JP2016521304A - 導電性インク - Google Patents

Abstract

本発明は、ｃ−Ｓｉソーラーモジュールのような電子デバイスの製造において、導電性インクとして使用するのに適した組成物に関する。導電性インクは、ａ）１つ以上の芳香族樹脂；ｂ）１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ３〜６．５ｇ／ｃｍ３のタップ密度を有する導電性銀粒子；およびｃ）１つ以上の有機溶媒を含んでなる。本発明は更に、基材上に導電性経路を形成する方法、および導電性インクを用いた結合集成体の製造方法に関する。

Description

本発明は、ｃ−Ｓｉソーラーモジュールのような電子デバイスの製造において、導電性インクとして使用するのに適した組成物に関する。導電性インクは、ａ）１つ以上の芳香族樹脂；ｂ）１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子；およびｃ）１つ以上の有機溶媒を含んでなる。本発明は更に、基材上に導電性経路を形成する方法、および導電性インクを用いた結合集成体の製造方法に関する。

様々な形態の電子デバイスには、導電性インクを有するプリント基板が使用されている。導電性インクは、スクリーン印刷することができ、電子的用途において導電性素子を形成するのに使用される。例えば、導電性インクは、安定な電気相互接続をもたらすために、スルーホール接続、ジャンパー、プリント基板配線および同様の電子的用途におけるスクリーン印刷電子回路として使用される。

現在入手可能な導電性インクには多くの欠点が存在する。そのような欠点の１つは、多くの導電性インクが一部の金属（例えばアルミニウム）の表面と十分接着しないことである。導電性インクの更なる欠点は、これらの材料がしばしば、通常のＳｎ合金薄帯のような別の金属基材（例えば接続ストラップ）とはんだ付けした後に安定性および信頼性を有する電気相互接続を形成しないことである。

従って、様々な金属基材、例えばアルミニウム基材またはアルミニウム含有基材との良好な接着性を示す導電性インクを開発することは有益である。更なる金属基材と直接はんだ付けでき、それによって、良好な結合強度を有する安定な信頼性ある電気相互接続を形成できる導電性インクを提供することもまた有益である。

本発明は、アルミニウム基材またはアルミニウム含有基材との良好な接着性を有する導電性インクを提供する。本発明の導電性インクは乾燥後、別の金属基材と直接はんだ付けすることができ、良好な結合強度を示し、安定性および信頼性を有する電気相互接続が形成される。

図１は、はんだ付け後のＣ１の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。 図２は、はんだ付け後のＣ７の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。 図３は、はんだ付け後のＣ１１の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。 図４は、はんだ付け後のＣ１５の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。 図５は、はんだ付け後のＤ１の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。 図６は、はんだ付け後のＤ５の断面ＳＥＭ写真である（左は剥離前、右は剥離後）。

本発明の導電性インクは、ａ）１つ以上の芳香族樹脂；ｂ）１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子；およびｃ）１つ以上の有機溶媒を含んでなる。

本明細書において使用される用語「芳香族樹脂」は、その分子構造の一部として少なくとも１つの芳香族基を有するオリゴマーまたはポリマー材料を意味する。適当な芳香族基は、フェニレン基、フェニル基または多環式芳香族基を包含する。好ましい芳香族樹脂は、樹脂の総量に基づいて、少なくとも５重量％、より好ましくは少なくとも１０重量％、特に好ましくは少なくとも１５重量％の芳香族基量を示す。

様々な金属基材（例えばアルミニウム基材またはアルミニウム含有基材）との十分な接着は、分子構造の一部として少なくとも１つの芳香族基を有する樹脂を使用した場合にもっぱら達成されるので、導電性インクにおける芳香族樹脂の使用は、本発明にとって必須である。

芳香族樹脂成分は、フィルム形成剤および／またはバインダー材料として作用する。適当な芳香族樹脂は、フェノキシ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、芳香族熱可塑性ポリウレタンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。

フェノキシ樹脂は、本発明において使用するのに特に適している。本明細書において使用される用語「フェノキシ樹脂」は、ポリフェノール（例えばビスフェノール）とエピクロロヒドリンとの反応に由来するオリゴマーまたはポリマーのポリ（ヒドロキシエーテル）を意味する。フェノキシ樹脂は、非常に良好な熱安定性を有し、酸素および湿気に対する優れた耐性を示し、酸または塩基物質の存在下で分解しないので、フェノキシ樹脂の使用は有利である。

