制造非焙烧型电极的方法
【专利说明】
[0001]相关申请的夺叉引用
[0002] 本专利申请要求2013年4月16日提交的美国临时申请61/812, 356的权益。
技术领域
[0003] 本发明涉及使用导电浆料制造非焙烧型电极的方法。
【背景技术】
[0004] 在制造过程期间可由高温处理而损坏的电气装置或基板需要非焙烧型电极。术语 "非焙烧型电极"定义为在350°c或更高的温度下不经热处理而形成的电极。
[0005]US20060082952公开了在200°C或更低的温度下固化以形成电极的非焙烧型导电 浆料。导电浆料包含平均粒度为lym或更小的银粉、四氟乙烯、六氟丙烯、和偏二氟乙烯， 它们分散在溶剂中。
【发明内容】
[0006] -个目标是提供制造非焙烧型电极的方法，该方法能够形成具有低电阻率的电 极。
[0007] 本发明的一个方面涉及制造非焙烧型电极的方法，该方法包括以下步骤：(a)将 导电浆料施用于基板上，该导电浆料包含；（i) 1〇〇重量份的导电粉末；（ii)有机硼化合物， 其包括硼酸胺、硼酸、硼酸酯、硼酸三聚物或它们的混合物，其中有机硼化合物的硼（B)元 素为0. 03至1. 4重量份；以及（iii) 20至150重量份的有机载体；(b)在100至300°C下加 热施用的导电浆料。
[0008] 本发明的另一方面涉及非焙烧型导电浆料，其包含：（i) 100重量份的导电粉末； (ii)有机硼化合物，其包括硼酸胺、硼酸、硼酸酯、硼酸三聚物或它们的混合物，其中有机硼 化合物的硼（B)元素为0. 03至1. 4重量份；以及（iii) 20至150重量份的有机载体。
[0009] 本发明的另一方面涉及具有通过上文方法制造的非焙烧型电极的装置。
[0010] 具有低电阻率的非焙烧型电极可通过本发明形成。
【附图说明】
[0011] 图1是在基板上形成的电极的剖视图。
【具体实施方式】
[0012] 非焙烧型电极通过使用导电浆料的方法形成。制造电极和其中使用的导电浆料的 方法在下文中分别说明。
[0013] 制诰电极的方法
[0014] 制造电极的方法包括将导电浆料施用到基板上，以及加热施用的导电浆料的步 骤。下文及图1描述了该方法。
[0015] 将导电浆料11施用到基板10上。对基板10并无限制。在一个实施例中基板10 可为聚合物膜、玻璃基板、陶瓷基板或半导体基板。在另一个实施例中，基板11可为聚合物 膜或半导体基板，它们可被高温破坏。
[0016] 在一个实施例中，导电浆料10可通过丝网印刷、喷墨印刷、照相凹版印刷、孔版印 刷、旋涂、刮刀涂布或喷嘴喷射施用于基板11上。在另一个实施例中可采用丝网印刷，因为 丝网印刷能够通过使用丝网印刷板，相对容易地在短时间内形成期望的图案。
[0017] 在一个实施例中，通过使用#14转子的BrookfieldHBT以lOrpm的转速测得导电 浆料的粘度介于30至500Pa·s之间。在丝网印刷的情况下，导电浆料的粘度可为60至 200Pa·s〇
[0018] 所施用的导电浆料10在100至300°C下加热，从而将导电浆料固化变成电极。在 另一个实施例中，加热温度可为120至250°C，在另一个实施例中可为150至220°C。在一 个实施例中，加热时间可为10至90分钟，在另一个实施例中可为15至70分钟，并且在另 一个实施例中可为20至45分钟。通过与加热时间组合，诸如在低温下加热长时间或在高 温下加热短时间，加热温度可为可调节的。
[0019] 形成电极的图案可包含线条图案，在一个实施例中该线条图案具有1μπι至10mm 的宽度和1至100μm的厚度，在另一个实施例中具有30μm至6mm的宽度和3至70μm的 厚度，在另一个实施例中具有100μπι至3mm的宽度和8至30μπι的厚度。在电气装置中有 时可需要此种线条图案。
[0020] 由本发明形成的非焙烧电极可甚至在长时间使用后仍保持低电阻率，如下文实 例所示。在一个实施例中，所形成的电极在电气装置中使用300小时后的电阻率可为 0. 3mΩ·cm或更低，在另一个实施例中可为0.Ιι?Ω·cm。
[0021] 通过该方法制造的电极可用于任何电气装置。电气装置的示例为太阳能电池、触 摸面板、等离子体显示面板（PDP)和发光二极管（LED)模块。
[0022] 导电浆料
[0023] 导电浆料包含至少（i)导电粉末，（ii)有机硼化合物和（iii)有机载体。
[0024] (i)导电粉末
[0025] 导电粉末为具有导电性的任何粉末。
[0026] 在一个实施例中，导电粉末可包含在293开尔文（Kelvin)下具有至少 1. 00XΙΟ7Ω1 ^ 1的导电性的金属。在另一个实施例中，导电粉末可包含选自以下的金属： 铝（Α1)、镍（Ni)、铜（Cu)、银（Ag)、金（Au)、铂（Pt)、钯（Pd)、钼（Mo)、钨（W)、锌（Ζη)、它们 的合金、以及它们的混合物。
