[发明专利]导电金属和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月6日提交的美国专利申请系列NO.61/531,328的优先权，其内容被在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及导电油墨组合物，其含有纳米尺寸的金属粒子以及粘附促进剂。尤其是，所述组合物含有纳米银。这些组合物适用于形成用于电子装置的精细电路。

背景技术

在单质金属中，银具有最低的电阻率，并且不同于其他金属的氧化物，氧化银也是导电的。因此，微米级银薄片被广泛地与树脂和聚合物一起用于制备导电油墨和粘合剂以用于电子工业中的应用。相邻薄片需要彼此相互接触以形成遍及树脂和聚合物基质的导电网络。然而，薄片之间的每一物理接触产生了接触电阻，并且众多的接触点使得油墨或粘合剂的总电阻比用整块银得到的电阻高25至30倍。

为了克服接触电阻，可以将银薄片烧结成连续的网络。然而，烧结要求850℃或更高的温度。除了陶瓷或金属，大部分基材不能忍受这一范围内的温度。当不允许使用高温时，这限制了由微米级银薄片可获得的电导率。

在如下情况中，纳米银提供了替代方案。这里将纳米银定义为银粒子、薄片、棒或线材，其具有至少一个测量为100纳米(nm)或更小的尺寸。不同于微米尺寸的银薄片，纳米银能够在低至100℃的温度下烧结，并且同时提供足够的电导率以用于电子终端用途。

纳米银的缺陷在于其纳米银的烧结网络对所应用的基材具有较差的粘附性。为了克服较差的粘附性，向纳米银中加入有机粘合剂，典型的是聚合物和/或树脂以增加粘附性和机械强度。然而，粘合剂的存在会阻碍纳米银的烧结，使得难以获得适于最终用途的高导电性和强粘附性。

所以，需要一种含有纳米银的导电油墨，所述纳米银能够不受组合物中粘合剂的干扰而烧结，并且还提供对基材足够的粘附性。

发明概述

本发明提供一种导电油墨，其包含纳米银粒子和粘附促进剂，不含有聚合物粘合剂或树脂粘合剂。

在一个实施方案中，所述粘附促进剂是芳香族胺或脂肪族胺。在另一个实施方案中，所述胺选自：氧化二苯胺(oxydianiline)和4,4’-(1,3-亚苯基二氧基)二苯胺。

所述胺以纳米银粒子0.1至10重量%范围内的水平存在。

在另一个实施方案中，本发明是导电线路(conductive trace)，其是通过将含有纳米银粒子和粘附促进剂的导电油墨沉积在基材上并且将所述导电油墨加热以烧结所述银而制备的。这里所使用的线路意思是导电图案，例如，电子器件中可以用作电路的那些。

发明详述

用于制备导电油墨的纳米银粒子可以通过本领域已知的多种方法合成，例如美国专利申请公开2006/0090599和2005/0116203中所描述的那些，或者它们可以从商业提供者处购买。

无论是自己合成或购买的，纳米银粒子通常都涂覆有一种或多种化合物以防止粒子附聚。这些化合物被称作封盖剂(capping agent)，是本领域已知的并且通常是含有氮、氧或硫原子的化合物。这些化合物吸附或键合到纳米粒子的表面并且被选择为其在烧结期间被烧掉。

纳米银通常以1至100纳米(nm)范围内的尺寸使用。

为了形成本发明的导电油墨，将通常涂覆有封盖剂的纳米银加入到粘附促进剂中并且混合直到银充分分散。在优选实施方案中，本发明导电油墨中所使用的粘附促进剂是小分子(非聚合物)，例如，烷基二胺、烷基三胺、芳香族二胺、和芳香族三胺或它们的组合。

在一个实施方案中，所述胺是芳香族胺，例如，1,4-亚苯基二胺，1,1’-联萘基-2,2’-二胺，4,4’-(9-亚芴基)二苯胺，联苯基二胺，4,4’-(1,1’-联苯基-4,4’-二基二氧基)二苯胺，4,4’-(4,4’-亚异丙基二苯基-1,1’-二基二氧基)二苯胺，2,2’-(六亚甲基二氧基)二苯胺，氧化二苯胺，2,2’-(五亚甲基二氧基)二苯胺，3,3’-(五亚甲基二氧基)二苯胺，4,4’-(1,3-亚苯基二氧基)二苯胺，4,4’-(四亚甲基二氧基)二苯胺，和4,4’-(三亚甲基二氧基)二苯胺。

在其他实施方案中，所述胺是选自氧化二苯胺和4,4’-(1,3-亚苯基二氧基)二苯胺的芳香族胺。

在另一个实施方案中，所述胺是烷基胺，例如乙二胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺和双(六亚甲基)三胺。

所述粘附促进剂以按纳米银重量计0.1至10重量%范围内的量存在。