可熱成型的聚合物厚膜銀導(dǎo)體及其在電容式開(kāi)關(guān)電路中的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及聚合物厚膜導(dǎo)電組合物。更具體地，所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物可以用于底部基板熱成型的應(yīng)用中，如用于電容式開(kāi)關(guān)中。聚碳酸酯基板經(jīng)常被用作基板，并且所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物可以在沒(méi)有任何阻隔層的情況下使用。可熱成型的電路得益于所述干燥的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物上包封層的存在。
【專利說(shuō)明】可熱成型的聚合物厚膜銀導(dǎo)體及其在電容式開(kāi)關(guān)電路中的用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合物厚膜導(dǎo)電組合物。更具體地，所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物可以用于底部基板熱成型的應(yīng)用中。經(jīng)常使用聚碳酸酯基板，并且所述銀導(dǎo)體可以在無(wú)任何阻隔層時(shí)使用。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電PTF電路長(zhǎng)期以來(lái)一直被用作電元件。雖然它們多年來(lái)一直被用于這些類型的應(yīng)用中，但是將PTF銀導(dǎo)體用于熱成型程序中卻并不常見(jiàn)。這在嚴(yán)苛的熱成型工藝后所需的高度導(dǎo)電的銀組合物的電路中是尤為重要的。另外，用于熱成型的典型基板是聚碳酸酯，而銀往往與這種基板不相容。本發(fā)明的目的之一在于緩解這些問(wèn)題并且制備一種導(dǎo)電的可熱成型的構(gòu)造，其中可以將印刷的銀導(dǎo)體用于諸如聚碳酸酯的選定的基板上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種聚合物厚膜導(dǎo)電組合物，所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物包含:
[0004](a) 30重量％_70重量％的銀；
[0005](b) 10重量％_40重量％的第一有機(jī)介質(zhì)，所述第一有機(jī)介質(zhì)包含溶解于第一有機(jī)溶劑中的10重量％-50重量％的熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂，其中熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂的重量百分比是基于第一有機(jī)介質(zhì)的總重量計(jì)的；以及
[0006](c) 10重量％_40重量％的第二有機(jī)介質(zhì)，所述第二有機(jī)介質(zhì)包含溶解于有機(jī)溶劑中的10重量％-50重量％的熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂，其中熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂的重量百分比是基于第二有機(jī)介質(zhì)的總重量計(jì)的；
[0007]其中銀、第一有機(jī)介質(zhì)以及第二有機(jī)介質(zhì)的重量百分比是基于聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)的。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物還包含:
[0009](d) I重量％_20重量％的第三有機(jī)溶劑，其中所述第三有機(jī)溶劑是雙丙酮醇，并且其中所述重量百分比是基于聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)的。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，銀呈片狀銀粉(silver flakes)的形式。
