TW201101336A - Paste composition used for forming an electrode or wiring which is curable at a low temperature - Google Patents

Description

201101336 六、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域j 發明領域 本發明是有關於用於形成可低溫燒成之電極或配線的 糊組成物，尤其是有關於可低溫燒成並具備優異的比電阻 特性及優異的穩定性，在使用於形成太陽能電池、射頻識 別系統(RFID;Radio Frequency Identification)、或印刷電路 ^ 板(pCB;Printed Circuit Board)之電極或配線上很有用的熱 硬化性糊組成物、及利用該糊組成物之電極或配線形成方法。

C -ϋ. 'J 發明背景 • 習知之用於形成電極或配線的糊組成物，係藉由混合 - 導電性粉末、環氧系黏合劑、硬化劑、及溶劑等而製造。 這種習知的糊組成物於加熱硬化時會有胺甲酸乙酯化 合物生成’然而所生成的胺甲酸乙酯化合物，具有會使主 〇 要作為導電性粉末使用的Ag粒子之密著性及熔接性大幅降 低的問題。又，這種習知糊組成物’因其緩慢的硬化速度， 引起線寬分散擴展現象(spreading)，在實現高解像度之電極 圖案上有困難（參考下述先行技術文獻〖至幻。 因此’吾人持續致力於藉由慎選與導電性粉末一起使 用的黏合劑及聚合起始劑等有機物的種類，開發不致使導 電性粉末之黏著力降低且具備高硬化度及優異的穩定性之 用於形成電極或配線的糊組成物。 先行技術文獻 201101336 專利文獻 [專利文獻1]大韓民國專利公開第10-2006-0049996號 [專利文獻2]大韓民國專利公開第10-2008-0024444號 [專利文獻3]曰本專利公開第2005-268239號 [專利文獻4]日本專利公開第2006-48149號 [專利文獻5 ]日本專利公開第2007-224191號 L發明内容2 發明概要 發明欲解決之課題 因之，本發明之目的，係在於提供一種相較於習知用 於形成電極或配線的糊組成物，可於低溫燒成並具備優異 的硬化度、比電阻特性及穩定性，在使用於形成電極或配 線上很有用的熱硬化性糊組成物、及利用該糊組成物之電 極或配線形成方法。 用以欲解決課題之手段 為了達成前述目的，本發明係提供一種用於形成電極 或配線的糊組成物，其係包含： a)導電性粉末；b)纖維素系黏合劑；c)丙烯酸酯系單 體；d)自由基聚合起始劑；及幻溶媒。 又’本發明係提供一種電極或配線形成方法，其係包 含將前述糊組成物塗布於基材上加以乾燥及燒成之事宜。 又’本發明係提供一種電氣或光學元件，其係包含夢 由别述電極或配線形成方法所形成的電極或配線。 發明效果 201101336 本發明之用於形成電極或配線的糊組成物係： (1) 印刷特性優異，可實現高解像度之電極圖案。 (2) 流變學特性優異，可實現高縱橫比(aspect ratio)。 (3) 硬化度佳，即使是低溫(40(TC以下）也可獲得優異的 比電阻特性。 - (4)黏度變化少，保管穩定性佳。 (5)無論基板材質（聚合物、玻璃、金屬、陶瓷等）皆展 0 現回黏著力’可適用於廣泛的應用領域（太陽能電池、射頻 識別系統(RFID)、印刷電路板（pCB))。 C 方包A- "^4】 用以實施發明之形態 依據本發明所獲致之用於形成電極或配線的糊組成 物，其特徵在於包含作為必須成分之：a)導電性粉末；⑴ 纖維素系黏合劑；C)丙烯酸酯系單體；d)自由基聚合起始 劑’及e)溶媒’由於反應溫度為⑽〜丨別七，不會在常溫下 〇 自發性硬化，故沒有在8〇°C以下保管上變質的危險，可在 150〜40(TC之低溫燒成。 