专利名称：非催化钯母体组合物及用其形成导电钯层的方法
技术领域：
本申请要求2011年6月6日提交的美国专利申请第13/153，856号的优先权。该申请的全部内容在此通过引证的方式全部纳入本说明书。本发明涉及组合物以及在各种基底上沉积和形成钯层的方法。该组合物可以是例如溶液，并通过溶液沉积法(包括旋涂、浸涂、和喷墨印刷)而用于涂布、印刷等物体(object)如电子设备或其组件。
背景技术：
钯(Pd)是具有许多独特性能的稀有金属，这使得其具有广泛应用。例如，钯用于汽车催化转化器以将燃烧副产物转化为较小危害的物质。钯也可用于许多电子设备、陶瓷 电容器、燃料电池等。在所述设备中钯结构物(structure)通常通过电镀、溅射或化学气相沉积(CVD)形成。使用较低成本的方法形成钯结构物是理想的。需要可用于钯沉积的可溶液处理的组合物。
发明内容
在各种实施方案中公开的是可溶液处理的钯母体组合物，其可用于在各种基底上形成钯层和/或结构物。这些组合物用于涂布和印刷基底，如以具有钯层的图案，并可用于制造电子设备的导电元件、通路(pathway)和/或电路(circuit)。得到的IE层和/或结构物基本均匀并表现出高导电率和低温下良好的粘附性。在一个实施方案中，公开了这样一种非催化钯母体组合物，其包括含钯盐的起始成分和有机胺。该钯母体组合物也可基本上由钯盐和有机胺组成。更特别地，该钯母体组合物基本上不含水。在实施方案中，非催化钯母体组合物，包括含钯盐的起始成分和有机胺，其中该组合物基本上不含还原剂且该组合物不与另一种含还原剂的组合物接触。钯盐可选自羧酸钯、氯化钯、硝酸钯、硫酸钯、碘化钯、氰化钯、乙二胺氯化钯、四胺溴化钮、双(乙酰丙酮酰)IECbis (acetylacetonato)palIadium)、二胺二硝基钮,及其混合物。在特别理想的实施方案中，钯盐是羧酸钯、Pd (00CR1) x (00CR2) 2_x。在一些实施方案中，有机胺熔点可低于50°C。在具体实施方案中，有机胺是乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、i^一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十六胺、二氨基丁烷、二氨基戊烷、二氨基己烷、二氨基庚烷、二氨基辛烷、二氨基壬烷、二氨基癸烷、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、甲基丙胺、乙基丙胺、丙基丁胺、乙基丁胺、乙基戊胺、丙基戊胺、丁基戊胺、三乙胺、三丁胺、或三己胺。在其他具体实施方案中，有机胺是不与水混溶的。水不混溶的有机胺包括辛胺、壬胺、癸胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十六胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、丙基戊胺、丁基戊胺、三丁胺、或三己胺。在其他实施方案中，有机胺是单胺，或换句话说仅含一个氮原子。
钯盐可以为母体组合物的约I至约50重量％。有机胺与钯盐的摩尔比可为约I: I至约10: I。钯母体组合物的表面张カ在25°C下小于33mN/m。在ー些具体实施方案中，钯盐和有机胺中碳原子的总数是10或更大。测定总数的方法在本文中进ー步描述。如果需要，组合物中可以包括第二种水不混溶的有机溶剤。该第二种水不混溶的有机溶剂可选自甲苯、ニ甲苯、1，3，5-三甲基苯、こ苯、ニこ苯、三甲基苯、甲基こ苯、四氢化萘、甲基异丁基酮、苯甲酸甲酷、苯甲酸苄酷、苯甲醚、环己酮、或苯こ酮，或其混合物。钯盐和有机胺可形成钯有机胺络合物。在实施方案中，至少一部分的钯盐和有机胺形成钯有机胺络合物。该组合物也可包括非络合的有机胺和/或非络合的钯盐。