本発明において使用するのに適当なフェノキシ樹脂は、少なくとも約６０モル％のエピクロロヒドリンが消費されるまで、約０℃〜約５０℃の温度で、一般に水性媒体中で、約０．６〜１．５モルのアルカリ金属水酸化物（例えば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム）と一緒に、約０．９８〜約１．０２モルのエピクロロヒドリンと１モルの二価フェノールとを混合することにより調製することができる。様々な金属表面との結合強度を更に高めるために、ペンタントカルボキシル基を含む基をフェノキシ樹脂にグラフト化することによりフェノキシ樹脂を変性することが望ましい場合がある。そのようなカルボン酸グラフト化フェノキシ樹脂は、例えば、１つ以上のフェノキシ樹脂と１つ以上のジ−またはポリカルボン酸の一無水物とを反応させることによって調製することができる。

好ましいフェノキシ樹脂は、１００００ｇ／ｍｏｌ〜７００００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは２００００ｇ／ｍｏｌ〜５５０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。本発明において、重量平均分子量（Ｍｗ）は、好ましくは標準ポリスチレンを用いて、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定される。

もちろん、異なったフェノキシ樹脂の組み合わせも、本発明において使用するのに望ましい。

本発明において使用するのに適当な市販フェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡ（２，２−ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパン）およびエピクロロヒドリンに由来する縮合ポリマーについては、InChem Corp.の商品名Phenoxy PKHHを包含する。

１つの態様では、本発明の導電性インク中に存在する全ての芳香族樹脂の総量は、それぞれ本発明の導電性インクの総量に基づいて、約４〜約２５重量％の範囲、好ましくは約６〜約１５重量％の範囲、より好ましくは約８〜約１２重量％の範囲である。

別の態様では、本発明の導電性インク中に存在する全てのフェノキシ樹脂の総量は、それぞれ本発明の導電性インクの総量に基づいて、約４〜約２５重量％の範囲、好ましくは約６〜約１５重量％の範囲、より好ましくは約８〜約１２重量％の範囲である。

いくつかの用途では、芳香族樹脂および非芳香族樹脂の混合物を使用することができる。しかしながら、導電性インクが芳香族樹脂のみを含み、非芳香族樹脂を含まない場合、良好なはんだ付け性と組み合わされた、様々な金属表面との特に良好な接着性が達成される。

本発明の導電性インクは更に、１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子を含有する。

本明細書において使用される用語「導電性銀粒子」は、銀（Ａｇ）から主になる粒子を意味する。導電性銀粒子は、それぞれ導電性銀粒子の総量に基づいて、少なくとも９５重量％、より好ましくは少なくとも９８重量％、特に好ましくは少なくとも９９重量％の銀含量を有する。それにもかかわらず、銀粒子が不純物として少量の他の金属を含むことも可能である。

本明細書において使用される用語「平均粒度」は、粒子の５０体積％がその値より小さい粒径を有する、累積体積分布曲線のＤ_５０値を意味する。本発明では、体積平均粒度またはＤ_５０値は、好ましくはMalvern Mastersizer 2000（Malvern Instruments Ltd製）を用いて、レーザー回折法によって測定される。この技術では、フラウンホーファー理論またはミー理論のいずれかの適用に基づき、レーザービーム回折を用いて、懸濁液またはエマルションにおける粒度が測定される。本発明では、ミー理論または非球状粒子のための修正ミー理論が適用され、平均粒度、即ちＤ_５０値は、入射レーザービームに対して０．０２〜１３５°の角度での散乱計測値に関する。この測定のためには、超音波処理を用いて、適当な液体（例えばアセトン）中の粒子の分散体を調製することが更に好ましい。許容できる信号対ノイズ比を実現するためには、分散体中の粒子濃度は、好ましくは、６％〜２０％のオブスキュレーションが得られるように選択すべきである。

タップ密度は、典型的には２５ｃｍ^３容のガラス製メスシリンダーを用いてISO 3953に従って測定する。特定されている方法の原理は、粉末の体積が減少しなくなるまで、タッピング装置を用いて容器内の特定量の粉末をタッピングすることである。粉末の質量を、試験後の粉末の体積で割ると、タップ密度が得られる。

