TWI490184B

TWI490184B - 無鉛奈米導電漿材料

Info

Publication number: TWI490184B
Application number: TW101146628A
Authority: TW
Inventors: Tai Fa Young; Chien Chang Wu; Yu Shuen Chiu
Original assignee: Advanced Electronic Materials Inc
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TW201422559A

Description

無鉛奈米導電漿材料

本發明係關於一種無鉛奈米導電漿材料；特別是關於一種無鉛奈米錫、鋅導電漿材料；更特別是關於一種增益散熱無鉛奈米導電漿材料。

習用導電漿材料，如中華民國專利公告第I232352號〝應用於晶片型電阻、電容、電感及導線接合端子的電極之低溫燒著型導電漿料〞發明專利，其揭示一種應用於晶片型電阻、電容、電感及導線接合端子的電極之低溫燒著型導電漿料，其主要包括：一第一導電粉末為球狀銀粉末；一第二導電粉末為鱗片狀銀粉末，一第三導電粉末為鎳；一第一樹脂為環氧樹脂；一第二樹脂為酚醛樹脂；一第一添加物為超微粉黏土；及一調整溶劑，且包含一第一溶劑為沸點為攝氏180度以上之溶劑及一第二溶劑為沸點為攝氏80至180度之芳香族碳化氫系。

另一習用導電漿材料，如中華民國專利公開第201024391號〝無溶劑導電膠組成物及使用該組成物之太陽能電池元件〞發明專利申請案，其揭示一種無溶劑導電膠組成物包含：黏合劑、起始劑、玻璃粉及導電粉。

另一習用導電漿材料，如中華民國專利公開第201114876號〝具有介面活性劑之導電膠〞發明專利申請案，其揭示一種導電膠，其包含至少一金屬粉末、一有機載體、一玻璃熔塊以及一界面活性劑。該界面活性劑具有結構為Mx(R)y(Q)z，其中M選自一金屬元素或一半導體元素，R為一種親水基〔hydrophilic group〕，其中與M鍵結之該親水基得以水解而產生另一對應之親水性官能基〔hydrophilic functional group〕，及Q為一種親油基〔hydrophobic group〕。

另一習用導電漿材料，如中華民國專利公開第201128657 號〝導電鋁膠及其製造方法、太陽能電池及其模組〞發明專利申請案，其揭示一種矽基材太陽能電池用導電鋁膠，該導電鋁膠為有機載體、鋁粉末、玻璃熔塊以及金屬奈米粒子所組成，該金屬奈米粒子的D50粒徑範圍為10至1000nm，含量為0.1至10重量%。

另一習用導電漿材料，如中華民國專利公開第201137081號〝具有一維奈米導電材之導電膠之製造方法〞發明專利申請案，其揭示一種具有一維奈米導電材之導電膠之製造方法，該製造方法主要將一維奈米導電材混入水性或油性膠體形成導電膠。

另一習用導電漿材料，如中華民國專利公開第201203285號〝鋁膏組合物及使用該組合物之太陽能電池元件〞發明專利申請案，其揭示一種鋁膏組合物，其包含鋁粉、玻璃粉、黏合劑及分散劑。

然而，前述中華民國專利第I232352號、中華民國專利公開第201024391號、第201114876號、第201128657號、第201137081號及第201203285號發明專利申請案並未揭示無鉛奈米導電漿材料或如何降低製程溫度之相關技術。因此，習用導電漿材料必然存在進一步改良之需求。前述專利申請公開案僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求而提供一種無鉛奈米導電漿材料，其包含一膠體材料、一導電金屬粉末及一奈米級添加材料，以便利用該奈米級添加材料提升導電特性，如此可提供一無鉛導電漿材料，以改良習用導電漿材料。

本發明之主要目的係提供一種無鉛奈米導電漿材料，其利用一膠體材料、一導電金屬粉末及一奈米級添加材料混合組成一膠態組成物，以製成一無鉛導電漿材料，以達成提供環保導電漿材料之目的。

為了達成上述目的，本發明之無鉛奈米導電漿材料包含：一膠體材料，其包含一黏合劑；一導電金屬粉末，其選自導電良好無鉛材料；及一奈米級添加材料，其選自一無鉛奈米粉末材料；其中該導電金屬粉末及奈米級添加材料混合於該膠體材料，以形成一膠態組成物，並製成一無鉛導電漿材料。

另外，本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料包含：一膠體材料，其包含一黏合劑；一導電金屬粉末，其選自導電良好無鉛材料；一奈米級添加材料，其選自一無鉛奈米粉末材料；及一熱傳導材料，其選自熱傳導良好材料；其中該導電金屬粉末、奈米級添加材料及熱傳導材料混合於該膠體材料，以形成一膠態組成物，並製成一無鉛導電漿材料。

