导电油墨的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在电子设备一一例如C-Si太阳能电池组合件一一的制造中适于作为 导电油墨使用的组合物。该导电油墨包含：a) -种或多种芳香族树脂；b)平均粒径为1 μπι 至40 μπι且振实密度为I. 5g/cm3至6. 5g/cm3的导电银颗粒；以及c) 一种或多种有机溶剂。 本发明还涉及一种在基材上形成导电通道的方法和使用所述导电油墨形成接合组件的方 法。
【背景技术】
[0002] 许多不同形式的电子设备均使用具有导电油墨的印刷电路板。导电油墨是可以丝 网印刷的，并且在电子应用中用于形成导电元件。例如，导电油墨在通孔连接、跨接线、印刷 版布线和类似应用中作为丝网印刷电子电路使用以提供稳定的电互连。
[0003] 现在可获得的导电油墨具有许多缺点。一个缺点是许多导电油墨对一些金属表 面（例如铝）的粘附性不足。导电油墨的另一个缺点在于这些材料在焊接到其它金属基材 (例如跨接线，如常见的锡合金带）上之后常常不能形成稳定可靠的电互连。
[0004] 因此，开发一种对各种金属基材（例如铝或含铝基材）表现出良好粘附性的导电 油墨将是有利的。提供一种可直接焊接到其它金属基材上从而形成具有良好接合强度的稳 定可靠电互连的导电油墨是进一步有利的。
【附图说明】
[0005] 图1是Cl焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
[0006] 图2是C7焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
[0007] 图3是Cll焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
[0008] 图4是C15焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
[0009] 图5是Dl焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
[0010] 图6是D5焊接后的SEM截面图；剥离前（左）和剥离后（右）。
【具体实施方式】
[0011] 本发明提供一种对铝或含铝基材具有优异粘附性的导电油墨。所述导电油墨在干 燥后可以直接焊接至其它金属基材，其中形成呈现良好接合强度的稳定可靠的电互连。
[0012] 本发明的导电油墨包含a) -种或多种芳香族树脂；b)平均粒径为1 μπι至40 μπι 且振实密度为I. 5g/cm3至6. 5g/cm 3的导电银颗粒；以及c) 一种或多种有机溶剂。
[0013] 此处所使用的术语"芳香族树脂"，指的是包含至少一个芳香族基团作为它们分子 结构中的部分的低聚材料或聚合材料。合适的芳香族基团包括亚苯基基团、苯基基团或多 环芳香族基团。优选的芳香族树脂，基于所述树脂的总量，具有量为至少5wt.-%、更优选至 少IOwt.-%、并且尤其优选至少15wt.的芳香族基团。
[0014] 导电油墨中芳香族树脂的使用对本发明是至关重要的，因为只有当使用包含至少 一个芳香族基团作为树脂分子结构的部分的树脂时，才可以实现对各种金属基材（例如铝 或含铝基材）的足够粘附性。
[0015] 芳香族树脂组分充当成膜剂和/或粘接材料。合适的芳香族树脂可选自苯氧基树 月旨、芳香族聚酯树脂、芳香族热塑性聚氨酯和它们的任意组合。
[0016] 苯氧基树脂特别适合用于本发明中。此处所用的术语"苯氧基树脂"指的是得自 多元酚（例如双酚和环氧氯丙烷）的反应的低聚或聚合的聚（羟基醚）。苯氧基树脂的使 用是有利的，因为这些树脂具有非常好的热稳定性，表现出优异的耐氧性（resistance to oxygen)和耐湿性，并且在酸或碱性材料存在下不会分解。