１．５ｇ／ｃｍ^３未満のタップ密度を有する導電性銀粒子は、導電性インクを乾燥し、別の金属表面とはんだ付けした後に得られるはんだ付け強度が不十分になるので、本発明において使用するのに適していない。６．５ｃｍ^３より大きいタップ密度を有する導電性銀粒子は、対応するインクの加工性を著しく低下させ、これにより、そのようなインクは標準的な工業用途における使用に適さない。

好ましい導電性銀粒子は、２μｍ〜２０μｍ、より好ましくは３μｍ〜１０μｍの平均粒度を有する。導電性銀粒子の好ましいタップ密度は、２．５ｇ／ｃｍ^３〜６．０ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは３．５ｇ／ｃｍ^３〜５．５ｇ／ｃｍ^３である。

特に良好な接着性およびはんだ付け性は、２μｍ〜２０μｍの平均粒度および２．５ｇ／ｃｍ^３〜６．０ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子を使用した場合に得られる。より好ましくは、３μｍ〜１０μｍの平均粒度および３．５ｇ／ｃｍ^３〜５．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子を使用する。

本発明の導電性インクのはんだ付け性を更に向上させるためには、導電性銀粒子が０．１ｍ^２／ｇ〜１．６ｍ^２／ｇの比表面積を有することが望ましい。導電性銀粒子の好ましい比表面積は、０．２ｍ^２／ｇ〜１．２ｍ^２／ｇ、より好ましくは０．３ｍ^２／ｇ〜０．８ｍ^２／ｇである。

本明細書において使用される用語「比表面積」は、分析ガスとして窒素を広く用いてASTM B922-10に従って測定されるＢＥＴ比表面積を意味する。

１．６ｍ^２／ｇより大きい比表面積を有する導電性銀粒子は、導電性インクを乾燥し、別の金属表面とはんだ付けした後に得られるはんだ付け強度がしばしば不十分になるので、本発明において使用するのに好ましくない。０．１ｍ^２／ｇ未満の比表面積を有する導電性銀粒子は、対応するインクの加工性を著しく低下させ、これにより、そのようなインクは標準的な工業用途における使用に適さない。

好ましい導電性銀粒子は、２μｍ〜２０μｍの平均粒度、２．５ｇ／ｃｍ^３〜６．０ｇ／ｃｍ^３のタップ密度および０．２ｍ^２／ｇ〜１．２ｍ^２／ｇの比表面積を有する。３μｍ〜１０μｍの平均粒度、３．５ｇ／ｃｍ^３〜５．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度および０．３ｍ^２／ｇ〜０．８ｍ^２／ｇの比表面積を有する導電性銀粒子が、本発明の導電性インクにおいて特に好ましく使用される。

もちろん、本発明では、異なった導電性銀粒子の組み合わせを使用することも望ましい。

本発明の導電性銀粒子は、それぞれ導電性インクの総量に基づいて、３８〜８５重量％の量、好ましくは４５〜７５重量％の量、特に好ましくは５２〜６８重量％の量で、導電性インク中に存在してよい。

適当な導電性銀粒子は現在、様々な企業から、例えば、Metalor Technologies、Ferro Corp.、Technic Inc.、Eckart GmbH、Ames Goldsmith Corp.、Potters Industries Inc.、Dowa Holdings Co., Ltd.、MitsuiおよびFukudaから市販されている。

先に記載したように、本発明は、乾燥後に容易にはんだ付けでき、様々な金属基材（例えばアルミニウム基材またはアルミニウム含有基材）と良好に接着できる導電性インク組成物を提供することによって、従来の導電性インク材料の欠点を解消する。工業的相互接続用途にとって、剥離強さは、対象基材とのインクの接着性および第二接合用はんだ材料とのインクのはんだ付け強度の両方を表す簡単な方法である。良好な剥離強さは、良好な接着性および良好なはんだ付け強度を示す。従って、良好な剥離強さは、多くの工業的相互接続用途に必要とされている。１つの例は、太陽電池のモジュールへの相互接続である。モジュールメーカーは、はんだ付け薄帯の電池との良好な剥離強さを必要とし、これは、モジュールの信頼性にとって必須であり、相互接続電池ストリングの輸送を容易にする。

本発明によれば、インク層へのＳｎＰｂ（はんだ）の浸透が良好な剥離のための重要な因子の１つであることが見出された。従って、充填材は、インクにおける適合した充填のために好ましく適合する形態を有すべきであり、溶融ＳｎＰｂがはんだ付け工程中に浸透できるように密集しすぎてはならない。これは、図１および図２から理解することができる。