本發明之組成物，適當者可包含：a)導電性粉末3〇至 90重量％，b)纖維素系黏合劑1至3〇重量％ ; c)丙烯酸酯系單 體1至30重畺％，d)自由基聚合起始劑〇 至1〇重量％ ;及幻 剩餘量的溶媒。 本發明中，前述a)導電性粉末可使用一般用於形成電 極或配線的金屬粉末或金屬粉，最具代表性之導電性粉末 可舉銀(Ag)粉末。使用於本發明的導電性粉末，可使用平 201101336 均粒徑0.05至ΙΟμιη的粉末，較佳可使用0.1至5|jm的粉末。 又，可將導電性粉末混合2種以上來使用，這時，可將具備 屬奈米粒徑之0.05至Ιμιη的粉末、與屬微米粒徑之1至ΙΟμπι 的平均粒徑之粉末，混合使用2種以上。 導電性粉末的形狀可使用球形、非球形或板形（薄片 狀），可將該等混合使用2種以上。 本發明中，作為前述b)纖維素系黏合劑之具體性例 子，可使用選自於由：甲基纖維素、乙基纖維素、丙基纖 維素、硝化纖維素、乙酸纖維素、丙酸纖維素、羥乙基纖 維素、羥丙基纖維素、羥乙基羥丙基纖維素、及該等之混 合物所構成之群組之物，較佳為使用乙基纖維素。 本發明中，作為前述c)丙烯酸酯系單體之具體性例 子，可舉：曱基丙烯酸、曱基丙烯酸酯、乙基環氧丙基醚 曱基丙烯酸酯、丙基環氧丙基醚曱基丙烯酸酯、2或4-溴苄 基甲基丙烯酸酯、曱基丙烯酸己酯、曱基丙烯酸正辛酯、 曱基丙烯酸異辛酯、2-乙基己基曱基丙烯酸酯、曱基丙烯 酸異壬酯、乙基異戊基丙烯酸酯、丁基環氧丙基醚甲基丙 烯酸酯、苯基環氧丙基醚丙烯酸酯、甲基丙烯酸三環癸酯、 曱基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、2或4-甲氧基苯基甲基 丙烯酸酯、2或4-曱氧基苄基曱基丙烯酸酯、2或4-乙氧基苯 基甲基丙烯酸酯、2或4-乙氧基苄基甲基丙烯酸酯、2或4-氯苯基甲基丙烯酸酯、2或4-氣苄基甲基丙烯酸酯、2或4-溴苯基甲基丙烯酸酯、屬多官能性單體之三羥甲基丙烷三 丙烯酸酯、乙二醇二曱基丙烯酸酯、三乙二醇二曱基丙烯 201101336 酸輥、1，3_丁二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸 酯、16-己二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基三曱基丙烯酸 酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、新戊四醇三甲基丙烯 酸醋、雙三羥甲基丙烷四甲基丙烯酸酯、雙新戊四醇曱基 丙烯酸己酯、或該等之混合物，較佳者可使用三羥甲基丙 烷二丙烯酸酯、三羥曱基丙烷三甲基丙晞酸酯、乙二醇二 甲基丙烯酸酯。

本發明中，作為前述d)自由基聚合起始劑之物’宜使 用自由基聚合反應所使用的過氧化物系化合物。作為這種 ^氧化物系起始劑之具體性例子’可舉：二月桂醯基過氧 化物、二苯甲醯基過氧化物、第三-丁基過氧新癸酸酯、第 戊基過氧三甲基乙酸酯、二(2-乙基己基）過氧二碳酸 — (3-甲氧基丁基)過氧二碳酸酯、3-羥基-1，1-二甲基丁 基過氧新癸酸酯、二-(3,5,5-三甲基己醯基)過氧化物、第三 、戊基過氧-2-乙基己酸酯、第三-丁基過氧-2-乙基己酸酯、 第二-丁基異丙基單過氧碳酸酯、第三-丁基過基-2-乙基己 基碳酸酯、二苯曱醢基過氧化物、第三_戊基(2_乙基己基） 單過氧碳酸酯、第三_丁基過氧化物、四丁基過氧化物、第 丁基過氧異丙基碳酸酯、第三_ 丁基過氧苯甲酸酯、 i’l’3,3-四曱基丁基過氧新癸酸酯、二異丙苯基過氧化物、 二癸醯基過氧化物、或該等之混合物，適當者可使用第三_ 丁基過氧化物、四丁基過氧化物、二苯甲醯基過氧化物、 第三-丁基過氧苯甲酸酯、第三_丁基過氧新癸酸酯。 