在一些实施方案中，钯母体组合物未包含还原剂。也就是说，该组合物不含任何还原剂、或基本上不含还原剂。如果需要，起始成分可还含选自以下的其他金属银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铑(Rh)、钴(Co)、锌(Zn)和钼(Pt)。金属可例如以盐的形式引入。同样公开在实施方案中的是ー种用于在基底上形成导电钯层的方法。制备或接受(receive)—种含钯盐和有机胺、且基本上不含还原剂的钯母体组合物。将钯母体组合物干基底上溶液沉积，如以预定图案(pattern)。然后加热该钯母体组合物形成钯层。同样公开的是通过这种方法制造的产品。溶液沉积可通过将钯母体组合物旋涂、浸涂、喷涂、柔性版印刷、胶印或喷墨印刷至基底上而实施。在一些实施方案中，母体组合物在溶液沉积后是无定形的。在某些实施方案中，在该方法中不加入还原剂。在其他实施方案中，母体组合物基本上不含水。加热可以在约80°C至约350°C温度下进行约O. I秒至约30分钟的时间。有时，将母体组合物在加热前溶液沉积多次。有时，钯纳米颗粒在加热过程中作为中间体形成。这些纳米颗粒然后形成导电钯层。在实施方案中也公开了ー种在物体(如基底上的导电通路或电路)上形成导电钯层的方法。制备或接受ー种基本由至少ー种钯盐、至少ー种有机胺和任选第二种有机溶剂组成、且基本上不含水和/或还原剂的钯母体溶液。钯盐和有机胺可形成络合物。将钯母体组合物干基底上进行溶液沉积，例如以预定图案，以在物体上形成无定形结构物。该结构物可以是通路或电路的形式。然后将无定形结构物加热以形成钯层。同样公开的是通过该方法生产的导电组件和/或设备。本文实施方案中还描述了一种由钯盐和至少ー种有机胺形成的钯有机胺络合物。在具体实施方案中，有机胺是单胺，特别是本文进ー步论述的单伯胺。在具体实施方案中，钯有机胺络合物是ー种无定形材料。本文实施方案中同样描述了这样ー种含钯有机胺络合物的非催化钯母体组合物，其中所述组合物基本上不含水。钯有机胺络合物可以由羧酸钯和至少ー种有机胺形成。实施方案中同样描述了ー种非催化钯母体组合物，其包括含钯盐的起始成分和有机胺，其中所述有机胺用作溶剂。
本发明的这些特征和其他非限制性特征在下文中进行更特别地公开。
本专利或申请文件包括至少一幅彩色图。带有彩色图的本专利或专利申请公开文本的副本将在请求和支付必要费用后由美国专利商标局提供。以下是附图的简要说明，其用于说明而不是限制本文公开的示例性实施方案的目的。图I是示出本发明涂布基底(例如线材(wire))的方 法的示意图。图2是具有钯层和钯层上外涂层的线材的横断面视图。图3是具有钯涂层的铜线的照片。图4是TFT的第一实施方案的图示，该TFT可具有由钯母体组合物形成的组件。图5是TFT的第二实施方案的图示，该TFT可具有由钯母体组合物形成的组件。图6是TFT的第三实施方案的图示，该TFT可具有由钯母体组合物形成的组件。图7是TFT的第四实施方案的图示，该TFT可具有由钯母体组合物形成的组件。图8是示例性光电设备的横断面视图，该设备可具有由钯母体组合物形成的组件。
具体实施例方式通过参考附图可以得到对本文所公开的组件、方法和设备的更全面理解。这些图仅仅是基于方便且容易证明本发明的图示性表示，因此不意欲表明设备或其组件的相对大小和尺寸并且/或者定义或限制示例性实施方案的范围。尽管下文描述中为清楚起见而使用具体术语，但这些术语旨在仅仅指的是为附图中示例说明目的所选择的实施方案的具体结构物，并不旨在定义或限制本发明的范围。在附图和下文描述中，应该理解相似的数字标识指的是具有相似功能的组件。术语“室温”指的是约23°C的温度。与数量相连使用的修饰语“约”包含所述值且具有上下文中规定的含义(例如，它包括至少与具体量的测量有关的误差度)。当用于一个范围的上下文时，修饰语“约”也应被认为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。例如，范围“约2至约4”也公开了范围“2至4”。使用单数术语“一”、“一个”、和“该”应解释为也包括复数指代物，除非上下文中另外清楚地表明。换句话说，这些单数术语应被解释为“至少一(个或种)”。本发明涉及钯母体组合物，其可通过基于液体的沉积方法使用以在物体或基底上制造钯层。本发明的钯母体组合物包括钯盐和有机胺，且基本上不含水。在其他实施方案中，本发明的钯母体组合物基本上不含水且基本上不含还原剂。在一些实施方案中，有机胺既用作络合剂又用作溶剂。在其他实施方案中，有机胺仅用作络合剂，且钯母体组合物可还含第二种有机溶剂。在具体实施方案中，有机胺仅用作络合剂，且钯母体组合物可还含与水不混溶的第二种有机溶剂。在其他具体实施方案中，有机胺既用作络合剂又用作溶剂，且钯母体组合物可还含第二种有机溶剂。