図１および図２並びに続く図には、最終組成物の、倍率１０００倍での断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真が示されている。試料断面は、液体窒素中での試料の極低温破断によって得た。従って、非常にきれいな切断面形態が得られた。ＳＥＭ写真は、１０〜２０ｋＶの加速電圧、ＢＳＥモードでHitachi S-3400Nを用いて得た。Horiba EDXセットをS-3400Nに接続し、関心が持たれている指定領域の元素分析を行った。

図１では、組成物Ｃ１において使用されたＡｇ充填材は、乾燥フィルムにおいて非常に密集して充填されている。これにより、はんだ付けの際、インク層にＳｎＰｂは極少量しか浸透せず、その結果、極めて低い剥離力（平均０．１６Ｎ）およびインク上面での剥離がもたらされた。図２と比較すると、組成物Ｃ７はばらばらに充填されており、これにより、ＳｎＰｂの浸透は促進され、その結果、非常に良好な剥離力（平均１．７２Ｎ）およびインク層深部での剥離不良（即ち凝集破壊モード）がもたらされた。

良好な剥離にとっての別の重要な因子は、インク層とＡｌ層の間の界面結合である。従って、充填材は、焼成Ａｌ形態と適合できる形態を有さなければならない。適合性が低いほど、剥離強さが低くなる。これは、図３および図４から理解することができる。

Ｃ１１において使用されたＡｇ小フレークも、Ｃ１５において使用されたＡｇ大フレークも、乾燥フィルムにおいて密集した充填材充填をもたらさなかった（図３および図４）。従って、いずれも良好なＳｎＰｂ浸透を示した（図３および図４）。しかしながら、Ｃ１１における小フレークは、（特に高いアスペクト比を有する）Ｃ１５における大フレークと比べてより良好な焼成Ａｌの表面粗さに適合する形態を有する。この、界面でのＡｇ充填材と焼成Ａｌの間の形態適合性の違いは、Ｃ１１について良好な剥離力（平均１．２４Ｎ）および凝集破壊モードをもたらす一方で、Ｃ１５について不十分な剥離力（平均０．０８Ｎ）および界面破壊をもたらした。

本発明の導電性インクは、銀を実質的に含まないかまたはもっぱら部分的に銀からなる、金属粒子、金属めっき粒子または金属合金粒子のような更なる導電性粒子を更に含んでよい。これらの粒子は、白金、パラジウム、金、スズ、インジウム、ニッケル、銅、アルミニウムまたはビスマスおよび／またはそれらの組み合わせのような他の金属を含んでよい。適当な例は、銀被覆銅粒子、銀被覆窒化ホウ素粒子、銀被覆アルミニウム粒子および銀被覆ガラスを包含する。他の例は、銀被覆炭素および銀被覆グラファイトのような、カーボンブラック、カーボンファイバーまたはグラファイトを含んでなるか、またはカーボンブラック、カーボンファイバーまたはグラファイトからなる粒子を包含する。導電性非銀金属粒子または部分的銀含有銀被覆粒子または銀合金粒子について、適当な平均粒度は、一般に１μｍ〜４０μｍの範囲であり；これらの粒子の望ましいタップ密度および比表面積は、使用されている非銀材料の異なった密度の故に、例えば先に記載した導電性銀粒子のタップ密度および比表面積と異なっていてよい。

本発明の導電性インクは、１つ以上の有機溶媒を更に含む。有機溶媒は、芳香族樹脂を実質的に溶解し、導電性インクの粘度を調整するために使用される。使用してよい溶媒は、エステル、エーテル、エーテル−エステル、ケトンまたはそれらの組み合わせを包含する。有機溶媒の例は、アミルアセテート、エチル ３−エトキシプロピオネート、ジエチルグリコール、モノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチレンエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどを包含する。

特に良好な性質および結合強度は、導電性接着剤の有機溶媒が、カルビトールアセテートのようなグリコールエーテルアセテートである場合に達成される。

導電性インクは、好ましくは、それぞれ導電性インクの総量に基づいて、５〜５０重量％の量で、より好ましくは１５〜３５重量％の量で有機溶媒を含む。

本発明の導電性インクは更に、その性質が更に最適化されるように、１つ以上の添加剤を含んでよく、その例は、フロー添加剤（flow additive）、レオロジー改質剤、可塑剤、油、安定剤、酸化防止剤、防蝕剤、キレート剤、顔料、染料、ポリマー添加剤、脱泡剤、防腐剤、増粘剤、保湿剤、接着促進剤、分散助剤またはそれらの組み合わせである。