[0017] 适合在本发明中使用的苯氧基树脂可以通过将约0. 98至约1. 02摩尔的环氧氯丙 烷与1摩尔二羟基酚和约0. 6至约1. 5摩尔的碱金属氢氧化物（例如氢氧化钠或氢氧化钾） 一起混合而制备，其中所述混合通常在含水介质中在约〇°C至约50°C的温度下进行直至至 少约 60摩尔百分比的环氧氯丙烷被消耗。为进一步改进在各种金属表面上的接合强度，可 期望通过在其上接枝含有羧基侧基的部分而对苯氧基树脂改性。这些羧酸接枝的苯氧基树 脂可以例如通过一种或多种苯氧基树脂和一种或多种二或多羧酸的单酸酐反应而制备。
[0018] 优选的苯氧基树脂具有10000g/mol至70000g/mol、更优选20000g/mol至 55000g/mol的重均分子量（M w)。在本发明中，重均分子量（Mw)通过凝胶渗透色谱（GPC)、 优选使用聚苯乙烯标准品而测定。
[0019] 当然，本发明中也优选使用不同苯氧基树脂的组合。
[0020] 适合用于本发明中的市售可得的苯氧基树脂包括Phenoxy PKHH，InChem Corp.用 于得自双酚A(2,2_二（对羟基苯基）丙烷和环氧氯丙烷的缩聚物的商标名称。
[0021] 在一个实施方案中，本发明的导电油墨中存在的所有芳香族树脂的总量在约4至 约25wt. - %、优选约6至约15wt. - %、并且更优选约8至约12wt. - %的范围内，各自均基于 本发明导电油墨的总量。
[0022] 在另一实施方案中，本发明的导电油墨中存在的所有苯氧基树脂的总量在约4至 约25wt. - %、优选约6至约15wt. - %、并且更优选约8至约12wt. - %的范围内，各自均基于 本发明导电油墨的总量。
[0023] 对于一些应用，可使用芳香族树脂和非芳香族树脂的混合物。然而，当导电油墨仅 包含芳香族树脂且另外不含非芳香族树脂时，实现了在各种金属表面上特别好的粘接性与 良好的可焊接性的结合。
[0024] 本发明的导电油墨还包含平均粒径为1 μπι至40 μπι且振实密度为I. 5g/cm3至 6. 5g/cm3的导电银颗粒。
[0025] 此处所用的术语"导电银颗粒"，指的是主要由银（Ag)组成的颗粒。导电银颗粒的 银含量为至少95wt. - %，更优选为至少98wt. - %，并且尤其优选为至少99wt. - %，各自均 基于所述导电银颗粒的总量。尽管如此，所述银颗粒可包含少量的其它金属作为杂质。
[0026] 如在本发明中所用的，术语"平均粒径"指的是累积体积分布曲线的D5。值，在此 处50体积％的颗粒具有小于所述值的直径。在本发明中，体积平均粒径或D 5。值通过激光 衍射而测定，其中优选使用可从Malvern Instruments Ltd.获得的Malvern Mastersizer 2000。在此技术中，基于Fraunhofer或Mie理论的应用，悬浮液或乳液中颗粒的粒径通过使 用激光束的衍射而测定。在本发明中，应用针对非球形颗粒的Mie理论或修正Mie理论并且 平均粒径或D5。值涉及相对于入射激光束以0. 02至135度角的散射测量。对于所述测量， 进一步优选颗粒在适当的液体（例如丙酮）中的分散体通过使用超声而制备。为了产生可 接受的信噪比，分散体中的颗粒浓度应当优选以获得6%至20%的模糊度（obscuration) 的方式选择。
[0027] 通常使用25cm3刻度玻璃量筒根据ISO 3953测定振实密度。所具体指定的方法 的原理是通过振实仪器来振实容器中指定量的粉末直到粉末体积不再减少。测试后将粉末 的质量除以其体积得到它的振实密度。
[0028] 振实密度小于I. 5g/cm3的导电银颗粒不适合于用在本发明中，原因在于将导电油 墨干燥并焊接于其它金属表面后得到的焊接强度是不足够的。振实密度大于6. 5g/cm3的导 电银颗粒明显降低了相应油墨的可操作性，其使得这些材料不适合用于标准工业应用中。
[0029] 优选的导电银颗粒具有2 μ m至20 μ m并且更优选3 μ m至10 μ m的平均粒径。导 电银颗粒的振实密度优选为2. 5g/cm3至6. Og/cm 3,并且更优选为3. 5g/cm3至5. 5g/cm3。
[0030] 当使用具有2 μπι至20 μπι的平均粒径和2. 5g/cm3至6. Og/cm3的振实密度的导 电银颗粒时，可获得特别好的粘附性和可焊接性。更优选所使用的导电银颗粒具有3 μ m至 10 μπι的平均粒径和3. 5g/cm3至5. 5g