[0027] 在另一个实施例中，导电粉末可至少包含Al、Ni、Zn、Cu、它们的合金、以及它们的 混合物。在另一个实施例中，导电粉末至少包含Cu、Cu合金或它们的混合物。此类金属在 高温下是相对容易氧化的，因此它可用于非焙烧型电极。
[0028] 在另一个实施例中，导电粉末可包含合金，所述合金包含贱金属诸如Cu、A1、和 Ni。合金的示例为硅铝合金（Al-Si)、铜铝合金（Al-Cu)、锌铝合金（Al-Zn)、铌镍合金 (Ni-Nb)、钴镍合金（Ni-Co)、镍铜合金（Cu-Ni)、锌铜合金（Cu-Zn)、和锡铜合金（Cu-Sn)。
[0029]包含贱金属Cu、A1、或Ni的导电粉末可涂覆有贵金属。贵金属可为Ag、Au、Pt或 它们的合金。在另一个实施例中，用于涂覆贱金属的贵金属为Ag，它是相对廉价的。受热时 具有相对低水平氧化的贵金属可减少贱金属的氧化。
[0030] 导电粉末的形状没有限制。然而，常常使用薄片状导电粉末、球状导电粉末或它们 的混合物。
[0031] 导电粉末的粒径（D50)在一个实施例中可为0.5至10μm，在另一个实施例中可 为1至8μm，在另一个实施例中可为1. 5至4μm。在该范围内的粒径能够在浆料中分散良 好。具有此种粒度的导电粉末可在有机载体中分散良好。通过采用激光衍射散射法使用 Microtrac型号X-100测量粉末直径分布来获得平均直径（D50)。
[0032] 基于导电浆料的重量计，导电粉末在一个实施例中可为40至90重量百分比（重 量％ )，在另一个实施例中可为52至85重量％，在另一个实施例可为65至80重量％。在 导电粉末含量的范围内，电极的电导率可为足够的。
[0033] (ii)有机硼化合物
[0034] 有机硼化合物是在分子内包含至少一个硼原子和一个或多个碳原子的有机化合 物。有机硼化合物为硼酸胺、硼酸、硼酸酯、硼酸三聚物或它们的混合物。
[0035] 硼酸胺是胺化合物和硼酸化合物的电价化合物。胺化合物包括伯胺、仲胺、叔胺或 它们的混合物。胺化合物可为例如乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基戊胺、五 亚乙基六胺、丙二胺、二亚丙基三胺、环己二胺、己二胺、三亚乙基二胺、三甲基六亚甲基二 胺、双（六亚甲基）三胺、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、丁胺、2-丙胺、2-氨基丙烷、乙胺、醚胺、 戊胺、己胺、庚胺、辛胺、十四烷基胺、月桂胺、二己胺、二丙胺、1_(二甲基氨基）癸烷、哌啶、 或哌嗪。
[0036] 硼酸化合物由式B(OR)n(0H)3n表示，其中η为0至3,并且R独立地为烷基基团、 取代的烷基基团、烯基基团、取代的烯基基团、芳基基团或取代的芳基基团。
[0037] 烷基基团来源于脂族烃并且用式[CnH2n+1]表示。在一个实施例中式中的碳数目可 为1至20,在另一个实施例中可为1至10。在一个实施例中，烷基基团可为甲基、乙基、丙 基、丙烯基、丁基、戊基、己基、或辛基。
[0038] 取代的烷基基团是烷基基团的至少一个氢原子在一个实施例中用一个或多个取 代基置换的基团，所述取代基选自烷氧基、烷基、烯丙基、芳基、氨基、酰胺基、乙酰胺基、硝 基、羰基、氨基甲酰基、羟基、硫醇基和乙酰基。
[0039] 烯基衍生自从其中去除一个氢原子并包含至少一个双键的烯烃（CnH2n)。在一个实 施例中式中的碳数目可为2至20,在另一个实施例中可为2至10。烯基可为乙烯基基团、 烯丙基基团、丙烯基基团、丁烯基基团、巴豆基基团、己烯基基团和甲基丙烯酸基团。
[0040] 取代的烯基基团是烯基基团的至少一个氢原子在一个实施例中用一个或多个取 代基置换的基团，所述取代基选自烷氧基、烷基、烯丙基、芳基、氨基、酰胺基、乙酰胺基、硝 基、羰基、氨基甲酰基、羟基、硫醇基和乙酰基。
[0041] 芳基基团来源于从其中去除一个氢原子的芳香烃。在一个实施例中，芳基基团可 为苯基基团、甲苯基基团、二甲苯基基团、萘基基团、噻吩基基团或茴香基基团。
[0042] 取代的芳基基团是芳基基团的至少一个氢原子在一个实施例中用一个或多个取 代基置换的基团，所述取代基选自烷氧基、烷基、烯丙基、芳基、氨基、酰胺基、乙酰胺基、硝 基、羰基、氨基甲酰基、羟基、硫醇基、吲哚基和乙酰基。
[0043] 硼酸胺可为三乙醇胺硼酸酯（CASnumber: 283-56-7,分子量：156. 98,熔点： 235°C)，分子式为
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