[0011]本發(fā)明還涉及將可熱成型的導(dǎo)電組合物用于形成電容式開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電電路，并且具體地，用于總體構(gòu)造的熱成型中。在一個(gè)實(shí)施例中，將包封層沉積在干燥的PTF銀組合物上。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明涉及一種聚合物厚導(dǎo)電組合物，所述組合物用于電路(并且具體地電容式開(kāi)關(guān)電路)熱成型。在基板上印刷一層導(dǎo)體并且使其干燥以便產(chǎn)生功能電路，然后整個(gè)電路經(jīng)受壓力和熱，從而使所述電路變形成它所需要的三維特征，即熱成型。[0013]常用于聚合物厚膜熱成型電路的基板是聚碳酸酯(PC)、PVC以及其它基板。PC —般是優(yōu)選的，因?yàn)樗梢栽诟叩臏囟认聼岢尚汀Ｈ欢?，PC對(duì)沉積在其上的層中使用的溶劑非常敏感。
[0014]聚合物厚膜(PTF)導(dǎo)電組合物由(i)銀；(ii)第一有機(jī)介質(zhì)，該第一有機(jī)介質(zhì)包含溶解于第一有機(jī)溶劑中的第一聚合物樹(shù)脂；以及(iii)第二有機(jī)介質(zhì)，該第二有機(jī)介質(zhì)包含溶解于第二有機(jī)溶劑中的第二聚合物樹(shù)脂構(gòu)成。
[0015]在不會(huì)引起上面印刷有PTF導(dǎo)電組合物的下面的基板開(kāi)裂或變形的一個(gè)實(shí)施例中，PTF導(dǎo)電組合物還包含第三溶劑，即雙丙酮醇。
[0016]另外，可添加粉末和印刷助劑以改善組合物。
[0017]本發(fā)明導(dǎo)電組合物的每種成分詳細(xì)論述于下文中。
[0018]A.導(dǎo)電銀粉
[0019]本發(fā)明厚膜組合物中的銀是銀導(dǎo)體粉末并且可以包括銀金屬粉末、銀金屬粉末的合金、或它們的混合物?？梢栽O(shè)想金屬粉末的多種粒徑和形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電粉末可以包括任何形狀的銀粉，包括球形顆粒、薄片(條、錐體、板)、以及它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，銀呈片狀銀粉的形式。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，銀粉的粒度分布是I微米至100微米；在另一個(gè)實(shí)施例中，為2-10微米。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，銀粒子的表面積/重量比在0.1-1.0m2/g的范圍內(nèi)。
[0022]此外，已知的是，可以向銀導(dǎo)體組合物中添加少量其他金屬以提高導(dǎo)體的性能。此類金屬的一些例子包括:金、銀、銅、鎳、鋁、鉬、鈀、鑰、鎢、鉭、錫、銦、鑭、釓、硼、釕、鈷、鈦、釔、銪、鎵、硫、鋅、硅、鎂、鋇、鈰、鍶、鉛、銻、導(dǎo)電性碳、以及它們的組合，以及厚膜組合物領(lǐng)域中的其它常見(jiàn)金屬。附加的一種或多種金屬可構(gòu)成總組合物的至多約1.0重量％。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，基于PTF導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)，片狀銀粉以30重量％至70重量％存在。在另一個(gè)實(shí)施方案中，再次基于PTF導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)，片狀銀粉以40重量％至70重量％存在，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，片狀銀粉以48重量％至58重量％存在。
[0024]B.有機(jī)介質(zhì)
[0025]第一有機(jī)介質(zhì)由溶解于第一有機(jī)溶劑中的熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂構(gòu)成。該氨基甲酸乙酯樹(shù)脂必須與下面的基板實(shí)現(xiàn)良好粘附。在熱成型之后，它必須與電路的性能相容并且不會(huì)不利地影響電路的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂為第一有機(jī)介質(zhì)總重量的10重量％-50重量％。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂為第一有機(jī)介質(zhì)總重量的15重量％-45重量％，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂為第一有機(jī)介質(zhì)總重量的15重量％-25重量％。在一個(gè)實(shí)施例中,熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂是氨基甲酸乙酯均聚物。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂是聚酯基的共聚物。