使用される場合、添加剤は、所望の性質を付与するのに十分な量で使用される。１つ以上の添加剤が、それぞれ導電性インクの総量に基づいて、約０．０５〜約２０重量％の量で、好ましくは約１〜約１０重量％の量で、より好ましくは約０．１重量％〜約５重量％の量で、より好ましくは約０．２重量％〜約５重量％の量で、更により好ましくは約０．２重量％〜約２重量％の量で、本発明の導電性インク中に存在してよい。

本発明の導電性インクの１つの典型的な組成物は、インクの総量に基づいて下記成分を含んでなるか、または下記成分からなる：
ａ）４〜２５重量％の１つ以上の芳香族樹脂；
ｂ）３８重量％〜８５重量％の、１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子；
ｃ）５〜５０重量％の１つ以上の有機溶媒、および
ｄ）０〜２０重量％の１つ以上の添加剤。

本発明の導電性インクの別の典型的な組成物は、インクの総量に基づいて下記成分を含んでなるか、または下記成分からなる：
ａ）４〜２５重量％の１つ以上のフェノキシ樹脂；
ｂ）３８重量％〜８５重量％の、１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子；
ｃ）５〜５０重量％の１つ以上の有機溶媒、および
ｄ）０〜２０重量％の１つ以上の添加剤。

本発明の導電性インクの別の典型的な組成物は、インクの総量に基づいて下記成分を含んでなるか、または下記成分からなる：
ａ）４〜２５重量％の１つ以上のフェノキシ樹脂；
ｂ）３８重量％〜８５重量％の、１μｍ〜４０μｍの平均粒度、１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度および０．１ｍ^２／ｇ〜１．６ｍ^２／ｇの比表面積を有する導電性銀粒子；
ｃ）５〜５０重量％の１つ以上の有機溶媒、および
ｄ）０〜２０重量％の１つ以上の添加剤。

本発明の導電性インクの別の典型的な組成物は、インクの総量に基づいて下記成分を含んでなるか、または下記成分からなる：
ａ）６〜１５重量％の１つ以上のフェノキシ樹脂；
ｂ）４５重量％〜７５重量％の、２μｍ〜２０μｍの平均粒度、２．５ｇ／ｃｍ^３〜６．０ｇ／ｃｍ^３のタップ密度および０．２ｍ^２／ｇ〜１．２ｍ^２／ｇの比表面積を有する導電性銀粒子；
ｃ）１５〜３５重量％の１つ以上の有機溶媒、および
ｄ）０〜１０重量％の１つ以上の添加剤。

本発明の導電性インクの別の典型的な組成物は、インクの総量に基づいて下記成分を含んでなるか、または下記成分からなる：
ａ）６〜１５重量％の１つ以上のフェノキシ樹脂；
ｂ）４５重量％〜７５重量％の、２μｍ〜２０μｍの平均粒度、２．５ｇ／ｃｍ^３〜６．０ｇ／ｃｍ^３のタップ密度および０．２ｍ^２／ｇ〜１．２ｍ^２／ｇの比表面積を有する導電性銀粒子；
ｃ）１５〜３５重量％の１つ以上の有機溶媒、および
ｄ）０〜５重量％の１つ以上の添加剤。

本発明の導電性インクは、スクリーン印刷を含む、先行技術から既知の技術によって適用することができる。本発明のインクを、７０℃〜３００℃の温度のような適当な温度に曝すことにより、有機溶媒は蒸発し、導電性インクは乾燥する。典型的には、本発明の導電性インクは、熱対流または赤外線によるボックス炉またはコンベアベルト炉において乾燥させる。好ましい乾燥温度は１４０℃〜２００℃の範囲であり、好ましい乾燥時間は１分間〜１０分間の範囲である。

乾燥生成物は、様々な金属表面（例えばアルミニウム）との優れた接着性、および低い電気抵抗を示す。加えて、乾燥生成物は別の金属基材とはんだ付けすることができ、それにより、安定性および信頼性を有する電気相互接続を形成することができる。

従って、導電性インクの乾燥生成物は、本発明の別の対象である。

本発明は更に、電気的に接続された第一基材および第二基材を含んでなる結合集成体であって、第一基材はその表面に、本発明の導電性インクの乾燥生成物によって形成された１つ以上の導電性経路を有し、１つ以上の導電性経路は、第一基材と第二基材との間の導電性接続を形成しているはんだ材料によって第二基材に結合されている、結合集成体も提供する。