这些母体组合物可加工成具有高导电性和在低温下良好粘附性的钯层。在具体实施方案中，钯母体组合物基本上由钯盐和至少一种有机胺组成。在其他具体实施方案中，钯母体组合物基本上由钯盐、至少ー种有机胺、以及水不混溶的有机溶剂组成。钯盐可以选自羧酸钯、氯化钯、硝酸钯、硫酸钯、碘化钯、氰化钯、こニ胺氯化钯、四胺溴化钯、双(こ酰丙酮酰)钯、ニ胺ニ硝基钯，或其混合物。在一些实施方案中，钯盐是具有Pd (OoCR1)x(OOCR2)2I通式结构的羧酸钯，其中R1和R2独立地选自氢、具有I至11个碳原子的烷基、具有2至约13个碳原子的烯基、和具有2至约13个碳原子的炔基。R1或R2上的氢原子可以被另一官能团如-CH0、-0H、卤素等取代。在具体实施方案中，羧酸钯是こ酸钯，Pd(O-CO-CH3)2。数字X可以是O至2中的任意数字，例如，0、0. 01,0. 1、1、1· 5,1. 57,2. O等。在优选实施方案中，钯盐是羧酸钯。术语“烷基”指的是完全由碳原子和氢原子组成的完全饱和且式为_CnH2n+1的基团。烷基基团可以是线性、支链或环状的。术语“烯基”指的是完全由碳原子和氢原子组成的含至少ー个碳碳双键的基团。烯 基基团可以是线性或支链的。芳香环不被认为是烯基。术语“炔基”指的是完全由碳原子和氢原子组成的含至少ー个碳碳三键的基团。应该注意该钯盐是分子化合物。Pd-Pd键可存在于该分子化合物中。然而，该钯盐不应被认为是纳米颗粒或类似材料。该盐中的钯原子不是O价，而在纳米颗粒形式中钯原子是O价。有机胺可用作络合剤。通常，有机胺可以是任何伯、仲或叔胺。有机胺也可以是单胺、ニ胺或多胺。多于ー种有机胺的结合物也可以考虑在内。更具体地，有机胺可以包含一个、两个或多个式(I)的胺基团
权利要求
1.一种非催化钯母体组合物，包括含钯盐的起始成分和有机胺，其中所述组合物基本上不含还原剂且所述组合物不与另一种含还原剂的组合物接触。
2.权利要求I的母体组合物，其中所述钯盐选自羧酸钯、氯化钯、硝酸钯、硫酸钯、碘化钯、氰化钯、乙二胺氯化钯、四胺溴化钯、双(乙酰丙酮酰)钯、二胺二硝基钯，及其混合物。
3.权利要求I的母体组合物，其中所述钯盐是结构式为Pd(OOCR1)x(OOCR2)2I的羧酸钮，其中R1和R2独立地选自氢、具有I至11个碳原子的烷基、具有2至约13个碳原子的烯基、和具有2至约13个碳原子的炔基；且X是O至2的任何实数。
4.权利要求I的母体组合物，其中所述有机胺熔点低于50°C。
5.权利要求I的母体组合物，其中所述有机胺是乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、i^一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十六胺、二氨基丁烷、二氨基戊烷、二氨基己烷、二氨基庚烷、二氨基辛烷、二氨基壬烷、二氨基癸烷、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、甲基丙胺、乙基丙胺、丙基丁胺、乙基丁胺、乙基戊胺、丙基戊胺、丁基戊胺、三乙胺、三丁胺、或三己胺。
6.一种用于在基底上形成导电IE层的方法，包括 接受一种钯母体组合物，其包括含钯盐的起始成分和有机胺，其中该组合物基本上不含还原剂； 将该钯母体组合物在基底上进行溶液沉积；以及 加热该钯母体组合物形成导电钯层。
7.权利要求6的方法，其中所述有机胺在溶液沉积过程中为液体。
8.权利要求6的方法，其中所述钯母体组合物在形成导电钯层前于加热过程中形成钯纳米颗粒。
9.非催化钯母体组合物，包括钯有机胺络合物，其中所述组合物基本上不含水。
10.非催化钯母体组合物，包括含钯盐的起始成分和有机胺，其中所述有机胺用作溶剂。
全文摘要
本发明涉及一种非催化钯母体组合物及用其形成导电钯层的方法。本发明公开一种非催化钯母体组合物，包括钯盐和有机胺，其中所述组合物基本上不含水。该组合物使得可使用溶液处理法在各种基底上形成钯层，包括以图案形式形成用于电子设备的电路或通路。
文档编号C23C18/08GK102817016SQ201210185788
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月6日 优先权日2011年6月6日
发明者吴贻良, 柳平 申请人:施乐公司