大于約1x10^-6Ω·cm。