[0026]第二有機(jī)介質(zhì)由溶解于第二有機(jī)溶劑中的熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂構(gòu)成。應(yīng)指出的是，可以在第二有機(jī)介質(zhì)中使用與用于第一有機(jī)介質(zhì)中的溶劑相同的溶劑，或可以使用不同的溶劑。在熱成型之后，該溶劑必須與電路的性能相容并且不會(huì)不利地影響電路的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性聚輕基醚樹(shù)脂為第二有機(jī)介質(zhì)總重量的10重量％-50重量％。在另一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂為第二有機(jī)介質(zhì)總重量的15重量％_45重量％，并且在再另一個(gè)實(shí)施例中，熱塑性樹(shù)脂為第二有機(jī)介質(zhì)總重量的20重量％-30重量％。[0027]通常通過(guò)機(jī)械混合將聚合物樹(shù)脂添加至有機(jī)溶劑中以形成介質(zhì)。適用于聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的有機(jī)介質(zhì)中的溶劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解并且包括乙酸酯和萜烯，諸如卡必醇乙酸酯以及α-萜品醇或β_萜品醇，或它們與其它溶劑的混合物，所述其它溶劑諸如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇以及高沸點(diǎn)醇和醇酯。此外，可以包含揮發(fā)性液體以促進(jìn)在施用于基板上之后快速硬化。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，溶劑可以使用例如乙二醇醚、酮、酯和相似沸點(diǎn)(在180°C至250°C的范圍內(nèi))的其它溶齊U、以及它們的混合物。對(duì)這些溶劑和其它溶劑的各種組合進(jìn)行配制以獲得所需的粘度和揮發(fā)性要求。所使用的溶劑必須使樹(shù)脂溶解。
[0028]第三有機(jī)溶劑
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電組合物還包含第三有機(jī)溶劑，即雙丙酮醇。在一個(gè)實(shí)施例中，雙丙酮醇為PTF導(dǎo)電組合物總重量的I重量％-20重量％。在另一個(gè)實(shí)施例中，雙丙酮醇為PTF導(dǎo)電組合物總重量的3重量％_12重量％，并且在再另一個(gè)實(shí)施例中，雙丙酮醇為PTF導(dǎo)電組合物總重量的4重量％-6重量％。
[0030]附加粉末
[0031]可以將各種粉末添加至PTF導(dǎo)體組合物中以改善粘附性、改變流變特性以及增加低剪切粘度，從而提高可印刷性。
[0032]PTF導(dǎo)體纟目合物的施用
[0033]通常將PTF導(dǎo)體(也被稱為“漿料”)沉積于諸如聚碳酸酯之類的基板上，所述基板對(duì)于氣體和水分具有不可滲透性?；逡部蔀橛伤苄云呐c沉積在其上的任選的金屬或電介質(zhì)層的組合組成的復(fù)合材料片材。
[0034]通常通過(guò)絲網(wǎng)印刷進(jìn)行PTF導(dǎo)體組合物的沉積，但可利用其它沉積技術(shù)，諸如孔版印刷、注射式滴涂或涂覆技術(shù)。在使用絲網(wǎng)印刷的情況下，篩網(wǎng)的目尺寸控制沉積的厚膜的厚度。
[0035]一般來(lái)講，厚膜組合物包含賦予組合物適當(dāng)電功能性質(zhì)的功能相。功能相包含分散在有機(jī)介質(zhì)中的電功能粉末，所述有機(jī)介質(zhì)充當(dāng)功能相的載體。一般來(lái)講，焙燒所述組合物以燒盡有機(jī)介質(zhì)的聚合物和溶劑并賦予電功能性質(zhì)。然而，在使用聚合物厚膜的情況下，有機(jī)介質(zhì)的聚合物部分在干燥后仍作為組合物的整體部分。
[0036]在除去所有溶劑所必需的時(shí)間內(nèi)和溫度下加工PTF導(dǎo)體組合物。例如，通過(guò)暴露于140°C的熱量下通常10-15分鐘來(lái)干燥沉積的厚膜。