又’依據本發明所獲致之躲形成電減配線的糊組 201101336 成物^了前述必須成分之外，亦可視需要而追加性地含 有通“於形成電極或g己線的糊組成物中所含有的添加 劑。這種添加劑之例子可舉：可_、增黏劑、穩定化劑、 分散劑、消_、及界面活性劑等，各個添加_在本發 明的糊组成物中使用0 〇1至1〇重量％。 補由將Μ導電性粉末、纖維素系黏合劑、丙歸酸 醋系單體、自由基聚合起始劑、及任意的添加劑，在前述 使用量範圍内與溶媒〜起以摻和機或3報混煉機等均勾混 合’而製造本發__成物。本發明之糊組·係可以 達成特定黏度之量而含有溶媒，較佳4當㈣布氏 (Br〇〇kfie_BT黏度計，以#51轉抽於常溫（溫度价）下在 shear脑(剪切速度/剪切率）3 84^之條件下測定時，具有 1至300Pa · S之黏度。 作為前述溶媒之物，可使用萜品醇、丁基卡必醇乙酸 酷、丁基卡必醇、乙二醇、乙二醇一丁基鍵、乙二醇一丁 基醚乙酸酯、丁醇一曱基醚' 丙二醇曱基醚、丙二醇一曱 基醚丙酸酯、丙二醇曱基醚乙酸酯、二丙二醇曱基醚、二 丙二醇一曱基醚、二丙二醇甲基醚乙酸酯、丙二醇一甲基 醚丙酸酯、乙基醚丙酸:酯、丙二醇一甲基醚乙酸酯、二甲 胺基甲醛、甲基乙基顚I、丁内酯、乳酸乙酯（ethyl lactate)、2,2,4-二甲基-i，3_戊二醇一異丁酯（十二醇酯； texanol)、甲苯、1-甲氧基_2_丙醇、或該等之混合物。 又’本發明係提供將前述糊組成物塗布於基材上加以 乾燥及燒成而形成電極或配線之方法。前述電極或配線可 201101336 、射頻識別系統贿η)、或印刷電路板 (P⑶之電極或崎，藉由本發明賴致的太陽能電池、射 頻識別系統(RFID)或印刷電路板(PCB )，係使用藉本發明所 獲致的糊組成物形成電極或配線，除此之外可依據一般的 材料及方法來製造。 由本發明的糊組成物所形成的前述電極或配線，可呈 . 至5〇,的厚度。又，例如，若為太陽能電池之情況，則 〇 前絲材可卩衫布(例如械極)並已乾燥之

Si基板月(』述塗布可藉由網版印刷法進行，前述乾燥可在 60〜150C進仃3至30分鐘，接著燒成可在⑼〜伽。c進行5 至6〇分鐘。又，也可以同時進行乾燥及燒成，在100~400 C之低溫下進行5至60分鐘。 如前所述，本發明之用於形成電極或配線的糊組成物 具有如下所示之優點： (1) 尚解像度(high resolution):糊的流變學特性優異， Q 容易實現8〇μηι以下的高解像度圖案。 (2) 高縱橫比(aSpect rati〇):印刷時網目穿透性佳，可實 現尚縱橫比之圖案，即使是高解像度也可得到優異的線繞 電阻特性。 (3) 雖在400°C以下低溫硬化但電阻特性優秀：即使少量 黏合劑+單體+聚合起始劑但硬化度佳，比電阻特性優異。 (4) 保官穩定性優異.常溫下硬化反應受到抑制，在 25〜40°C條件下黏度變化很少。 (5) 因具有高硬化度，故與薄膜、透明導電層、石夕、玻 201101336 璃等使用於電子材料的所有基板之黏著力佳，可有效率地 適用於太陽能電池、射頻識別系統(RFID)、印刷電路板 (PCB)等廣泛的應用領域上。 以下’為有助於理解本發明故提示適當實施例，然而 下述實施例僅用以例示本發明，本發明之範圍並不限定於 下述實施例。 [實施例] 實施例1至3、及比較例1及2 將下述表1所記載的成分以該當量使用，並藉3輥混煉 機此合而製造目的之糊組成物。 繼而’對已製造之糊組成物測定比電阻、黏度變化、 解像度、縱橫比、基板附著力及燒成後強度等，物性測定 結果亦一併顯示於下述表1。 [表1] 實施例1 實施例2 實施例3 比較例1 比較例2 導電性粉末 銀粉末 30 70 85 30 85 黏合劑1 乙基纖維素 10 6 2 - 2 黏合劑2 環氧樹脂 - - - 10 5 硬化劑 胺系 - - - 1 0.5 單體 乙二醇二甲基丙烯酸醋 6 3 4 - - 摻混 (重量 1經甲基丙·坑三丙稀酸醋 6 2 1 - - 份） 聚合起始劑 第三-丁基過氧化物 1 - - - - 第三-丁基過氧新癸酸酯 - 0.5 0.5 - - 有機溶媒1 萜品醇 20 8 3 26 3 有機溶媒2 丁基卡必醇乙酸酯 20 8 3 26 3 可塑劑 苯二甲酸二丁酯 5 1 - 5.5 - 添加劑 消泡劑 1 0.5 0.5 0.5 0.5 分散劑 1 1 1 1 1 10 201101336 特性 比電阻 (*10-6Qcm) 180°G、30分硬化 26.4 18.3 13.5 325 114 200°C、30分硬化 15.7 10.2 7.18 275 25.5 220°C、30分硬化 10.2 9.4 6.4 87.9 15.4 黏度變化率 (%) 25°C、保管1個月後的黏 度變化率 1.7 3.2 2.8 完全 硬化 32.3 解像度(Mm) 實現印刷後的線寬變化 举10%以内 50 65 70 90 100 縱橫比(％) 180°C燒成後的圖案高度 /圖案線寬度比率 16.49 22.23 27.66 5.13 13.1 基板附著力 探針加壓移動方式 25N 25N 25N 10N 7Ν 燒成後強度 鉛筆芯硬度測定 4H 2H 2H Η ΗΒ • 由前述表1可得知，實施例1至3所製造的本發明糊組成 Ο 物，相較於比較例1及2所製造的組成物，不僅展現了極優 越的比電阻特性、穩定性、強度、及基板附著力，且可實 現高解像度及高縱橫比之電極圖案。 【圖式簡單說明】 ' (無） 【主要元件符號說明】 (無）

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Claims (1)

1. 201101336 七、申請專利範圍： 1. -種用於形成電極或配線的糊組成物，其係包含：稱 電I·生泰末’ b)纖維素系黏合劑；C)丙婦酸酿系單體；d) 自由基聚合起始劑；及e)溶媒。 2·如申請專利範圍第！項之用於形成電極或配線的糊組成 物’其係包含·· a)導電性粉末3〇至9〇重量％ ;⑴纖維素 系黏合劑1至30重量％; c)丙烤義系單體⑴❽重量 %，d)自由基聚合起始劑〇〇1至1〇重量％;及幻剩餘量的 溶媒。 3.如申請專圍第丨項之用於形成電極或配線的糊組成 物，其中前述導電性粉末為銀(Ag)粉末。 如申靖專利範圍第1項之用於形成電極或配線的糊組成 物’其中前述導電性粉末具的平均粒徑。 5.如申請專利範圍第i項之用於形成電極或配線的糊組成 物’其中前述纖維素系黏合劑係選自於由：甲基纖維 素、乙基纖維素、丙基纖維素、硝化纖維素、乙酸纖維 素、丙酸纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙 基羥丙基纖維素、及該等之2種以上之混合物所構成之 群組。 6‘如申請專利範圍第1項之用於形成電極或配線的糊組成 物’其中前述丙烯酸酯系單體，係選自於由：三經甲基 丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、乙基環 氧丙基醚曱基丙烯酸酯、丙基環氧丙基醚甲基丙烯酸 、2或4-溴苄基甲基丙烯酸酯、曱基丙烯酸己酯、曱 12 201101336 Ο Ο 基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、2-乙基己基甲基 丙烯酸酯、甲基丙烯酸異壬酯、乙基異戊基丙烯酸酯、 