アルミニウム表面に対する乾燥生成物の強固な結合およびその直接はんだ付け性の故に、本発明の導電性インクは、様々なアルミニウム表面またはアルミニウム含有表面上に１つ以上の導電性経路を形成するために使用することができ、この経路は、別の金属基材に直接はんだ付けすることができる。このような特異な性質により、太陽電池モジュールの製造における使用が可能となる。その場合、本発明の導電性インクは、ｃ−Ｓｉ太陽電池のアルミニウム裏面に適用される。乾燥後、得られた導電性経路または母線は、Ｓｎ合金薄帯のような導電性接続ストラップに直接はんだ付けされる。

従って、本発明の別の対象は、本発明の導電性インクの乾燥生成物を含んでなるソーラーモジュールである。

本発明の更なる対象は、
ａ）本発明の導電性インクを供給する工程；
ｂ）基材の少なくとも一部に導電性インクを適用する工程；および
ｃ）基材の少なくとも一部において導電性経路を形成するために７０℃〜３００℃の温度に基材を曝す工程
を含む、基材上に導電性経路を形成する方法に関する。

本発明の別の対象は、
ａ）本発明の導電性インクを供給する工程；
ｂ）第一金属基材の少なくとも一部に導電性インクを適用する工程；
ｃ）第一基材の少なくとも一部において導電性経路を形成するために７０℃〜３００℃の温度に第一金属基材を曝す工程；
ｄ）導電性経路に第二金属基材をはんだ付けし、それにより第一基材と第二基材の間に導電性接続を形成する工程
を含む、結合集成体の製造方法に関する。

先に記載したように、本発明の導電性インクは、裏面にＡｌ構造物（全Ａｌ裏面電界、全Ａｌエミッター、Ａｌ含有電極など）を有する電池で構成されているソーラーモジュールのような電子デバイスの製造に使用することができる。

これに関して、本発明はまた、裏面にＡｌ構造物を有する電池で構成されているソーラーモジュールのような電子デバイスの製造における、本発明の導電性インクの使用に関する。本発明は更に、アルミニウムを含んでなるか、または本質的にアルミニウムからなる基材上に導電性経路を形成するための、本発明のインクの使用に関する。好ましい基材は、ｃ−Ｓｉ太陽電池のＡｌ含有裏面を包含する。

実施例
以下に記載する実施例により、本発明の態様に従った組成物の性質を例示する。特に記載のない限り、下記実施例および説明における全ての部およびパーセントはそれぞれ、重量部および重量パーセントである。

以下の実施例は、説明のために記載するものである。従って、その記載は、より容易に理解するためのものであり、特に記載のない限り、開示の範囲を限定する意図は全く存在しない。

以下の実施例Ａ〜Ｄにおいて使用した一般組成

実施例Ａ
上記一般組成に従って試料を調製した。下記実施例では標準樹脂としてフェノキシ樹脂PKHH（Inchem）を使用し、溶媒としてカルビトールアセテートを使用した。全ての試料に、同じ標準充填量（乾燥フィルム中Ａｇ％＝８５．７６％）で、充填材を添加した。ＴＤはタップ密度、ＳＳＡは比表面積、Ｄ１０−Ｄ５０−Ｄ９０は充填材の粒度である。

剥離強さは、下記手順に従って測定した。
ａ）印刷できるはんだ付け可能なインクを、電池裏面ＢＳＦ Ａｌ上に適用した。
ｂ）ボックス炉において１９０℃で６分間、インクを乾かした。
ｃ）薄帯フラクシング：薄帯をフラックス剤、即ちX33-08I（Henkel）の中に数分間投入した；次いで、薄帯を取り出し、加熱空気流中で完全に乾かした。
ｄ）はんだ付け工程：３６０℃の加工温度で加熱はんだヘッドを用いて部分／母線（secs/busbar）において、はんだ付けを手動で行った。
ｅ）はんだ付けした構成部分を試験器ホルダーに設置し、剥離強さを記録した。