[0037]電路構(gòu)誥
[0038]使用的底部基板通常為10密耳厚的聚碳酸酯。按照上述條件，印刷所述導(dǎo)體組合物并使其干燥。可印刷并干燥多個(gè)層?？砂ㄕ麄€(gè)單元的熱成型(190°C，750psi)的后續(xù)步驟在三維電容式開(kāi)關(guān)電路的生產(chǎn)中是典型的。在一個(gè)實(shí)施例中，將包封層沉積在干燥的PTF導(dǎo)電銀組合物上，然后干燥。封裝劑由與PTF銀組合物中所含的有機(jī)介質(zhì)相同的有機(jī)介質(zhì)構(gòu)成，即與PTF導(dǎo)電銀組合物中存在的聚合物相同比率的相同聚合物。
[0039]已發(fā)現(xiàn)，使用這種封裝劑能夠提高熱成型電路的成品率(即降低缺陷率)。
[0040]實(shí)例、比較實(shí)齡
[0041]實(shí)例I
[0042]以如下方式制備PTF導(dǎo)體組合物。使用20.50重量％的第一有機(jī)介質(zhì)并且通過(guò)將 20.0 重量 ％ 的 Desmocoll540 聚氨酯(Bayer MaterialScience LLC, Pittsburgh, PA)與80.0重量％的二元酯(獲自DuPont C0.，Wilmington, DE)有機(jī)溶劑混合來(lái)制備該第一有機(jī)介質(zhì)。樹(shù)脂的分子量為大約20，000。將該混合物在90°C下加熱1-2小時(shí)以溶解所有樹(shù)脂。將53.75重量％的具有大約5微米的平均粒度的片狀銀粉添加至第一有機(jī)介質(zhì)中。還添加印刷添加劑(0.25重量％)。最后，通過(guò)如上文所述將27.0%的聚羥基醚樹(shù)脂PKHffiPhenoxyAssociates, Rock Hill, SC)與 73.0% 的二兀酯(獲自 DuPont C0.，Wilmington, DE)混合并且加熱來(lái)制備25.5重量％的第二有機(jī)介質(zhì)，然后將該第二有機(jī)介質(zhì)添加至第一有機(jī)介質(zhì)、片狀銀粉和印刷添加劑混合物中。第一有機(jī)介質(zhì)、片狀銀粉、印刷添加劑以及第二有機(jī)介質(zhì)的重量％是基于組合物的總重量計(jì)的。
[0043]將該組合物在行星式攪拌器中混合30分鐘，然后在三輥研磨機(jī)上經(jīng)受多次通過(guò)。
[0044]然后如下制造電路。在10密耳厚的聚碳酸酯基板上，使用280目的不銹鋼篩網(wǎng)印刷具有一系列互相交叉的銀線圖案。在強(qiáng)制風(fēng)箱爐中將圖案化的線在120°C下干燥15分鐘。檢查所述部件并且發(fā)現(xiàn)下面基板的微小的裂紋或變形。在190°C下熱成型后，導(dǎo)電線保持導(dǎo)電性并且良好地附著于基板。
[0045]比較實(shí)駘I
[0046]嚴(yán)格地如實(shí)例I中所述制備電路。唯一的差異在于不使用第二有機(jī)介質(zhì)。對(duì)基板進(jìn)行檢查，顯示銀組合物展示出下面的聚碳酸酯基板有微小的裂紋和變形。導(dǎo)電跡線在熱成型后也保持導(dǎo)電性，但是這些跡線的總體質(zhì)量略有降低。
[0047]比較實(shí)駘2
[0048]嚴(yán)格地如實(shí)例I中所述制備電路。唯一的差異在于所用的導(dǎo)電組合物含有63.0重量％的片狀銀粉以及代替氨基甲酸乙酯樹(shù)脂和聚羥基醚樹(shù)脂的聚酯樹(shù)脂。在熱成型后，導(dǎo)線不再具有導(dǎo)電性并且沒(méi)有良好地附著于基板。
[0049]實(shí)例 2
[0050]嚴(yán)格地如實(shí)例I中所述制備電路。唯一的差異在于將5重量％的雙丙酮醇添加至技術(shù)方案I的導(dǎo)電組合物中。
[0051]對(duì)基板進(jìn)行檢查，銀組合物顯示下面的聚碳酸酯基板沒(méi)有開(kāi)裂或變形?？梢钥吹脚c比較實(shí)驗(yàn)I和2相比存在明顯的改善。相較于在實(shí)例I中所發(fā)現(xiàn)的下面的基板有微小的裂紋或變形，也有所改善。
[0052]使用氨基甲酸乙酯樹(shù)脂和聚羥基醚樹(shù)脂在熱成型后明顯地顯示出顯著良好的結(jié)果。替換成不同的樹(shù)脂類型即聚酯會(huì)使得組合物在熱成型后不具導(dǎo)電性。根據(jù)上文在實(shí)例2中所示出的結(jié)果還顯而易見(jiàn)的是，抗開(kāi)裂性因雙丙酮醇溶劑的存在而得到額外的改善。
[0053]實(shí)例3