丁基環氧丙基醚甲基丙烯酸酯、苯基環氧丙基醚丙烯酸 酯、甲基丙烯酸三環癸酯、曱基丙烯酸苯酯、甲基丙烯 酸苄酯、2或4-甲氧基苯基甲基丙烯酸酯、2或4-曱氧基 节基曱基丙烯酸醋、2或4-乙氧基苯基甲基丙稀酸醋、2 或4-乙氧基苄基甲基丙烯酸酯、2或4-氣苯基甲基丙烯酸 酯、2或4-氯苄基甲基丙烯酸酯、2或4-溴苯基甲基丙烯 酸酯、屬多官能性單體之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙 二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二曱基丙烯酸酯、1，6- 己二醇二甲基丙烯酸酯、三羥曱基三甲基丙烯酸酯、三 羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、新戊四醇三甲基丙烯酸 Θ旨、雙三經甲基丙烧四甲基丙烯酸g旨、雙新戊四醇曱基 丙烯酸己酯、及該等之混合物所構成之群組之丨種以上。 7.如申請專利範圍第丨項之用於形成電極或配線的糊組成 係選自於由：第三-'二月桂醯基過氧化 物，其中前述自由基聚合起始劑， 丁基過氧化物、四丁基過氧化物 物 二 笨甲《過氧化丁基過氧新癸酸醋、 第三-戊基過氧三甲基乙《、二(k基己基)過氧二碳 酸酷、二(3_甲氧基丁基)過氧二碳酸鴨、3經基-u-二 曱基丁基過氧新癸酸酯、二-(3,5,5_二 化物、弟三-戊基過氧-2-乙基己酸鴨、 乙基己酸酯、第三-丁基異丙基單過氣 曱基己酿基)過氧 第三-丁基過氧-2-碳酸S旨、第三-丁 13 201101336 基過氧-2-乙基己基碳酸酯、二苯曱酿基過氧化物、第三 -戊基(2-乙基己基）單過氧碳酸酯、第三_丁基過氧化物、 四丁基過氧化物、第三-丁基過氧異丙基碳酸酯、第三_ 丁基過氧苯甲酸酯、1，1，3,3-四曱基丁基過氧新癸酸酯、 二異丙苯基過氧化物、二癸醯基過氧化物、及該等之混 合物所構成之群組之過氧化物系化合物。 8. 如申請專利範圍第〖項之用於形成電極或配線的糊組成 物，其中前述組成物可在〇.〇1至10重量％追加性地含 有：可塑劑、增黏劑、穩定化劑、分散劑、消泡劑、界 面活性劑、或該等之混合物。 9. 如申吻專利範圍第1項之用於形成電極或配線的糊組成 物，其中前述糊之黏度係於常溫(25。〇測定時，具有i 至300Pa · S之黏度。 10. —種電極或配線形成方法，其係包含：將如申請專利範 圍第1~9項中任一項之糊組成物塗布於基材上加以乾燥 及燒成。 11. 如申清專利範圍第10項之電極或配線形成方法，其中前 述燒成係在150〜400°C之範圍進行。 12. 如申請專利範圍第1〇項之電極或配線形成方法，其中前 述電極或配線係具有3至50//m的厚度。 13. 如申請專利範圍第1〇項之電極或配線形成方法，其中前 述電極或配線係太陽能電池、射頻識別系統（RFID; Radio Frequency Identification)、或印刷電路板（pcb; Printed Circuit Board)之電極或配線。 14 201101336 14. 一種電氣或光學元件，係包含藉由申請專利範圍第 10〜13項中任一項之電極或配線形成方法所形成的電極 或配線。 15. 如申請專利範圍第14項之電氣或光學元件，其中前述電 氣或光學元件係太陽能電池、射頻識別系統 (RFID;Radio Frequency Identification)、或印刷電路板 (PCB;Printed Circuit Board)。 y

   15 201101336 四、指定代表圖·· (一) 本案指定代表圖為：第（ ）圖。（無) (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：