ChemInstrumentsによって供給されている試験器モデルTR1000を用いて、剥離強さを測定した。剥離強さ試験は、１５ｃｍ／分の速度および９０°の剥離角度で、接着／剥離モードで行った。剥離強さは、ニュートン（Ｎ）単位であった。ASTM D6862-11に記載されている試験方法と全て同様に実施した。この場合、硬質被接着体は焼成Ａｌであり、軟質被接着体はＳｎＰｂ薄帯であった。

実施例Ｂ
上記一般組成に従って試料を調製し、全てのランにおいてＡｇ加工粉末D-2466P（Metalor）を充填材として使用し、全ての試料において溶媒としてカルビトールアセテートを使用した。樹脂のタイプを変えた。具体的な樹脂は、下記表に記載する。全ての試料に、同じ低い添加量（乾燥フィルム中Ａｇ％＝８２．７５％）で充填材を添加した。

実施例Ｃ
上記一般組成に従って試料を調製し、下記ランにおいて標準樹脂としてフェノキシ樹脂PKHH（Inchem）を使用し、溶媒としてカルビトールアセテートを使用した。全ての試料に、同じ標準添加量（乾燥フィルム中Ａｇ％＝８５．７６％）で充填材を添加した。充填材粉末および充填材フレークの両方について、小、中および大に分類された異なった粒度のものを使用した。ＴＤはタップ密度、ＳＳＡは比表面積、Ｄ１０−Ｄ５０−Ｄ９０は充填材の粒度である。剥離強さは、焼成Ａｌ上で試験した。

関心が持たれる領域：ＳｎＰｂ／インク界面の下から乾燥インク層の半分までの乾燥インク断面領域について、元素分析を行った。関心が持たれる指定領域を元素分析するために、断面走査型電子顕微鏡S-3400NにHoriba EDXセットを接続した。処理オプションは、全元素分析（正規化）とした。

Ｃ１の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％２７．５７−原子％５８．４３：Ｏ（Ｋ）重量％１８．１７−原子％２８．９２：Ａｇ（Ｌ）重量％４７．１３−原子％１１．１２：Ｓｎ（Ｌ）重量％７．１２−原子％１．５３。

Ｃ７の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％１６．７６−原子％５７．７７：Ｏ（Ｋ）重量％６．３０−原子％１６．３１：Ａｇ（Ｌ）重量％３２．８６−原子％１２．６１：Ｓｎ（Ｌ）重量％３０．２４−原子％１０．５５： Ｐｂ（Ｍ）重量％１３．８４−原子２．７７。

Ｃ１１の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％９．１１−原子％３８．８６：Ｏ（Ｋ）重量％７．７４−原子％２４．８０：Ａｇ（Ｌ）重量％４５．８８−原子％２１．７９：Ｓｎ（Ｌ）重量％２８．８８−原子％１２．４７：Ｐｂ（Ｍ）重量％８．３９−原子２．０８。

Ｃ１５の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％９．１７−原子％４６．１８：Ｏ（Ｋ）重量％２．３６−原子％８．９１：Ａｇ（Ｌ）重量％５３．１６−原子％２９．８１：Ｓｎ（Ｌ）重量％２２．０３−原子％１１．２３：Ｐｂ（Ｍ）重量％１３．２９−原子３．８８。

実施例Ｄ
上記一般組成に従って試料を調製し、下記表に示すように芳香族樹脂、非芳香族樹脂および樹脂混合物を変え、溶媒としてカルビトールアセテートを使用した。全ての試料において、充填材としてＡｇ加工粉末D-2466P（Metalor）を使用した。全ての試料に、同じ低い添加量（乾燥フィルム中Ａｇ％＝８２．７５％）で充填材を添加した。剥離強さは、焼成Ａｌ上で試験した。

実施例Ｄは、芳香族樹脂が、焼成アルミニウムとの特に良好な接着をもたらし、良好な剥離のために必須の要素であることを示している。非芳香族化合物は弱い接着をもたらすので、剥離強さは低かった。これは、図５および図６にも示されている。

関心が持たれる領域：インク／Ａｌ界面の下から焼成Ａｌ層の半分までの焼成Ａｌ断面領域について、元素分析を行った。関心が持たれる指定領域を元素分析するために、断面走査型電子顕微鏡S-3400NにHoriba EDXセットを接続した。処理オプションは、全元素分析（正規化）とした。

Ｄ１の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％４０．８８−原子％５８．２３：Ｏ（Ｋ）重量％１０．４７−原子％１１．１９：Ａｌ（Ｋ）重量％３７．７４−原子％２３．９３：Ｓｉ（Ｋ）重量％１０．９１−原子％６．６５。