本發明較佳實施例之該導電金屬粉末選自銀粉末、鋁粉末、銅粉末或其任意混合組合物。

本發明較佳實施例之該導電金屬粉另包含金粉末、鈀粉末或鉑粉末。

本發明較佳實施例之該導電金屬粉末之重量百分比為20%至60%。

本發明較佳實施例之該奈米級添加材料選自一複合奈米級添加材料。

本發明較佳實施例之該奈米級添加材料選自錫、鋅、錫氧化物、鋅氧化物、其它金屬、其它金屬氧化物或其它複合氧化物。

本發明較佳實施例之該奈米級添加材料之重量百分比為5%至60%。

本發明較佳實施例另包含一添加材料，且該添加材料選自二氧化矽，其重量百分比為3%至15%。

本發明較佳實施例之該熱傳導材料選自一奈米級鑽石粉末、一工業級鑽石粉末、一碳纖維熱傳導材料、一金屬氧化物或其混合組成物。

本發明較佳實施例之該導電金屬粉末添加另一導電金屬粉末。

本發明較佳實施例之該另一導電金屬粉末具有一奈米網狀多孔性結構，其用以對應於該奈米級添加材料。

為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料可適用於各種導電漿材料，例如：鋁漿、銀鋁漿及銀漿，其應用於各種相關產業，例如：太陽能電池製造業，但並非用以限制本發明。舉例而言，本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料製成銀漿時，其用以製作太陽能電池的正面電極；本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料製成銀漿時，則其用以製作背面電極與電場，以增加電池轉換效率；本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料製成銀鋁漿時，則其用以製作太陽能電池背面，以作為模組串連之導線，但並非用以限制本發明。

此外，本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料可適用於其它各種製造業，例如：陶瓷電容製造業、半導體封裝〔semiconductor package〕業、印刷電路板〔PCB〕製造業，但並非用以限制本發明。

第1圖揭示本發明第一較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料之方塊示意圖。請參照第1圖所示，本發明第一較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料主要包含一膠體材料〔paste material〕1、一導電金屬粉末〔conductive metal powder material〕2及一奈米級添加材料〔nano additive〕3。將該膠體材料1、導電金屬粉末2及奈米級添加材料3適當混合攪拌，舉例而言，利用一低速攪拌器〔low-speed stirrer〕進行混合攪拌，以形成一膠態組成物〔或膠態導電組成物〕，並進一步製成一無鉛導電漿材料10。

在製成導電漿材料製程中，本發明較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料可依需求添加各種添加劑，例如：無機填充劑〔inorganic filler〕、氧化添加劑〔oxidizing additive〕、共起始劑〔synergist〕、可塑劑〔plasticizer〕、增敏劑〔sensitizer〕、偶合劑〔coupling agent〕、分散劑〔dispersing agent〕、潤濕劑〔wetting agent〕、增稠劑〔thickening agent〕、消泡劑〔deformer〕、搖變劑〔thixotropy additive〕或其它添加劑。

請再參照第1圖所示，該膠體材料1包含一黏合劑，且該黏合劑選擇由各種樹脂〔resin〕製成，例如：環氧樹脂。該黏合劑之黏度較佳選擇為10000cps至40000cps之間，但並非用以限制本發明。

請再參照第1圖所示，該導電金屬粉末2可選自銀〔Ag〕粉末、鋁〔Al〕粉末、銅〔Cu〕粉末或其任意混合組合物。該導電金屬粉末2可選自顆粒金屬粉末或非顆粒金屬粉末。該導電金屬粉末2之重量百分比可為20%至60%。在本發明另一較佳實施例中，該導電金屬粉末2另包含金〔Au〕粉末、鈀〔Pd〕粉末或鉑〔Pt〕粉末。本發明另一較佳實施例之該導電金屬粉末2可選擇製成一奈米級導電金屬粉末，以提升該無鉛導電漿材料10之導電特性。

請再參照第1圖所示，該奈米級添加材料3可選自錫〔tin〕、鋅〔zinc〕、錫氧化物〔tin oxide material〕、鋅氧化物〔zinc oxide material〕、其它金屬、其它金屬氧化物〔metal oxide material〕或其它各種複合氧化物〔complex oxide material〕，其用以降低無鉛奈米導電漿材料的製程溫度。在本發明另一較佳實施例中，該奈米級添加材料3可選自一複合奈米級添加材料。該奈米級添加材料3之重量百分比可為5%至60%。

本發明另一較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料另包含一添加材料，且該添加材料可選自二氧化矽〔SiO₂ 〕或其它類似材料，其重量百分比為3%至15%，其具有奈米尺寸自微米至數百奈米或至數奈米。