[0054]嚴(yán)格地如實(shí)例2中所述制備電路。另外，將由與實(shí)例2的PTF導(dǎo)電組合物中存在的有機(jī)介質(zhì)相同的有機(jī)介質(zhì)構(gòu)成的包封層印刷于干燥的PTF導(dǎo)電組合物上。按測(cè)試圖案印刷封裝劑，以使得干燥的PTF導(dǎo)電組合物的部分由包封層覆蓋而其它部分未被覆蓋。目的在于測(cè)定在苛刻的熱成型后因嚴(yán)重破裂所致的相對(duì)成品率損失。然后進(jìn)行熱成型。具有封裝劑的部分的缺陷率比沒(méi)有封裝劑的部分的缺陷率低約20%。明顯的是，使用封裝劑能夠提高下面的銀導(dǎo)體的熱成型性能。
【權(quán)利要求】
1.聚合物厚膜導(dǎo)電組合物，包含: (a)30重量%-70重量%的銀； (b)10重量％-40重量％的第一有機(jī)介質(zhì)，所述第一有機(jī)介質(zhì)包含溶解于第一有機(jī)溶劑中的10重量％-50重量％的熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂，其中所述熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂的重量百分比是基于所述第一有機(jī)介質(zhì)的總重量計(jì)的；以及 (c)10重量％-40重量％的第二有機(jī)介質(zhì)，所述第二有機(jī)介質(zhì)包含溶解于有機(jī)溶劑中的10重量％-50重量％的熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂，其中所述熱塑性聚羥基醚樹(shù)脂的重量百分比是基于所述第二有機(jī)介質(zhì)的總重量計(jì)的； 其中所述銀、所述第一有機(jī)介質(zhì)以及所述第二有機(jī)介質(zhì)的重量百分比是基于所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物，還包含: (d)I重量％-20重量％的第三有機(jī)溶劑，其中所述第三有機(jī)溶劑是雙丙酮醇，并且其中所述重量百分比是基于所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的總重量計(jì)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物，其中所述銀呈片狀銀粉的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物厚膜導(dǎo)體組合物，其中所述熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂是氨基甲酸乙酯均聚物或聚酯基的共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物，其中所述熱塑性氨基甲酸乙酯樹(shù)脂是聚酯基的共聚物。
6.電容式開(kāi)關(guān)電路，包括由干燥的根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物形成的導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式開(kāi)關(guān)電路，其中所述電容式開(kāi)關(guān)電路是熱成型的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式開(kāi)關(guān)電路，還包括覆蓋所述干燥的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物的干燥的包封層，所述干燥的包封層包含與所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物中存在的聚合物相同比率的相同聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式開(kāi)關(guān)電路，其中所述電容式開(kāi)關(guān)電路是熱成型的。
10.熱成型電路，包括由干燥的根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物形成的導(dǎo)體和所述干燥的聚合物厚膜導(dǎo)電組合物上的干燥的包封層，所述干燥的包封層包含與所述聚合物厚膜導(dǎo)電組合物中存在的聚合物相同比率的相同聚合物。
【文檔編號(hào)】H03K3/12GK103827977SQ201280045523
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】J·R·多爾夫曼, V·阿蘭西奧 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆?tīng)柖虐罟?br>