Ｄ５の元素分析：
Ｃ（Ｋ）重量％４３．８０−原子％６０．３０：Ｏ（Ｋ）重量％１２．９１−原子％１３．３４：Ａｌ（Ｋ）重量％３５．７７−原子％２１．９２：Ｓｉ（Ｋ）重量％７．５３−原子％４．４３。

上面にインクを適用しなかった焼成Ａｌの元素分析（ブランク）：
Ｃ（Ｋ）重量％２．７０−原子％５．５３：Ｏ（Ｋ）重量％９．９６−原子％１５．３２：Ａｌ（Ｋ）重量％７２．８４−原子％６６．４４：Ｓｉ（Ｋ）重量％１４．５０−原子％１２．７１。

図５および図６では、インク層にＳｎＰｂが良好に浸透したことが視覚化されている。これをブランクＥＤＸ分析と比較すると、両方の樹脂がＡｌ層に良好に浸透したことが分かる。しかしながら、Ｄ１の芳香族樹脂が、極めて良好な剥離強さ（平均２．０Ｎ）および凝集破壊モードをもたらす一方で、Ｄ５の非芳香族樹脂は、低い剥離強さ（平均０．４５Ｎ）およびインク／Ａｌ界面での剥離不良しかもたらさなかった。

Claims (17)

1. ａ）１つ以上の芳香族樹脂；
   ｂ）１μｍ〜４０μｍの平均粒度および１．５ｇ／ｃｍ^３〜６．５ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する導電性銀粒子；および
   ｃ）１つ以上の有機溶媒
   を含んでなる導電性インク。
2. 芳香族樹脂は、フェノキシ樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、芳香族熱可塑性ポリウレタンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の導電性インク。
3. 芳香族樹脂はフェノキシ樹脂である、請求項１または２に記載の導電性インク。
4. 導電性インクの総量に基づいて約４〜約２５重量％の総量で芳香族樹脂を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性インク。
5. 導電性銀粒子は０．１ｍ^２／ｇ〜１．６ｍ^２／ｇの比表面積を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の導電性インク。
6. 導電性インクの総量に基づいて３８重量％〜８５重量％の量で導電性銀粒子を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の導電性インク。
7. 有機溶媒は、エステル、エーテル、エーテル−エステル、ケトンまたはそれらの組み合わせから選択される、請求項１〜６のいずれかに記載の導電性インク。
8. 有機溶媒はグリコールエーテルアセテートである、請求項１〜７のいずれかに記載の導電性インク。
9. 導電性インクの総量に基づいて約５〜約５０重量％の総量で有機溶媒を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の導電性インク。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の導電性インクの乾燥生成物。
11. 電気的に接続された第一基材および第二基材を含んでなる結合集成体であって、第一基材はその表面に、請求項１０に記載の乾燥生成物によって形成された１つ以上の導電性経路を有し、１つ以上の導電性経路は、第一基材と第二基材との間の導電性接続を形成しているはんだ材料によって第二基材に結合されている、結合集成体。
12. 第一基材はアルミニウムを含んでなるか、または本質的にアルミニウムからなる、請求項１１に記載の結合集成体。
13. 請求項１０または１１に記載の結合集成体を含んでなるソーラーモジュール。
14. ａ）請求項１〜９のいずれかに記載の導電性インクを供給する工程；
    ｂ）基材の少なくとも一部に導電性インクを適用する工程；および
    ｃ）基材の少なくとも一部において導電性経路を形成するために７０℃〜３００℃の温度に基材を曝す工程
    を含む、基材上に導電性経路を形成する方法。
15. ａ）請求項１〜９のいずれかに記載の導電性インクを供給する工程；
    ｂ）第一金属基材の少なくとも一部に導電性インクを適用する工程；
    ｃ）第一基材の少なくとも一部において導電性経路を形成するために７０℃〜３００℃の温度に第一金属基材を曝す工程；
    ｄ）導電性経路に第二金属基材をはんだ付けし、それにより第一基材と第二基材の間に導電性接続を形成する工程
    を含む、結合集成体の製造方法。
16. アルミニウムを含んでなるか、または本質的にアルミニウムからなる基材上に導電性経路を形成するための、請求項１〜９のいずれかに記載の導電性インクの使用。
17. 電子デバイスの製造における、請求項１〜９のいずれかに記載の導電性インクの使用。

Images