舉例而言，將本發明第一較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料應用於太陽能電池製造業時，可利用網印方式〔例如：網印機〕形成各種圖案〔pattern〕於一基板〔例如：矽晶圓〕上，其中該圖案包含光入射側電極及背面電極或電路。接著，將該無鉛奈米導電漿材料需進行乾燥烘烤及燒結〔例如：燒結溫度700℃至1000℃〕作業。

第2圖揭示本發明第二較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料之方塊示意圖，其對應於第1圖。請參照第2圖所示，本發明第二較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料主要包含一膠體材料1、一導電金屬粉末2、一奈米級添加材料3及一熱傳導材料〔thermal conductive material〕4，其中該熱傳導材料4可選自各種非金屬材料〔non-metal material〕或各種金屬材料〔metal material〕。

將該膠體材料1、導電金屬粉末2、奈米級添加材料3及熱傳導材料4適當混合攪拌，以形成一膠態組成物〔或膠態導電組成物〕，並進一步製成一無鉛導電漿材料10’，其相對於第一實施例具有更良好的熱傳導效率。

請參照第2圖所示，相對於第一實施例，第二實施例之無鉛奈米導電漿材料另添加該熱傳導材料4，且該熱傳導材料4可選自一奈米級鑽石粉末、一工業級鑽石粉末〔非奈米級鑽石粉末〕、一碳纖維熱傳導材料〔carbon fiber thermal conductive material〕〔如：奈米碳管或奈米石墨片〕、一金屬氧化物〔如：三氧化二鋁〕或其混合組成物，以提升該無鉛導電漿材料10’之熱傳導特性及降低製造成本。

另外，相對於第一實施例，第三實施例之無鉛奈米導電漿材料之該導電金屬粉末2添加一導電金屬粉末，其為一金屬粉末添加材料〔metal powder additive material〕，例如：其添加量為1%，其選自尺寸為數奈米級之鋅或錫。本發明另一實施例之該導電金屬粉末添加材料具有一奈米網狀多孔性結構，其用以對應於該奈米級添加材料3，以提升其導電性，如：奈米碳管或奈米石墨片。

舉例而言，該導電金屬粉末2可選自銀粉末、鋁粉末、銅粉末或其任意混合組合物，或該導電金屬粉2另包含金粉末、鈀粉末或鉑粉末。該導電金屬粉末2可選自顆粒金屬粉末或非顆粒金屬粉末。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。

1‧‧‧膠體材料

2‧‧‧導電金屬粉末

3‧‧‧奈米級添加材料

4‧‧‧熱傳導材料

10‧‧‧無鉛導電漿材料

10’‧‧‧無鉛導電漿材料

第1圖：本發明第一較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料之方塊示意圖。

第2圖：本發明第二較佳實施例之無鉛奈米導電漿材料之方塊示意圖。

1‧‧‧膠體材料

2‧‧‧導電金屬粉末

3‧‧‧奈米級添加材料

10‧‧‧無鉛導電漿材料

Claims

一種無鉛奈米導電漿材料，其包含：一膠體材料，其包含一黏合劑；一導電金屬粉末，其選自導電良好無鉛材料，而該導電金屬粉末添加一金屬粉末添加材料，且該金屬粉末添加材料具有一奈米網狀多孔性結構；及一奈米級添加材料，其選自一無鉛奈米粉末材料；其中該導電金屬粉末、金屬粉末添加材料及奈米級添加材料混合於該膠體材料，以形成一膠態組成物，並製成一無鉛導電漿材料。
一種無鉛奈米導電漿材料，其包含：一膠體材料，其包含一黏合劑；一導電金屬粉末，其選自導電良好無鉛材料；一奈米級添加材料，其選自一無鉛奈米粉末材料；及一熱傳導材料，其選自熱傳導良好材料，且該熱傳導材料選自一奈米級鑽石粉末、一工業級鑽石粉末、一碳纖維熱傳導材料、一金屬氧化物或其混合組成物；其中該導電金屬粉末、奈米級添加材料及熱傳導材料混合於該膠體材料，以形成一膠態組成物，並製成一無鉛導電漿材料。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該導電金屬粉末選自銀粉末、鋁粉末、銅粉末或其混合組合物；或該導電金屬粉另包含金粉末、鈀粉末或鉑粉末。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該導電金屬粉末選自一奈米級導電金屬粉末。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該導電金屬粉末之重量百分比為20%至60%。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該奈米級添加材料選自一複合奈米級添加材料。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該奈米級添加材料選自錫、鋅、錫氧化物或鋅氧化物，其具有奈米尺寸自微米至數百奈米或至數奈米。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該奈米級添加材料之重量百分比為5%至60%。
依申請專利範圍第1或2項所述之無鉛奈米導電漿材料，另包含一添加材料，且該添加材料選自二氧化矽，其重量百分比為3%至15%。
依申請專利範圍第2項所述之無鉛奈米導電漿材料，其中該碳纖維熱傳導材料選自奈米碳管、奈米石墨片或其混合組成物。